CN114930506B - 一种使用化学蒸汽和化学气体的混合物对集成电路基片进行湿法处理的方法与装置 - Google Patents

一种使用化学蒸汽和化学气体的混合物对集成电路基片进行湿法处理的方法与装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种使用新鲜的化学蒸汽和化学气体的混合物对集成电路（IC）基片进行湿法处理的方法和装置，其可以包括将基片装入具有一个可90o旋转的中段的封闭的工艺腔体（401）；封闭工艺腔体（402）；用预设温度的氮气调节工艺腔体的温度（403）；将新鲜的化学气体和化学蒸汽的混合物按顺序注入工艺腔体，以使得湿法工艺的新鲜化学品现场冷凝（404）；使化学蒸汽或液态化学品的混合物循环，并在工艺腔体内旋转至少一个磁力棒，以均匀地处理基片（405）；对基片进行去离子水冲洗，并在必要时开启可调节的经过多种调制的兆声能量（406）；将溶剂异丙醇蒸汽注入工艺腔体内，以用于Marangoni干燥（408）；在工艺腔体内用热氮气来完全干燥基片和工艺腔体（409）；以及卸下经过处理的基片（410）。

Description

一种使用化学蒸汽和化学气体的混合物对集成电路基片进行 湿法处理的方法与装置
技术领域
本发明描述的方法与装置主要涉及纳米尺度集成电路(IC)的晶圆基片的湿法化学工艺处理，更具体地说，涉及一种方法与装置，该方法与装置用于取代集成电路制造业中的单晶圆清洗系统，其具有更灵活的晶圆湿法工艺处理以及更少的湿法化学品和去离子(DI)水消耗，同时使在单个工艺腔体内的晶圆湿法工艺的产量翻倍。
背景技术
上世纪中叶起，自从开始集成电路(IC)制造以来，湿法化学工艺步骤一直是半导体处理的关键技术。这些步骤起到刻蚀掉某些IC晶圆材料，祛除由任何在先的工艺步骤引入的非金属和金属颗粒污染物，以及为下一个IC制造工艺步骤准备最佳的表面工艺条件的作用。传统的湿法化学工艺占了总的IC制造步骤的30％以上。不适当的湿法处理会导致基片表面损伤、电路故障、以及工艺化学品和去离子水的大量浪费，这可能对IC产品的制造产量造成负面影响。
根据物理化学的理论，分子是所有材料的最小单位。每种材料在液体和蒸汽形态下的分子尺寸都是相同的；但是液体形态下的分子之间的距离要比蒸汽形态下的分子之间的距离小。换言之，与汽态的化学品相比，液态的化学品具有相对较大的分子结合力及巨大的表面张力。
目前，随着集成电路的纳米尺度的复杂拓扑结构越来越小，传统的纯净的液态化学品的湿法工艺方法遇到了挑战。由于液态的湿法工艺化学品流体的表面张力，湿法化学品很难，甚至不可能进入到集成电路(IC)的纳米尺度的IC沟槽结构中以用于进行有效的湿法工艺处理。这些纳米尺度的沟槽可采用进一步封闭的加压的工艺腔体，来被蒸汽形式的化学品进入。
根据热力学原理，用于产生蒸汽的容器有一个重要的参数：内部温度，它可以影响容器压力。具体来说，当容器内的化学品液体被加热时，容器压力将逐渐增加。当温度高于化学品液体的沸点时，容器内压力将急剧增加，产生更多的化学蒸汽自由分子。在容器容积恒定的情况下，急剧增加的容器压力也会对内部蒸汽分子进行压缩，以动态地形成少量的液态化学品的液滴。这些少量的液态化学品的液滴，尤其在最后的湿法工艺干燥步骤中，不适合再次穿透IC晶圆的纳米结构。所述最后的湿法工艺干燥步骤通常采用马兰戈尼(Marangoni)干燥方法利用IPA进行干燥。因此，大量致命的水迹会留在晶圆表面上，形成不同形状的颗粒斑群，这会严重影响IC晶圆制造的下一步。
基于在更大的IC晶圆或光刻掩模基片的批量的湿法工艺中消除和最小化交叉污染的能力，研发了单晶圆清洗系统。这种清洗方法包括在一个工艺腔体中，从安装在摆臂上的喷嘴中喷洒不同的化学品液体，该摆臂位于水平旋转的单晶圆基片(该单晶圆基片通过中心处的真空吸附盘或环绕晶圆周边的卡盘销固定)的上方。这种方法和系统的主要缺点是产量太低，这就是为什么多个工艺腔体通常集成在一个系统中，以增加硬件成本的方式来提高产量。另一个缺点是，由于真空吸附盘或卡盘销固定结构，就不可能在同一时间内彻底清洗晶圆基片的背面。此外，由于这种方法和系统无法垂直放置晶圆基片以满足Marangoni干燥理论的要求，因此不可能进行有效的Marangoni式IPA干燥，而且它还消耗大量液态化学品和去离子冲洗水。
