TWI592997B - 利用超臨界二氧化碳自基板取代流體的方法與設備 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種處理腔室，尤其有關於一種用以處理半導體基板的處理腔室。
半導體產品之生產通常需要濕式蝕刻或一些其他形式之涉及將基板曝露至水基液體的基板濕式處理。在濕式處理之後，為了製備基板以供下個處理步驟，故典型地需要將殘留在基板表面上的處理流體及/或任何水基清洗流體加以移除。
一般而言，可藉由使基板充滿乾燥流體(drying fluid,DF)以取代濕式處理流體而將濕式處理流體及/或清洗流體加以移除。舉例而言，DF可為醇基且可包含界面活性劑及/或其他附加劑以使取代效率最大化。為了避免基板上脆弱的結構由於毛細力而倒塌，可執行額外濕式處理後步驟以令人滿意的方式乾燥基板。
當半導體特徵部變得愈來愈小以適應更高的裝置密度需求時，對於將預防脆弱結構倒塌且可在儘可能短的時間內令人滿意地乾燥晶圓的DF移除技術有必須性的需求。
超臨界CO2已經過研究並加以運用來促進DF移除及避免基板上的脆弱結構倒塌。在超臨界狀態(Tc=31℃,Pc=1070psi)的CO2沒有表面張力來引發由於毛細力的倒塌，且對於數種可能的乾燥流體具有良好溶解度。
現存之利用超臨界CO2的DF移除處理在預防脆弱結構倒塌方面已顯示出大有可為的結果，但通常為耗時且對於DF劑及其他任何殘留殘餘物而言需要長時間以充分加以移除。現存之利用超臨界CO2的DF移除處理亦需要大量腔室轉換以自基板表面充分沖洗DF劑及其他任何殘留殘餘物，而因此非期望性地增加總處理時間及所需之CO2體積，並減少製造生產力。
鑑於前述內容，吾人期望改良的基於超臨界CO2之DF移除
處理及設備。
在實施例中，本發明有關於用以處理半導體基板的處理腔室。該處理至少包含在一組基板之至少一基板上使用超臨界CO2的濕式處理後之乾燥流體(drying fluid,DF)移除。處理腔室包含圍繞處理容積的腔室壁。處理腔室亦包含環狀設置於處理容積周圍且排成至少包含一噴嘴列之一組噴嘴列的複數個噴嘴。複數個噴嘴之各者具有指向處理容積內部的至少一噴嘴出口，至少一噴嘴列係配置成使超臨界CO2流動橫跨一組基板之至少一基板表面。處理腔室更包含耦合至複數個噴嘴以輸送超臨界CO2至複數個噴嘴的一組歧管。處理腔室還亦包含耦合至該組歧管以輸送超臨界CO2至該組歧管的至少一共同充氣部。
上述發明內容僅有關揭露於此的本發明之諸多實施例的一者，且不欲侷限提出於此處之申請專利範圍中的發明範圍。以下將在本發明之實施方式中並結合下列圖式更加詳細描述本發明之這些及其他特徵。
本發明現將參考如示於隨附圖式中的其若干實施例加以詳細描述。在下列描述內容中，為了提供本發明之完整理解，將提出眾多具體細節。許多描述內容係關於其中複數個晶圓在壓力腔室中堆置在彼此上的小批量乾燥處理，但所述原理亦適用於單一晶圓處理。然而，對於熟悉本技術領域者將顯而易見，本發明可在不具有一些或全部的這些具體細節的情況下加以實施。在其他實例中，為了不非必要地混淆本發明，已不詳述熟知的處理步驟及/或結構。
在一或更多實施例中，本發明有關於利用複數個噴嘴或狹縫的創新基板處理腔室設計，該複數個噴嘴或狹縫係排列成使超臨界CO2以最少再循環迴路及/或渦流流動橫跨晶圓表面。在一或更多實施例中，創新處理腔室設計使DF劑及其他任何殘留殘餘物得以藉由超臨界CO2在更少時間內以更佳之流體清洗效率加以移除。
