專利名稱：清洗孔洞材料的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種清洗孔洞(Porous)材料的方法及其裝置，特別是涉及一種于利用超臨界流體(Supercritical Fluid)清洗孔洞材料的殘余物時(shí)，降低超臨界流體的高壓對孔洞材料的沖擊的方法及其所使用的裝置。
背景技術(shù)：
溫度和壓力同時(shí)高于臨界值的流體稱作超臨界流體。超臨界流體具有許多獨(dú)特的性質(zhì)，例如粘度、密度、擴(kuò)散系數(shù)、溶解能力等性質(zhì)，有些性質(zhì)接近氣體，而有些性質(zhì)則與液體接近。超臨界流體既具有氣體的低粘度與高擴(kuò)散系數(shù)，又具有液體的高密度與溶解能力，因而具有很好的流動(dòng)、傳熱和滲透性能。
在現(xiàn)今的半導(dǎo)體工藝中，超臨界流體可應(yīng)用于顯影光阻層、形成介電薄膜、以及清洗晶片上的制程殘余物等等。目前，利用超臨界流體清洗晶片上的制程殘余物時(shí)，都是直接利用高壓的超臨界流體進(jìn)行清洗。其中，常用的超臨界流體必須在相當(dāng)高的反應(yīng)壓力，大約每平方英寸400磅(lb/in2，psi)至4000psi(1psi≈703.3千克/平方米)之間下才能形成。
此外，為了提升組件的電性品質(zhì)，目前大都采用低介電常數(shù)材料來作為多層金屬聯(lián)機(jī)間的隔離材料，以降低金屬層與金屬層間的寄生電容，而改善電阻電容延遲時(shí)間，進(jìn)而達(dá)到提高組件操作速度以及降低組件功率消耗的目的。其中，低介電常數(shù)薄膜中通常具有孔洞用以降低介電常數(shù)，因此低介電常數(shù)薄膜的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低于一般的介電薄膜，例如低于二氧化硅(SiliconDioxide)介電薄膜。
在半導(dǎo)體制造過程中，由于基材的潔凈度對制造的合格率有舉足輕重的影響，因此通常必須在每一道半導(dǎo)體工序進(jìn)行之前，或者在每一道工序完成之后，另外再進(jìn)行一道基材洗凈的步驟，借以清除附著在基材上的制程微粒以及化學(xué)殘留物等。
當(dāng)利用高壓的超臨界流體清洗附著于晶片上的制程殘余物或雜質(zhì)時(shí)，晶片上由孔洞材料所構(gòu)成的低介電常數(shù)薄膜亦會(huì)受到清洗。由于，孔洞材料中具有相當(dāng)多孔洞，再加上超臨界流體的壓力非常大。因此，直接以超臨界流體清洗孔洞材料時(shí)，孔洞材料突然受到高壓超臨界流體的擠壓與沖擊后，孔洞材料極可能會(huì)讓超臨界流體所壓碎，甚至導(dǎo)致孔洞材料破裂。如此一來，工藝可靠度與產(chǎn)品合格率會(huì)受到相當(dāng)嚴(yán)重的沖擊。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述公知利用超臨界流體清洗孔洞材料薄膜時(shí)，超臨界流體的壓力相當(dāng)高，而超臨界流體突來的高壓沖擊會(huì)壓碎結(jié)構(gòu)脆弱的孔洞材料薄膜，甚至使孔洞材料薄膜產(chǎn)生破裂而損壞。
因此，本發(fā)明的主要目的之一就是在提供一種清洗孔洞材料的方法，其是在利用超臨界流體處理孔洞材料薄膜時(shí)，預(yù)先在低壓下操作一段時(shí)間，然后再使反應(yīng)壓力從低壓逐漸加壓至產(chǎn)生超臨界流體的高壓。如此一來，流體分子即可在較低壓的狀態(tài)下，逐漸滲透到孔洞材料薄膜的孔洞中，并填滿孔洞。于是，可大幅提高孔洞材料薄膜對后續(xù)的高壓超臨界流體的抵抗能力，進(jìn)而可有效避免孔洞材料薄膜受到高壓超臨界流體的沖擊而受損。
