金属剥离工具和方法
【专利摘要】在某些实施方案中，金属剥离工具包括：浸没槽，用于接收晶圆盒，在所述晶圆盒中带有晶圆，所述浸没槽包括内部堰；升降机构，能够在所述晶圆盒沉没在所述浸没槽中的流体内时抬升和降低所述晶圆盒；低压高速的主要喷洒器，用于剥去金属，所述主要喷洒器定位在所述浸没槽的相对两侧处，平行于所述晶圆表面平面；以及，次要喷洒器，用于压力平衡力，定位在所述浸没槽的底部处。晶圆提升插入件定位在所述浸没槽的底部处，以接收和周期性地提升所述盒内的晶圆。
【专利说明】金属剥离工具和方法
【技术领域】
[0001]公开的是用于制造半导体器件的装置和方法；具体地，公开的是用于执行金属剥离(liftoff )工艺的装置和方法。
【背景技术】
[0002]在半导体和电子部件的制造中，通常存在两种类型的蚀刻工艺，用于在衬底上形成金属层和结构。“减成法(subtractive)”或“回蚀刻”方法是首先将金属沉积在整个衬底表面上，随后接着将抗蚀掩模图案化在金属的顶部上，继而通过湿蚀刻或干蚀刻将不想要的区域中的金属选择性地移除。“加成法(additive)”或“剥离”方法是进行金属剥离，其中首先将抗蚀剂图案化在衬底表面上，随后接着通过溅射沉积或蒸发方法沉积金属。继而，在合适的溶剂中溶解牺牲抗蚀剂层，从而将在抗蚀剂的顶部上的金属剥离以及仅留下衬底上的抗蚀剂开口区域中的金属。该“剥离”技术允许很容易地创建包括不同金属层的金属图案，而在“回蚀刻”方法中选择性地移除所有的金属层并不总是简单易做的。
【发明内容】
[0003]微构造(microstructuring)技术中的剥离工具和工艺用来在衬底(通常是半导体晶圆)的表面上使用牺牲材料(通常是光致抗蚀剂)创建由目标材料制成的集成电路和其他微器件结构。所述结构的尺度可在从纳米尺度直到厘米尺度的范围内变化，但是通常具有微米尺寸。
[0004]本发明的工具和方法用于从被加工的晶圆表面移除金属和/或其他层，以经由加成法工艺创建集成电路。待由所公开的金属剥离工具和方法加工的晶圆已被加工过以在牺牲模版层(例如，光致抗蚀剂)中创建相反的图案，所述牺牲模版层被沉积在晶圆(或其他衬底)的表面上。继而，蚀刻穿过牺牲层的开口，使得目标材料(尤其是金属)可被沉积在晶圆的表面上，位于那些待被创建最终图案的区域中。薄膜金属或薄层金属被沉积在晶圆的表面上，包括沉积在牺牲层和晶圆表面的暴露区域上。继而，所公开的工具和方法底切(undercut)牺牲材料(例如，溶剂中的光致抗蚀剂)，且牺牲层顶部上的金属被剥离和移除。在剥离之后，薄层的金属仅以期望的图案留存在它与暴露的晶圆表面具有直接接触的区中。尽管所公开的是用于金属剥离和抗蚀剂剥去的装置和方法，但是为易于讨论，所述装置和方法主要关于金属剥离来讨论。
[0005]在某些实施方案中，金属剥离工具包括:浸没槽，用于接收晶圆盒，在该晶圆盒中带有晶圆，该浸没槽包括内部堰；升降机构，能够在该晶圆盒沉没在浸没槽内的流体中时抬升和降低该晶圆盒；低压高速主要喷洒器，用于剥去金属，所述主要喷洒器定位在该浸没槽的相对两侧处，相对的侧壁垂直于当所述晶圆位于浸没槽内的晶圆盒中时由晶圆的表面所限定的平面；以及次要喷洒器，能够提供压力平衡力，所述次要喷洒器定位在该浸没槽的底部处。晶圆提升插入件定位在该浸没槽的底部处，以接收和周期性地提升该盒内的晶圆。
[0006]在某些实施方案中，该金属剥离方法包括:将带有待被加工的晶圆的晶圆盒沉没在浸没槽内的流体中，该流体是用于移除或磨损在待被剥离的金属层下方的牺牲抗蚀剂层的液体溶剂。随着提升机构在浸没槽中降低该晶圆盒，靠近该浸没槽的底部的晶圆的边缘被周期性地插入到晶圆提升插入件的缝中。低压高速流体流从定位在该浸没槽的侧壁处的主要喷洒器在与晶圆表面平行的方向上喷洒，从而底切该抗蚀剂层，并且在该晶圆的整个表面上提供最大的金属剥去力。晶圆盒和晶圆在该浸没槽中被循环地抬升和降低并穿过来自该主要喷洒器的流体流，以提供完全的或基本上完全的金属剥离。流体从定位在该浸没槽的底部上的一个或多个流体喷射器被同时地和/或间歇地喷洒，以提供压力平衡力，该压力平衡力导致所剥去的金属的大部分向上移动至该浸没槽的顶部，并且从该内部堰流动至该外部堰。
