專利名稱：處理流體中半導(dǎo)體晶片的工藝和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造。本發(fā)明特別地涉及一種改進(jìn)的工藝，這種改進(jìn)的工藝用于在晶片制造的濕法腐蝕清洗步驟處理中從晶片上去除有機(jī)材料。本發(fā)明還包括一種裝置，它用于在半導(dǎo)體制造處理中所進(jìn)行的以流體對(duì)晶片的處理。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及一工藝，該工藝用于在濕法處理之后對(duì)物件如半導(dǎo)體晶片的表面進(jìn)行溶劑干燥。本發(fā)明也涉及用于實(shí)行該工藝的裝置。
在半導(dǎo)體晶片制造中幾個(gè)工藝步驟都要求以流體接觸晶片。這樣的工藝步驟的例子包括腐蝕，去光刻膠，及預(yù)擴(kuò)散清洗。通常在這些步驟中使用的化學(xué)劑由于它們可能含有強(qiáng)酸、堿，或揮發(fā)性溶劑而相當(dāng)危險(xiǎn)。
通常用于以工藝處理的流體接觸半導(dǎo)體晶片的裝置由一系列槽或洗滌槽構(gòu)成，半導(dǎo)體晶片的盒式裝載架被浸漬在這些槽中。這樣的現(xiàn)有濕法處理裝置提出了幾個(gè)困難。
首先，從槽到槽轉(zhuǎn)移晶片可以導(dǎo)致污染，這個(gè)污染對(duì)制造處理中產(chǎn)生的細(xì)微電路是完全有害的。第二，所使用的危險(xiǎn)化學(xué)劑及去離子水必須定期用新的溶液來(lái)更換，在去離子水的場(chǎng)合通常是用瓶注，化學(xué)劑配給系統(tǒng)或從建筑設(shè)備中將新的溶液引入槽中?；瘜W(xué)劑一般由化學(xué)劑工廠制造并運(yùn)輸至半導(dǎo)體制造工廠。因而化學(xué)劑制造者所用的水質(zhì)，運(yùn)輸及貯藏化學(xué)劑所用的容器及化學(xué)劑的操作都限制了化學(xué)劑的純度。
此外，隨著化學(xué)劑的老化，它們被來(lái)自空氣及晶片的雜質(zhì)所污染。在流體更新前最后一槽晶片的處理可能不像在新溶劑中晶片的第一槽處理那么有效。非均勻處理是半導(dǎo)體制造中的主要關(guān)注焦點(diǎn)。半導(dǎo)體制造的一些流體接觸步驟包括從晶片表面去除有機(jī)材料及雜質(zhì)。例如，在集成電路制造中，習(xí)慣于將光刻膠涂層烘烤到硅晶片上作為制造處理的部分。這個(gè)光刻膠涂層或有機(jī)材料在處理之后必須除去。
一般地，是由摻有過(guò)氧化氫或是臭氧之一作為氧化劑的硫酸溶液來(lái)進(jìn)行濕法光刻膠剝落工藝處理。美國(guó)專利第4,899,767號(hào)及4,917,123號(hào)涉及此工藝處理，并發(fā)布于CFM技術(shù)。然而，在半導(dǎo)體制造中用硫酸及氧化劑從晶片上去光刻膠是有許多不利之處的。首先，當(dāng)使用過(guò)氧化氫作氧化劑時(shí)去光刻膠反應(yīng)的副產(chǎn)品是水，它稀釋了槽液的濃度并由此降低了其去光刻膠的能力。第二，這個(gè)處理是在一高溫下操作的，一般在80℃到150℃之間，典型在約130℃以上，這就要求必須使用特殊的耐熱材料及元件以便容納、循環(huán)并過(guò)濾溶液，而且要求一附加能量來(lái)進(jìn)行清除處理。第三，溶液對(duì)操作及清除都是危險(xiǎn)的，對(duì)制造，運(yùn)輸及貯存是昂貴的。
此外，由于溶解在處理所用液和不溶解在液中的雜質(zhì)的結(jié)垢現(xiàn)象，溶液必須周期性更換。典型地，用于更換化學(xué)劑的間隔是約每八小時(shí)一次。由于化學(xué)劑對(duì)排泄管道有不利影響，在清除前溶液必須冷卻至小于約90℃。因而，去光刻膠處理的使用要求用附加的槽來(lái)容納熱的溶液或在更換化學(xué)劑期間關(guān)閉處理站，減少了晶片生產(chǎn)量并增加了廠主的費(fèi)用。
最后，在為去除光刻膠而使用硫酸溶液之后，由于殘余硫酸鹽可能在處理期間在晶片上結(jié)晶，從而導(dǎo)致處理缺陷，必須將晶片在熱的去離子水中漂洗。
另一個(gè)被經(jīng)常用于去除有機(jī)和金屬表面污染的工藝處理是“RCA清潔”處理，它使用氫氧化銨，過(guò)氧化氫的第一溶液及晶片以及鹽酸，過(guò)氧化氫的第二溶液及晶片。這些RCA清洗溶液典型地是在分離的槽中被混合。晶片首先經(jīng)受由氫氧化銨溶液的清洗，然后轉(zhuǎn)移至洗滌槽，之后放到含有鹽酸清洗溶液的槽中，然后放到最后的洗滌槽。這個(gè)處理，就像硫酸處理，具有使用強(qiáng)化學(xué)劑的缺點(diǎn)。此外，在從槽到槽的轉(zhuǎn)移中晶片暴露于空氣，允許了污染。最后，過(guò)氧化氫的使用可能使晶片受來(lái)自在高pH值的氫氧化銨溶液中沉積的鋁的鋁污染。這個(gè)鋁污染在鹽酸溶液中沒(méi)有完全被去除。
為了改進(jìn)用于以流體處理半導(dǎo)體晶片的工藝處理和裝置，已采取了各種方法。這些要改進(jìn)現(xiàn)有工藝的打算一般包括在裝置中的改變或是在工藝所用化學(xué)劑中的改變。
一種去除在流體處理處理中晶片污染問(wèn)題的方法在美國(guó)專利第4,778,532號(hào)4,795,497號(hào),及4,917,123號(hào)中被披露。這些專利描述了一種封閉全流方法及裝置，這個(gè)方法允許工藝所用流體依次且連續(xù)流過(guò)晶片，不需要在工藝處理步驟之間操作晶片的操作人移動(dòng)。然而，這些專利仍然告之的是使用危險(xiǎn)化學(xué)劑來(lái)進(jìn)行晶片的流體處理及清洗。此外，由于所有處理的次序是在同一容器中以濃縮溶液來(lái)進(jìn)行，用于被封閉裝置的設(shè)備在晶片生產(chǎn)量上受到限制。
美國(guó)專利第4,899,767號(hào)告之了用于準(zhǔn)備硫酸和氧化劑溶液的分離混合槽的使用，然后這個(gè)溶液必須被運(yùn)到處理槽中。使用該分離槽的原因是消除由于過(guò)氧化氫分解成氧和水構(gòu)成壓力，從而引起的爆炸的可能性。
美國(guó)專利第5,082,518號(hào)，授給SubMicron系統(tǒng)公司，描述了一個(gè)不同的方法來(lái)改進(jìn)清洗半導(dǎo)體晶片的硫酸和氧化劑處理。在這個(gè)專利中的系統(tǒng)提供了一個(gè)氣體分配系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)帶有擴(kuò)散孔以便貫穿槽的液體中分布?xì)怏w的噴霧器板。因而不是使用美國(guó)專利第4,899,767號(hào)那樣的用于混合的分離槽，這個(gè)SubMicron專利提供了一個(gè)裝置，該裝置將臭氧直接分布在含有硫酸的處理槽中。然而，已發(fā)現(xiàn)這個(gè)擴(kuò)散系統(tǒng)有一些缺點(diǎn)。第一，臭氧分布的效率及到水中的吸收電子裝置所產(chǎn)生的臭氧大氣泡而被降低。吸收的臭氧量對(duì)其與硫酸反應(yīng)從而從晶片上去除有機(jī)材料的能力是重要的。此外，在美國(guó)專利第5,082,518號(hào)中描述的擴(kuò)散元素類型不能通過(guò)槽來(lái)均勻地分布臭氧。最后由于在改進(jìn)晶片清洗過(guò)程的以前的方法中，需要危險(xiǎn)化學(xué)劑，就增加了操作及去除問(wèn)題。
