專利名稱：用于在壓力腔中保持基片的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于在壓力腔中保持基片的方法和設備。
背景技術：
集成電路(ICs)、光電器件、微機械器件和其它精確制造一般使用施加到基片的薄膜來形成。作為制造過程的一部分，通常必須從基片去除或者清洗一部分或者所有薄膜。例如，在生產(chǎn)包括IC的半導體晶片中，薄的光致抗蝕劑層可以施加到半導體基片，隨后被去除。
在各種生產(chǎn)步驟以后(例如，在離子注入后，“后端制程”(BEOL)清洗，“前端制程”(FEOL)清洗，以及化學機械平坦化(CMP)后的步驟以后)，從微電子基片的表面部件去除的污染物的特性和成分的變化顯著。因此，清洗和處理步驟必須用合適的化學品和溶劑來處理這些污染物，以從基片與它們反應、離子化、溶解、膨脹、分散、乳化或者蒸發(fā)它們。同樣，已經(jīng)開發(fā)了各種基于水和溶劑的系統(tǒng)，以及干燥清洗過程來處理多種廢物材料。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的方法實施例，用于清洗微電子基片的方法包括將基片放入壓力腔。包括密相二氧化碳的處理流體通過腔循環(huán)，使得處理流體接觸基片。在循環(huán)處理流體的步驟的至少一部分期間，循環(huán)地調整二氧化碳的相。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方法實施例，用于清洗微電子基片的方法包括將基片放入壓力腔。包括密相二氧化碳的處理流體噴射到腔中的基片上。在噴射處理流體的步驟的至少一部分期間，循環(huán)地調整二氧化碳的相。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方法實施例，用于清洗微電子基片的方法包括將基片設置在包含包括密相二氧化碳的處理流體的壓力腔中，使得基片暴露在二氧化碳下。通過在二氧化碳的供給和腔之間，以及腔和低壓源之間交替二氧化碳質量流來循環(huán)地調整二氧化碳的相。二氧化碳的供給的壓力比腔高，而低壓源的壓力比腔低。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方法實施例，用于清洗微電子基片的方法包括將基片放入壓力腔。將包括密相二氧化碳的處理流體引入腔中，使得處理流體接觸基片，從而清洗基片。從腔去除一部分處理流體。將該部分處理流體再引入腔中。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方法實施例，用于清洗微電子基片的方法包括將基片放入壓力腔。將包括密相二氧化碳的處理流體引入腔中，使得處理流體接觸基片，從而清洗基片。從腔去除一部分處理流體。蒸餾從腔去除的該部分的處理流體，以從處理流體的其它成分中分離二氧化碳。將分離的二氧化碳再引入腔中。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方法實施例，用于清洗微電子基片的方法包括使用包括二氧化碳的處理流體來清洗處理腔中的基片。從處理腔去除使用過的處理流體。從使用過的處理流體分離二氧化碳。該分離的二氧化碳在處理腔，或者再一個處理腔中再次使用。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于清洗微電子基片的設備包括壓力腔，以及用于通過該腔循環(huán)包括密相二氧化碳的處理流體，使得處理流體接觸基片的裝置。該設備還包括用于調整二氧化碳的相，同時循環(huán)處理流體的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，使用包括密相二氧化碳的處理流體來清洗微電子基片的設備包括壓力腔。噴射部件可操作的將處理流體噴射到腔中的基片上。該設備還包括用于循環(huán)地調整二氧化碳的相的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于清洗微電子基片的設備包括含有包含密相二氧化碳的處理流體的壓力腔?？闪黧w連接到該腔的二氧化碳的供給。二氧化碳的供給的壓力比腔的壓力高。可流體連接到該腔的低壓源。低壓源的壓力比腔低。流體控制裝置可操作的通過在二氧化碳的供給和腔之間，以及腔和低壓源之間交替二氧化碳質量流來循環(huán)地調整二氧化碳的相。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于清洗微電子基片的設備包括壓力腔，以及流體連接到腔的包括密相二氧化碳的處理流體的供給。蒸餾系統(tǒng)包括流體連接到腔且可操作的從處理流體分離二氧化碳的蒸餾器。該蒸餾系統(tǒng)可操作的將分離的二氧化碳再引入腔中，或者再一個腔中。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于清洗微電子基片的設備包括含有包含二氧化碳的處理流體的處理腔，以及用于從處理腔去除使用過的處理流體的裝置。該設備還包括用于從使用過的處理流體分離二氧化碳的裝置，以及用于將分離的二氧化碳返回到處理腔或者再一個處理腔來用于隨后的使用的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于與基片一起使用的處理腔組件包括容器和基片保持器。該容器限定腔。該基片保持器具有旋轉軸線，且包括前后相對的表面。前表面適于支撐基片。至少一個葉輪葉片從后表面向后，且相對于旋轉軸線徑向延伸。當基片保持器圍繞旋轉軸線旋轉時，該葉輪葉片可操作的產(chǎn)生趨向于將基片保持到基片保持器的壓力差。優(yōu)選的，該處理腔組件包括多個從后表面向后，且相對于旋轉軸線徑向延伸的葉輪葉片。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，用于與基片一起使用的基片保持器具有旋轉軸線，且還包括前后相對的表面。前表面適于支撐基片。至少一個葉輪葉片從后表面向后，且相對于旋轉軸線徑向延伸。當基片保持器圍繞旋轉軸線旋轉時，該葉輪葉片可操作的產(chǎn)生趨向于將基片保持到基片保持器的壓力差。優(yōu)選的，該基片保持器包括多個從后表面向后，且相對于旋轉軸線徑向延伸的葉輪葉片。
根據(jù)本發(fā)明的方法實施例，用于圍繞旋轉軸線旋轉基片保持器的方法包括設置基片保持器。該基片保持器包括前后相對的表面。前表面適于支撐基片。至少一個葉輪葉片從后表面向后，且相對于旋轉軸線徑向延伸。使基片保持器圍繞旋轉軸線旋轉，使得葉輪葉片產(chǎn)生趨向于將基片保持到基片保持器的壓力差。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于與基片一起使用的壓力腔組件包括容器和基片保持器組件。該容器限定壓力腔。該基片保持器組件包括設置在壓力腔中的基片保持器，該基片保持器包括適于支撐基片的前表面，以及限定第二腔的外殼。至少一個連接通道提供基片保持器的前表面和第二腔之間的流體連通。當基片安裝在基片保持器的前表面上時，該連接通道適于由基片覆蓋。被動低壓源流體連接到第二腔。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，用于與基片一起使用的壓力腔組件包括容器和基片保持器組件。該容器限定壓力腔。該基片保持器組件包括設置在壓力腔中的基片保持器，該基片保持器包括適于支撐基片的前表面，以及限定第二腔的外殼。限制性的通道提供壓力腔和第二腔之間的流體連通。至少一個連接通道提供基片保持器的前表面和第二腔之間的流體連通。當基片安裝在基片保持器的前表面上時，該連接通道適于由基片覆蓋。低壓源流體連接到第二腔。
根據(jù)本發(fā)明的方法實施例，用于將基片保持到壓力腔中的基片保持器的方法包括在壓力腔中設置第一壓力?；３制鹘M件設置為包括設置在壓力腔中的基片保持器，該基片保持器包括適于支撐基片的前表面，以及限定第二腔的外殼。至少一個連接通道提供基片保持器的前表面和第二腔之間的流體連通?；惭b在基片保持器上，使得基片覆蓋連接通道。在第二腔中設置第二壓力，其比使用被動低壓源的第一壓力要低。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方法實施例，用于將基片保持到壓力腔中的基片保持器的方法包括在壓力腔中設置第一壓力?；３制鹘M件設置為包括設置在壓力腔中的基片保持器，該基片保持器包括適于支撐基片的前表面，以及限定第二腔的外殼。限制性的通道提供壓力腔和第二腔之間的流體連通。至少一個連接通道提供基片保持器的前表面和第二腔之間的流體連通。基片安裝在基片保持器上，使得基片覆蓋連接通道。在第二腔中設置第二壓力，其比第一壓力要低。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于保留流體的壓力腔組件包括限定封閉腔的第一和第二相對可分離的殼體，且流體泄漏通道從該腔延伸到外部區(qū)域。內(nèi)部密封件沿著該泄漏通道設置，以限制流體從該腔流到外部區(qū)域。外部密封件沿著泄漏通道設置在內(nèi)部密封件和外部區(qū)域之間，以限制流體從該腔流到外部區(qū)域。該內(nèi)部密封件是杯形密封件。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，用于保留流體的壓力腔組件包括限定封閉腔的第一和第二相對可分離的殼體，且流體泄漏通道從該腔延伸到外部區(qū)域。內(nèi)部密封件沿著該泄漏通道設置，以限制流體從該腔流到外部區(qū)域。外部密封件沿著泄漏通道設置在內(nèi)部密封件和外部區(qū)域之間，以限制流體從該腔流到外部區(qū)域。該內(nèi)部密封件是杯形密封件。當該腔中的壓力超過外部區(qū)域的壓力時，該內(nèi)部密封件適于限制流體從該腔流到外部區(qū)域。當該腔中的壓力低于外部區(qū)域的壓力時，該外部密封件適于限制流體從外部區(qū)域流到該腔。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于處理基片的壓力腔組件包括限定封閉的壓力腔的壓力容器?；３制髟O置在壓力腔中，且適于保持基片。驅動組件可操作的移動基片保持器。該驅動組件包括連接到基片保持器來用于相對于壓力容器移動基片保持器的第一驅動件，以及與第一驅動件和壓力腔流體隔離的第二驅動件。驅動單元可操作的移動該第二驅動件。該驅動單元與第一驅動件和壓力腔流體隔離。該第二驅動件非機械地連接到第一驅動件，使得該驅動單元可以通過第一和第二驅動件來移動基片保持器。
根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，用于處理基片的壓力腔組件包括限定封閉的壓力腔的壓力容器?；３制髟O置在壓力腔中，且適于保持基片。磁性驅動組件可操作的相對于壓力容器移動基片保持器。
