CN102112193B - 除去向下流经风室的流体的气泡 - Google Patents

除去向下流经风室的流体的气泡 Download PDF

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Abstract

一个示例实施方案中，用于将流体沉积在半导体晶片上的顶部附近头部包括接收流体的输送孔。所述顶部附近头部包括风室，其通过许多输入通道与所述输送孔相连，流体从所述输送孔流入所述输入通道。各输入通道具有倒置的V-型开口，其促使所有气泡向上流。所述流体从所述风室流经顶部附近头部外的输出通道而形成弯月面。通过通向返回孔的返回通道将所述流体从所述弯月面吸回到所述顶部附近头部。一通路将所述输送孔与所述返回孔相连，允许气泡从所述输送孔逃逸到所述返回孔。所述通路允许可忽略量的流体在所述两孔之间直接流动而不经过所述风室。

Description

除去向下流经风室的流体的气泡
背景技术
如相关专利申请中所述，已开发出线型给湿沉积系统来通过位于半导体单晶片的上方和下方的一对附近(proximity)头部(heads)将流体(例如水性或溶剂性)沉积到所述晶片上。这种系统的具体实施中，所述附近头部有利于半导体晶片上流体弯月面或膜的形成和维护。
某些情况下，配置线型给湿系统中的附近头部来沉积仅一相的材料，即流体(例如，水、去离子水和水性化学物质或溶剂性化学物质)；也就是说，沉积的流体应没有气相材料。然而，在这种系统的操作过程中，可将气泡(例如，气相材料)截留在位于所述晶片上方的邻近头部中，接着可聚集在晶片表面上，所述表面会是既疏水又疏油的。这些泡代表所述晶片表面上不会发生流体的均匀沉积的容积。
从而，需要一种给湿沉积系统，其在通过位于半导体晶片的上方的附近头部将无空气流体沉积到所述半导体晶片上时，不会造成气泡聚集。然而，正如将从以下说明书及其附图明显看出的，下面要求保护的本发明可广泛地应用于除了本具体应用以外的其它应用中。
发明内容
示例实施方案包括消除半导体晶片表面的气泡的仪器、系统和方法，通过所述晶片上方的附近头部将无空气流体沉积在所述晶片表面上。在一个示例实施方案中，顶部附近头部包括输送孔，其接收从所述头部外泵送来的无空气流体。所述顶部附近头部还包括风室，其通过许多输入通道与所述输送孔相连，流体从所述输送孔向下流入所述输入通道。在具体示例实施方案中，所述输入通道各自具有倒置的V-型开口，所述开口促使所述风室中的所有气泡向上流。所述流体从所述风室经输出通道流出所述顶部附近头部而在所述半导体晶片上形成弯月面或膜以进行清洁、清洗和/或马兰格尼(Marangoni)干燥等操作。在示例实施方案中，将所述流体从所述弯月面经通向返回孔的返回通道抽回到所述顶部附近头部，所述返回孔将流体从所述头部输出。一通路将所述输送孔与所述返回孔相连，允许空气从输送孔逃逸到返回孔。所述连接通路允许可忽略量的流体在所述两孔之间直接流动而不经过所述风室。
在供选的示例实施方案中，所述流体可用于如蚀刻、涂覆或印刷等操作，而不是清洁、清洗和/或Marangoni干燥。在这些示例实施方案中，可将所述流体沉积于半导体晶片而不在所述半导体晶片形成弯月面或膜。通过抽吸孔从附近头部抽吸和输出的流体将在所述输送孔到所述抽吸孔之间经所述连接通路直接流动的可忽略量的流体组成。
无论是否形成弯月面，在具体的示例实施方案中，可通过一系列(例如10-15次)的流体输送和空转时间的交替循环使所述顶部附近头部无气泡。
通过以下详细描述，本发明的优点将变得明显，以下详细描述和附图对本发明的原理进行示例性说明。
附图说明
图1A是一个示例实施方案的具有用于将流体沉积到半导体晶片上的一对附近头部的线型给湿系统的简化示意图。