Ohmi等人在電化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)刊(J.Electrochem.Soc.)1993年3月第140卷，第3期第804—810頁(yè)上提出了一種去除使用危險(xiǎn)化學(xué)劑問(wèn)題的方法，該方法描述了使用注入的臭氧超純水以便在室溫下從硅晶片上清洗有機(jī)雜質(zhì)。然而，這個(gè)處理也有幾個(gè)問(wèn)題。Ohmi等人只提出了一個(gè)去除非常薄層的有機(jī)材料的處理，即從平版印刷處理中留下的表面活性劑層。Ohmi等人描述的處理不能在一合理時(shí)間框架內(nèi)去除光刻膠。這個(gè)工藝處理的目標(biāo)是針對(duì)小于50A的有機(jī)污染層并只對(duì)此起作用。這個(gè)處理太慢以致不能對(duì)50—250密耳(mils)的有機(jī)污染層起作用。因此能夠快速地并有效地從半導(dǎo)體晶片上去除所有厚度的有機(jī)材料而且不使用危險(xiǎn)化學(xué)劑的工藝處理在這一工藝中仍不能獲得。在半導(dǎo)體制造中能夠消除前面所述及問(wèn)題，同時(shí)提供有機(jī)材料的有效去除，這樣的去除有機(jī)材料的工藝處理對(duì)半導(dǎo)體工業(yè)是很有價(jià)值的。此外，用于進(jìn)行這樣一個(gè)處理的裝置，即消除對(duì)多個(gè)槽需求的過(guò)程的裝置，對(duì)該工業(yè)也是極具價(jià)值的。
在上面所述的清洗處理完成之后，通常將晶片漂洗并干燥?，F(xiàn)有技術(shù)中，通過(guò)在一旋轉(zhuǎn)漂洗器—干燥器中的離心力將半導(dǎo)體，晶片干燥。由于這些裝置依靠離心力，它們的應(yīng)用會(huì)導(dǎo)致幾個(gè)問(wèn)題。第一，在晶片上產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，可導(dǎo)致晶片斷裂。第二，由于在旋轉(zhuǎn)—漂洗器—干燥器內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)部分，污染控制變成了一個(gè)困難的問(wèn)題。第三，晶片在現(xiàn)有技術(shù)中是以高速通過(guò)干燥氮?dú)膺\(yùn)行，在晶片表面上產(chǎn)生靜電荷。在打開(kāi)旋轉(zhuǎn)漂洗器—干燥器時(shí)由于帶相反電荷的空氣中顆粒被快速拉向晶片表面，就產(chǎn)生了顆粒污染。第四，在旋轉(zhuǎn)處理中避免水從晶片表面上蒸發(fā)是很困難的。由于超高純度水與晶片表面的更為短的接觸周期將使得水溶解微量硅或二氧化硅，含有被溶解硅(沉積硅或二氧化硅)或二氧化硅的水的蒸發(fā)將導(dǎo)致晶片表面的條紋或斑點(diǎn)。條紋或斑點(diǎn)常常最終地導(dǎo)致裝置失靈。
用于干燥半導(dǎo)體的另一個(gè)方法是以蒸汽例如異丙基醇(“IPA”)進(jìn)行的蒸汽干燥，該方法披露了美國(guó)專利第4,984,597號(hào)上。在這個(gè)處理中，以前用去離子水的依次槽液漂洗的晶片在這之后被暴露于裝在全封閉器皿中的異丙基醇(IPA)的過(guò)熱蒸汽中。這個(gè)干燥蒸汽直接從表面取代水，取代速度是這樣的即在用干燥蒸汽取代水之后基本沒(méi)有液滴留在表面上。然后干燥蒸汽用一干燥的惰性氣體流吹洗(purged)。這個(gè)干燥蒸汽與水是可混合的，與水形成最低蒸發(fā)共沸點(diǎn)并且在水與這個(gè)晶片同溫時(shí)干燥蒸汽工作得最好。干燥處理只花幾分鐘。
美國(guó)專利第4,778,532號(hào)披露了一個(gè)二步驟化學(xué)劑干燥處理。首先，將漂洗流體，較好的是水從晶片上驅(qū)走并由無(wú)水可混合干燥流體來(lái)取代。第二，用一已預(yù)干燥的氣體以低流速蒸發(fā)無(wú)水干燥流體。最好是惰性氣體如氮?dú)狻Ｔ谒兜倪@個(gè)處理中，將無(wú)水干燥流體加熱來(lái)形成一蒸汽，這個(gè)蒸汽進(jìn)入晶片槽并在其內(nèi)部表面冷凝，包括要干燥的晶片表面。冷凝的蒸汽從晶片表面取代液體漂洗流體。已披露干燥流體作為一種氣體從干燥流體液體源向晶片槽內(nèi)部的輸運(yùn)是較可取的。
歐洲專利0385 536A1披露了一種干燥方法，其中將一基板浸入一槽液中一些時(shí)間，槽液中含有一種液體，然后從槽中慢慢取出基板，如此之慢以致實(shí)際當(dāng)中液體的總量保留在槽液中。將該基板直接從液體中與一蒸汽相接觸，這個(gè)蒸汽并不冷凝于基板上，是一種與該液體及產(chǎn)物可溶合的物質(zhì)，當(dāng)與之相溶合時(shí)，混合物的表面張力低于該液體的表面張力。將晶片從槽液中慢慢地拉出，如此之慢以致在實(shí)際當(dāng)中液體總量停留在槽中(即5厘米/分)。然而是，這個(gè)資料披露在晶片被從槽液中拉出之后可能希望在晶片表面保留一個(gè)水的薄層。所用溶劑是完全揮發(fā)的并具有在水中的高于1克/升的溶解度。辛烷(octane)與這個(gè)處理是不相容的。這個(gè)披露的工藝處理要求在將晶片拉出槽液之前從盒中去除晶片，然后在蒸汽干燥之前從盒中重新插入晶片。蒸汽在晶片表面上并不會(huì)冷凝。
美國(guó)專利第4,984,597號(hào)披露了一個(gè)類似干燥處理，其中干燥蒸汽被提供在晶片表面上，提供的方式是這樣的通過(guò)在表面上直接取代漂洗流體的方式蒸汽更替漂洗流體，取代速度為在干燥蒸汽取代漂洗流體之后基本上無(wú)液滴留在表面上。最好是，在全封閉的液壓充滿系統(tǒng)內(nèi)從上述物件上提供干燥蒸汽，干燥蒸汽隨著液體水平向下退而將漂洗液體推出。
然而，存在著與上述化學(xué)劑蒸汽干燥處理相連系的幾個(gè)缺點(diǎn)。首先，有機(jī)溶劑的蒸發(fā)具有著火的危險(xiǎn)，因?yàn)檎舭l(fā)通常由加熱取得。第二，處理所需的大量蒸汽產(chǎn)生了散發(fā)和回收問(wèn)題。第三，所有上述技術(shù)使用附加的硬件，這要增加費(fèi)用并要求更多的清洗室的場(chǎng)地空間。第四，晶片的化學(xué)劑蒸汽干燥是相當(dāng)花費(fèi)時(shí)間的。第五，標(biāo)準(zhǔn)處理的晶片操作盒，舟或末端操作裝置的干燥時(shí)間是很慢的并且干燥并不總是完全的。第六，蒸汽干燥對(duì)于可接受的干燥結(jié)果來(lái)說(shuō)只允許溶劑的有限選擇(即，那些與漂洗流體如異丙醇及水形成共沸點(diǎn)的物質(zhì))。
也希望在一單個(gè)槽中進(jìn)行所有處理步驟，包括干燥。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一用于在同一槽中干燥物件表面如半導(dǎo)體晶片表面的工藝處理，在這個(gè)槽中也完成其它處理步驟。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一用于干燥物件表面如半導(dǎo)體晶片表面的處理，其中在晶片表面上的條紋或斑點(diǎn)被減至最少因而提供較高的成品率。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一用于干燥物件表面如半導(dǎo)體晶片表面的處理，其中晶片上產(chǎn)生有最小機(jī)械應(yīng)力，晶片的污染最小及在干燥處理中晶片不接受靜電荷。
