利用接近晶片表面的多個入口和出口干燥半導體晶片表面的方法和設備技術

提供了襯底制備系統的多個實施例中的一種，該系統包括具有頭部表面的頭部，其中該頭部表面接近襯底表面。該系統還包括用于通過該頭部向所述襯底表面輸送第一流體的第一導管和用于通過該頭部向所述襯底表面輸送第二流體的第二導管，其中第二流體不同于第一流體。該系統還包括用于從所述襯底表面去除第一流體和第二流體的第三導管，其中第一導管、第二導管和第三導管基本上同時起作用。在另一個實施例中，提供了一種用于處理襯底的方法，該方法包括在襯底表面上產生流體彎液面并向該流體彎液面施加聲能。該方法還包括在襯底表面上移動流體彎液面以處理襯底表面。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體晶片的清洗和干燥，更具體來說，涉及用于從晶片表面更有效地去除流體同時減少污染和降低晶片清洗成本的設備和技術。
技術介紹
在半導體芯片制造工藝中，眾所周知，需要清洗和干燥已經進行了制造操作的晶片，該制造操作在晶片表面上留下了不希望的殘余物。這種制造操作的例子包括等離子體刻蝕(例如，鎢回蝕(WEB))和化學機械拋光(CMP)。在CMP中，把晶片放在支座中，支座將晶片表面推向滾動的傳送帶。該傳送帶使用包含化學劑和研磨材料的研漿來進行拋光。不幸的是，該工藝往往在晶片表面上留下研漿顆粒和殘余物。如果留在晶片上，不希望的殘余材料和顆粒可能產生缺陷，尤其是如晶片表面上的刮痕以及金屬化結構之間的不適當的相互作用。在有些情況下，這種缺陷可能導致晶片上的器件變得失效。為了避免丟棄具有失效器件的晶片的不適當成本，必須在留下了不希望的殘余物的制造操作之后適當且有效地清洗晶片。濕法清洗晶片之后，必須有效地干燥該晶片以防止水分或清洗流體殘余物留在晶片上。如果允許蒸發晶片表面上的清洗流體，如當小滴形成時通常發生的那樣，先前溶解在清洗流體中的殘余物或污染物在蒸發之后將保留在晶片表面上(例如，并且形成斑點)。為了防止發生蒸發，必須在不在晶片表面上形成小滴的情況下盡可能快地去除清洗流體。在嘗試著實現這一點時，采用了幾種不同的干燥技術，如離心干燥、IPA或Marangoni干燥。所有這些干燥技術都利用了在晶片表面上的某種形式的運動液體/氣體界面，如果適當保持的話，這將導致在不形成小滴的情況下干燥晶片。不幸的是，如果運動液體/氣體界面破裂，如利用前述干燥方法經常發生的那樣，將形成小滴并發生蒸發，導致在晶片表面上留下污染物。現在使用的最普遍的干燥技術是離心清洗干燥(SRD)。圖1A示出了在SRD干燥處理期間清洗流體在晶片10上的運動。在該干燥處理中，由旋轉14使濕晶片以高速旋轉。在SRD中，利用離心力，將用于清洗晶片的水或清洗流體從晶片的中心甩到晶片的外部，并最終使其脫離晶片，如流體方向箭頭16所示。在將清洗流體甩脫晶片時，隨著干燥處理的進行，在晶片的中心產生了運動液體/氣體界面12，并且該液體/氣體界面12向晶片的外部移動(即，由運動液體/氣體界面12產生的圓圈漸漸變大)。在圖1A的例子中，由運動液體/氣體界面12形成的圓圈的內側區域沒有流體，而由該運動液體/氣體界面12形成的圓圈的外側區域是清洗流體。因此，隨著干燥處理的繼續進行，運動液體/氣體界面12的內側部分(干燥區域)增大，同時該運動液體/氣體界面12的外側區域(濕區域)減小。如前所述，如果運動液體/氣體界面12破裂，則將在晶片上形成清洗流體的小滴，并且可能會由于小滴的蒸發而產生污染。因此，限制小滴形成和后來的蒸發以保持晶片表面無污染是事在必行的。不幸的是，該干燥方法只在防止運動液體界面的破裂上部分地獲得成功。此外，SRD工藝在干燥疏水性的晶片表面上有困難。疏水性的晶片表面可能難以干燥，因為這種表面排斥水和水基(含水的)清洗液。因此，在干燥處理繼續進行和從晶片表面甩掉清洗流體時，剩余的清洗流體(如果是水基的)將被晶片表面排斥。結果，含水清洗流體將要以最小面積與疏水性的晶片表面接觸。