本發(fā)明的另一目的就是在提供一種清洗孔洞材料的方法，由于利用超臨界流體清洗孔洞材料薄膜時(shí)，反應(yīng)壓力是從低壓逐漸增加到超臨界流體形成，因此清洗用的流體分子可先滲透至孔洞材料薄膜的孔洞中。如此一來，流體分子存在孔洞中的時(shí)間較長，而可更有效地溶解孔洞材料薄膜中的雜質(zhì)，進(jìn)而可大幅提升對孔洞材料薄膜的清洗效果。
本發(fā)明的再一目的就是在提供一種清洗孔洞材料的裝置，至少包括可變動(dòng)壓力泵以及可程序化終點(diǎn)檢測組件，其中可變動(dòng)壓力泵可改變超臨界流體的入射壓力，而可程序化終點(diǎn)檢測組件可在清洗過程中提供數(shù)組不同終點(diǎn)的檢測。因此，可提升清洗制程的靈活度。
本發(fā)明的目的可通過如下措施實(shí)現(xiàn)根據(jù)以上所述的目的，本發(fā)明更提供了一種清洗孔洞材料的方法，至少包括下列步驟提供一基材于一反應(yīng)室中，其中此基材上至少包括一孔洞材料薄膜，且此孔洞材料薄膜至少包括多個(gè)孔洞；提供一清洗流體注入上述的反應(yīng)室中，其中此反應(yīng)室具有一初始壓力；以及以一預(yù)設(shè)加壓速率提升上述反應(yīng)室的壓力，而使上述的清洗流體轉(zhuǎn)變成一超臨界流體，以利用此超臨界流體清洗孔洞材料薄膜。
其中，以上述的預(yù)設(shè)加壓速率提升反應(yīng)室的壓力時(shí)，更至少包括使清洗流體滲透進(jìn)入孔洞材料薄膜的孔洞中，并使清洗流體充滿孔洞材料薄膜的孔洞。
上述的清洗孔洞材料的方法，至少包括在一第一壓力下提供一清洗流體持續(xù)一第一時(shí)間；以及在一第二壓力下提供該清洗流體持續(xù)一第二時(shí)間，其中該第二壓力大于該第一壓力。
所述的清洗孔洞材料的方法，該清洗流體在該第二壓力下形成一超臨界流體。
所述的清洗孔洞材料的方法，該清洗流體為二氧化碳。
所述的清洗孔洞材料的方法，該清洗流體是選自于由氮、氬、氙、丙烷、氨、異丙醇、甲醇、以及水所組成的一族群。
所述的清洗孔洞材料的方法，該第一壓力介于15psi與100psi的間。
所述的清洗孔洞材料的方法，該第二壓力的大小是取決于該清洗流體的種類。
所述的清洗孔洞材料的方法，該第二壓力介于1000psi與6000psi之間。
所述的清洗孔洞材料的方法，該孔洞材料至少包括多個(gè)孔洞，且該第一時(shí)間與該第二時(shí)間是取決于該孔洞材料的性質(zhì)、該孔洞材料的厚度、以及該孔洞材料中的這些孔洞的尺寸。
所述的清洗孔洞材料的方法，該第一時(shí)間與該第二時(shí)間是取決于該清洗流體的種類。
根據(jù)以上所述的目的，本發(fā)明另外更提供了一種清洗孔洞材料的裝置，至少包括一流體儲(chǔ)存槽，用以儲(chǔ)放一流體；一泵，其中此泵連接上述的流體儲(chǔ)存槽，且此泵提供具不同壓力的流體；一處理反應(yīng)室，其中此處理反應(yīng)室連接上述的泵，且此處理反應(yīng)室用以放置并清洗孔洞材料；以及一終點(diǎn)檢測器，其中此終點(diǎn)檢測器連接上述的處理反應(yīng)室，且此終點(diǎn)檢測器用以檢測出孔洞材料的清洗終點(diǎn)。
所述的清洗孔洞材料的裝置，該終點(diǎn)檢測器是一可程序化終點(diǎn)檢測器。
所述的清洗孔洞材料的裝置，還至少包括一互溶劑槽連接于該處理反應(yīng)室以及該泵。
所述的清洗孔洞材料的裝置，還至少包括一預(yù)熱器連接該處理反應(yīng)室、該互溶劑槽、以及該泵。
