TWI646226B - 用於透光阻金屬電鍍之溼式預處理的方法及設備 - Google Patents

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Abstract

所揭露者為用以在金屬之透光阻沉積前將固體污染物自基板清除的預濡濕設備設計及方法。在一些實施例中，預濡濕設備包含製程腔室，該製程腔室具有基板固持器、及位在晶圓基板正上方並配置成將預濡濕液體(例如，經除氣之去離子水)以約5及45度之間的掠角輸送到基板上之至少一噴嘴。在一些實施例中，噴嘴為扇形噴嘴，其用以將液體輸送到基板中心、使該液體首先在中心附近衝擊基板然後流過基板中心。在一些實施例中，基板係在預濡濕期間於具有複數加速及減速的情況中單向地或雙向地旋轉，其促進污染物的移除。

Description

用於透光阻金屬電鍍之溼式預處理的方法及設備
在此所揭露之實施例關於預濡濕及清潔設備設計及方法。更具體來說，實施例關於預濡濕設備設計及方法，以供針對積體電路製造而於在晶圓上沉積導電材料之前將半導體晶圓預濡濕。 ﹝相關申請案的交互參照﹞
本申請案主張在此整體併入做為參考、於2013年2月20日所提申之美國臨時專利申請案第61/767,062號的申請日權利。
濡濕為由液體及固體之間的附著力及液體中的內聚力所控制的液體/固體介面之性質。液體及固體之間的附著力使得液體散佈到固體表面各處。液體中的內聚力使得液體將與固體表面之接觸最小化。在液體與固體表面交互作用的許多工業製程中，藉由液體濡濕固體表面具有重要性。電鍍(陰極製程)(包含積體電路生產中的電鍍)為一如此工業製程。濡濕在包含電蝕刻及電拋光之陽極製程中亦具有重要性。
例如，許多半導體及微電子處理操作使用透光阻電沉積。此電鍍製程有時候亦稱做透遮罩或光阻圖案化電沉積。這些製程可相關於在GaAs晶圓上電鍍次微米金內連線、電鍍用於薄膜記錄頭之銅線或磁性合金、電鍍用於再分配或積體被動應用的銅導體、或電鍍用於覆晶連接的PbSn或無鉛焊料。這些製程之所有者涉及具有以下各者之基板：毯覆之導電晶種層、或導電電鍍基底；及金屬係沉積於其中之圖案化介電物模板。
本發明提供在透光阻電鍍(或其它處理)之前處理半導體基板之方法及設備。基板通常包含導電層及設置在該導電層上方之圖案化光阻層，其中該導電層暴露於形成在光阻中之凹陷特徵部的底部。基板通常包含形成於光阻中之複數凹陷特徵部。
對於許多處理操作而言(且特別是對於電鍍而言)，如此基板之潔淨且受濡濕之表面係為必要，因為濡濕不足或污染物移除不完全可能在電鍍期間於凹陷特徵部中造成孔洞的形成。
在透光阻處理中與基板之預濡濕及清潔相關的問題之一為難以將固體污染材料(像是微粒及殘餘物)從位在基板之中心部份的凹陷特徵部移除及/或難以在此等位置形成連續的濡濕層。再者，亦需要針對基板上其它位置(不僅中心)之改善的濡濕及清潔方法。
本發明提供將預濡濕流體輸送到基板上、俾在期望位置有效率地濡濕及/或清潔基板之設備及方法。將基板預濡濕及清潔，俾移除污染性微粒材料(包含光阻微粒及殘餘物)且提供適用於後續處理(像是用於濡濕基板上的電鍍)之濡濕表面。
在一實施態樣中提供一設備。該設備包含具有以下各者之製程腔室：用以固持基板之基板固持器、及配置成定位在該基板正上方並用以將預濡濕液體(例如，水)以約5－45度之間的掠角引導至該基板之平面的至少一噴嘴。在一些實施例中，噴嘴係用以將預濡濕流體引導至基板之中心部份，使得來自該噴嘴的液體首先在中心附近、而非在正中心衝擊該基板，並使所輸送之液體漫溢過該基板之中心。在一些實施例中，噴嘴為扇形噴嘴，但在其它實施例中，可使用像是錐形噴嘴之其它類型的噴嘴。較佳地，噴嘴係用以在與基板衝擊處以至少約每秒8公尺(像是至少每秒16公尺)的液體速度輸送預濡濕液體之高速噴嘴。選定高速俾從基板表面移除固體污染物(特別是在凹陷特徵部中附著於基板的污染物)。設備中的基板固持器係較佳地用以在預濡濕流體的輸送期間使基板旋轉。較佳地但並非必要，基板之旋轉方向係實質上與預濡濕流之水平分量的方向相反，因為此增加該流在衝擊基板時的有效速度。在一些實施例中，設備係用以在預濡濕流體之輸送期間使基板雙向地旋轉。舉例來說，基板固持器可用以使基板以順時針方向旋轉一段時間，後接一段以逆時針方向的旋轉，在預濡濕製程期間總共約4－100個之間的方向改變。在一些實施例中，設備係用以改變來自噴嘴之衝擊預濡濕液體的方向，使其與雙向之基板旋轉同步，並使該衝擊液體之水平分量在順時針及逆時針旋轉兩者期間與基板旋轉方向相反。