图1B是显示一个示例实施方案的线型给湿系统中运载装置和附近头部的俯视图的简化示意图。
图2是显示顶部附近头部的风室内气泡的剖视图。
图3是显示一个示例实施方案的朝向顶部附近头部的风室的倒置V-型开口的剖视图。
图4是显示一个示例实施方案的在运载装置上的顶部附近头部和半导体晶片的横截面的透视图。
图5A是显示一个示例实施方案的顶部附近头部内输送孔和返回孔之间连接通路的示意图。
图5B是显示一个示例实施方案的顶部附近头部的横截面内的输送孔和返回孔的示意图。
图6也是显示一个示例实施方案的输送孔和返回孔之间的连接通路的示意图。
图7是显示一个示例实施方案的顶部附近头部内流体输送网络的几个尺寸的示意图。
图8A是显示一个示例实施方案的顶部附近头部内的连接通路的几个尺寸的示意图。
图8B是显示一个示例实施方案的顶部附近头部的盖子的示意图。
图9是一个示例实施方案的除去从顶部附近头部向下流到弯月面的流体的气泡的方法的流程图。
图10是一个示例实施方案的除去从顶部附近头部向下流的流体的气泡的方法的流程图。
具体实施方式
以下说明中，给出了许多具体细节以提供对示例实施方案的彻底理解。然而，显而易见，没有这些具体细节中的一些，本领域技术人员仍可实施所述示例实施方案。其它情况下，对于公知的实施细节和工艺工序，没有进行详细描述。
图1A是一个示例实施方案的用于将流体沉积到半导体晶片上的、具有一对附近头部的线型给湿系统的简化示意图。图1A中，线型给湿系统100包括顶部附近头部103和底部附近头部104。这些附近头部各自形成弯月面105，通过运载装置101经所述弯月面105输送半导体晶片102。应该理解气泡不会截留于底部附近头部104(例如半导体晶片下方的附近头部)中，这是由于空气会比流体轻，因此会在流体输送之间的系统空转时间(例如当不存在弯月面时)上升。从而，尽管所述系统可能包括底部附近头部和顶部附近头部，下面描述的示例实施方案不直接涉及底部附近头部且该附近头部没有显示于相应图中。
图1B是显示一个示例实施方案的线型给湿系统的运载装置和附近头部的俯视图的简化示意图。如该图中所示，运载装置101沿着线型给湿系统100中在顶部附近头部103(显示了其横截面)下方的一对轨道106输送半导体晶片102。在此示例实施方案中，顶部附近头部103的横截面包括椭圆形输出通道107，其将流体沉积到晶片102，形成弯月面或膜。顶部附近头部103的横截面还包括一排返回通道108，其将在流体沉积后从晶片抽吸(例如采用部分真空)流体。一个供选示例实施方案中，在包括内部和外部返回通道的排列中，椭圆形输出通道107可位于两椭圆形返回通道之间。如相关专利申请中所述，也可使用其它输出通道和返回通道排列以如相关专利申请中所述产生弯月面。
图2是显示顶部附近头部的风室内的气泡的剖视图。图2中，所述系统将流体经输送孔201泵送入顶部附近头部200。流体从输送孔201向下经输入通道202流入风室203中。所述流体从风室203经输出通道204流出顶部附近头部200以形成弯月面，其没有显示于图2中。显示于图2中的有气泡205，其可能在将流体输送到顶部附近头部200(例如不存在弯月面时)中之间的空转时间内形成。这种气泡205会在空转时间朝输送孔201上升，通常截留于输入通道202进入风室203的地方。接着，当进行下一次流体输送时，气泡205被迫经输出通道204向下，在此它们可聚集在半导体晶片上并阻碍流体的均匀沉积。
