CN101001704B - 在一个或多个晶片上带出流体及随后干燥处理的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

在工艺室内处理微电子基片的系统，该系统结合了从湿法过渡到干法(特别是从冲洗过渡到干燥)的改进技术。在润湿处理之后保留在液体供应管线内的至少部分残余液体经路径脱除，以避免直接吹扫到基片上。本发明还包括相关的方法。

Description

在一个或多个晶片上带出流体及随后干燥处理的系统和方法
技术领域
本发明涉及使用喷雾处理器工具制造微电子器件的技术。更具体地，本发明涉及的方法包括下述方面：其中使用喷雾处理器工具使一个或多个器件前体与液体(例如特别是冲洗液体)接触，并随后干燥该前体。
背景技术
在各种微电子器件的制造过程中，微电子工业依赖于各种润湿/干燥工艺方案。微电子工业可使用各种构造系统进行这种润湿/干燥工艺。许多这种系统为喷雾处理器工具形式。喷雾处理器工具通常指其中在系列的一步或多步过程中将一种或多种处理化学药品、冲洗液体和/或气体单独或者组合喷雾到一个或多个晶片上的工具。这与其中在处理过程中晶片浸渍在流体浴内的湿法平台工具不同。在典型的喷雾处理器工具中，流体喷雾到晶片上，同时将晶片支撑在旋转台板如转台、卡盘或类似物上。喷雾处理器系统的实例包括：获自FSIInternational，Inc.，Chaska，MN的MERCURY或ZETA喷雾处理器系统；获自Semitool，Inc.，Kalispell，Montana的SCEPTERTM或SPECTRUM喷雾处理器系统；获自SEZAG，Villach，澳大利亚并以商品名SEZ323销售的喷雾处理器系统；和类似物。
喷雾处理器工具的典型方案可包括下述工艺步骤，包括：首先使晶片经过一次或多次润湿处理(如化学处理和/或冲洗处理)，之后干燥晶片。例如常规的冲洗/干燥序列可包括首先在工艺室内将冲洗液体喷雾到支撑在旋转转台上的晶片组上。停止冲洗，然后向工艺室内吹扫用于输送冲洗液体的管路。然后可以通过相同或不同的管路将干燥气体引入到室内，以干燥晶片。
可评估特定工艺方案有效性的一种方式是在按照所述工艺方案处理之后测量晶片添加颗粒的程度。通常希望所添加颗粒的个数(即添加颗粒＝工艺方案之后所测量的颗粒-工艺方案之前所测量的颗粒)一贯地尽可能低。
针对添加颗粒，一些工艺方案只是在相对窄的工艺参数范围内可以很好地进行。例如只有当冲洗液体在特定温度范围内(如适度温和)时，才可以实施常规的冲洗/干燥方案而得到一贯地低的添加颗粒。但如果冲洗液体在该范围以外的温度下(如冲洗液体被冷却或加热)时，这一相同方案则可能引起添加颗粒过高和/或不一致。这一温度局限可能限制这一方案的实际实用性。例如可能还希望能够使用很热的冲洗液体以缩短循环时间，因为较热的液体可能较快地冲洗晶片并较快地干燥。此外，可能还希望能够使用很冷的冲洗液体处理对温度敏感的基片。简言之，常规的冲洗/干燥序列针对添加颗粒可能倾向于过度温度敏感，其代价常常是牺牲工艺灵活性。
随着微电子设备元件变得越来越小，对添加颗粒的尺寸限制变得越来越苛刻。例如对于较大尺寸的元件来说，监控尺寸大于150nm的添加颗粒(这一规定通常指“颗粒＞150nm”或其它类似的基准)可能足以辅助确保可接受的器件质量。但对于较小的元件来说，监控颗粒＞90nm、或者＞65nm、或者甚至更小的添加颗粒可能是希望的。一些常规的冲洗/干燥序列可在不太苛刻的监控下很好地进行，但当监控较小的添加颗粒时，可能不如所希望的那样很好地进行。
因此，在微电子工业中，仍然需要实施具有一贯地较低添加颗粒的润湿/干燥工艺方案。具体地，在本领域中仍然需要提供即使当采用更苛刻的监控标准例如＞90nm、＞65nm或类似标准时，对温度更不敏感和/或提供更低的添加颗粒的方法。
发明内容
本发明提供当处理一个或多个晶片时，进行一次或多次润湿液体处理(特别是冲洗)及随后干燥处理的序列的改进技术。更具体地，本发明提供从润湿处理过渡到干燥处理的改进方式，从而急剧减少在更常规的润湿/干燥序列之后可能会另外观察到的添加颗粒。本发明意识到这一过渡特征可明显影响添加颗粒的性能。
本发明特别适用于在喷雾处理器工具中实施冲洗/干燥方案。最有益地实施本发明，以至少在喷雾处理器工具内实施的最终冲洗处理和随后干燥处理之间进行过渡，之后从该工具中取出晶片。实际上，对于在300毫米(mm)的晶片上尺寸大于65纳米(nm)的颗粒来说，当在本发明的喷雾处理器工具中使用单独的冲洗/干燥处理时，我们已经获得了非常适中的添加颗粒数据。关于证明这一点的数据，参见以下进一步讨论的图2a、2b、3a和3b。
对于添加颗粒来说明显改进的性能不是唯一观察到的益处。我们另外观察到的明显益处是，对于添加颗粒来说，工艺性能对冲洗液体的温度相对不敏感。也就是说，可获得对于添加颗粒的改进性能，而与冲洗液体的温度是冷、室温、温或热无关。对于能够在其中冲洗介质以液体存在的任何所需温度下实际实施冲洗而不会过度增加添加颗粒的能力，对于可使用的冲洗和干燥方案种类以及可处理的晶片种类均提供了巨大的灵活性。这一优势与倾向于只是对于相对窄的温度范围内的冲洗液体提供最佳性能的更常规技术完全不同。