根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，用于處理基片的壓力腔組件包括限定封閉的壓力腔的壓力容器，以及與壓力腔流體連通的外部開口?；３制髟O置在壓力腔中，且適于保持基片。驅動組件可操作的相對于壓力容器移動基片保持器，該驅動組件包括覆蓋壓力腔的外部開口的外殼，使得密封該外部開口。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，壓力腔組件包括壓力容器和防護加熱器組件。該壓力容器限定封閉腔。該防護加熱器組件包括設置在腔中且插置壓力容器的周圍部分與保持容積之間的防護加熱器。該防護加熱器適于控制保持容積的溫度。該防護加熱器與壓力容器的周圍部分絕緣。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，防護加熱器和壓力容器的周圍部分在其間限定絕緣間隙。優(yōu)選的，該絕緣間隙具有至少0.1mm的寬度。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，防護加熱器組件包括一層設置在防護加熱器和壓力容器的周圍部分之間的絕緣材料。優(yōu)選的，該絕緣材料層具有至少0.1mm的厚度。
該防護加熱器組件還包括設置在腔中且插置壓力容器的第二周圍部分與保持容積之間的第二防護加熱器。該第二防護加熱器適于控制保持容積的溫度。該第二防護加熱器與壓力容器的第二周圍部分絕緣。
流體噴桿可以安裝在防護加熱器中。基片保持器可以設置在保持容積中。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于與基片和處理流體的流一起使用的處理腔組件包括容器和噴射部件。該容器限定腔。該噴射部件包括形成在其中的至少一個噴射端口，適于將處理流體的流分配到腔中的基片上。響應于處理流體的流通過至少一個噴射端口流出噴射部件，該噴射部件可操作的圍繞旋轉軸線相對于容器旋轉。
該噴射部件可以包括其中包含分配通道的分配部分，該至少一個噴射端口從分配通道延伸到噴射部件的外部。
該至少一個噴射端口可以相對于旋轉軸線延伸一個角度。優(yōu)選的，該至少一個噴射端口相對于旋轉軸線延伸在大約5到85度之間的角度。
該處理腔組件可以包括多個形成在噴射部件中的噴射端口。
軸承可以插置噴射部件和容器之間，以允許噴射部件和容器之間的相對旋轉。
根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，用于將處理流體的流分配到基片上的噴射部件包括一種包含形成在其中的至少一個噴射端口，且適于將處理流體的流分配到腔中的基片上的噴射部件。響應于處理流體的流通過至少一個噴射端口流出噴射部件，該噴射部件可操作的圍繞旋轉軸線相對于容器旋轉。
該噴射部件可以在其中包括分配通道，該至少一個噴射端口從分配通道延伸到噴射部件的外部。
該至少一個噴射端口可以相對于旋轉軸線延伸一個角度。優(yōu)選的，該至少一個噴射端口相對于旋轉軸線延伸在大約5到85度之間的角度。
該噴射部件可以包括多個形成在噴射部件中的噴射端口。
該噴射部件可以包括桿形分配部分，該至少一個分配端口形成在該分配部分中?；蛘撸搰娚洳考梢园ūP形分配部分，該至少一個分配端口形成在該分配部分中。
根據(jù)本發(fā)明的方法實施例，一種將處理流體應用到基片的方法包括將基片放置在容器的腔中。噴射部件設置為包括形成在其中的至少一個噴射端口。處理流體從該至少一個噴射端口分配到基片上。通過使處理流體的通過至少一個噴射端口流出噴射部件，該噴射部件可以圍繞旋轉軸線相對于容器旋轉。
通過閱讀附圖和下面的優(yōu)選實施例的詳細描述，本領域中的普通技術人員會理解本發(fā)明的目的，這樣的描述指示本發(fā)明的示例。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的設備的框圖；圖2是形成圖1的設備的一部分的化學品供給/調節(jié)系統(tǒng)的框圖；圖3是形成圖1的設備的一部分的替換化學品供給/調節(jié)系統(tǒng)的框圖；圖4是形成圖1的設備的一部分的再一種替換化學品供給/調節(jié)系統(tǒng)的框圖；圖5是形成圖1的設備的一部分的替換再循環(huán)系統(tǒng)的框圖；圖6是形成圖1的設備的一部分的再一種替換再循環(huán)系統(tǒng)的框圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的實施例的供給/恢復系統(tǒng)的框圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的實施例的壓力腔組件在封閉位置中的截面圖；圖9是圖8的壓力腔組件在打開位置中的截面圖；圖10是形成圖8的壓力腔組件的一部分的上部防護加熱器的截面圖；圖11是圖10的上部防護加熱器的頂部平面圖；圖12是圖10的防護加熱器的底部平面圖；圖13是形成圖8的壓力腔組件的一部分的下部防護加熱器的截面圖；圖14是圖13的下部防護加熱器的底部平面圖；圖15是圖8的壓力腔組件的放大截面片斷圖；圖16是形成圖8的壓力腔組件的一部分的杯形密封件的透視圖；圖17是圖16的杯形密封件的片斷透視圖；圖18是根據(jù)本發(fā)明的還有一個實施例的壓力腔組件的截面圖；圖19是根據(jù)本發(fā)明的還有一個實施例的壓力腔組件的截面圖；圖20是形成圖19的壓力腔組件的一部分的卡盤的頂部平面圖；圖21是圖20的卡盤的底部平面圖；圖22是圖20的卡盤沿著圖21的線22-22截取的截面圖；圖23是根據(jù)本發(fā)明的還有一個實施例的壓力腔組件的截面示意圖；圖24是形成圖23的壓力腔組件的一部分的卡盤的頂部平面圖；圖25是圖24的卡盤沿著圖24的線25-25截取的截面圖；圖26是根據(jù)本發(fā)明的還有一個實施例的壓力腔組件的截面圖；圖27是形成圖26的壓力腔組件的一部分的噴射部件的底部視圖；圖28是圖27的噴射部件沿著圖27的線28-28截取的截面圖；以及圖29是根據(jù)本發(fā)明的還有一個實施例的噴射部件的底部平面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考附圖來更全面地描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。然而，本發(fā)明可以以很多不同的方式體現(xiàn)，且不應該理解為限制于這里闡述的實施例；相反，提供這些實施例，使得該公開物全面和完整，且將本發(fā)明的范圍完全傳達給本領域中的普通技術人員。
本發(fā)明總的涉及，尤其是，在制造集成電路、微電子器件、MEM、MEOM和光電器件期間或者之后對微電子基片(諸如半導體基片)清洗或者處理。表面污染物和顆粒的去除是集成電路制造過程中的關鍵步驟。在制造過程中有許多清洗步驟(通常稱為“清洗”)。不同類型的清洗包括擴散前清洗、前端制程灰燼后清洗、后端制程蝕刻后清洗、金屬沉積前清洗、前端制程等離子帶、后端制程清洗/帶、離子注入后清洗，以及化學機械平坦化(CMP)后清洗。在制造過程中有許多的顆粒和污染物類型和來源。這些顆粒和污染物可以是分子的、離子的、原子的或者氣態(tài)的種類。該來源可以是固有的(例如，抗蝕劑的再沉積)或者該過程(例如，晶片輸送)外來的。
從Al/SiO2轉移到Cu/低介電常數(shù)的互連系統(tǒng)的轉移提出了使用本發(fā)明的方法和設備可以有效地處理的新的挑戰(zhàn)。例如，轉變到Cu的一個主要問題在于當暴露到氧化環(huán)境時，Cu容易腐蝕，因為Cu沒有Al的自我鈍化的性能。在雙鑲嵌結構的清潔期間的Cu腐蝕會導致高接觸阻抗、底切和絕緣層的剝落，從而減小了電路產(chǎn)量。另外的關注聚集在使用低介電常數(shù)材料的傳統(tǒng)清洗的化學相容性。例如，已經(jīng)證明，來自OSG的胺化學氣體，以及其它無機旋壓絕緣膜引起中毒。本發(fā)明的方面可以處理目前這些新的互連系統(tǒng)的有挑戰(zhàn)性的清潔。
參考圖1，其中顯示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的設備10。如所示的，該設備10適于清洗晶片基片5的表面。然而，本領域中的普通技術人員從這里的描述會理解，此后描述的設備和方法的各種特征和方面可以用來清洗或者另外處理晶片或者其它類型的基片或者工件。此外，本領域中的普通技術人員從這里的描述會理解，如果合適，如下描述的各種部件和步驟可以省略或者用其它(例如，傳統(tǒng)的)的部件或者步驟來替代。
例如，晶片5可以是半導體材料的晶片，諸如硅、氧化硅、砷化鎵等。晶片5具有大致平的工作面5A和相對的大致平的背部面5B。連續(xù)的或者不連續(xù)的廢料層設置在工作表面5A上。該廢物層可以是一層光致抗蝕劑、反應的離子蝕刻剩余物、化學機械磨光剩余物，或者離子注入后剩余物。在前述層中的廢料可以包括無機或者有機污染物，諸如基于聚苯乙烯、丙烯酸、酚醛清漆、環(huán)烯馬林酐樹脂的聚合物；基于氟、氯、溴或者碘離子的蝕刻剩余物；以及具有諸如氧化劑、緩沖劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑、鈍化劑、絡合劑、耐蝕劑或者其它試劑之類的其它普通漿料助劑的包含硅石或者氧化鋁研磨劑的漿料剩余物?？梢允褂迷撛O備來清潔或者另外處理的其它類型的工件包括，例如，MEM、MEOM、光電器件和3-D微/納結構。
設備10包括流體/壓力控制系統(tǒng)100、再循環(huán)系統(tǒng)200、供給/恢復系統(tǒng)300、壓力腔組件400和基片處理系統(tǒng)500(圖8)。壓力腔組件400包括壓力腔410。如下更詳細地的討論的，晶片5保持在壓力腔410中用于處理。流體/壓力控制系統(tǒng)100調節(jié)和將一種化學品或者多種化學品(也稱為添加劑或者調節(jié)劑)、二氧化碳(采用液體、氣體和/或臨界流體(ScCO2))，和/或化學品和二氧化碳的混合物供給到晶片5的工作面5A?；幚硐到y(tǒng)500保持晶片5，且選擇性地將晶片5移動到有利于均勻清洗。再循環(huán)系統(tǒng)200可以用來過濾處理流體，且將處理流體返回到壓力腔410。供給/恢復系統(tǒng)300供給處理流體，且可以用來清洗處理后的流出物，以及選擇性地將流出物的一部分(通常，恢復的二氧化碳)返回，以在設備10中進一步使用。
更詳細地介紹流體/壓力控制系統(tǒng)100，該系統(tǒng)100包括包含高壓二氧化碳的罐T1。根據(jù)使用設備10要執(zhí)行的過程，在罐T1中的二氧化碳的壓力最好在大約400psi和4000psi之間。罐T1的體積最好是壓力腔410的體積的至少5倍。溫度控制裝置可操作地連接到罐T1。該溫度控制裝置例如可以是溫度傳感器和加熱線圈或者探頭或者熱交換器。根據(jù)使用設備10要執(zhí)行的過程，在罐T1中的二氧化碳的溫度最好在大約0℃和90℃之間。該二氧化碳可以是液體、氣體或者臨界相。
多個輸出管路L3、L4和L5流體連接到罐T1。在期望從罐T1供給液體二氧化碳的情況下，管路L3、L4和L5最好從罐T1的下部引出(例如，通過下面出口或者汲取管)。輸出管路L3、L4和L5將罐T1流體連接到化學品供給/調節(jié)系統(tǒng)120(在圖1中示意性地示出，且在下面更詳細地描述)、供給管路L1和供給管路L2。閥門V1、V2和V3設置為分別控制在管路L3、L4和L5中的流量。
多個化學品供給S1、S2、S3流體連接到系統(tǒng)120。每個供給S1、S2、S3可以包括單一的化學品或者多種相容的化學品，其在各供給S1、S2、S3處或者上游組合。這些供給可以包括設置在合適的容器中的各化學品。如果可行，這些容器最好處于大氣壓，以允許方便地再填充。
由供給S1、S2、S3提供的化學品可以包括，例如水；諸如過氧化物或者高錳酸鹽之類的氧化劑；諸如氟化氫的、硫的和氮的之類的酸；諸如仲胺和叔胺之類的堿；氫氧化銨；諸如有機碳酸酯、內(nèi)酯、酮、醚、酒精、亞砜、硫醇和烷之類的溶劑；諸如包括氟化段和親水或者親脂性的段的塊狀共聚物或者隨機共聚物之類的表面活性劑；具有硅氧烷基成分和親水或者親脂性成分的表面活性劑；傳統(tǒng)的離子的和非離子的烴基表面活性劑；以及諸如氫氧化銨和膽堿之類的鹽。不相容的化學品是當相互結合或者暴露時容易以阻礙該過程和/或損壞或者過度污染設備10或者晶片5的方式相互反應的化學品。不相容的化學品的例子包括酸和堿。