图3是显示一个示例实施方案的朝向顶部附近头部的风室的倒置V-型开口的剖视图。图3中，顶部附近头部300包括输送孔301，其通过输入通道302与风室303相连，风室303顺次与输出通道304相连。然而，在此示例实施方案中，顶部附近头部300还包括倒置的V-型开口305，其促使气泡向上流入输入通道302并最终流入输送孔301。在具体的示例实施方案中，倒置V的侧边与V的中分线之间的角度接近45°。应该理解所述角度取决于材料、输送流速等，且不是特定的。在具体的示例实施方案中，附近头部300的构件可由高度不反应的热塑性材料如(a)聚偏二氯乙烯(PVDF)(其还称为KYNAR或HYLAR或SYGEF)或(b)乙烯-三氟氯乙烯(ECTFE，其还称为Halar)制备。
图4是显示一个示例实施方案的顶部附近头部和半导体晶片的横截面的透视图。图4中，顶部附近头部300包括输送孔301，其通过输入通道302与风室303相连，风室303顺次与输出通道304相连。再次，顶部附近头部300还包括倒置的V-型开口305，其促使气泡向上流入输入通道302并最终流入输送孔301。还显示于图4中的有半导体晶片102和运载装置101，所述系统采用运载装置101来将所述半导体晶片102定位于顶部附近头部300下方。
图5A是显示一个示例实施方案的顶部附近头部内输送孔和返回孔之间连接通路的示意图。图5中，顶部附近头部300包括输送孔301和返回孔306(这里内部返回孔标记为IR)，通过通路307相连。还显示于图5中的有顶部附近头部300内的输入通道302、风室303和输出通道304。在风室303上方的是倒置的V-型开口305，所述系统采用开口305来促使气泡向上进入输送孔301，经过连接通路307，并最终进入返回孔306。
图5B是显示一个示例实施方案的顶部附近头部的横截面内的输送孔和返回孔的示意图。应理解的是图5B对应图5A中的A-A切割面。图5B中，顶部附近头部300包括输送孔301，其与输入通道302相连，输入通道302顺次与风室303相连，风室303又与输出通道304相连。输入通道302终止于倒置的V-型开口305。还显示于图B中的有返回孔306，其与返回通道308相连。如该图中所示，流体从输出通道304流到返回通道308。在示例实施方案中，流体在晶片上形成膜或弯月面。在别的地方讨论的另一示例实施方案中，流体可能仅沉积于晶片上。
图6是也显示一个示例实施方案的输送孔和返回孔之间的连接通路的示意图。图6中，顶部附近头部300包括输送孔301a和返回孔306(内部返回孔再次标记为IR)，通过通路307相连。一个示例实施方案中，所述通路包括孔309，约.02英寸宽，例如足够在输送孔301a和返回孔306之间产生5torr压差，足够克服毛细管和重力。还显示于图6中的有倒置的V-型开口305(其中倒置V的侧边与V的中分线之间的角度约45°)，所述系统采用开口305来促使气泡向上进入输送孔301，经过连接通路307，并最终进入返回孔306。在示例实施方案中，输送孔301b可为用于输送流体的附加孔，可通过类似于连接通路307的连接通路与返回孔306相连，所述类似的连接通路没有显示。应理解的是孔309的宽度取决于材料、输送流速等，且不是特定的。
图7是显示一个示例实施方案的顶部附近头部内流体输送网络的几个尺寸的示意图。如该图中所示，顶部附近头部300包括输送孔301(例如输送)，其与输入通道302和通路307都相连，所述通路307通向返回孔306(例如内部返回孔)。连接通路307允许可忽略量的流体在所述两孔之间直接流动而不经过风室。在示例实施方案中，输入通道302通过一狭窄部分302a与输送孔301相连，所述狭窄部分302a反过来与宽阔部分302b相连。宽阔部分302b与倒置的V-型开口305相连，其开设在风室303上。风室303顺次与输出通道304相连。