所述的清洗孔洞材料的裝置，該泵為一可變動(dòng)壓力泵。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明提供的清洗孔洞材料的方法及其裝置，由于使清洗流體在較低壓狀態(tài)下先充滿孔洞材料薄膜的孔洞，因此可增加孔洞材料薄膜的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，有利于抵抗后續(xù)的超臨界流體的高壓沖洗，進(jìn)而達(dá)到確?？锥床牧媳∧て焚|(zhì)的目的。除此之外，更因?yàn)榍逑戳黧w存在孔洞的時(shí)間較長，而使得清洗流體有更長的時(shí)間溶解孔洞材料薄膜中的雜質(zhì)與殘余物，進(jìn)而可大幅提升孔洞材料薄膜的清洗效果。又因?yàn)樵撉逑纯锥床牧系难b置至少包括可變動(dòng)壓力泵以及可程序化終點(diǎn)檢測組件，可變動(dòng)壓力泵可改變超臨界流體的入射壓力，而可程序化終點(diǎn)檢測組件可在清洗過程中提供數(shù)組不同終點(diǎn)的檢測，因此，可提升清洗制程的靈活度。


圖1是繪示本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的清洗孔洞材料的流程圖；以及圖2是繪示本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的清洗處理器的運(yùn)作示意圖。
其中，附圖標(biāo)記說明如下100提供基材102提供清洗流體104提高反應(yīng)室的壓力106形成超臨界流體200清洗處理器202流體供應(yīng)源204流體儲(chǔ)存槽206可變動(dòng)壓力泵
208互溶劑槽210泵212預(yù)熱器214處理反應(yīng)室216可程序化終點(diǎn)檢測組件218分離器具體實(shí)施方式
本發(fā)明揭示一種清洗孔洞材料的方法及其裝置，其是在清洗前先在低壓下操作一段時(shí)間，借以使清洗流體的分子滲透至孔洞材料薄膜中的孔洞并充滿孔洞，再將反應(yīng)壓力從低壓逐漸增加至超臨界流體形成的高壓。因此，不僅可平衡孔洞內(nèi)外壓力，而可提高孔洞材料薄膜抗超臨界流體的高壓沖擊的能力，更可增加清洗流體分子對孔洞材料薄膜中的雜質(zhì)的作用時(shí)間，有效提升清洗效果。為了使本發(fā)明的敘述更加詳盡與完備，可參照下列描述并配合圖1與圖2的圖標(biāo)。
請參照圖1，圖1是繪示本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的清洗孔洞材料的流程圖，且請一并參照圖2，圖2是繪示本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的清洗處理器的運(yùn)作示意圖。利用超臨界流體清洗孔洞材料時(shí)，首先如同步驟100所述，將待清洗的基材送入清洗處理器200的處理反應(yīng)室214中，其中此基材可為一般半導(dǎo)體制程的晶片，且此基材可包括一層孔洞材料薄膜位于基材上。此層孔洞材料可為介電材料，且有相當(dāng)多的孔洞分布在此層孔洞材料薄膜中。