因此，需要一种方法和装置，该方法和装置用于使用高温化学气体和高温化学蒸汽的混合物对集成电路衬底进行湿法工艺处理的，其中蒸汽混合物能够轻易达到小于单位数纳米尺度的尺寸以便按顺序充分进入晶圆基片的纳米尺度的IC沟槽结构，从而在沟槽表面形成有效的湿法化学品薄膜配方，使得有效地进行湿法工艺处理(如蚀刻和清洗)成为可能。其中，所述方法和装置能够使在单个工艺腔体内的晶圆工艺的产量翻倍，使用的化学品和去离子水消耗比现有的湿法工艺方法少很多。由此产生的湿法配方化学薄膜可能有助于以后可能的纯净的液态化学品通过湿法工艺渗透并动态替换IC沟槽表面上的反应性化学品。而且，还需要一种方法和装置，这种方法和装置用于有效地同时处理不止一个的晶圆基片。
发明内容
本发明的一些实施例包括一种使用化学蒸汽和化学气体的混合物对集成电路(IC)基片进行湿法处理的装置和方法。所述方法可包括将所述基片装入工艺腔体的中段；用所述工艺腔体的上段和下段来封闭所述工艺腔体的中段；用预设温度的氮气调节工艺腔体的温度；将化学气体和化学蒸汽的混合物按顺序注入工艺腔体；使化学蒸汽的混合物循环，并在工艺腔体内旋转磁力棒，以均匀地处理基片；对基片进行去离子水冲洗并可能加入经过调制的兆声能量；将溶剂异丙醇蒸汽注入工艺腔体内，以用于进行Marangoni式IPA干燥；在工艺腔体内用热氮气完全干燥基片；打开工艺腔体，然后卸下经过湿法工艺处理的基片。
附图说明
下面参考附图对本发明的一些实施例进行了详细的描述，其中，相似的数字表示附图的相应部分。
图1A是本发明的一个实施例的示意图，该实施例用于批量晶圆基片和双晶圆基片湿法化学工艺。
图1B是本发明的一个实施例的示意图，该示意图示出了化学蒸汽和化学气体的混合物的生成的管路的原理。
图2是本发明的一个实施例的示意图，该示意图示出了基于文丘里效应的雾化器设计。
图3是描述本发明的一个实施例的流程图。
图4是本发明的一个实施例的分解图，该分解图示出了用于双晶圆基片湿法化学处理的工艺腔体设计。
图5是本发明的一个实施例的分解图，该分解图示出了用于批量晶圆基片湿法化学处理清洗的工艺腔体设计。
具体实施方式
在本发明的下面的详细描述中，描述了本发明的许多细节、示例和实施例。然而，对于本领域技术人员来说，本发明不限于所述实施例，并且本发明可以适用于多个应用中的任何一个，这是清楚且明显的。
本公开文本的装置可用作一种方法和装置，该方法和装置用于对集成电路(IC)基片进行湿法化学处理清洗，并且可包括以下元件。可能组成的元件的列表旨在仅是示例性的，而不是旨在使得该列表被用于将本申请的装置仅限于这些元件。与本发明相关的领域的普通技术人员可以理解，在不改变装置的基本功能或操作的情况下，本发明中存在可以替换的等效元件。
本发明的各种元件以下面的示例性方式来进行关联。目的不是限制各种元件之间的关系的范围或性质，以下示例仅作为说明性示例呈现。
作为示例，参考图1A到图5，根据本发明的一些实施例，描述了使用化学蒸汽和化学气体的混合物对集成电路(IC)基片进行湿法处理的方法和装置。例如，如图3所述，整个工艺过程可包括：401，将基片(晶圆片或平板显示器(FPD))装入工艺腔体中；402，封闭工艺腔体；403，用热氮气N2调节工艺腔体的温度；404，将化学气体和化学蒸汽的混合物注入工艺腔体中；405，使化学蒸汽的混合物循环，并在工艺腔体内旋转磁力棒，以均匀地处理基片；406，对基片进行去离子水冲洗406并可能采用经过调制的兆声能量，完成额外的必要的工艺步骤407，如果必要，重复步骤403-406，408，将溶剂异丙醇(IPA)蒸汽注入工艺腔体内，以用于进行Marangoni式IPA干燥，409，用热N2完全干燥工艺腔体内的基片，以及410，卸下经过湿法工艺处理的基片。
