用于具有位隔离反应器的集成工具的高级混合系统的制作方法

专利名称：用于具有位隔离反应器的集成工具的高级混合系统的制作方法
技术领域：
本7〉开内容在此主要涉及衬底加工，更具体地，涉及l吏用集成位隔 离加工和整片加工的衬底加工。
背景技术：
为实现针对硅集成电路(IC)的每次连续产生的所期望的性能提高， 半导体制造已经日益增加地依赖于新材料以及它们向先进工艺序列的集 成。不幸的是，通常的半导体制造设备并不良好适合于材料开发和集成。 影响通常的半导体制造设备的使用的问题包括，快速改变工艺材料和化 学制品的困难、在单个反应器或工艺室内对多种材料或化学制品进行集
成和定序的能力受限、高设备成本、大样品尺寸(300mm晶片)、和不够 灵活的工艺/反应器配置。为了弥补传统制造工具的不足，对于工艺设备 已经出现如下需求，工艺设备面对多种多样的工艺状况应该便于快速测 试新材并牛和材冲+加工序列。


图l是在一个实施例下的衬底加工系统(SPS)。
图2是在 一个实施例下的用于组合工艺序列集成的流程图。
图3是在一个实施例下的包括位隔离加工和/或传统加工的组合工艺
序列集成工艺流程。
图4是在一个实施例下的集成加工工具的框图，该集成加工工具在此
称为多通道位隔离反应器(MCSIR)。
图5是在一个实施例下的MCSIR的位隔离加工才莫块(SIPM)。 图6示出在一个实施例下的在SIPM的一个子集的构件之间的连接。 图7是在一个实施例下的包括独立过程和废料路径的流动池的框图。图8示出在一个实施例下的包括与卡盘配合的流动池组件的MCSIR。 图9示出了 一个实施例的液力密封系统。
具体实施例方式
下文描述的是一种集成加工工具，在此称为多通道位隔离反应器 (MCSIR)。所述MCSIR由整片加工模块和组合的位隔离(site-isolated) 加工模块构成。集成加工工具的主要用途在于，实现在全衬底和全衬底 的多个位隔离区域之间的混合模式加工。同样地，从公共传送系统馈送 (feed )用于加工模块中的化学制品，该公共传送系统包括一组第一歧管， 所述第一歧管能够产生多种溶液，采用组合方式可改变所述溶液的成分 并且所述溶液的组分可被指定为用于工艺步骤的配方的一部分。为了允 许彻底的溶液混合以及精确的温度和PH值控制，每个第一歧管的输出连 接到至少一个混合导管。每个混合导管的输出接着分配到一组第二歧管 中的 一个或多个。每组第二歧管的输出馈送加工模块的一个或多个反应 器。除了提供在混合导管中静态混合的溶液之外，第二组歧管还能够同 时分配多种化学制品，以易于对溶液进行动态协调混合。
对于位隔离加工，MCSIR集成多个独立受控的工艺室，它们共同处于 在全衬底上的多个独立位置处。MCSIR提供如下能力，即，以一种或多种 串行和/或并行方式将多种化学溶液或成分混合并分配到衬底上，并提供 如下能力，即，针对任意数量的反应器或反应器的一个或多个子集独立 改变流量和/或溶液成分。MCSIR提供如下能力，即，同步加工步骤，并 且当用于工艺步骤的全局参数要求针对非位隔离控制参数(例如，晶片 衬底的温度、反应器高度/体积等等)进行这种同步时，控制遍历所有位 隔离反应器的严格定时。
通过遍历单一的200或300毫米硅衬底提供多个单独受控并且垂直 的反应器或工艺室，在此所述的MCSIR解决如下问题，即，致使传统的 半导体制造设备并不良好地适于材料开发和集成。每个位隔离反应器的 构造和流体动力性质典型地与生产堆成比例，从而易于对整片进行成比 例增大，而又使工艺集成步骤变化甚微。另夕卜，MCSIR的材料传送系统被配置为，使被提供给所述室的材料的数量以及用于实现材料集成的工艺 序列的各步骤均具有较大的灵活性。相比于生产工具，反应器小型化以 及用于材料研究和集成的宽松的设备要求也降低了设备的成本。
下文描述的是用于加工衬底的系统和方法(例如，在衬底上形成材
料)。用于加工衬底的系统和方法，统称为"衬底加工系统"(SPS)，包
括组合加工、与传统衬底加工集成的组合工艺序列、和/或位隔离加工，
如下文详述。举例而言， 一个实施例的SPS能够以非常低的成本在衬底
上产生非常小的结构和特征部(例如，纳米尺寸量级)，这些结构和特征 部可以用于诸如电子构件和平板显示器的多种产品的商业制造。下文所 述的各种不同的系统和方法仫J又作为实例展现，而并不意在将在此所述 和要求保护的系统和方法限制于组合加工、与传统衬底加工集成的组合 工艺序列、和/或位隔离加工的特定组合。进一步，下文所述的系统和方 法并不限于特定工艺(例如，湿法加工、干法加工等等)。
在接下来的描述中，引入多个具体细节来提供对SPS的各实施例的 透彻理解并能够描述SPS的各实施例。然而，本领域技术人员将认识到，
没有所述具体细节中的一个或多个，或者采用其它构件、系统等等，也 可以实施这些实施例。在其它情况中，为避免使所公开的实施例的各方 面变得不清晰，并不显示或详细描述众所周知的结构或操作。
一个实施例的SPS主要包括设计用于承接至少一个衬底的至少一个 接口。所述SPS还包括多个连接到上述接口的模块。上述模块，在此也
称为构件，包括预加工模块、加工模块、后加工模块，但可以包括任意 数量和/或类型的其它模块，其中任意模块可包括所述预加工、加工、和
/或后加工模块的功能。所述SPS不要求包括任意特定模块类型中的每一
种的至少一个。另外，所有预加工、加工、后加工模块的功能可嵌入单 一模块中。所述多个模块中的每个模块可根据在至少一个其它模块中所
含工艺的需要包含多种加工中的至少一种。所述SPS还包括至少一个手
柄，其连接到所述接口并被配置为使衬底在接口和一个或多个模块之间 移动。
图1是在一个实施例下的衬底加工系统(SPS) 100。衬底加工系统100包括预加工才莫块101、加工才莫块102、和后加工才莫块103。 SPS 100 不要求包括加工模块类型中的每一种的至少一个；例如，特定工艺流程 可仅仅包括加工模块102和用于将村底移入和移出系统100的装置。另 外，所有预加工、加工和后加工模块的功能可嵌入在单一模块中。模块 101、 102、 103每一个均可根据模块101、 102、 103将要用于的衬底加工 的类型的需要使用适当的装置(特别地，传统的商业衬底加工装置)来 执行。模块IOI、 102、 103可以根据衬底和/或工艺的具体特性而改造和 /或添加地#丸4亍。