在可個別或結合上述實施例之任一者而實行之另一實施態樣中提供包含製程腔室的一設備，該製程腔室具有用以固持基板之基板固持器、及固定在可動手臂之至少一噴嘴，其中該可動手臂係用以將該噴嘴從非作動位置移動到作動位置。在一實施例中，可動手臂係用以使噴嘴遠離晶圓基板定位在非作動位置(例如在基板處於面朝上之位向時並非在基板正上方)，及使噴嘴面朝基板定位在作動位置(例如，在基板之面朝上位向的情況中在基板正上方)。舉例來說，可將可動手臂配置成在預濡濕之前保持在非作動位置，然後擺至作動位置並在設備輸送預濡濕液體時保持在該作動位置，接著在預濡濕完成後擺至該非作動位置。
在一些實施例中，可動手臂係用以在預濡濕處理過程期間使噴嘴於晶圓基板表面上方移動，從而容許將預濡濕液體引導至基板上之期望位置。舉例來說，載有噴嘴的手臂可用掃掠的動作在平行於基板平面的平面中移動。
在一些實施例中，可動手臂係進一步用以在垂直於基板平面的平面中移動而將噴嘴帶得更接近或更遠離基板。舉例來說，手臂可用以將噴嘴降到晶圓上方之期望距離。
在可個別或結合上述實施例之任一者而使用之另一實施態樣中，固體污染物從基板、且特別是從基板之中心部份的清潔係藉由在預濡濕流體之輸送期間調控基板旋轉速率而增強。在一些實施例中提供一設備，其中該設備包含具有以下各者之製程腔室：用以固持及旋轉基板之基板固持器、用以將預濡濕液體輸送到該基板上之入口及包含用於以下各者之程式指令或邏輯的控制器：使該基板以第一旋轉速率旋轉；使該基板快速減速至較低的旋轉速率或至靜止狀態；將該基板維持在較低的旋轉速率或靜止狀態，接著使該基板快速加速。控制器更包含用以在基板於具有速率調控的情況中旋轉時(連續地或脈衝地)輸送預濡濕液體的指令。控制器更包含重複基板之減速及加速的指令。較佳地，預濡濕製程包含至少約4個加速，像是至少約6個加速，例如約4－100個加速之間。較佳地，加速及減速非常快速，像是至少約每秒100 rpm、或至少每秒200 rpm。在一些實施例中，控制器包含用以使基板雙向地旋轉之指令。用以調變基板旋轉速率的設備可與任何種類的噴嘴一起使用，但是在噴嘴係配置成以約5－45度之間的掠角提供預濡濕液體時特別有效。噴嘴可引導液體在基板中心附近衝擊晶圓基板，使得所輸送之液體漫過中心。在一些實施例中，使用定位在基板正上方之高速扇形噴嘴。在一些實施例中，將液體從固定在製程腔室側壁之噴嘴引導到基板上，且引導成使預濡濕液體在該基板中心附近以約5－45度之間的掠角衝擊該基板。在其它實施例中，噴嘴實質上垂直於基板平面地將液體提供到基板上。
在可結合上述實施例之任一者而使用之另一實態樣中提供預處理半導體基板的方法，其中該方法包含：(a)將基板定位到預濡濕製程腔室中的基板固持器內，其中該基板包含形成於光阻中的複數凹陷特徵部;及(b)將預濡濕液體以約5－45度之間的掠角從定位在該基板正上方之噴嘴引導至該基板上。
在可結合上述實施例之任一者而使用之另一實施態樣中提供預處理半導體基板的方法，其中該方法包含：(a)將基板定位到預濡濕製程腔室中的基板固持器內，其中該基板包含形成於光阻中的複數凹陷特徵部；(b)將具有噴嘴之可動手臂從非作動位置旋轉到作動位置；(c)在該手臂處於作動位置時將預濡濕液體輸送到該基板上；(d)停止該預濡濕流體的輸送；及(e)將該手臂移動到該非作動位置。
在可結合上述實施例之任一者而使用之另一實施態樣中提供預處理半導體基板的方法，其中該方法包含：(a)將基板定位到預濡濕製程腔室中的基板固持器內，其中該基板包含形成於光阻中的複數凹陷特徵部；(b)使該基板旋轉，同時以複數加速及減速調控該基板之旋轉速率，並同時將預濡濕液體輸送到該基板上。
儘管上述方法及設備可在具有用以輸送預濡濕流體之合適配置的任何類型之設備中使用，然而在可搭配上述實施例之任一者而使用之一些實施例中，該設備包含用以將一或更多溶解氣體從預濡濕液體移除而使所形成之液體具有約0.5 ppm以下之溶解大氣氣體的除氣機(像是薄膜接觸除氣機)。再者，設備可包含用以容許在製程腔室中形成次大氣壓力(例如，100 torr以下)之真空口(其在一些實施例中係位於晶圓固持器下方)、及耦接至除氣機並用以將經除氣之預濡濕流體輸送到晶圓基板上的流體入口。設備係較佳地配置成使得在預濡濕液體起初被輸送到基板上時，製程腔室保持在次大氣壓力下。在初步接觸預濡濕流體之後，可將壓力增加到大氣或高於大氣，同時使預濡濕流體持續輸送到基板上。在其它實施例中，整個預濡濕製程係在次大氣壓力下執行。較佳地，至少起初接觸基板的流體為經除氣之液體。在一些實施例中，將經除氣之去離子水用作預濡濕液體。在一些實施例中，將包含界面活性劑的水用作預濡濕液體以促進固體污染物的移除。
