使用流体弯液面湿加工的设备及方法

专利名称：使用流体弯液面湿加工的设备及方法
技术领域：
本发明涉及一种使用至少一个流体弯液面将表面暴露于液体的改 进方法和设备。这种系统适用于"湿加工"基片的单面，且不干扰"背 面"，而在某些实施例中，通过例如气流帮助将流体约束到正面，如在 各种半导体和其它显微制造技术中必需或要求的那样。本发明不限于
特定的技术领域或应用范围，而是适用于要求表面暴露于流体的情况。 这样的示例举几个为例是蚀刻、基片变薄、电镀、显微结构释放、 器件或基片清洗、MEMS (微型机电系统)、光电子、光致电压及电 子器件制造。
背景技术：
湿加工(即一个或多个表面暴露于一种或多种流体)是许多技术 的基本部分。特别是，半导体、微型机电系统(MEMS，在其它名称 中也称作微系统)、光致电压技术对于器件制造严重地依赖于湿加工。 诸如蚀刻、抗蚀剂显影、图案形成、剥离、释放、电镀和变薄之类的 加工通常都通过将表面暴露于液体，即湿加工来完成。所有现有技术的主要缺陷之一是湿加工依赖于零件在液体中的浸 渍、某种形式的喷射、或液体输送和基片旋转的组合，以实现表面暴 露于液体。这些方法及其许多变型通常将所要求保护免受流体的其它 表面暴露到至少适当程度。为了防止表面不必要的暴露，现有技术通 常依赖于涂敷保护层或抗蚀剂。
随着制造技术的进步和更高的功能性与零件密度是系统性能和更 低价格的主要驱动力，真正单面的湿加工提供额外加工的灵活性，并 且使集成化能有较高水平。特别是，使用抗蚀剂、掩模或其它形式的 保护，使零件或器件在一侧能处于完美状态，而湿加工能在另一侧继 续进行，且不会通过湿润它或另外将它暴露于流体或其蒸汽而危及其 完整性。
具有湿加工系统来试图进行单面的湿加工，也就是说，尽管暴露 主要在一侧上发生，但它通常将另一侧暴露于适当水平的雾或蒸汽。 这种暴露足以使这样单面加工的系统不合格，或者值得使用抗蚀剂或 其它形式的保护，以防止对未被加工侧的损坏。
然而，本发明能够单面加工，且在加工中不暴露表面的背面，因 此，能格外实现各种各样的新加工和器件集成化的新水平。很明显， 本发明的所有用途和意义未在本文全部列入，但尽管如此，也是本发 明的一部分。
此外，由于本发明将运输现象与流体的作用本征有效的分离，所 以本发明与传统的配置相比对可得到的均匀性作出了改进。这在通过 与流体的作用或接触除去基片表面的材料的加工过程中特别重要。这 样的应用其中包括例如蚀刻、变薄、显影。这种均匀性改进根据加工 的细节能优于用传统配置，例如旋转、喷射或浸渍蚀刻等可获得的均 匀性多达十倍。

发明内容
本发明是一种使用流体弯液面来加工物体的单面的新颖方法和设备。
6因此，本发明的一个方面是提供一种使用至少一个流体弯液面将 允许加工物体单面的设备和方法。
本发明的另 一个方面是提供一种以改进的均匀性湿加工物体的单 面的i殳备和方法。
本发明的另 一个方面是利用至少 一个流体弯液表面来执行物体， 特别是在电子工业中使用的物体的加工。
本发明的另 一个方面是提供一种湿加工基片同时通过使用防止液 体、气体或蒸汽与背面接触的动态流体，例如气体约束方法保护其背 面的设备和方法。
因此，在一个方面，本发明包括流体弯液面加工，其包括以下步
骤
(a) 用夹紧装置夹持物体第一表面的至少一部分，使得物体第二 表面的至少一部分被暴露；
(b) 将至少一种液体注入在储槽中，使得形成流体弯液面；
(c) 使物体第二表面的至少一部分与流体弯液面的至少一部分接 触；并且
(d) 在与流体弯液面的至少一次接触之后除去物体。 在另一个方面，本发明包括具有第一表面和第二表面的物体，其
中，第一表面具有至少一个第一零件，并且其中，第二表面具有至少 一个第二零件，并且其中，第一零件在第二零件的背面上，其中，第
一零件选自包括格栅、形成图案零件、金属零件、非金属零件、通道、 镜、滤波器、通孔、盲孔、薄膜、射束、机械器件、光学器件、光电 子器件、光致电压器件、CMOS、 MEMS、 SOI及CCD的组类，并 且其中，第二零件选自包括格栅、形成图案零件、金属零件、非金属 零件、通道、镜、滤波器、通孔、盲孔、薄膜、射束、机械器件、光 学器件、光电子器件、光致电压器件、CMOS、 MEMS、 SOI及CCD 的组类。
在又一个方面，本发明包括一种用于在物体上传送流体弯液面层 的一部分的i殳备，该i殳备包括(a) 物体，其具有第一表面和笫二表面；
(b) 夹紧装置，以夹持物体第一表面的一部分，使得物体第二表 面的至少一部分被暴露；
(c) 至少一个储槽，其容纳具有流体弯液面的至少一种流体；
(d) 用于将流体弯液面的至少一部分传送到物体第二表面的至少 一部分上的装置；和
(e) 用于在与流体弯液面至少一次接触之后除去物体的装置。 在又一个方面，本发明包括一种用于在物体上传送流体弯液面层
