CN107706132A - 用于处理晶片状物品的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于处理晶片状物品的方法和装置，用于干燥晶片状物品的方法包括在旋转卡盘上旋转预先确定直径的晶片状物品，并将干燥液体分配到晶片状物品的一侧。干燥液体含有大于50质量％的有机溶剂。在分配步骤的至少一部分期间，用加热组件加热晶片状物品。在分配步骤的至少一部分期间，当干燥液体接触晶片状物品时，含氟化合物存在于干燥液体中或者干燥液体周围的气体中。

Description

用于处理晶片状物品的方法和装置

发明领域

本发明总体涉及一种用于处理诸如半导体晶片之类的晶片状物品的方法和装置。

背景技术

对半导体晶片进行诸如蚀刻、清洗、抛光和材料沉积等各种表面处理工艺。为了适应这些工艺，可以通过与可旋转载体相关联的卡盘相对于一个或多个处理流体喷嘴来支撑单个晶片，例如在美国专利No.4,903,717和No.5,513,668中所描述的。

替代地，适于支撑晶片的环形转子形式的卡盘可以位于封闭的处理室内，并且通过主动磁轴承在不物理接触的情况下被驱动，如在例如国际公开No.WO 2007/101764以及美国专利No.6,485,531中所描述的。由于离心作用而从旋转晶片的边缘向外驱动的处理流体被输送到共同的排出管用于处理。

由于在这样的晶片上形成的器件特征在其布局尺寸上继续减小，伴随着这些器件特征的深宽比的增加，并且随着这种晶片的直径继续增大，晶片干燥期间图案崩塌的现象变得越来越成问题。防止图案崩塌的现有技术具有有限的效果。

发明内容

一方面，本发明涉及一种用于干燥晶片状物品的方法，其包括在旋转卡盘上旋转预先确定直径的晶片状物品，并将干燥液体分配到晶片状物品的一侧。干燥液体含有大于50质量％的有机溶剂。在分配步骤的至少一部分期间，用加热组件加热晶片状物品。在分配步骤的至少一部分期间，在干燥液体接触晶片状物品时，含氟化合物存在于干燥液体中或者干燥液体周围的气体中。

在根据本发明前述方面的方法的优选实施方式中，有机溶剂是醇。

在根据本发明前述方面的方法的优选实施方式中，有机溶剂是异丙醇。

在根据本发明前述方面的方法的优选实施方式中，在分配步骤的至少一部分期间，含氟化合物包含在干燥液体中。

在根据本发明前述方面的方法的优选实施方式中，含氟化合物是氢氟酸。

在根据本发明前述方面的方法的优选实施方式中，含氟化合物以至少0.0001质量％且小于10质量％的浓度存在于干燥液体中。

在根据本发明前述方面的方法的优选实施方式中，含氟化合物以至少0.05质量％且小于10质量％的浓度存在于干燥液体中。

在根据本发明前述方面的方法的优选实施方式中，在分配步骤的至少一部分期间，含氟化合物在干燥液体接触晶片状物品时存在于干燥液体周围的气体中。

在根据本发明前述方面的方法的优选实施方式中，含氟气体是氟化氢。

在根据本发明前述方面的方法的优选实施方式中，含氟气体的氧浓度小于1质量％。

在根据本发明前述方面的方法的优选实施方式中，晶片状物品包括形成在晶片状物品的一侧的半导体器件结构。

在根据本发明前述方面的方法的优选实施方式中，加热步骤包括将晶片状物品加热至30℃-300℃，更优选30-82℃的范围内的温度。

在根据本发明前述方面的方法的优选实施方式中，加热步骤包括将晶片状物品加热至40℃-300℃，更优选40℃-82℃的范围内的温度。

在根据本发明前述方面的方法的优选实施方式中，干燥液体包含小于30质量％的水。

在根据本发明前述方面的方法的优选实施方式中，干燥液体包含小于15质量％的水。

在根据本发明前述方面的方法的优选实施方式中，加热组件包括辐射加热元件的阵列，该阵列覆盖晶片状物品。

在根据本发明前述方面的方法的优选实施方式中，辐射加热元件的阵列分布在至少五个可独立控制的组中，每组占据从旋转卡盘的较中心区域延伸到旋转卡盘的较周边区域的相应不同区域。