此外，由于表面張力的作用(即，由于分子氫鍵合的作用)，含水清洗液會抱在一起。因此，由于疏水性的相互作用和表面張力，會不可控制地在疏水性的晶片表面上形成含水清洗流體的球體(或小滴)。這種小滴的形成將導致前述的有害蒸發和污染。SRD的這些限制在晶片中央特別嚴重，在那里作用在小滴上的離心力最小。因而，盡管SRD工藝是目前最通用的晶片干燥方法，但是這種方法很難減少在晶片表面上形成清洗流體小滴，特別是當在疏水性晶片表面上使用時更是如此。使用聲能是一種高度先進的、非接觸式的清洗技術，用于從襯底(如各種制造狀態中的半導體晶片、平板顯示器、微機電系統(MEMS)、微光電機械系統(MOEMS)等)上去除小顆粒。該清洗工藝通常包括通過液體介質傳播聲能以從襯底表面去除顆粒和清洗襯底表面。兆聲(megasonic)能通常在約600KHz(0.6兆赫(MHz))到約1.5MHz(包含0.6MHz和1.5MHz)之間的范圍內傳播。能夠使用的典型液體介質是去離子水或者幾種襯底清洗化學劑中的任何一種或多種及其組合，如DI水中稀釋的氫氧化氨/過氧化氫溶液。聲能在液體介質中的傳播主要通過以下過程來實現非接觸式的襯底清洗在液體介質中由溶解的氣體形成氣泡和使氣泡破裂，這里稱為氣穴現象；微流；當化學劑通過強化的質量輸運而用作液體介質時，化學反應增強；優化ζ電勢以利于在液體介質中攜帶顆粒并阻止再沉積；或者提供活化能以便于進行化學反應。圖1B是典型的批量襯底清洗系統10的示意圖。圖1C是批量襯底清洗系統10的俯視圖。槽11中充滿清洗液16，如去離子水或其它襯底清洗化學劑。襯底載具12(通常是襯底盒)夾持將要清洗的一批襯底14。一個或更多個換能器18A、18B、18C產生通過清洗液16傳播的發射聲能15。對于每批襯底14來說，通過接觸和定位所述載具12的定位夾具19A、19B，使襯底14與換能器18A、18B和18C之間的相對位置和距離通常基本保持恒定。如果使用了清洗化學劑，不管有沒有控制顆粒再粘接的適當化學性，發射能量15都通過氣穴、聲流和強化質量輸運而實現了襯底清洗。批量襯底清洗工藝通常需要較長的處理時間，并且會消耗過量的清洗化學劑16。此外，難以實現一致性和不同襯底間的控制。圖1D是提供給換能器18A、18B、18C中的一個或更多個的RF供給源的現有技術示意圖30。可調壓控振蕩器(VCO)32按選定頻率向RF發生器34輸出信號33。RF發生器34將該信號33放大以產生具有更高功率的信號35。信號35被輸出到換能器18B。功率傳感器36監測該信號35。換能器18B輸出發射能量15。不幸的是，典型的兆聲系統具有化學交換速度慢和有效反應室容積大的問題。這可能導致污染物留在兆聲反應室中從而再沉積在晶片上。因而，這可能導致無效的清洗并降低晶片處理合格率。此外，由于聲波從襯底和槽壁的反射產生的有益或無益的干涉的作用，可能在批量清洗系統中產生熱點或冷點。這些熱點或冷點可能破壞襯底中的敏感結構，或者引起低效或不均勻的清洗。因此，需要一種方法和設備，其能夠快速和有效地清洗半導體晶片，同時減少在清洗操作后污染物在晶片上的再沉積，并且使用少量清洗流體以及在沒有熱點或冷點的情況下向襯底提供均勻的功率密度輸送，從而避免了現有技術中存在的問題。如目前經常發生的，這種污染物的沉積降低了合格晶片的產量，并且提高了半導體晶片的制造成本。因此，還需要一種方法和設備，其能夠快速且高效地清洗和干燥半導體晶片，同時減少各種水或清洗流體小滴的形成，由此避免了現有技術中存在的問題，其中所述小滴可能使污染物沉積在晶片表面上。如目前經常發生的，這種沉積物降低了合格晶片的產量，并且提高了半導體晶片的制造成本。
技術實現思路
