专利名称：冲洗的喷嘴与方法
技术领域：
本发明是有关于半导体元件制造领域，且特别是有关于冲洗(rinse)在一半导体晶片(semiconductor wafer)上的一基材(subst rate)且使此基材干燥，其中此半导体晶片包括但不限于一硅晶片(silicon wafer)和一绝缘电路板(insulating circuit board)，其中半导体元件藉由半导体元件制程被制造于此半导体晶片上。
背景技术：
半导体元件制造是在一基材的一连串复数层中制造集成电路的制程步骤，其中此基材被制造于一半导体晶片上。一些制程步骤会留下残余物，这些残余物将藉由冲洗此半导体晶片且使其干燥而去除。
在本发明之前，使基材干燥是完全藉由旋转此半导体晶片，当此晶片正被在一机器臂(robot arm)上的一晶片握持器(wafer holder)所握持。不完全的使其干燥会留下去离子水(de-ionized water，DI water)的残余物在此基材上，而此残余物会促进化学离子化(ionization)以及其它化学反应，其中这些化学反应会降低被制造于此基材上的集成电路的良率(yield)。然而，尝试藉由延长干燥的周期期间(cycle period)以达到使基材完全干燥则会大幅降低生产力(productivity)以及晶片整批产量(throughput)。尝试藉由一高的旋干(spin-dry)速度与更快速旋转晶片以达到使基材完全干燥会增加冲洗液(rinsing fluid)质量的动量(momentum)，因而溅湿及再度弄湿此基材。所以，需要一种制程和装置，用以在一合理的使干燥的周期期间完全地使基材干燥。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种冲洗在一半导体晶片上的一基材且使该基材干燥的方法与装置，以在一合理的使干燥周期期间该基材可被完全地干燥化。
为此，本发明提出了一种冲洗在一半导体晶片上的一基材且使其干燥的制程，藉由在一冲洗周期期间施加分配冲洗液在此基材上；以及在一使干燥的周期期间沿着一旋转轴的周围旋转此晶片，以使此晶片干燥，同时对着此基材施加分配处于压力下的干燥气体，以完全地使此晶片干燥。
本发明还提出了一种冲洗在一半导体晶片上的一基材且使其干燥的装置，具有一第一喷嘴与一第二喷嘴。此第一喷嘴在一冲洗周期期间对着此基材施加分配冲洗液。此第二喷嘴在一使干燥的周期期间对着此基材施加分配处于压力下的干燥气体，以完全地使此基材干燥。
虽然本发明将藉由提到微影(photolithography)而叙述，本发明应用到任何不同的集成电路制程，其中这些制程会留下残余物，而这些残余物将藉由本发明的冲洗在一半导体晶片上的一基材且使其干燥的方法和装置对半导体晶片冲洗且使其干燥而去除。
图1A是一种冲洗在一半导体晶片上的一基材且使其干燥的装置的示意图。
图1B是类似图1A的示意图，且揭示一干燥制程步骤。
图2是一电路的电路图，其中此电路控制一种冲洗在一半导体晶片上的一基材且使其干燥的装置。
附图标号说明100基材102半导体晶片104光阻层106晶片握持器 108机器臂110第一喷嘴110a电动机控制的第一阀 112辅助机器臂114第二喷嘴114a电动机控制的第二阀 116旋转轴200控制电路
202微处理器204控制电路206控制电路208控制电路210控制电路212控制电路具体实施方式
为让本发明的上述技术方案、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下范例的实施例的叙述是打算参照所附加的图标而被阅读的，而这些所附加的图标将被认为是整个书面叙述的一部份。在此叙述中，相对性的词汇例如较低的(lower)、较上的(upper)、水平的(horizontal)、垂直的(vertical)、在上(above)、在下(below)、向上(up)、向下(down)、最高的(top)以及最低的(bottom)以及它们的衍生词(例如水平地(horizontally)、向下地(downwardly)与向上地(upwardly)等等)应被解释为意指当其出现时所叙述的或如同讨论中的图标所显示的方位(orientation)。这些相对性的词汇是为了叙述的方便而且并不要求装置在一特定的方位上被建造或操作。关于附着(attachment)、耦接(coupling)以及类似的词汇，例如连接(connected)和内连接的(interconnected)是意指一种关系，其中复数个结构彼此之间是直接地或间接地藉由其间的结构以及可移动的或坚固的附着或关系而被牢固化或附着在一起，除非有明确不同地叙述。