[0007]存在若干当前可用的金属剥离工具和方法来执行金属剥离工艺，但是现有的工具和方法中的每一个都具有问题，所述问题通过在本文中公开的工具和方法的实施方案来克月艮。现有的单个晶圆旋转工具在晶圆的上部表面处于水平位置且所喷洒的溶剂相对于晶圆表面处于垂直角度的情况下使用。该移除工艺方法要求在单独的工具或槽中的很长的浸泡步骤，以允许金属下方的抗蚀剂层软化，以及金属层开始起皱。对于朝下的喷洒力，为将金属剥去，起皱效应是必要的。这对于高产量工艺是低效的，并且在晶圆表面上留下许多金属毛刺(flag)。此外，溶剂使用量非常高，且由于被剥离的金属粘结至工艺槽的壁，金属回收是当使用这些工具和方法时是普遍的问题。
[0008]将浸没与再循环的槽一起使用的现有的金属剥离工具和方法是可用的，但是在没有进一步加工和硬件的情况下，对于金属移除基本上是低效的。现有的浸没工具采用简单的浸泡，以及使流体在浸没槽中再循环。该工艺花费的时间过长，从而在考虑当前生产需求的情况下是没有效率的。因此，使用高速低压喷射器来帮助移除金属。考虑到在长距离时在液体中产生高速流体的困难性，辊组件用于旋转晶片，允许更高速的流动到达晶圆的整个表面。这些系统的问题是，一些晶圆具有平边(flat)，使得辊组件是低效的，因为具有平边的晶圆不能被旋转。此外，多种晶圆尺寸不能够在该类型的系统中被加工，使得它们总体上不很合意。现有的浸没系统具有的问题还在于，由于剥离金属抓划永久金属层所造成的损坏。当剥离金属在湍流模式中被截获在工艺槽中时，剥离金属在流体流中变成碎屑。金属一旦被截获在瑞流中，就在整个溶液中以高速循环，时而抓划永久金属层。
[0009]此外，通过许多当前可用的系统，必须通过频繁地对系统进行排放来手动地将剥离金属的大部分清出工艺槽。这是不期望的，因为这总体上导致相当多的停机时间，以及较低的生产率。在这些排放循环期间，剥离的金属通常被截获在阀或泵中，导致对这些部件的损坏，进一步增大了成本且减少了正常运行时间。过滤器还经常堵塞，在一些情况下，工艺槽由于阻塞而不再排放。这为操作所述工具的维护人员造成了危险情况。
[0010]当前公开的工具和方法的实施方案通过硬件和方法步骤的细致的设计组合解决了所述问题。晶圆的浸没、升降机构将晶圆表面移动经过主要喷洒器以移除金属、使用次要喷洒器来提供压力平衡力从而将剥离金属移动出浸没槽的金属剥离工艺区域，以及将堰结构包括在金属剥离工具中，以上各项的组合协同作用以提供金属剥离且同时从浸没槽移除被提升的金属使得完全或基本上完全执行金属剥离，基本上没有或者尽量减少:金属毛刺或耳状物、再沉积被剥去的金属或其他未完成的金属剥离，或者由于流体中的金属颗粒而对晶圆或晶圆上的金属图案造成损坏。流动速度和方向的平衡、喷洒器排序以及晶圆盒在浸没槽的流体中的抬升和降低提供了完全的金属剥离，对来自浸没槽的剥离金属进行冲刷，且没有剥离金属被陷获在浸没槽中或者再沉积在晶圆接触点处。
[0011]具体地，本发明包括以下技术方案:
[0012]1.一种金属剥离方法，包括:
[0013]a.将晶圆盒浸没在浸没槽内的工作流体中，该浸没槽具有相对的第一侧壁和第二侧壁以及底部；
[0014]b.引导来自沿着所述浸没槽的至少一个侧壁定位的主要的流体喷洒器的工作流体流，使得该工作流体流流在该盒中的晶圆的表面上，同时该盒浸没在该工作流体中；
[0015]c.在引导来自主要的流体喷洒器的工作流体流的同时，抬升和降低该晶圆盒以穿过所述主要的流体喷洒器；以及
[0016]d.引导来自定位在该浸没槽的底部处的次要的流体喷洒器的工作流体流，使得工作流体流相对于该浸没槽的底部在朝上方向上。
[0017]2.根据技术方案I所述的方法，还包括将该晶圆盒间歇地降低到被浸没的静态提升梳上，从而周期性地将所述晶圆从该盒的较低部分提升，同时由所述主要的流体喷洒器和/或所述次要的流体喷洒器喷洒工作流体流。
[0018]3.根据技术方案I所述的方法，其中所述主要的流体喷洒器和所述次要的流体喷洒器从所述晶圆下方以及水平地从该浸没槽的仅一侧同时地喷洒工作流体流、或者从该浸没槽的底部以及水平地从所述晶圆的另一侧同时地喷洒工作流体流。
[0019]4.根据技术方案I所述的方法，还包括定位在该浸没槽的第一侧壁和第二侧壁处的主要喷洒器，从而在晶圆表面上喷射工作流体流，以及其中当该晶圆盒在工作流体流中被抬升和降低时，该次要喷洒器和第一侧壁的所述主要喷洒器同时地喷洒工作流体持续一个预定时间段，以及之后，当该晶圆盒在工作流体流中被抬升和降低时，所述次要喷洒器和第二侧壁的所述主要喷洒器同时地喷洒工作流体持续一个预定时间段。
[0020]5.根据技术方案I所述的方法，其中来自所述主要的流体喷洒器的工作流体流基本上平行于所述晶圆的平面表面。