在每個供給S1、S2、S3中可以設置高度傳感器，以指示需要再填充和/或提供在過程中使用的化學品的度量?？梢栽O置諸如加熱線圈或者封套之類的裝置來控制供給的溫度。在每個供給S1、S2、S3中可以設置混合裝置。
如下更詳細地討論，系統(tǒng)120可操作的提供一個或者多個受控的化學品(具有或者沒有二氧化碳)體積，這些體積可以由系統(tǒng)120調節(jié)。供給管路L1和L2每個流體連接到系統(tǒng)120，以接收化學品的體積或者多個體積。供給管路L1流體連接到預壓力腔410流體連通的噴嘴191。供給管路L2流體連接到壓力腔410中的噴射部件190。過濾器F1和F2分別設置在供給管路L1和L2中。最好，且如所示的，過濾器F1和F2位于供給到供給管路L1和L2的所有管路的下游。
真空管路L16流體連接到壓力腔410。真空單元P1可操作地通過管路L16將壓力腔410抽成完全或者部分真空。真空單元P1可以是泵，或者通過連續(xù)地操作真空泵總是保持在真空或者接近真空的一個或者多個罐。真空罐的優(yōu)點在于，當出現(xiàn)晶片處理時，壓力腔410可以被更加快速地抽空，且罐可以被再抽空。如果使用多個真空罐，它們可以分階段操作，以在更短的時間內(nèi)產(chǎn)生壓力腔410中的更大真空。
真空單元P1可以有利地處理引入系統(tǒng)中的空氣(或者周圍氣體)。在每批步驟中，壓力腔410可以打開和關閉來插入和/或取出基片。在壓力腔410打開期間，該腔可以充滿周圍氣體(通常為空氣)。使用真空單元P1的主動控制和處理可以用來防止周圍空氣的介入隨著時間的流逝而在處理流體(假設完成了一定程度處理流體的再循環(huán))中增加。
循環(huán)管路L6流體連接到壓力腔410和系統(tǒng)120。優(yōu)選的，管路L6從壓力腔410的下部引出。
第二氣體供給罐T2流體連接到壓力腔410，在它們之間設置有可控制的閥門V15。優(yōu)選的，該第二氣體具有比二氧化碳更高的飽和蒸汽壓。優(yōu)選的，該第二氣體是惰性氣體。更優(yōu)選的，該第二氣體是氦氣、氮氣或者氬氣。
脈沖部件可變體積的裝置或者脈沖發(fā)生器102可以流體連接到壓力腔410。脈沖發(fā)生器102包括腔102B和在腔102B中可移動的加壓件102A。該脈沖發(fā)生器102可操作地使壓力腔410中的壓力產(chǎn)生快速下降和/或增加(即，脈沖)。優(yōu)選的，加壓件102A掃過的體積是壓力腔410的體積的大約0.1到5倍。優(yōu)選的，脈沖發(fā)生器102適于以大約1循環(huán)/10秒到50循環(huán)/秒之間的速度提供壓力脈沖循環(huán)。優(yōu)選的，脈沖發(fā)生器102適于減小和/或增加壓力腔410中的壓力至少100psi，更優(yōu)選的在大約300psi和1500psi之間。
該脈沖機構可以是任何合適的機構，例如包括連接到線性致動器、旋轉軸和連接桿的活塞、通過外部電動線圈可移動的磁活塞，和/或電動、氣動或者液壓驅動的活塞或者隔膜。在液壓或者氣動系統(tǒng)中，脈沖機構可以通過閥門組來成對，以快速地接收和釋放壓力到隔膜的非處理側，從而移動活塞或者隔膜。在一個實施例中，高壓罐T1和諸如T2之類的低壓容器可以流體連接來為脈沖機構(活塞或者隔膜)提供原動力。
可以加入合適的閥門組(沒有顯示)，使得脈沖腔102B從一個路徑填充，在該路徑中的閥門可以關閉，且其后通過包括過濾器的第二路徑可以將流體驅回壓力腔410。通過噴射部件190，第二路徑可以將返回流體供給到壓力腔410。如果使用活塞，多個路徑可以用來防止將剛從晶片去除的污染物或者在脈沖腔中產(chǎn)生的顆粒再引入。
雖然脈沖發(fā)生器102所示為連接到壓力腔410的底部，但是脈沖發(fā)生器102可以從壓力腔410的任何高度引出。具體地，當用來促進在壓力腔410中利用兩相(液體/氣體)處理流體的過程時，或者用來影響鄰近晶片的流體和顆粒流時，可以期望將脈沖發(fā)生器102構造為從上部引出?？梢杂欣貜幕砻?垂直地)快速地去除流體，而不是像底部噴嘴那樣橫過(平行)晶片表面來去除流體。可以使用相對大的脈沖腔來使得顆?？梢詮木砻嫒コ?，且還可以使得顆粒很好地從晶片運送走，以防止再沉積。還可以使用相對大的脈沖腔來使得相通過兩相變化，諸如從臨界相到液體到氣體。
輸出管路L10和閥門V6設置為選擇性地排放壓力腔410到較低的壓力區(qū)域，諸如排放到如下所述的低壓罐T2、流體轉移裝置(例如，泵)，或者大氣。來自壓力腔410的廢物排放可以排放到低壓區(qū)域。
除了允許從壓力腔410去除廢物以外，管路L10和閥門V6可以協(xié)力與高壓罐T1一起使用，以在壓力腔410中產(chǎn)生壓力脈沖。這可以通過使用罐T1(即，通過控制一個或者多個閥門V1、V2、V3和/或其它閥門來提供罐T1和壓力腔410之間的開路)，關閉閥門V6來增加壓力腔410中的壓力，然后通過打開閥門V6來快速下降壓力腔410中的壓力來實現(xiàn)。廢物排放可以到達低壓罐，例如罐T2。該順序可以根據(jù)需要來重復。
化學品供給/調節(jié)系統(tǒng)化學品供給/調節(jié)系統(tǒng)120可操作的將來自供給S1、S2、S3(可以使用更多或者更少供給)的化學添加劑的選定的流或者量提供到壓力腔410。此外，系統(tǒng)120可操作的選擇性地控制壓力、溫度和多種化學品或者化學品/二氧化碳的流量。根據(jù)本發(fā)明，某些替代結構可以用于系統(tǒng)120，如下所述。從這里的描述可以理解，公開的實施例的各個方面和特征可以省略或者與這些實施例的其它方面和特征結合或者被這些實施例的其它方面和特征替代。
參考圖2，化學品供給/調節(jié)系統(tǒng)120A連同設備10的某些相關部分一起示意性的顯示。在大致環(huán)境壓力下，流體轉移裝置P3選擇性地將來自供給S1的化學品流體(“第一流”)的重力流引入或者允許進入到容器R1。高度測量裝置122測量容器中的流體的體積，從而測量要被輸送到壓力腔410中的化學品的體積。流體轉移裝置P3還可以通過計量通過裝置P3的流量來確定在容器R1中的流體的體積。此后，在容器中的化學添加劑可以在重力的作用下通過調節(jié)單元C1(如下所述)、過濾器F1和管路L1排放到壓力腔410中。
或者，通過操作閥門V1A，來自罐T1的二氧化碳(例如，臨界二氧化碳(ScCO2)、液體二氧化碳，或者壓縮的液體二氧化碳或者氣體二氧化碳)可以通過管路L3A輸送到容器R1。從而添加劑和二氧化碳的加壓混合物通過單元C1、過濾器F1和管路L1輸送到壓力腔410。
進一步參考圖2，系統(tǒng)120A適于將包含化學品的處理流體的第二流輸送到壓力腔410，該第二流包括來自與供給S1不相容的供給S2的化學品。系統(tǒng)120A為第二流提供流路，其與第一流使用的流路分離。該第二流路包括相應于元件P3、R1、122和C1的元件P4、R2、122和C2。
以如上所述的相同方式，第二流可以只是化學品流(即，沒有二氧化碳)，其通過P4移動到容器R2，然后通過調節(jié)單元C2、過濾器F2和管路L2到達壓力腔410?；蛘?，通過操作閥門V1B，來自罐T1的二氧化碳可以通過管路L3B引入容器R2，使得添加劑/二氧化碳在壓力下輸送到壓力腔410。
圖2還示出了使用循環(huán)管路L6來通過使用P4或者壓差從壓力腔410將處理流體返回到容器R2。返回的流體可以與第二流再緩和，以在過程中再使用。在管路L6中可以設置另一個過濾器(沒有顯示)。
參考圖3，其中示出了根據(jù)本發(fā)明的還有一個實施例的化學品供給/調節(jié)系統(tǒng)120B。系統(tǒng)120B特別適于輸送氣體化學品。系統(tǒng)120B相應于系統(tǒng)120A，除了省略了容器R1、R2，且高壓二氧化碳通過管路L3A、L3B和閥門V1A、V1B直接到達調節(jié)單元C1、C2。通過操作流體轉移裝置P3(或者P4)，系統(tǒng)120B可以通過調節(jié)單元C1(或者C2)和過濾器F1(或者F2)將添加劑S1(或者S2)注入壓力腔410?；蛘撸邏憾趸伎梢约尤肭遗c各調節(jié)單元C1、C2中的化學品S1或者S2混合。在這樣的情況下，輸送到壓力腔410的化學品的體積可以通過計量通過流體轉移裝置P3(或者P4)的化學品的流量，或者測量供給容器S1或者S2中的體積變化來測量。也可以控制化學品和/或二氧化碳到調節(jié)單元C1和C2的流速，以獲得在輸送到腔410流中的二氧化碳相對于化學品的需要的比例。
參考圖4，其中示出了根據(jù)本發(fā)明的還有一個實施例的化學品供給/調節(jié)系統(tǒng)120C。該系統(tǒng)120C包括流體轉移裝置P5，其可操作的選擇性地交替從每個供給S1和S2，以及來自罐T1的高壓二氧化碳的供給(通過管路L3A和閥門V1A)抽取。裝置P5促使選擇的化學品通過調節(jié)單元C3和過濾器F1和F2中的一個或者兩個(根據(jù)閥門V9和V10的操作)，使得流體最終在壓力下注入到壓力腔410中。可選擇地，通過使用管路L3B和閥門V1B將二氧化碳引入調節(jié)單元C3，來自罐T1的二氧化碳可以加入到選擇的化學品。為了防止不相容的化學品S1、S2的混合，來自罐T1的二氧化碳(優(yōu)選的，純ScCO2)通過管路L3A引入到與流體轉移裝置P5齊平，且到壓力腔410的剩余流路由兩個化學品流共享。
再循環(huán)系統(tǒng)再循環(huán)系統(tǒng)200包括流體連接到壓力腔410的下部的輸出管路L7。管路L8和L9依次流體連接到L7，且還分別流體連接到過濾器F1和F2上游的供給管路L1和L2。流體轉移裝置P2可操作的從壓力腔410抽取流體，且促使流體通過管路L8和L9，且最終回到壓力腔410。該再循環(huán)流體流可以與管路L1和L2中的其它流體流(例如，來自系統(tǒng)120和/或來自管路L3或者L4)結合。閥門V4和V5設置在管路L8和L9中。
再循環(huán)系統(tǒng)200可以用來提供到晶片表面的額外的流體機械作用，而不要求額外地去除二氧化碳和/或化學品以及引入新的二氧化碳和/或化學品。此外，再循環(huán)系統(tǒng)200可以用來在清洗過程期間連續(xù)地清洗(例如，過濾、蒸餾或者通過密度調節(jié)分離成分)處理流體。
在圖5中顯示了根據(jù)本發(fā)明的一種替換再循環(huán)系統(tǒng)200A。系統(tǒng)200A包括輸出管路L14。返回管路L15和L16分別將管路L14流體連接到壓力腔410中的再循環(huán)噴嘴193和噴射部件190。流體轉移裝置P6可操作的促使來自壓力腔410的流體通過過濾器F3，且通過噴嘴193和/或噴射部件190返回壓力腔410。閥門V7和V8設置為可以將流體交替輸送到噴射部件或者再循環(huán)噴嘴，且防止通過噴嘴193的非預期的回流。
在圖6中顯示了根據(jù)本發(fā)明的還有一種替換再循環(huán)系統(tǒng)200B。系統(tǒng)200B包括通過轉移系統(tǒng)242將壓力腔410流體連接到蒸餾器243(具有加熱元件245)的輸出管路L30。轉移系統(tǒng)242將來自壓力腔410的廢物流從其初始狀態(tài)(即，液體、壓縮液體或者臨界流體)轉化為液體。優(yōu)選的，該轉移系統(tǒng)242還適于防止來自蒸餾器243的流體的回流到壓力腔410。為此，轉移系統(tǒng)242可以包括一個或者多個關閉閥門和/或單向/止回閥門。
