使用气泡的基材表面处理方法及设备.pdf

从基材表面移除一物质，例如从晶片移除光阻剂，或于基材表面形成一反应产物的技术被揭示。将复数片等间隔、平行的基材的底部垂直的浸入在一液体，将一气体例如臭氧导入在该液体中且在该基材的下方连续形成气泡，使得这些气泡在破灭之前于两相邻基材之间不断往上爬升。在气泡爬升的过程中在基材表面的液体边界层被压缩及更新，促进在该边界层内的气－液－固质传效率，使得其中的反应更快速的被完成，于是基材表面更有效率的被处理。

1.  一种处理基材表面的方法，包含a)使液体及气体在一基材的一部份表面连续形成气泡，及b)使该气泡在破灭前爬行在该基材的其余表面，其中为该气泡所爬行过的基材表面上的一物质被从该基材表面上移除，或者被形成一物质。

2.  如权利要求1所述的方法，其中为该气泡所爬行过的基材表面上的一物质被从该基材表面上移除。

3.  如权利要求2所述的方法，其中该基材为表面具有光阻剂的晶片，且从该晶片的表面被移除的物质为该光阻剂。

4.  如权利要求2所述的方法，其中步骤a)包含将基材浸入在一由该液体所构成的池，于是仅有该基材的底部浸入在该液体中；及该池的底部被导入该气体或者该池的液体溶解有该气体以连续形成该气泡，于是该气泡在该基材表面往上爬行离开该池的液面并且继续爬行一段距离。

5.  如权利要求4所述的方法，其中该基材是实质上垂直在该液体池的液面，并且该基材被驱动绕一水平轴旋转，于是该基材的外缘是轮流地浸入于该液体中。

6.  如权利要求1至5项中任一项所述的方法，其中复数个该基材被同时处理，并且它们彼此等间隔的互相平行。

7.  如权利要求4所述的方法，其中该液体为纯水、臭氧水或溶解有化学品的水溶液，及该气体为一含有臭氧的气体混合物、一含有反应性气体的气体混合物或空气。

8.  如权利要求7所述的方法，其中该液体为纯水或臭氧水。

9.  一种处理基材表面的设备，包含：
一液体储槽，其中一液体被保留于其内部并在其内部形成一水平液面；
一基材夹持匣，其被置于该储槽内，使得被夹持于该匣的基材只有其底部浸入于该液体中；及
一位于该液面下的曝气机构，用于在液体内产生气泡。