衬底通过系统接口 104—也称为工厂接口 104—进入和离开系统 100。可以在系统100中一次加工单个衬底，或者可以成批地一次加工多 个衬底。系统接口 104包括衬底手柄104a(其可例如使用自动装置执行)， 其将衬底移入和移出系统100。为了便于将衬底移入和移出系统100,系
晶圓盒(FOUP )装载站104b和FOUP卸载站104c )。
在已经得到加工的衬底通过衬底手柄104a从系统IOO移出并放置在 衬底卸载站104c上(以便最终移动到另一位置)之后，已经预先放置在 衬底装载站104b上的新衬底通过村底手柄104a从衬底装载站104b取出， 并移动到系统100中以便进行加工。可以使用在加工衬底领域的技术人 员公知的传统装置和方法来实现系统接口 104 (包括衬底手柄104a、衬 底装载站104b、衬底卸载站104c)。 一个或多个替换性实施例的系统100 可包括多个系统接口 ，每个系统接口可如上所述进行构造和操作。
一旦处于系统100中，衬底操作系统105就可用于将由系统100所 加工的衬底在系统100的不同模块101 - 103之间移动。类似于系统接口 104的衬底手柄104a,衬底才喿作系统105可以例如4吏用 一个或多个自动 装置来执行。如果模块101、 102、 103既包括湿法加工模块也包括干法 加工模块，则衬底搮:作系统105包括至少两种装置干法衬底手柄，其 用于将衬底移入和移出干法加工模块和系统接口 104以及移出干化模块； 和湿法衬底手柄，其用于将衬底移入和移出湿法加工模块以及移入干化 模块。衬底操作系统105可使用在加工衬底的领域中的技术人员公知的装置和方法来#丸4亍。
在衬底正在通过系统接口 104移入或移出系统IOO之外的其它时刻， 系统100与外界环境密封隔离。根据由系统100将要执行的加工，在系 统100内处于预加工才莫块101、加工才莫块102、后加工才莫块103之外的环 境(为方^f更起见，有时在下文中称为"系统环境")可保持处于大气压、 保持处于真空压力、和/或#皮加压(即，保持处于比大气压更高的压力下)。 类似地，系统环境可保持处于系统100之外的环境的外界温度，或者处 于比该外界温度更高或更低的温度下。
进一步，根据期望可以控制系统环境的气体成分。例如，系统环境 可为外界空气(典型地，被控制以降低来自外部环境的污染)。系统环境 也可被控制而整体地或局部地包括一种或多种指定气体，例如，在用于 加工半导体晶片的系统中，系统环境可被控制为氮气或惰性气体。系统 环境也可以被控制以排除一种或多种指定气体，例如，氧气可以从系统 环境中排除，以降低在系统中所加工的衬底(或其上形成的材料)的氧 化的发生率。
替换性实施例的SPS可包括用于加工单一晶片或单组晶片的每种类 型的模块中的多个；因此，多种形式的SPS可以作为单一系统并行操作。 这就能够改进由SPS所加工的衬底的产量。这还能够增加冗余，这样， 即使在系统的一个或多个模块呈现为一个时段内不可操作(例如，为了 进行预防性维护、修理等等)时，也可以保持系统可行性。
上文所述的SPS以示例性展示，并且可以使用包含其它数量的加工 模块的系统。进一步，可以使用除上文所述模块之外类型的加工模块。 在一些加工系统中，可以替代用于将衬底移入和移出系统的衬底手柄， 而采取对衬底进行手动装载和卸载。
上文所述的SPS 100可包括用于对单一衬底上的各区域进行组合加 工的一个或多个模块(也称为构件)和/或方法。通常，通过将加工材料 传送到衬底上的一个或多个区域和/或对区域进行改造，来组合加工区域
加工期间和/或作为衬底加工的结果而确定的区域。图2是在一个实施例下的用于组合工艺序列集成的流程图。该实施 例可采用将执行所期望的分析过程的加工工具(其可以是也可以不是由 集体执行有效单元加工的分立单元模块构成的集成工具)。在一个实施例 中，加工工具可在单一的整体式村底中所含的单独区域内以离散方式执 行上述过程，比如IC加工中所使用的直径300mm的晶片。衬底被设置于 系统200，并且以离散且优选分离的方式(以串行、并行或者串行-并行 模式)被加工，从而使村底的至少两个区域得到彼此不同的加工210。以 组合方式加工的衬底可以可选地提前22 0和/或随后2 3 0采用至少 一个过 程或过程步骤以传统方式得到加工，从而使整个或大致接近整个衬底承 受相同的加工条件。这就允许，在构建终端设备、集成电路等等所需要 的工艺流程的期望节段中使用所述组合加工/组合工艺序列集成途径。
可以使用传统的分析方法针对感兴趣的属性来测试240被加工区域， 诸如所产生的器件或器件的各部分，所述测试240例如为针对诸如产量 的属性通过电阻、线路电阻、电容等进行的参数测试，和/或针对诸如应 力迁移、电迁移、偏置热应力、时变介质击穿的属性所进行的可靠性测 试，以及本领域技术人员所公知的相关测试。被加工区域可被同时测试、 顺次测试、或者以并行-串行模式测试，在并行-串行模式中，第一多 个区域被同时测试，接着第二多个区域;波同时测试。测试240可选地在 用于组合工艺序列集成的方法的一个或多个替换性实施例中被执行。
一个实施例的组合工艺序列集成使用执行一个或多个过程的加工工 具，在此称为位隔离加工工具(也称为位隔离反应器(SIR))。在一个实 施例中，位隔离加工工具以离散隔离方式(以串行、并行或者串行-并 行模式)在衬底的单独区域内加工衬底(例如，村底的至少两个区域被 彼此不同地加工)。在加工区域阵列的过程中，如在此所述，加工材料可 被传送到衬底上的各区域(包括预定区域)，和/或各区域(包括预定区 域)可使用任意数量的位隔离加工过程或序列组合以任意数量的传统加 工过程或序列而被改造。