[0021]6.根据技术方案I所述的方法，其中所述工作流体被加热。
[0022]7.根据技术方案I所述的方法，还包括所述浸没槽中的内部堰，以及其中来自所述次要喷洒器的工作流体流迫使所述工作流体中的经剥去的金属片流过所述内部堰。
[0023]8.根据技术方案I所述的方法，还包括在外部堰中收集所述工作流体和经剥去的金属片，继而将所述经剥去的金属片过滤出所述工作流体，并且将所述工作流体再循环至所述浸没槽。
[0024]9.根据技术方案I所述的方法，其中当所述晶圆被加工时，所述工作流体被周期性地从所述浸没槽中排放。
[0025]10.金属剥离装置，包括:
[0026]a.浸没槽，具有相对的第一侧壁和第二侧壁以及底部，所述浸没槽被定尺寸以接收晶圆盒和工作流体；
[0027]b.主要喷洒器，定位在所述浸没槽的相对的第一侧壁和第二侧壁上；
[0028]c.次要喷洒器，定位在所述浸没槽的底部上；
[0029]d.固定的提升梳，定位在所述浸没槽的底部处，用于当所述盒沉没在所述浸没槽中时将晶圆从所述盒的底部部分提升一个距离；以及
[0030]e.升降机构，能连接至晶圆盒，用于当晶圆盒在所述浸没槽中时抬升和降低晶圆盒。
[0031]11.根据技术方案10所述的金属剥离装置，还包括所述浸没槽中的内部堰，所述次要喷洒器迫使来自所述浸没槽的内部堰的经剥去的金属片流过所述内部堰。
[0032]12.根据技术方案10所述的金属剥离装置，还包括在所述浸没槽的底部中所形成的凹口区域，未被迫使流过所述内部堰的经剥去的金属片被收集在所述凹口区域中。
[0033]13.根据技术方案12所述的金属剥离装置，还包括一个活塞阀，所述活塞阀定位在所述凹口区域下方且连接至所述凹口区域，使得当所述活塞阀在工艺循环之间被打开时允许所述凹口区域中的金属片流动至次要的流体储液器。
[0034]14.根据技术方案10所述的装置，还包括一个外部堰，用于收集流过所述浸没槽的所述内部堰的工作流体和经剥去的金属片。
[0035]15.根据技术方案14所述的装置，还包括一个筛，用于从流自所述外部堰的工作流体截获经剥去的金属片。
[0036]16.根据技术方案I所述的方法，其中超声能量用在所述流体工艺槽中。
[0037]17.根据技术方案14所述的装置，还包括一个过滤回路，用于从所述流体流移除金属颗粒。
[0038]18.根据技术方案14所述的装置，还包括一个加热器，用于加热所述浸没槽中的流体流和/或工作流体，和/或在流体流和/或工作流体进入所述浸没槽之前加热流体流和/或工作流体。
[0039]19.根据技术方案14所述的装置，还包括一个泵，用于对所述流体流进行加压。
[0040]20.根据技术方案14所述的装置，还包括一个阀，用于独立控制所述流体喷射器。
[0041]21.根据技术方案14所述的装置，还包括一个能拆卸的过滤器陷获部。
[0042]22.根据技术方案14所述的装置，还包括一个计算机控制器和计算机软件，用于操作泵、阀、喷射器和/或加热器。
[0043]从下面参考附图进行的详细描述，本发明的前述和其他目的、特征和优势将变得更加明了。
【专利附图】
【附图说明】
[0044]图1A是公开的金属剥离工具的浸没槽(或工艺槽)的一个实施方案的立体横截面图。
[0045]图1B是公开的金属剥离工具的浸没槽(或工艺槽)的一个实施方案的横截面图。
[0046]图1C是公开的金属剥离工具的浸没槽(或工艺槽)的一个实施方案的照片图像。
[0047]图1D是公开的金属剥离工具的浸没槽(或工艺槽)的一个实施方案的局部视图，所述浸没槽(或工艺槽)带有晶圆盒以及晶圆盒中的晶圆。
[0048]图2A和图2B是金属剥离工具的实施方案的立体图，示出了浸没槽(ML0工艺槽)、夹持晶圆盒的升降机构(具有末端执行器(End Effector)的机器臂)、管道装置和储液器的实施方案。
[0049]图3是金属剥离工具的一个实施方案的侧视图，包括低于浸没槽定位的流体储液器。当打开大直径自清洁阀时，重力迫使流体落到储液器中，穿过陷获经提升的金属的陷获筛(图4)，留下干净的浸没槽，且准备用于待被剥去的下一批次的晶圆。
[0050]图4是包括陷获经提升的金属的陷获筛的金属剥离工具的一个实施方案的侧视图。
[0051]图5是带有再循环泵和过滤器的金属剥离工具的一个实施方案的后视图。
[0052]图6是在公开的工具的一个实施方案中的浸没槽的仰视图，示出了用于再循环流动的连接件和自清洁死区。