如果來自壓力腔410的廢物流是液體，那么該轉移系統(tǒng)242不需要改變該流體，或者只需要改變流體的溫度(例如，使用加熱器或者冷卻器)。如果來自壓力腔410的廢物流是壓縮液體，那么該轉移系統(tǒng)可以提供壓力降低(例如，通過彎曲的通路、孔或者控制閥門)。轉移系統(tǒng)242還可以包括溫度改變元件。如果來自壓力腔410的廢物流是臨界流體，那么最好具有上述的壓力降低以及溫度改變步驟。在這樣的情況下，可能需要或者期望冷卻流體，以越過相譜的2相液體/氣體區(qū)域。
一旦處于液體狀態(tài)，在蒸餾器243中沸騰/蒸餾流體，以將流體分離成兩種成分較輕的成分，其主要是二氧化碳氣體，以及較重的部分，其主要是添加劑化學品和夾帶的污染物。該較重的成分可以輸送到(例如通過重力)循環(huán)/處理系統(tǒng)244。
二氧化碳氣體(較輕的)流通過管路L31引導到熱交換器246，其中二氧化碳氣體轉化(通過溫度和壓力的操作)為處理流體的條件(即，液體、壓縮的液體或者臨界流體)。如果流體的開始條件是液體，該交換器可以包括連接到加熱裝置的傳熱線圈247，使得將來自冷凝流體的熱量傳導到蒸餾器243。二氧化碳可以通過過濾、吸附、吸收、隔膜分離、物理分離(例如，離心力)或者靜電分離來額外地清洗。然后，調節(jié)的二氧化碳可以提供回來，以額外地處理基片或者處理隨后的基片。額外的化學品可以加入到該到來的流體(例如，在混合容器248處)。
蒸餾再循環(huán)系統(tǒng)200B可以用來提供通過壓力腔410的連續(xù)的或者間歇的處理流體流。該質量流可以通過將顆粒從晶片5輸送離開(例如，防止在晶片上再沉積)和/或在晶片表面上提供機械作用(攪動)來用于輔助清洗過程。該質量流可以被過濾或者另外調節(jié)。該質量流可以通過在蒸餾器243中的增加熱來完全驅動，使得不需要泵或者其它可能產(chǎn)生顆粒的機械裝置。多個轉移系統(tǒng)242、蒸餾器243、熱交換器246可以用來提供增加的連續(xù)流。
每個再循環(huán)系統(tǒng)200、200A、200B可以用來提供通過壓力腔410的質量流，而不從該過程回路損失處理流體(除了相對小量的添加劑和顆粒被從處理流體流過濾或者蒸餾掉)。此外，每個再循環(huán)系統(tǒng)200、200A可以用來提供通過壓力腔410的質量流，而不改變處理流體的化學成分。
如圖1-5所示，過濾器F1、F2以及過濾器F3最好適于提供至少在10nm(如在納米級)到50微米范圍之間的顆粒的過濾。合適的過濾器可以包括燒結的過濾器、袋型的過濾器、磁性過濾器、靜電過濾器和/或它們的組合。優(yōu)選的，如在所示的實施例中，每個到壓力腔410中的流體流通路具有過濾器作為其在壓力腔410之前的最終的元件。特別地，用于將流體輸送到壓力腔410的所有閥門和流體轉移裝置設置在至少一個過濾器的上游。
調節(jié)單元C1、C2、C3可以包括用于混合添加劑的化學品或者用于混合添加劑和二氧化碳(當存在時)來促進添加劑的均勻性和溶劑化的裝置。該調節(jié)單元還可以包括用于控制添加劑或者添加劑/二氧化碳的溫度的裝置。合適的混合裝置或者過程包括機械混合器和流動混合。溫度控制例如可以使用探頭、內(nèi)部線圈、元件和/或外部封套來獲得。例如可以使用電加熱器或者流體熱交換器。
流體轉移裝置P3、P4、P5最好能夠精確地和一致地計量流體的流量。合適的裝置例如可以包括隔膜泵、注射泵或者活塞泵。
雖然這里示出了和描述了具體的裝置，但是本領域中的普通技術人員會明白，可以進行與本發(fā)明一致的各種改進。例如，在系統(tǒng)120A(圖2)中，循環(huán)管路L6可以供給到流體轉移裝置P3，使得來自管路L6的流引導到管路L1。可以設置閥門組(沒有顯示)來允許為每個流路選擇供給管路(即，L1或者L2)，使得例如來自供給S1的化學品(具有或者沒有二氧化碳)可以根據(jù)需要引導到噴射部件190和噴嘴191中的任何一個或者兩個。設備10可以包括一個或者多個化學品供給通道，其包括管路內(nèi)容器(即，如在系統(tǒng)120A中)和/或一個或者多個平行化學品供給通道，其直接注入(即，如在系統(tǒng)120B中)和/或一個或者多個平行化學品供給通道，其用作交替的供給(即，如在系統(tǒng)120C中)。額外的過濾器、流體轉移裝置、容器、調節(jié)單元和閥門組可以根據(jù)需要設置，以提供額外的適應性。
清洗/脈沖過程設備10可以用來執(zhí)行較寬范圍的過程，其中，在壓力腔410中的晶片5經(jīng)歷流體流、水池和大氣，包括在各種狀態(tài)下(例如，液體、氣體、臨界流體)的化學添加劑、二氧化碳和它們的混合物。這樣的過程可以用來清洗或者另外處理(例如，涂覆)晶片表面5A。例如，設備10可以用來執(zhí)行如下共同擁有的美國專利申請的中公開的方法，其公開物在此通過整體參考來引用1.美國專利申請序列號No._________；發(fā)明人James P.DeYoung，James B. McClain，Michael E.Cole，和David E.Brainard；2001年9月13日提交；以及題為“Methods for CleaningMicroelectronic Structures with Cyclical PhaseModulation(Attorney Docket No. 5697-45IP)”；2.美國專利申請序列號No._________；發(fā)明人James P.DeYoung，James B.McClain，Stephen M.Gross，和Joseph M.DeSimone；2001年9月13日提交；以及題為“Methods for CleaningMicroelectronic Structures with Aqueous Carbon DioxideSystems(Attorney Docket No. 5697-45IP2)”；3.美國專利申請序列號No._________；發(fā)明人James P.DeYoung，James B.McClain，和Stephen M.Gross；2001年9月13日提交；以及題為“Methods for Removing Particles from MicroelectronicStructures(Attorney Docket No. 45IP3)”；4.美國專利申請序列號No._________；發(fā)明人James P.DeYoung，James B.McClain，和Stephen M. Gross；2001年9月13日提交；以及題為“Methods for the Control of Contaminants FollowingCarbon Dioxide Cleaning of Microelectronic Structures(Attorney Docket No. 5697-45IP4)”；下面的是可以根據(jù)本發(fā)明實踐的典型的過程。優(yōu)選的，閥門組、流體轉移裝置和傳感器可操作地連接到計算機化的控制器，以根據(jù)需要提供反饋和控制，來執(zhí)行需要的處理步驟。
晶片5插入壓力腔410，且通過諸如粘合劑或者夾子之類的任何合適的裝置來固定到卡盤510。更具體的，晶片5以下面關于晶片保持器組件520(圖19)和550(圖23)所描述的方式中的一種固定到卡盤。此后，關閉和封閉壓力腔的門。
壓力腔410中的空氣和任何其它氣體使用真空單元P1通過管路L16從壓力腔410排出。
可選擇的，來自一個或者多個供給S1、S2、S3的化學品可以在加壓壓力腔410以前使用化學品供給/調節(jié)系統(tǒng)120來供給到晶片。
壓力腔410此后用來自高壓罐T1的二氧化碳加壓(最好是液體二氧化碳或者ScCO2)。優(yōu)選的，壓力腔410加壓到至少400psi的壓力；以及更加具體的，在大約800psi和3000psi之間。此外，在壓力腔410中的大氣維持在選定的溫度(最好在大約10℃和80℃)，例如，使用如下所述的防護加熱器。
一旦壓力腔410加壓到選定的壓力，密相二氧化碳通過管路L2循環(huán)到噴射部件190和/或噴嘴191。噴射部件將密相二氧化碳引導到晶片表面5A?？蛇x擇的，來自一個或者多個供給S1、S2、S3的化學品，具有或者沒有液體或者臨界二氧化碳混合其中，可以使用化學品供給/調節(jié)系統(tǒng)120供給到晶片。
然后，脈沖發(fā)生器102和/或高壓罐T1以及閥門V6用來實行循環(huán)相調整(CPM)。更具體的，脈沖發(fā)生器102和/或高壓罐T1以及閥門V6操作(通過處理流體的合適溫度控制)為執(zhí)行液體、臨界和氣體狀態(tài)之間的相變。優(yōu)選的，在臨界和液體狀態(tài)之間以循環(huán)的方式執(zhí)行相變。例如，執(zhí)行如在共同擁有的美國專利申請序列號No._________；發(fā)明人James P.DeYoung，James B. McClain，Michael E.Co1e，和David E. Brainard；2001年9月13日提交；以及題為“Methods for Cleaning Microelectronic Structures withCyclical Phase Modulation(Attorney Docket No. 5697-45IP)”中公開的CPM過程，其公開物在此通過整體參考來引用。
在CPM循環(huán)期間，二氧化碳或者具有化學品的二氧化碳可以通過噴射部件190應用到晶片5。來自壓力腔410的流體和顆粒物質可以從壓力腔410去除，且通過再循環(huán)系統(tǒng)200或者200A局部再循環(huán)和/或通過管路L6和系統(tǒng)120再循環(huán)。
處理流體(密相二氧化碳、添加劑和廢物)通過管路L10從壓力腔410去除。如下所述，二氧化碳可以從壓力腔410回收到循環(huán)罐。過程通道(包括壓力腔410)可以用來自罐T1的純液體或者臨界二氧化碳沖刷一次或者多次。
前面的選擇性地將一種或者多種化學品S1、S2、S3應用到晶片(具有或者沒有二氧化碳)，執(zhí)行CPM和去除處理流體的步驟可以根據(jù)需要重復。最終的CPM循環(huán)以后，處理流體被去除，且選擇性的，沖洗流體(例如，聯(lián)合溶劑或者表面活性劑)從供給S1、S2、S3分配到晶片5上(最好在來自噴射部件190的壓力)。
壓力腔410和過程通道(包括再循環(huán)通道)此后用來自罐T1的ScCO2沖刷，以去除添加劑和剩余的殘余物。如果不使用沖洗流體，那么純二氧化碳(液體或者臨界)流體用來從基片去除添加劑和剩余的污染物。沖刷的密相二氧化碳可以再循環(huán)，但是最終通過管路L10去除。晶片5和壓力腔410的最終沖洗最好使用純液體或者臨界二氧化碳來執(zhí)行。
此后，解壓壓力腔410，且去除晶片5。
優(yōu)選的，設備10可操作的將來自噴射部件190的處理流體在至少400psi的壓力下，且更加優(yōu)選的在大約800psi和3000psi之間的壓力下施加到晶片表面上。該過程可以包括使用噴射部件190將處理流體施加到晶片，使得噴射部件190相對于晶片旋轉。噴射部件(例如，噴射部件190或者噴射部件602)和卡盤(例如，卡盤510、522或者552)的任何一個或者兩個都可以被可旋轉地驅動。