待將基材固定在處理反應(yīng)室214中后，如同步驟102所述，先由流體供應(yīng)源202提供流體儲(chǔ)存槽204清洗流體，再利用連接于流體儲(chǔ)存槽204的可變動(dòng)壓力泵206控制清洗流體的壓力并使清洗流體經(jīng)過與可變動(dòng)壓力泵206連接的預(yù)熱器212，而注入基材所在的處理反應(yīng)室214中，以利用此清洗流體去除附著在基材及其上的孔洞材料薄膜上的制程殘余物或雜質(zhì)。其中，預(yù)熱器212也與處理反應(yīng)室214連接。清洗流體注入處理反應(yīng)室214一預(yù)設(shè)期間后，停止注入清洗流體。其中，清洗用的流體可采用氮(Nitrogen)、氬(Argon)、氙(Xenon)、二氧化碳(Carbon Dioxide)、丙烷(Propane)、氨(Ammonia)、異丙醇(Isopropanol)、甲醇(Methanol)、以及水等。此時(shí)，反應(yīng)室壓力的控制是根據(jù)所采用的清洗流體而定，這是因?yàn)樗捎玫那逑戳黧w不同，其臨界壓力不同，所以反應(yīng)室壓力的大小亦不相同。下表一為所采用的清洗流體的臨界壓力與臨界溫度表。此外，此時(shí)的反應(yīng)室壓力與清洗流體注入時(shí)間受到下列因素的影響待清洗的孔洞材料薄膜的性質(zhì)、此孔洞材料薄膜的厚度、此孔洞材料薄膜中孔洞的尺寸、以及所采用的清洗流體對此孔洞材料的滲透性等。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，此時(shí)的反應(yīng)室壓力較佳是介于15psi與100psi之間。此外，若清洗流體為二氧化碳時(shí)，此時(shí)的反應(yīng)室壓力較佳為控制在約50psi左右。在處理反應(yīng)室214的預(yù)加壓期間，此時(shí)清洗用的流體的分子會(huì)漸漸滲透到孔洞材料薄膜的孔洞中，進(jìn)而逐漸充滿這些孔洞。
表一

接著，如同步驟104所述，利用可變動(dòng)壓力泵206而以一預(yù)設(shè)加壓速率逐漸提高處理反應(yīng)室214的壓力。其中，可變動(dòng)壓力泵206可根據(jù)制程需求改變清洗流體的壓力。此預(yù)設(shè)加壓速率可取決于待清洗的孔洞材料薄膜的性質(zhì)、此孔洞材料薄膜的厚度、以及此孔洞材料薄膜中孔洞的尺寸。
本發(fā)明的一特征就是由于清洗流體的分子在處理反應(yīng)室214未達(dá)超臨界流體的低壓狀態(tài)下，流體分子漸漸地充滿孔洞材料薄膜的孔洞，進(jìn)而使得孔洞材料薄膜中的每個(gè)孔洞的內(nèi)外壓力逐漸趨于平衡。借此可達(dá)到強(qiáng)化孔洞材料薄膜的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的目的。
本發(fā)明的另一特征就是因?yàn)榍逑戳黧w在尚未達(dá)到形成超臨界流體的高壓時(shí)，流體分子已逐漸進(jìn)入孔洞材料薄膜的孔洞中，而可先行溶解孔洞中的殘余物或雜質(zhì)。如此一來，可大幅延長清洗流體對孔洞中的殘余物或雜質(zhì)的作用時(shí)間。
當(dāng)清洗的流體分子充滿孔洞材料薄膜的孔洞時(shí)，即可利用可變動(dòng)壓力泵206將儲(chǔ)放在流體儲(chǔ)存槽204的流體抽出，并將流體的壓力增加到超過此清洗流體的臨界點(diǎn)，此時(shí)即如同步驟106所述，注入處理反應(yīng)室214內(nèi)的清洗流體轉(zhuǎn)變成超臨界流體。于是，可借由超臨界流體所具有的優(yōu)良滲透性能、高擴(kuò)散系數(shù)、以及極佳的溶解能力等，將附著于基材及其上的孔洞材料薄膜上的制程殘余物予以去除。其中，清洗流體轉(zhuǎn)變成超臨界流體的臨界壓力取決于所使用的清洗流體的種類以及反應(yīng)溫度。在此較佳實(shí)施例中，此時(shí)的處理反應(yīng)室214的壓力較佳是增加至介于1000psi與6000psi之間。