在一些實施例中，製程腔室包含頂蓋及主體，其中該頂蓋保持靜止而該主體係配置成以實質上鉛直的方式移動而使該主體與該頂蓋接觸並形成真空密封，且其中包含用以輸送預濡濕液體之複數噴嘴的歧管係連接到該頂蓋。在一些實施例中，上述可旋轉手臂係固定到製程腔室的頂蓋。
在一些實施例中，晶圓固持器係用以將晶圓基板固持在實質上面朝上之位向，且設備係用以如上述從一或更多噴嘴(像是配置成以約5－45度之間的掠角輸送預濡濕流體的噴嘴)將預濡濕流體噴灑到晶圓基板上。
可在如此設備中被預濡濕的典型基板包含金屬層及上覆之光阻，其中光阻中的特徵部暴露出部份之金屬層。在一些實施例中，光阻中的特徵部包含具有約2比1到約1比2之高寬比的特徵部，其中該光阻中的特徵部具有尺寸在約5微米到200微米之開口。
在一些實施例中，控制器之程式指令更包含用於以下各者之指令：在晶圓基板上形成濡濕層後，停止輸送經除氣之預濡濕流體，並在停止輸送該經除氣之預濡濕流體後，使該晶圓基板在不同的旋轉速率旋轉而從該晶圓基板移除多餘的表面挾帶之該經除氣預濡濕流體。
在一些實施例中，控制器之程式指令更包含用以在停止輸送經除氣之預濡濕流體後且在移除多餘的表面挾帶之該預濡濕流體前將製程腔室中的壓力增加到大氣壓力或到大氣壓力以上的指令。
程式指令通常更包含用以在晶圓基板上形成濡濕層以前將製程腔室中的壓力減至次大氣壓力的指令。舉例來說，程式指令可明定當製程腔室中的壓力減少到小於約50 Torr時開始在晶圓基板上形成濡濕層並使該晶圓基板與經除氣之預濡濕流體接觸約10秒到120秒。
在另一實施態樣中提供一系統，其包含如在此提供之實施例的任一者中所描述之設備及步進器。
在另一實施態樣中提供如在此所述之預濡濕方法之任一者的方法，其中該方法更包含以下步驟：施加光阻至晶圓基板；使該光阻曝光；將該光阻圖案化並將圖案轉移至該晶圓基板；及選擇性地將該光阻從工件移除。光阻係通常於在此所述的預濡濕之前施加、顯影及圖案化。通常在使基板濡濕並以金屬填充凹陷特徵部後將光阻移除。
在另一實施態樣中提供包含用以控制設備之程式指令的非暫態電腦機器可讀媒體，其中該程式指令包含用以操作在此所述方法之任一者的程式碼。
在一實施態樣中提供用以將晶圓基板預濡濕之預濡濕設備，其中該設備包含：(a)用以將一或更多溶解氣體自預濡濕液體移除以產生經除氣之預濡濕液體的除氣機；及(b)包含以下各者之製程腔室：耦接至該除氣機並用以使該經除氣之預濡濕液體進入的入口；耦接至該入口並固定在可動手臂之至少一噴嘴，其中該可動手臂係用以在該手臂處於作動位置時將該噴嘴定位在基板正上方，且在該手臂處於非作動位置時將該噴嘴定位成遠離該基板，其中該噴嘴係用以在該手臂處於該作動位置時將預濡濕液體以介於約5－45度之間的掠角引導至該基板之平面；用以將該晶圓基板固持在面朝上的位向之基板固持器；及用以容許在該製程腔室中形成真空的真空入口。在一些實施例中，除氣機為用以不僅將氧、還有將像是N2及CO2之非可冷凝氣體從預濡濕液體移除的薄膜接觸除氣機。
在一實施態樣中提供將晶圓基板預濡濕的方法，其中該方法包含：(a)將預濡濕液體除氣；(b)將該晶圓基板以面朝上之位向置於預濡濕製程腔室中的基板固持器上，並在該預濡濕製程腔室中形成次大氣壓力；(c)在該製程腔室中將具有一或更多噴嘴之可動手臂從非作動位置移動到作動位置；及(d)在次大氣壓力下將經除氣之預濡濕液體從該一或更多噴嘴輸送到該晶圓基板上，其中該預濡濕液體以相對於該基板之平面約5－45度之間的掠角衝擊該晶圓基板。
現在將參照特定實施例。特定實施例之範例係顯示於隨附圖式中。儘管本發明將搭配這些特定實施例而描述，吾人將理解其並非意圖將本發明限制於如此特定實施例。相反地，其意在涵蓋替代、修改、及相當者，就像可將該等替代、修改、及相當者包含在由隨附請求項所定義之本發明的精神及範圍內一般。在以下的描述中提出眾多特定細節，俾以提供本發明之徹底理解。本發明可在沒有這些特定細節之一些或所有者的情況下執行。在其它情況中，為了不無謂地混淆本發明而未詳細描述為人所熟知的製程操作。