此外，通過經(jīng)由供給噴嘴(例如，噴嘴191)將處理流體供給到腔410，同時通過一個或者多個輸出管路(例如，管路L7、管路L10、管路L11和/或管路L6)去除處理流體，處理流體的流可以跨過晶片5來提供。優(yōu)選的，設備10可操作的在至少2gpm的速度下通過腔410提供這樣的流。
如上所述，該過程可以包括同時脈沖包含處理流體的二氧化碳的密度，且將處理流體噴射到晶片5上。同樣，如果使用脈沖發(fā)生器102來實現(xiàn)相調整，那么通過腔410的處理流體的流可以同時設置為密度調整。晶片5和/或噴射部件190可以同時旋轉。
在包括應用化學品的上述步驟中的每一步中，化學品可以是任何合適的化學品。具體的，可以理解，這些化學品可以包括聯(lián)合溶劑、表面活性劑、反應物、螯合掩蔽劑和它們的組合。注意，化學品供給系統(tǒng)120的分離的流路和/或沖刷裝置可以用來安全和有效地將不相容的化學品加入腔410。
該設備可以將不同狀態(tài)(例如，液體、氣體、臨界)的處理成分輸送到腔410，且可以允許在不同狀態(tài)下的成分在腔410中共存。該設備可以提供加熱的二氧化碳氣體(例如，來自罐T1)來排放或者沖刷來自清洗腔的處理成分，用于使用液體二氧化碳的清洗步驟?；蛘?，該設備可以輸送來自第二氣體罐T3的第二氣體，諸如氦、氮或者氬，以在清洗步驟期間替換處理流體，且在清洗步驟期間，當液體或者臨界二氧化碳用作主要處理流體時，先于沖刷步驟。該設備還可以在比主要處理流體的溫度更高的溫度下，但是密度比主要處理流體的密度低的情況下提供加熱的ScCO2(例如，臨界二氧化碳)用來在清洗步驟后，但是在沖刷步驟前替換處理流體，用于使用ScCO2的清洗步驟。
供給/恢復系統(tǒng)供給/恢復系統(tǒng)300適于供給和/或恢復和再供給二氧化碳和/或化學品到清洗過程。隨著過程的進行，一些二氧化碳會損失。該過程可以包括分批循環(huán)，其中，壓力腔410隨著基片連續(xù)地加壓和減壓很多次(例如，晶片移動通過基于二氧化碳的處理設備)。例如，當壓力腔打開來去除和更換晶片時，一些二氧化碳會損失到大氣中。一些二氧化碳會在從系統(tǒng)排放的廢物流中從系統(tǒng)損失。二氧化碳的相當大的量被污染或者另外不適于或者可能不適于進一步再循環(huán)通過過程回路。為此，必須提供附加的二氧化碳源來補充從該過程損失的二氧化碳。此外，可以期望再循環(huán)二氧化碳以及化學品，以在設備10或者其它地方再使用。
庫存二氧化碳供給參考圖7，供給/恢復系統(tǒng)300包括二氧化碳庫存供給312。該供給312例如可以是在一個或者多個液體鋼瓶、低于室溫液體的瓶，或者低于室溫液體的批量供給系統(tǒng)中供給的二氧化碳。存儲方法最好允許供給液體或者氣體的二氧化碳。
供給312流體通過管路L17連接到處理腔410，其設置有閥門V11，以控制進入壓力腔410的流量。優(yōu)選的，采用系統(tǒng)300，使得來自供給的二氧化碳可以在需要的壓力下(最好在大約15和50psig之間)直接輸送到(即，沒有任何流體轉移裝置、加壓罐或者類似物的幫助)壓力腔410中。該供給312可以來自氣體或者液體源。
如通常分類為工業(yè)和商業(yè)使用(例如，食品加工，諸如飲料的碳酸化和冷凍干燥，pH控制，或者干冰)的二氧化碳對于處理微電子晶片不夠清潔。通常，這樣的二氧化碳供給包括污染物，諸如有機材料、其它氣體、水和顆粒物質。因比，系統(tǒng)300可以包括供給312和壓力腔410之間的凈化單元D1。該凈化單元D1可操作的凈化二氧化碳供給到必要的超高清潔和純度。這樣，凈化單元D1使得可以有效地使用食品級或者工業(yè)級二氧化碳，從而允許使用現(xiàn)有的二氧化碳供給鏈和分配鏈。
凈化單元D1可以包括一個或者多個下面的方法，用于過濾氣體或者液體二氧化碳1.蒸餾二氧化碳可以從氣體供給或者供給的氣體部分汲取。液體二氧化碳可以被汲取、沸騰、重新定位到收集體積和再冷凝；2.過濾；3.隔膜分離(優(yōu)選的，成對蒸餾)；以及4.吸收/吸附(例如，基于吸引力或者分子尺寸的捕獲)。
還可以通過將額外的二氧化碳引入下面討論的蒸汽回收器單元320來將二氧化碳輸送到該過程(更優(yōu)選的，輸送到壓力腔410)。優(yōu)選的，該額外的二氧化碳首先使用相應于凈化單元D1的凈化單元來凈化。
廢物流處理如上關于該過程的討論中所述，在不同的時候(通常包括每次操作的末端)，處理流體可以通過管路L10從壓力腔410去除。這樣的流體可以包括液體、氣體或者臨界二氧化碳、化學品和各種污染物(例如，從晶片去除的顆粒)。
該系統(tǒng)300包括低壓罐T2，以接收從壓力腔410去除的廢物流。罐T2最好維持在大約環(huán)境壓力和3000psi之間的壓力。罐T2的體積最好是壓力腔410的體積的至少5倍。
不同的成分可以排放到罐T2，在這樣的情況下，罐T2是分段罐或者多重罐。罐T2中的壓力小于壓力腔410上游的且與壓力腔410流體連通的壓頭的壓力，使得壓差促使廢物流從壓力腔410進入罐T2。優(yōu)選的，高壓罐T1提供該壓頭，使得不需要泵或者其它機械裝置。
當二氧化碳從壓力腔410轉移到罐T2時，其壓力的減小可以用來有利于分離。臨界二氧化碳的處理流體可以通過壓力減小裝置(例如，控制閥或者孔)膨脹到較低的壓力。在該較低的壓力下，處理流體的成分(例如，化學添加劑或者夾帶的污染物)可以表現(xiàn)為不可溶，從而有利于將膨脹的流有效地分離成輕流體二氧化碳流和重流體(不可溶)替換流。
臨界二氧化碳處理流體也可以通過壓力減小膨脹到相譜的兩相液體/氣體區(qū)域。這可以使得不同處理流體在分開的罐或者多重罐的不同分段體積中分割。這樣的分割可以有利地減輕混合的廢物流產(chǎn)生，混合的廢物流比單成分流體流的處理更加昂貴。分割還使得可以利用蒸餾來分離處理流體成分(例如，從用于處理的化學添加劑和夾帶的污染物重分離用于再循環(huán)的二氧化碳)。
液體處理流體流可以膨脹和加熱到氣態(tài)。這允許持續(xù)的像蒸餾一樣的分離成分(即，閃蒸的蒸發(fā))，例如，如下參考蒸餾系統(tǒng)340所描述的。
再循環(huán)和廢除在罐T2中接收的廢物流此后通過管路L29(其設置有閥門V12)轉移到再循環(huán)/廢除站310。該廢物流可以通過泵或者類似物來轉移，但是最好使用非機械方法，諸如壓差和/或重力來轉移。至此，廢物流在罐T2中被分離，有更多的分離管路中的兩個輸送各分離的流，以通過單元310來分離操作。這些流可以以下面的方式由系統(tǒng)300處理和引導1.二氧化碳可以處理為經(jīng)由管路L27通過受控的排氣或者排出到達安全的大氣排放和/或收集，用于無關的使用；2.二氧化碳可以經(jīng)由管路L22直接地供給到壓力腔410。該二氧化碳最好通過凈化單元D3來凈化。該二氧化碳當通過管路L22輸送到壓力腔410時可以處于比大氣壓高的壓力下，在這樣的情況下，其可以用來在每次循環(huán)的開始時執(zhí)行或者增加主處理腔的加壓；3.二氧化碳可以通過管路L23引導到凈化單元D1，此后進入壓力腔410；
4.氣體二氧化碳可以通過凈化單元D2、通過液化單元314(其調節(jié)壓力且冷凍二氧化碳氣體)引導，且供給到庫存二氧化碳供給312，用于以上述的方式進一步使用；5.二氧化碳可以通過凈化單元D4，且使用加壓裝置(例如，泵)P8再加壓，并通過管路L25供給到高壓罐T1。
6.二氧化碳可以經(jīng)由管路L26通過凈化單元D5引導到蒸汽回收器罐320，如下所述；以及7.化學添加劑和污染物可以通過管路L28且根據(jù)好的化學特性處理和/或處置/再循環(huán)。
蒸汽恢復處理流體重壓力腔410排放以后，加壓的二氧化碳蒸汽會保留在壓力腔410中。在打開壓力腔410來去除基片(例如，晶片)以前，期望和通常必須去除該蒸汽。
解壓該腔的一種方法是使用受控的釋放來排放該腔?；蛘撸瑝嚎s機或者泵可以用來降低壓力腔410中的壓力。
二氧化碳的壓力還可以使用蒸汽恢復系統(tǒng)322和下面的方法來減小。這樣的方法和設備可以使用在1999年9月24日提交的美國專利申請序列號No.09/404957和2000年9月25日提交的美國專利申請序列號No.09/669154中公開的方法和設備的特征和方面。
蒸汽恢復罐或者加壓的容器322用來在過程循環(huán)的末端通過管路L18來快速地捕獲二氧化碳(通常，氣體或者SCF)。該捕獲的二氧化碳通常是氣體或者臨界的流體，但是可以是液體(在這樣的情況下，最好從腔410的底部排放，以避免形成固體/干冰)。以這樣的方式，壓力腔410可以快速地被解壓。有利地，捕獲方法不受機械裝置(例如，壓縮機)的體積吞吐量的約束。蒸汽恢復罐322的體積最好在壓力腔410的體積的1到500倍的量級。
捕獲的二氧化碳可以以任何期望的方式來處理，包括a)其可以通過具有閥門V10的管路L21來處理，最好通過緩沖罐324；b)使用管路L21和緩沖罐324，可以恢復和再循環(huán)，以在另一個應用中使用(例如，基于二氧化碳的滅火系統(tǒng)，或者用于其它一些使用中的用于再循環(huán)的存儲容器)；
c)其可以恢復和再循環(huán)，以用于相同的應用中(壓縮的和/或液化的，和/或轉化為SCF)，以及再供給到處理系統(tǒng)或者二氧化碳供給系統(tǒng)；d)其可以用于下一個處理步驟，以加壓壓力腔410(其可能是加壓壓力腔410達到足夠的壓力來有效地加入基于二氧化碳的處理流體的先決條件)。
該蒸汽恢復系統(tǒng)可以包括壓縮機P7，用于輔助將來自壓力腔410的材料轉移到蒸汽恢復罐。例如，在處理循環(huán)的末端，壓力腔410可以處于高壓(二氧化碳氣體處于蒸汽壓或者臨界流體，300＜P(psia)＜3000)，且蒸汽恢復罐可以處于低壓。為了很快速地解壓壓力腔410到低壓(例如，環(huán)境壓力)(例如允許打開腔和去除基片)，同時保留主要的二氧化碳，兩個腔可以相等，然后a)壓縮機可以用來從主處理腔推動更多的二氧化碳到蒸汽回收罐；以及b)第二蒸汽恢復罐可以用來(例如，以級聯(lián)的方式)再次快速地平衡和額外地降低壓力腔410的壓力。
壓縮機還可以用來在第一次運轉的末端和下一次運轉的末端之間從蒸汽恢復罐去除材料，此時，可以再次要求蒸汽恢復罐處于低壓。捕獲的二氧化碳可以以任何上述的方式來處理。
應該理解，除了所示的以外，各種閥門組和流體控制設備可以用于系統(tǒng)300。蒸汽回收系統(tǒng)320和用于處理來自管路L10的廢物流的二氧化碳幾個選擇是獨立的，且任何一個都可以根據(jù)需要從系統(tǒng)300去除。每個凈化單元D2、D3、D4、D5可以相應于凈化單元D1(即，可以使用上面所列的任何方法-蒸餾、過濾、隔膜分離和吸收/吸附)。作為幾個凈化單元D2、D3、D4、D5的替換，兩個或者多個這些凈化單元可以組合，使得各流路每個具有共同的區(qū)域通過共享的凈化單元，且此后分叉。
壓力腔組件參考圖8和9，壓力腔組件400包括上部外殼420和下部外殼430。當處于如圖8所示的關閉位置中時，外殼420、430在其間限定壓力腔410，且如下更詳細地描述的密封系統(tǒng)450密封該腔410。當在如圖8所示的關閉位置中時，一對相對的夾具440圍繞外殼420、430的端部，以限制外殼420、430的分離。夾具440可以移動，以允許外殼420、430分離成如圖9所示的打開位置。