[0053]图7A示出了金属剥离工具外部的管道装置特征的一个实施方案。
[0054]图7B示出了包括储液器槽的金属剥离工具外部的管道装置特征的一个实施方案。
[0055]图8是金属剥离工具的一个实施方案中的浸没槽(工艺槽)的侧视图。
[0056]图9是金属剥离工具的一个实施方案中的浸没槽(工艺槽)的俯视图。
[0057]图1OA是金属剥离工具的一个实施方案中的浸没槽的俯视图的照片图像。
[0058]图1OB是用于回收的金属剥离筛的俯视图的照片图像。
[0059]图11是具有三个槽的金属剥离工具的一个实施方案的俯视图，所述三个槽包括浸泡槽(槽I)、冲洗槽(槽2 )和浸没槽(槽3 )。
[0060]图12是金属剥离工具的一个实施方案的前视图，所述金属剥离工具包括计算机、键盘和监控器，用于包括计算机软件以操作金属剥离工具。
[0061]图13示出了在金属剥离工具的一个实施方案中冲洗槽中从喷嘴的实施方案流动的流体，用于冲掉再沉积的金属或金属毛刺。
[0062]图14示出了图13的冲洗槽的端部视图。
[0063]图15不出了公开的金属剥离工具的一个实施方案,所述金属剥离工具包括对流体流动设备的软件控制，允许独立控制流体循环泵、可调整的循环持续时间和排序、高湍流平衡流、主要和次要喷洒器以及自动槽清洁后工艺循环，从而在最小化溶剂使用率的情况下最大化工艺时间。
【具体实施方式】
[0064]参考图1A、图1B和图2A，在某些实施方案中，金属剥离工具包括:浸没槽，用于接收晶圆盒和晶圆，该浸没槽包括内部堰和外部堰；升降机构，能够在晶圆盒以及晶圆盒中的晶圆被沉没在浸没槽的流体中的同时抬升和降低晶圆盒；低压高速的主要喷洒器，用于剥离金属，该主要喷洒器定位在浸没槽的相对两侧；以及，低压高速的次要喷洒器，以提供压力平衡力，该次要喷洒器定位在浸没槽的底部处。晶圆提升插入件定位在浸没槽的底部处，以接收和周期性地提升所述盒内的晶圆，使得在未被晶圆提升插入件提升时与所述盒接触的晶圆表面部分被暴露至主要喷洒器流体流，从而确保对整个晶圆表面完全或基本上完全地金属剥离。
[0065]如在此所使用的，“晶圆”指的是在制造集成电路和其他微器件中使用的一片半导体材料，例如硅、碳化硅、蓝宝石、锗或GaAs。如在此所使用的，“晶圆”包括具有如下厚度的晶圆:例如，200-300 μ m、160 μ m、375 μ m、525 μ m、625 μ m、675 μ m、725 μ m、775 μ m、925 μ m或本领域普通技术人员已知的其他当前可用的厚度或可能的厚度。如在此所使用的，“晶圆”包括具有25.4-450mm或100-300mm的直径或者本领域普通技术人员已知的其他当前可用的直径或可能的直径的晶圆。
[0066]浸没槽(还称为工艺槽)可以具有适于接收晶圆盒和容纳如本文所描述的进行定位的主要和次要喷杆或喷洒器的任何配置和尺寸。浸没槽可包括正方形或长方形容器，所述容器由与用于剥去晶圆所需的溶剂和/或酸兼容的材料制成。由于浸没槽不包括移动部件，所以槽可由不锈钢或塑料或类似材料形成。浸没槽的实施方案包括四个侧壁和一个底部，该底部被定尺寸以包括固定的晶圆提升梳，在所述晶圆提升梳中具有缝，在所述缝中接收每一晶圆的近处边缘，从而提升晶圆盒中的晶圆，以确保晶圆表面的所有部分被暴露至主要喷洒器，以及不期望的金属从标准晶圆盒中的晶圆表面剥去，所述晶圆具有可接触盒的表面区域。某些实施方案包括单个中央安装的晶圆提升插入件或梳或双侧安装的晶圆提升插入件或梳。
[0067]在某些实施方案中，如图1B中所示，浸没槽包括内部堰。该内部堰被配置为使得与由次要喷洒器所导致的流体力结合，从晶圆所移除的剥离金属被迫至浸没槽中的流体的顶部，且流过该堰到外部储液器或外部堰中。这最小化了由于金属碎屑而对晶圆表面造成的损坏，有助于防止金属再沉积到晶圆表面上。如图1B和图14中所示，在某些实施方案中，内部堰包括具有锯齿状配置的边缘；锯齿状配置有助于提供从该内部堰流出最大的流体柱或者流，以允许经剥离的金属片从内部堰自由流动，而不会部分地由于流体张力而截获在内部堰的边缘上。
[0068]在某些实施方案中，浸没槽还包括外部堰(图8)。外部堰从内部堰接收高速流体流，连同经剥离的金属片。