如图1A所示，本公开文本的系统可能包括用于湿法化学处理的工艺腔体111以及设计为固定至少一个晶圆基片110的晶圆固定槽112。至少一片晶圆基片110在加工期间可以被一套梳状的晶圆固定槽112固定以防止基片在加工期间彼此接触。至少一个(例如多个)兆声(Megasonic)换能器120可以可操作地安装在工艺腔体111上。至少一个蒸汽进口阀117可连接至工艺腔体111，其中加压蒸汽可通过至少一个蒸汽进口阀117进入工艺腔体111内。至少一个三通阀118可以可操作地与至少一个蒸汽入口阀117串联，其中每个三通阀118可操作地连接到其对应的产生相应化学蒸汽/化学气体混合物歧管200。三通阀118可由一个计算机化系统控制器控制。根据将被应用于晶圆基片110湿法工艺的不同类型的化学蒸汽/气体的数量，化学蒸汽/气体歧管200的数量可以变化。工艺腔体111还可以具有安装于其上的排放管，排放管可以可操作地连接到异丙醇(IPA)排放阀115或者废化学品排放阀114。IPA干燥排放阀115可以可操作地连接到IPA干燥计量泵116。在晶圆基片进行知名的Marangoni式IPA取干过程中，IPA排放计量泵116和IPA干燥排放阀115将在Marangoni式IPA干燥过程中进行控制，这也可以控制工艺腔体111内部的工艺压力。
在实施例中，一个工艺腔体的压力传感器113可能也可操作地连接至工艺腔体111内部，其中压力传感器113可用于监测工艺腔体111的压力并通过模拟电信号向一个计算机化系统控制器提供反馈，这在本领域是众所周知的，且并未在附图中示出。例如，如图1A中所示，系统的组件一起为化学蒸汽的混合物进入工艺腔体111以被施加到晶圆基片110上做准备。由于化学品以蒸汽状态进入工艺腔体111，因此化学品能够充分进入晶圆基片110上的纳米尺度的沟槽结构。
虽然所述的阀117在上文被描述为用于蒸汽进入工艺腔体111，但这些阀门117也可用于DI冲洗水的进入和氮气吹扫工艺。
图1B显示了一个示例图，其示出了化学蒸汽/气体歧管200。如图1B所示，液态化学品、工艺氮气和化学气体可从其各自的供应部进入歧管200，化学气体与化学蒸汽的混合物可以从歧管200流出，以在工艺腔体111中使用。具体而言，化学气体和化学蒸汽可以在化学蒸汽雾化器237中结合和混合。如图2所示，化学蒸汽雾化器237可以具有基于文丘里效应的结构。因此，化学气体可经由化学气体入口301进入雾化器237，并且化学蒸汽可经由化学蒸汽入口300进入雾化器237。化学气体和化学蒸汽可在化学蒸汽混合物交叉段302处混合，在雾化器的中间较小的分支路径中产生真空，使化学蒸汽吸入雾化器，并一起以更高的速度高流速地流向谐振器壁241并粉碎成纳米尺度的雾化蒸汽颗粒，这些雾化蒸汽颗粒随后通过O形混合物出口配件303排出雾化器237进入一个垂直管路242中，在该垂直管路242中，待在工艺腔体111中使用的所需化学蒸汽混合物通过化学蒸汽混合物出口控制阀243排出。超压蒸汽通过一个化学蒸汽歧管净化排气阀244排出，并且冷凝的化学品通过一个冷凝化学品收集控制阀250排出，进入一个冷凝化学品回收容器249，并通过一个冷凝化学品回收控制阀245流出以进行化学品回收。由于雾化器的设计，少量的液滴可能会被破碎/被阻挡，以确保只有纳米尺度的化学蒸汽混合物能够进入工艺腔体111并穿透晶圆基片110的纳米尺度的IC沟槽结构，以形成由湿法工艺配方限定的湿法化学配方薄膜。化学蒸汽和化学气体的压力控制和流量控制将控制化学蒸汽混合物的流量。
在化学气体和化学蒸汽进入雾化器237之前，它们要经过一个过程来为雾化器237将它们准备好。如图1B所示，液态化学品从液态化学品供应部经由液态化学品流量计量泵229和液态化学品加注控制阀228流入一个化学蒸汽生成容器227。包括在本发明的特定实施例的系统中的化学蒸汽生成容器227的数量可取决于所需的湿法工艺配方。例如，它可能只有一个(去离子水蒸汽与臭氧O3气体)，也可能是两个(H2O2蒸汽+NH4OH蒸汽+N2气体的工艺)，或者可能更多。然而，不管化学蒸汽生成容器227的数量如何，它们都可能以类似的方式工作并且具有类似的结构。