本發(fā)明還有另一個(gè)目的是提供一用于在物件如半導(dǎo)體晶片的表面上干燥的處理，這個(gè)過(guò)程不需要大量有機(jī)蒸汽的發(fā)生，操作及回收。
本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供一用于物件如半導(dǎo)體晶片的表面的干燥處理，這個(gè)過(guò)程減少所有的時(shí)間及減少晶片操作。
本發(fā)明的這些及其他目的通過(guò)參看下列說(shuō)明及其附加權(quán)利要求書而明確。
上述目標(biāo)的取得是通過(guò)將一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體晶片浸入含水漂洗浴槽的化學(xué)溶劑干燥處理來(lái)進(jìn)行的，其構(gòu)成為，將低于水的密度的有機(jī)干燥溶劑加入浴槽以在浴槽中形成一下層含水層及上層有機(jī)層，將晶片保持完全沉浸在所說(shuō)下層含水層，通過(guò)上層有機(jī)層將晶片從下層含水層中提出并進(jìn)行干燥晶片的蒸發(fā)。
這些目標(biāo)也可以通過(guò)這樣一個(gè)處理來(lái)取得，使在含水漂洗浴槽中沉浸的多個(gè)半導(dǎo)體晶片干燥。其構(gòu)成為，通過(guò)以液體有機(jī)干燥溶劑取代含水漂洗槽液以將含水漂洗液從晶片上驅(qū)除。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)干燥半導(dǎo)體晶片表面的裝置，其構(gòu)成有用于支持晶片與含水漂洗流體接觸的槽，將液體有機(jī)溶劑層引入槽以便它形成一上層液體有機(jī)溶劑層的裝置，以及用于將晶片通過(guò)上層液體有機(jī)溶劑層以含水有機(jī)漂洗液體提出的裝置。


圖1是根據(jù)本發(fā)明用流體處理半導(dǎo)體晶片的裝置的側(cè)剖面示意圖。
圖2是本發(fā)明槽的正剖面示意圖。
圖3是本發(fā)明氣體擴(kuò)散器最佳實(shí)施例的三維分解示意圖。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的用于半導(dǎo)體晶片溶劑干燥的裝置。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的處理去除了在制造處理中在從半導(dǎo)體晶片上除去有機(jī)材料時(shí)使用危險(xiǎn)化學(xué)劑的需求。雖然在室溫或更高的溫度下臭氧在去離子水中幾乎不溶解，但申請(qǐng)者驚訝地發(fā)現(xiàn)通過(guò)低溫去離子水溶液擴(kuò)散的臭氧可以快速有效地從晶片上去除有機(jī)材料如光刻膠且不使用其他化學(xué)劑。雖然沒(méi)有料想到，但人們確信這種溶液溫度的降低可以使得溶液中有高濃度的氧從而提供晶片上基本所有有機(jī)材料與不可溶氣體的氧化。
在光刻膠的去除中，本發(fā)明的處理導(dǎo)致了現(xiàn)有的有機(jī)材料與不可溶解氣體如CO2及NO2的氧化。這些氣體以氣泡形式跑出液體并從系統(tǒng)中被抽出，通常抽進(jìn)一個(gè)排氣罩或其他排抽裝置。
為了在去離子水中獲取足夠高的臭氧濃度，通常將槽液維持在約1℃到約15℃。低于約1℃槽中可形成冰。由于這些半導(dǎo)體處理槽典型地是用石英做的，冰可以引起石英破裂并阻止硅晶片進(jìn)出處理器皿的運(yùn)動(dòng)。此外，由于水已改變物理狀態(tài)以液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)且不能均勻吸收氣體，系統(tǒng)將會(huì)失靈。在15℃以上，足夠量的臭氧可能不能以及時(shí)的方式被吸收到去離子水中從而去除半導(dǎo)體晶片上的有機(jī)材料。在一個(gè)最佳實(shí)施例中，槽液在約5℃到約9℃。
用那些在本領(lǐng)域受過(guò)專業(yè)訓(xùn)練的人們所知的任何裝置可維持一適當(dāng)溫度，包括槽液自身冷卻或最好通過(guò)以新鮮，低溫去離子水不斷供應(yīng)槽液的方法冷卻槽液。在一個(gè)最佳實(shí)施例中水被用作工藝處理的化學(xué)劑并且全部或部分水在進(jìn)入處理區(qū)之前經(jīng)過(guò)一冷卻器。
可將晶片直接放入槽中，槽中含有被冷卻的并臭氧化的水或較好地是將晶片放在一去離子水槽中并且臭氧在槽中被擴(kuò)散。較好地是將臭氧在低溫水溶液中擴(kuò)散一段時(shí)間，這個(gè)時(shí)間足以使在晶片上的基本全部有機(jī)材料氧化。臭氧擴(kuò)散進(jìn)水中所需時(shí)間量依賴于要被去除的有機(jī)材料的性質(zhì)及材料量。水槽液的比溫度也影響臭氧擴(kuò)散時(shí)間，因?yàn)槌粞醣晃胨牧恳蕾囉跍囟?，并且水溶液的氧化能力依賴于所吸入的臭氧量?br> 一般地，將臭氧擴(kuò)散進(jìn)去離子水約1到約15分鐘。在最佳實(shí)施例中，臭氧被擴(kuò)散進(jìn)去離子水中約5到約10分鐘。
另一個(gè)變換的實(shí)施例中臭氧被擴(kuò)散進(jìn)水溶液并被暴露于從一紫外線光源而來(lái)的紫外線中，為的是產(chǎn)生氧化晶片上的有機(jī)材料或光刻膠的氧的自由基及氧分子。
在水溶液中的臭氧充分氧化了有機(jī)材料之后，用新鮮的去離子水漂洗晶片約1到約5分鐘。這個(gè)漂洗步驟一般在環(huán)境溫度。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，用加熱到從約65℃到85℃的去離子水漂洗二次晶片以便從晶片表面去除水溶性金屬，如鈉Na和鉀K。堿和堿土金屬來(lái)源于光刻膠內(nèi)的污染物。
用本發(fā)明的過(guò)程去除有機(jī)材料可在任何類型的晶片槽液或晶片清洗裝置內(nèi)發(fā)生。此外，本發(fā)明的臭氧化的水處理由臭氧與溶液中的每一個(gè)晶片接觸，氧化光刻膠或其他有機(jī)材料而進(jìn)行。因而臭氧必須以這種方式在槽中分散，即由臭氧接觸每個(gè)晶片。
不像硫酸處理，其中光刻膠被拔起并消化在化學(xué)劑中(被氧化)，而本發(fā)明的吸有臭氧的水處理并不把光刻膠從晶片上拔起，而只是依靠臭氧與晶片接觸而氧化光刻膠。如果臭氧不能被適當(dāng)?shù)脑诓壑袛U(kuò)散或由于晶片。保持器皿而使晶片被遮蓋，則光刻膠不能被去除。因而，最好是將臭氧這樣放在槽中以致于它充分地被吸入水中并在接觸區(qū)域與每個(gè)晶片的面均勻接觸。這樣，就有了有機(jī)光刻膠與不可溶氣體的直接氧化，消除了在槽液中形成顆粒問(wèn)題及對(duì)過(guò)濾設(shè)備的需求。