10.  如权利要求9所述的设备，其进一步包含一旋转机构，用于使该基材夹持匣在该储槽内绕一水平轴旋转。

11.  如权利要求9所述的设备，其中该曝气机构包含设置在该储槽内的一供气管及一或复数个形成在该供气管上的开孔。

12.  如权利要求11所述的设备，其中该供气管位于该基材夹持匣的下方。

13.  如权利要求9所述的设备，其中该基材夹持匣具有复数对槽缝，其中每一对槽缝适于容置一基材，使得被容置在该复数对槽缝的复数片基材互相平行且垂直于该液面。

使用气泡的基材表面处理方法及设备
                        技术领域
本发明是关于一种使用气泡的基材表面处理技术，尤其有关一种使用气泡从基材表面移除光阻剂(photoresist)的技术。
                        背景技术
异相反应系统(heterogeneous reaction system)遍存于各类产业制程中，例如催化剂反应系统及高阶电子组件的长膜制程等皆是，如何提升异相反应系统的界面质传效率(heterogeneous mass transfer in multiphase)是相关制程技术的研发重点。在气-液-固共存的异相反应系统中，由于反应必需透过气-液及液-固相的边界层(boundary 1ayer)进行，因此边界层的厚度以及更新频率，成为影响反应速率的关键瓶颈。一般传统技术多利用机械式搅拌、高音波或超高音波震荡等操作来达到压缩边界层厚度以提升界面质传效率的目的。但在液相存在比例较高且气相属于难溶性气体的异相反应系统中，反应速率的瓶颈步骤主要决定在气-液界面(interface)间的质传速率。机械式搅拌并无法有效压缩边界层，所能达到的质传扩散效果极为有限。最近也有新的研究利用高速旋转的离心力将固体表面的水层离心甩脱，达到压缩水膜厚度及更新接触界面的目的。但此方法须耗用较大电能，且高速旋转长期操作会产生微颗粒污染的疑虑，对于待处理材质的形状尺寸大小都有所限制。例如美国6,627,125及6,273,108揭示了一种以臭氧及液体来处理一半导体基材表面的技术，包括将一加热的处理液体喷洒于半导体基材表面，高速旋转该基材而控制该处理液体在基材表面上边界层厚度，同时在维持该基材温度及边界层厚度的情况下导入臭氧，而降低臭氧扩散通过该边界层的阻碍。此美国专利与本发明有关的技术内容以参考方式被并入本案。
                        发明内容
本发明的目的之一是提供一种使用气泡的基材表面处理方法。
本发明的再一目的是提供一种使用气泡的基材表面处理方法的设备。
界面扩散层压缩与反应界面更新频率的控制技术是决定异相反应质传效率的关键。本发明利用气体在液体中自然形成的气泡做为异相反应系统界面扩散层厚度压缩的控制方法(controlling means)。当气泡与基材表面接触时，下方气泡会自然推升上方气泡使它不断往上爬升。在气泡爬升的拖曳过程中会让界面扩散层被压缩、变小，并使反应界面不断更新，于是反应性气体分子能快速透过超薄的液膜扩散至基材表面进行反应，而反应生成物也能快速逆向扩散出来而被带走。因此能使界面扩散层质传效率最佳化。此一现象可在省水、省能的操作条件下，提供气-液-固异相反应系统一个高效率的异相界面扩散层质传操作技术。本发明并提供一个应用臭氧气-液反应系统进行晶片(wafer)表面光阻剂去除的例示，做为相关类型气-液-固异相反应系统的设计概念说明。
实施方式
本发明揭示一种处理基材表面的方法，包含a)使液体及气体在一基材的一部份表面连续形成气泡，及b)使该气泡在破灭前爬行在该基材的其余表面，其中为该气泡所爬行过的基材表面上的一物质被从该基材表面上移除，或者被形成一物质。
当本发明方法是用于从该基材表面上移除一物质时，该基材可为表面具有光阻剂的晶片，且从该晶片的表面被移除的物质为该光阻剂。
当本发明方法是用于从该基材表面上移除一物质时，步骤a)可包含将基材浸入于一由该液体所构成的池，于是仅有该基材的底部浸入在该液体中；及该池的底部被导入该气体或者该池的液体溶解有该气体以连续形成该气泡，于是该气泡在该基材表面往上爬行离开该池的液面并且继续爬行一段距离。较佳的，该基材是实质上垂直于该液体池的液面，并且该基材被驱动绕一水平轴旋转，于是该基材的外缘是轮流地浸入于该液体中。
较佳的，在本发明方法中复数个该基材被同时处理，并且它们彼此等间隔的互相平行。
较佳的，该液体为纯水、臭氧水或溶解有化学品的水溶液，及该气体为一含有臭氧的气体混合物、一含有反应性气体的气体混合物或空气。更佳的，该液体为纯水或臭氧水。