在此所揭露的是用於基板預濡濕及/或清潔之設備設計及方法。儘管在此會使用「預濡濕」及「預濡濕液體」之用語，然而吾人理解在一些實施例中，製程結合濡濕及清潔部份兩者；且在一些實施例中，製程之主要目的為清潔，例如將固體污染物從基板上的凹陷特徵部移除。吾人理解在此所用「預濡濕」之用語係指向包含基板的清潔及/或濡濕。 以小掠角供應液體
吾人發現以相對小的掠角將流體輸送到晶圓基板上(相對於與晶圓基板垂直的流之輸送)在將固體污染物從基板上的凹陷特徵部移除方面特別有效率。以小掠角輸送預濡濕流體係由圖1顯示，其顯示被預濡濕流體流或噴霧103以小掠角α衝擊著的晶圓基板101之平面。在此所描述之掠角指的是噴霧/流之主要分量及晶圓基板平面之間的角度。吾人理解掠角指的是衝擊流體及基板平面之間的較小角度。因此舉例來說，假如將流體以相反於圖1中所示者之方向引導至基板上，則掠角會是180－α度。較佳地，掠角為介於約5－45度之間，像是介於約5－30度之間。因此在一些實施例中，像是經除氣之去離子水的預濡濕液體係以約5－45度之間的掠角輸送到通常具有複數凹陷特徵部的晶圓基板上。
在一些實施例中，流體係藉由一或更多噴嘴(像是圖2中所示之噴嘴)而在此角度輸送，該一或更多噴嘴係針對流體之側向輸送所配置。如此噴嘴可定位在晶圓基板正上方。掠角係較佳地介於約5－45度之間，像是介於約5－30度之間。當如此噴嘴定位在晶圓基板正上方時，較易於控制流體對晶圓基板之特定位置的輸送並使液體在衝擊基板時達到高速，以及較易於將該噴嘴定位在自晶圓起的小距離。在一些實施例中，噴嘴係定位在自晶圓基板起約80 mm以內，像是自晶圓基板起約50 mm以內，較佳地在介於約5－80 mm之間的距離。
在一些實施例中，用以將預濡濕液體輸送到基板上之噴嘴係配置成以自晶圓基板之邊緣朝向中心之大致方向而引導液體，使得該液體首先在基板中心附近但並非在正中心以約5－45度之間的掠角衝擊該基板，且其中所輸送液體漫過該基板之中心。特別是當結合高速扇形噴嘴的使用、及在液體輸送期間之晶圓旋轉速率的調變時，如此配置對於清潔晶圓基板之中央部份非常有效；由於基板中心在基板旋轉期間保持靜止、或具有相對低之線性速度的事實，因此晶圓基板之中央部份為待清潔之基板最具挑戰性的部份。
在一些實施例中，噴嘴(像是顯示於圖2之噴嘴)係用以輸送高速液體流。舉例來說，在一些實施例中，噴嘴係配置成以至少約每秒8公尺的液體速度輸送預濡濕液體，例如在與基板衝擊處至少每秒16公尺。選定高速俾從基板表面移除固體污染物(特別是在凹陷特徵部中附著在基板的污染物)。
在一些實施例中，設備包含複數噴嘴，例如固定至晶圓基板上方之手臂位置的2－10個噴嘴，其中該等噴嘴係配置成位在晶圓基板之不同徑向位置的上方。
在較佳實施例中，使用扇形噴嘴以輸送預濡濕液體。扇形噴嘴通常以扇形輸送液體，其中基板及所輸送液體之間的衝擊區域為一直線。
圖3－9顯示預濡濕設備之一部份的不同實施例，其顯示將預濡濕液體以小掠角導向晶圓基板中心之至少一扇形噴嘴。該等圖式顯示製程腔室之頂蓋；固定於該頂蓋、用以使具有複數噴嘴之手臂旋轉的機構；及包含用以將液體輸送到晶圓基板上之複數噴嘴的手臂。噴嘴之至少一者係定位成在基板中心的方向上以小掠角輸送液體。在所繪示的實施例中，手臂具有六噴嘴且彎曲成使得前三噴嘴及後三噴嘴不在一直線上。具體來說，噴嘴並非位在基板中心正上方，而是略為偏移以促進液體在中心附近以小掠角之輸送。注意可將噴嘴之一些者配置成實質上垂直於基板地輸送預濡濕液體，而將最靠近中心的噴嘴配置成以小掠角輸送流體。在一些實施例中，噴嘴之至少二者係配置成以小掠角但在不同方向上輸送液體，例如圖6所示。
在一些實施例中，較佳地將液體引導成使液體速度之水平分量實質上相反於晶圓基板之旋轉方向，俾以增加液體衝擊時的速度。
參照圖3，顯示設備之一部份的示意性頂視圖。蓋301(為求清楚而顯示成透明)位於晶圓基板309之上方。可旋轉手臂303係利用旋轉機構305而固接於蓋301。六噴嘴(在頂視圖中不可見)係固定至可旋轉手臂303，其中該等噴嘴之最靠近晶圓基板中心的一者為將預濡濕液體307以小掠角朝向晶圓中心輸送的噴嘴。圖4顯示設備之相同部份的側視圖，其中可看見輸送預濡濕液體的噴嘴。
圖5呈現製程腔室之示意性頂視圖，其顯示固定至手臂之六噴嘴，其中該等噴嘴之二者將預濡濕液體以約5－45度之間的掠角輸送到基板平面，且係面朝一方向。
圖6呈現製程腔室之示意性頂視圖，其顯示固定至手臂之六噴嘴，其中該等噴嘴之二者將預濡濕液體以約5－45度之間的掠角輸送到基板平面，且係面朝相反方向。相同設備之側視圖係呈現於圖7。