本發明之實施例的特徵及優點可參考而後之圖式及討論而獲得較佳理解。
圖1顯示依據本發明之實施例的利用超臨界CO2之DF移除技術的例示全圖。在步驟102中，基板經歷濕式處理。如濕式蝕刻的濕式處理步驟之詳細情況將不在此加以描述，但步驟102可代表其中基板必須在後續步驟104及106中加以清潔/乾燥的任何濕式處理。
步驟104代表濕式處理後的基板曝露至乾燥流體以協助濕式處理流體及/或水基清洗溶液之移除。一般而言，儘管用以自基板取代濕式處理流體的任何合適藥劑均可加以使用，但步驟104中所使用的乾燥流體可為如醇基。
步驟106代表依據本發明之態樣使用超臨界CO2的DF移除步驟。在步驟106中，利用缺乏表面張力及超臨界CO2溶劑性質來移除步驟104中所使用的DF劑以及可能殘留在基板表面上的步驟102之任何蝕刻劑殘餘物。在一或更多實施例中，可在相同的創新腔室中(以下討論)執行步驟104及106兩者使基板轉移及總處理時間減至最小。
當本用語於此使用時，超臨界CO2意指同時超過其臨界溫度(Tc=31.1℃)及臨界壓力(Pc=1070 psi)兩者的CO2。舉例而言，CO2在攝氏35度及1,100 PSI時將處於其超臨界態。在本發明之一或更多實施例中，CO2壓力在約2,000 PSI及約4,000 PSI之間。在本發明之實施例中，CO2壓力為約3,000 PSI。
如稍後將於此所討論，步驟106之超臨界CO2係經由創新配置輸送至基板，該創新配置實質上使渦流及再循環迴路減至最少以改善流體清洗效率及減少自基板充分移除DF劑及其他任何殘留殘餘物所需的時間及CO2體積。
詳言之，渦流及再循環迴路代表超臨界CO2停滯區域，其中超臨界CO2流速實質上下降。由於目標為儘快以超臨界CO2取代盡可能多之DF劑，故渦流及再循環迴路不利地增加腔室暫態時間，因此增加利用超臨界CO2乾燥基板的所需時間及所需CO2體積。
圖2顯示依據本發明之實施例的腔室202之側視圖，該腔室202包含與諸如水平歧管212a、212b、212c、及212d的複數個水平歧管212耦合之垂直充氣部210。雖然僅顯示四水平歧管以幫助探討，但亦可使用任何數量的水平歧管。當本用語於此使用時，水平意指當基板係置於處理腔室之處理容積內時與基板平行之平面。另一方面，垂直意指與水平面垂直的平面。
水平歧管212a、212b、212c、及212d之各者係耦合至環狀設置於為了移除DF劑而在其內設置基板的處理容積周圍之複數個噴嘴。因此，具有連接至複數個水平歧管的噴嘴列。各噴嘴在一端連接至其個別的水平歧管。舉例而言，噴嘴222係顯示成耦合至水平歧管212a，而噴嘴224係顯示成耦合至水平歧管212b。至少一噴嘴出口係設置於噴嘴之另一端，且往內指向為了移除DF劑而在其內設置基板的處理容積。
吾人應理解噴嘴列之目的為輸送超臨界CO2至基板表面。在實施例中，各列噴嘴係設置成使得超臨界CO2流指向一對相鄰(但維持分隔關係)基板之間。因此，可使用單列噴嘴來清潔兩相鄰但分隔基板之兩表面。然而，亦可將一列以上的噴嘴用於各基板表面。
超臨界CO2進入垂直充氣部210，且然後流至水平歧管212a、212b、212c、及212d。各水平歧管作為導管以允許受壓的超臨界CO2流進連接至該水平歧管的噴嘴列中。噴嘴及噴嘴出口尺寸係適當地作成以使得超臨界CO2穩定流能夠流動橫跨基板表面。