本发明同时亦揭示一种处理基材表面的设备，包含：
一液体储槽，其中一液体被保留在其内部并在其内部形成一水平液面；
一基材夹持匣，其被置于该储槽内，使得被夹持于该匣的基材只有其底部浸入于该液体中；及
一位于该液面下的曝气机构，用于在液体内产生气泡。
本发明的设备，较佳的进一步包含一旋转机构，用于使该基材夹持匣在该储槽内绕一水平轴旋转。
较佳的，该曝气机构包含设置于该储槽内的一供气管及一或复数个形成于该供气管上地开孔。更佳的，该供气管位于该基材夹持匣的下方。
较佳的，该基材夹持匣具有复数对槽缝，其中每一对槽缝适于容置一基材，使得被容置在该复数对槽缝的复数片基材互相平行且垂直于该液面。
依本发明的一较佳具体实施例所完成一种光阻剂去除技术将参照图1说明如下。在一气液反应清洗槽10中导入超纯水至一预定高度，接着将一供气管20安装在该清洗槽10的底部。该供气管20位于超纯水中的一端具有一或多个孔径介于0.05～3mm的开孔21，另一端则连接在一臭氧气体供应源(未示于图中)。一加压的含臭氧的气体混合物由该臭氧气体供应器通过该供气管20的开孔21在该清洗槽10的底部产生气泡22。
将一表面涂布有光阻剂的两片晶片30，以涂布面相对被平行的夹持于一晶片夹持匣40。该晶片夹持匣40接着被固定在该清洗槽10内的一对转轴11，其中该对晶片是垂直的浸入在该清洗槽10内的超纯水中并且只有底部浸在超纯水中，而且该对晶片之间的间隙位在该供气管20的开孔21的上方。该供气管20距离该晶片的底缘约1～3公分。
以上仅说明一对晶片被清洗的设置，但很明显的更多的晶片可以在该清洗槽10内同时被清洗只要在该清洗槽10内设置相对应于待清洗晶片的更多供气管20，或者在该供气管20设置更多的开孔21。
在该对晶片30下方产生的大部份气泡22由该对晶片30之间的间隙沿着晶片表面向上爬升，并且越过该臭氧水液面继续爬升一段距离或到晶片顶部才破灭。透过该清洗槽10的转轴11，可间歇式的或连续的转动该夹持匣40，以均匀的从晶片表面移除光阻剂。
本发明的优点为省水、省能、不需高速旋转操作、无微颗粒污染疑虑、对材质的处理尺寸弹性大。本发明技术可应用于半导体、TFT-LCD及微/纳米精密机密模具等产业的平版印刷术(lithography)光阻剂去除、基材表面清洗等制程步骤，未来在医疗设备消毒、纳米材料制造上也将有很大的应用潜力。
                         附图说明
图1为依本发明的一实施例所完成的处理基材表面的设备的示意图。
图2为示出一晶片上54个量测点的位置。
图3为晶片上54个量测点的光阻剂移除速率其中圆点为依实施例1本发明方法的结果，三角形点为依对照例1已知SPM方法的结果。
附图标记
10..清洗槽        20..供气管      21..开孔     30..晶片
40..晶片夹持匣    11..转轴
                      具体实施方式
本发明可借助以下实施例被进一步了解，这些实施例仅作为说明之用，而非用于限制本发明范围。
实施例1：
将两片涂布有厚度约光阻剂(型号FH-6400L)的晶片置于如图1所示的设备对该对晶片进行光阻剂的移除。在移除光阻剂前，使用OLYMPUSnanospec量测晶片上54点的光阻剂厚度，该54点的位置如图2所示。晶片近底端约1/3的部份(约2.8cm)浸于超纯水中，在清洗时超纯水被维持在50℃的温度。供气管20设置有一直径约0.1mm的开孔，并且该供气管20被接上一臭气产生器(Anseros公司，德国)。臭氧气流量为90NL/hr(臭氧气的臭氧浓度为17％(w/w))。激活转轴11开始清洗，以3～4rpm转动该支持匣40。清洗时间2分钟。清洗后的晶片以去离子水漂洗(rinse)，再以N_-2枪吹干。最后以OLYMPUS nanospec量测该54点的光阻剂厚度。
对照例1：
使用传统的SPM(高温硫酸法)方法从晶片表面上移除光阻剂，其中晶片的光阻剂以相同于实施例1的方法被形成及被量测厚度。本对照例的SPM方法使用H₂SO₄∶H₂O₂＝3∶1的清洗液体，在120℃清洗2分钟。
图3示出实施例及对照例1的光阻剂移除速率，从其中可看出实施例1的本发明方法与已知SPM方法具有可相比拟的光阻剂移除速率。但业界人士均知SPM方法除了需高温外，亦需要大量的去离子水才能将硫酸从清洁过晶片的表面移除。此外，硫酸具腐蚀性，使得SPM方法不能用于处理含有金属层的基材。
实施例2及3：
除了将超纯水的温度改变为室温及80℃外，重复实施例1的步骤清洗2分钟。实施例1～3的平均移除速率示于表1。