圖8呈現製程腔室之示意性頂視圖，其顯示固定至手臂之六噴嘴，其中該等噴嘴之三者將預濡濕液體以約5－45度之間的掠角輸送到基板平面，且其中此等噴嘴之二者係面朝相同方向，而此等三噴嘴之一者係面朝相反方向。相同設備之側視圖係顯示於圖9。 具有噴嘴之可動手臂
在可結合此處提供之其它實施例而使用的一不同實施例中提供一設備，該設備包含連接到可動手臂之至少一噴嘴，其中該手臂係用以將噴嘴置於非作動位置(非晶圓正上方)及作動位置(晶圓正上方)。舉例來說，手臂可在預濡濕製程之前停留在非作動位置，然後在預濡濕期間轉入作動位置並停留在該作動位置，接著在製程完成後轉回非作動位置。一些實施例中的手臂亦用以在預濡濕製程期間於平行於晶圓基板的平面中移動，使得噴嘴可被定位在晶圓基板上之任何期望位置的上方。
具有噴嘴之可動手臂係顯示於圖10－12，其顯示具有六噴嘴之手臂，該手臂連接到固接在預濡濕製程腔室之頂蓋的旋轉機構。在一些實施例中，像是在顯示於圖12之設備中，設備具有雙重架構，針對預濡濕模組設置一對基板固持器。圖12顯示專用於一預濡濕模組之二不同的晶圓夾頭及具有複數噴嘴之二手臂。在兩個範例中的手臂係定位在作動之「噴灑」配置。
在又另一實施例中，可動手臂係配置成可在垂直於晶圓基板之平面中移動，使得噴嘴可下降或抬昇以調整晶圓基板及噴嘴之間的距離(通常在預濡濕之前)。 針對在次大氣壓力下的預濡濕所配置之製程腔室
在可結合此處所提供實施例之任一者而實行的一些實施例中，預濡濕設備包含除氣機，用以在將預濡濕液體引至預濡濕製程腔室之前將預濡濕液體除氣。在一些實施例中，除氣機為薄膜接觸除氣機。在一些實施例中，預濡濕設備更用以將製程腔室中的壓力降至次大氣壓力，使得經除氣之預濡濕液體被輸送到在整個預濡濕製程期間或在預濡濕初期處於次大氣壓力的製程腔室。使用經除氣之預濡濕液體結合在腔室中使用次大氣壓力可防止在凹陷特徵部內形成氣泡，並在基板表面上提供連續的濡濕層。
合適製程腔室之示意圖係顯示於圖13。預濡濕腔室1300包含在互相接觸時形成真空密封的腔室主體1302及腔室頂蓋1304。腔室主體1302支撐用以固持晶圓基板1308及用以使晶圓基板1308旋轉之晶圓基板固持器1306。腔室主體1302更包含真空口1310。該真空口係耦接至真空泵並用以容許在預濡濕腔室1300中形成次大氣壓力。
腔室頂蓋1304包含耦接至除氣機1314且耦接至位於除氣機下游的噴嘴1316之流體入口1312，其中該噴嘴係用以將預濡濕液體以小掠角輸送至晶圓基板。噴嘴固定於該處之可動手臂並未顯示以保持明晰。
在若干實施例中，噴嘴係配置成以至少約每秒7公尺(m/s)的速度將經除氣之預濡濕流體輸送到晶圓基板上而從晶圓基板表面剷除光阻微粒。再者，在若干實施例中，噴嘴係配置成以至少約0.4 L/分的流率將經除氣之預濡濕流體輸送到晶圓基板上，使所剷除之光阻微粒從晶圓基板被洗掉及移除。
製程控制器1318係與製程腔室電連接並可包含用以執行在此所提供方法之任一者的程式指令或邏輯。舉例來說，製程控制器1318可控制基板的旋轉速率並可包含程式指令以供在一基板之預濡濕期間使晶圓雙向地及/或於具有複數加速及減速的情況中旋轉。 晶圓基板之旋轉速率的調控
在一些實施例中，藉預濡濕液體移除固體污染物係受到在輸送預濡濕液體到基板上的期間調控晶圓基板之旋轉速率所幫助。此等實施例可與不同噴嘴類型、並與任何在此所述之設備類型一起使用，但是由於力量合併而在結合以小掠角輸送預濡濕液體的情況下特別有效，該等力量造成即使是基板中心的污染物亦被有效剷除。
在一些實施例中，晶圓在預濡濕液體之輸送期間旋轉，同時週期性地加速或減速。該等加速及減速係快速為佳，例如至少約每秒100 rpm，或至少約每秒200 rpm。如此快速的加速及減速可幫助在凹陷特徵部內形成渦流且同時藉此等渦流使微粒位移並將其移除。在一些實施例中，晶圓基板在預濡濕期間改變旋轉方向以幫助將微粒從凹陷特徵部移除。舉例來說，在一些實施例中，晶圓係順時針旋轉，後接減速。接著，晶圓係以逆時針方向加速，後接逆時針方向的旋轉。預濡濕液體係較佳地用足以剷除並移除微粒的流率及速度連續地或以脈衝方式輸送到旋轉中的晶圓基板上。舉例來說，流體可以至少約7公尺/秒的速度、且以至少約0.4 L/分鐘(例如至少約1 L/分鐘)之總流率而輸送。在一些實施例中，將流體輸送到晶圓之噴嘴或複數噴嘴係定位在晶圓表面的約50 mm內(例如，在晶圓表面上方約5－80 mm)。