例如，在此处描述的组合工艺序列集成的方法接收来自从包含沉积、 图案化、蚀刻、清洗、平面化、植入和处理的组所选出的至少一个第一过程的衬底。上述方法通过与衬底的至少一个其它区域不同地加工衬底 的至少一个区域，产生经加工的衬底。所述加工包括改造至少一个区域， 其中，改造包括物理改造、化学改造、电改造、热改造、磁改造、光子 改造和光解改造中的至少 一种。所述加工形成在一于底上的#皮不同加工的 区域的至少一个阵列。在一个实施例中，上述加工包括使用材料、加工 条件、工艺序列、工艺序列集成、工艺序列条件中的至少一种进行改造。 在一个其它实施例中，上述经加工的衬底承受选自包括沉积、图案化、 蚀刻、清洗、平面化、植入和处理的组的至少一个额外的过程。
作为另 一示例，在此处所述的组合工艺序列集成的方法通过不同于 衬底的至少 一 个其它区域而对衬底的至少 一 个区域进^亍加工，产生经加 工的衬底。所述加工包括改造至少一个区域，其中改造包括物理改造、 化学改造、电改造、热改造、磁改造、光子改造和光解改造中的至少一 种。所述加工形成在衬底上被不同加工的区域的至少一个阵列。所述方 法通过将被加工衬底提供给选自包括沉积、图案化、蚀刻、清洗、平面 化、植入和处理的组的至少一个额外过程而得以继续。在一个实施例中， 上述加工包括使用材料、加工条件、工艺序列、工艺序列集成、工艺序 列条件中的至少 一种进行改造。
图3是在一个实施例下的组合工艺序列集成工艺流程300,其包括位 隔离加工和/或传统加工。在此处的各实施例下的加工序列的一个示例如 下使用传统过程N加工衬底，然后使用位隔离过程N+1加工衬底，然 后使用位隔离过程N + 2加工衬底，然后使用传统过程N + 3加工衬底， 然后扭^亍E测试(例如电测试)。在此处的实施例下的加工序列的另一示 例如下使用位隔离过程N加工衬底，然后使用位隔离过程N+1加工衬 底，然后使用传统过程N + 2加工衬底，然后使用位隔离过程N + 3加工 衬底，然后执行E测试。在此处的实施例下的加工序列的又一示例如下 使用位隔离过程N加工衬底，然后使用传统过程N+1加工衬底，然后使 用位隔离过程N + 2加工衬底，然后使用传统过程N + 3加工衬底，然后 执行E测试。根据工艺流程300可以实现各种其它加工序列。
组合工艺序列集成因此例如产生包含模具阵列的半导体晶片302,模具阵列包括能够作为包含预期集成电路的测试模具和/或实体产品模具
的多个模具304。使用上述组合工艺序列集成方法，可以加工和/或产生 无图形晶片、有图形晶片、器件、功能芯片、功能器件、测试结构、半 导体、集成电路、平板显示器、光电器件、数据存储器件、电磁器件、 磁光器件、分子电子器件、太阳能电池、光子器件、成套器件。组合工 艺序列集成可用于整个工艺流程的任意期望的节段和/或部分。可以在工 艺流程之内的每个加工步骤和/或加工步骤系列之后根据需要和/或期望 执行包括电测试的特征评定。
SPS的实施例将加工材料传送到在衬底上的一个或多个预定区域，并 使用多种不同技术对所传送的材料进行反应。例如，可以使用基于溶液 的合成技术、光化学技术、聚合技术、模板法合成技术、外延生长技术， 通过溶胶-凝胶转变(So1-gel)过程、通过热学、红外或微波加热，通过 煅烧、烧结或退火，通过热液方法，通过熔剂方法，通过经由溶剂蒸发 进行结晶等等，对加工材料进行反应。可用于对感兴趣的加工材料进行
由于衬底的各区域彼此独立地被加工，所以在不同区域处的加工条 件可以独立受控。例如，工艺材并牛量、反应溶剂、加工温度、加工时刻、 加工压力、反应终止(quench)的速率、工艺材料的沉积次序、工艺序 列步骤等等，可以随衬底上区域变化而不同。因此，例如，当探究材料 时，被传送到第一和第二区域的加工材料可以相同也可以不同。如果被 传送到第一区域的加工材料与被传送到第二区域的加工材料相同，则这 种加工材料可以以或者相同或者不同的浓度提供给衬底上的第 一和第二 区域。对于将额外的加工材料传送到第一和第二区域等等，这也是可行 的。正如传送到第一和第二区域的加工材料，传送到第一和第二区域的 额外加工材料可以相同也可以不同，如果相同，则可以以或者相同或者
不同的浓度提供给衬底上的第 一和第二区域。
而且，在衬底上的预定区域内，加工材料可以以均匀或渐变的方式 传送。如果相同的加工材料以完全相同的浓度传送到衬底的第一和第二 区域，则区域加工所处于的条件(例如反应温度、反应时间等等)可以随区域的不同而改变。可以被改变的参数包括，例如，材料量、溶剂、 工艺温度、工艺时间、执行过程所处于的压力、过程进行所处于的气体 环境、淬冷过程所处于的速率、沉积材料的次序等等。其它可以改变的 过程参数对于本领域技术人员可以显而易见。
而且， 一实施例通过将基本相同的加工材料以基本一致的浓度传送 到在具有不同表面(例如介电材料表面和导电表面)的第一和第二衬底 上的对应区域，以便在IC芯片上显现不同的区域部分，并随后使衬底上 的工艺材料承受第一组工艺条件，而形成至少两个不同的材料阵列。使 用这种方法，可以研究并接着优化过程参数或材料对不同衬底表面的影 响。
在单独区域加工中采用的加工材料必须经常被防止移动到相邻区 域。更简单地，这可以通过如下过程来确保，即，在衬底上的区域之间 留下足量的空间，从而使不同的加工材料不能在区域间互相扩散。而且， 这可以通过如下过程确保，即，在加工期间在衬底上的不同区域之间提 供合适的屏障。在一种途径中，机械器件或物理结构限定村底上的不同 区域。例如，可以使用壁或其它物理屏障来防止在单独区域中的材料移 动到相邻区域。在完成合成之后，可以去除这种壁或物理屏障。本领域 技术人员将认知，有时在掩蔽材料阵列之前去除壁或物理屏障可能是有 益的。
在其它实施例中，在不需要物理接触衬底的屏障的情况下，可以实 现上述加工。例如，当改造面积在尺寸上略小于和/或等于衬底上的感兴
趣的离散区域时，可以使用激光器、辐射灯、uv辐射源、其它"点，，源 来以位置可寻址的方式加工区域。在又一实施例中，物理屏障可用于将 所述加工根本上掩蔽和/或限制于其中物理屏障并不物理接触衬底的期 望区域和/或区域部分。例如，物理屏障可用于将加工根本上阻挡和/或 抑制于特定区域和/或区域部分。例如，诸如掩膜或遮板的屏幕可用于阻