图1揭示一基材100，其包括但不限于一或多层材料。此基材100是在半导体晶片102上，而此半导体晶片102包括但不限于一硅晶片和一绝缘电路板，其中半导体元件藉由半导体元件制程被制造于半导体晶片102上。本发明是有关于冲洗在半导体晶片102上的基材100且使此基材100干燥。虽然本发明将藉由提到微影(photolithography)而叙述，本发明应用到任何不同的集成电路制程，其中这些制程会留下残余物，而残余物将藉由冲洗半导体晶片102且使其干燥而去除。
微影牵涉到一集成电路图案(pattern)的制造，藉由首先用被图案化的掩膜(patterned mask)将一光束图案化，然后将被图案化的光束集中到作为光阻(photoresist，PR)的对光敏感层(light sensitive layer)104。此光阻层104覆盖一位于其下方的层(underlying layer)，其中此层是属于在半导体晶片102上的基材100。此光阻层104被曝露到此被图案化的光束(即曝光)将把此图案拍照到此光阻层104中。然后，此已拍照图案的光阻层104藉由具有化学显影液的处理而被显影，以提供通过光阻层104的开放的图案。
跟随在微影之后，被图案化的光阻层104在蚀刻期间是存在于其原来的地方，以在上述位于其下方的层(属于基材100)中蚀刻一集成电路图案。
跟随在此光阻层104的显影之后，此基材100必须被冲洗和干燥化。所以，化学显影液是藉由以一冲洗液冲洗此基材100而被去除，其中此冲洗液例如是去离子水。然后，此基材100被干燥化以去除此冲洗液。
图1A、1B更揭示一电动机驱动的(motor driven)晶片握持器106的一部份。一商业上可取得的、工业上为人知晓的晶片制程装置在一电动机驱动的机器臂(robot arm)108上具有这样的晶片握持器106。此晶片握持器106和机器臂108是藉由计算机而被程序化(programmed)，以自动地从一批晶片102中拾起个别的晶片102，而且藉由一制造设备引导此晶片102，其中此制造设备在此晶片102上进行一制造操作。当此制程周期完成后，机器臂108将个别的晶片102放回到整批晶片中。
举例来说，此晶片握持器106和机器臂108藉由冲洗设备引导此晶片102，当一冲洗制程步骤被进行于此晶片102上时。举例来说，在一电动机驱动的辅助机器臂112上的一第一喷嘴(nozzle)110施加分配(dispense)冲洗液即去离子水，其中此冲洗液藉由一电动机控制的阀(valve)110a而被供应到此第一喷嘴110。
跟随在一冲洗周期之后，在机器臂108上的晶片握持器106被装配上以斜向一边地(edgewise)旋转晶片102，其中这些晶片被晶片握持器106斜向一边地握持。在本发明之前，使基材100干燥是完全藉由旋转半导体晶片102，此时晶片正被在机器臂108上的晶片握持器106所握持。
跟随在一旋干(spin-dry)周期之后几乎所有的晶片102会具有冲洗液的微量痕迹。靠近晶片102的旋转中心的此冲洗液，也就是去离子水，无法被轻易地驱逐出去，因为缺乏足够的线性速度(linear velocity)，以及因为蒸气形式的去离子水缺乏为了被驱逐出去的足够的质量。在基材100上的此冲洗液会造成光阻层104从基材100上的局部区域剥落，其中在一旋干周期之后此冲洗液的痕迹留存在光阻层104的这些局部区域。
于硬烤(hard bake)时，去离子水(DI)蒸气的挥发将产生DI和光阻间的应力(stress)，其将导致光阻层104从基材100剥落。
会留存在光阻层104上的此冲洗液的痕迹会弱化光阻层104和基材100之间的联结(bond)。因为被弱化的联结，光阻层104会剥落。光阻层104的剥落会降低被制造于此基材100上的集成电路的制造良率。