化学蒸汽生成容器227可包括一个液态化学品工艺加热器230，用以加热液态化学品进而将液态化学品转化为蒸汽。化学蒸汽生成容器还包括化学容器温度传感器231(例如热电偶或热电阻(RTD))和化学容器压力传感器234，以分别监测和控制其中的温度和压力。工艺氮气还可以通过工艺氮气压力调节器232和工艺氮气控制阀233从工艺氮气供应部236进入化学蒸汽生成容器227。化学蒸汽生成容器227还包括一个排气阀235，以便在容器压力过高时根据需要对容器进行充分排气。生成的蒸汽通过蒸汽出口控制阀238排出化学蒸汽生成容器227，然后经过一个蒸汽出口过滤器239，再然后通过雾化器237进入工艺腔体。
如图1B所示，工艺氮气可以从供应处流动通过工艺氮气调节器247和工艺氮气控制阀248，并在一个化学气体流量控制器223处与来自一个化学气体供应部246的化学气体混合。该化学气体供应部246可操作地安装到一个化学气体压力调节器222上，以调节化学气体的压力。然后，化学气体进入带有一个化学气体温度传感器226的一个化学气体加热器224。然后，加热的化学气体经过一个化学气体过滤器225，该化学气体过滤器225可阻挡任何可能的纳米尺度颗粒以形成相应的化学气体，并通过一个化学气体流量控制阀240，然后通过雾化器237进入工艺腔体。
如上文所述，化学蒸汽混合物在排出雾化器237后进入工艺腔体111。如图4和图5所示，工艺腔体111包括可操作地连接到中段502的上段501、能够旋转90°以用于基片装入/卸下的中段502，以及可操作地连接到中段502的下段503。在实施例中，工艺腔体的分段501、502、503可在使用期间经由一个工艺腔体密封机构504密封在一起，该工艺腔体密封机构504可由气动或电动气缸制成。事实上，上段501可以包括上段O形密封圈505，该上段O形密封圈505安装在该上段501的周围的最底部表面上，使得当上段501和中段502密封在一起时，上段O形密封圈505被夹在这两者之间。类似地，下段503可以包括下段O形密封圈506，该下段O形密封圈506安装在该下段503周围的最顶部表面上，使得当下段503和中段502密封在一起时，下段O形密封圈506被夹在这两者之间。如图所示，上段501可包括至少一个安装于其上的蒸汽入口阀117，其中化学蒸汽被设计为流动通过雾化器后经由蒸汽入口阀117进入工艺腔体111。
如图4及图5所示，晶圆固定槽112可以由集成在一起的中段502的切口部分限定。切口部分可以基本上呈拱形。工艺腔体下段503可包括至少一个位于其中的磁悬浮旋转杆121。杆121可由可抵抗几乎所有典型化学液体和气体的材料(例如PFA、PTFE等)涂覆，其中杆121使基片在其湿法处理工艺期间在密封的工艺腔体内旋转。此外，如图4和图5所示，中段502能够进行90°顺时钟或逆时针旋转，以用于基片装入/卸下。如图所示，中段502可包括从其任一侧延伸的枢轴杆507，其中枢轴杆507及其相关机构可为整个中段502的旋转做好准备。由于公开了将工艺腔体的中段顺时针或者逆时针旋转90°的能力，因此可以使用行业标准的典型机器人配置来将晶片110从行业标准的晶圆的前开式晶圆传送盒(FOUP)装入中段502/从中段502卸下至行业标准的晶圆的前开式晶圆传送盒(FOUP)，从而使经过处理的晶片能够易于取出以用于湿法工艺，并将经过处理的晶圆送回，为下一个IC晶圆制造工艺做好准备。
另外，中段502可能具有多个安装于其外表面上的兆声(Megasonic)换能器贴片120。如图4所示，对于单晶圆或双晶圆，兆声换能器120可沿着直径方向安装在腔体的中段；如图5所示，对于批量晶圆，兆声换能器贴片120可沿腔体的中段沿该中段的前段和后段安装。当需要时，可以对兆声传感器120通电，以在湿法工艺冲洗时间的期间发射首创的可调制谐波频率的、可调制不同波形的、可调制不同功率的兆声能量，以便更好地去除纳米尺度的颗粒。
