专利名称：用纳米级雾状化学剂处理基片的系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种用化学方法处理基片的系统及方法，尤其适用于对12英寸以上 的集成电路硅片和掩模板，以及高清晰的液晶、等离子、有机发光等新型显示器的平板基片 湿处理过程中，用纳米级雾状化学剂处理基片的系统及方法。
背景技术：
自半导体集成电路产业开始至今60多年以来，湿处理一直是其生产中必不可少 及极其重要的工艺步骤与技术。它不仅用于祛除因先前的加工程序而造成的基片表面损伤 及金属与非金属污染物，而且还能为下一步工艺过程形成一个最优的基片工艺表面状态。 这一湿处理过程占据了整个超大规模集成电路(VLSI)生产过程的25%-30%以上。因此 不适当的湿处理过程会给基片表面造成损伤，电路效率低及使用寿命短等故障，及过量化 学液和去离子水的消耗，从而给生产质量，产量以及能源消耗造成了较大的负面影响。随着集成电路集成度的日趋增高，基片朝着大尺寸高集成方向发展，湿处理的应 用比率也日趋增高，以此来符合整个集成电路生产工艺。正如前面所述，湿处理工艺一直是 集成电路生产中必不可少及极其重要的工艺步骤与技术。但是，随着集成电路集成度日趋 增高，其集成电路线宽(电路最小槽沟)截面尺寸及电路线深(电路最小槽沟深度)越来 越小。目前已经是小于65nm，目前湿处理工艺中，存在着由于去离子水及化学液张力以及纳 米级电路槽沟的底部气体内压力因素，湿处理化学液无法有效刻蚀/清洗到电路槽沟深处 及底部的缺陷。正如60多年来半导体集成电路的发展历史，科学家，工程师一直不断研究，探索 新的湿处理工艺方法及相应设备，当前其他一些在被改进和可供选择的化学处理工艺方法 正在被提出和运用。例如，如人们在单片湿处理生产工艺中使用PVA刷子，在刷洗基片的同 时，将化学液挤压进电路槽沟中进行湿处理。或借助于兆声能量将化学液送入电路槽沟中。 但上述当前比较流行的湿处理方法都有比较严重的缺陷，PVA刷子法无法有效清洗掉电路 槽沟中及底部的颗粒及化学残液；而兆声能量法有可能损伤纳米级电路结构。而且上述湿 处理方法消耗较多的化学液及去离子水。当集成电路基片和平板显示器基片(FPD)正向着更大，更薄，更集成的方向发展 时，这个行业的公司，科学家和工程师更加关心湿处理设备和工艺技术的功能性能价值比 (COO)。换句话说，他们越来越关心每片基片的制造质量及制造成本。在上述基片湿处理领 域，无论在任何一个功能性价比分析中，去离子水和液体化学剂都占据了最大的消耗比重。 英特尔公司的CORDON和ROBERT在他们的功能性价比(COO)分析报告中揭示出在直径为 200毫米的硅片湿处理过程中去离子水成本最高(32% )，液体化学剂第三(16% )，基本设 备成本占第二(23%)。减少去离子水和化学剂的消耗不仅有利于功能性价比(COO)，更重 要的是有利于环境。人们一直在寻找新的方法和设备，力求在保证防止交叉沾污，增加产量的同时来 减少功能性价比，即单位时间质量型产量除以设备/总生产成本。当集成电路基片和平板
3显示器基片(FPD)正向着更集成，及更大更薄尺寸化方向发展的情况下，对电路槽沟中间 及其底部颗粒刻蚀清洗及水迹的祛除要求也越来越高。使用更少化学剂的刻蚀/清洗处理 (气态或气体)也已被提议来代替特定的湿处理方法(如等离子刻蚀等)。但这样的处理 过程仅能祛除特定类型的污染物或物质，但却从其“干处理”过程中留下一些另类物质颗粒 和金属污染物于纳米级电路槽沟中间及其底部。这些方法由于使用的紫外线比较活跃，增 加了等离子的活跃性所引起的基片纳米电路及基片表面损伤。