在最佳實(shí)施例中，本發(fā)明是在圖1的裝置中進(jìn)行的。處理是在一加罩的，被排空的濕法站(hooded，exhaustedi wet station)中發(fā)生的，帶有固定就位(in place)的臭氧監(jiān)控和適當(dāng)?shù)拇呋茐脑O(shè)備(catalytic destruct equipment)。被涂有光刻膠的晶片或從其上要除去有機(jī)材料的其他晶片被引入處理槽13，槽中充滿低溫去離子水(1—15℃)。槽在處理中以低流速(約0.5克/分)噴流方式運(yùn)行，帶有饋水線7，它流經(jīng)冷卻器8，以便提供被冷卻的去離子水流。然后臭氧從臭氧發(fā)生器6經(jīng)管道5進(jìn)入槽內(nèi)經(jīng)在此處的擴(kuò)散器4擴(kuò)散。去光刻膠是定時(shí)的，在此之后關(guān)閉臭氧并且用連續(xù)高流速(約10—15克/分)的去離子水漂洗晶片。排出線12被轉(zhuǎn)向去離子水回收10，新鮮去離子水就被起動(dòng)用于漂洗，在定時(shí)的低溫去離子水漂洗之后，晶片可有選擇地接受熱離子水漂洗。
在本發(fā)明的一個(gè)特別最佳實(shí)施例中，這個(gè)處理是在包含有圖3的氣體擴(kuò)散器的圖2的槽中進(jìn)行的。然而，雖然本發(fā)明的圖1的裝置，圖2的槽及圖3的氣體擴(kuò)散器對(duì)用于本發(fā)明的吸入臭氧的水處理是尤其好的，但它們也可用于進(jìn)行半導(dǎo)體晶片的任何流體處理。特別是，以前所知的從晶片上去除有機(jī)材料的方法可用在本發(fā)明的裝置及槽中。申請(qǐng)者已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的裝置可用于有效進(jìn)行以前所知處理而不需多個(gè)槽。此外，本發(fā)明的裝置提供了在現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生化學(xué)劑的能力，避免了老化的化學(xué)劑及從遠(yuǎn)處運(yùn)輸危險(xiǎn)化學(xué)劑的問(wèn)題。
用于以流體處理半導(dǎo)體晶片的最佳裝置包括用在一加罩，被排抽的濕法站中的槽。槽一般具有與該槽相連以向槽內(nèi)提供流體的裝置，用于支持槽內(nèi)的至少一個(gè)晶片與流體相接觸的裝置，與槽相連以便向槽內(nèi)注入氣體的裝置，以及將氣體擴(kuò)散進(jìn)槽以便氣體被吸進(jìn)流體并接觸放在槽內(nèi)的每個(gè)晶片的表面的裝置。
圖1示出本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例。槽13裝有用于處理半導(dǎo)體晶片的流體。
用于向槽13提供流體的裝置一般是一個(gè)與該槽相連的管道，但是由那些在本領(lǐng)域中受過(guò)專門訓(xùn)練的人們所知道的用于將流體的流動(dòng)提供到槽中的任何設(shè)備或裝置都可以使用?？梢酝ㄟ^(guò)例如全氟烷氧基乙烯醚(PFA)導(dǎo)管或管道，聚四氟乙烯(PTFE)導(dǎo)管或管道，聚偏二氟乙烯(PVDF)導(dǎo)管或管道，或石英導(dǎo)管將流體提供到槽中。在最佳實(shí)施例中，PFA管是用喇叭口管接口連接的方式被連到槽中。
在圖1所示的最佳實(shí)施例中，用于提供流體的裝置是在槽底部通地饋線7使流體以向上方向流入槽13。一般地，槽是根據(jù)連續(xù)溢流原理工作的，所以當(dāng)流體從提供流體的裝置向上流動(dòng)并到達(dá)槽的頂部時(shí)，流體將溢出槽進(jìn)入溢流孔1，使得新鮮的流體在槽的底部被引入。從處理槽引入并除去流體的這種方法在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域是為人熟知的。
從溢流孔1流體被饋入返回線12。三通閥11的運(yùn)行或是通過(guò)線9使流體再循環(huán)或是通過(guò)排泄線10排出流體。
用于向槽中注入氣體的裝置是在本領(lǐng)域中受過(guò)專業(yè)訓(xùn)練的人們所知的任何用于向槽提供氣體以對(duì)半導(dǎo)體晶片進(jìn)行處理的裝置。氣體可通過(guò)例如PFA導(dǎo)管或PTFE導(dǎo)管或管道到達(dá)擴(kuò)散器的底部。較好地是帶有喇叭形管接口的PFA導(dǎo)管，其被用于向槽內(nèi)注入氣體。
圖1示出了通過(guò)5將氣體注入槽的裝置，5在槽的底部與槽相連，并低于用于將氣體擴(kuò)散進(jìn)槽的裝置。管道5直接饋入擴(kuò)散器4來(lái)為槽提供均勻的氣體流動(dòng)。
用于支持至少一個(gè)晶片在槽中與流體接觸的裝置(圖2所示)可以是本領(lǐng)域中專業(yè)人士所知的任何的用于將晶片置于與處理溶液相接觸的裝置。用于此目的的晶片舟和盒是人們已熟知的。
較好的是當(dāng)將要在槽中進(jìn)行本發(fā)明的吸有臭氧的水處理時(shí)，舟或盒允許流體越過(guò)在槽中的每一個(gè)晶片均勻流動(dòng)。在最佳實(shí)施例中，為了使得流體越過(guò)晶片的流動(dòng)有最大自由度，使用了在槽中支持晶片的無(wú)盒體系。一個(gè)最佳支持體系是用了4桿端操作裝置15(effec-tor)(圖2)，端操作裝置使得晶片可以在支持下只在2點(diǎn)被接觸。圖2示出了連于端板的四個(gè)支持軌的端視圖。在5點(diǎn)和7點(diǎn)時(shí)鐘位置的接觸點(diǎn)及晶片槽溝的深度不大于約2mm。在這個(gè)最佳實(shí)施例中，晶片支持系統(tǒng)以一小角度牢固的支持著硅晶片，在晶片之間有均勻的間隔。
用于擴(kuò)散氣體的裝置是將臭氧或其他氣體的微小氣泡提供入槽并貫穿槽中均勻分布這個(gè)氣體的任何裝置，它確保每一個(gè)晶生由被吸入流體的氣體所接觸，較好的是擴(kuò)散器提供的氣泡初始直徑約25到約40微米。
用于擴(kuò)散氣體的裝置可以被用來(lái)將任何氣體運(yùn)進(jìn)在流體處理中所用的槽，如氯化氫氣，氨，氟化氫氣，氯氣或溴。這些氣體通過(guò)或是單獨(dú)的或是結(jié)合的，或是帶有臭氧或是不帶臭氧的擴(kuò)散裝置被送進(jìn)在處理槽中進(jìn)行不同的化學(xué)反應(yīng)。
較好的是，用于擴(kuò)散氣體的裝置由具有一可滲透構(gòu)件和一不可滲透構(gòu)件的混合元件構(gòu)成?？蓾B透構(gòu)件具有一頂部和一底部，一個(gè)在這個(gè)可滲透構(gòu)件中央部分確定一開(kāi)放空間的裝置，及一個(gè)確定槽溝(trench)的裝置，槽溝定位于在確定開(kāi)放空間裝置與可滲透構(gòu)件外圓周邊之間可滲透組件的頂部上。不可滲透構(gòu)件具有一個(gè)在不可滲透構(gòu)件的中央部分確定一開(kāi)放空間的裝置，這個(gè)裝置與在可滲透構(gòu)件中央部分確定開(kāi)放空間的裝置相對(duì)應(yīng)。可滲透構(gòu)件與不可滲透構(gòu)件相連接以便使在可滲透構(gòu)件頂部上的槽溝定位于可滲透構(gòu)件及不可滲透構(gòu)件之間。混合元件最好用與槽底部相連的可滲透構(gòu)件的底部來(lái)定位。因而，混合元件的可滲透部分與槽的底部相面對(duì)，混合元件的不可滲透部分與槽的頂部相面對(duì)。槽構(gòu)的開(kāi)放部分在混合元件內(nèi)部二構(gòu)件之間。