挡诸如来自PVD(即，溅射)或蒸气源的蒸汽通量。不透明与透明相间的 掩膜可用于让特定的辐射通过透明区域，以实现在衬底上指定区域中的 加工。在又一实施例中，优选诸如氩气(Ar)的惰性气体的气流，可用于筛出气态反应剂，和/或限制这种反应剂的浓度，从而将这种反应剂的 效果从特定区域有效地筛出。采用这种方式，衬底上的指定区域可以得 到不同加工，而不必将物理屏障与衬底相关联。这种途径尤其适于基于 顺次气相真空的表面动力过程，例如原子层沉积及其变化形式(例如， 引入/增强了离子、原子团、和等离子体)。
一个实施例的SPS包括如下加工工具，其被配置为实现遍历整个衬 底的均匀加工以及单独的对衬底的 一 个或多个离散区域的独立加工。在 此描述的加工工具，包括在上文参照图2和3所述的组合工艺序列集成 工艺流程下的操作，可以是类似上文所述的SPS 100的衬底加工系统的 构件和/或上文参照图1所述的SPS 100的一个或多个才莫块。例如，图3 的组合工艺序列集成工艺流程300可以在SPS IOO(图1 )的加工模块102 中实施。类似地，作为另一示例，组合工艺序列集成工艺流程300可以 遍历SPS 100 (图1)的一个或多个加工才莫块101、 102、 103得到实施。
一个实施例的SPS包括支持整片加工和组合加工的集成加工工具。 图4是在一个实施例下的集成加工工具400的框图，集成加工工具400 在此称为多通道位隔离反应器(MCSIR) 400。 MCSIR 400包括整片加工模 块405和位隔离加工才莫块(SIPM) 409,如下文所详述。MCSIR 400结合 一种大容量化学制品分配系统，以提供实现工艺序列所必要的化工原料 401,还结合形式为混合导管和分配歧管的化学混合和定序硬件，以提供 动态混合任意成分的化学溶液的能力，并且对通过反应器的化学制品以 任意次序进行定序达任意持续时间。MCSIR 4 00使用计算机化硬件控制器 402进行控制，并且一个实施例的同一控制器实现在整片反应器和位隔离 反应器中的加工。晶片使用工厂接口 404定序通过MCSIR 400。整片和位 隔离反应器在所有控制方面可比。MCSIR 400的每个反应器或通道^L配置 为，允许植入复杂的湿法/蒸气工艺序列，如在此所述。
通常，整片加工模块405包括连接到整片反应器的工艺歧管。工艺 歧管连接到化学制品401,并被配置为将化学制品401馈送或传送到整片 反应器。整片反应器被配置为，使用所传送的化学制品实现遍历整个晶 片或衬底表面(例如，8英寸晶片、12英寸晶片等等)的均匀加工。形成对照的是，SIPM 409是位隔离加工器，其能够使用多通道或工 艺路径来单独加工遍历晶片的多个离散区域(例如，28个区域)。为了使 该示例清晰起见，SIMP 409的这一示例显示正在被两个工艺3各径或通道 中的任一个馈送的单一位隔离反应器，但是MCSIR可包括任意数量的位 隔离反应器以及连接到每个反应器的任意数量的工艺路径。
SIPM 409使用通常包括一套或一组第一歧管(例如，混合导管(MV) l歧管)的传送系统馈送或分配化学制品401。每个第一歧管的输出连接 到混合导管(例如，混合导管l等等)。混合导管歧管允许以任意速率针 对每个混合导管对大块化学制品进行混合，然后混合导管充当混合的化 学制品溶液的临时存储装置。
每个混合导管的输出馈送一组第二歧管中的一个或多个(例如，工 艺通道l位歧管、工艺通道2位歧管)。每组第二歧管的输出馈送位隔离 反应器。所述一组第二歧管通常允许通过在 一组流动池中的两个工艺路 径中的任一个(例如，通道1、通道2)对混合导管溶液和/或大块化学 制品进行定序。流动池包括位隔离反应器的顶表面，并且反应器套管包 括反应器的侧壁。被加工的衬底包括反应器的底部。每个位隔离反应器 实现衬底的专门区域的单独加工，如在此所述。
MCSIR 400的示例并不包括在用于整片反应器的工艺路径中的混合 导管。然而，可能并且有时期望的是，在整片反应器工艺路径中包含混 合导管，以便以类似于SIPM的方式构建整片加工模块。
图5是在一个实施例下的MCSIR的SIPM 500。 SIPM 500通过同时控 制在多个并行反应器中的反应，来管理或控制衬底的不同区域的同时加 工。每个反应器就位而靠近衬底的特定区域(例如，晶片)。举例而言， 反应器控制包括控制反应剂流动、反应剂混合、反应剂传送、反应剂和/ 或反应器温度、和/或反应剂pH值等等。
SIPM 500包括连接到第一混合组件514的第一分配组件512。第一 分配组件512包括数量为N的混合导管歧管5121 - 512N,其中混合导管 歧管的数目N可为任意数量。 一个实施例的第一分配组件512包括二十 八(28)个混合导管歧管，但是SPS并不限于这种数量的混合导管歧管，并且可以包括任意数量的混合导管歧管。每个混合导管歧管的输入连接
到一个或多个化学制品501。作为示例， 一个实施例的混合导管歧管包括 八(8)个输入，并且每个输入连接到一个不同的化学制品501。然而， 混合导管歧管并不限于八(8)个输入，并且每个输入不限于连接与任意 其它歧管输入不同的组分。另外，分配组件512的所有混合导管歧管并 不限于呈现相同配置。进一步，其它构件(例如，阀、调节器、泵等等) 可协调连接在组分和混合导管歧管之间。
第一混合组件514包括数量为N的混合导管5141 - 514N,其中混合 导管的数目N可为任意数量。 一个实施例的第一混合组件514包括二十 八(28)个混合导管，但SPS并不限于这一数量的混合导管，并且可以 包括任意数量的混合导管。每个混合导管的输入连接到第一分配组件512 的混合导管歧管的输出。作为示例， 一个实施例的混合导管包括一 (1) 个输入，其连接到第一分配组件512的混合导管歧管的输出。作为更为 具体的示例，第一混合导管5141的输入连接到第一混合导管歧管5121 的输出。然而，混合导管并不限于一 (1)个输入，并且每个输入并不限 于向第一分配组件512的一个混合导管歧管的连接。
SIPM 500进一步包括连接到第二混合组件524的第二分配组件522。 第二分配组件522包括数量为N的混合导管歧管5221 - 522N,其中混合 导管歧管的数目N可为任意数量。 一个实施例的第二分配组件522包括 二十八(28)个混合导管歧管，但SPS并不限于这一数量的混合导管歧 管。每个混合导管歧管的输入连接到一个或多个化学制品501 。作为示例， 并且如上所述， 一个实施例的混合导管歧管包括八(8)个输入，并且每 个输入连接到一个不同的化学制品501。然而，混合导管歧管并不限于八 (8)个输入，并且每个输入并不限于连接与任意其它歧管输入不同的组 分。另外，其它构件(例如，阀、调节器、混合器等等)可以协调连接 在组分和混合导管歧管之间。