超臨界CO2大致上自噴嘴出口橫跨基板表面流向腔室之排出埠(典型地設於噴嘴之另一側上)。在一或更多實施例中，可將噴嘴列之一些或全部個別噴嘴相對於彼此平行而設置。亦即，在一或更多實施例中，可將一些或全部個別噴嘴及/或噴嘴出口指向成使得出自噴嘴出口的超臨界CO2流實質上平行橫跨基板表面流向腔室之排出埠，同時使基板表面上方的再循環迴路及渦流減至最少。在另一實施例中，可將噴嘴列之一些或全部個別噴嘴相對於彼此非平行地設置，使得超臨界CO2可以相對於水平歧管中心至排出埠的向量之不同角度離開個別噴嘴出口。
在一或更多實施例中，可將噴嘴列之一些或所有噴嘴指向成使得超臨界CO2指向與基板表面平行之平面或可導引朝向或遠離基板表面。在一或更多實施例中，當自基板中心朝水平歧管的方向觀之時，噴嘴列可包含不同部分且/或噴嘴列中的噴嘴可為非平面。假設為於此所提出的系統，噴嘴尺寸、噴嘴出口尺寸、由個別噴嘴所指向的方向之最佳化可使用經驗資料來執行以確保超臨界CO2係於最少渦流及再循環迴路的情況下被輸送。
一般而言，超臨界CO2之總質量流量係約由以下之Eq. 1所決定。
TMF=(C) X(N) X(a) Eq. 1
其中C為本應用中超臨界CO2特有的常數，N為噴嘴數量，且a為各噴嘴之橫剖面積。總質量流量(total mass flow,TMF)為C、N、及a之乘積。
再者，吾人已發現對於任何給定的總質量流量而言，當N大且a小時，流體清洗效率具有改善的傾向。例如藉由沿噴嘴列所排列的噴嘴之超臨界CO2輸送均勻性的因素必須加以考量。在實施例中，噴嘴出口可具有不同尺寸，或水平歧管可自一端至另一端及/或水平歧管間彼此具有非一致橫剖面，以使特定噴嘴列之噴嘴出口間或噴嘴列間的噴嘴出口壓力中的壓力梯度減至最小。目標為以最少再循環迴路或渦流及一批次中之基板表面間的最小差異而輸送均勻超臨界CO2流至/越過/橫跨所有基板表面之所有相關區域。
圖3顯示依據本發明之實施例的處理腔室之部分分解側視圖，其包含腔室壁302、垂直充氣部304、及複數個水平歧管306、308及310。如水平歧管306的各水平歧管係耦合至形成噴嘴列的複數個噴嘴。為了說明之目的，噴嘴320係顯示成耦合至水平歧管306。
噴嘴320亦包含用來將超臨界CO2噴入其內設置該組基板(單一基板或以分隔關係平行堆疊的一批基板)的處理容積中的噴嘴出口322。噴嘴出口係按尺寸製作成用以產生高撞擊速度及減少流體滯留時間。在一或更多實施例中，噴嘴出口係設定成與腔室壁之內部表面齊平以簡化保養/清潔及減少微粒污染顧慮。
如先前所討論，當噴嘴數量大時，可達到改良的DF劑沖洗、減少的渦流、減少的再循環迴路、減少的DF劑移除時間、及減少的CO2使用(見Eq. 1)。在一或更多實施例中，噴嘴列之個別噴嘴係由狹縫所取代，該狹縫係配置成將超臨界CO2噴出成薄片來代替如利用噴嘴之實例中的成為個別流。圖4顯示依據本發明之實施例的利用超臨界CO2輸送用之狹縫的處理腔室之部分分解側視圖，其包含腔室壁402、垂直充氣部404、及複數個水平歧管406、408及410。如水平歧管406的各水平歧管具有至少兩開口：朝向其內設有該組基板之處理容積以作為超臨界CO2可自其噴出之狹縫的開口；及將水平歧管耦合至垂直充氣部以允許超臨界CO2自垂直充氣部流至水平歧管而經由狹縫朝向處理容積排出的一或更多開口。
為了說明之目的，狹縫420係顯示成耦合至或一體成形於水平歧管406，用以將超臨界CO2射入其內放置該組基板(單一基板或以分隔關係平行堆疊的一批基板)的處理容積中。在一或更多實施例中，狹縫係設定成與腔室壁之內部表面齊平以簡化保養/清潔及減少微粒污染顧慮。