本發(fā)明的氣體擴(kuò)散器4是通過(guò)允許被接收進(jìn)擴(kuò)散器的氣體通過(guò)可滲透構(gòu)件的孔擴(kuò)散進(jìn)流體溶液而工作的。氣體首先流進(jìn)可滲透構(gòu)件的槽溝部分，因?yàn)檫@個(gè)區(qū)域?qū)怏w流動(dòng)提供最小阻力。由于氣壓增加，已流入槽溝的氣體通過(guò)可滲透構(gòu)件的孔出來(lái)擴(kuò)散進(jìn)槽中，由于在可滲透構(gòu)件的頂部的不可滲透構(gòu)件防止了氣體從擴(kuò)散器頂部流出，從擴(kuò)散器底部和側(cè)邊部擴(kuò)散出的氣體向下流動(dòng)。當(dāng)用于提供流體的裝置在槽底部時(shí)，氣體的這個(gè)向下流動(dòng)是與流體流動(dòng)反向流動(dòng)的，使得向上流進(jìn)槽中的流體對(duì)氣體的良好吸收。
希望擴(kuò)散器是疏水的以便阻止水回流進(jìn)氣體線，這種回流可導(dǎo)致氣體調(diào)節(jié)箱處的金屬腐蝕，此外，擴(kuò)散器應(yīng)在化學(xué)性能上與臭氧相容并在化學(xué)性能上是純凈的以避免將陽(yáng)離子、陰離子或顆粒夾帶進(jìn)處理槽液。
氣體擴(kuò)散器最好是由PTFE和PFA的混合物構(gòu)造的。通過(guò)改變?cè)摶旌衔锏闹苽錅囟群蛪毫Γ@個(gè)混合物的制備是用本領(lǐng)域人員所熟知的方法進(jìn)行的，則不僅形成多孔而且形成無(wú)孔構(gòu)件。不可滲透和可滲透構(gòu)件最好由約95％PTFE及約5％PFA構(gòu)成?？梢酝ㄟ^(guò)任何數(shù)目的方法來(lái)使可滲透構(gòu)件及不可滲透構(gòu)件聯(lián)合只要所產(chǎn)生的混合元件在槽中的應(yīng)力下不分離即可。較好的是將構(gòu)件熱焊(hedtsealed)在一起，用碳一碳鏈?zhǔn)箻?gòu)件根本熔化或融合在一起。
一旦形成可滲透構(gòu)件，在該構(gòu)件的頂部中就由PTFE中生成槽溝。所產(chǎn)生的擴(kuò)散器具有直徑尺寸在約25到約40微米的孔，數(shù)量級(jí)在約100,000個(gè)孔上，通過(guò)這些孔氣體可滲透進(jìn)入處理槽。擴(kuò)散器中使用槽溝使得氣體可以以非常微小的氣泡擴(kuò)散進(jìn)槽中，這些微小氣泡可很容易地被吸入流體并通過(guò)槽均勻分布。
根據(jù)本發(fā)明的最佳實(shí)施例的擴(kuò)散器在圖3中示出。不可滲透構(gòu)件30是混合元件的頂部分?？蓾B透構(gòu)件31是混合元件的底部分，在其中生成有槽溝32，用來(lái)通過(guò)槽均勻分布?xì)怏w。較好的長(zhǎng)方形外形的擴(kuò)散器如圖3所示。但也可用其他外形如用于正方形或長(zhǎng)方形槽的平行桿，或用于圓形或錐狀槽的環(huán)形擴(kuò)散器。在最佳實(shí)施例中，擴(kuò)散是槽底面積的約1/4。
擴(kuò)散器坐落在槽的底部并且可以用任何適當(dāng)?shù)难b置被連到槽上。較好的是，應(yīng)用未用過(guò)的端塞(end plug)連到槽上。該端塞首先被插入擴(kuò)散器然后整個(gè)裝置被安在槽上。管道5從槽底部將氣體直接饋進(jìn)槽的底部。這使得氣體進(jìn)入槽溝然后以可滲透構(gòu)件的底部和側(cè)邊部以均勻方式擴(kuò)散出來(lái)。
圖2中示出了這個(gè)最佳實(shí)施例的槽(標(biāo)碼與圖1相對(duì)應(yīng))，它進(jìn)一步示出了在槽13中由最佳支座15所支撐的晶片14。槽13具有至少二個(gè)側(cè)端，它們帶有向里縮減的部分用來(lái)減少晶片處理所需的化學(xué)劑體積。二個(gè)側(cè)端之一在槽的頂部具有垂直部分并且在該器皿底部具有向里縮減的部分，縮減部分長(zhǎng)于垂直部分，而槽的另一端在槽頂部具有垂直部分，在該器皿底部具有向里縮減的部分，縮減部分短于垂直部分。這種槽結(jié)構(gòu)減少了約27％的在處理處理中所用的化學(xué)劑體積并使得槽中化學(xué)成分快速移動(dòng)槽13的結(jié)構(gòu)在使用高聲波換能器(megasonie transducers)時(shí)也提供了優(yōu)點(diǎn)。槽13在其上可安有一個(gè)或多個(gè)高聲波換能器用來(lái)攪動(dòng)溶液。換能器最好在與氣流垂直及與垂直方向偏30°間定向，晶片與高聲波來(lái)平行定向。
高聲波換能器在一最佳實(shí)施例中是被裝在具有長(zhǎng)縮減部分的槽的一端。與此端相對(duì)是較短的縮減端。這二端的縮減是為了完成二個(gè)作用。第一是保證高聲波波能不從遠(yuǎn)處槽壁反射并返回?fù)Q能器。這樣的被反射能量將導(dǎo)致?lián)Q能器燒壞并由導(dǎo)致部件的短壽命。選擇縮減槽壁的第二個(gè)原因是使高聲波能通過(guò)硅晶片體積要被處理的區(qū)域并利用從遠(yuǎn)處槽壁反射的波束來(lái)造成其第二次經(jīng)過(guò)硅晶片區(qū)。在這么做的處理中每一個(gè)高聲波脈沖都二次通過(guò)晶片從而增加了去除顆粒的效能。
槽13也可裝有紫外線光源3以便從溶液經(jīng)受紫外線(UV)輻射。紫外線源可裝在槽外邊或，較好的是如圖1及圖2所示在3的位置。在本發(fā)明的吸入臭氧的水過(guò)程操作中可利用紫外線光從直接進(jìn)入處理槽的發(fā)泡臭氧中產(chǎn)生氧自由基，過(guò)氧化氫及氧分子，用于去除晶片14上的有機(jī)材料。
在另一個(gè)實(shí)施例中，槽中裝有一個(gè)在圖4中示出的蓋子157，用于關(guān)閉槽，槽上具有安裝在該蓋子上的紅外線光源159。紅外線光可用于在處理之后干燥晶片的目的。紅外線光源放在蓋子上結(jié)果當(dāng)蓋子關(guān)閉時(shí)光源在流體上方并被向下引入流體。
雖然這里討論的用于以流體處理半導(dǎo)體晶片的裝置，槽及擴(kuò)散器最好用于本發(fā)明的吸入臭氧的水處理，所提供的結(jié)構(gòu)也可用于一些其他處理處理，通過(guò)提供一在原處產(chǎn)生化學(xué)劑的儀器，所提供的裝置除去了對(duì)多個(gè)槽的使用的需求結(jié)果在一個(gè)槽中可進(jìn)行一個(gè)處理的幾個(gè)步驟而不用移動(dòng)晶片。因而可用擴(kuò)散器來(lái)將任何氣體引入用于半導(dǎo)體晶片的流體處理或流體形成所需的槽中。在本領(lǐng)域中普通技能之一是通蟯在使用各種氣體時(shí)所需的槽材料。
例如，不僅上面描述的硫酸清洗處理而且RCA清洗處理可在現(xiàn)在這個(gè)裝置中快速有效地被進(jìn)行，不需要多個(gè)槽或分離的混合槽。
對(duì)于硫酸處理，酸通過(guò)溢流孔內(nèi)的一個(gè)運(yùn)輸管進(jìn)入槽中，結(jié)果酸在進(jìn)入槽的處理區(qū)域前首先過(guò)濾。酸從再循環(huán)部件的運(yùn)輸是通過(guò)槽的底部進(jìn)行的。在帶有光刻膠的晶片被引入槽的處理區(qū)域之后，臭氧被擴(kuò)散進(jìn)槽同時(shí)起動(dòng)高速聲波換能器。使用臭氧的其他類型硫酸清洗是通過(guò)擴(kuò)散器將臭氧(O3)擴(kuò)散進(jìn)槽中，槽中放有帶有光刻膠的晶片，然后起動(dòng)紫外線光。紫外線光將產(chǎn)生氧自由基來(lái)與硅晶片上的有機(jī)物質(zhì)直接反應(yīng)并作為氧化劑起作用，氧自由基與硫酸反應(yīng)形成與光刻膠發(fā)生反應(yīng)的傳統(tǒng)過(guò)一硫酸(Caro’s Acid)。這個(gè)反應(yīng)與雙頻換能器的聲能同步。