第二混合组件524包括数量为N的混合导管5241 - 524N,其中混合 导管的数目N可为任意数量。 一个实施例的第二混合组件524包括二十 八(28)个混合导管，但SPS并不限于这一数量的混合导管。每个混合导管的输入连接到第一分配组件522的混合导管歧管的输出。作为示例， 一个实施例的混合导管包括一 (1)个与第一分配组件522的混合导管歧 管的输出相连的输入。作为更具体的示例，第一混合导管5241的输入连 接到第一混合导管歧管5221的输出。然而，混合导管并不限于一 (1) 个输入，并且每个输入并不限于向第一分配组件522的一个混合导管歧 管的连接。
SPS^皮才莫块化，因此SPS的替换性实施例可包括数量不同的分配组件 和/或混合组件。例如，替换性实施例的SPS可包括两个额外的分配组件， 而每个额外的分配组件连接到额外的混合组件。作为另一示例，替换性 实施例的SPS仅仅包括如上所述的第一分配组件512和第一混合组件 514,并且不包括第二分配组件522和第二混合组件524。进一步，替换 性实施例的SPS可包括比上文所述数量更小或更大的混合导管歧管和/或 混合导管。另外，替换性实施例包括混合导管歧管和/或混合导管的不同 配置；例如，两个混合导管歧管可连接到单个混合导管。
SIPM 500包括第三分配组件532。第三分配组件532包括数量为N 的位歧管5321 - 532N,其中位歧管的数目N可为任意数量。 一个实施例 的第三分配组件532包括二十八(28)个位歧管，但是SPS并不限于这 一数量的位歧管。 一个实施例的每个位歧管包括八(8)个输入，但并不 限于此。每个位歧管的第一输入连接到第一混合组件514的混合导管的 输出，并且每个位歧管的第二输入连接到第二混合组件524的混合导管 的输出。因此，使用第三分配组件532的第一歧管5321作为更具体的示 例，第一位歧管5321的第一输入连接到第一混合组件514的第一混合导 管5141的输出，第一位歧管5321的第二输入连接到第二混合组件524 的第一混合导管5241的输出。第三分配组件532的每个位歧管的其余输 入中的一个或多个根据SIPM 500的即时加工操作的需要连接到一个或多 个化学制品501。然而，在替换性实施例中，每个位歧管的其余输入可连 接到其它组分源。其它构件(例如，阀、调节器、混合器、泵等等)可 协调连接在组分和第三分配组件532之间。
第三分配组件532的输出连接到流动池组件542。靠近上述衬底的流动池组件542包括数量为N的流动池5421 - 542N,其中流动池的数目N 可为任意数量。作为示例， 一个实施例的流动池组件542包括28个流动 池，但SPS并不限于这一数量的流动池。 一个实施例的每个流动池包括 一 (1)个输入，但并不限于此。每个流动池的输入连接到第三分配组件 532的位歧管的输出。例如， 一个实施例的流动池包括一 (1)个与第三 分配组件532的位歧管的输出相连的输入。作为更具体的示例，第一流 动池5421的输入连接到第三分配组件532的第一位歧管5321的输出。 流动池的内部可配置或再配置以调整流体流动；例如，内腔可呈任意形 状，和/或内部的表面轮廓可改变，从而控制流体的速度。其它构件(例 如，阀、调节器、混合器、泵等等)可协调连接在第三分配组件532和 流动池《且件542之间。
因此，流动池组件542包括一系列形成位隔离反应器的并行单元， 其被配置为在衬底的邻近区域上实现位隔离加工。位隔离加工包括如下 加工，其包括如上所述的被传送到流动池组件542的每个单元或反应器 的组分或构件。
上文所述的SIPM 500的实施例包括第一分配组件512的混合导管歧 管、第二分配组件522的混合导管歧管、第三分配组件532的位歧管、 第一混合组件514和第二混合组件524的混合导管、流动池组件542的 流动池，上述每一项数目相等，均为N。然而，如上所述，替换性实施例 可包括第一分配组件512的混合导管歧管、第二分配组件522的混合导 管歧管、第三分配组件532的位歧管、第一混合组件514和第二混合组 件524的混合导管、流动池组件542的流动池，上述每一项中的一项或 多项根据加工操作的需要可具有不同的数目。
控制器502连接到如上文所述的SIPM 500的不同构件，并且控制加 工操作。SIPM 500提供如下加工操作，其包括将多个组分(例如化学制 品、成分等等)进行全局混合，以在第一混合组件514和第二混合组件 524中的每一个处形成多种不同的成分组合。处于该混合度的成分被传送 到第三分配组件532,在该点处，额外的组分可以与所述成分一起定序； 作为结果产生的成分通过流动池传送到衬底上数量为N的并行位置。SIPM500,支撑液体、气体和/或等离子体反应剂，在受控状况下提供作为结 果产生的成分，举例而言，所述受控状况包括控制化学制品成分、化学 制品定序、温度、pH值、协调混合、局部环境控制。SIPM 500因此能够 对各种不同的反应剂(具有各种不同状态)进行流动控制，从而实现反 应剂向多个衬底位置或区域并行地持续流动。SIPM500因此允许操作员， 在使用最小集合的流动控制来管理多个流动、流动动力性质和多个通道 的同时，实现在村底的不同区域处的并行加工。
上文描述的SIPM 500被模块化，并且可包括任意数量的上文所述的 任意构件。根据支持加工操作的需要，构件(例如，分配组件、混合导 管歧管、位歧管、混合组件、混合导管、流动池组件、流动池)可以添 加到SIPM 500,或者从SIPM 500去除。进一步，构件的配置包括任意数 量的配置，并且并不限于上文所述的配置。例如，改变流动池形状因子 (例如，用正方形取代圆形)涉及仅仅改变流动池的顶板。因此，SPS在 配置能力和处理不同类型加工的能力方面较为灵活。