本发明可在不用延长旋干周期以及不用增加藉由晶片握持器106所产生的旋转速度的情况下获得基材100的完全干燥。请参照图1，一第二喷嘴114在第一喷嘴110的旁边。在一冲洗周期期间，第一喷嘴110被辅助机器臂112移动，以将第一喷嘴110的排放端(discharge end)指向基材100靠近旋转轴(axisof rotation)的地方。旋转轴的位置坐标是通过藉由辅助机器臂112移动第一喷嘴110而得知。此冲洗周期的进行是藉由从第一喷嘴110施加分配冲洗液到基材100，此时晶片握持器106沿着此旋转轴的周围(about the axis ofrotation)旋转半导体晶片102。跟随在此冲洗周期之后，冲洗液从第一喷嘴110停止流出了。
图1A揭示辅助机器臂112将第一喷嘴110移开旋转轴，且移动第二喷嘴114以代替第一喷嘴的位置，藉此将第二喷嘴114的排放端指向基材100靠近旋转轴的地方。此干燥周期的进行是藉由晶片握持器106旋转晶片102，同时干燥气体处于压力下被施加分配以将靠近旋转轴的冲洗液驱逐出去。此气体是藉由一电动机控制的阀114a而被供应到第二喷嘴114，其中第二喷嘴114施加分配此气体。此干燥气体除去靠近旋转轴的冲洗液的一蒸气薄膜的水分。所以，基材100是藉由合并驱逐(expelling)与脱水(desiccation)而被干燥化。举例来说，此干燥气体是处于压力之下气体的氮N2。
所以，一种冲洗在一半导体晶片102上的一基材100且使此基材100干燥的制程牵涉到在一冲洗周期期间施加分配冲洗液在此基材100上；以及在一使干燥的周期期间沿着一旋转轴的周围旋转此晶片102，以使此晶片102干燥，同时对着此基材100施加分配处于压力下的干燥气体，以完全地使此晶片102干燥。
当使干燥的周期结束时，此辅助机器臂112被移开，且机器臂108将此晶片102放回到此批晶片，其中此晶片102被晶片握持器106在此释放。
图2揭示具有一微处理器(microprocessor)202的一控制电路200，此微处理器202具有一输入时脉(input clock)信号CK1以及与一计算机或与一服务器(server)之间的互连(interconnection)V1，以连接到一网络。此微处理器202是藉由一计算机而被程序化以发送以下的控制信号。第一控制信号被送到第一机器臂108的一电动机(motor drive)的一控制电路204。第二控制信号被送到晶片握持器106的一电动机的一控制电路206。第三控制信号被送到辅助机器臂112的一电动机的一控制电路208。第四控制信号被送到此电动机控制的第一阀110a的一控制电路210，其中第一阀110a供应冲洗液到第一喷嘴110。第五控制信号被送到此电动机控制的第二阀114a的一控制电路212，其中第二阀114a供应冲洗液到第二喷嘴114。
此微处理器202发信号给控制电路210使其在一冲洗周期期间打开与关闭第一阀110a。此微处理器202发信号给控制电路206使其在一使干燥周期期间旋转此晶片102，以使此晶片102干燥，同时发信号给控制电路212使其打开与关闭第二阀114a，以对着此基材100施加分配处于压力下的干燥气体，以完全地使此晶片102干燥。
此微处理器202发信号给控制电路208以移动第一喷嘴110使其指向靠近旋转轴116的基材100，同时此微处理器202发信号给控制电路210使其打开与关闭第一阀110a，以在一冲洗周期期间藉由第一喷嘴110施加分配冲洗液。此微处理器202发信号给控制电路208以移动第二喷嘴114使其指向靠近旋转轴116的基材100，同时此微处理器202发信号给控制电路212使其打开与关闭第二阀114a，以在一使干燥周期期间藉由第二喷嘴114施加分配干燥气体。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的申请专利范围所界定者为准。
权利要求
1.一种冲洗在一半导体晶片上的一基材且使该基材干燥的制程，其特征在于，至少包含以下步骤在一冲洗周期期间施加分配冲洗液在该基材上；以及在一使干燥的周期期间沿着一旋转轴的周围旋转该晶片，以使该晶片干燥，同时对着该基材施加分配处于压力下的干燥气体，以完全地使该晶片干燥。