當使用狹縫時，可將狹縫兩端之間的噴嘴數量視為無限多。由於高N值(見Eq. 1)，吾人已發現狹縫設計傾向導致高流體清洗效率、低腔室轉換、且減少或消除超臨界CO2流中的渦流及再循環迴路。在一或更多實施例中，狹縫可為約0.005”寬，然而這並非本發明之絕對需求或限制。
如同可自前述內容所領會，本發明之實施例導致具有低或無再循環迴路及/或渦流的超臨界CO2之高度均勻流動。結果為更有效率的腔室轉換及減少之充分DF沖洗所需的時間。因此，可減少整體基板處理時間，導致就半導體製造者而言改善的生產力。
已揭露例示性實施例及最佳模式後，可針對所揭露之實施例進行修改及變化，而仍在如由下列申請專利範圍所定義的本發明之標的及精神內。
102．．．步驟
104．．．步驟
106．．．步驟
202．．．腔室
210．．．垂直充氣部
212a．．．水平歧管
212b．．．水平歧管
212c．．．水平歧管
212d．．．水平歧管
222．．．噴嘴
224．．．噴嘴
302．．．腔室壁
304．．．垂直充氣部
306．．．水平歧管
308．．．水平歧管
310．．．水平歧管
320．．．噴嘴
322．．．噴嘴出口
402．．．腔室壁
404．．．垂直充氣部
406．．．水平歧管
408．．．水平歧管
410．．．水平歧管
420．．．噴嘴
本發明係於隨附圖式之圖中藉由實例而非藉由限制加以說明，且其中相似之參考編號意指相似元件，且其中：
圖1顯示依據本發明之實施例之利用超臨界CO2的DF移除技術之例示全圖。
圖2顯示依據本發明之實施例之用以自基板表面有效率移除乾燥流體的腔室側視圖。
圖3顯示依據本發明之實施例的利用超臨界CO2輸送用之噴嘴的處理腔室之部分分解側視圖。
圖4顯示依據本發明之實施例的利用超臨界CO2輸送用之狹縫的處理腔室之部分分解側視圖。
202．．．腔室
210．．．垂直充氣部
212a．．．水平歧管
212b．．．水平歧管
212c．．．水平歧管
212d．．．水平歧管
222．．．噴嘴
224．．．噴嘴
Claims (14)
- 一種用以處理半導體基板的處理腔室，該處理至少包含自一組基板之至少一基板上使用超臨界CO2的濕式處理後之乾燥流體(drying fluid,DF)移除，該處理腔室包含：腔室壁，圍繞該處理腔室之處理容積；充氣部，僅垂直延伸於下端與上端之間，該充氣部定義該處理腔室之該腔室壁，該充氣部在該下端與該上端之間具有內部通道，該充氣部具有在該充氣部之該下端對超臨界CO2之供給連接部；一組歧管，耦合至該充氣部，該組歧管排列成複數列，其中各列沿著該腔室壁彼此分隔，且各列係沿著該腔室壁設置在不同的垂直位置，且該組歧管之每一者對該充氣部之該內部通道具有水平歧管連接部；及一組噴嘴，每一噴嘴耦合至該組歧管之一者，且每一噴嘴在該充氣部之面向內部表面上具有朝向該處理腔室之該處理容積的噴嘴輸出部，其中該噴嘴輸出部係設置為在該充氣部之該面向內部表面內齊平，且其中該噴嘴輸出部之各者係定向為實質上垂直於該腔室壁。
- 如申請專利範圍第1項之用以處理半導體基板的處理腔室，更包含：基板支持結構，配置成相關於該組基板之另一基板以彼此之間分隔關係平行地夾持該至少一基板，該基板支持結構定位該組基板之該至少一基板及該另一基板，使得該組歧管之該複數列的至少一者定向於該組基板的其中二者之間。