[0069]在某些实施方案中，浸没槽在放置有晶圆盒的位置下方、在内部堰的底部处还包括凹口区域(死区)，用于截获未被迫使越过内部堰的剥离金属(图1B和图8)。该槽的凹口区域低于工艺流的液位，并且在由主要和次要喷洒器所创建的压力以下。该死区允许出于多种原因未离开内部堰的金属片沉积在该区域中。在某些实施方案中，死区的侧部是倾斜的，以辅助金属移动至该区域的中心。在某些实施方案中，在死区的中心下方，活塞阀(图8)被连接至此，使得当在工艺循环之间该阀被打开时，死区中的金属片向下流动至次要的流体储液器。其他实施方案包括放置在活塞阀之前或之后的筛，以收集用于回收的金属片。
[0070]所公开的金属剥离工具的实施方案还包括升降机构，该升降机构附接至晶圆盒，以抬升和降低浸没槽中晶圆盒内的晶圆(图2A和图4)。该升降机构可包括能够连接至其中具有晶圆的晶圆盒以及能够抬升/降低具有晶圆的晶圆盒的任何合适的设备，如本领域普通技术人员已知的。
[0071]金属剥离工具的实施方案还包括主要和次要喷洒器(图1A-图1C和图10A)。所述喷洒器可包括任何合适的低压高速喷洒器，可承受用于金属剥离工艺的溶剂(可能包括酸)，并且采取任何合适的形式，例如单独的喷洒设备(未示出)或者被形成为杆配置的多个喷洒器。所述主要喷洒器定位在浸没槽的内部堰中在槽的相对两侧，使得所述主要喷洒器能够提供与晶圆盒中的晶圆的表面基本平行的低压高速流体流。在某些实施方案中，来自主要喷洒器的流体流相对于晶圆的表面成O度至20度的角度，或者为O度至25度。在其他实施方案中，来自主要喷洒器的流体流相对于晶圆的表面成O度至15度的角度。在另外的实施方案中，来自主要喷洒器的流体流相对于晶圆的表面成15度的角度。
[0072]在某些实施方案中，定位在浸没槽的相对两侧壁处的主要喷洒器彼此竖向偏离，使得所述喷洒器在晶圆被提升和降低时在整个晶圆表面(图1B)上提供最大的剥去力。
[0073]一个或多个次要喷洒器(图1A-图1C和图10A)定位在浸没槽的底部中，以在朝上朝向槽的顶部的方向上引导流体流。在某些实施方案中，所述次要喷洒器被形成为杆配置，使得沿着晶圆盒的长度提供流体流动流，从而所述盒中的所有晶圆被暴露至从次要喷洒器朝上的流体流。该浸没槽内的次要喷洒器为该槽提供压力平衡力，从而将剥离金属提升至浸没槽的顶部，以及内部堰的上方。在次要喷洒器不为该槽提供压力平衡力的情况下，该槽中的工作流体在该盒的任一侧形成旋流，并且这些圆形流动妨碍经剥离的金属片从盒区域移走，以及导致所移除的金属片移动经过晶圆且在晶圆之间移动，导致晶圆表面损坏。
[0074]在某些实施方案中，金属剥离工具还包括再循环管道装置和泵(图5)，以截获从浸没槽流动的溶剂或其他流体，并且使其再循环以再使用。图5示出了再循环泵和过滤器的一个实施方案，该再循环泵和过滤器补偿工艺管道装置，并且提供干净流体至浸没槽内部的剥去喷洒器。图6从仰视图示出了浸没槽，示出了用于再循环流动的连接件以及自清洁的死区的实施方案。再循环是一个尤其有用的特征，因为如果使用溶剂或其他流体且以本文所使用的流动速率流过系统却没有再循环，则溶剂或其他流体通常非常昂贵。此外，这样的再循环提供了环境友好的剥离工具。再循环是可能的，部分地由于通过连接至外部堰(图1OA和图10B)的一个或多个筛或过滤器从内部堰移除了经剥离的金属片的大部分。
[0075]本文中公开的包括上述浸没槽的金属剥离工具利用筛和过滤器来截获金属以阻止金属片到达排放阀、过滤器或泵。筛可被包括在内部堰中位于排放端口上方以及被包括在外部堰中，以截获金属以免金属到达泵(图4、图1OA和图10B)。在储液器(图4)的入口处也可以包括一个或多个筛。某些实施方案还包括定位在一个或多个泵之后的过滤器，以过滤小金属颗粒或金属片段，从而当使用再循环溶剂时(参看例如图5)，保护主要和次要喷洒器和歧管组件不受由剥离金属碎屑所造成的阻塞。此外，由过滤器和筛陷获的金属片可被重新取回以回收，节约成本并且提供更加环境友好的剥离工具。
[0076]通常，金属剥离方法的实施方案包括将其中带有待被加工的晶圆的晶圆盒沉没在浸没槽中的流体内，该流体是液体溶剂用于破坏在待被移除的金属层下方的牺牲层。当提升机构将晶圆盒降低到浸没槽中时，靠近浸没槽的底部的晶圆的边缘被周期性地插入到晶圆提升插入件的缝中。低压高速流体的流从定位在浸没槽的侧壁处的主要喷洒器在平行于处于浸没槽中时的晶圆的表面的方向上喷洒，或是与该表面成一微小角度(所述角度例如0-20%或0-15%或15%)，从而底切抗蚀剂层(或其他牺牲材料)并且在晶圆的整个表面上提供最大的金属剥去力。晶圆盒和晶圆在浸没槽中被抬升和降低并穿过来自主要喷洒器的流体的流，以提供完全或基本上完全的金属剥离。流体从定位在浸没槽的底部上的一个或多个次要喷洒器同时地和/或间歇地喷洒，以提供压力平衡力，该压力平衡力导致经剥去的金属片的大部分移动至浸没槽的顶部，且从内部堰流动至外部堰。