在一些实施方案中，在不存在使用热液体将引起添加颗粒太大增加的过度危险下，能够利用热的冲洗液体(例如60-100℃)来实现较快的循环时间。很简单，较热的冲洗液体倾向于较快地蒸发，且用较热液体冲洗的晶片可以比用较冷液体冲洗的晶片更快地干燥。此外，可使用较热冲洗液体加热工艺室，这可缩短干燥所述晶片与室所需的时间。例如包括使用温水(35℃)的特定方案要求400秒(6.7分钟)的干燥时间。使用热的冲洗水(85℃)时，这一干燥时间可明显缩短4.5分钟，同时仍提供非常适中的添加颗粒。
本发明至少部分基于针对添加颗粒可能是由于工艺方案从润湿处理如冲洗过渡到干燥处理的方式的结果的问题的实际技术方案。常规方法例如可包括其中冲洗晶片、然后向工艺室内吹扫冲洗管线、然后干燥晶片的方案。尽管不希望受理论束缚，但我们相信这种不加保护的裸吹扫是添加颗粒的主要原因。我们已经观察到，当向工艺室内吹扫液体管线时，生成液体雾气或气溶胶。除了可能在相对窄的温度范围以外，这种雾气或气溶胶可作为小液滴沉降到干燥晶片表面上。然后这些液滴可作为光点缺陷及因此作为添加颗粒被检测到。相对于较小的颗粒，例如尺寸小于约90nm的颗粒，添加颗粒的个数倾向于最大。简言之，据认为按常规技术的不加保护地裸吹扫液体是添加颗粒的来源，其中添加颗粒的个数是吹扫液体温度的强相关函数。在一种实施模式中，本发明优选通过抽吸将反吸功能结合到至少部分管道内，其中处理液体、特别是冲洗液体通过所述管道分配到工艺室内。这允许在停止至室内的主要液体流或喷雾之后，经反吸脱除保留在相应供应管线内的至少部分残余液体，而不是只通过吹扫到室内进行脱除。通过反吸至少部分残余的冲洗液体，将生成较少量的气溶胶或者雾气，而所述气溶胶或雾气可能影响晶片表面。
此外，尽管不希望受理论所束缚，但我们相信，只要晶片表面开始干燥，该表面就容易形成斑点。此外，较快地干燥倾向于加大这一弱点。因此，当吹扫进行时干燥或部分干燥晶片表面时，就添加颗粒来说，吹扫可能更有问题。当例如晶片在吹扫过程中在工艺室内旋转时，这一问题可能特别存在。与完成吹扫的时间段相比，旋转晶片倾向于在更短的时间段内干燥或者开始干燥。换句话说，吹扫比干燥花费更多的时间。当吹扫继续时，因此存在当与吹扫有关的雾气/气溶胶接触相对干燥的晶片表面的时间。因此，较长的吹扫循环使旋转晶片表面更易于形成斑点。
本发明还包括其中向工艺室内吹扫一个或多个液体供应管线且同时使用一个或多个其它供应管线润湿晶片表面的实施方案。在吹扫前一管线之后，可停止通过后一管线的流动，之后通过反吸残余液体而排空后一管线。本发明的重要之处在于，其允许如果需要向工艺室内进行至少一些吹扫，同时晶片表面仍然润湿而被保护不受气溶胶或雾气侵害，所述气溶胶或雾气倾向于伴随吹扫产生。
替代地，在从润湿处理过渡到干燥处理过程中，若使用反吸功能通过供应管线来脱除所有的残余液体，则可完全避免向室内吹扫。
因此，上述实施方案预期了至少在冲洗处理最后，在液体供应管线内的至少部分残余液体未被直接吹扫到工艺室内，而是通过不同的路径从该设备中脱除。反吸只是供应脱除能量的一种方式，其中可利用所述脱除能量抽出所述残余液体。利用合适的阀门、附加的管道和/或类似物的其它脱除策略例如可包括使用压力将残余液体从管线中吹扫到目的地例如排水管或者再循环中，而不是直接进入工艺室内。
因此，可以理解，目前或者以后已知的将残余液体、特别是冲洗液体吹扫到工艺室内的任何常规系统均可受益于按照本发明使用反吸功能。
在另一实施模式中，本发明提供工艺方案，其中至少部分残余的处理液体，特别是冲洗液体，未被吹扫到工艺室内。相反，残余的部分处理液体简单地静置在相应的供应管线内，直到从工艺室中取出一个或多个晶片之后。在从工艺室中取出晶片之后，残余的处理液体可以被反吸或者安全地吹扫到工艺室内。
本发明还包括的实施方案是其中向工艺室内吹扫一个或多个液体供应管线，同时使用一个或多个其它供应管线润湿晶片表面。在吹扫前一管线之后，可以停止通过后一管线的流动，之后取出晶片，接着吹扫或者反吸后一管线。本发明的这一方面是重要的，因为它允许如果需要向工艺室内进行至少一些吹扫时，晶片表面仍然润湿而被保护不受气溶胶或雾气侵害，所述气溶胶或雾气倾向于伴随吹扫产生。
替代地，在从润湿处理过渡到干燥处理过程中，若在供应管线内的所有残余液体均为简单地静置，则可完全避免向室内吹扫。
在一个方面中，本发明的处理微电子基片的系统包括：在处理过程中可以在其中放置一个或多个微电子基片的工艺室，流体可通过其分配到放置于工艺室内的基片上的流体输送路径，和与流体输送路径流体相连的流体脱除路径，其连接方式使得在流体输送路径内的至少部分残余液体可以从流体输送路径中抽出，而不会将至少所述残余液体部分直接吹扫到一个或多个基片上。
另一方面，本发明的喷雾处理器系统包括：在处理过程中可以在其中放置一个或多个微电子基片的工艺室，和与该工艺室流体连通的流体输送系统。所述流体输送系统包括：流体可通过其分配到放置于工艺室内的基片上的流体输送路径，与流体输送路径流体相连的流体脱除路径，其连接方式使得在流体输送路径内的至少部分残余液体可以从至少部分流体输送路径中抽出，而不会将至少部分所述残余液体直接吹扫到一个或多个基片上，和与流体输送路径以及流体脱除路径流体相连的流体旁通路径，其连接方式使得当气体流过流体旁通路径时，施加真空到至少部分流体输送路径和流体脱除路径上。