并且干燥处理法不具备湿处 理法在清洗过程中能祛除特定物质颗粒的功效，因为它不能使用特定的已配制好的化学湿 处理合成剂，原因是这些合成剂不能在它们的蒸汽或气体中存在(例如著名的祛除轻无机 及有机颗粒的RCA清洗液配方NH20H+H202+H20，HCL+H202+H20)。因此，化学湿处理技术仍然 会在今后的几十年中在超大规模集成电路(VLSI)生产湿处理过程中处于主导地位。因此，在超大规模纳米级集成电路(VLSI)湿处理工艺及设备市场上对于能够生 产出一种纳米级湿处理的先进工艺技术，并且成本费用大大节省的一种新型的湿处理方法 和设备系统，尤其是大尺寸，高集成基片单面湿处理方法和设备系统，有着强烈的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用纳米级雾状化学剂处理基片的系统和方法，可以使 各类纳米级雾化化学剂和去离子水有效刻蚀，清洗纳米级集成电路槽沟及其底部的物质及 颗粒，并且它又是一个较简单的工艺设备系统。为实现上述目的，本发明的技术方案如下一种用纳米级雾状化学剂处理基片的系统，包括基片清洗容器，其具有顶盖和容 器本体，该容器本体内部中间设有基片承载部分；该容器本体的侧面上部设有一组可使雾 状化学剂、去离子水和氮气流入容器的阀门；容器本体底部设有一组通风和排水阀门；其 特征在于，所述容器基片承载部分包括可旋转的基片承载盘和布置在所述基片承载盘上的 周边部分、用于压紧所述单基片的离心压紧块。 所述基片清洗容器为竖向圆柱形。所述离心压紧块为倒L形。所述基片清洗容器还包括一组去离子水兆声刀装置，独立可摆动的安装于容器顶盖内。所述基片清洗容器还包括一组无接触PVA毛刷臂，安装于容器顶盖内。所述容器顶盖与容器本体之间具有0型密封圈。所述基片清洗容器还包括气缸锁紧装置，用于锁紧容器顶盖及容器本体。一种用纳米级雾状化学剂处理基片的的方法，包括如下步骤(1)将基片安装于权利要求1-6中任一项所述的基片清洗容器中的旋转承载盘 上；(2)密闭所述基片清洗容器；(3)在所述基片清洗容器中引入热氮气来等温；(4)在所述基片清洗容器内引入一种由加热的化学气体雾化加热的液体化学剂所 得到的雾状化学剂，，其中加热的化学气体的压力范围是每平方英寸20-40英磅，加热的液 体化学剂的压力范围为每平方英寸1-10英磅；
(5)在所述基片清洗容器内循环雾状化学剂；(6)用去离子水清洗基片；(7)在所述基片清洗容器内压入异丙基酒精的热雾状溶液；(8)在所述基片清洗容器内热氮气来彻底干燥基片和容器。所述由加热的化学气体和加热的液体化学剂在雾化器内产生雾状化学剂的步骤 包括所述加热的化学气体是臭氧气体，所述加热的液体化学剂是去离子水；和/或所述加热的化学气体是氟化氢气体，所述加热的液体化学剂是液态过氧化 氢；和/或所述加热的化学气体是氟化氢气体，所述加热的液体化学剂是去离子水；和/或所述加热的化学气体是带有正电的氮气气体，所述加热的液体化学剂是电 镀化学溶液；和/或所述加热的化学气体是氮气气体，所述加热的液体化学剂是光胶溶液。本发明的用纳米级雾状化学剂处理基片的系统，通过在雾化器中产生优质的纳米 雾状化学剂，以及可旋转的竖向圆柱形基片清洗容器的设计，使湿处理工艺更加有效，最大 限度地节约了化学剂和去离子水的消耗，最终可以节约处理时间和增加产量。
图IA是本发明用纳米级雾状化学剂处理基片的系统的示意图；图IB是本发明用纳米级雾状化学剂处理基片的系统工作原理图；图2是本发明基片清洗容器的示意图；图3是本发明化学雾化器的设计原理图；图4是本发明用纳米级雾状化学剂处理基片的方法的流程图。图中
110---基片114—_排水阀221—-阀门集合管件
111---圆柱形湿清洗容115—-通风阀222—-压力调节器