對(duì)于RCA清洗，槽以溢流模式工作。去離子水以可變流速(0.5，1，5及10克/分)連續(xù)噴流，或槽在靜止模式。晶片首先被漂洗，然后水流被關(guān)閉。在槽中產(chǎn)生吸入臭氧的水并且/或?qū)⑽氤粞醯乃M(jìn)槽中，然后將氨氣(NH3)擴(kuò)散進(jìn)槽來(lái)產(chǎn)生SC1溶液?？扇我膺x擇的，用與紫外線輻射相聯(lián)系的臭氧來(lái)產(chǎn)生氧自由基。開(kāi)啟高聲波換能器，以雙頻模式及點(diǎn)火交替進(jìn)行以防止晶體過(guò)熱。在處理過(guò)程中，開(kāi)啟水流來(lái)將SC1溶液(從槽底部)從槽中注滿。水的注滿漂洗是定時(shí)的，排出也可具有一水流的阻力監(jiān)測(cè)器。當(dāng)漂洗槽和晶片時(shí)，水流線開(kāi)啟至熱去離子水使在處理槽中升高溫度。當(dāng)槽溫到達(dá)70℃，溢流關(guān)閉且槽返回靜止模式。臭氧氣體然后擴(kuò)散進(jìn)槽，并且跟著臭氧氣體的是氯化氫氣體，以產(chǎn)生SC2溶液?？扇我膺x擇，用與紫外線輻射相聯(lián)系的臭氧來(lái)產(chǎn)生氧自由基。啟動(dòng)高聲波換能器。在處理之后，水流開(kāi)啟來(lái)注滿槽并依據(jù)時(shí)間和阻力漂洗晶片。以熱去離子水定時(shí)進(jìn)行最后漂洗。
本發(fā)明也可引入晶片干燥處理及裝置。在本發(fā)明的干燥處理一開(kāi)始，晶片最好是完全被沉浸在一含水漂洗槽液(最后的漂洗槽液)中，這個(gè)槽液被容納在一個(gè)最好是液壓式充滿漂洗槽液的槽中。
漂洗槽液可以是任何類型的以含水液為基礎(chǔ)的漂洗液，典型地被用在半導(dǎo)體晶片的濕法處理之后，最佳的漂洗流體是水。然而，根據(jù)要被漂洗的晶片表面性質(zhì)，呈現(xiàn)在該表面的污染的性質(zhì)，要被漂洗的處理用的化學(xué)劑(如清洗或刻蝕流體)的性質(zhì)，可用其他漂洗流體。可使用的其他漂洗流體包括有機(jī)溶劑，有機(jī)溶劑與水的混合物，有機(jī)溶劑混合物等等。最好是漂洗流體為水，水已被去離子化并過(guò)濾以去除被溶解和懸浮物質(zhì)。
這樣也較好，即漂洗流體作為一單相如液體接觸晶片，并且基本無(wú)相邊界，如氣/液邊界，當(dāng)氣泡出現(xiàn)在液體中時(shí)發(fā)生這種氣/液相邊界。顆粒可以聚結(jié)在氣/液相邊界上。這些粒子可吸附到晶片的表面。疏水顆粒傾向于聚集在這種邊面上因而這些疏水顆粒是不被希望的。然而，粒子被吸附于晶片表面也是晶片表面組織的一種功能，親水性晶片表面如二氧化硅對(duì)疏水性顆粒幾乎沒(méi)有親合性，而疏水性表面如裸露硅是吸引疏水性顆粒的。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，使用如圖4所描述的槽來(lái)完成本發(fā)明的處理。圖4的槽除了具有附加設(shè)備來(lái)過(guò)濾干燥處理之外其他與圖2的槽相似。用于以流體處理半導(dǎo)體晶片的最佳裝置包括用在加罩、被抽空的濕法站中的槽。槽13一般具有被連結(jié)到槽用于將流體提供到槽的裝置7，用來(lái)支撐在槽中的至少一個(gè)晶片與流體相接觸的裝置15，用于排泄的裝置153，用于引入有機(jī)干燥溶劑的上層的裝置154，以及溢流孔1。
用于支持在槽中的至少一個(gè)晶片與流體152接觸的裝置15可以是那些在本領(lǐng)域中受過(guò)專業(yè)訓(xùn)練人干所已知的任何裝置，用以將晶片如上所述與處理溶液相接觸。
用于將有機(jī)溶劑引入槽上部分的裝置154一般是一個(gè)與槽的上部分連接的管道，但是本領(lǐng)域受過(guò)普通專業(yè)訓(xùn)練的人士已知的任何用于將流體流動(dòng)引入槽的儀器或裝置都可使用。流體可以由例如PFA導(dǎo)管或管道，PTFE導(dǎo)管或管道，PVDF導(dǎo)管或管道，或石英管被引入槽13。最好使用PFA導(dǎo)管或管道。在最佳實(shí)施例中，將PFA管用喇叭形管接頭連接連到槽上。
排泄裝置153一般是在本領(lǐng)域中受到普通專業(yè)訓(xùn)練的人士所知的任何用于從槽中去除流體的裝置，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，排泄裝置153位于槽13的底部并包括一個(gè)用于控制從槽中被排泄液體的體積的裝置。用于控制從槽中被排泄流體的體積的裝置可以是一個(gè)簡(jiǎn)單的閥門裝置或本領(lǐng)域中具有普通技能的人士所知的任何其他儀器。
應(yīng)該了解到如圖4所描述的溢流孔(1)是圍繞著槽箱13上部開(kāi)放面的一個(gè)單溝槽設(shè)計(jì)。在一個(gè)實(shí)施例中溢流孔1裝有溝槽排泄裝置52，該溝槽排泄裝置52可以是在本領(lǐng)域中具有普通技能的人士已知的任何型排泄裝置且可任意選擇包括一閥門。溝槽排泄裝置52與有機(jī)干燥溶劑收集裝置55以流體連結(jié)，有機(jī)干燥溶劑收集器55可以是本領(lǐng)域具有普通技能的人士已知的安全容納有機(jī)溶劑的任何裝置。較好的是，使用干燥溶劑收集裝置55。溶劑收集裝置55可以是回收罐(reclaim canister)，它通過(guò)有機(jī)溶劑饋入裝置163以其底部饋給。一旦回收罐已裝滿有機(jī)干燥溶劑，有機(jī)溶液饋入裝置163可用作對(duì)用于引入有機(jī)溶劑的裝置154的有機(jī)干燥溶劑替換源。
由于可以消除罐中水的結(jié)垢，所以從底部饋給的回收罐是較可取的。在溢流處理中一些從槽中而來(lái)的有機(jī)干燥溶劑，從漂洗槽液中來(lái)的流體可以進(jìn)入溢流孔并最終進(jìn)入溶劑回收罐。在不運(yùn)行期間，在回收罐中的漂洗槽液和有機(jī)干燥溶劑將沉積并在罐中形成二層。含水漂洗槽液將沉積在回收罐的底部而有機(jī)溶劑將沉積在漂洗槽液的頂部。如果在下一個(gè)干燥循環(huán)中溶劑從回收罐〔像一個(gè)灌注器(sy-ringe)〕的頂部被給出，則一些水可在回收罐中保留于后。在用了許多次后，水可最終在回收罐中取代溶劑則干燥器可能失靈。為了防止水在回收罐中結(jié)垢，通過(guò)有機(jī)溶劑饋入裝置163從底部將流體汲出。這就保證了在每一個(gè)循環(huán)之后，全部的水以回收罐中被排出。因而，溶劑到達(dá)槽使得溶劑通過(guò)有機(jī)溶劑饋入裝置163從回收罐的底部饋給但通過(guò)溝槽排泄裝置52從溢流孔1返回回收罐的頂部。
如前面提出的，晶片應(yīng)全部沉入最后漂洗槽液152。在本發(fā)明的實(shí)施例，晶片在液壓充滿的槽箱中處于沉浸狀態(tài)，槽箱充滿的是含水漂洗槽液。含水漂洗流體150然后被排泄以便用于有機(jī)干燥溶劑的添加。典型的是，通過(guò)排泄裝置153排泄最小為0.5英寸或更多。然而，晶片頂部將連續(xù)完全沉浸在漂洗流體152中。