图6示出在一个实施例下的在SIPM 500的一个子集的构件(统称为 SIPM 600 )之间的连接。SIPM 600包括含八(8)个输入A - H的第一混 合导管歧管6121。每个所述输入连接到一组分，以便在加工操作期间选 择性地接收所述组分。作为在组分和第一混合导管歧管6121之间地连接 的一个示例，歧管6121的输入A经由泵604连接到化学制品A。泵604 是用于装填导管的计量泵，但不限于此；替换性实施例可以不包括所述 泵，而可以包括多个管线泵，和/或可包括不同类型的泵。 一个实施例的 泵604包括允许用于对每种材料的容积比进行精确控制的计量泵，但不 限于此。其它构件(例如，阀、调节器、混合器、泵等等)可以协调连 接在容纳成分(例如，化学制品A)的容器和泵604之间和/或在泵604 和歧管输入A之间。其它MCSIR构件和/或成分或化学制品(未示出)可 以类似方式连接到第一混合导管歧管6121的输入A - H。第一混合导管歧 管6121可为如上所述的分配组件的构件，但并不限于此。
SIPM 600包括混合导管6141,混合导管具有与第一混合导管歧管 6121的输出相连的输入。因此，混合导管6141接收从第一混合导管歧管6121流出的组分。一个实施例的混合导管6141允许用于控制在导管6141 中产生成分所涉及的参数，举例而言，所述参数包括压力、温度、pH值。 混合导管6141可包括用于搅拌或搅动所接收成分的装置。混合导管6141 包括或联结到或连接到流动机构606,其用于使来自混合导管6141的成 分流动。作为示例，流动机构606包括用于将成分引导到加工部分608 或者离开加工部分而引导到废料部分610的连接；其它布线(未示出) 也是可能的。混合导管6141可为如上所述的混合组件的构件，但并不限 于此。
SIPM 600包括含八(8 )个输入1 - 8的位歧管6321。其中一个输入 1被连接以接收混合导管6141的成分输出MIX1。位歧管6321的其它输 入可被连接以接收其它组分和/或成分。例如，如上所述，位歧管6321 的另一输入2可被连接以接收另一歧管和/或混合导管的成分输出MIX2。 进一步，位歧管6321的其它或其余输入3-8可连接到一个或多个其它 组分(未示出)。
位歧管6321的输出连接到流动池6421,该流动池靠近于衬底650 的区域。SIPM 600包括可选的在位歧管6321和流动池6421之间的用于 提供管路混合的管路混合器660。流动池6421接收来自歧管6321的成分， 并在加工操作期间使用该成分来加工衬底区域。流动池6421连接到废料 线670,其将废液(废料)引导离开流动池6421。废料线670可包括真 空歧管或泵(未示出)，用于去除来自流动池6421的过程废液。流动池 6421可为如上所述的流动池组件的构件，但不限于此。控制器602连接 到SIPM 600的各构件，并控制加工操:作，如下文所述。
SIPM 600的实施例包括在废料线中的流量计FM，以便表征通过废料 线的流动，而非通过所述单元的流动。这就消除了对于多个流动控制器 的需要，而是仅仅要求一个用于单一溶剂系统的流动控制器；多个流动 控制器将与多个溶剂系统一起使用(例如，在带有酸、碱、有机溶剂的 系统中使用的三个流动控制器)。
SIPM的各构件，包括分配组件、混合导管歧管、混合组件、混合导 管、流动池组件、和流动池，在数量和配置方面不同，如上文所述。这些构件使用多种其它构件和/或材料进行联结或连接，举例而言，所述其 它构件和/或材料包括阀、管道或导管、分配泵、流量调节器、压力调节 器以及控制器。这些其它构件和/或材料包括本领域公知的适合于所述配 置和加工操作的构件和/或材料。
上文所述的SIPM的配置允许大块化学制品通过混合导管歧管引导到 混合导管，和/或通过位歧管引导到位隔离反应器。如果被引导到混合导 管，则控制系统能够将任意成分的溶液混合。所述溶液的成分对于每个 混合导管可独立改变。以允许对作为结果产生的溶液进行搅拌、加热和 pH值控制的方式实现混合导管。另外，作为结果产生的溶液的pH值和温 度可以逐个流动池地进行监控。进一步，每种溶液穿过位歧管的流速可 以独立改变。
如上文所述，每个歧管(例如混合导管歧管、位歧管)包括多个输 入或阀(例如，X个输入，其中X是任意数1、 2、...)，其中每个阀联结 或连接到不同的化学制品源。举例而言，化学制品源可为液体、气体或 真空。所述歧管被配置而使得在歧管输入处接收的化学制品通过公共通 道离开歧管。因此，所述歧管被称为X:l歧管。化学制品可以通过歧管 单独地或者组合地进行定序。当组合定序时，管路混合器可用于确保均 质化学制品溶液。也可在X个化学制品中的每一个的入口处结合止回阀， 以确保不发生回流，并因此不发生不希望的化学制品的混合。
流动池控制SIPM的过程的流动动态属性。为了降低在定序期间的化 学制品改变之间的死体积， 一个实施例的流动池包括直接结合于池体内 的独立过程和废料路径。图7是在一个实施例下的包括独立过程Pl/P2 和废料路径W的流动池700的框图。每个流动池路径结合阀VI - V4，以 控制所述过程和废料流动。这些阀V1-V4的使用，例如允许，在第二路 径P2正在被用于传送用于加工衬底的化学制品的同时，清洗流动池的第 一过程路径P1。这种过程路径控制提供优良的定时精确性，并能够对通 向流动池的化学制品进行精确定序。
作为阀使用的示例，流动池的当前过程步骤的阀配置具有关闭的阀 VI和打开的阀V2,从而导致第一化学制品从第一路径被清除到废料输出，并具有打开的阀V4和关闭的阀V3,从而导致第二化学制品经由过程出口 提供给流动池。 一旦完成当前的过程步骤并开始下一过程步骤，所述阀 可以被切换或重新配置，从而使第一路径P1的化学制品立即通过过程输 入引导至衬底，而同时第二路径的化学制品被清洗，并且第二3各径接着 使用在过程序列中的下一化学制品来准备。
一个实施例的流动池包括真空歧管，其收集和排放来自反应器的过 程化学制品。 一个实施例的真空歧管通向大气，以使歧管内保持恒定压 力，从而提供优良的流速可预测性，但并不限于此，并且该真空歧管能 够根据系统配置的需要另行连接到真空源或压力源。