工艺腔体111的下段503可以包括一个排放管，该排水管可操作地连接至工艺腔体排放阀114，该工艺腔体排放阀可以可操作地连接到歧管阀，以用于客户的废化学品排放设施；以及一个IPA干燥排放阀115，该IPA干燥排放阀115可操作地连接至一个计量泵116，以用于IPA干燥工艺的速度控制的目的。
本公开文本的装置与方法不限于特定的化学蒸汽混合物。相反地，该装置和方法可以使用化学气体的任何不同的组合以与不同的液态化学蒸汽混合，以用于在封闭的工艺腔体内的IC基片的湿法处理工艺，这显著增加了湿法工艺的灵活性。此外，与现有的系统和方法相比，该装置和方法使用的工艺化学品和去离子冲洗水少得多，同时在不同的IC湿法化学工艺处理中也提供了更大的工艺灵活性。
示例性的化学蒸汽包括以下方法：使用接近100℃的经过加热的臭氧气体(O3)进一步雾化沸腾的去离子水蒸汽，以用于基片的一般有机颗粒的祛除和光敏电阻胶的剥离；使用接近158℃的加热氟化氢(HF)气体进一步使过氧化氢(H2O2)蒸汽雾化，以防止颗粒粘附在基片上；使用接近158℃的加热氟化氢(HF)气体进一步使去离子水蒸汽雾化，以用于金属和天然氧化硅蚀刻及颗粒的祛除；使用接近相应的混合的电镀化学品的沸腾温度的加热氮气(N2)气体使带有正电荷的电镀化学蒸汽雾化，以用于电镀负电荷的基片；以及利用接近相应的混合的光涂层化学品的沸点温度的加热氮气，使经过加热的光敏电阻胶蒸汽雾化，以用于进行基片的光涂层工艺。综上所述。在任何情况下，高温蒸汽化学品混合物是通过混合相应的化学蒸汽和相应的化学气体来被制作的，而这些化学蒸汽和化学气体是通过将化学品液体温度加热至超过其沸点并将化学气体加热至接近其相应的混合的化学品的沸点，，以避免相应的化学蒸汽在进入封闭的工艺腔体之前凝结。
由于本发明的方法采用化学气体和新鲜化学品蒸汽的混合物，其分子之间的距离比它们的重复使用的液态化学品对应物更大，因此该混合物可以穿透进入微小的纳米尺度的IC沟槽结构。然后，该混合物可以按顺序冷凝以形成湿法配方化学品薄膜，以执行其相应的化学湿法工艺处理。如上文所述，蒸汽混合物可以是一种纯净的化学品(例如，氟化氢(HF)气体和去离子水蒸汽)，或者蒸汽可以是多种化学蒸汽。目前最普遍的湿法处理化学品是基于RCA标准清洁配方的过氧化氢(H2O2)，其由SC-1(氢氧化铵(NH4OH)+过氧化氢(H2O2)+去离子水(H2O)混合物)和SC-2(盐酸(HCL)+过氧化氢(H2O2)+去离子水(H2O)混合物)组成。SC-1主要用于轻有机颗粒的去除，SC-2则用于轻金属颗粒的去除。其他普遍的湿法处理化学品有SPM(硫酸(H2SO4)+过氧化氢(H2O2))和SOM(硫酸(H2SO4)+臭氧气体(O3))。SPM和SOM都主要用于去除重有机污染物。此外，常规使用的湿法处理化学品包括液态过氧化氢(H2O2)和液态氢氟酸(HF)，用以防止铜粘附在硅表面；臭氧水(O3+H2O)可以替代SPM或SOM，以节省相应的化学废弃物处理成本，以用于改善环境。虽然上文描述了示例性的化学蒸汽混合物，但其他的湿法处理化学品的使用也是预想到的。
当涉及到化学蒸汽的混合物时，它们可以与氮气N2一起按顺序被带入工艺腔体内，然后使其能够按顺序冷凝，然后混合在一起，以在纳米尺度的IC沟槽结构的表面上形成所需的化学配方湿法工艺化学品薄膜，有效地执行相应的湿法工艺处理。本发明的方法和设备每次都使用新鲜的化学品以用于进行湿法工艺，以消除重复使用液态化学品可能造成的交叉污染，其中类似于槽式工艺的传统湿法工艺现在正在重复使用液态化学品。在每个相应的湿法化学蒸汽工艺时间结束后，可接着进行快速短暂的去离子水下行流冲洗，必要时在此期间可使用首创的经过可调制的兆声能量。由于呈矩形的兆声传感器贴片安装在工艺腔体的端面的中段的外部且横跨直径方向，因此两个晶圆基片的整个表面都可以通过磁悬浮旋转杆带动旋转被全部覆盖到，没有任何死角。