這里，通過(guò)用于引入有機(jī)溶劑的裝置154然后將有機(jī)干燥溶劑150引入槽箱的頂部。足以干燥晶片的有機(jī)干燥溶劑高度將依靠溶劑，晶片從槽液中拉出的速度，槽液的溫度及槽液上的壓力而改變。典型地要求溶劑最小高度0.5英寸。晶片從槽液中被拉出的速度愈快，則有機(jī)干燥溶劑層應(yīng)愈深。該層將從在10秒或更長(zhǎng)的晶片轉(zhuǎn)移時(shí)間內(nèi)的10mm厚度改變到在2—4秒晶片轉(zhuǎn)移時(shí)間的18mm厚度。所增加的干燥流體體積應(yīng)與被排泄的漂洗流體體積相對(duì)應(yīng)以便使槽箱保持液壓充滿至槽箱13的頂部。
在一個(gè)實(shí)施例中，排泄與填充是同時(shí)發(fā)生的以致使槽總是液壓充滿并槽箱中的總流體高度保持恒定。正如本領(lǐng)域中具有普通技能的人士所知的那樣，有機(jī)與含水溶液的混合給出了與未混合組分的總體積不同的最終體積。對(duì)此應(yīng)提供適當(dāng)補(bǔ)償。
為了將有機(jī)干燥溶劑與漂洗水液分離而不使用附加的萃取設(shè)備或溶劑回收/蒸餾系統(tǒng)，相界是必須的。溶劑與含水漂洗槽液最好不能溶解并在含水漂洗槽液的表面上流動(dòng)。最好使用在水中的溶解度小于0.1克/升的溶劑。有機(jī)干燥溶劑的密度必須小于含水漂洗槽液的密度。因此，如果含水漂洗槽液的密度為1，則有機(jī)干燥溶劑的密度必小于1。
為了減少干燥處理的揮發(fā)性有機(jī)化合物散發(fā)(VOC散發(fā))，溶劑也最好具有低的蒸氣壓力。如果溶劑具有高速蒸發(fā)，它不只需要再充滿，而且還要求減壓設(shè)備去收取氣體并且或是使其燒起來(lái)或是使其冷凝并使氣體再循環(huán)。無(wú)論是這樣還是那樣，所期望的溶劑將最好是在室溫下保持液態(tài)并具有低的蒸發(fā)速率。這個(gè)目的是為了過(guò)程之中的溶劑損失(包括揮發(fā)和液體散發(fā))減至最小。具有小于每天0.5磅(165)的干燥器是較好的。
選擇溶劑的另一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)是安全性。例如，溶劑最好不是致癌物。因此醇類和脂肪族比芳香族如苯更可取。
除了上述的標(biāo)準(zhǔn)，在選擇溶劑時(shí)也應(yīng)考慮特殊的晶片工藝處理。
當(dāng)接于干燥的下一個(gè)晶片工藝處理步驟是高溫?cái)U(kuò)散步驟時(shí)，最好在晶片表面上留一小的有機(jī)層，因?yàn)樗勺鳛橛米骰A(chǔ)的基片的保護(hù)層起作用并在膜的高溫沉積(800—1600℃)之間易于以低溫(200—400℃)在擴(kuò)散爐中被除去。因此，當(dāng)下一個(gè)晶片工藝處理步驟是高溫?cái)U(kuò)散步驟時(shí)，溶劑只需滿足上述標(biāo)準(zhǔn)即可。特別地，溶劑應(yīng)具備與含水漂洗槽液的良好相界及低的VOC散發(fā)。
當(dāng)接于干燥的下一個(gè)晶片工藝步驟是低溫化學(xué)氣相沉積(CVD)時(shí)，晶片表面的有機(jī)物的微量存在都可能是有害的。它可形成不想要的副作用如碳化硅，可以多晶硅沉積形式在晶片上留下薄霧(haze)，或者用于有機(jī)干擾使金屬膜剝離晶片如硅化鎢晶片，在低溫CVD沉積中，因而從晶片表面去除所有有機(jī)物是較好的。可以用通過(guò)溶劑層將晶片拉出去掉水然后將晶片暴露在臭氧，紫外線和紅外線加熱的氣態(tài)區(qū)來(lái)完成這一處理。這就氧化了任何微量殘留污染。因而，當(dāng)下一晶片工藝步驟是低溫CVD沉積時(shí)，最好使用有機(jī)干燥溶劑，這個(gè)有機(jī)干燥劑由支鏈或氧化化合物如醚皮酮構(gòu)成，因?yàn)樗鼈儽戎辨湡N在臭氧中更快的斷裂。因而，不僅直鏈而且支鏈烴(脂肪烴，酮及醚)比芳香化合物及會(huì)有氮硫或鹵素的烴更可取。
可以用簡(jiǎn)單地在最后的化學(xué)槽液及卸載站之間用鉛封一帶有臭氧氣體的管道(plumbing a tunnel)的方法不占附加濕法站的空間而完成氧化處理，晶片在這個(gè)管道中的期間長(zhǎng)度是可以被控制的，以便確保晶片充分地被暴露于氧化氣體從而取得對(duì)有機(jī)殘留物的完全去除(通常在二到三分鐘)。如果希望是無(wú)氧化物表面則加入附加的氣體步驟，在這個(gè)步驟中無(wú)水HF氣體從管道未滿饋入從而使得晶片沐浴在HF氣體中。HF氣體從管道末端饋入并且晶片在被放在即將抽去的盒中之前沐浴在HF氣體中15秒。
根據(jù)本發(fā)明的最佳有機(jī)溶劑的例子包括辛烷，癸烷，5庚烯-2-酮(5hepten-2-one)及2-壬酮(2-nonanone)。當(dāng)希望保護(hù)層時(shí)，芳香族較好。期望無(wú)碳表面時(shí)，氧化酮類較好。根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)干燥溶劑也可是一單組分或多組分溶劑。蒸氣壓力在室溫下小于100帕的溶劑較好。帶有大于5個(gè)碳鏈并且密度小于水的不可溶支鏈烴較好。該溶劑不需要與水具有最小共沸點(diǎn)。沸點(diǎn)從140℃到200℃的溶劑較好。
在加入有機(jī)干燥溶劑之后，槽液中存有二相。下層含水相152是由在上述部分排泄之后仍留在槽箱中的漂洗槽液構(gòu)成。上層有機(jī)相154是由有機(jī)干燥溶劑構(gòu)成。
晶片然后被從下層含水層152中提升出來(lái)并經(jīng)過(guò)上層有機(jī)層150，因而從在上層及下層的交界151上的晶片表面驅(qū)除了漂洗流體。本發(fā)明不使用溶劑蒸氣去完成干燥。雖然其他機(jī)理也可使用，但是人們確信有機(jī)干燥溶劑與含水漂洗槽液之間的相界有利于通過(guò)去除水來(lái)干燥。有機(jī)溶劑對(duì)硅幾乎沒(méi)有親合力因而實(shí)際上被抽拉干燥的。在這種干燥技術(shù)中表面張力也可是一種副作用。
在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，槽箱裝置包括用于去除端操作系統(tǒng)15的提升裝置155，端操作系統(tǒng)15支持著晶片。提升裝置155可以是二個(gè)垂直升降機(jī)(lift)每一個(gè)在槽的一端并與端操作系統(tǒng)的每一端的端板相連)。然后晶片可以被運(yùn)至水平自動(dòng)裝置并運(yùn)行到卸載站。
升降裝置155可以是晶片操作領(lǐng)域中具有普通技能的人士已知的多種升降方法中的任何一種的方法。美國(guó)專利第4,722,752號(hào)披露了一個(gè)這樣的裝置。升降裝置也可是手動(dòng)升降裝置其中把柄連到端操作系統(tǒng)。然而這個(gè)系統(tǒng)最好是自動(dòng)化裝置。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)晶片已越過(guò)液體水平時(shí)，將水通過(guò)去離子水入口從槽箱底部引入以便越過(guò)加入到溢流孔1的有機(jī)干燥溶劑體積溢流一部分體積。
一旦晶片越過(guò)液體水平線，保留在晶片上的干燥溶劑蒸發(fā)。可以用加熱或上述的后處理方法(post treatments)包括暴露晶片于臭氧氣體，紫外線，紅外線和或HF，加快蒸發(fā)處理。然而，一旦晶片越過(guò)液體，沒(méi)有水保留在晶片表面。因此，蒸發(fā)發(fā)生是有機(jī)干燥溶液蒸發(fā)不是水的蒸發(fā)，因?yàn)樗械乃褟木砻姹或?qū)除。