的一部分的设备，该设备包括
(a) 物体，其具有第一表面和第二表面；
(b) 夹紧装置，以夹持物体第一表面的一部分，使得物体第二表 面的至少一部分被暴露；
(c) 至少一个储槽，其容纳具有任意形状和大小的流体弯液面的 至少一种流体，以致通过湿润所述任意形状的区域的同时或停留在所 述弯液面上或是以任意方式，包括平移、转动、摆动、或所述运动的 部分、或组合、或叠加被运动而与物体的表面相互作用；
(d) 用于将流体弯液面的至少一部分传送到物体第二表面的至少 一部分上的装置；和
(e) 用于在与流体弯液面的至少一次接触之后除去物体的装置。 在再一个方面，本发明包括一种用于在物体上传送流体弯液面层
的一部分的设备，该i殳备包括
(a) 物体，其具有第一表面和第二表面；
(b) 夹紧装置，以夹持物体第一表面的一部分，使得物体第二表 面的至少一部分被暴露；
(c) 至少一个储槽，其容纳具有流体弯液面的至少一种流体；
(d) 用于将流体弯液面的至少一部分传送到物体第二表面的至少 一部分上的装置；
(e )在所述第二表面刚才与所述流体弯液面接触之后全部或部分 地除去第二表面的液体的装置；
8(f)用于在与流体弯液面至少一次接触之后除去物体的装置。 在另一个方面，本发明包括一种用于在物体上传送流体弯液面层
的一部分的"i殳备，该"i殳备包括
(a) 物体，其具有第一表面和第二表面；
(b) 夹紧装置，以夹持物体第一表面的一部分，使得物体第二表 面的至少一部分被暴露，同时液体，例如气体经由适当的装置或设备， 比如成形或其它流体动态装置或设备而流到第一表面的全部或其一部
分上；
(c) 至少一个储槽，其容纳具有流体弯液面的至少一种流体；
(d) 用于将流体弯液面的至少一部分传送到物体第二表面的至少 一部分上的装置；
(e) 在所述第二表面刚才与所述流体弯液面接触之后全部或部分 地除去第二表面的液体的装置；
(f) 用于在与流体弯液面至少一次接触之后除去物体的装置。 在另一个方面，本发明包括一种用于在物体上传送流体弯液面层
的一部分的设备，该i殳备包括
(a) 物体，其具有第一表面和第二表面；
(b) 夹紧装置，以夹持物体第一表面的一部分，使得物体第二表 面的至少一部分被暴露，同时气体流到第一表面的全部或其一部分上；
(c) 至少一个储槽，其容纳具有任意形状和大小的流体弯液面的 至少一种流体，以致通过湿润所述任意形状的区域的同时或停留在所 述弯液面上或是以任意方式，包括平移、转动、摆动、或所述运动的 部分、或组合、或叠加纟皮运动而与物体的表面相互作用；
(d )用于将流体弯液面的至少一部分传送到物体第二表面的至少 一部分上的装置；
(e) 在所述第二表面刚才与所述流体弯液面接触之后全部或部分 地除去第二表面的液体的装置；
(f) 用于在与流体弯液面的至少一次接触之后除去物体的装置。 在另 一个实施例中，本发明涉及一种用于在物体上进行流体弯液面加工的设备，物体具有第一表面和第二表面，该设备包括(a)至 少一个储槽，其容纳形成流体弯液面的流体；(b)夹紧装置，用于夹 持物体，使得流体弯液面的至少一部分接触物体第二表面的至少一部 分并被传送到该处；和(c)流体相互作用元件，其被构造成与被传送 到第二表面的流体的至少一部分相互作用。
流体相互作用元件可以被构造成运动、移动、除去、散开和干燥 被传送到第二表面的流体的至少一部分中的至少一种。流体相互作用 元件可以是被构造成将空气吹向被传送到笫二表面的流体的至少一部 分的空气装置。可替换地或另外，流体相互作用元件可以是被构造成 向被传送到第二表面的流体的至少一部分提供真空的真空装置。可替 换地或另外，流体相互作用元件可以是被构造成与被传送到第二表面 的流体弯液面的至少一部分相互作用和/或〗吏其运动的刮刀。可替换地 或另外，流体相互作用元件可以是被构造成与被传送到第二表面的流 体的至少一部分相互作用和/或使其运动的毛细管材料。
在本发明的各种实施例中，流体相互作用元件相对于物体可运动。 此外，流体相互作用元件可以被构造成移进和/或移出由物体运动限定 的路径，或相对于该路径运动。流体相互作用元件的运动可以与物体 的运动相一致，例如与物体运动的速度和方向中的至少一个相一致。 流体相互作用元件的运动可以由致动器致动，该致动器是其中包括气 动和电磁类型中的至少一种。流体相互作用元件和物体中的至少一个 可以被构造成彼此相对运动，该相对运动包括平移、转动、摆动和/ 或所述运动的部分、组合或叠加中的至少一种。另外，流体相互作用 元件可以被构造成在物体第一表面的至少一部分上提供气体，以便防 止被传送到第二表面的流体弯液面的至少一部分运动到第一表面。可 以提供气体，以便防止由被传送到第二表面的流体弯液面的至少一部 分产生的液体、蒸汽和/或气体运动到第一表面。夹紧装置可以与流体 相互作用元件配合起作用，以便防止被传送到第二表面的流体弯液面 的至少一部分运动到第一表面。