器116-—_真空泵224-—-气体加热器
112-—基片承载放置盘117—-阀门225—-气体过滤器
及离心压块118-—-三通处理阀门226-—-温度热电偶
113-—气缸机械锁紧装120—-兆声刀装置227—-化学剂混合容器
置200-—-化学剂集合管件228-—_控制阀
229-—仪表泵245—-阀门404—-基片处理工艺步
230-—处理加热器246—-化学气体骤
231-—热电偶传感器247—_调节器405—-基片处理工艺步
232-—压力调节器248—-控制阀门骤
233-—气体流动控制器249—-化学剂容器406—-基片处理工艺步
234-—压力传感器250—-阀门骤
235-—通风阀300—-端口407—-基片处理工艺步
236-—氮气301—-端口骤
5
237-—雾化器302--横断面408--基片处理工艺步
238-—控制阀303--O型交叉口骤
239-—过滤器401--基片处理工艺步409--基片处理工艺步
240-—控制阀骤骤
241-—共振围壁402--基片处理工艺步410--基片处理工艺步
242-—垂直管骤骤
243-—阀门403--基片处理工艺步501--容器顶盖
244-—阀门骤502—“容器本体
具体实施例方式本发明的所采用的雾化器，以及用加热化学气体和加热的液体化学剂产生的雾状 化学剂处理基片的方法与本申请人的已授权专利ZL03129467. 5大体上相同，主要区别就 在于本发明采用的是单基片清洗容器111的不同，以及本发明所产生的雾状化学剂是纳米 级的。由于本发明采用了具有可旋转的基片承载盘的清洗容器，适用于大尺寸，高集成单基 片清洗处理。而ZL03129167.5是横向圆柱形容器，适用于多基片清洗处理。同时，对于大 尺寸，高集成基片，纳米级的雾化化学剂和去离子水有效刻蚀/清洗纳米级集成电路槽沟 及其底部的物质及颗粒，并且达到化学剂和去离子水的消耗最小化，交叉沾污最小化，湿处 理工艺灵活性最大化，湿处理速度最大化。而ZL03129167. 5中的方法中雾状化学剂是豪微 米级的。图IA是关于本发明的系统的基本结构示意图，图IB是关于本发明系统的工作原 理图。结合附图1A，1B及图2，一个可以容纳处理单基片110的竖向圆柱形基片清洗容器 111，如图2所示，包括容器顶盖501，容器承载部分112 ；容器本体502，以及一组可以使雾 状化学剂、去离子水和氮气流入容器的阀门117 ；—组位于容器本体底部的容器通风和排 水阀门114。所述容器基片承载部分112包括可旋转的基片承载盘和用于压紧所述基片的 离心压紧块。在清洗湿处理过程中，单基片110随基片承载盘同步旋转，离心力会让单基片 110有向周边飞离的趋势，6-8个倒L形的离心压紧块设置于基片承载盘的周边，阻止该单 基片110向周边及上方飞离的趋势，以此来稳固地定位基片。所述基片清洗容器还包括气缸锁紧装置113，安装在所述容器外部，用来锁紧圆柱 形基片清洗容器。所述容器顶盖与容器底部之间具有0型密封圈，用于保证容器顶盖与底 部之间的密封。所述基片清洗容器还包括由一组兆声振子构成的兆声刀装置120，独立可摆 动的安装于容器顶盖内部，在清洗过程中它们会被开启并释放兆声波能量，通过DI去离子 水传送到基片表面。容器顶盖内还安装有一组无接触PVA毛刷臂，利用液体的张力，PVA毛 刷带动基片的化学液或去离子水湿处理(清洗)基片表面。该基片清洗容器由一种可拒腐 于半导体集成电路基本处理所使用的所有化学剂和气体的材料制成。雾状化学剂通过一组阀门117被压进容器内。阀门分别位于圆柱形容器的顶部及 边侧上，可以使雾状化学剂沿着容器壁形成一种循环流动的模式。