在一最佳實(shí)施例中，上述紅外線光用于溶劑干燥處理，其中將適當(dāng)?shù)臒N溶劑引入槽箱內(nèi)流體的頂部而且通過(guò)溶劑層慢慢地將晶片升起結(jié)果溶劑層從晶片上取代了水。通過(guò)使用紅外線光將晶片加熱到約150℃±30℃及將臭氧氣體引入來(lái)氧化有機(jī)殘留物，保留在晶片上的任何溶劑而被蒸汽化。紅外線光既可被裝在蓋子157(最好是石英的)的外部也可裝在氣體管道170的外部，在從槽箱中去除之后通過(guò)這個(gè)氣體管道，晶片被運(yùn)走。
本發(fā)明的各種改進(jìn)及變換在不偏離本發(fā)明范圍和精神的范圍內(nèi)對(duì)于那些在本領(lǐng)域受過(guò)訓(xùn)練的人們來(lái)說(shuō)是顯然的，應(yīng)當(dāng)明確本發(fā)明并不被不適當(dāng)?shù)叵拗朴谶@里所提出的說(shuō)明性實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.用于使沉浸在含水漂洗槽液中的一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體晶片干燥的過(guò)程，包括將密度小于水的有機(jī)干燥溶劑加入到所說(shuō)槽液中以在所說(shuō)槽液中形成下層含水層和上層有機(jī)層，所說(shuō)晶片完全保持浸漬在所說(shuō)下層含水層，及；將所說(shuō)晶片通過(guò)所說(shuō)上層有機(jī)層從所說(shuō)下層含水層中提升出。
2.如權(quán)利要求1的過(guò)程，其進(jìn)一步包括從所說(shuō)槽中移出所說(shuō)晶片并在所說(shuō)槽之外完成所說(shuō)干燥步驟。
3.如權(quán)利要求1的過(guò)程，其進(jìn)一步包括在所說(shuō)加入步驟之前進(jìn)行的一個(gè)或多個(gè)濕法處理步驟。
4.如權(quán)利要求1的過(guò)程，其進(jìn)一步包括蒸發(fā)干燥步驟，其中臭氧流在所說(shuō)晶片表面上通過(guò)。
5.如權(quán)利要求1的過(guò)程，其進(jìn)一步包括一個(gè)使保留在晶片表面的有機(jī)干燥溶劑蒸發(fā)的步驟，其中所說(shuō)蒸發(fā)是通過(guò)將所說(shuō)晶片暴露在紅外線光源而被加速的。
6.如權(quán)利要求1的過(guò)程，其中所說(shuō)有機(jī)干燥溶劑是帶有大于5個(gè)碳鏈的不可溶支鏈烴，密度小于水。
7.如權(quán)利要求6的過(guò)程，其中所說(shuō)有機(jī)干燥溶劑是癸烷或2-壬酮(2-nonanone)
8.如權(quán)利要求1的過(guò)程，其中所說(shuō)含水漂洗槽液是去離子水。
9.用于使浸漬在含水漂洗槽液中的多個(gè)半導(dǎo)體晶片干燥的過(guò)程，包括通過(guò)用不可混溶的液體有機(jī)干燥溶劑取代所說(shuō)含水漂洗槽液將所說(shuō)含水漂洗槽液從所說(shuō)晶片上驅(qū)除。
10.用于干燥半導(dǎo)體晶片表面的裝置，其構(gòu)成為(a)用于支撐所說(shuō)晶片與含水漂洗流體相接觸的槽；(b)用于將液體有機(jī)溶劑引入所說(shuō)槽的裝置，以便使槽中形成上層液體有機(jī)溶劑層；以及(c)用于將所說(shuō)晶片通過(guò)所說(shuō)上層液體有機(jī)溶劑層從所說(shuō)的含水有機(jī)漂洗流體中提升出來(lái)的裝置。
11.如權(quán)利要求10的裝置，其進(jìn)一步包括，與槽相連用于將流體提供到槽中的裝置；與槽相連用于將氣體注入槽的裝置；以及用于將該氣體擴(kuò)散進(jìn)槽以便使該氣體被吸入該流體并與放置在槽中的每個(gè)晶片表面接觸的裝置；所說(shuō)擴(kuò)散裝置包括有一個(gè)復(fù)合元件，復(fù)合元件具有一個(gè)可滲透構(gòu)件及一個(gè)不可滲透構(gòu)件，所說(shuō)可滲透構(gòu)件具有頂部和底部，用于在可滲透構(gòu)件的中心部確定一開(kāi)放空間的裝置，及定出位于可滲透構(gòu)件的外部周邊與確定開(kāi)放空間的裝置之間可滲透構(gòu)件的頂部設(shè)置的溝槽的裝置，所說(shuō)不可滲透構(gòu)件具有一個(gè)在不可滲透構(gòu)件的中心部位定出開(kāi)放空間的裝置，該裝置與在可滲透構(gòu)件的中心部分定出一開(kāi)放空間的裝置相對(duì)應(yīng)，可滲透構(gòu)件與不可滲透構(gòu)件被聯(lián)合在一起使得溝槽在可滲透構(gòu)件的頂部上開(kāi)放，并被不可滲透構(gòu)件所覆蓋，以及復(fù)合元件通過(guò)與槽相連的可滲透構(gòu)件的底部被設(shè)置。
12.如權(quán)利要求11的裝置，其中可滲透裝置和滲透裝置都包括由聚四氟乙烯及全氟烷氧基乙烯醚的混合物。
13.如權(quán)利要求11的裝置，其中所說(shuō)槽包括第一側(cè)端和第二側(cè)端，槽的第一側(cè)端在槽的頂部具有垂直部分，在槽的底部具有向內(nèi)縮減的部分，縮減部分長(zhǎng)于垂直部分，槽的第二側(cè)端在槽的頂部具有垂直部分，在槽的底部具有向內(nèi)縮減的部分，縮減部分短于垂直部分。
14.如權(quán)利要求13的裝置，進(jìn)一步包括位于槽第一側(cè)端向內(nèi)縮減部分的高聲波換能器。
15.如權(quán)利要求11的裝置，進(jìn)一步包括位于槽內(nèi)部在用于擴(kuò)散氣體的裝置的上方的紫外線光源。
16.如權(quán)利要求11的裝置，其中用于注入氣體的裝置設(shè)置在用于擴(kuò)散氣體的裝置之下，以便使氣體向上被注入擴(kuò)散裝置。
17.如權(quán)利要求16的裝置，其中用于將流體提供入槽的裝置提供第一方向上的流體流動(dòng)而用于將氣體注入槽的裝置提供第二方向上的氣體與流體流動(dòng)相反的流動(dòng)。
18.如權(quán)利要求11的裝置，其中用于將氣體注入槽的裝置提供單個(gè)氣體或是一個(gè)以上的不同氣體組合的氣體。
19.如權(quán)利要求11的裝置，進(jìn)一步包括排泄裝置。
20.如權(quán)利要求11的裝置，進(jìn)一步包括用于覆蓋所說(shuō)槽的蓋。
21.如權(quán)利要求20的裝置，所說(shuō)蓋子上裝備有紅外線光燈。
全文摘要
提供一種去除半導(dǎo)體晶片上有機(jī)物的工藝及一種用化學(xué)溶劑干燥晶片的工藝。在干燥工藝中將浸在具有下含水層(152)和上有機(jī)層(154)的槽液中的晶片(14)從下含水層經(jīng)上有機(jī)層中提起，移出槽液。也公布了完成該工藝的設(shè)備。
文檔編號(hào)B08B3/08GK1134123SQ94194011
公開(kāi)日1996年10月23日 申請(qǐng)日期1994年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月22日
發(fā)明者羅伯特·羅杰爾·馬修 申請(qǐng)人:萊格西系統(tǒng)公司