另一方面，本发明的处理一个或多个微电子基片的方法包括下述步骤：在工艺室内放置一个或多个微电子基片，通过流体输送路径向工艺室内分配液体并分配到一个或多个基片上，停止分配液体，其中一定量的残余液体保留在流体输送路径内，使至少部分残余液体通过流体脱除路径从流体路径中脱除，从而使所述部分残余液体未被直接吹扫到基片上，并干燥该基片。
另一方面，本发明的处理一个或多个微电子基片的方法包括下述步骤：在工艺室内放置一个或多个微电子基片，通过第一流体输送路径向工艺室内分配第一液体流并分配到一个或多个基片上，通过第二流体输送路径向工艺室内分配第二液体流并分配到一个或多个基片上，停止分配第一液体流，使一定量的残余液体保留在第一流体输送路径内，向工艺室内吹扫第一流体输送路径，同时分配第二液体流，在停止吹扫第一流体输送路径之后停止分配第二液体流，使残余量的液体保留在第二流体输送路径内，并通过流体脱除路径脱除在第二流体输送路径内的至少部分残余量的液体，使第二流体输送路径内的所述部分残余量的液体未被吹扫到基片上。
另一方面，本发明的喷雾处理器系统包括：在处理过程中可以在其中放置一个或多个微电子基片的工艺室，流体可通过其分配到放置于工艺室内的基片上的流体输送路径，流体可通过其从流体输送路径分流的流体旁路，连接流体输送路径和流体旁路的第一阀门，当第一阀门处于正常状态时位于流体旁路相对下游的流体脱除路径，和连接流体脱除路径与流体输送路径的第二阀门。第一阀门在正常状态下打开以允许流体连续流过流体输送路径，和关闭以阻止流体从流体输送路径流到流体旁路内，和其中第一阀门在驱动状态下关闭以阻止流体向下游流过流体输送路径，和打开以允许流体从流体输送路径流到流体旁路内。第二阀门在正常状态下打开以允许流体连续流过流体输送路径，和关闭以阻止流体从流体输送路径流到流体脱除路径内，和其中第二阀门在驱动状态下打开以允许流体脱除路径和在第二阀门和工艺室之间的至少部分流体输送路径之间的流体连通。
附图说明
通过参考下述结合附图的本发明的例举实施方案的描述，有助于理解本发明的上述和其它优点、其实现方式以及发明本身，其中：
图1描述了本发明的喷雾处理器工具的示意图。
图2a的图线表示对比例A和实施例1-3中尺寸大于65nm的“真实添加颗粒(adder)”。
图2b的图线表示对比例A和实施例1-3的所有三个试验晶片每次试验中尺寸大于65nm的“真实添加颗粒”的范围。
图3a的图线表示对比例A和实施例1-3的每次试验中尺寸大于65nm的缺陷的“δ”。
图3b的图线表示对比例A和实施例1-3的所有三个试验晶片每次试验中“δ”值的范围。
具体实施方式
以下所述的本发明实施方案并不打算穷举本发明或将本发明限于下述详细描述所公开的精确形式。相反，选择并描述这些实施方案是为了使本领域其它技术人员可意识到并理解本发明的原理和实施。
图1给出了本发明原理可结合到晶片处理系统10的冲洗和干燥组件内的代表性方式，所述晶片处理系统10例如获自FSIInternational，Inc.，Chaska，MN的MERCURY或ZETA喷雾处理器系统。这些系统有利地用于处理200mm和300mm两种晶片。具体地说，改进冲洗和干燥组件，从而优选在如下所述的从冲洗处理过渡到干燥处理的过程中结合抽吸功能，以允许液体反吸。除了此处所述的冲洗和干燥组件的这种改进以外，在这一例举实施模式内的系统10的其它方面可与商购的MERCURY或ZETA喷雾处理器系统相同，且为了清楚起见，没有示出这一系统中的其它常规组件。
系统10包括喷雾处理器工具12，所述喷雾处理器工具12通常包括外壳14和封闭室18的盖子16。可将液体和/或气体通过从盖子16下行的中心喷雾柱20引入到室18内。通过中心喷雾柱20引入材料由指引离开中心喷雾柱20并进入室18内的箭头示意性表示。可旋转转台24通过轴32与发动机34相连，以便可旋转转台24可围绕轴32的轴线旋转，正如围绕轴32的箭头所示。柱子26从转台24延伸，以便支持在处理过程中在其内夹持一个或多个晶片(未示出)的一个或多个支架28。可旋转转台24和一个或多个柱子26可提供另一路径，通过该路径可以将液体和/或气体引入到室18内，如指引离开转台24和离开支柱26顶部且进入到室18内的箭头所示。旋转接头(union)36通过联结器38与发动机34流体相连，并有助于从供应源向室18内部的旋转环境中输送液体和/或气体。在Benson等人名义下的标题为“RotaryUnions，FluidDeliverySystems，andRelatedMethods”的受让人的共同待审申请中描述了旋转接头36的特别优选的实施方案。一个或多个边槽(sidebowl)喷雾柱22设置于室18内，并提供另一路径，通过该路径可以将液体和/或气体引入到室18内，如指引离开边槽喷雾柱并进入室18内的箭头所示。
在所示的特定实施方案中，冲洗液体和干燥气体可通过中心喷雾柱20、转台24/支柱26和/或边槽喷雾柱22中的任何一个引入到室18内。其它种类的处理液体或气态处理化学药品可经一个或多个作为其它化学药品管线39示意性给出的管线通过中心喷雾柱20方便地引入到室18内。