储槽可以具有一形状，并且可以将对应形状传给流体弯液面，该形状包括长矩形、"饼"形、"D"形、圆形、及所述形状的组合、叠加 或变形中的一种。在一实施例中，储槽的形状和尺寸在加工过程中或 在加工过程中间可以动态地变化，以适应不同大小、形状的基片，或 者将某些性能传给流体槽。设备可以被构造成在至少一次接触之后除 去流体弯液面的至少一部分与物体第二表面的这种接触。物体可以选 自包括半导体晶片、基片、金属和非金属复合材料、金属和非金属材 料、硅、磷化铟、陶覺、玻璃、IV族元素、III-V族化合物、II-VI族
化合物、及其二元成分和三元成分的组类。物体可以由4吏用机械、真 空、静电、流体、伯努里原理、磁性及电磁操作中的至少一种的夹紧 装置保持。流体可以选自包括蚀刻流体、镀敷流体、溶剂、湿润流体、 清洗流体、光致抗蚀剂、显影剂及剥离剂的组类。储槽中的流体可以 是再循环、搅拌、加热和补充中的至少一种。物体可以具有至少一种 材料的至少一个涂层，并且其中，涂层选自包括金属、有机材料、无 机材料、绝缘体及抗蚀剂的组类。储槽可以具有保持流体的至少一个 通道，并且可以具有至少一个溢流通道，同时可以4吏用至少一个泵或 其它适当装置将流体注入到储槽中。可以设想进给、运动、输送、溢 流、成形、排出、再循环等不同的装置或方法，并且也是本发明的目 的。流体可以蚀刻物体第二表面的至少一部分，并且其中，物体选自
包括半导体晶片、基片、金属和非金属复合材料、金属和非金属材料、
硅、磷化铟、陶资、玻璃、IV族元素、III-V族化合物、II-VI族化合
物、及其二元成分和三元成分的组类。此外，流体弯液面可以用来实 现选自包括蚀刻、变薄、电镀、显微结构释放、清洗、电子器件制造、 电化学加工、光化学加工、光电镀敷、光电子加工、形成图案、抗蚀 剂涂敷、显影、镀敷、涂敷及剥离的组类的功能。


被认为是本发明新的零件和本发明的元件特性详细地表述在附属 权利要求书中。附图仅用于说明目的，并且没有按比例画出。此外， 相同的附图标记在附图中表示相同的零件。然而，发明本身，就操作
11组织和方法而言，都可以通过参照随后结合附图所作的详细描述达到
最佳理解，图中
图1A表示本发明的优选加工方法和设备。
图1B表示与流体弯液面接触的物体。
图1C表示在与流体弯液面进行至少一次接触之后的物体。
图1D表示与流体弯液面进行另一次接触的物体。
图2表示本发明的另一个实施例。
图3表示本发明的又一个实施例。
图4表示本发明的再一个实施例。
图5表示本发明的又一个实施例。
图6表示本发明的再一个实施例。
图7表示本发明的另一个实施例，其中，气刀除去、散开、或吹 到在第二表面越过液体弯液面之后在其上面留下的液体上。
图8表示本发明的又一个实施例，其中，真空缝隙除去或减少在 第二表面越过液体弯液面之后在其上面留下的液量。
图9表示本发明的再一个实施例，而刮刀(例如刮板)挤压、除 去、散开、或减少在第二表面越过液体弯液面之后在其上面留下的液 量。
图IO表示本发明的又一个实施例，其中，毛细管刮刀"擦干"、除 去、散开、或减少在第二表面越过液体弯液面之后在其上面留下的液量。
图lla和llb表示本发明的又一个实施例，其中，气刀、真空缝 隙、刮刀、毛细管刮刀或其它类似装置中的任一个或多个例如根据基 片的运动方向或任何其它加工条件朝向或离开由基片限定的平面运 动。
图12a、 12b和12c表示流到基片背面(第一表面)上的气体，以 便帮助将流体及其中生成的任何污染约束到正面(第二表面)上。
具体实施例方式
12尽管可以设想有大量可能的用途，但在其优选实施例中，本发明 提供一种优于现有技术的显著改进，供基片单面的湿加工之用且不会 有害地干扰其背面。可以预计，象由本发明的主题提供的那样真正单 面湿加工通过减轻对使用基片双面的限制使每一模片的功能性和零件 或器件的密度能进一步和更快地提高。另外，还可以以更加环境安全、 更快、均匀及经济的方式提供蚀刻或变薄基片的能力。
使用本发明的一个这种用途的示例是CMOS和MEMS器件的集 成化，每种类型在其基片的自身侧并通过其自身的加工线。这是特别 有意义的，因为这个示例表明，两种类型的器件将从集成化受益，但 这些加工相互不兼容，因此，使它们集成为同一"芯片"很困难。类似 情况可以适用于各种加工、器件、零件、类型或集成化水平。可以设 想，通过使用一系列所述加工，因而能制造三维装置或混合器件。另 外，通过本发明的使用，"堆积"器件的成本和密度也是可能的。