在示例实施方案中，根据所需的流动参数，返回孔306可具有宽范围的直径。通常直径在0.250英寸至0.750英寸之间。输送孔301可具有与返回孔接近的直径范围。如其它地方所述，连接通路307可具有约.02英寸的开口。目的是进行限制，使得对流体的导率足够小以允许总输送流的小部分通过，而对气体(或任何气体)的导率足够高以允许清除系统的空气(或任何气体)。这可通过采用大致直径在0.005英寸-0.050英寸之间的孔来实现。狭窄部分302a的大致直径可在0.050英寸-0.125英寸之间，宽阔部分302b的大致直径在0.100英寸-0.250英寸之间。一个示例实施方案中，如上所述，角310(θ)可为约45°，尽管其它示例实施方案中可以使用低于60°的其它角度。该角大约等于所用流体(在该案例中，水)的10微升液滴在所用材料(在该案例中，PVDF)上形成的摩擦角。同样，在一个示例实施方案中，风室303的大致高度在0.100英寸-1.000英寸之间，输出通道304的大致高度可在0.100英寸-1.000英寸之间。应该理解的是图7没有按照比例绘制。
图8A是显示一个示例实施方案的顶部附近头部内的连接通路的几个尺寸的示意图。图8A中，将覆盖物313安装到顶部附近头部300的主体部分内的空腔315内，形成连接通路。在一个示例实施方案中，覆盖物313约1.5英寸宽和约.25英寸高。覆盖物313的端部314约.3英寸宽。覆盖物313(及其端部314)产生具有空腔315的洞。在图8A所示示例实施方案中，所述洞的尺寸为约1.5英寸×.1英寸×.02英寸。顶部附近头部300的主体部分包括通过空腔315相连的输送孔301和返回孔306(内部返回孔标记为IR)。输送孔301与凹穴311相连，具有孔309的限流器312安装在所述凹穴311内。在一个示例实施方案中，限流器705的高度为约.1英寸，孔309的直径为约.02英寸。应该理解的是图8A中所示的尺寸不是特定的，根据材料、输送流速等可使用其它合适的尺寸。
图8B是显示一个示例实施方案的顶部附近头部的盖子的示意图。如此图中所示，顶部附近头部300包括空腔315，其与用于设置限流器312的凹穴311相连。该空腔还包括缝隙316，其与内部返回孔306(其未显示)相连。还显示于图8B中的有具有端部314的盖子313。应该理解的是当安装附近头部300时，盖子313(及其端部314)嵌入空腔315中。还应该理解的是图8B不是按照比例绘制的。
图9是一个示例实施方案除去从顶部附近头部向下流到弯月面的流体的气泡的方法的流程图。在工序901中，所述系统将无空气流体泵送入所述顶部附近头部内输送孔中，在工序902中，所述系统允许所述流体从所述输送孔向下流入通向所述顶部附近头部内风室的输入通道。在示例实施方案中，所述输入通道终止于倒置的V-型开口，其促使风室内的气泡向上流。在工序903中，所述系统允许所述流体经朝向所述风室外部的输出通道向下流以在顶部附近头部外面形成弯月面。接着在工序904中，所述系统通过所述附近头部内的返回通道从所述半导体晶片抽吸流体，所述返回通道与同样位于所述顶部附近头部内的返回孔相连。在工序905中，所述系统将气泡从所述风室经所述倒置的V-型开口抽吸到所述输送孔中，经连接通路，进入所述返回孔。在该工序中，量可忽略的流体从所述输送孔直接流入所述返回孔。接着在工序906中，所述系统将所述流体泵出所述返回孔。在所述方法的工序907中，所述系统重复工序901至906(例如，采用它们“袭击弯月面”)约10-15次来使得所述顶部附近头部无气泡。使得无气泡后，所述顶部附近头部可保持在该状态(例如充满流体)几小时，尽管在流体输送之间的空转时间内。
在一个示例实施方案中，工序907中的交替循环次数可取决于输送流速，例如，大的流速需要较小的交替循环次数来使所述顶部附近头部无气泡。在一个示例实施方案中，流体输送流速可能为约1.5升/分钟，尽管供选示例实施方案可采用较小(例如，约1升/分钟)和较大(例如，约2.4升/分钟)输送流速。应该理解的是交替循环可考虑为顶部附近头部的自吸。