现在更详细地描述结合抽吸功能的冲洗和干燥组件的优选实施方案。冲洗液体如去离子水经供应管线40从一个或多个水源(未示出)供应到系统10中。按照微电子工业中的良好实施，优选过滤并纯化水。过滤和纯化组件(未示出)可以结合到系统10内和/或在系统10外部。
冲洗液体从供应管线40经管线41a、41b和41c输送到中心喷雾柱20。一种或多种气体如氮气从供应源(未示出)经管线42a和42b、然后经管线41b和41c供应到中心喷雾柱20。通过阀门44、46和48控制通过管线41a、41b、41c、42a和42b进入中心喷雾柱20的液体和气体流。所示阀门44通常相对于气流是关闭的，和被驱动以允许气体从管线42a流到42b。阀门46通常是打开的，以允许气体从管线42b流到41b，但通常相对于从管线41a到41b的液流是关闭的。当驱动阀门46时，液体可流过阀门，而气流被阻止。阀门48控制从管线41b经管线41c到中心喷雾柱20的液体或气体流，或者另外可使液体和/或气体流分流，视情况可经管线53分流到排水管50中。阀门48通常是打开的，以便允许流体从管线41b流到41c。当被驱动时，阀门48使流体通过止回阀51经管线53分流。止回阀51可与为接收所述流体而设计的一个或多个其它组件相连。正如所示的，止回阀51与排水管50相连，并防止液体(或气体)流从排水管50回流并进入阀门48内。
冲洗液体从供应管线40经管线52a、52b、52c和52d输送到边槽喷雾柱22。一种或多种气体如氮气从供应源(未示出)经管线56a和56b、然后经管线52b、52c和52d供应到边槽喷雾柱22。该气体供应源可以与供应气体到中心喷雾柱20的供应源相同或不同。流过管线52b、52c和52d的气体和/或液体流可分别经管线60或62分流到抽吸器58中。流体可以从抽吸器58经管线66流过止回阀64。止回阀64可与为接收所述流体而设计的一个或多个其它组件相连。正如所示的，止回阀64与排水管67相连，并防止液体(或气体)流从排水管67回流并进入抽吸器58内。排水管67可与排水管50相同或不同。
本发明的喷雾处理器系统相对于至少一个流体供应管线有利地结合了处理液体脱除功能，以便能从流体供应中脱除至少部分处理液体，而不必吹扫所有液体到喷雾处理器工具的工艺室内。抽吸器58是一种常见类型的装置，它利用Bernoulli原理有助于提供这种脱除功能。
许多合适的抽吸器具体实例可商购于多个商业来源。已经发现适合于本发明实施的抽吸器的一种例举具体实例可以商品名GALTEK商购于Entegris，Inc.，Chaska，MN。
通过阀门68、70、72和74控制进入边槽喷雾柱22的流体流。所示的阀门68通常相对于气流关闭，和被驱动以允许气体从管线56a经管线56b流到阀门70。阀门70通常是打开的，以允许气体从管线56b流到管线52b，但相对于从管线52a到52b的液流而言，通常是关闭的。当阀门70被驱动时，液体可流过阀门70，而气流被阻止。可使用阀门72将流体、气体和/或液体从管线52b经管线60分流到抽吸器58。在其正常状态下，设置阀门72，以使流体从管线52b流到52c。当驱动阀门72时，流体从管线52b分流到管线60。阀门72包括缓冲器76，所述缓冲器76充分延迟阀门72返回其正常状态，从而使存在于管线56b和/或52b内的任何过量气压经抽吸器58和管线60和66释放到排水管67中，而不是进入室18内(以下所述)。可使用阀门74，使流体从管线52c和52d经管线62分流/牵引到抽吸器58，这取决于其如何设置。在其正常状态下，设置阀门74，以使流体从管线52c经管线52d流到边槽喷雾柱22中。当被驱动时，管线52c和52d以及边槽喷雾柱22与管线62和抽吸器58流体连通。因此，例如当阀门68、72和74同时一起被驱动时，如虚线86示意性所示，经阀门72流过管线56a、56b、52b和60进入抽吸器58的气体在管线52c、52d和62内以及在边槽喷雾柱22内产生真空或者抽吸效应。结果，在管线52c、52d和62内以及在边槽喷雾柱22内的液体在这一真空效应存在下，通过抽吸器58被反吸。在反吸管线52c、52d和62和边槽喷雾柱22内的液体之后，阀门68、72和74可同时返回其正常状态(如虚线86示意性所示)，经历缓冲器76提供的延迟。设置阀门72上的缓冲器76，以提供充分延迟阀门72返回其正常状态的时间延迟，从而使存在于管线56b和/或52b内的任何过量气压经抽吸器58和管线60与66释放到排水管67中，而不是经管线52c和52d以及边槽喷雾柱22进入室18内。当阀门72和74返回其正常状态时，如果在管线56b和/或52b内的任何过量气压被引导经过管线52c和52d以及边槽喷雾柱22，则可能会引起可能存在于管线52c和/或52d和/或边槽喷雾柱22内的残余液体由于过压形成雾气/气溶胶的瞬间进发并排放到室18内。这是不希望的，因为这种雾气/气溶胶可接触室18内的干燥晶片并使晶片增加颗粒，特别是因为较干燥的晶片对雾气/气溶胶更敏感。虚线86示意性描述了阀门68、72和74被一起驱动，当阀门68、72和74返回其正常状态时，经历缓冲器76延迟阀门72返回。