真正单面湿加工的优点的另一个示例是使基片变薄。这些基片可 以是在加工之后或加工期间的那些象CCD、 MEMS、或其它光电子、 光致电压、或成像器件之类的器件，以及空白基片。
本发明的又一个优点是其中包括薄的、绝缘体上沉积硅(SOI)、 光致电压、及MEMS基片或器件的成本可能降低。
本发明的主题所能实现的高蚀刻速率和均匀性使其对于薄基片的 制造是有吸引力的选择。可以加工各种各样与技术相关的材料，其中 包括象金属和非金属复合材料、金属和非金属材料、硅、锗、InP(磷 化铟)、陶瓷及玻璃之类材料。
本发明的主题也可以用来借助于化学药剂清洗暴露的表面，这些 化学药剂被输送到该暴露表面、或分别地被预混合、或是现场混合， 这样完成所需的清洗操作。可以使化学制品在基片处、基片附近、或 其途中反应，以达到所需的反应和效果。
本发明也可以有利地用来将材料电镀到基片上，同时利用本说明 书中所述的所有有益特征。本发明的主题关于待电镀的材料类型没有 强加于实质性限制；也没有关于本发明的主题对于电镀的应用其它方面的限制。类似地，本发明的主题能够有利地用来进行有关流体和表 面其它电化学加工。所有这样的使用和用途也是本发明的主题。
本发明也可有利地用来进行有关流体和表面的光化学加工。实际
上任何形状并在多个位置中的一个或多个射束41可从流体通道22或 液体组件IO的下面发光，如在图4中更清楚看到的那样，以实现反应 和进行加工。其中包括象光电镀敷、选择性镀敷、选择性蚀刻之类的 加工可由本发明的主题的适当装置完成。可以设想，许多其它实施例、 变化和改进是可能的，并且也是本发明的主题。此外，代替光子束，
可将多个电极或单电极阵列放置在加工表面附近，以便与该表面和/ 或与流体相互作用。
本发明也能有利地用来在有或没有抗蚀剂的情况下在各种材料上 单面蚀刻形成图案的表面。这样的图案包括、但不限于举几个为例的 电子器件、光电子器件、格栅、MEMS、及其它有源和/或无源器件或 元件的那些图案。
此外，本发明便于降低和高效使用普通加工，其中例如蚀刻、变 薄、清洗、显影、电镀之类加工所用化学药品。这通过本发明的系统 中许多可能的装置完成。与典型的浸渍技术相比， 一个特征是减少使 用化学药品。另一个相关装置将是化学药品输送和处理的再循环方面。 本发明的这些特征可以使其在经济和环境优势的基础上成为当前技术 水平有吸引力的替换方案。
图1A、 1B、 1C及1D表示本发明的实施例，其中，储槽或液体 组件10具有至少一个流体通道22和至少一个流体溢流通道24。流体 通道22容纳具有至少一个流体弯液面16的至少一种液体23。夹紧装 置或基片组件12牢固地夹持至少一个物体14，举几个为例的比如晶 片14、基片14。溢流通道24应该使得作为流体17溢流的任何流体 23能被进一步加工，如在别处论述的那样。由于易于理解，达到下面 具体实施所需的程度，相关电机、检测、控制子系统未在附图中示出。
显然，其它组合或改进是可能的，并且也是本发明的主题。
基片14具有第一或下表面13和第二或上表面15。基片14使用
14适当真空、机械、流体、伯努利原理、或静电吸盘或通过其它适当装
置能被基片组件12保持；并在流体弯液面16上方扫描，达到所需结 果，需要多少次就扫描多少次。扫描的速度由加工要求和所需结果确 定，并且可从零(即暴露于流体23的基片14位于单一位置且不运动) 到以每秒数英尺运动变化。图1A-1D示意地表示从右边(图1A)前 进到左边(图1B、 1C)再返回到右边(图1D)时的这种运动。
类似地，基片14在扫描运动期间、以后、之前、在其间、或在认 为必要的任何时间能以各种速度转动，这取决于加工要求和所需的结 果。转动速度通常可从零(即没有转动)到每秒数千转变化。在优选 实施例中，基片组件12可以包括或含有"基片头"18，该"基片头"18 装有实现上述运动及其组合所需的电机、吸盘和引线，这些由于易于 理解故本文未示出。
此外，在优选的实施例中，穿过在基片14与基片组件12之间的 间隙20使用气流，以有助于防止流体23蠕动或向上运动到顶面15。 这种气流还有助于使到基片14的顶面15的蒸汽输送最小化。使用的 气体被选择成与加工兼容，并且可以是达到这种目的的任何气体或流 体。在优选的实施例中，使用氮气或干燥的压缩空气。此外，在优选 的实施例中，在基片头12与基片14之间的间隙20被设置成比如产生 这样的隔离或其它所需的效果。
在优选的实施例中，基片14这样在弯液面16上运动，使得连续 基片区域的元件或条暴露于液体23。如果所进行的操作涉及基片材料 的化学去除(即蚀刻)，比如在变薄操作期间，则操作的几何条件与通 过转动刨床或其它类似工具机械去除材料的几何条件相类似。通过在 这种窄条中完成加工，实际上消除了与质量和热传递到边缘相关的即 使不是全部也是大部分的非对称性。