2.如权利要求1所述的制程，其特征在于，更包含以下步骤在该冲洗周期期间施加分配该冲洗液在该基材的一表面上，其中该表面靠近该旋转轴；以及在该使干燥的周期期间施加分配该气体在该基材的靠近该旋转轴的该表面上。
3.如权利要求1所述的制程，其特征在于，更包含以下步骤藉由安装在一机器臂上的一第一喷嘴施加分配该冲洗液；以及藉由安装在该机器臂上的一第二喷嘴施加分配该气体。
4.如权利要求1所述的制程，其特征在于，更包含以下步骤将一第一喷嘴指向该基材且靠近该旋转轴，同时藉由该第一喷嘴施加分配该冲洗液；以及将一第二喷嘴指向该基材且靠近该旋转轴，同时藉由该第二喷嘴施加分配该气体。
5.如权利要求1所述的制程，其特征在于，更包含以下步骤移动一机器臂以将被安装在该机器臂上的一第一喷嘴指向该基材，同时在该冲洗周期期间施加分配该冲洗液；以及移动该机器臂以将被安装在该机器臂上的一第二喷嘴指向该基材，同时在该使干燥的周期期间施加分配该气体。
6.如权利要求1所述的制程，其特征在于，更包含以下步骤在该冲洗周期期间打开以及关闭电动机控制的一第一阀，以施加分配该冲洗液；以及在该使干燥的周期期间打开以及关闭电动机控制的一第二阀，以施加分配该气体。
7.如权利要求1所述的制程，其特征在于，更包含以下步骤移动一机器臂以将被安装在该机器臂上的一第一喷嘴指向该基材，同时在该冲洗周期期间施加分配该冲洗液；在该冲洗周期期间打开以及关闭电动机控制的一第一阀，以施加分配该冲洗液；移动该机器臂以将被安装在该机器臂上的一第二喷嘴指向该基材，同时在该使干燥的周期期间施加分配该气体；以及在该使干燥的周期期间打开以及关闭电动机控制的一第二阀，以在该使干燥的周期期间施加分配该气体。
8.如权利要求1所述的制程，其特征在于，更包含以下步骤藉由电动机控制的一阀供应该冲洗液到一第一喷嘴；藉由该第一喷嘴施加分配该冲洗液；藉由电动机控制的一阀供应该气体到一第二喷嘴；以及藉由该第二喷嘴施加分配该气体。
9.如权利要求1所述的制程，其特征在于，更包含以下步骤在该使干燥的周期期间施加分配该气体在该基材的靠近该旋转轴的一表面上。
10.如权利要求1所述的制程，其特征在于，更包含以下步骤在该使干燥的周期期间施加分配该气体在该基材的靠近该旋转轴的一表面上；以及藉由被安装在一机器臂上的一喷嘴施加分配该气体。
11.一种冲洗一半导体晶片的一基材且使该基材干燥的装置，其特征在于，至少包含一第一喷嘴，该第一喷嘴在一冲洗周期期间对着该基材施加分配冲洗液；以及一第二喷嘴，该第二喷嘴在一使干燥的周期期间对着该基材施加分配处于压力下的干燥气体，以完全地使该基材干燥。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，更包含该第一喷嘴被安装在一机器臂上，该机器臂在该冲洗周期期间定位该第一喷嘴；以及该第二喷嘴被安装在该机器臂上，该机器臂在该使干燥的周期期间定位该第二喷嘴，以完全地使该基材干燥。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，更包含一微处理器，控制该机器臂。
14.如权利要求11所述的装置，其特征在于，更包含电动机控制的一第一阀，该第一阀供应冲洗液到该第一喷嘴；以及电动机控制的一第二阀，该第二阀供应冲洗液到该第二喷嘴。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，更包含一微处理器，控制该第一阀和该第二阀。
全文摘要
本发明为一种冲洗一半导体晶片的一基材且使其干燥的方法与装置，该装置具有一第一喷嘴与一第二喷嘴。第一喷嘴对着此基材施加分配冲洗液。第二喷嘴在一使干燥的周期期间对着此基材施加分配处于压力下的干燥气体，以完全地使此基材干燥。当此基材旋转时，第二喷嘴能指向此基材。第一喷嘴与第二喷嘴能被一机器臂所定位。
文档编号F26B3/02GK1674232SQ20041008372
公开日2005年9月28日 申请日期2004年10月14日 优先权日2004年3月26日
发明者高耀寰, 黄柏昌, 洪明永, 黄基哲 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司