正如所提及的，可旋转转台24和一个或多个柱子26可提供另一路径，通过该路径可将液体和/或气体引入到室18内。例如如所示的，冲洗液体从供应管线40经管线78a和78b输送到转台24和支柱26上，且一种或多种气体如氮气从供应源(未示出)经管线80a和80b、然后经管线78b供应到转台24和支柱26。气体供应源可以与向中心喷雾柱20和/或边槽喷雾柱22供应气体的供应源相同或不同。通过阀门82和84控制通过管线78a、78b、80a和80b进入转台24和支柱26的液体和气体流。所示的阀门82相对于气流通常关闭，和被驱动以允许气体从管线80a流到80b。阀门84通常是打开的，以允许气体从管线80b流到78b，但相对于从管线78a到78b的液流来说通常关闭。当驱动阀门84时，液体可流过阀门84，但气流被阻止。
阀门44、46、48、68、70、72、74、82和84可以是任何类型或者任何类型的组合，例如气动阀、电子阀等。优选气动控制的实施方案，这是因为当在含有化学药品、化学烟雾和经常性彻底冲洗的苛刻环境中使用时，它们从本质上说是更可靠的。这些可获自于许多商业来源，例如Entegris，Inc.，Chaska，MN和SaintGobain，SanJose，CA。
正如可能合理希望的，例如根据常规的实践，或者如此处所述，和/或如以上参考的申请人的共同待审申请中所述，可以在任何合适的供应流量和温度下，将冲洗液体供应到中心喷雾柱20、边槽喷雾柱22或转台24/支柱26中的任何一个或多个中。流量和温度取决于多种因素，包括所实施的方案的性质、所处理的晶片的性质、所使用的设备的类型等等。在商购于FSIInternational，Inc.的MERCURY或ZETA喷雾处理器系统中，在通常避免冲洗液体结冰或沸腾的任何所需温度下，冲洗液体的典型流量范围优选为2-121/min。若加热和/或冷却液体，则可以将用于加热或冷却液体的合适设备(未示出)结合到系统10内和/或在系统10外部。
在一个或多个处理过程中，系统10允许将反吸功能用于边槽喷雾柱22。在至少部分冲洗处理过程中，特别是在冲洗处理的最后部分从冲洗过渡到干燥的过程中，有利且优选应用这种功能。已经发现，在至少部分这一过渡过程中采用反吸功能有利地提供非常一致且非常适中的添加颗粒结果。
处理后晶片添加颗粒的程度是可以评估特定工艺方案有效性的一种方式。
通常希望添加颗粒的个数一贯地尽可能低。使用常规技术时，除非在相对窄的温度范围内使用冲洗液体，否则可能难以实现这一结果。这种情况特别针对非常小的添加颗粒，如其尺寸为小于或等于约90nm的颗粒。本发明的实施大大改进了相对于添加颗粒的性能。以下的实施例进一步对此进行解释并图示于以下所述的图2a、2b、3a和3b中。
正如在图1中相对于系统10所述，只是在引导至边槽喷雾柱22的管路中结合抽吸器装置，以便针对边槽喷雾柱22提供反吸能力。在可供替代的实施方案中，除了或者替代针对边槽喷雾柱22提供反吸能力以外，可针对引导至中心柱20和/或转台24/支柱26的管路中提供类似的反吸能力。
现在将描述使用图1的系统10实施本发明的代表性模式，其中在从冲洗过渡到干燥的过程中实施了反吸功能。在第一阶段中，典型的冲洗和干燥序列可以包括设置阀门44、46、48、68、70、72、74、82和84，以通过中心柱20、边槽喷雾柱22和任选的转台24/支柱26将冲洗液体分配到晶片上。具体地说，驱动阀门46、70和84，且其它阀门处于其正常状态下。含水冲洗液体的温度范围可以是0℃至约100℃。其它种类的冲洗液体的温度通常高于冰点，但低于沸点。冲洗液体通过中心喷雾柱20的典型流量范围为5-81/min(lpm)。冲洗液体通过边槽喷雾柱22的典型流量范围为8-13lpm。冲洗液体通过转台24和支柱26的典型流量范围为8-13lpm(冲洗液体及其流量一起供应到转台24和支柱26上)。在该冲洗过程中，转台24可在5-500rpm范围内的一个或多个速度下旋转。按照这一方式冲洗可持续任何所需的时间间隔，例如30秒-10分钟。
在下一阶段中，吹扫中心喷雾柱20、转台24和支柱26，同时晶片继续通过边槽喷雾柱22被润湿。驱动阀门44，且阀门46和48处于其正常状态下，以便加压的吹扫气体将残余液体从管线41b和41c以及中心喷雾柱20吹扫入工艺室18内。驱动阀门82，且阀门84处于其正常状态下，以便加压的吹扫气体将残余液体从管线78b、转台24和支柱26吹扫入工艺室18内。由于晶片被通过边槽喷雾柱22的冲洗液体流充分润湿，因此大大最小化了吹扫可能在晶片表面上引起过多水斑点的危险。
可使用各种吹扫气体。代表性实例包括氮气、二氧化碳及其组合等。吹扫气体典型地可以在10-40psi的压力下、20-30℃的温度下、2-10scfm的流量下供应。
在下一阶段中，停止通过中心喷雾柱20、转台24和支柱26的吹扫，同时冲洗液体继续流过边槽喷雾柱22。这一点可通过使阀门44、46和48处于其正常状态下以便没有气流或液流进入中心喷雾柱20和通过使阀门82和84处于其正常状态下以便没有气流或液流通过转台24和支柱26来实现。这一阶段优选持续短的时间间隔，例如1-20秒，以便在这一阶段和下一阶段之间存在很少的延迟。视需要(如若使用缓冲时间来实现其它工艺任务)，可使用较长的时间间隔，但较长的延迟可能会不必要地延长循环时间。