在根据本发明前述方面的方法的优选实施方式中，分配步骤使用液体分配器进行，所述液体分配器包括一个或多个分配孔，一个或多个分配孔被配置为将排出点从晶片状物品的较中心区域移动到晶片状物品的较周边区域，并且其中，供应给至少五个独立可控制的辐射加热元件组中的每一个的功率基于液体分配器的排出点的位置。

在根据本发明前述方面的方法的优选实施方式中，在分配步骤之前或期间，将干燥液与歧管中的含氟化合物混合。

另一方面，本发明涉及一种用于干燥晶片状物品的方法，该方法包括在旋转卡盘上旋转预先确定直径的晶片状物品，并将干燥液体分配到晶片状物品的一侧。干燥液体含有大于50质量％的异丙醇和0.05质量％-10质量％的氢氟酸。在分配步骤的至少一部分期间，将晶片状物品加热至40℃-82℃范围内的温度，其中加热组件与晶片状物品基本上共同延伸。

具体而言，本发明的一些方面可以阐述如下：

1.一种用于干燥晶片状物品的方法，其包括：

在旋转卡盘上旋转预先确定直径的晶片状物品；

将干燥液体分配到所述晶片状物品的一侧，所述干燥液体含有大于50质量％的有机溶剂；以及

在所述分配步骤的至少一部分期间，用加热组件加热所述晶片状物品，

其中，在所述分配步骤的至少一部分期间，当所述干燥液体接触所述晶片状物品时，含氟化合物存在于所述干燥液体中或所述干燥液体周围的气体中。

2.根据条款1所述的方法，其中所述有机溶剂是醇。

3.根据条款1所述的方法，其中所述有机溶剂是异丙醇。

4.根据条款1所述的方法，其中在所述分配步骤的至少一部分期间，所述含氟化合物包含在所述干燥液体中。

5.根据条款4所述的方法，其中所述含氟化合物是氢氟酸。

6.根据条款4所述的方法，其中所述含氟化合物以至少0.0001质量％且小于10质量％的浓度存在于所述干燥液体中。

7.根据条款4所述的方法，其中所述含氟化合物以至少0.05质量％且小于10质量％的浓度存在于所述干燥液体中。

8.根据条款1所述的方法，其中在所述分配步骤的至少一部分期间，所述含氟化合物在所述干燥液体接触所述晶片状物品时存在于所述干燥液体周围的气体中。

9.根据条款8所述的方法，其中所述含氟气体是氟化氢。

10.根据条款8所述的方法，其中所述含氟气体的氧浓度小于1质量％。

11.根据条款1所述的方法，其中所述晶片状物品包括形成在所述晶片状物品的所述一侧上的半导体器件结构。

12.根据条款1所述的方法，其中所述加热步骤包括将所述晶片状物品加热至30℃-300℃的范围内的温度。

13.根据条款1所述的方法，其中所述加热步骤包括将所述晶片状物品加热至40℃-300℃的范围内的温度。

14.根据条款1所述的方法，其中所述干燥液体包含小于30质量％的水。

15.根据条款1所述的方法，其中所述干燥液体包含小于15质量％的水。

16.根据条款1所述的方法，其中所述加热组件包括辐射加热元件的阵列，所述阵列覆盖所述晶片状物品。

17.根据条款16所述的方法，其中所述辐射加热元件的所述阵列分布在至少五个能独立控制的组中，每组分别占据从所述旋转卡盘的较中心区域延伸到所述旋转卡盘的较周边区域的相应不同区域。