在优选的实施例中，用于加工的流体23正在^皮连续地补充到流体 通道22中。这能在开环或是闭环进行(即，使用的流体23在一次通 过之后丟弃，或者用或不用任何形式的处理而被再循环，以返回到流 体通道中)。流体23的化学性质可以在这样的通过期间被调节或不被调节。类似地，流体23的温度或其它性质也可以在这样的通过期间被 调节或不被调节。这样的选择取决于各种方面，比如其中包括环境、 经济、加工问题、通过量及均勻性。流体的特性能通过实验、比色分
析法、其它适当装置的光i普测定来评估，并且这种信息可反馈到加工 过程中，以便再调节这种特性中的任一个或全部。在正常操作期间， 作为再循环过程的一部分或作为在基片14通过期间在其上面的溢流， 在流体通道22中的流体23可以溢流到溢流通道24中，以便使溢流流 体17能被进一步处理，比如丟弃、再循环、通过与新批量的流体23 混合再补充、和注回流体通道22中。这里收集的流体23或聚集、处 理掉、或是再循环，如以上详述的那样。在优选的实施例中，真空或 重力作用在溢流通道24上，以协助液体23沿着其预定路径输送；但 任何其它配置，包括仅靠重力帮助的溢流、真空-重力组合、化学反应、 或静电力、或其组合也是本发明的主题。此外很明显，可以设想关于 系统的液体处理方面的几种构造，比如其中包括不同液体的除去、聚 集、抽吸、约束和管理实施。这些和所有其它可能的构造和实施也是 本发明的主题。类似地，关于液体或溢流通道的构造、大小、形状或 其它特性的其它几何条件、配置或实施例，包括它们当中任一个缺少、 有部分或全部也是本发明的主题。类似地，涉及大量或任何数量的相 同通道或组件的构造也是本发明的主题。
本发明能以基片14每次通过暴露于多于一个液体弯液面16的形 式釆用并排26设置的多于一个液体组件10。使用的液体组件10的数 量将取决于各种因素，其中包括比如所需的加工速率、通过量、基片 几何形状。可以设想多种变型和组合，并且也是本发明的主题。这样 多的液体组件也能以"转轮"的"圆盘传送带，，型配置来布置。
本发明的可替换实施例可进行一系列旨在彼此促进和互补的步 骤。或通过本发明的元件的组合、或是通过增加其它机构、设备、装 置或装备和由这种实施引起的设备而实现本发明主题功能的这种促进 或增强在本文中被设想到，并且也是本发明的主题。 一种这样的程序 使用本文所述的相同原理可以清洗、蚀刻、变薄、清洗、擦洗、清洗和冲洗基片，并且也是本发明的主题。这样的实施可以包括、但不限 于声波、超声波或兆声波形式的能量、机械擦洗或作为辅助功能源的 电磁辐射。
上述具有其它形式的能量或附着或排入本发明主题的元件中或其 周围的物质的任何实施例也是本发明的主题。这种形式可以包括、但 不限于举几个为例的任何形式的电磁辐射、电磁场、光、任何形式的
声能、任何形式的机械能和任何形式的热能41等。
图3表示本发明的又一个实施例，其中，物体14在其上部或第二 表面15上具有至少一个保护涂层31，并且其中，下部或第一表面13 与流体23和流体弯液面16直接接触。这种保护涂层31可以包括例如 其中的一个或多个带、抗蚀剂。
图4表示本发明的再一个实施例，其中，物体14的下部或第一表 面13与在储槽10内的流体23和流体弯液面16直接接触，并且其中， 夹紧装置或基片头18和/或储槽10具有至少一个能源41。能源41可 选自举几个为例的包括电磁辐射、光、声能、机械能、热能等的组。 例如，能源41可以是穿过流体23向流体弯液面16和物体14的第一 或下表面13发光的光束41，以进行举几个为例的例如照相平版印刷 操作、光化学操作、光电镀敷操作、选择性镀敷、选择性蚀刻等。
图5表示本发明的又一个实施例，其中，物体14具有第一表面 13、 15和第二表面13、 15,其中，第一表面13、 15具有第一类型53、 55的至少一个第一零件53、 55，并且其中，第二表面13、 15具有第 二类型53、 55的至少一个第二零件53、 55，并且其中，第一类型53、 55的第一零件53、 55与第二类型53、 55的第二零件53、 55不同。 例如，第一零件53、 55可选自举几个为例的包括CMOS、 MEMS、 SOI或CCD (电荷耦合器件)、光致电压等的有源零件或无源零件， 例如格栅、金属或非金属线路和/或通路的组。类似地，第二零件53、 55可选自举几个为例的包括CMOS、 MEMS、 CCD、光致电压或SOI 等的有源零件，或无源零件，例如格栅的组类。
图6表示本发明的再一个实施例，其中，物体14具有第一表面13的部分且用至少一个保护层61覆盖，而使第一表面13的一部分暴 露用于加工，比如使暴露的表面13能与流体23的流体弯液面16直接 接触。在保护层61下面的区域可以是原始表面区域13、或是以前加 工的区域13、或具有一个或多个零件53、 55的区域13，这些零件由 层61保护。这样的保护层61可用于电子加工中，比如使用抗蚀剂层 61,以保护晶片14的表面13的部分。保护层61可以是有机层61或 无才几层61。