在一个示例实施方案中，当沉积清洁流体时，所述顶部附近头部可采用图9中所示的方法。这种清洁流体可为水性或溶剂性的。这种清洁流体可包括清洁化学物质如DIW/过氧化氢、氢氧化铵、DIW/HCl/H2O2、DIW/H2SO4/H2O2、DIW/HF、DIW/HF/H2O2及专有清洁化学物质。
在同一或供选的示例性实施方案中，当沉积清洗流体如DIW(去离子水)或IPA(异丙醇)时，所述顶部附近头部可采用图9中所示的方法。在同一或供选示例性实施方案中，当采用包含IPA和氮气的干燥流体进行Marangoni干燥时，所述顶部附近头部可采用图9中所示的方法。
在其它供选的示例实施方案中，流体可用于蚀刻、涂覆或印刷等操作而不是清洁、清洗和/或Marangoni干燥。在这些示例实施方案中，流体可沉积于半导体晶片而不在半导体晶片上形成弯月面或膜。在这些示例实施方案中，通过抽吸孔从所述附近头部抽吸和输出的流体将由在所述输送孔与所述抽吸孔之间经连接通路直接流动的量可忽略的流体组成。
图10是一个示例实施方案不涉及半导体晶片上的弯月面的方法的流程图。在工序1001中，所述系统将无空气流体泵送入所述顶部附近头部内的输送孔中，在工序1002中，所述系统允许所述流体从所述输送孔向下流入通向所述顶部附近头部内风室的输入通道。在示例实施方案中，所述输入通道终止于倒置的V-型开口，其促使风室内的气泡向上流。在工序1003中，所述系统允许所述流体向下经从所述风室导出的输出通道流到所述基底上。在工序1004中，所述系统经所述倒置的V-型开口从所述风室抽吸气泡进入所述输送孔，接着经连接通路进入抽吸孔。在此工序中，量可忽略的流体从所述输送孔直接流入所述抽吸孔而不进入所述风室。在所述方法的工序1005中，所述系统重复工序1001至1004约10-15次来使得所述顶部附近头部无气泡。使得无气泡后，所述顶部附近头部可保持在该状态(例如充满流体)几小时，尽管在流体输送之间的空转时间内。
同样，工序1005中的交替循环次数可取决于输送流速，例如，大的流速需要较小的交替循环次数来使顶部附近头部无气泡。在一个示例实施方案中，流体输送流速可能为约1.5升/分钟，尽管供选示例实施方案可采用较小(例如，约1升/分钟)和较大(例如，约2.4升/分钟)输送流速。
尽管已对以上示例实施方案进行详细地描述以便于清晰地理解，应该理解的是在附录的权利要求书的范围内可进行某些改变和改进。因此，在供选的示例实施方案中，所述系统可采用不是倒置的V-型的形状来促使气泡向上。或者通过所述系统消除的气体可能为不是空气的气体。或者，附近头部可能不是螺旋给湿系统而是线型给湿系统中的组件。从而，示例实施方案应理解为说明性而非限定性的，本发明不局限于这里给出的细节，而可在附录权利要求书的范围和等同内容内进行改进。

Claims (20)

1.一种仪器，包括：
在头部内的输送通路，其接收来自所述头部外面的流体；
在所述头部内的风室，与允许所述流体从所述输送通路流入所述风室的输入通道相连，其中所述输入通道各自具有朝向所述风室的倒置V-型开口以促使所述风室中的所有气泡经所述倒置的V-型开口向上流，其中每个倒置的V-型开口直接邻近另一个倒置的V-型开口；
在所述头部内的输出通道，允许流体从所述风室向下流到基底上；
在所述头部内的返回通路，其提供来自所述头部外面的抽吸力；和
在所述头部内的连接通路，其将所述输送通路与所述返回通路相连并让一定量的流体从所述输送通路流到所述返回通路，其中所述量比从所述输送通路流到所述风室的流体总量小。
2.根据权利要求1所述的仪器，还包括与所述返回通路相连的、在所述头部内的返回通道,其中所述返回通道从所述基底抽吸所述流体。