使用晶圓旋轉速率調變之預濡濕製程的一實施例之範例性製程流程圖1400係顯示於圖14。整個製程在將預濡濕流體(連續地或不連續地)輸送到晶圓基板上時執行。在操作1405中，晶圓係以約100－700 rpm之間的相對高速率旋轉。在一些實施例中，晶圓以此速率在一方向上旋轉最多10秒(例如，持續約5秒)。接著在操作1410中，使晶圓快速減速至靜止位置或至小目標旋轉速率(通常不超過20 rpm)。該減速係較佳地非常快速，並在一些實施例中維持不多於1秒。接著在操作1415中，讓晶圓在該靜止位置停留一段短時間(例如持續約0.1－3秒之間，像是持續約0.1－1秒之間)或以低速率旋轉一段短時間(例如持續約0.1－3秒之間，像是持續約0.1－1秒之間)。接著在操作1420中，使晶圓(以與1405中旋轉方向相同或相反的方向)快速加速。較佳地，加速至約100－700 rpm之間的速率發生在不大於1秒的時段內。接著，如操作1425中所指出，該順序可依照需求重複多次。在典型的製程中執行約10－60個加速。
週期性地使旋轉方向在順時針及逆時針之間來回改變在晶圓上產生容許微粒從基板上凹陷特徵部之更有效率移除的環境。在其它實施例中，旋轉方向並未改變。
在此順序之一特定範例中，晶圓係以約400 rpm旋轉約5秒；然後在不超過1秒的時段內減速至靜止；容許保持靜止不超過約3秒；接著在不超過約1秒的時段內於相同方向上快速加速至約400 rpm的速率。在此範例中，經除氣之去離子水係以至少約0.4 L/分的流率連續輸送到晶圓上。
經除氣之預濡濕流體係利用像是上述之扇形噴嘴之一或更多噴嘴而輸送到晶圓基板上。在一些實施例中，該一或更多噴嘴係垂直定向成朝向晶圓基板平面，且係用以實質上與晶圓基板垂直地輸送預濡濕流體。在一些實施例中，設備包含配置成以約5－45度(像是介於約5－30度)之掠角輸送預濡濕流體之一或更多噴嘴。在一些實施例中，如此噴嘴或複數噴嘴係用以在自晶圓邊緣朝向晶圓中心的大致方向上輸送流體。在一些實施例中，以此條件所輸送的流體首先在晶圓中心附近(例如在中心的約1－2吋內)而非在晶圓正中心衝擊晶圓基板。然後流體漫過中心，因而在基板中心產生切線流分量。當結合晶圓基板之旋轉速率上的變化時，此衝擊模式為在晶圓基板中心之微粒移除提供改善的結果。
儘管在一些實施例中，預濡濕腔室在整個預濡濕流體的輸送時間期間保持在次大氣壓力下，且儘管晶圓旋轉速率係受到調變，然而在一些實施例中，預濡濕腔室僅在一部分的流體輸送時間期間(例如在製程初期)保持在次大氣壓力。
使用預濡濕液體之切線流的優點係參照圖15、16及17加以說明。圖15顯示計算模擬的結果，顯示具有平行於基板表面之液體切線流的情況之100μm×100μm圓柱形貫孔中的流圖形。計算模擬清楚顯示在此範例中之渦流的形成。以小掠角輸送到基板上的預濡濕流體會具有實質上的切線流分量(平行於基板表面)，且會產生有助於從凹陷特徵部移除微粒及/或殘餘物的渦流。圖16顯示內部具有微粒及/或殘餘物之凹陷特徵部的簡化剖面繪示，該凹陷特徵部受到預濡濕流體之切線流。凹陷特徵部中良好之動態的流體渦流形成有助於移除以其它方式困在凹陷特徵部中的微粒及/或殘餘物。圖17顯示特徵部內具有微粒的凹陷特徵部之簡化剖面繪示，其中基板表面經受被引導成垂直於基板表面之預濡濕流體。所繪示之引入而不具有切線分量的流在凹陷特徵部內造成停滯及/或導致形成並未有效率穿入凹陷特徵部之微弱複數小型渦流。凹陷特徵部內的停滯及/或小型微弱渦流導致凹陷特徵部中微粒及殘餘物之不佳的移除。
上述實施例可被整合到不同類型的設備中。在一些實施例中，設備包含製程腔室，該製程腔室具有基板固持器、用於輸送經除氣之預濡濕液體的除氣機、用以在製程腔室中產生次大氣壓力的真空口及通常終止於用以將預濡濕流體輸送到基板上之一或更多噴嘴的流體入口。製程腔室通常至少在預濡濕液體一開始與基板接觸的期間維持在次大氣壓力。接下來可將腔室中的壓力改變至大氣或高於大氣，並可繼續進行預濡濕製程。在其它實施例中，整個預濡濕製程係在次大氣壓力下執行。可與在此所述實施例整合的設備及方法係描述於例如於2013年7月4日所公開之Buckalew等人的美國公開專利申請案第2013/0171833號中，其係以相關部份在此併入做為參考。在一些實施例中，基板係於預濡濕完成後傳送到電鍍腔室，並使金屬電沉積在經預濡濕且已清潔之該基板上。