应当理解，有多种方式来保持物体14，例如物体14可通过选自 举几个为例的包括机械装置、静电装置、使用例如伯努利原理的流体 装置、磁性装置、电磁装置的组的方法或其它非接触方法等保持到夹 紧装置12上。
本申请人使用了术语"单面的，，或"单面加工"，以阐明，当一个表 面正;f皮加工或与流体23的流体弯液面16接触时，物体14的另一面或 第二表面或背面在加工第一面期间没有被显著地或实质上干扰。
本发明允许结构或器件能建造在诸如晶片或基片之类的物体的两 面上，换句话说，通过传统的方式不能建造。例如，人们可以使用本 发明在一侧上建造至少一个CMOS器件而在同一侧上建造另一个不 同器件、或在另一侧或背面上建造另一个CMOS或另一个不同的器 件。在两侧上使用"不动产(real estate)"通过使用本发明的"真实单 面"加工能力而成为可能。类似地，器件的较稀或较密"包装"可以通过 使用本发明做到，与传统的方法相比可能成本较低和/或环境较少受影 响。
应当理解，在晶片或物体任一侧上的一个或多个器件不是必须不 同。人们可以在一侧上具有CMOS和在另一侧上具有CMOS,或者 可在每一侧上分别具有有源和/或无源器件的任何组合，例举几种比如 CMOS和MEMS、格栅和MEMS、格栅和光学器件、光电子器件和 格栅等。人们也可看到，本发明以简单、高效和成本显著的方式实现 了象晶片之类的物体的两侧使用。然而，人们也可使用本发明来制造 其它零件/结构，例如象通道、镜、滤波器、孑L、薄膜、射束、光电子
18和机械器件、或其它类似的零件/结构。
此外，物体可由各种材料制成，例如象IV族元素(例如Ge、 Si)、 III和V族化合物(例如InP )、 II和VI族化合物(例如CdSe、 HgTe )、 或其它二元成分(例如SiN)及这些体系之间的三元成分(例如 AlGaAs )。
对于大多数用途，夹紧装置12、 18将物体14运动到与流体弯液 面16接触。然而，在某些情况下，可以使装有流体23的储槽10运动 成，以致流体弯液面16与物体14的表面接触。对于某些用途，人们 可同时、以相同或不同的速度运动夹紧装置12、 18，并且也运动储槽 10。
尽管许多实施例、变型及组合可以设想，而且也是本发明的主题； 但一些这样相关的实施例和变型列举如下
本发明、其变型及其可替换实施例与其用途或加工过程无关可以 应用于任何类似i殳备和/或加工过程。
本发明可以利用任何流体23,只要流体23形成至少一个流体弯 液面16。
本发明可供一个表面、多个表面或基片14的任何几何形状之用。 本发明可供一个表面、多个表面或基片14的任何外形之用。类似地， 本发明可供任何基片材料或物质之用。
何其它加工。
本发明使其除了本说明书中提到那些之外能用在任何其它构造中。
本发明除了本说明书中提到那些之外可与任何其它形式的能源一 道实施。
本发明可围绕其轴线的任一个颠倒、旋转或镜像地使用。 本发明除了说明书中所述的之外可供不同数量的液体组件10之用。
本发明除了本说明书中所述的之外可供不同数量的流体23或溢
19流通道24之用。
本发明可修改成除了在说明书中所述的之外体现不同的配置、变 形或其流体23和溢流通道24的几何形状。
本发明还允许使用活动和固定元件的不同组合，比如固定基片 14、和活动液体组件IO、或其任何其它组合或置换。
本发明也允许使用进行任何形式运动的元件，包括但不限于其元 件彼此相对或相对于外部基准框架的振动、转动、平移或摆动。
元件，包括但不限于举个为例的进行加热、擦洗、用任何类型的颗粒 轰击、超临界气体清洗、超声波清洗或激发、激光曝光或对任何形式 辐射的曝光等的元件。
本发明能以颠倒方式(即倒转)使用，或者以所述方式具有其任 何数量的元件。
本发明可以与水平成角度地使用，或者以所述角度具有其任何数 量的元件。
本发明可允许除去一种流体或多种流体23，这可通过除了本说明 书中所述的那些之外的其它方式或配置完成，这些方式或配置举几个 为例的，比如但不限于抽吸、重力、化学反应、运动气体或流体、移 动、激发的表面张力(例如马兰各尼效应)、机械、电磁等。
本发明可供一种流体或多种流体23的输送之用，这可通过除了本 说明书中所述的.那些之外的不同方式或配置，比如抽吸来完成。
本发明可在有或没有本文所述的背面(非加工)表面约束的情况 下使用。