防護加熱器防護加熱器組件460設置在腔410中，且包括上部防護加熱器462和下部防護加熱器472。該防護加熱器組件460限定加熱器462、472之間的保持體積411。壓盤或者卡盤510設置在防護加熱器462、472之間保持體積411中，且適于支撐晶片5，以圍繞防護加熱器462、472之間的垂直軸旋轉。噴射部件190安裝在上部防護加熱器462的凹槽464F中，且適于引導流體通過噴嘴192到達晶片的工作面5A上。
外殼420、430最好每個整體地由不銹鋼或者其它合適的金屬形成。通道422A、422B、422C通過外殼420形成。通道432A、432B、432C通過外殼430形成。如圖9很好地顯示，外殼420具有帶有外部的環(huán)形凸緣424，環(huán)形凹進425形成其中，且部分地由垂直壁425A限定。外殼430具有環(huán)形凸緣434，其具有形成其中的環(huán)形凹槽435。凸緣434具有垂直壁434A。外殼420和430分別具有相對的環(huán)形鄰接面426和436。
參考圖10-12，上部防護加熱器462包括具有頂部壁464A和環(huán)形側壁464B的內(nèi)部部件464。螺旋流體通道466A形成在頂部壁464A。外部板467覆蓋頂部壁464A。環(huán)形周圍部件468圍繞側壁464B，且限定環(huán)形周圍通道466B。通道466C流體連接通道466A和466B。在頂部板467中的入口466D將通道422A流體連接到通道466B，出口466E將通道422B流體連接到通道466A。外部板467和壁468例如通過焊接8固定到內(nèi)部部件464。噴射部件190延伸通過外部板467中的開口467A，且保留在頂部壁464A中的凹槽464C中(例如，通過上游噴嘴或者螺釘)。噴射部件190的噴嘴192流體連接到通道422C。內(nèi)部部件464、外部板467和周圍壁468優(yōu)選的由不銹鋼形成。防護加熱器462可以通過螺釘固定到外殼420，通過小的隔開使螺釘與壁分開。
參考圖13和14，下部防護加熱器472例如包括內(nèi)部部件478和通過焊接8固定到內(nèi)部部件的外部板474。開口479延伸通過外部板474，且開口476D延伸通過內(nèi)部部件478。螺旋流體通道476A在內(nèi)部部件478中形成。在外部板474中的入口通道476B將通道432A流體連接到通道476A，且外部通道476C將通道432B流體連接到流體通道476A。內(nèi)部部件478和外部板474優(yōu)選地由不銹鋼或者其它合適的金屬形成。防護加熱器472可以通過螺釘固定到外殼430，通過小的隔開使螺釘與壁分開。
優(yōu)選的，防護加熱器462、472的每個具有至少0.2cm2/cm3的表面積(即，“內(nèi)部”，面朝里的表面)與體積的比例。更優(yōu)選的，防護加熱器462、472的每個具有在大約0.2cm2/cm3和5.0cm2/cm3之間的表面積與體積的比例，最優(yōu)選的為大約0.6cm2/cm3。
如上所述，晶片環(huán)境的溫度(即，腔410和其中的流體)最好在清洗和其它處理步驟期間和之間控制。腔410中的溫度使用防護加熱器組件460控制。更具體的，溫度控制流體的流引導通過通道422A，通過入口開口466D，通過通道466B，通過通道466C，通過通道466A，通過出口開口466E，且通過通道422B出來。以這樣的方式，來自溫度控制流體的熱轉移到防護加熱器462，以加熱防護加熱器462(當流體比防護加熱器462熱時)，或者，來自防護加熱器462的熱被流體吸收和去除，以冷卻防護加熱器462(當流體比防護加熱器462冷時)。下部防護加熱器472可以以相同的方式由流過通道432A，通過入口開口476B，通過通道476A，通過出口開口476C且通過通道432B的溫度控制流體來加熱或者冷卻。
溫度控制流體可以是任何合適的流體，優(yōu)選的是液體。合適的流體包括水、乙二醇、丙二醇、水與乙二醇或者丙二醇的混合物、導熱姆A(二苯醚和聯(lián)苯)、導熱姆E(0-二氯苯)、礦物油、Mobiltherm(芳香植物油)、Therminol FR(氯化聯(lián)苯)。更具體的，該溫度控制流體是50％/50％的水和乙二醇的混合物。流體可以通過任何合適的裝置加熱，諸如，電的、燃氣的或者蒸汽加熱器。流體可以通過任何合適的裝置冷卻，例如蒸汽壓縮制冷型或者蒸發(fā)型流體冷卻器。
防護加熱器組件460和外殼420、430分開，以在它們之間限定絕緣間隙470，其大致包圍防護加熱器462、472。更具體的，絕緣間隙470A限定在外部板467和外殼420的鄰近的周圍壁部分之間，且最好具有寬度A。絕緣間隙470B限定在外部板468和外殼420的鄰近的壁之間，且具有寬度B。絕緣間隙470C限定在外部板474和外殼430的鄰近的周圍壁部分之間，且具有寬度C。優(yōu)選的，每個寬度A、B和C至少是0.1mm。更優(yōu)選的，每個寬度A、B和C在大約0.1和10mm之間，最優(yōu)選的的為大約1.0mm。
絕緣間隙470可以用來充分增加系統(tǒng)10的效率、可控性和生產(chǎn)量。絕緣間隙470可以使防護加熱器462、472與外殼420、430充分地熱絕緣，使得外殼420、430的溫度對圍繞晶片5的大氣的影響降低或者最小化。重申一下，絕緣間隙470可以充分地將必需由溫度控制流體加熱或者冷卻的熱質量限制到防護加熱器462、472的熱質量。因此，處理流體的溫度可以控制，使得其與外殼420、430的溫度充分地不同。
雖然上面示出了和描述了流體流加熱/冷卻裝置，但是除了流體加熱以外，或者替代流體加熱，可以使用其它加熱/冷卻防護加熱器462、472。例如，在防護加熱器462、472中可以提供電阻線圈(例如，設計為直接輻射熱到晶片)。
參考圖18，其中示出了根據(jù)本發(fā)明的替換實施例的壓力腔組件400A。該組件400A與組件400不同之處只在于，其防護加熱器組件460A包括絕緣層471、473來替代絕緣間隙470。防護加熱器462、472可以固定到絕緣層471、473，其依次分別固定到外殼420、430。
絕緣層471、473可以由晶體的含氟聚合物形成，諸如PCTFE(聚氯三氟乙烯)、PTFE(聚四氟乙烯)或者PVF2(聚二氟乙烯)。優(yōu)選的，絕緣層471、473由散裝PTFE；純PTFE或者填充玻璃的PTFE形成。絕緣層471、473可以是蜂房式的、開放單元式的或者另外構造或者形成為提高絕緣性能。
優(yōu)選的，防護加熱器組件460、460A適于在壓力腔410中提供范圍從0℃到90℃的溫度。優(yōu)選的，防護加熱器組件460、460A適于在壓力腔410中以至少500焦耳/秒的最大速度將熱提供到大氣中。
壓力腔密封系統(tǒng)限定壓力腔410的外殼420、430也在從壓力腔410到外部區(qū)域7(例如，周圍大氣(直接或者間接))的界面處限定流體泄漏路徑3(圖15)。密封系統(tǒng)450適于沿著流體泄漏路徑3約束(完全地或者部分地)流體的流動。
如圖15很好顯示，密封系統(tǒng)450包括O形圈452、環(huán)形杯形(或者人字形)密封件454、環(huán)形彈簧456和環(huán)形保持環(huán)458。如下所述，密封件452、454的組合用來提高壓力腔密封件的效率和持久性。
保持環(huán)458固定到凸緣424，且徑向向外朝著凸緣434且在凹進425之下延伸。保持環(huán)458可以由不銹鋼或者其它合適的材料形成。保持環(huán)458可以通過任何合適的裝置，例如，帶螺紋的緊固件來固定到凸緣424。
杯形密封件454在圖16和17中顯示。如這里使用的“杯形密封件”指任何自激發(fā)的密封件，其具有凹進部分，且形成為使得當密封件的凹進部分被加壓時(例如，通過在密封件的凹進側上的加壓腔)，密封件被內(nèi)部加壓，且使得施加朝外的力(例如，靠著限定壓力腔的壓力容器的鄰近表面)，以形成密封。杯形密封件454包括沿著環(huán)形折疊454C連接到環(huán)形外壁454A的環(huán)形內(nèi)壁454B，且在其中限定環(huán)形通道454D。
杯形密封件454最好由柔性彈性材料整體地形成。優(yōu)選的，杯形密封件454由當暴露到密相二氧化碳時耐膨脹和損壞的材料形成。合適的材料包括氟化聚合物和彈性體，諸如PTFE(特氟綸，杜邦公司)、填充的PTFE、PTFE共聚物和類似物，諸如FEP(氟化乙烯/丙稀共聚物)、特氟綸AF、CTFE、其它高度穩(wěn)定的塑料，諸如聚(乙烯)、UHMWPE(超高分子量聚(乙烯))、PP、PVC、丙烯酸類聚合物、酰胺聚合物和各種彈性體，諸如氯丁橡膠、丁鈉橡膠-N和基于表氯醇的彈性體。合適的密封材料可以從PSI Pressure SealsInc.，310 Nutmeg Road South，South Windsor，CT 06074獲得。
杯形密封件454可以通過將內(nèi)部壁454B和折疊454C中的至少一個和最好兩個附加到凸緣424和/或保持環(huán)458的鄰近的部分來固定到凸緣424。內(nèi)部壁454B、454C可以使用例如粘合劑固定到凸緣424。優(yōu)選的，杯形密封件454通過保持環(huán)458保持，而不使用粘合劑或者類似物。
彈簧456可以是能夠重復地和可靠地使外部壁454A偏置離開內(nèi)部壁454B(即，徑向向外)的任何合適的彈簧。優(yōu)選的，當外殼420、430分離時(如圖9可見)，彈簧456徑向向外偏置杯形密封件454超過凸緣424。優(yōu)選的，彈簧456是具有類似于但是小于杯形密封件454的形狀且嵌入杯形密封件454內(nèi)的纏繞的金屬絲彈簧，或者懸臂型彈簧。彈簧456最好由彈簧級不銹鋼形成。該彈簧456可以與杯形密封件454整體地形成。除了提供彈簧456以外，或者替代提供彈簧456，該杯形密封件454可以形成為使得具有內(nèi)在偏壓，以使壁454A、454B展開。此外，彈簧456可以省略，且杯形密封件454可以設置為沒有內(nèi)在偏壓。
O形圈452設置在凹槽435中。優(yōu)選的，O形圈452通過過盈配合固定在凹槽435中。該O形圈452由可變形的彈性材料形成。優(yōu)選的，O形圈452由彈性體材料形成。更優(yōu)選的，O形圈452由丁納橡膠-n或者氯丁橡膠，更加優(yōu)選的由EDPM形成。O形圈452定尺寸為使得當O形圈452處于未加載的狀態(tài)下時(即，當外殼420、430分離；如圖9所示)，O形圈452的一部分會延伸到鄰接面436上。
當外殼420、430關閉時，杯形密封件454在凸緣424和434之間捕獲，如圖8和15所示。彈簧456分別靠著壁434A和425A偏置壁454A和454B。當腔410加壓到環(huán)境壓力之上時，施加在通道454D中的壓力促使壁454A和454B離開，且與各壁434A和425A更緊地，更加密封地接合。
以這樣的方式，杯形密封件454提供可靠、主要的密封，其防止或者大致減小來自腔410的流體沿著流體泄漏通道3流到O形圈452。從而使O形圈452免遭暴露到處理流體的可能地損壞。O形圈452的這樣的保護可以充分地延長O形圈452的使用壽命，尤其是當處理流體包括高壓二氧化碳時。因此，密封系統(tǒng)450可以提供具有相對長壽命的密封件的高產(chǎn)量的晶片制造系統(tǒng)。
注意，當腔410被加壓時，外殼420、430可以由內(nèi)部壓力稍微分開，使得O形圈452沒有很好地加載來密封。因為杯形密封件454用作主密封件，所以仍然提供可靠的密封裝置。然而，如果杯形密封件454部分或者完全故障，那么O形圈452可以用來防止或者減小處理流體泄漏到環(huán)境中。根據(jù)某些實施例，組件400是適合的，使得當腔410處于至少選定的壓力下時，O形圈452允許流體沿著流體泄漏通道3通過，這樣O形圈沒有被加壓，且沒有有害的處理流體(例如，二氧化碳)與O形圈接觸延長的時間周期。