- 如申請專利範圍第1項之用以處理半導體基板的處理腔室，其中該至少一基板包含複數基板。
- 如申請專利範圍第1項之用以處理半導體基板的處理腔室，其中該組歧管係設置於該腔室壁內。
- 如申請專利範圍第1項之用以處理半導體基板的處理腔室，其中該組噴嘴係設置於該腔室壁內，且係圍繞該處理容積而環狀地設置。
- 如申請專利範圍第1項之用以處理半導體基板的處理腔室，其中至少一列歧管僅橫跨該腔室壁的周圍之一部份。
- 一種使用超臨界CO2處理半導體基板的處理腔室，包含：腔室壁，圍繞該處理腔室之處理容積，該處理容積係針對基板支持件而配置，該基板支持件用以相對該腔室壁將複數基板支持於水平方向，該腔室壁係垂直於該水平方向；充氣部，在該腔室壁內僅垂直延伸於下端與上端之間，該充氣部的內部表面朝向該處理容積，該充氣部具有至少延伸於該下端與該上端之間的內部通道，該充氣部在該下端具有供給連接部，用以接收該超臨界CO2；水平的複數歧管，對該充氣部之該內部通道提供導管，該複數歧管在該充氣部周圍排列成複數列，其中各列係彼此分隔一距離，且各列係定向在該充氣部之不同的垂直位置，當該複數基板存在於該基板支持件時，該不同的垂直位置係實質上排列於該複數基板之至少二者之間，該距離大於該複數基板其中一者的厚度；及複數噴嘴，每一噴嘴耦合至水平的該複數歧管之一者，其中每一噴嘴具有朝向該處理腔室之該處理容積的噴嘴輸出部，且其中朝向該處理容積之該充氣部的該內部表面係實質上平坦且彎曲，並包含各噴嘴輸出部。
- 如申請專利範圍第7項之使用超臨界CO2處理半導體基板的處理腔室，其中該噴嘴輸出部之各者係定向為實質上垂直於該腔室壁。
- 如申請專利範圍第7項之使用超臨界CO2處理半導體基板的處理腔室，其中該複數噴嘴係定義為離散式(discrete)噴嘴或定義為狹縫噴嘴。
- 一種處理腔室，包含：腔室壁，圍繞該處理腔室之處理容積，該處理容積係針對基板支持件而配置，該基板支持件用以相對該腔室壁將複數基板支持於水平方向，該腔室壁係垂直於該水平方向；充氣部，在該腔室壁內僅垂直延伸於下端與上端之間，該充氣部之外表面定義面相該處理容積之該腔室壁之至少一部分，該充氣部具有至少延伸於該下端與該上端之間的內部通道，該充氣部在該下端具有供給連接部，用以在藉由該處理腔室進行處理時接收超臨界CO2；水平的複數歧管，對該充氣部之該內部通道提供導管，該複數歧管在該腔室壁周圍排列成複數列，其中各列係沿著該腔室壁彼此分隔一距離，且各列係定向在該腔室壁上之不同的垂直位置，當該複數基板存在於該基板支持件時，該不同的垂直位置係實質上排列於該複數基板之至少二者之間；及複數噴嘴，每一噴嘴耦合至水平的該複數歧管之一者，其中每一噴嘴具有朝向該處理腔室之該處理容積的噴嘴輸出部，僅定向為朝向該處理容積的每一噴嘴具有實質上垂直於該腔室壁的方向，且其中面向該處理容積之該充氣部之該外表面係實質上平坦且彎曲，並包含各噴嘴輸出部。
- 如申請專利範圍第10項之處理腔室，其中該複數噴嘴係定義 為離散式噴嘴或定義為狹縫噴嘴。
- 如申請專利範圍第10項之處理腔室，其中該充氣部係一體成形於該腔室壁。
- 如申請專利範圍第10項之處理腔室，其中該組歧管係設置於該腔室壁內。
- 如申請專利範圍第10項之處理腔室，其中該噴嘴輸出部係設置為與該充氣部之面向內部表面齊平。
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