在下一阶段中，停止通过边槽喷雾柱22的冲洗液体流，并进行抽吸，以反吸并引导残余的冲洗液体进入排水管67中。为实现这一点，驱动阀门68、72和74，同时阀门70处于其正常状态下。因此，停止通过边槽喷雾柱22的液体流。优选地，尽可能实际地与水斑点形成一样快地停止这一流动，因此添加颗粒倾向于随着停止时间增加而增加。另外，吹扫气体流过管线56a、管线56b、管线52b、管线60、抽吸器58、管线66、止回阀64并进入排水管67内。这将在边槽喷雾柱22、管线52c、管线52d和管线62内产生真空，从而有助于脱除残余液体进入到排水管67中。
现在进行干燥阶段。在这一点可以使用任何适合在喷雾处理器内干燥一个或多个晶片的方法，例如通过在室18内旋转干燥晶片，且任选同时排放干燥气体到室18内(例如将干燥气体直接用于晶片表面)。例如干燥阶段可包括设置阀门44、46、48、68、70、72、74、82和84，以通过中心柱20、边槽喷雾柱22和转台24/支柱26中的一个或多个向晶片上分配干燥气体。具体地说，阀门46、48、70、72、74和84处于其正常状态下(即未被驱动)，而阀门44、68和82处于其正常状态下(备注：在该干燥阶段中，阀门72和74未与阀门68一起驱动，这与它们在上述吹扫阶段中不同)。可使用各种干燥气体。代表性实例包括空气、氮气、二氧化碳、氩气、异丙醇及其组合等。干燥气体可以在10-40psi的压力下、20-30℃的温度下、2-10scfm的流量下供应。
此外，正如所提及的，旋转干燥可单独应用或者与应用干燥气体组合使用。例如旋转干燥可包括在5-500rpm范围内的一个或多个速度下旋转转台24，同时通过中心柱20、边槽喷雾柱22和转台24/支柱26中的一个或多个向晶片上分配干燥气体。按照这一方式的干燥可持续任何所需的时间间隔，例如约5分钟。
现在参考下述例举实施例，进一步描述本发明。
对比例A和实施例1-3的方法
在对比例A和实施例1-3中使用新的300mm裸硅试验晶片。首先从其装运容器中取出晶片并装入FOUP内，其中使用所述FOUP在清洁室内输送试验晶片。FOUP包括总计25个晶片槽(slot)。将试验晶片装在槽1、13和25内，而其余22个槽装入模拟(dummy)晶片。移入到FOUP内之后，则使用型号为SP1-TBI且商购于KLATencor，SanJose，CA的未构图的晶片检测工具，通过测量晶片上的缺陷，来分析试验晶片，而不是模拟晶片。在程序化晶片检测工具检测槽1、13和25内的三个试验晶片之后，将FOUP移入晶片检测工具内，其中每次一次地从其各自的槽中取出每个试验晶片(槽1、13和25内)并进行分析。在从FOUP中取出试验晶片之后，将其移入检测工具内的扫描室中，在其中激光扫描晶片检查缺陷。这一测量系统报告晶片表面上所有缺陷的位置与尺寸。这一报告被称为在处理每个试验晶片之前的缺陷“预计数”。在扫描之后，将含晶片的FOUP装入ZETA喷雾处理器内进行处理。ZETA喷雾处理器将25个晶片从FOUP转移到具有27个晶片槽的晶片处理箱内。两个附加的晶片槽提供了在箱顶部和底部的用于保护(cover)晶片的槽。其原因是确保每个试验晶片在被处理时有至少一个晶片在其上方和至少一个晶片在其下方。由于材料处理系统内部的机器人技术，当从FOUP移入处理箱内时，晶片顺序翻转。因此，来自于FOUP内的槽1的晶片将置于处理箱内的槽26中，晶片13将进入槽14和晶片25将进入槽2。喷雾处理器还要求平衡转台，以减少旋转晶片时可能的振动。通过在旋转转台上与第一个箱相对放置另一个箱来实现这一平衡。由于只有25个晶片来自于FOUP，因此剩余两个槽装有储存在材料处理系统内的模拟晶片。在两个箱装入工艺室内之后，在两个处理箱之间存在总计54个晶片缝(split)，其中在一个箱内包括三个试验晶片。现在晶片已准备好，可在商购于FSIInternational，Inc.，Chaska，MN的ZETA喷雾处理器中经历工艺方案。
在对比例A和实施例1-3中用于处理晶片的工艺方案被称为后灰分清除工艺，其具有两个被冲洗步骤隔开的化学步骤。第二个化学步骤之后是最终冲洗/干燥步骤。第一化学步骤包括处理液体，所述处理液体是硫酸和过氧化氢的混合物。这一处理液体常常被称为“蚀刻(piranha)”处理液。这些化学药品的比是4份硫酸和1份过氧化氢。当混合时，这两种化学药品产生放热反应，从而加热溶液到约80℃。在于60rpm下旋转的工艺室内，将该溶液分配到晶片上。在约1lpm的流量下分配该混合物240秒。在“蚀刻”处理之后，用在约95℃下的热DI水、在约17-23℃下的冷DI水和氮气的各种组合冲洗并吹扫所述晶片、室和管路。这一冲洗的目的是在分配后续化学药品之前从系统中彻底脱除所有痕量的“蚀刻”化学药品。最后的化学步骤包括处理液体，所述处理液体是氢氧化铵、过氧化氢和DI水的混合物。这一化学步骤常常被称为“SC1”清除。SC1混合物以约21/min的总流量和在约55℃的温度下分配。将这一混合物分配到在20-300rpm范围内的速度下旋转的工艺室内的晶片上。在SC1步骤中总的化学药品暴露时间为约235秒。