當腔410中的流體處于大氣壓或者真空時，杯形密封件454的密封效果通常降低(然而，彈簧456的偏壓可以提供一些密封性能)。在這樣的情況下，O形圈452可以用作主密封件，以防止或者減小大氣流體通過流體泄漏通道3泄漏到腔410。注意，大氣流體(通常空氣)不包括對O形圈材料過度有害的高濃度二氧化碳或者其它成分。
優(yōu)選的，且如所示的，O形圈452密封裝置是對接型裝置，使得不存在滑動部件。杯形密封件454的壓力激勵機構允許彈簧456使用相對低的偏置力。本發(fā)明的這些方面幫助最小化可能對晶片5有害的任何顆粒的產(chǎn)生。杯形密封件454可以在壓力腔組件中另外取向或者定位。兩個或者更多杯形密封件454可以沿著流體泄漏通道串聯(lián)設置。
從這里的說明應該理解，杯形密封件和彈性體O形圈的組合克服了通常彈性體O形圈密封件和杯形密封件都不能克服的與二氧化碳保持容器的高壓密封相關的某些問題。具體地，當暴露到高壓二氧化碳，且然后快速地減壓時，彈性體O形圈通常不是長壽命的。當用作壓力密封件時，杯形密封件通常需要大的預加載彈簧，以使得相同的容器用于真空使用。這樣的大預加載彈簧可能造成更大的摩擦和磨損，從而產(chǎn)生有害的/污染顆粒。根據(jù)本發(fā)明，當需要在腔內(nèi)建立真空時，彈性體O形圈可以外部激勵(壓縮)。
晶片保持組件參考圖19-22，顯示了根據(jù)本發(fā)明的還有的實施例的晶片保持組件520。該組件520可以用來替代壓力腔組件400B中的卡盤510(圖19)，另外相應于壓力腔組件400。如從下面的描述能更好地理解，該晶片保持組件520包括基片保持器或者壓盤或者卡盤522，且適于通過由卡盤522的旋轉產(chǎn)生的壓差將晶片保持在卡盤522上。
卡盤522具有前表面524和相對的后表面528。多個(如所示的為8個)葉輪葉片529從后表面528向后延伸，且相對于中央旋轉軸線E-E徑向向外(圖19)。多個(如所示的為4個)通道526A從后表面528延伸完全通過卡盤522到達形成在前表面524中的圓周通道526B。多個(如所示的為16個)通道526C從通道526B徑向向外延伸，且與通道526B流體連通。額外的圓周通道(沒有顯示)可以流體連接通道526C。
如圖19所示，卡盤522安裝在從動軸530上，以圍繞旋轉軸線E-E旋轉。當卡盤522旋轉時，葉輪葉片529趨向于推動或者促使后表面528和壓力腔410的相鄰的、相對的表面412之間的流體徑向向外在方向F上朝著卡盤522的外部周邊。從而，在卡盤522下面，在卡盤522的內(nèi)部區(qū)域(即，最接近軸線E-E)和卡盤的外部區(qū)域之間產(chǎn)生壓差。更具體的，在中心區(qū)域的壓力(包括在通道526A的下部開口處的壓力)小于卡盤522的外部邊緣處的壓力和晶片5的與卡盤522相對的側面上的腔410中的壓力。結果，在施加晶片5的頂部表面上的流體壓力和在通道526B、526C中的流體的壓力之間產(chǎn)生壓差。
在前述的方式中，當卡盤522和晶片5旋轉時，晶片5固定到卡盤522。為了在初始旋轉以前或者在沒有旋轉的處理步驟期間期間將晶片5保持在卡盤522上，和/或為了提供額外的固定，可以提供補充的保持裝置。這樣的補充裝置可以包括例如粘合劑、夾子和/或外部產(chǎn)生的壓差組件，諸如下面描述的晶片保持組件550。
參考圖23-25，顯示了根據(jù)本發(fā)明的還有的實施例的晶片保持系統(tǒng)551。該系統(tǒng)551包括晶片保持組件550，且可以用來替代壓力腔組件400C中的卡盤510(圖23)，另外相應于壓力腔組件400(為了清楚，組件400C的某些元件沒有顯示)。組件400C還設置有磁驅動組件580。
如從下面的描述會更好地理解的，晶片保持組件550包括基片保持器或者壓盤或者卡盤522，且適于通過在壓力腔410中的壓力和在出口564的壓力之間的壓差將晶片保持在卡盤522上。磁驅動系統(tǒng)580適于相對于壓力腔410驅動卡盤552，而不需要在相對移動的元件(即，軸560和外殼430)之間直接密封。應該理解，晶片保持系統(tǒng)551可以與其它驅動裝置一起使用，且磁驅動組件580可以與其它晶片保持機構一起使用。
轉到更詳細的磁驅動組件580，該組件580包括上部殼體585和下部殼體584。上部殼體585的上端容納在外殼430中，使得在它們之間提供氣密密封(例如，通過合適的密封裝置，諸如墊圈)。軸560延伸通過殼體585，且通過上部和下部軸承586和588可旋轉地安裝在其上。密封件561定位在軸560和殼體部件585之間。該密封件561優(yōu)選的是非接觸的密封件。更優(yōu)選的，該密封件561是間隙密封件(更優(yōu)選的，限定具有寬度在大約0.001和0.002英寸之間的間隙G)或者迷宮式密封件。密封件561還可以是唇形密封或者機械密封。
內(nèi)部磁體保持器590安裝在軸560的下部端，以隨其旋轉，且具有安裝在其外部部分上的內(nèi)部磁體M1。內(nèi)部磁體載體590設置在下部殼體部件584中。壓力帽596圍繞內(nèi)部磁體載體590，且形成與下部殼體部件584的下端的氣密密封(例如，通過合適的密封裝置，諸如墊圈)。以這樣的方式，壓力帽596和上部殼體部件585一起形成用于流體的氣密容器，流體可以從壓力腔410進入上部殼體部件585。
驅動單元582安裝在殼體部件584上。驅動單元582可以是任何合適的驅動裝置，諸如液壓驅動的單元，或者，更優(yōu)選的，電動驅動的單元。該驅動單元582可操作的旋轉延伸到殼體部件584內(nèi)的軸594。外部磁體保持器592安裝在軸594上，以與其一起旋轉。該外部磁體保持器592設置在殼體部件584中，但是通過壓力帽596從內(nèi)部磁體保持器590和壓力腔410機械和流體分離。外部磁體M2安裝在外部磁體保持器592上，以與其一起旋轉。
磁體M1和M2相對構造、設置和形成為使得它們相互磁耦合。以這樣的方式，磁體M1和M2用來間接地機械連接外部磁體保持器592和內(nèi)部磁體保持器590，從而連接軸594和軸560。這樣，卡盤522可以通過操作驅動單元582來旋轉。
磁驅動組件580可以是如這里所述的具有合適的改進的任何合適的驅動組件。合適的磁驅動組件包括從Büchi AG of Uster，Switzerland獲得的BMD150。此外，可以使用其它類型的非機械連接的驅動單元。
如圖24和25中很好地顯示，卡盤552具有前表面554。鉆孔通道556B完全延伸通過卡盤552。多個通道526A從通道556B徑向向外延伸且與通道556B流體連通。額外的圓周通道(沒有顯示)可以流體連接通道526A。
如圖23所示，卡盤552通過螺帽558安裝在被驅動的軸560上，用于圍繞旋轉軸線F-F與軸560一起旋轉。軸560具有延伸通過它的軸向延伸的連接通道562。螺帽558具有中間開口，其允許通道562和通道556B之間的流體連通。通道563徑向延伸通過軸560，且將通道562流體連接到在殼體585和軸560之間限定的第二腔565。優(yōu)選的，密封件561是形成限制的流體通道的非接觸的密封件(例如，間隙密封件或者迷宮式密封件)，其提供壓力腔410和第二腔565之間的流體連通。
在殼體部件585中的出口564將第二腔565與管路L40流體連接。具體閥門V30的管路L41將流體限制器566和存儲罐568流體連接到管路L40。流體限制器566可以是節(jié)流孔或者合適的局部關閉閥門，諸如適于對其間的流量提供受控的限制的針形閥。具有閥門V31的管路L42將流體轉移裝置P20(例如，真空泵)流體連接到管路L40。
系統(tǒng)551可以以下面的方式用來將晶片5固定到卡盤552。在存儲罐568中設置壓力，在典型的處理條件下，其小于壓力腔410中的大氣壓。在處理期間，閥門V30打開，使得第二腔565設置為與用作被動低壓源(即，沒有泵、壓縮機或者類似物用來產(chǎn)生壓力或者真空)的存儲罐568流體連通。以這樣的方式，在腔565中(從而，在流體連通通道556A中)的壓力比在壓力腔410中的壓力要低。從而在晶片5的上表面和晶片5的背側之間產(chǎn)生壓差，引起晶片5在D方向上被拉下到卡盤552上。
流體限制器566用來限制從第二腔565到存儲罐568的流體流量，從而提供受控的泄漏。該受控的泄漏用來確?？邕^晶片5產(chǎn)生足夠的壓差，以將其保持在合適的位置，而不允許從壓力腔410不適當?shù)負p失流體。
優(yōu)選的，在預定的過程期間，存儲罐568的壓力大于大氣壓，但是小于壓力腔410的壓力。存儲罐568可以允許從壓力腔410引出的氣體被清洗和再循環(huán)，或者另外處理。
或者，存儲罐568可以省略或者繞過，使得當閥門V30打開時，管路L41直接排放到大氣。
如果在壓力腔410中的大氣壓與被動低壓源(即，存儲罐568或者周圍大氣)的壓力相等或者要低，那么流體轉移裝置P20可以操作為將在腔565中的壓力減小為小于在壓力腔410中的壓力，以產(chǎn)生跨過晶片5的需要的壓差的量。在這樣的情況下，閥門V30關閉，且閥門V31打開。
優(yōu)選的，系統(tǒng)551可操作的在通道556A中產(chǎn)生壓力，其至少1psi小于在壓力腔410中的壓力，更加優(yōu)選的，在大約5和20psi之間更小。
旋轉噴射部件如上所述的噴射部件190以及下面描述的噴射部件602、652提供散布的入口，以將處理流體直接輸送到晶片的表面。此外，噴射部件提供這些流體的分布的流，其包括流體的機械動作/表面沖擊。該機械動作通常是由于流體流從噴射部件出來的動量產(chǎn)生。
噴射部件的設計(包括，例如噴射端口的數(shù)量、間隔和尺寸)可以用來選擇性地控制能量轉移/機械動作的使用。此外，晶片的同時旋轉可以用來在流體和晶片表面之間產(chǎn)生剪應力(動量)，以進一步有利于從表面去除材料。
參考圖26，顯示了根據(jù)本發(fā)明的還有的實施例的壓力腔組件400D。例如，除了提供旋轉噴射部件組件600以外，該組件400D可以與組件400相同(為了清楚，在圖26中沒有顯示某些方面)。組件400D可以包括可旋轉驅動的晶片保持器510，或者晶片5可以保持固定。噴射部件組件600可以與任何上述的壓力腔組件一起使用。注意噴射部件組件600可以用來提供噴射部件和晶片之間的相對旋轉，而不要求旋轉晶片保持器。
噴射部件組件600包括噴射部件602，如也在圖27和28中顯示。噴射部件602包括軸部分610和桿形分配部分620。軸向通道612從上部開口614延伸且通過部分610，并與部分620中的側向通道622流體連通。一系列噴射端口624從通道622延伸到分配部分620的下部的、外部邊緣。噴射部件602可以由高度氧化穩(wěn)定的材料形成，諸如316不銹鋼。
軸承630固定在殼體420中的通道427中，使得軸承630的凸緣632容納在通道427的放大部分427A中。軸承630優(yōu)選的為如顯示的套筒軸承。軸承630可以由PTFE、PE或者PEEK形成。優(yōu)選的，軸承630由PTFE形成。
軸部分612延伸通過軸承630，且具有覆蓋凸緣632的凸緣616。端部帽640例如通過螺紋在部分427A中且在凸緣616上固定地安裝到外殼420。優(yōu)選的，端部帽640形成與外殼420緊密密封的氣壓。
端部帽640適于接收處理流體的供給(例如，從供給管路9)，使得處理流體的流引導通過通道642且進入通道612。流體連續(xù)進入通道622，且通過端口624分配。