[0077]在所公开的方法的某些实施方案中，带有所沉积的金属层的晶圆被放置在标准的Tef 1n?晶圆工艺盒内部。工艺盒连接至升降机构，例如MEI机器人末端执行器(Oregon州，Albany市，MEI LLC)。该升降机构将该盒中的晶圆降低到浸没槽中。使用低压高速的主要喷洒器，该浸没槽填充有用于移除牺牲层的溶剂，例如酸化学品(使用化学兼容塑料槽执行)或有机溶剂(使用合适的槽材料例如不锈钢执行)形式的液体。定位在浸没槽内部堰内以及该盒的相对两侧的主要喷洒器在喷洒器出口处以大于10升/分钟(例如10-20升/分钟或17-20升/分钟)的流动速率喷洒正被使用在晶圆的整个表面上的溶剂或其他液体。在某些实施方案中，在剥去循环期间，次要喷洒器打开，左侧壁和右侧壁的主要喷洒器交替打开，以从晶圆的表面剥去金属。次要喷洒器为主要喷洒器的横向移动提供升力，这两个力结合以扫过晶圆的表面。在某些实施方案中可使用其他的用于喷洒器的打开/闭合顺序。
[0078]在某些实施方案中，周期性地，所有被打开的泵的短循环被用于冲刷掉在“等待时间”(所有泵关闭，允许已剥离的金属片淀积)期间可能重新沉积的任何小的金属片。然后，排放部被打开，以允许沉淀在死区中的金属片将浸没槽排空至储液器，其中流体被筛和过滤，之后工作流体返回至浸没槽。在此刻之后，在某些实施方案中，一个或多个泵可以打开的，具有反复的等待和排放时间，直至晶圆被完全或基本上完全剥去。
[0079]该升降机构将其中带有晶圆的晶圆盒在竖向方向(向上和向下)上移动并穿过流体的主要的剥去喷射流，以提供完全的或基本上完全的金属剥离工艺。在某些实施方案中，晶圆盒被循环地、间歇地或周期性地抬升和降低，用于移动总共I到5英寸、I到3英寸或I到2英寸的总体距离。
[0080]浸没槽内的、定位在晶圆盒以及其中的晶圆下方的以及位于槽的底部处的次要喷洒器在朝上方向上喷洒所使用的低压高速溶剂或其他流体的流，例如直接垂直于由浸没槽侧壁的表面所限定的平面，从而在浸没槽中提供压力平衡力，将经剥离的金属片移动朝向浸没槽的顶部并越过内部堰。喷洒器出口处的次要喷洒器流动速率是大于I升/分钟，或大于5升/分钟，或大于10升/分钟，例如10-20升/分钟或17-20升/分钟的速率。一旦经剥离的金属片由高速流运载至外部堰，则金属片通过在外部堰中的主要的再截获筛而被截获(图1OA和图10B)。该主要的再截获筛可采取任何合适的形式和形状，例如被成形为篮子形式，以允许很容易地移除，用于工艺循环之间的清空。
[0081]在某些实施方案中，在剥去工艺期间，在次要喷洒器迫使流体在朝上方向上时，晶圆盒中的晶圆被插入在晶圆提升梳的缝中。在某些实施方案中，晶圆被抬升离开且被降低返回到提升梳上，以将晶圆提升出盒托架。在某些实施方案中，该动作在整个剥去工艺循环中被重复(只要提升梳在下方且不在上方位置)，并且可仅在剥去工艺的一部分期间执行。当主要和/或次要喷洒器是流体流时因晶圆与晶圆提升梳接触而将晶圆在晶圆盒内向上提升一个距离，以确保晶圆表面完全被流体喷射器剥去。如果晶圆未作为该工艺的一部分在该盒内被提升，则晶圆表面的下部拐角中的、处于4点钟和8点钟位置处的晶圆载体/盒掩模金属中的晶圆禁止金属移除。
[0082]在某些实施方案中，未被提升越过内部堰的经剥去的金属片掉落到内部堰浸没槽的底部处的储液器或死区中。在某些实施方案中，该槽的凹口区域低于工艺流的液位，以及在由主要和次要喷洒器所创建的压力以下。在某些实施方案中，死区的侧部是倾斜的，以辅助金属片移动至该区域的中心。在某些公开的方法中，死区下方的活塞阀在剥去工艺循环之间被打开，以允许陷获在死区中的金属片向下自由流动至次要的流体储液器。随着流体流动到储液器中，储液器陷获部截获金属片，同时仍允许流体流动到储液器的下部腔室中。在某些公开的方法中，该筛在循环之间被移除，以允许筛被清洁，且回收金属片。
[0083]在金属剥离方法的某些实施方案中，通过使用泵结合液位传感器，储液器中的流体被循环回至浸没槽。该泵还可用作用于次要喷洒器的循环泵。