为了避免在传统的Marangoni干燥方法中少量液滴形成致命的水迹，本发明的装置包括一个新设计的雾化器。雾化器可以在化学蒸汽混合物进入湿法工艺腔体之前被放置。如图2所示，雾化器可基于文丘里效应设计。本发明的雾化器可阻挡/破坏少量的可能存在的较小的液滴，并确保所有基于配方的工艺的纳米尺度的化学蒸汽混合物进入工艺腔体，而没有任何液滴，使化学蒸汽混合物穿透进入晶圆基片上的纳米尺度的IC沟槽结构中，以在其表面形成湿法化学薄膜，然后有效地完成湿法化学工艺。因此，纳米尺度的气体过滤器现在可以在管路上使用，而不会影响化学蒸汽混合物的有效通过，同时阻止和减少可能损坏晶圆基片上的纳米IC的可能存在的纳米尺度的污染颗粒。
由于设备的结构和方法步骤，本公开文本的方法和设备可以在单个工艺腔体中以与传统的单晶圆的清洗方法相比少得多的化学品和去离子水消耗使工艺产量至少翻倍。此外，该方法和设备可以彻底清洁晶圆基片的两个表面，包括背面，而不产生死角；并且与所有当前的单晶圆的纯净的液体化学品的湿法工艺清洁系统相比，通过使用蒸汽混合物或者首先使用蒸汽混合物然后再使用液态化学品能够实现更好的纳米尺度的IC晶圆湿法工艺的结果。如上文所述，该方法和装置还包括多种波形、多种谐波频率和多种能量功率可以经过调制的兆声能量附加清洗技术的公开文本，该技术可沿晶圆的直径方向发射可调节的经过调制的兆声能量，通过使IC基片能够在工艺腔体内旋转，实现对整个晶圆基片的表面区域的清洗兆声能量的完全覆盖。该方法和装置还能够完全利用Marangoni式IPA干燥方法来最大化Marangoni力，以有效地从晶圆基片的表面剥离任何水滴和颗粒，这是目前在IC制造行业中的所有单晶圆清洁系统所不可能做到的。
本发明的上文描述的实施例的展示是为了说明而非为了限制。虽然本发明的这些实施例已经参照许多具体细节进行了描述，但是本领域的普通技术人员应该认识到，本发明可以体现为许多种其他具体形式的实施例，而不脱离本发明方法与装置的。因此，本领域的普通技术人员应该理解，本发明不受上述说明性细节的限制，而是由本发明的所附权利要求限定。

Claims (9)

1.一种用于对具有纳米尺寸沟槽的基片进行湿法化学处理的方法，该方法包括：
将晶圆基片垂直放置到工艺腔体中；
制作温度超过其相应化学液体沸点温度的化学蒸汽和高温化学气体的混合物，包括：
将液态化学品加热至超过其沸点温度以产生温度超过其相应化学液体沸点温度的化学蒸汽；
将化学气体加热至接近相应的液态化学品的沸点以产生高温化学气体；以及
混合温度超过其相应化学液体沸点温度的化学蒸汽和高温化学气体；以及
用温度超过其相应化学液体沸点温度的化学蒸汽和高温化学气体的混合物对基片进行化学湿处理，其中，温度超过其相应化学液体沸点温度的化学蒸汽和高温化学气体的纳米尺度的混合物被按顺序输入工艺腔体，并穿透进入纳米尺度的沟槽中以及顺序冷凝在基片的纳米尺度的沟槽表面上，形成所需的新鲜的湿处理化学液配方薄膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工艺腔体包括上段、中段以及下段；
上段在湿处理工艺期间与中段密封，并且
下段在湿处理工艺期间与中段密封。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述中段能够进行顺时针方向和逆时针方向的90°旋转。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，至少一根磁悬浮旋转棒位于工艺腔体的下段，且基片是垂直放置的。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，至少一个兆声换能器沿着基片的直径方向安装在中段的外表面。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，至少一组兆声换能器能够发射可调制谐波频率，可调制谐波波形，和可调制谐波功率的兆声能量。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括混合温度超过其相应化学液体沸点温度的化学蒸汽和高温化学气体，并在进入工艺腔体之前使混合的蒸汽和气体通过雾化器，此雾化器基于文丘里原理设计。