对于SC1混合物来说，化学稀释典型地为1份氢氧化铵、2份过氧化氢和42份DI水。完成SC1化学步骤之后，对晶片进行最终冲洗/干燥步骤。对比例A和实施例1-3彼此的区别之处仅在于在各实施例中如何进行最终冲洗/干燥步骤。一般地，在最终冲洗/干燥步骤过程中，用热DI水、冷DI水和氮气的各种组合冲洗并吹扫所述晶片、管路和室。在最终冲洗/干燥步骤最后，从所述晶片、管路和室中彻底脱除DI水，以使它们完全干燥。这通过在ZETA喷雾处理器内的高速干燥模式下，合适地关闭DI冲洗功能并切换至氮气功能来进行。以下具体地描述了针对对比例A和实施例1-3在最终冲洗/干燥步骤过程中，在冲洗和干燥之间的过渡。一般地，在ZETA喷雾处理器的最终干燥阶段期间，氮气通过转台/柱子(即“室干燥”孔)和中心喷雾柱(中心雾化孔和左侧孔(即“晶片干燥”孔))分配。在最终干燥阶段期间，在晶片在约300rpm下旋转5分钟的同时，所述晶片、管路和工艺室均被干燥。使用设置在ZETA喷雾处理器侧壁上的RTD，测量最终的晶片温度。
在完成最终干燥之后，从工艺室中取出晶片，然后移回FOUP内。接下来，通过使用未构图的晶片检测工具，测量晶片上的缺陷，再次分析在槽1、13和25内的试验晶片。这一测量系统扫描晶片并报告晶片表面上所有缺陷的位置和尺寸。这一报告被称为在处理每个试验晶片之后的缺陷“后计数”。
以“真实添加颗粒”值和“δ”值给出对于每一晶片收集的数据(即预计数和后计数)。通过计数在“后计数”中报告的在晶片表面上在“预计数”报告中未观察到的新位置的缺陷数，从而获得“真实添加颗粒”值。例如假设在“预计数”中，报告了在晶片表面上X-Y坐标分别为1，1和2，2的位置处的2个缺陷。若在“后计数”中，报告了在晶片表面上X-Y坐标分别为1，1、3，3和4，4的位置处的3个缺陷，则在“后计数”的报告中，存在“预计数”中没有报告的新位置处的2个缺陷。因此，对于这一数据来说，“真实添加颗粒”值为2。
从针对每个试验晶片报告的“后计数”值中减去“预计数”值，从而获得“δ”值。例如，若试验晶片的“预计数”值为100和“后计数”至为90，则对于该晶片来说，“δ”值为-10。
对比例A
对于对比例A来说，每次试验使用三个试验晶片进行48次工艺试验(即总计144个试验晶片)。在每一工艺试验期间和在晶片如上所述进行SC1化学步骤之后，对晶片进行常规的最终冲洗/干燥步骤。常规的冲洗/干燥步骤包括通过中心喷雾柱和边槽喷雾柱分配冷DI水(约20℃)并分配到晶片上。通过中心喷雾柱的DI水流量为约6-10lpm(典型地为约8lpm)，和通过边槽喷雾柱的流量为约10lpm。在转台上在约60rpm下旋转晶片。在环境温度下和在约30-35psi的压力下，用3cfm的氮气雾化通过中心喷雾柱分配的DI水。还通过“室干燥”孔分配氮气。这一冲洗(即分配DI水)持续30秒。
在停止分配DI水之后，转台的旋转减慢到10rpm。使用氮气，向室内吹扫引导至中心喷雾柱和边槽喷雾柱的“晶片干燥”孔(即左侧孔)中的DI水供应管线90秒。氮气还通过“室干燥”孔分配。在吹扫90秒之后，转台速度经5分钟增加到300rpm。在该5分钟时段内，晶片和室变得干燥。在最终干燥阶段最后，晶片温度为比环境温度高约5℃，或23℃。
在图2a、2b、3a和3b中描述了针对对比例A的预计数和后计数数据。图2a中线210左侧的数据表明对于48次试验来说尺寸大于65nm的“真实添加颗粒”(每次试验是槽1、13和25内的三个试验晶片的平均“真实添加颗粒”)。
图2b的线220左侧的数据表明对于每次试验的所有三个试验晶片来说，“真实添加颗粒”值的范围。例如，若晶片增加-20、25和100个颗粒，则所述范围为120。
图3a的线310左侧的数据表明对于每次试验来说尺寸大于65nm的缺陷的“δ”。图3b的线320左侧的数据表明对于每次试验的所有三个试验晶片来说的“δ”值的范围。
常规的最终冲洗/干燥的这一数据表明了很大的添加颗粒范围。
实施例1
对于每一工艺试验和在晶片如上所述进行SC1化学步骤之后，根据本发明对晶片进行最终冲洗/干燥步骤。在实施例1中进行对比例A中最终冲洗/干燥步骤中的冲洗(即分配DI水)30秒，只是冲洗水温度更低。在最终冲洗和最终干燥之间的过渡不同于对比例A。在30秒最后，转台继续在60rpm下旋转，且在使用氮气将引导至中心喷雾柱的“晶片干燥”孔(即左侧孔)中的DI水供应管线向所述室内吹扫85秒的同时，继续从边槽喷雾柱中分配DI水。还通过“室干燥”孔分配氮气。在吹扫85秒之后，转台的旋转减慢到10rpm，且对引导至边槽喷雾柱中的DI水供应管线进行抽吸，以脱除供应管线内的残余DI水(即未向工艺室内吹扫引导至边槽喷雾柱中的DI水供应管线)。在对边槽喷雾柱进行抽吸之后，转台速度经15分钟增加到300rpm。在该15分钟的时段内，晶片和室变得干燥。在最终干燥阶段最后，晶片温度与供应到该系统中的冷DI水大致相同，可在17-21℃之间变化。
实施例2