本发明也可按照其各个实施例釆用流体相互作用元件，该流体相 互作用元件被构造成与第二表面越过流体弯液面之后留在笫二表面上 的任何液体相互作用，例如运动、移动、除去、散开、干燥等。本文 描述了这样一种流体相互作用装置的各种示例，比如气刀100、真空 刀120、刮刀130、毛细管材料140，如在图7、 8、 9、及10中分别所 述的那样。然而，应当理解，本发明包括被构造成与第二表面越过流
20体弯液面之后留在第二表面上的液体相互作用的任何装置。
例如，如图7中所示的那样，气刀100可以;陂构造成在第二表面 越过流体弯液面之后吹到该第二表面上，以作用在剩余液体上。空气 可以经适当导管110被输送到气刀中。类似地，并如图8中所示的那 样，真空刀120可抽吸在越过流体弯液面之后在所述第二表面上剩余 的液体任何部分或全部。真空可以经适当导管110被传送到真空刀。 更进一步，并如图9中所示的那样，刮刀130 (根据系统适合的用途， 是柔性的或不是柔性的，而由各种材料制成，比如塑料、金属、陶瓷、 及其它有机和无机成分)的配置可以使在越过流体弯液面之后在第二 表面上留下的一种液体或多种液体能部分或全部去除、或扩散。如图 10中所示的那样，这些刮刀在许多其它可设想的可能性中也可由毛细 管材料140制成。
图lla和lib示出本发明的另一可替换实施例，其中，流体相互 作用元件，例如气刀、真空刀、刮刀或其它类似物的一个或多个可以 被构造成相对于基片运动。例如，在一个实施例中，流体相互作用元 件被构造成在与由基片限定的平面不平行一致的方向上运动，例如， 它可以向上和/或向下运动，或者移进和/或移出基片的路径。此外， 在一个实施例中，该流体相互作用元件可以以与基片的运动，例如方 向和/或速度相一致的方式运动。所述刀、刮刀、或喷嘴可以由电磁、 气动或任何其它种类的适当致动器230致动，以实施所述运动。另外， 可替换形式的能量可以或不可以输入到本文所述的所述流体相互作用 装置中。
此外，本发明可以包括一实施例，其中，气体300这样被传送到 基片310的背面(第一表面)，使得所述表面的至少一部分结果与所述 气体接触。图12a和12b描述一个这样的典型实施例。传送所述气体 的一个目的可以形成这样一种流过基片350边缘的气流，以^更防止流 体340或可以以液体、蒸汽或气体的形式进入所述背面任何污染。在 基片边缘的气体流可以在基片的边缘周围形成高压区域"环"，从而防 止所述污染。上述的气流可以与各种空气动力装置320相结合而被实施，该空气动力装置320可以引导、改进、偏转或另外影响气体的流 动。基片在本申请中如别处所述的那样可以例如由吸盘330或其它这 样的装置保持在包括接触或非接触的许多其它可设想的配置中。这样 一种吸盘可能或可能不影响上述的约束和保护效果，并且可能或可能 不与气流装置结合而工作。图12c示出本发明的又一个实施例，其示 出包括气体可能穿过的通道331的吸盘330。流体，例如气体可以在 吸盘与基片之间循环。
本发明还可以与能釆用任何数量的不同形状的流体储器或弯液面 结合而被使用。 一个具体实施例描述在图1和2中，其中，线性储器 以横截面示出。线性储器包括例如流体的长的矩形槽，如从顶部看到 的那样，该矩形槽可具有任何长度或宽度，并且不必包围物体的整个 宽度。更通常的情况包括不同形状和大小的储器。特别要注意，储器 可能设有"饼"形、"D"形、圆形、或所述形状的组合、叠加或变形。 根据表示与液体相互作用的物体的区域的形状，储器可以采用任何形 状。此外，物体在储器上的运动可包括沿给定方向的平移、转动、摆 动的任何组合、或这些动作的组合或叠加，以^f更以任何所需的方式暴 露物体的表面。运动可以包括、但不限于在恒速或变速下或跟随沿其 运动的速度"分布，，的扫描运动；在应有位置没有平移的转动、在平移 运动的任一端或两端的转动、按角运动或角速度的给定顺序上的转动， 包括、但不限于与以顺序地、以相关地或不相关方式与部分平移运动 组合的恒定转动。平移运动可以在三维的任一个中，并且任何运动可 以与本发明的任何其它方面相关或不相关。
尽管已结合特定的优选实施例具体地描述了本发明，但很明显， 多种可替换方案、修改和变化对于本领域的技术人员通过以上说明将 一目了然。因此设想，附属权利要求书将包括落入本发明的真正范围 和精神内的任何这种可替换方案、修改及变化。
2权利要求
1.一种用于在物体上进行流体弯液面加工的设备，所述物体具有第一表面和第二表面，该设备包括(a)至少一个储槽，其装有形成流体弯液面的流体；(b)夹紧装置，其用于夹持物体，使得流体弯液面的至少一部分接触物体第二表面的至少一部分并被传送到该物体第二表面的该至少一部分；(c)流体相互作用元件，其被构造成与被传送到第二表面的流体弯液面的至少一部分相互作用。
2. 根据权利要求1所述的设备，其中，流体相互作用元件被构造 成运动、移动、除去、扩散和干燥被传送到第二表面的流体弯液面的 至少一部分中的至少一种。