SIPM的各流动池均连接到一固定装置，其使各流动池能够作为一个 单元被整体地提升和下降。这种流动池相对于衬底的竖直位置的控制允 许动态改变反应器容积。这种功能的使用的一个示例是，提升流动池以 便于静态块模式加工，然后下降流动池以便于径向流动模式。
如上文参照图4所述，流动池包括位隔离反应器的顶表面，而反应 器套管包括反应器的侧壁，并且被加工的衬底包括反应器的底部。反应 器套管是用于提供简易可维护性的无活动力套管。例如，如果受到污染 或者为了提供包含化学兼容性所必要的套管材料的套管，反应器套管就 可被容易地替换。所述套管被可包含多种材料中地一种或多种的反应器 块所紧固。反应器块也可在控制器的控制下被自动加热和/或冷却，以提 供不同于室温且根据不同过程所必要的加工温度。
MCSIR还包括卡盘或工作台，其固定将承受加工的衬底。卡盘可包括 多种不同机构中的一种或多种，以固定衬底，固定方式包括但不限于真 空夹持、静电夹持、和/或机械夹持。类似于反应器块，卡盘也可以在控 制器的控制下自动加热和/或冷却。卡盘可以祐:机械致动，以能够有效4吏 用机器人技术将衬底引入反应器组件或取回。
一个实施例的通过MCSIR的所有构件的成分的流动控制，通过改变 跨越MCSIR的各连接的压力来实现。所述连接，均可以包括至少一个管 线连接和/或一个或多个精确孔或阀，针对期望工艺序列的成分和构成参 数跨越MCSIR进行匹配。在任何实际使用之前对MCSIR的连接进行校定，并且校定曲线存储在针对每个连接的数据库中。控制器在加工操作期间 在控制成分流动时使用校定信息。
如上文所述，MCSIR的衬底加工包括在衬底的局部区域上的组合加工 和传统的整片加工的并行集成。MCSIR的各实施例支持如上文所述的在控 制器的控制下的加工操:作(例如，MCSIR 400的控制器402 (图4 )、 MCSIR 500的控制器502 (图5 )、 MCSIR 600的控制器602 (图6 ))。所述控制 器包括运行一个或多个程序或算法的处理器，所述程序或算法使用多种 数据库或运算表的信息来控制主MCSIR的各种不同构件的操作；数据库 或运算表(未示出)被连接到控制器的处理器并且可以是控制器的构件， 和/或被分配于MCSIR和/或主加工系统的其它构件之间。
一个实施例的控制器提供工艺序列的全计算机控制/自动操作。每个 所述反应器可对于多少过程参数进行独立控制，然而， 一些诸如温度和 反应器体积的过程参数对于所有位置是全局通用的。在不同序列用于不 同反应器中并且全局参数被改变的情况下，控制器能够对过程步骤进行 同步，从而使工艺序列遍历所有反应器得到正确执行。除了加工同步， 控制器还能够操作序列触发器，其使过程步骤能够在系统上启动而满足 诸如温度的参数的具体目标值。这两种能力进一步改进使工艺序列能够 执行所具有的准确性和精确性。
作为控制衬底加工操作的普遍示例，图8是衬底的混合模式加工的 流程图。溶液从多种化工原料产生802。成分和参数以组合方式改变，并 且在多种溶液的不同种类之间得到独立控制。化学制品和溶液被分配804
到衬底上，并且所述分配包括将化学制品向衬底的整个表面上的分配以 及多种溶液的分配进行集成。多种溶液的分配包括独立改变被分配的一 种或多种溶液以及在衬底的 一组或多组区域之间的流动。
接下来描述的是使用MCSIR控制器来控制加工操作的更为具体的示 例。操作通常始于操作员选择和/或设置序列并且选择和/或设置适合序 列的程序库之时。衬底(例如晶片)被装载，并且程序库被预存。所选 择的加工序列然后被执行。在执行所选择序列之后，接着卸载晶片，并 且系统被冲洗。序列的设置包括定义成分或化学制品定序以及相关参数。化学制品 定序的定义包括，例如，定义化学制品类型、流动时间、流速、填充
(charge )、浸泡、冲洗时间、工艺温度中的一种或多种。尽管一个实施 例的穿过MCSIR的每个流动池的流速为基本相同的值，但是流速可以以 串行方式改变。流动时间、浸泡时间和冲洗时间可以遍历MCSIR而改变。 所述定序可以包括经由 一个或多个管线混合器的化学制品混合，例如， 如上文所述，或者包括在此所述的其它混合技术或构件。
一个实施例的对用于加工序列的程序库的设置包括，设置每种化学 制品在混合物中的浓度、每种溶液的温度和pH值、每种混合物的总体积 (缺省值从序列信息中提供)中的一种或多种。可选地对程序库进行设置。
晶片装载包括定义晶片尺寸。程序库的预存包括通过MCSIR的混合 导管进行定序以及添加或分配指定成分的每个构成的合适量。在一个实 施例中，十(10)毫升(ml)在+/-1%精度下的传送花费大致五(5)秒 钟。MCSIR以在第一成分开始和最后一个成分之间的预定时间间隔(例如， 一 (1)分钟)在触发开始时将单独的成分分配到混合导管。达成程序库 的预存，每存储一次花费一段时段(例如，十五(15)分钟)；对于随后 的晶片，程序库预存可以与工艺序列并行执行。MCSIR预存在精确的温度 和pH值控制下完成，并且包括根据工艺序列的需要对成分进行的集成混 合。
所选工艺序列的执行包括所述序列的启动，以及所选序列的所有定 义的过程的完成。工艺序列执行的数据根据操作员或其它用户的指定而 记录。 一旦完成工艺序列，衬底(例如晶片)就-波卸载。在去除衬底之 后，MCSIR被冲洗，以从MCSIR的各构件清洗过程废液和/或未用过的成 分。MCSIR然后采用气体(例如氮气)加压，并保持处于加压状态，直至 启动随后的过程序列。
作为过程定序的一个示例，MCSIR支持包括如上文所述的使用SIPM 在衬底区域内的位隔离沉积在内的加工。特定材料的沉积要求，两种化 学制品在提升的温度下混合并分配到晶片上。沉积必须在静态或块模式 反应器中完成。另外，化学制品不能暴露于湿气。最后，化学制品在混合时在提升温度下不稳定，但在不混合时稳定。MCSIR能够对在该序列中 的每个步骤的定时进行精确控制，这种控制在实现这种沉积向现有过程 的有效集成过程中是很重要的。在以下示例中提供的参数仅仅提供作为 示例，而并不意在将MCSIR限制于仫J又在这些参数下的加工。