此外，在超臨界流體進(jìn)入預(yù)熱器212之前，清洗處理器200亦可提供互溶劑槽208以及泵210，而可利用泵210將互溶劑槽208內(nèi)的互溶劑加入超臨界流體，來增加超臨界流體的溶解力，進(jìn)而提升超臨界流體的清洗能力。其中，泵210的一端連接互溶劑槽208，而泵210的另一端則與預(yù)熱器212以及可變動(dòng)壓力泵206連接。另外，預(yù)熱器212可用以在超臨界流體進(jìn)入處理反應(yīng)室214前，先加熱超臨界流體，亦可用以加熱互溶劑，或同時(shí)加熱超臨界流體以及互溶劑。
超臨界流體的清洗時(shí)間，可取決于待清洗的孔洞材料薄膜的性質(zhì)、此孔洞材料薄膜的厚度、此孔洞材料薄膜中孔洞的尺寸、以及所采用的超臨界流體對此孔洞材料的滲透性等?？沙绦蚧K點(diǎn)檢測組件216連接于處理反應(yīng)室214，可在清洗過程中，計(jì)算處理反應(yīng)室214從開始注入超臨界流體至終止的總時(shí)間，或計(jì)算注入處理反應(yīng)室214的超臨界流體的體積。此可程序化終點(diǎn)檢測組件216可根據(jù)清洗制程的需求，提供數(shù)組不同終點(diǎn)的檢測，并可據(jù)以變化清洗流體的注入壓力。待可程序化終點(diǎn)檢測組件216檢測出清洗終點(diǎn)時(shí)，即可停止超臨界流體的供應(yīng)，而將清洗后的超臨界流體收集在與可程序化終點(diǎn)檢測組件216連接的分離器218中。此分離器218可用以將清洗后的超臨界流體內(nèi)的雜質(zhì)或互溶劑過濾出。而且，若處理過后的超臨界流體有回收使用的價(jià)值，則予以回收重復(fù)利用，而若并無回收使用的價(jià)值，也對環(huán)境無害的話，就可將其排放至外界環(huán)境中。
本發(fā)明之一優(yōu)點(diǎn)就是因?yàn)槔贸R界流體處理孔洞材料薄膜時(shí)，先在一低壓環(huán)境下操作一段時(shí)間，再使反應(yīng)壓力從低壓逐漸加壓至產(chǎn)生超臨界流體時(shí)的高壓。如此一來，流體分子即可在較低壓的狀態(tài)下，逐漸滲透到孔洞材料薄膜的孔洞中，并填滿孔洞。因此，可強(qiáng)化孔洞材料薄膜的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而可提升孔洞材料薄膜對后續(xù)的高壓超臨界流體的抵抗能力，確?？锥床牧媳∧さ钠焚|(zhì)，進(jìn)而達(dá)到改善產(chǎn)品合格率的目的。
本發(fā)明之又一優(yōu)點(diǎn)就是因?yàn)槔贸R界流體清洗孔洞材料薄膜時(shí)，反應(yīng)室的壓力系從低壓逐漸增加到超臨界流體形成所需的高壓。因此，用以清洗的流體分子可先滲透至孔洞材料薄膜的孔洞中。如此一來，流體分子對孔洞材料薄膜的雜質(zhì)的作用時(shí)間可獲得大幅延長，而可更有效地溶解孔洞材料薄膜中的雜質(zhì)，進(jìn)而可達(dá)到提升孔洞材料薄膜的清洗效果的目的。
本發(fā)明的再一優(yōu)點(diǎn)就是因?yàn)楸景l(fā)明的清洗孔洞材料的裝置至少包括可變動(dòng)壓力泵以及可程序化終點(diǎn)檢測組件。因此，可臨場改變超臨界流體的入射壓力，亦可在清洗過程中提供數(shù)組不同終點(diǎn)的檢測。固，可提升清洗制程的靈活度。
如熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人員所了解的，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用以限定本發(fā)明的申請專利范圍；凡其它在未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在下述的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種清洗孔洞材料的方法，至少包括在一第一壓力下提供一清洗流體持續(xù)一第一時(shí)間；以及在一第二壓力下提供該清洗流體持續(xù)一第二時(shí)間，其中該第二壓力大于該第一壓力。
2.如權(quán)利要求1所述的清洗孔洞材料的方法，其特征在于該清洗流體在該第二壓力下形成一超臨界流體。
3.如權(quán)利要求1所述的清洗孔洞材料的方法，其特征在于該清洗流體為二氧化碳。
4.如權(quán)利要求1所述的清洗孔洞材料的方法，其特征在于該清洗流體是選自于氮、氬、氙、丙烷、氨、異丙醇、甲醇、以及水的其中之一。
5.如權(quán)利要求1所述的清洗孔洞材料的方法，其特征在于該第一壓力介于15psi與100psi之間。
6.如權(quán)利要求1所述的清洗孔洞材料的方法，其特征在于該第二壓力的大小是取決于該清洗流體的種類。
7.如權(quán)利要求1所述的清洗孔洞材料的方法，其特征在于該第二壓力介于1000psi與6000psi之間。
8.如權(quán)利要求1所述的清洗孔洞材料的方法，其特征在于該孔洞材料至少包括多個(gè)孔洞，且該第一時(shí)間與該第二時(shí)間是取決于該孔洞材料的性質(zhì)、該孔洞材料的厚度、以及該孔洞材料中的這些孔洞的尺寸。
9.如權(quán)利要求1所述的清洗孔洞材料的方法，其特征在于以該第一時(shí)間與該第二時(shí)間是取決于該清洗流體的種類。
10.一種清洗孔洞材料的裝置，至少包括一流體儲(chǔ)存槽，用以儲(chǔ)放一流體；一泵，其中該泵連接該流體儲(chǔ)存槽，且該泵提供具不同壓力的該流體；一處理反應(yīng)室，其中該處理反應(yīng)室連接該泵，且該處理反應(yīng)室用以放置并清洗該孔洞材料；以及一終點(diǎn)檢測器，其中該終點(diǎn)檢測器連接該處理反應(yīng)室，且該終點(diǎn)檢測器用以檢測出該孔洞材料的清洗終點(diǎn)。
11.如權(quán)利要求10所述的清洗孔洞材料的裝置，其特征在于該終點(diǎn)檢測器是一可程序化終點(diǎn)檢測器。
12.如權(quán)利要求10所述的清洗孔洞材料的裝置，其特征在于還至少包括一互溶劑槽連接于該處理反應(yīng)室以及該泵。
13.如權(quán)利要求12所述的清洗孔洞材料的裝置，其特征在于還至少包括一預(yù)熱器連接該處理反應(yīng)室、該互溶劑槽、以及該泵。
14.如權(quán)利要求10所述的清洗孔洞材料的裝置，其特征在于該泵為一可變動(dòng)壓力泵。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種清洗孔洞材料的方法及其裝置；此方法及其裝置是在利用超臨界流體清洗孔洞材料上的制程殘余物時(shí)，先在低壓狀態(tài)下使流體注入孔洞，再將反應(yīng)壓力從低壓漸升至產(chǎn)生超臨界流體的高壓；如此一來，可平衡孔洞材料的內(nèi)外壓力，達(dá)到降低壓力對孔洞材料的沖擊的目的。
文檔編號H01L21/02GK1549307SQ0313138
公開日2004年11月24日 申請日期2003年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月15日
發(fā)明者王靜亞, 莊平, 林俞良, 周梅生, 羅冠騰 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司