3. 根据权利要求1所述的设备，其中，流体相互作用元件是被构 造成将空气吹向被传送到第二表面的流体弯液面的至少一部分的空气 装置。
4. 根据权利要求1所述的设备，其中，流体相互作用元件是被构 造成向被传送到第二表面的流体弯液面的至少一部分提供真空的真空 装置。
5. 根据权利要求1所述的设备，其中，流体相互作用元件是被构 造成使被传送到第二表面的流体弯液面的至少 一部分运动的刮刀。
6. 根据权利要求1所述的设备，其中，流体相互作用元件是被构 造成使被传送到第二表面的流体弯液面的至少一部分运动的毛细管材 料。
7. 根据权利要求1所述的设备，其中，流体相互作用元件相对于 所述物体可运动。
8. 根据权利要求7所述的设备，其中，流体相互作用元件被构造 成移进和/或移出由所述物体的运动所限定的路径。
9. 根据权利要求7所述的设备，其中，流体相互作用元件的运动与所述物体的运动相对应。
10. 根据权利要求9所述的设备，其中，流体相互作用元件的运 动与物体的运动的速度和方向中的至少一个相对应。
11. 根据权利要求7所述的设备，其中，流体相互作用元件的运 动由致动器致动，该致动器是气动的和电磁的中的至少一种。
12. 根据权利要求7所述的设备，其中，流体相互作用元件和物 体中的至少一个被构造成彼此相对运动，该相对运动包括平移、转动、 摆动和/或所述平移、转动、摆动运动的部分、组合或叠加中的至少一 种。
13. 根据权利要求1所述的设备，其中，流体相互作用元件被构 造成在物体的第一表面的至少一部分上提供气体，以便防止被传送到 第二表面的流体弯液面的至少一部分运动到第一表面。
14. 根据权利要求13所述的设备，其中，提供气体，以便防止由 被传送到第二表面的流体弯液面的至少 一部分产生的液体、蒸汽和/ 或气体运动到第一表面。
15. 根据权利要求13所述的设备，其中，夹紧装置与流体相互作 用元件配合起作用，以便防止被传送到第二表面的流体弯液面的至少 一部分运动到第一表面。
16. 根据权利要求1所述的设备，其中，储槽具有一形状，并将 对应形状传给流体弯液面，该形状包括长矩形、"饼"形、"D"形、圆 形、及所述形状的组合、叠加或变形中的一种。
17. 根据权利要求1所述的设备，其中，该设备被构造成在至少 一次接触之后使流体弯液面的至少一部分从物体第二表面去除接触。
18. 根据权利要求1所述的设备，其中，物体选自包括半导体晶 片、基片、金属和非金属复合材料、金属和非金属材料、硅、磷化铟、 陶瓷、玻璃、IV族元素、III-V族化合物、II-VI族化合物、及其二元 成分和三元成分的组。
19. 根据权利要求1所述的设备，其中，物体由使用机械、真空、 静电、流体、磁性及电磁操作中的至少一种的夹紧装置保持。
20. 根据权利要求1所述的设备，其中，流体选自包括蚀刻流体、 镀敷流体、溶剂、光致抗蚀剂、显影剂及剥离剂的组。
21. 根据权利要求1所述的设备，其中，储槽中的流体被进行再 循环、搅拌、被加热和补充中的至少一种。
22. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述物体具有至少一种 材料的至少一个涂层，所述涂层选自包括金属、有机材料、无机材料、 绝缘体及抗蚀剂的组。
23. 根据权利要求1所述的设备，其中，储槽具有用于保持流体 的至少一个通道。
24. 根据权利要求1所述的设备，其中，储槽具有至少一个溢流 通道。
25. 根据权利要求1所述的设备，其中，使用至少一个泵将流体 注入到储槽上。
26. 根据权利要求1所述的设备，其中，流体蚀刻物体的第二表 面的至少一部分，该物体选自包括半导体晶片、基片、金属和非金属 复合材料、金属和非金属材料、硅、磷化铟、陶瓷、玻璃、iv族元素、ni-v族化合物、ii-vi族化合物、及其二元成分和三元成分的组。
27. 根据权利要求1所述的设备，其中，流体弯液面用来执行选 自包括蚀刻、变薄、电镀、显微结构释放、清洗、电子器件制造、电 化学加工、光化学加工、光电镀敷、光电子加工、形成图案、抗蚀剂 涂敷、显影、镀敷、涂敷及剥离的组的功能。
全文摘要
一种利用流体弯液面加工物体表面的至少一部分的湿加工设备和方法。在物体的一个表面已加工之后，物体的另一面或表面可被类似地加工。这种加工可以举几个为例是涂敷、蚀刻、镀敷。设备和方法应用在半导体加工工业中，特别是晶片和基片的加工。该方法和设备也允许电子元件的多个表面的加工。
文档编号B05D1/28GK101541438SQ200680056117
公开日2009年9月23日 申请日期2006年10月16日 优先权日2006年10月16日
发明者R·I·弗恩特斯 申请人:材料及技术公司