參考圖27和28，端口624相對于噴射部件602的預定的旋轉軸線N-N(如圖28所示)傾斜。優(yōu)選的，端口624設置為處于在大約0和85度之間的角度M(圖28)，更優(yōu)選的處于大約30和60度之間。端口624與預定旋轉的方向R(圖27)相對地傾斜。
在使用中，響應于在端口624處存在的流體的反作用力(即，液壓推動)使得噴射部件602圍繞軸線N-N在軸承630內(nèi)旋轉。注意，因為軸承630安裝在通過端部帽640與周圍氣壓分離的壓力腔410內(nèi)部(即，在高壓區(qū)域)，所以軸承不經(jīng)歷來自相當大的壓力降的載荷。
液壓驅動的旋轉的替換，或者除了液壓驅動的旋轉以外，噴射部件602可以連接到驅動單元。該驅動件可以直接地或者間接地連接到驅動單元(例如，使用軸承/密封件/驅動單元結構)或者可以是非機械地連接(例如，使用電磁耦合力或者磁(永磁、電磁或者感應驅動的)耦合)。端口624的一些或者全部可以平行于旋轉軸線N-N取向。
根據(jù)本發(fā)明的還有的實施例的噴射部件652可以用來代替噴射部件602，且具有任何前述的改進或者特征。噴射部件652具有軸部分660，且相應于噴射部件602，除了桿形分配部分620被具有形成其中的噴射端口674的圖案的板形或者盤形分配部分670替代。噴射端口674的圖案可以修改。
應該理解，以上描述的和在后附的權利要求書中反映的各種發(fā)明可以用于除了那些上述的關于優(yōu)選的實施例以外的過程。例如，用于將晶片保持到卡盤的裝置和方法可以用來在其它類型的過程中(例如，不包括二氧化碳或者晶片制造的過程)保持其它類型的基片。供給/恢復系統(tǒng)300和其子系統(tǒng)可以用于使用包含二氧化碳的處理流體的其它系統(tǒng)和過程，諸如使用二氧化碳的化學機械平坦化(CMP)。
前述的是本發(fā)明的示例，且不構成其限制。盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的一些典型的實施例，本領域中的普通技術人員容易理解，在不本質上偏離本發(fā)明的新穎教義和優(yōu)點的情況下可以對典型的實施例進行改進。因此，所有這樣的改進意在包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，應該理解，前述的是本發(fā)明的示例，且不構成限制到公開的特定的實施例，公開的實施例的改進，以及其它實施例意在包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種用于與基片一起使用的處理腔組件，所述處理腔組件包括a)限定腔的容器；b)基片保持器，該基片保持器具有旋轉軸線，且包括前后相對的表面，前表面適于支撐基片；和至少一個葉輪葉片從后表面向后，且相對于旋轉軸線徑向延伸；c)其中當基片保持器圍繞旋轉軸線旋轉時，該葉輪葉片可操作的產(chǎn)生趨向于將基片保持到基片保持器的壓力差。
2.根據(jù)權利要求1所述的處理腔組件，其特征在于其包括多個從后表面向后，且相對于旋轉軸線徑向延伸的葉輪葉片。
3.根據(jù)權利要求1所述的處理腔組件，其特征在于其包括至少一個在基片保持器的前后表面之間提供流體連通的連接通路，其中葉輪葉片可操作的在該至少一個連接通路中產(chǎn)生小于該基片的前表面上的前壓力的保持壓力。
4.根據(jù)權利要求3所述的處理腔組件，其特征在于其包括多個在基片保持器的前后表面之間提供流體連通的連接通路。
5.根據(jù)權利要求4所述的處理腔組件，其特征在于其包括至少一個形成在基片保持器的前表面上的通道，該至少一個通道與連接通路流體連通。
6.根據(jù)權利要求5所述的處理腔組件，其特征在于其包括多個在基片保持器的前表面上形成的通道。
7.根據(jù)權利要求1所述的處理腔組件，其特征在于驅動單元可操作的圍繞旋轉軸線旋轉基片保持器。
8.一種用于與基片一起使用的基片保持器，該基片保持器具有旋轉軸線，且還包括a)前后相對的表面，前表面適于支撐基片；b)至少一個葉輪葉片從后表面向后，且相對于旋轉軸線徑向延伸；c)其中，當基片保持器圍繞旋轉軸線旋轉時，該葉輪葉片可操作的產(chǎn)生趨向于將基片保持到基片保持器的壓力差。
9.根據(jù)權利要求8所述的基片保持器，其特征在于該基片保持器包括多個從后表面向后，且相對于旋轉軸線徑向延伸的葉輪葉片。
10.根據(jù)權利要求8所述的基片保持器，其特征在于其包括至少一個在基片保持器的前后表面之間提供流體連通的連接通路，其中葉輪可操作的在該至少一個連接通路中產(chǎn)生小于該基片的前表面上的前壓力的保持壓力。
11.根據(jù)權利要求10所述的基片保持器，其特征在于其包括多個在基片保持器的前后表面之間提供流體連通的連接通路。
12.根據(jù)權利要求11所述的基片保持器，其特征在于其包括至少一個形成在基片保持器的前表面上的通道，該至少一個通道與連接通路流體連通。
13.根據(jù)權利要求12所述的基片保持器，其特征在于其包括多個在基片保持器的前表面上形成的通道。
14.根據(jù)權利要求8所述的基片保持器，其特征在于驅動單元可操作的圍繞旋轉軸線旋轉基片保持器。
15.一種用于圍繞旋轉軸線旋轉基片保持器的方法，所述方法包括以下步驟a)設置基片保持器，該基片保持器包括前后相對的表面。前表面適于支撐基片；和至少一個葉輪葉片從后表面向后，且相對于旋轉軸線徑向延伸；b)使基片保持器圍繞旋轉軸線旋轉，使得葉輪葉片產(chǎn)生趨向于將基片保持到基片保持器的壓力差。
16.一種用于與基片一起使用的壓力腔組件，所述壓力腔組件包括a)限定壓力腔的容器；b)基片保持器組件，該基片保持器組件包括1)設置在壓力腔中的基片保持器，該基片保持器包括適于支撐基片的前表面；2)限定第二腔的外殼；和3)至少一個連接通道提供基片保持器的前表面和第二腔之間的流體連通，當基片安裝在基片保持器的前表面上時，該連接通道適于由基片覆蓋；以及c)被動低壓源流體連接到第二腔。
17.根據(jù)權利要求16所述的壓力腔組件，其特征在于其包括流體限制器，該限制器適于使流體從第二腔到被動低壓源受控的泄漏。
18.根據(jù)權利要求17所述的壓力腔組件，其特征在于所述流體限制器包括限流孔。
19.根據(jù)權利要求17所述的壓力腔組件，其特征在于所述流體限制器包括針形閥。
20.根據(jù)權利要求16所述的壓力腔組件，其特征在于所述基片保持器還包括在壓力腔和第二腔之間提供流體連通的限制通路。
21.根據(jù)權利要求20所述的壓力腔組件，其特征在于其包括連接于所述基片保持器的驅動軸；和插置在所述驅動軸和所述容器之間的密封件；其中，所述限制通路限定在所述驅動軸和所述密封件之間。
22.根據(jù)權利要求21所述的壓力腔組件，其特征在于所述密封件是非接觸密封件。
23.根據(jù)權利要求16所述的壓力腔組件，其特征在于所述被動低壓源是至少在環(huán)境壓力下通向容積的出口。
24.根據(jù)權利要求23所述的壓力腔組件，其特征在于所述被動低壓源是通向環(huán)境空氣的出口。
25.根據(jù)權利要求23所述的壓力腔組件，其特征在于所述被動低壓源是通向存儲罐的出口。
26.根據(jù)權利要求16所述的壓力腔組件，其特征在于其包括補充低壓源。
27.根據(jù)權利要求26所述的壓力腔組件，其特征在于所述補充低壓源包括真空泵。
28.根據(jù)權利要求16所述的壓力腔組件，其特征在于其包括在第二腔和被動壓力源之間的閥。
29.根據(jù)權利要求16所述的壓力腔組件，其特征在于其包括至少一個形成在基片保持器的前表面上并與連接通路流體連通的的通道。
30.根據(jù)權利要求16所述的壓力腔組件，其特征在于其包括連接基片保持器的驅動軸，其中，連接通路延伸通過該驅動軸。
31.根據(jù)權利要求16所述的壓力腔組件，其特征在于第二腔中的壓力至少是大氣壓力。
32.一種用于與基片一起使用的壓力腔組件，所述壓力腔組件包括a)限定壓力腔的容器；b)基片保持器組件，該基片保持器組件包括1)設置在壓力腔中的基片保持器，該基片保持器包括適于支撐基片的前表面；2)限定第二腔的外殼；3)限制性的通道提供壓力腔和第二腔之間的流體連通；和4)至少一個連接通道提供基片保持器的前表面和第二腔之間的流體連通，當基片安裝在基片保持器的前表面上時，該連接通道適于由基片覆蓋；以及c)低壓源流體連接到第二腔。
33.根據(jù)權利要求32所述的壓力腔組件，其特征在于其包括連接于所述基片保持器的驅動軸；和插置在所述驅動軸和所述容器之間的密封件；其中，所述限制通路限定在所述驅動軸和所述密封件之間。
34.根據(jù)權利要求33所述的壓力腔組件，其特征在于所述密封件是非接觸密封件。
35.一種用于將基片保持到壓力腔中的基片保持器的方法，所述方法包括a)在壓力腔中提供第一壓力；b)提供基片保持器組件，其包括1)設置在壓力腔中的基片保持器，該基片保持器包括適于支撐基片的前表面；2)限定第二腔的外殼；和3)至少一個連接通道提供基片保持器的前表面和第二腔之間的流體連通；c)將基片安裝在基片保持器上，使得基片覆蓋連接通道；以及d)在第二腔中提供第二壓力，其比使用被動低壓源的第一壓力要低。
36.根據(jù)權利要求35所述的方法，其特征在于提供流體從第二腔到被動低壓源受控的泄漏。
37.根據(jù)權利要求35所述的方法，其特征在于所述基片保持器包括在壓力腔和第二腔之間提供流體連通的限制通路。
38.根據(jù)權利要求35所述的方法，其特征在于提供第二壓力的步驟包括將第二腔設置為與至少在環(huán)境壓力下的容積流體連通。
39.根據(jù)權利要求35所述的方法，其特征在于提供第二壓力的步驟包括將第二腔設置為與存儲罐流體連通。
40.根據(jù)權利要求35所述的方法，其特征在于操作真空泵的步驟包括使其與第二腔流體連通。
41.根據(jù)權利要求35所述的方法，其特征在于其還包括相對于壓力腔旋轉基片保持器和基片。
42.根據(jù)權利要求41所述的方法，其特征在于其還包括相對于外殼旋轉基片保持器和基片。
43.一種用于將基片保持到壓力腔中的基片保持器的方法，所述方法包括以下步驟a)在壓力腔中提供第一壓力；b)提供基片保持器組件，其包括1)設置在壓力腔中的基片保持器，該基片保持器包括適于支撐基片的前表面；2)限定第二腔的外殼；3)限制性的通道提供壓力腔和第二腔之間的流體連通；和4)至少一個連接通道提供基片保持器的前表面和第二腔之間的流體連通；c)將基片安裝在基片保持器上，使得基片覆蓋連接通道；以及d)在第二腔中提供第二壓力，其比第一壓力要低。
44.根據(jù)權利要求43所述的方法，其特征在于其包括連接于所述基片保持器的驅動軸；和插置在所述驅動軸和所述容器之間的密封件；其中，所述限制通路限定在所述驅動軸和所述密封件之間。
45.根據(jù)權利要求43所述的方法，其特征在于所述密封件是非接觸密封件。
全文摘要
一種用于與基片一起使用的處理腔組件，其包括容器和基片保持器，容器限定一腔。該基片保持器具有旋轉軸線，且包括前后相對的表面。表面適于支撐基片。至少一個葉輪葉片從后表面向后，且相對于旋轉軸線徑向延伸。當基片保持器圍繞旋轉軸線旋轉時，該葉輪葉片可操作的產(chǎn)生趨向于將基片保持到基片保持器的壓力差。最好，處理腔組件包括多個從后表面向后且相對于旋轉軸線徑向延伸的葉輪葉片。
文檔編號H01L21/683GK1585998SQ02822523
公開日2005年2月23日 申請日期2002年7月30日 優(yōu)先權日2001年9月13日
發(fā)明者S·L·沃姆 申請人:米歇爾技術公司