在此以上所描述之設備/方法可搭配微影圖案化工具或製程而使用，例如用於半導體元件、顯示器、LED、光電板…等的製造或生產。儘管並非必要，不過一般而言，如此工具/製程會於通常的製造設施中一起使用或執行。膜之微影圖案化通常包含以下步驟之一些或所有者，每一步驟利用一些可能的工具加以實現：(1)使用旋塗或噴佈工具在工件(即基板)上施加光阻；(2)使用熱板或爐或UV固化工具將光阻固化；(3)利用像是晶圓步進機之工具將光阻曝露在可見或UV或X射線光中；(4)使用像是濕檯之工具將光阻顯影，以選擇性地移除光阻並藉此將其圖案化；(5)藉由使用乾式或電漿輔助蝕刻工具將光阻圖案轉移到下方膜或工件中；及(6)使用像是RF或微波電漿光阻剝除機之工具將光阻去除。
儘管前述之設備設計及方法已為了理解上清楚的目的而略為詳述，惟顯而易見的是可在隨附請求項之範圍內執行若干改變及修改。應注意具有許多實行在此所述之製程及組成兩者的替代性方式。因此會將本實施例考量成說明性而非限制性，且實施例不受限於在此給定之細節。
101．．．晶圓基板
103．．．噴霧
α．．．掠角
301．．．蓋
303．．．可旋轉手臂
305．．．旋轉機構
307．．．預濡濕液體
309．．．晶圓基板
1300．．．預濡濕腔室
1302．．．腔室主體
1304．．．腔室頂蓋
1306．．．基板固持器
1308．．．晶圓基板
1310．．．真空口
1312．．．流體入口
1314．．．除氣機
1316．．．噴嘴
1318．．．製程控制器
1400．．．製程流程圖
1405．．．操作
1410．．．操作
1415．．．操作
1420．．．操作
1425．．．操作
圖1顯示根據在此所提供實施例之衝擊預濡濕液體在半導體晶圓基板上的掠角。
圖2呈現用以將預濡濕液體以約5－45度之間的掠角輸送至基板平面之噴嘴的圖示。
圖3呈現根據在此所提出實施例之製程腔室的示意性頂視圖，其顯示固定至手臂之一噴嘴，其中該噴嘴將預濡濕液體以約5－45度之間的掠角輸送至基板平面。
圖4呈現根據在此所提出實施例之製程腔室的示意性側視圖，其顯示固定至手臂之複數噴嘴，其中該等噴嘴的至少一些者將預濡濕液體以約5－45度之間的掠角輸送至基板平面。
圖5呈現根據在此所提出實施例之製程腔室的示意性頂視圖，其顯示固定至手臂之複數噴嘴，其中該等噴嘴之二者將預濡濕液體以約5－45度之間的掠角輸送至基板平面，且係面對一方向。
圖6呈現根據在此所提出實施例之製程腔室的示意性頂視圖，其顯示固定至手臂之複數噴嘴，其中該等噴嘴之二者將預濡濕液體以約5－45度之間的掠角輸送至基板平面，且係面對相反方向。
圖7呈現根據在此所提出實施例之製程腔室的示意性側視圖，其顯示固定至手臂之複數噴嘴，其中該等噴嘴之二者將預濡濕液體以約5－45度之間的掠角輸送至基板平面，且係面對相反方向。
圖8呈現根據在此所提出實施例之製程腔室的示意性頂視圖，其顯示固定至手臂之複數噴嘴，其中該等噴嘴之三者將預濡濕液體以約5－45度之間的掠角輸送至基板平面，且其中該等噴嘴之二者面對相同方向，而該等噴嘴之一者面對相反方向。
圖9呈現顯示於圖8之製程腔室的示意性側視圖。
圖10顯示預濡濕腔室之示意性側視圖，其顯示固定至可動手臂之複數扇形噴嘴。
圖11顯示預濡濕腔室之示意性頂視圖，其顯示固定至可動手臂之複數扇形噴嘴。
圖12顯示模組中的二預濡濕腔室，該模組用以同步處理二晶圓，其中每一腔室包含一可動手臂。
圖13為根據在此所提供實施例之製程腔室的示意性側視圖，該製程腔室用以在真空下使用經除氣之預濡濕液體將基板預濡濕。
圖14為在此提供之預濡濕方法的範例性製程流程圖。
圖15顯示根據在此所提供實施例之凹陷特徵部中的流圖形。
圖16顯示從凹陷特徵部移除微粒，其中基板受到切線液體流。
圖17顯示基板中凹陷特徵部內的殘餘微粒，該基板受到垂直於基板表面之液體流。

Claims (20)

  1. 一種用以將晶圓基板預濡濕之預濡濕設備，該設備包含：(a)一除氣機，用以將一或更多溶解之氣體從一預濡濕液體移除而產生一經除氣之預濡濕液體；及(b)一製程腔室，包含：一入口，耦接至該除氣機並用以使該經除氣之預濡濕液體進入；至少一噴嘴，耦接至該入口並固定至一可動手臂，其中該可動手臂係用以在該手臂處於一作動位置時將該噴嘴定位成正對著一基板，並在該手臂處於一非作動位置時將該噴嘴定位成遠離該基板，其中該噴嘴係用以在該手臂處於該作動位置時將該預濡濕液體以約5-45度之間的掠角引導至該基板之平面；一基板固持器，用以固持該晶圓基板，及一真空入口，用以容許在該製程腔室中形成真空。