18.根据条款17所述的方法，其中所述分配步骤使用液体分配器进行，所述液体分配器包括一个或多个分配孔，所述分配孔被配置成将排放点从所述晶片状物品的较中心区域移动到所述晶片状物品的较周边区域，并且其中供给至所述至少五个能独立控制的辐射加热元件组中的每一个的功率基于所述液体分配器的所述排放点的位置。

19.根据条款4所述的方法，其中，在所述分配步骤之前或期间，所述干燥液体与所述含氟化合物在歧管中混合。

20.一种用于干燥晶片状物品的方法，其包括：

在旋转卡盘上旋转预先确定直径的晶片状物品；

将干燥液体分配到所述晶片状物品的一侧，所述干燥液体含有大于50质量％的异丙醇和0.05质量％-10质量％的氢氟酸；以及

在所述分配步骤的至少一部分期间，使用与所述晶片状物品基本上共同延伸的加热组件将所述晶片状物品加热到40℃-82℃范围内的温度。

附图说明

在阅读了参照附图给出的本发明的优选实施方式的以下详细描述之后，本发明的其它目的、特征和优点将变得更加明显，其中：

图1a、1b和1c是图案崩塌现象的说明图；

图2a、2b和2c是所希望避免图案塌陷的说明图；

图3是适用于本发明的第一实施方式的装置的平面图；

图4是沿图3的IV-IV线的剖视图。

图5是图3和图4的装置的加热组件的平面图；以及

图6a和6b示出了用于图3-5的装置的优选的处理条件。

具体实施方式

现在参考图1，形成在半导体晶片2上的器件特征1可以是掺杂硅的鳍片(fin)或在半导体器件的制造中形成或使用的任何其它结构或材料。在处理过程中，晶片2通常首先用水，然后用异丙醇(IPA)进行冲洗，异丙醇(IPA)在图1a中在鳍片1周围以3表示。当晶片干燥时，IPA 3蒸发；然而，由于鳍片1的表面张力和高的深宽比，IPA 3从鳍片之间的空间被驱除得较慢，这导致图1b中以M所表示的弯液面的形成。由于晶片的干燥持续，如图1c所示，IPA3的表面张力将鳍片1相互牵引，这可能损害或防止相关半导体器件的正确性能。常规的干燥液体还可以留下残留物，导致器件性能的缺陷。

用于减轻图案崩塌现象的常规技术包括使用具有比去离子水低的表面张力的漂洗液体，以IPA为主要选择，以及在升高的温度下使用这种漂洗液体；然而，如上所述，这样的技术对减少图案崩塌或避免损坏残留物的作用有限。

本发明人已经发现，如上述发明内容中所述的干燥液体的使用与晶片状物品的加热结合实现如图2a、2b和2c所示的干燥，其中避免了图案塌陷，而且不残留残留物。

图3示出了设计成实现本方法的装置的示例，其中旋转卡盘10被设计成保持和旋转预先确定直径(例如300mm或450mm)的晶片W。晶片W由一系列圆形的夹持销16保持，在该实施方式中，夹持销16的数量是六个。夹持销16穿过由石英或蓝宝石制成的透明板25中的开口。板25通过螺钉26固定到卡盘10上并与卡盘10一起旋转。当晶片W位于卡盘上时，它被保持在板25的上方，使得晶片的下表面平行于板25并与板25间隔开小的间隙。

在透明板25的下方安装有辐射加热组件50，其将在下面更详细地描述。

与卡盘10相邻，吊杆摆臂30安装成围绕其驱动马达34枢转运动。臂30被供给干燥液体，干燥液体通过其排出喷嘴32被向下排出。吊杆摆臂30可在图3中的实线所示的待机位置以及虚线所示的中心位置之间运动。因此，排出喷嘴32可跨越晶片W的整个半径扫描，并且当晶片W通过卡盘10旋转时，从而将液体分配到晶片W的整个朝向上的表面上。