该圆柱形容器的内壁可 以使雾状化学剂、气体化学剂和清洗去离子水在容器中循环。真空泵和通风阀连接到容器 底部。图3是本发明的雾化器的设计原理图。在此处理方法中，化学混合剂通过端口 300流进设备中，而且化学气体也通过端口 301流进设备中。它们在喷雾器的交集器302中作 用。较高压的化学气体把低压的化学混合剂分解成小的微粒，这些小微粒在喷雾器的圆形 共振壁上以高速度撞击，然后被分解成小于1微米的更小的微粒。这些微型雾状化学剂通 过0型管303流出来。本发明中，流入所述基片清洗容器的加热加压的雾状化学剂，是纳米级的雾状化 学液，因此在雾化过程中，通过加热的化学气体和加热的液体化学剂都进入具有圆形雾 化共振壁的雾化器内产生的雾状化学剂，其中加热的化学气体的压力范围是每平方英寸 20-40英磅，加热的液体化学剂的压力范围为每平方英寸5-20英磅。压力为每平方英寸 5-20英磅的低压氮气(N2) 236通过一个控制阀238和液体化学过滤器239会推动混合化学 剂进入液体雾化剂中。与此同时，压力为每平方英寸20-40英磅的较高压的化学气体通过 它的控制阀，加热器和过滤器流入雾化器中。在雾化器237中当每平方英寸5-20英磅的液 体化学剂遇到每平方英寸20-40英磅的较高压的化学气体时，它们就被分解成小微粒。那 些小微粒在雾化器237的圆形共振壁241上以高速度创击，然后被分解成小于1微米的更 小的颗粒。这些纳米级雾状化学剂通过一个垂直管道流入圆柱形基片清洗容器111。最后，图4是关于本发明的用纳米级雾状化学剂处理基片的方法流程图。以下各 步骤描述本发明湿处理基片的方法在步骤401，在圆柱形清洗容器111中安装基片512于旋转基片承载盘及离心块 112 上；步骤402，关闭圆柱形湿清洗容器111，保持不泄漏一定压力的气体；步骤403，流进加热的氮气使温度等温；即将预先已经设定好温度的氮气流入容 器对基片温度进行调节；步骤404，在容器中按工艺要求依次引入由加热的化学气体产生的雾状化学剂；步骤405，在容器中循环雾状化学剂；使雾状化学剂在容器中沿着容器的0型壁均 勻地接触到每一片基片；雾状化学液在容器中旋圈循环是为了加速化学反应及均勻度。步骤406，用去离子水和兆声刀清洗基片；在预先设定好化学处理时间之后，在去 离子水会通过阀门流进容器中。清洗将一直持续直到清洗水的电阻率达到一定的传导值后 才停止；步骤407，系统控制器决定是否需要进行有工程师设定好的后续程序。如果是 YES,系统将从上述步骤403开始重复。如果是N0，则进行步骤408，热的雾状异丙基酒精溶液就会被压缩进容器中。被压 缩的雾状异丙基酒精会在去离子水的表面形成一层薄的保护薄膜，它还以它表面低张力的 特性排去大量的水和基片上的残留物。步骤409，热氮气流入容器中，将彻底清洗全部的基片和容器。最后，在步骤410，被清洗好的基片被卸出，进行它们下一个可能的产品工艺过程。其中，在雾化器内产生的雾状化学剂的步骤可选的包括如下使用加热的臭氧气体雾化加热的去离子水来祛除基片上的常见颗粒和剥离光 胶；使用加热的氟化氢气体雾化加热的液态过氧化氢防止基片上粘附各类颗粒；使用加热的氟化氢气体雾化加热的去离子水来祛除金属物质和氧化物颗粒；
使用加热的带有正电的氮气气体雾化一种加热的电镀化学溶液，从而使带负电的 基片镀上所需的金属；使用加热的氮气气体雾化加热的光胶溶液来为基片镀层；本发明的用纳米级雾状化学剂处理基片的系统及方法，可以使各类纳米级雾化化 学剂和去离子水有效刻蚀，清洗纳米级集成电路槽沟及其底部的物质及颗粒，并且达到化 学剂和去离子水的消耗最小化，交叉沾污最小化，湿处理工艺灵活性最大化，湿处理速度最 大化，并且它又是一个较简单的工艺设备系统。本发明已经在雾化器的说明和描述中进行了具体的阐述，此处不再赘述。但是应 该注意到，任何技术人员对该系统及方法在形式与细节上所做的调整、修改和删除都离不 开此项发明的精髓。