[0084]公开的金属剥离工具和方法的某些实施方案提供了相比于使用辊技术的现有的单个晶圆旋转工具或浸没工具的优势。在公开的金属剥离工具和工艺的某些实施方案中，多个晶圆尺寸可在单个槽中加工。在使用固定的晶圆提升梳的某些实施方案中，具有平边的晶圆可被完全或基本上完全剥去。由于公开的工具和工艺的当前实施方案不包括辊组件，所以当前公开的工具和方法可在该盒内提升晶圆，以允许边缘金属被冲刷，向上且离开浸没槽，甚至当晶圆包括平边时。
[0085]公开的金属剥离工具和工艺的实施方案包括浸没槽，该浸没槽被配置以优化流体流出内部堰，从而将最大量的经剥离的金属片从内部堰移除，在该内部堰中加工晶圆。这最小化了晶圆被金属碎屑损坏。具有一个或多个筛和过滤器的实施方案陷获金属片以防止到达排放阀、过滤器或泵，从而保护喷洒器和歧管组件不被堵塞，允许金属回收。
[0086]在某些实施方案中，公开的金属剥离工具和工艺包括自清洁的浸没槽，这最小化了停机时间且最大化了产量。通过使用浸没槽内部堰死区和流体储液器的大的倾泻阀，金属片被筛截获，且流体被再循环至浸没槽。图3中示出的流体储液器低于浸没槽，使得当大直径的自清洁阀打开时，重力迫使流体落到储液器中，并且在一些实施方案中，穿过陷获金属的陷获筛(图4)，留下干净的浸没槽且准备用于待被剥离的下一批次的晶圆。
[0087]某些实施方案还可包括软件，以通过允许溶剂剥去喷射器循环中具有最大的灵活性来加速金属移除工艺。因为，如本领域普通技术人员已知的，不同的金属层使用不同的循环顺序被有效地剥离，以进行移除。该软件允许为使用者提供最大的灵活性，从而调节对待被剥去的具体的金属效果最好的工艺顺序。
[0088]在某些实施方案中，超声能量用在流体工艺槽中。超声能量可用来例如移除薄层的负性抗蚀剂和/或辅助金属移除。变化频率的超声(170kHz和40kHz之间)有助于剥去金属，同时不造成对晶圆上的IC结构的损坏。
[0089]在某些实施方案中，所述工具和方法还可包括例如图11、图13和图14中所示的分立的晶圆冲洗槽，以辅助移除或剥去金属毛刺、耳状物、再沉积的金属或原本不完全的金属剥去部。
[0090]当前的工具和方法可被应用，以移除抗蚀剂或其他这类材料而非金属层。
[0091]如在本文中所使用的，“包括”意指“包含”，单数形式“一个(a)”或“一个(an)”或“所述”包括复数指代，除非上下文另有明确指示。术语“或者”指的是所声明的替代元件中的单个元件,或者两个或多个元件的结合，除非上下文另有明确指示。
[0092]除非另有解释，本文所使用的所有技术和科学术语具有与公开文本所属于的领域中的普通技术人员通常理解的相同的意义。尽管类似于或等同于本文所描述的那些方法和材料的方法和材料可在本公开内容的实践或测试中被使用，但是本文描述了合适的方法和材料。所述材料、方法和实施例不旨在是限制的，除非另有指示。
[0093]除非另有指示，如在说明书或权利要求中所使用的所有表达数量(例如，压力和速度、属性、百分比等)的数字应被理解为通过术语“约”进行改型。除非另有指示，如在说明书或权利要求中所使用的非数值属性，例如流体流动方向，应被理解为通过术语“基本上”进行改型，意味着很大的范围或程度。在某些使用中，“基本上”意味着在5%、3%、2%或1%内。因此，除非另有指示，暗含地或明确地，所陈述的数值参数和/或非数值属性是近似，可依赖于所寻求的期望属性、根据标准的测试条件/方法的检测限制、加工方法的限制，和/或参数或属性的性质。当直接且明确地区别于所讨论的现有技术的实施方案时，实施方案的数字不是近似，除非记载了词语“约”。
[0094]鉴于公开的本发明的原理可应用至许多可能的实施方案，所以应意识到，示出的实施方案仅仅是本发明的优选实施例，并且不应当认为限制本发明的范围。而是，本发明的范围由下列权利要求限定。从而，我们声明我们的发明都落入这些权利要求的范围和精神内。
【权利要求】