替代地，排放喷嘴可以固定地位于晶片W的中心上方，即在旋转卡盘的旋转轴线上，并且当卡盘和晶片旋转时，可以通过离心力使分配的干燥液体流过晶片W的整个朝向上的表面。

现在转到图4，可以看出，旋转卡盘10由下卡盘主体12和上卡盘主体14组成，下卡盘主体12和上卡盘主体14彼此固定并且通过轴颈以围绕固定的中心柱20旋转。在该实施方式中，销16和透明板25也与卡盘10一起旋转，与通过设置在夹持销16的底座处的齿轮齿与每个夹持销16连续相啮合的环形齿轮18也是如此。环形齿轮18也可以相对于卡盘10旋转到极限程度，从而使销16围绕它们各自的轴线旋转，并以本身公知的方式在其打开和关闭位置之间移动最上面的偏心夹持部分。

固定柱20和定子44一样安装在装置的机架40上，而转子42固定在下卡盘主体12上，定子44和转子42构成驱动卡盘10旋转的磁力马达。整个卡盘结构的其它细节例如在共同拥有的美国专利No.9,245,777中进行了描述。

在该实施方式中的辐射加热组件50安装在固定柱20上，因此不旋转，而它由包括元件25、14、16的卡盘的旋转结构所包围。该实施例方式中的辐射加热组件50包括面向透明板25安装的多个蓝色LED 51以及安装在加热组件50下侧的板上控制器52。控制器52控制蓝色LED 51的接通和关断以及功率，以及与吊杆摇臂30的马达34无线通信。

如图5所示，本实施方式的PCB 53形成在四个四分之一圆中，所述四分之一圆通过连接器59连接在一起。LED元件51以十六个形成组，并且LED可以少至十六的组单独地供电。

在图5中可以看出，LED 51被布置成二十个同心圆，并且每个圆中的LED的数量是16的倍数。因此，通过上述布置，每个同心圆可以单独控制为单独的加热区。

蓝色LED灯51具有波长在约450nm处的最大强度。可以使用其他辐射源，但优选使用发射具有在390nm至550nm的波长范围内更优选在400nm至500nm波长范围内的最大强度的辐射的光源。

虽然具有该波长特性的辐射被板25大量传导，但是相同的辐射被晶片W的半导体材料很大程度地吸收，特别是当晶片W是硅时。

这种布置允许对晶片W进行非常快速的局部加热，使得在有可能形成有破坏性的弯液面之前使干燥液体蒸发。例如，每个LED 51可以具有10W的功率消耗并且提供3W的光功率，该光功率可以几乎立即产生。此外，当需要时，可以产生较小的光功率以用于所选择的LED 51，例如通过以本身已知的方式以例如500Hz对供应至所选择的LED 51的功率施以脉冲。

图6a和6b示出了本实施方式的装置的操作的优选实施方式。晶片W可以被认为被分成N个区域1、2、3、4、...N，其对应于加热组件50的可单独控制的同心区域的数量，使得图6b中的横坐标表示区域数量以及从晶片中心到晶片边缘的径向距离。

首先将晶片W装载到卡盘上，使卡盘旋转。然后，通过喷嘴32将干燥液体分配到晶片W的上侧。可以通过使用加热组件50或通过预加热干燥液体或两者来预热晶片。

干燥液体含有大于50质量％的有机溶剂(优选异丙醇)。干燥也可以通过使用含氟化合物(优选氢氟酸)来实现。含氟化合物可以与分配器30的歧管31中的有机溶剂混合。替代地，可以从图4中的33示意性地示出的气体分配器分配含有氟化氢形式的氟化合物的气体，以便在干燥液体接触晶片W的上表面时包围干燥液体。

在图6a所示的区域A中，液体L保留在晶片W的表面上，目的是将在本例中为异丙醇(IPA)和氢氟酸(HF)的混合物的液体L加热到升高但不会导致晶片W的过早干燥的温度。该温度对应于区域4至N中的加热器的热通量，其保持在水平2，如图6b中的纵坐标所示。