3.根据权利要求1所述的仪器，其中已通过一次或多次流体输送和空转时间的交替循环将所述仪器初始化以消除所述输出通道、所述风室、所述输入通道和所述输送通道中的所述气泡。
4.根据权利要求3所述的仪器，其中交替循环的次数的大致范围为10-15。
5.根据权利要求1所述的仪器，其中所述基底为半导体晶片。
6.根据权利要求1所述的仪器，其中所述头部在基底上形成弯月面。
7.根据权利要求6所述的仪器，其中所述基底为半导体晶片。
8.根据权利要求5所述的仪器，其中所述流体为蚀刻流体。
9.根据权利要求7所述的仪器，其中所述流体为选自清洁流体和清洗流体的流体。
10.根据权利要求7所述的仪器，其中所述流体为进行马兰格尼干燥的流体。
11.除去头部的风室内流体中的气泡的方法，包括：
将所述流体泵送入所述头部内的输送通路；
允许所述流体流入所述头部内的所述风室中，其中所述风室与允许所述流体从所述输送通路流入所述风室的输入通道相连，其中所述输入通道各自具有朝向所述风室的倒置V-型开口以促使所述风室中的所有气泡经所述倒置的V-型开口向上流，其中每个倒置的V-型开口直接邻近另一个倒置的V-型开口；
允许所述流体从所述风室经所述头部内与所述风室相连的输出通道向下流到基底上；
在头部内返回通路中产生抽吸力，其中连接通路将所述输送通路和返回通路相连并允许一定量的流体从所述输送通路流到所述返回通路，其中所述量比从所述输送通路流到所述风室的流体总量小。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括与所述返回通路相连的、在所述头部内的返回通道,其中所述返回通道从所述基底抽吸所述流体。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括通过一次或多次流体输送和空转时间的交替循环将所述头部初始化以消除所述输出通道、所述风室、所述输入通道和所述输送通道中的所述气泡的工序。
14.根据权利要求13所述的方法，其中交替循环的次数的大致范围为10-15。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述基底为半导体晶片。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述头部在基底上形成弯月面。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述基底为半导体晶片。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述流体为选自清洁流体和清洗流体的流体。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述流体为进行马兰格尼干燥的流体。
20.一种自吸头部的方法，包括：
通过一次或多次重复以下工序将所述头部初始化以在基底上产生弯月面：
将流体泵送入所述头部内的输送通道，所述输送通道允许所述流体向下经多条输入通道进入所述头部内的风室中，所述风室允许所述流体向下经多条输出通道流到所述基底上，其中所述输入通道各自具有倒置的V-型开口，其中每个倒置的V-型开口直接邻近另一个倒置的V-型开口；和
通过经所述风室和经朝向所述输送通道的倒置V-型开口和经将所述输送通道与输出气泡的返回通道相连的连接通路向上抽吸所述气泡除去所述输出通道、所述风室、所述输入通道和所述输送通道的所述气泡，其中所述连接通路允许一定量的流体从所述输送通路流到所述返回通路，所述量比从所述输送通路流到所述风室的流体总量小；和
通过将所述流体泵送入所述输送通道来在基底上形成所述弯月面。
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