8.一种用于对基片进行湿法化学处理的系统，所述系统包括：
一个工艺腔体，其包括：
一个能够进行顺时针方向和逆时针方向的90°旋转的中段；
一个可分离的与中段在湿工艺过程中密封连接的上段；
一个可分离的与中段在湿工艺过程中密封连接的下段；
一个基片固定槽，其设计为固定至少一个基片；
至少一个兆声换能器，其沿着基片的直径方向安装在中段；
至少一个与所述上段连接的蒸汽入口阀，所述蒸汽入口阀使得加压蒸汽混合物能够进入工艺腔体的歧管，具有纳米尺度结构的蒸汽混合物是由加热温度超过其相应化学液体沸点温度的化学蒸汽和加热温度接近相应化学液体沸点的温度的高温化学气体混合而成，该蒸汽混合物能够按顺序进入工艺腔体，并穿透进入纳米尺度的沟槽中以及顺序冷凝在基片的纳米尺度的沟槽表面上，形成所需的新鲜的湿处理化学液配方薄膜；以及一个雾化器，所述雾化器可操作地安装在至少一个蒸汽入口阀上，设计为对一种化学气体和一种化学蒸汽进行混合和雾化，以产生加压蒸汽。
9.一种使用温度超过其相应化学液体沸点温度的化学蒸汽和高温化学气体的混合物对具有纳米尺寸沟槽的集成电路基片进行湿法处理的方法，该方法包括：
将基片装入工艺腔体，工艺腔体由上段，中段及下段组成；中段能够进行顺时针方向和逆时针方向的90°旋转以装卸基片；
封闭工艺腔体；
用热氮气调节工艺腔体的温度；
将温度超过其相应化学液体沸点温度的化学蒸汽和高温化学气体的混合物顺序注入密闭工艺腔体；混合物具有纳米尺度的结构，混合物是由加热温度超过其相应化学液体沸点温度的化学蒸汽和加热温度接近相应化学液体沸点的温度的高温化学气体混合而成，混合物依次进入垂直放置的基片纳米结构表面，并穿透进入纳米尺度的沟槽中以及顺序冷凝形成相应的新鲜湿处理化学液配方薄膜；
使化学蒸汽混合物循环，并在工艺腔体内旋转磁力棒，以均匀地处理基片；
在去离子水冲洗时，使用可调制的兆声能量；
将溶剂异丙醇蒸汽注入工艺腔体内，剥离基片表面的水滴和颗粒；
在工艺腔体内用热氮气来吹扫基片；以及
卸下经过化学湿法工艺处理过的基片。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113725322B (zh) * 2021-11-01 2022-01-25 苏州威尔阳光智能科技有限公司 用于太阳能光伏玻璃制作的硅片浸泡设备

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004001808A2 (en) * 2002-06-23 2003-12-31 Aviza Technology, Inc. Method and system for atomic layer removal and atomic layer exchange
CN1567541A (zh) * 2003-07-02 2005-01-19 上海思恩电子技术有限公司 用加热化学气体产生的雾状化学剂处理基片的方法及系统
JP2006026549A (ja) * 2004-07-16 2006-02-02 Zebiosu:Kk 洗浄方法及びそれを実施するための洗浄装置
CN201417758Y (zh) * 2009-06-16 2010-03-03 倪党生 用纳米级雾状化学剂处理基片的系统
CN201427995Y (zh) * 2009-07-07 2010-03-24 倪党生 用雾状化学剂进行单面连续化学湿处理的系统
CN101924031A (zh) * 2009-06-16 2010-12-22 倪党生 用纳米级雾状化学剂处理基片的系统及方法
CN108971078A (zh) * 2017-05-01 2018-12-11 朗姆研究公司 使用高蒸汽压气雾剂进行原位清洁

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5063609A (en) 1989-10-11 1991-11-05 Applied Materials, Inc. Steam generator