权利要求
一种用纳米级雾状化学剂处理基片的系统，包括基片清洗容器，其具有顶盖和容器本体，该容器本体内部中间设有基片承载部分；该容器本体的侧面上部设有一组可使雾状化学剂、去离子水和氮气流入容器的阀门；容器本体底部设有一组通风和排水阀门；其特征在于，所述容器基片承载部分包括可旋转的基片承载盘和布置在所述基片承载盘上的周边部分、用于压紧所述单基片的离心压紧块。
2.根据权利要求1所述的用纳米级雾状化学剂处理基片的系统，其特征在于，所述基 片清洗容器为竖向圆柱形。
3.根据权利要求1所述的用纳米级雾状化学剂处理基片的系统，其特征在于，所述离 心压紧块为倒L形。
4.根据权利要求1所述的用纳米级雾状化学剂处理基片的系统，其特征在于，所述基 片清洗容器还包括一组去离子水兆声刀装置，独立可摆动的安装于容器顶盖内部。
5.根据权利要求1所述的用纳米级雾状化学剂处理基片的系统，其特征在于，所述基 片清洗容器还包括一组无接触PVA毛刷臂，安装于容器顶盖内。
6.根据权利要求1所述的用纳米级雾状化学剂处理基片的系统，其特征在于，所述容 器顶盖与容器本体之间具有0型密封圈。
7.根据权利要求1所述的用纳米级雾状化学剂处理基片的系统，其特征在于，所述基 片清洗容器还包括气缸锁紧装置，用于锁紧容器顶盖及容器本体。
8.一种用纳米级雾状化学剂处理基片的的方法，包括如下步骤(1)将基片安装于权利要求1-6中任一项所述的基片清洗容器中的旋转承载盘上；(2)密闭所述基片清洗容器；(3)在所述基片清洗容器中引入热氮气来等温；(4)在所述基片清洗容器内引入一种由加热的化学气体雾化加热的液体化学剂所得到 的雾状化学剂，，其中加热的化学气体的压力范围是每平方英寸20-40英磅，加热的液体化 学剂的压力范围为每平方英寸1-10英磅；(5)在所述基片清洗容器内循环雾状化学剂；(6)用去离子水清洗基片；(7)在所述基片清洗容器内压入异丙基酒精的热雾状溶液；(8)在所述基片清洗容器内热氮气来彻底干燥基片和容器。
9.根据权利要求7所述的用纳米级雾状化学剂处理基片的方法，其特征在于，步骤(4) 中，由加热的化学气体和加热的液体化学剂在雾化器内产生雾状化学剂的方法包括所述加热的化学气体是臭氧气体，所述加热的液体化学剂是去离子水和/或，所述加热的化学气体是氟化氢气体，所述加热的液体化学剂是液态过氧化氢；和/或，所述加热的化学气体是氟化氢气体，所述加热的液体化学剂是去离子水；和/或，所述加热的化学气体是带有正电的氮气气体，所述加热的液体化学剂是电镀 化学溶液；和/或，所述加热的化学气体是氮气气体，所述加热的液体化学剂是光胶溶液。
全文摘要
本发明涉及一种用纳米级雾状化学剂处理基片的系统及方法，包括基片清洗容器，其具有顶盖和容器本体，该容器本体内部中间设有基片承载部分；该容器本体的侧面上部设有一组可使雾状化学剂、去离子水和氮气流入容器的阀门；容器本体底部设有一组通风和排水阀门；所述容器基片承载部分包括可旋转的基片承载盘和布置在所述基片承载盘上的周边部分、用于压紧所述单基片的离心压紧块。尤其适用于对12英寸以上的集成电路硅片和掩模板，以及高清晰的液晶、等离子、有机发光等新型显示器的平板基片湿处理过程，使湿处理工艺更加有效，最大限度地节约了化学剂和去离子水的消耗。
文档编号H01L21/306GK101924031SQ200910053099
公开日2010年12月22日 申请日期2009年6月16日 优先权日2009年6月16日
发明者倪党生 申请人:倪党生