另一方面，在对应于辐射加热组件50的区域3的区域B中，晶片W的温度显著升高，以便干燥液体的蒸发速率足够高，使得紧密相邻的器件特征之间没有弯液面(即，平坦或90°弯液面)，以避免如上所述的图案崩塌。在对应于加热器区域1和2的区域C内，已经干燥的晶片保持在较低但仍然升高的温度，以确保漂洗液体完全蒸发并防止干燥的晶片表面上的冷凝。

应理解的是，对供应到加热组件的各个同心区域的功率的控制对应于漂洗流体的排放喷嘴32的径向位置，因此控制器52基于排放喷嘴的径向位置控制供应到相关区域的LED 51的功率。

在本方法中，通过在大于50质量％的有机溶剂的干燥液体中使用含氟化合物，使干燥液体具有优选至少0.0001质量％且小于10质量％，更优选至少0.05质量％且小于10质量％的含氟化合物的浓度，从而促进在无图案塌陷或残留的情况下的干燥。如果使用含氟气体，则优选其氧浓度小于1质量％。此外，在本方法的优选实施方式中，干燥液体还含有少于30质量％的水，更优选含有少于15质量％的水。

整个干燥工艺中，干燥液体不需含有含氟化合物；相反，可以在干燥工艺完成之前在工艺已经开始和/或停止之后引入含氟化合物。

优选通过加热组件50加热晶片W，使得晶片W达到30℃-300℃，更优选40℃-300℃范围内的温度。该温度可以在加热过程中变化，例如，在IPA被大量排出之前，优选温度在30℃-82℃，更优选40℃-82℃的范围内。加热到83℃-300℃范围内的较高温度促进了IPA的解吸以及HF的解吸，从而防止HF显著蚀刻晶片和器件结构的硅。

虽然已经结合本发明的各种优选实施方式描述了本发明，但是应当理解，这些实施方式仅用于说明本发明，并且本发明不限于这些实施方式，而是包括被所附权利要求的真实范围和精神包围的实施方式。

Claims (10)

1.一种用于干燥晶片状物品的方法，其包括：

在旋转卡盘上旋转预先确定直径的晶片状物品；

将干燥液体分配到所述晶片状物品的一侧，所述干燥液体含有大于50质量％的有机溶剂；以及

在所述分配步骤的至少一部分期间，用加热组件加热所述晶片状物品，

其中，在所述分配步骤的至少一部分期间，当所述干燥液体接触所述晶片状物品时，含氟化合物存在于所述干燥液体中或所述干燥液体周围的气体中。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述有机溶剂是醇。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述有机溶剂是异丙醇。

4.根据权利要求1所述的方法，其中在所述分配步骤的至少一部分期间，所述含氟化合物包含在所述干燥液体中。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述含氟化合物是氢氟酸。

6.根据权利要求4所述的方法，其中所述含氟化合物以至少0.0001质量％且小于10质量％的浓度存在于所述干燥液体中。

7.根据权利要求4所述的方法，其中所述含氟化合物以至少0.05质量％且小于10质量％的浓度存在于所述干燥液体中。

8.根据权利要求1所述的方法，其中在所述分配步骤的至少一部分期间，所述含氟化合物在所述干燥液体接触所述晶片状物品时存在于所述干燥液体周围的气体中。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述含氟气体是氟化氢。

10.一种用于干燥晶片状物品的方法，其包括：

在旋转卡盘上旋转预先确定直径的晶片状物品；

将干燥液体分配到所述晶片状物品的一侧，所述干燥液体含有大于50质量％的异丙醇和0.05质量％-10质量％的氢氟酸；以及

在所述分配步骤的至少一部分期间，使用与所述晶片状物品基本上共同延伸的加热组件将所述晶片状物品加热到40℃-82℃范围内的温度。