US5156173A (en) * 1991-05-14 1992-10-20 Envirosolv High-efficiency, low-emissions cleaning method and apparatus
US6332470B1 (en) 1997-12-30 2001-12-25 Boris Fishkin Aerosol substrate cleaner
US6946399B1 (en) * 1998-10-05 2005-09-20 Lorimer D Arcy Harold Cleaning system method and apparatus for the manufacture of integrated cicuits
US6598805B2 (en) 2001-05-30 2003-07-29 Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd Substrate cleaning apparatus
TWI411474B (zh) 2006-05-08 2013-10-11 Akrion Technologies Inc 噴霧清洗裝置及方法
JP2009141021A (ja) 2007-12-04 2009-06-25 Kaijo Corp 洗浄装置、及び乾燥装置
US20090159100A1 (en) 2007-12-24 2009-06-25 Texas Instruments Incorporated Two-piece magnetically coupled substrate roller used in megasonic cleaning process
JP5780890B2 (ja) 2011-08-31 2015-09-16 株式会社国際電気セミコンダクターサービス 超音波洗浄方法及びその装置
JP6232212B2 (ja) 2012-08-09 2017-11-15 芝浦メカトロニクス株式会社 洗浄液生成装置及び基板洗浄装置
KR102493551B1 (ko) * 2017-01-27 2023-01-30 티이엘 매뉴팩처링 앤드 엔지니어링 오브 아메리카, 인크. 프로세스 챔버에서 기판을 회전 및 병진시키기 위한 시스템 및 방법
CN112335016A (zh) 2018-06-13 2021-02-05 朗姆研究公司 高深宽比结构的有效率的清洁和蚀刻

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004001808A2 (en) * 2002-06-23 2003-12-31 Aviza Technology, Inc. Method and system for atomic layer removal and atomic layer exchange
CN1567541A (zh) * 2003-07-02 2005-01-19 上海思恩电子技术有限公司 用加热化学气体产生的雾状化学剂处理基片的方法及系统
JP2006026549A (ja) * 2004-07-16 2006-02-02 Zebiosu:Kk 洗浄方法及びそれを実施するための洗浄装置
CN201417758Y (zh) * 2009-06-16 2010-03-03 倪党生 用纳米级雾状化学剂处理基片的系统
CN101924031A (zh) * 2009-06-16 2010-12-22 倪党生 用纳米级雾状化学剂处理基片的系统及方法
CN201427995Y (zh) * 2009-07-07 2010-03-24 倪党生 用雾状化学剂进行单面连续化学湿处理的系统
CN108971078A (zh) * 2017-05-01 2018-12-11 朗姆研究公司 使用高蒸汽压气雾剂进行原位清洁

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