对于每一工艺试验且在晶片如上所述进行SC1化学步骤之后，根据本发明对晶片进行最终冲洗/干燥步骤。在实施例2中进行对比例A中最终冲洗/干燥步骤中的冲洗(即分配DI水)30秒。在最终冲洗和最终干燥之间的过渡不同于对比例A。在30秒最后，转台继续在60rpm下旋转，且在使用氮气将引导至中心喷雾柱的“晶片干燥”孔(即左侧孔)中的DI水供应管线向所述室内吹扫85秒的同时，继续从边槽喷雾柱中分配DI水。还通过“室干燥”孔分配氮气。在吹扫85秒之后，转台的旋转减慢到10rpm，且对引导至边槽喷雾柱中的DI水供应管线进行抽吸，以脱除供应管线内的残余DI水(即未向工艺室内吹扫引导至边槽喷雾柱中的DI水供应管线)。在对边槽喷雾柱进行抽吸之后，转台速度经5分钟增加到300rpm。在该5分钟的时段内，晶片和室变得干燥。在最终干燥阶段最后，晶片温度比环境温度高约5℃，或者23℃。
实施例3
对于每一工艺试验且在晶片如上所述进行SC1化学步骤之后，根据本发明对晶片进行最终冲洗/干燥步骤。在实施例3中进行对比例A中最终冲洗/干燥步骤中的冲洗(即分配DI水)30秒，只是冲洗水温更高。在最终冲洗和最终干燥之间的过渡不同于对比例A。在30秒最后，转台继续在60rpm下旋转，且在使用氮气将引导至中心喷雾柱的“晶片干燥”孔(即左侧孔)中的DI水供应管线向所述室内吹扫85秒的同时，继续从边槽喷雾柱中分配DI水。还通过“室干燥”孔分配氮气。在吹扫85秒之后，转台的旋转减慢到10rpm，且对引导至边槽喷雾柱中的DI水供应管线进行抽吸，以脱除供应管线内的残余DI水(即未向工艺室内吹扫引导至边槽喷雾柱中的DI水供应管线)。在对边槽喷雾柱进行抽吸之后，转台速度经1分钟增加到300rpm。在该1分钟的时段内，晶片和室变得干燥。通过使用温度高达约95℃的冲洗水，在最终干燥阶段最后，晶片温度明显高于环境温度。
图2a、2b、3a和3b中给出了针对实施例1-3的预计数和后计数的数据。图2a的线210右侧的数据表明对于实施例1-3的试验来说尺寸大于65nm的“真实添加颗粒”(每次试验是槽1、13和25内三个试验晶片的平均“真实添加颗粒”)。
图2b的线220右侧的数据表明对于实施例1-3中每次试验所有三个试验晶片来说，“真实添加颗粒”值的范围。
图3a的线310右侧的数据表明对于实施例1-3中每次试验来说，尺寸大于65nm的缺陷的“δ”。图3b的线320右侧的数据表明对于实施例1-3中每次试验所有三个试验晶片来说，“δ”值的范围。
实施例1-3的数据证明了当使用本发明的最终冲洗/干燥硬件和工序时，在添加颗粒和冲洗水温度灵活性方面的改进性能。
考虑本说明书或此处所公开的本发明的实施，本发明的其它实施方案对于本领域技术人员来说是显而易见的。本领域技术人员可在不偏离下述权利要求所确定的本发明的真实范围和实质的条件下，对此处所述原理和实施方案进行各种省略、改进和变化。

Claims (6)

1.一种处理一个或多个微电子基片的方法，该方法包括下述步骤：
在工艺室内放置一个或多个微电子基片；
通过第一流体输送路径向工艺室内分配第一液体流并分配到一个或多个基片上；
通过第二流体输送路径向工艺室内分配第二液体流并分配到一个或多个基片上，其中第一流体输送路径与第二流体输送路径是不同的流体输送路径；
停止分配第一液体流，其中一定量的残余液体保留在第一流体输送路径内；
在分配第二液体流的同时向工艺室内吹扫第一流体输送路径；
在停止吹扫第一流体输送路径之后停止分配第二液体流，其中残余量的液体保留在第二流体输送路径内；和
通过流体脱除路径脱除在第二流体输送路径内的至少部分残余量的液体，使第二流体输送路径内的所述部分残余量的液体未被吹扫到一个或多个微电子基片上。
2.一种处理一个或多个微电子基片的方法，该方法包括下述步骤：
a)在工艺室内放置一个或多个支架，其中所述一个或多个支架夹持一个或多个微电子基片并且其中所述一个或多个支架支持在转台上；
b)通过到达中心喷雾柱的供应管线以及由中心喷雾柱向工艺室内分配冲洗液体并分配到一个或多个基片上；
c)通过到达边槽喷雾柱的供应管线以及由边槽喷雾柱向工艺室内分配冲洗液体并分配到一个或多个基片上；
d)通过边槽喷雾柱分配冲洗液体时，从中心喷雾柱及到达中心喷雾柱的供应管线向工艺室内吹扫冲洗液体；
e)通过边槽喷雾柱分配冲洗液体时，停止吹扫中心喷雾柱；
f)停止通过中心喷雾柱分配冲洗液体，其中残余量的冲洗液体保留在中心喷雾柱及到达中心喷雾柱的供应管线内；和
g)通过抽吸脱除在中心喷雾柱及到达中心喷雾柱的供应管线内的残余量液体。
3.权利要求2的方法，其中冲洗液体是温度范围为0-100℃的含水冲洗液体。
4.权利要求2的方法，其中冲洗液体是温度范围为60-100℃的热的冲洗液体。
5.权利要求2的方法，在步骤g)之后，还包括：通过旋转干燥而干燥一个或多个基片以及通过到达中心喷雾柱的供应管线以及由中心喷雾柱向工艺室内分配干燥气体并分配到一个或多个基片上、通过到达边槽喷雾柱的供应管线以及由边槽喷雾柱向工艺室内分配干燥气体并分配到一个或多个基片上的步骤。
6.权利要求2的方法，在步骤c)之后，还包括：通过到达转台和一个或多个支柱的供应管线以及由转台和一个或多个支柱向工艺室内分配冲洗液体并分配到一个或多个基片上的步骤，和在步骤d)过程中从转台和一个或多个支柱以及到达转台和一个或多个支柱的供应管线向工艺室内吹扫冲洗液体的步骤。
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