1.一种金属剥离方法，包括: a.将晶圆盒浸没在浸没槽内的工作流体中，该浸没槽具有相对的第一侧壁和第二侧壁以及底部； b.引导来自沿着所述浸没槽的至少一个侧壁定位的主要的流体喷洒器的工作流体流，使得该工作流体流流在该盒中的晶圆的表面上，同时该盒浸没在该工作流体中； c.在引导来自主要的流体喷洒器的工作流体流的同时，抬升和降低该晶圆盒以穿过所述主要的流体喷洒器；以及 d.引导来自定位在该浸没槽的底部处的次要的流体喷洒器的工作流体流，使得工作流体流相对于该浸没槽的底部在朝上方向上。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括将该晶圆盒间歇地降低到被浸没的静态提升梳上，从而周期性地将所述晶圆从该盒的较低部分提升，同时由所述主要的流体喷洒器和/或所述次要的流体喷洒器喷洒工作流体流。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述主要的流体喷洒器和所述次要的流体喷洒器从所述晶圆下方以及水平地从该浸没槽的仅一侧同时地喷洒工作流体流、或者从该浸没槽的底部以及水平地从所述晶圆的另一侧同时地喷洒工作流体流。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括定位在该浸没槽的第一侧壁和第二侧壁处的主要喷洒器，从而在晶圆表面上喷射工作流体流，以及其中当该晶圆盒在工作流体流中被抬升和降低时，该次要 喷洒器和第一侧壁的所述主要喷洒器同时地喷洒工作流体持续一个预定时间段，以及之后，当该晶圆盒在工作流体流中被抬升和降低时，所述次要喷洒器和第二侧壁的所述主要喷洒器同时地喷洒工作流体持续一个预定时间段。
5.根据权利要求1所述的方法，其中来自所述主要的流体喷洒器的工作流体流基本上平行于所述晶圆的平面表面。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述工作流体被加热。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括所述浸没槽中的内部堰，以及其中来自所述次要喷洒器的工作流体流迫使所述工作流体中的经剥去的金属片流过所述内部堰。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括在外部堰中收集所述工作流体和经剥去的金属片，继而将所述经剥去的金属片过滤出所述工作流体，并且将所述工作流体再循环至所述浸没槽。
9.根据权利要求1所述的方法，其中当所述晶圆被加工时，所述工作流体被周期性地从所述浸没槽中排放。
10.金属剥离装置，包括: a.浸没槽，具有相对的第一侧壁和第二侧壁以及底部，所述浸没槽被定尺寸以接收晶圆盒和工作流体； b.主要喷洒器，定位在所述浸没槽的相对的第一侧壁和第二侧壁上； c.次要喷洒器，定位在所述浸没槽的底部上； d.固定的提升梳，定位在所述浸没槽的底部处，用于当所述盒沉没在所述浸没槽中时将晶圆从所述盒的底部部分提升一个距离；以及 e.升降机构，能连接至晶圆盒，用于当晶圆盒在所述浸没槽中时抬升和降低晶圆盒。
11.根据权利要求10所述的金属剥离装置，还包括所述浸没槽中的内部堰，所述次要喷洒器迫使来自所述浸没槽的内部堰的经剥去的金属片流过所述内部堰。
12.根据权利要求10所述的金属剥离装置，还包括在所述浸没槽的底部中所形成的凹口区域，未被迫使流过所述内部堰的经剥去的金属片被收集在所述凹口区域中。
13.根据权利要求12所述的金属剥离装置，还包括一个活塞阀，所述活塞阀定位在所述凹口区域下方且连接至所述凹口区域，使得当所述活塞阀在工艺循环之间被打开时允许所述凹口区域中的金属片流动至次要的流体储液器。
14.根据权利要求10所述的装置，还包括一个外部堰，用于收集流过所述浸没槽的所述内部堰的工作流体和经剥去的金属片。
15.根据权利要求14所述的装置，还包括一个筛，用于从流自所述外部堰的工作流体截获经剥去的金属片。
16.根据权利要求1所述的方法，其中超声能量用在所述流体工艺槽中。
17.根据权利要求14所述的装置，还包括一个过滤回路，用于从所述流体流移除金属颗粒。
18.根据权利要求14所述的装置，还包括一个加热器，用于加热所述浸没槽中的流体流和/或工作流体，和/或在流体流和/或工作流体进入所述浸没槽之前加热流体流和/或工作流体。
19.根据权利要求14所述的装置，还包括一个泵，用于对所述流体流进行加压。
20.根据权利要求14所述的装置，还包括一个阀，用于独立控制所述流体喷射器。
21.根据权利要求14所述的装置，还包括一个能拆卸的过滤器陷获部。
22.根据权利要求14所述的装置，还包括一个计算机控制器和计算机软件，用于操作泵、阀、喷射器和/或加热器。
【文档编号】H01L21/67GK104051296SQ201410072689
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2013年3月14日
【发明者】S·泰斯 申请人:梅伊有限责任公司