廣義地說，本專利技術通過提供能夠從晶片表面快速去除流體同時降低晶片污染的清洗和干燥設備而滿足了這些需要。應該理解本專利技術可以采用多種方式來實現，包括作為工藝、設備、系統、裝置或方法來實現。下面說明本專利技術的幾個創造性的實施例。在一個實施例中，提供了一種襯底制本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種襯底制備系統，包括：具有頭部表面的頭部，該頭部表面被配置成在工作時接近襯底的表面；第一導管，用于通過所述頭部向所述襯底表面輸送第一流體；第二導管，用于通過所述頭部向所述襯底表面輸送第二流體，該第二導管不同于所述第 一導管；以及第三導管，用于從所述襯底表面去除所述第一流體和所述第二流體，第一導管、第二導管和第三導管被配置為在工作時基本上同時起作用。

【技術特征摘要】
US 2002-9-30 10/261,839;US 2003-6-30 10/611,1401.一種襯底制備系統，包括具有頭部表面的頭部，該頭部表面被配置成在工作時接近襯底的表面；第一導管，用于通過所述頭部向所述襯底表面輸送第一流體；第二導管，用于通過所述頭部向所述襯底表面輸送第二流體，該第二導管不同于所述第一導管；以及第三導管，用于從所述襯底表面去除所述第一流體和所述第二流體，第一導管、第二導管和第三導管被配置為在工作時基本上同時起作用。2.根據權利要求1所述的襯底制備系統，其中，所述襯底移動，從而所述頭部橫越所述襯底表面。3.根據權利要求1所述的襯底制備系統，其中，所述頭部移動，以橫越所述襯底表面。4.根據權利要求1所述的襯底制備系統，其中，所述頭部的尺寸大至襯底的直徑。5.根據權利要求1所述的襯底制備系統，其中，所述頭部的長度大于襯底的直徑。6.根據權利要求1所述的襯底制備系統，其中，在所述頭部的相對側設置有一第二頭部，該第二頭部被配置成在工作時接近襯底的下表面。7.根據權利要求1所述的襯底制備系統，其中，所述第一流體是去離子水(DIW)和清洗流體中的一種。8.根據權利要求1所述的襯底制備系統，其中，所述第二流體是異丙醇(IPA)蒸氣、氮氣、有機化合物、己醇、乙基乙二醇、以及易與水混合的化合物中的一種。9.一種用于處理襯底的方法，包括以下步驟把第一流體施加到襯底表面上；把第二流體施加到所述襯底表面上，接近于所述第一流體而施加所述第二流體；以及從所述襯底表面去除第一流體和第二流體，所述去除是在把第一流體和第二流體施加到襯底表面上的同時進行的；其中，所述施加和所述去除形成一受控的彎液面。10.根據權利要求9所述的用于處理襯底的方法，其中，所述第一流體是DIW和清洗流體中的一種。11.根據權利要求9所述的用于處理襯底的方法，其中，所述第一流體是異丙醇(IPA)蒸氣、氮氣、有機化合物、己醇、乙基乙二醇、以及和易與水混合的化合物中的一種。12.根據權利要求9所述的用于處理襯底的方法，其中，去除第一流體和第二流體包括接近所述襯底表面施加真空。13.根據權利要求12所述的用于處理襯底的方法，其中，施加真空包括調節真空的強度以形成穩定的彎液面。14.一種在襯底處理操作中使用的襯底制備設備，包括被配置成朝向襯底表面移動的接近頭，該接近頭包括至少一個第一源入口，該第一源入口被配置成當所述接近頭處于接近所述襯底表面的位置時向所述襯底表面施加第一流體，至少一個第二源入口，該第二源入口被配置成當所述接近頭處于接近所述襯底表面的位置時向所述襯底表面施加第二流體，以及至少一個源出口，該源出口被配置成當所述接近頭處于接近所述襯底表面的位置時施加真空壓力，以從所述襯底表面去除所述第一流體和第二流體。15.根據權利要求14所述的襯底制備設備，其中，所述第一源入口被配置成向襯底導入異丙醇(IPA)蒸氣。16.根據權利要求14所述的襯底制備設備，其中，所述第二源入口被配置成向襯底導入去離子水(DIW)。17.根據權利要求14所述的襯底制備設備，其中，所述接近頭被配置成當該接...

【專利技術屬性】
技術研發人員：約翰M德拉芮奧，詹姆士P加西亞，卡爾武德，麥克拉夫金，弗利茨雷德克，約翰博伊德，阿夫辛尼克宏，
申請(專利權)人：拉姆研究公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]