  2. 如申請專利範圍第1項之用以將晶圓基板預濡濕之預濡濕設備，其中該除氣機為一薄膜接觸除氣機。
  3. 如申請專利範圍第1項之用以將晶圓基板預濡濕之預濡濕設備，其中該噴嘴係用以將該預濡濕液體引導至該基板的中心部份，使得來自該噴嘴之液體首先在該中心附近、而非正好在該中心衝擊該基板，容許該預濡濕液體漫溢到該基板的中心上。
  4. 如申請專利範圍第1項之用以將晶圓基板預濡濕之預濡濕設備，其中該噴嘴為一高速噴嘴，用以在與該晶圓基板衝擊的位置以至少每秒8公尺的速率引導該預濡濕液體。
  5. 如申請專利範圍第1項之用以將晶圓基板預濡濕之預濡濕設備，其中該噴嘴為一高速噴嘴，用以在與該晶圓基板衝擊的位置以至少每秒16公尺的速率引導該預濡濕液體。
  6. 如申請專利範圍第1項之用以將晶圓基板預濡濕之預濡濕設備，其中該噴嘴為一扇形噴嘴。
  7. 如申請專利範圍第1項之用以將晶圓基板預濡濕之預濡濕設備，其中該噴嘴為一錐形噴嘴。
  8. 如申請專利範圍第1項之用以將晶圓基板預濡濕之預濡濕設備，其中該基板固持器係用以在將該預濡濕液體輸送到該基板的期間使該晶圓基板雙向地旋轉。
  9. 如申請專利範圍第1項之用以將晶圓基板預濡濕之預濡濕設備，其中該基板固持器係用以使該晶圓基板在一方向上旋轉，該方向與所輸送之預濡濕液體流之水平分量的方向相反。
  10. 如申請專利範圍第1項之用以將晶圓基板預濡濕之預濡濕設備，其中該設備係用以在該晶圓基板之預濡濕期間使該晶圓基板順時針及逆時針地旋轉，使得旋轉方向在該預濡濕期間改變約4-100次之間，且其中該設備更用以改變來自該噴嘴之衝擊性預濡濕液體的方向，使得來自該噴嘴之該衝擊性預濡濕液體的方向與雙向之基板旋轉同步化，並使該衝擊性液體之水平分量與該基板之旋轉方向相反。
  11. 如申請專利範圍第1項之用以將晶圓基板預濡濕之預濡濕設備，其中該可動手臂係配置成在預濡濕之前處於該非作動位置，且配置成在該預濡濕期間移動到該作動位置。
  12. 如申請專利範圍第1項之用以將晶圓基板預濡濕之預濡濕設備，其中具有一或更多噴嘴之該可動手臂係用以在預濡濕期間於該晶圓基板之上方、平行於該晶圓基板之一平面中移動。
  13. 如申請專利範圍第1項之用以將晶圓基板預濡濕之預濡濕設備，其中具有一或更多噴嘴之該可動手臂係用以在預濡濕期間於該晶圓基板之上方、垂直於該晶圓基板之一平面中移動。
  14. 如申請專利範圍第1項之用以將晶圓基板預濡濕之預濡濕設備，更包含具有用於以下各者之程式指令的一控制器：(i)在該製程腔室內形成次大氣壓力；(ii)將具有一或更多噴嘴之該可動手臂從該非作動位置移動到該作動位置；及(iii)在次大氣壓力下將來自該一或更多噴嘴之該經除氣之預濡濕液體以相對於該基板之平面約5-45度之間的掠角輸送到該晶圓基板上，同時使該基板旋轉。
  15. 如申請專利範圍第14項之用以將晶圓基板預濡濕之預濡濕設備，其中該等程式指令更包含用以在該晶圓基板之預濡濕期間使該晶圓基板之旋轉方向改變約4-100次之間的指令。
  16. 一種將晶圓基板預濡濕的方法，該方法包含：(a)將一預濡濕液體除氣；(b)將一晶圓基板置於一預濡濕製程腔室中的一基板固持器中，並在該預濡濕製程腔室中形成次大氣壓力；(c)在該製程腔室中將具有一或更多噴嘴之一可動手臂從一非作動位置移動到一作動位置；且(d)在次大氣壓力下將經除氣之預濡濕液體從該一或更多噴嘴輸送到該晶圓基板上，其中該預濡濕液體以相對於該基板之平面約5-45度之間的掠角衝擊該晶圓基板。
  17. 如申請專利範圍第16項之將晶圓基板預濡濕的方法，更包含在預濡濕期間將該製程腔室中的壓力增加到大氣壓力。
  18. 如申請專利範圍第16項之將晶圓基板預濡濕的方法，其中該基板包含一透光阻之凹陷特徵部。
  19. 如申請專利範圍第16項之將晶圓基板預濡濕的方法，更包含在該預濡濕液體的輸送期間使該晶圓基板順時針及逆時針旋轉，其中旋轉方向係在預濡濕期間改變約4-100次之間。
  20. 如申請專利範圍第16項之將晶圓基板預濡濕的方法，更包含在該預濡濕液體之輸送期間使該晶圓基板加速及減速，其中在該晶圓基板之預濡濕期間執行10-60個之間的加速。
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