为了使用上文所述的MCSIR并参照上述图4 - 6来执行沉积，操作始 于将化学制品A通过混合导管歧管分配到混合导管中。化学制品A的温 度被提升到所期望的工艺温度，并且当化学制品A达到该工艺温度时， 控制器触发了化学制品B向混合导管内的分配。另外，两种化学制品的 机械混合在混合导管中启动。
化学制品A和B的溶液的温度然后被提升到预定的工艺温度。在加 热周期期间，衬底被接口移动到机械手上，并且衬底卡盘被预热至所述 工艺温度。衬底保持在机械手上，直至溶液达到所述工艺温度，在该点 处衬底被装载到热晶片卡盘上。晶片被致动就位，并且溶液被分配到衬 底上，而反应器处于大约IO腿的高度处。
在沉积结束时，衬底卡盘被主动冷却，并且反应器高度被降低到 0.25mm,而同时反应溶液被排空。 一旦排空溶液并且冷却衬底，第二溶 液以流动模式被引入到反应器中，以冲洗掉表面残留的化学制品。晶片 然后从反应器取回，并通过机器人接口返回。
一个实施例的MCSIR包括在池组件的反应器和目标村底的一个或多 个区域之间使用密封部件。 一 个实施例的密封系统和方法可以包括两类 密封。第一类密封包括一个或多个接触密封，而第二类密封包括使用由 密封流体形成的流体动力屏障。这些密封系统中的每一种被详细描述于 在2006年6月6日提交的美国专利申请No. 11/448,369中。
图9示出在一个实施例下的MCSIR 900,其包括与能够固定衬底的工 作台或卡盘904相配合的流动池组件906。 MCSIR 900包括浮动反应器套 管或壁910。浮动反应器套管910被配置为，在池组件反应器块906的每 个流动池908中浮动或可动态定位。包括浮动套管910的流动池908的 组合因此形成了一种流动池908，其使每个反应器边缘表面912 (由浮动 套管910形成)单独依从于衬底的局部表面。每个反应器套管910在反应器块906的流动池908内的依从 (compliance),可以纟皮外部机构所控制或提供，所述外部才几构在一个实 施例中为o形环，-f旦并不限于此。每个反应器套管910在流动池908内 的依从，也可以通过直接集成到套管壁中的弯曲型机构所提供。每个所 述反应器套管依从机构在下文中得到详细描述。浮动套管910在每个流 动池908中的使用，允许替换可能受到污染或不适合在反应器中继续使 用的单独的反应器壁。进一步，由浮动套管910所提供的每个流动池908 在反应器块906中的浮动，允许反应器构件的较大制造公差，而仍然提 供对于每个反应器实现密封的高度可能性。
如上文所述， 一个实施例的系统使用真空来提供第三级密封。通过 一系列位于反应器块906中或者通过反应器块906的真空通道900V提供 真空。所述真空结合面密封900FS工作，面密封900FS被配置为接触被 加工的衬底，以确保通过第三级密封进行的有效密封。因此，这种面密 封900FS使用真空或者替换性地使用气动力构建针对村底的周边密封。
一个实施例的在隔离反应器室908外部的高压区域可以被加压。所 述加压例如用于防止材料泄漏出每个隔离反应器室908。另夕卜，对加压区 域进行加压然后随时间推移测量压降，就允许对浮动套管910的密封性 能进行监控。进一步，对加压区域的加压，防止或最小化潜在有毒的化 合物从隔离反应器室908释放或不受控制地排出的几率。
作为上文所述的接触密封系统的替换方案，第二类密封，在此称为 流体动力密封系统，使用密封流体，通过在流动池组件的各反应器之间 形成流体动力屏障，来包含反应器容纳物。流体动力屏障替换了一种或 多种传统的接触密封。
图10示出在一个实施例下的流体动力密封系统1000。流体动力密封 系统1000使用密封流体1010来形成流体动力屏障，该流体动力屏障被 配置作为初级包容物，其将流动池组件的每个反应器1008与多个相邻反 应器1008AA和1008AB隔离。 一个实施例的流体动力密封系统IOOO还包 括在衬底周边区域内的面密封IOOOFS。面密封1000FS封装衬底1002的 大致整个区域，并提供反应物的次级包容物。密封流体1010对于反应器1008、 1008AA、 1008Ab中的一个或多个的反应而言是惰性的，/人而4吏密 封流体1010并不将污染物引向任意反应器1008、 1008AA、 1008AB的任
意反应。
通过将反应器定位在衬底1002的表面上方，而不与衬底接触，就提 供了流体动力密封。反应器靠近衬底1002的定位导致在反应器的底部部 分和衬底1002之间形成受控间隙1020。因此，反应器并不与衬底物理接 触。受控间隙1020的跨度可以通过密封流体1010的特性(例如，流体 成分、疏水性、亲水性、反应性、粘性等等)和/或反应器1008、 1008AA、 1008AB的反应物来调节。
流体动力承载机构通过控制密封流体1010和废液通道的相应压力，
来控制反应器1008在衬底上方的浮动高度，并因此控制受控间隙1020， 但并不限于此。密封流体1010通过在反应器1008的周边空间1004或壁 内的第 一组通道1012 ^L引入流体动力密封系统1000。 一个实施例的第一 组通道1012包括一个通道，但是替换性实施例可包括任意数量或类型的 通道或通路。反应流体1018也被引入反应器1008中，并被容纳在反应 器1008中持续达涉及反应流体1018的静态反应的持续时间。密封流体 1010用于形成流体动力屏障，其将反应流体1018容纳于其被引入的反应 器1008中。在一个实施例中，这可以通过如下过程实现，即，选择合适 的(例如，较高的)密封流体1010的流量和/或(例如，短)过程持续 时间，以限制反应流体1018从其被引入的反应器1008的向外扩散。流 体动力密封因此通过将反应流体1018的边缘对边缘流动限制于由密封流 体1010所构建的大致边界，将衬底1002的特定面积或区域封装在反应 器1008中。 一旦完成反应，反应流体1018从反应器1008去除(例如， 通过抽吸)，但并不限于此。
密封流体1010通过在反应器1008的周边空间1004内的第二组通道 1014与反应废液1019 —起被收集。反应器周边空间1004的第二组通道 1014位于第一组通道和通道1014所对应的反应器之间，处于限定为密封 通道的区域内。 一个实施例的第二组通道1014包括一个通道，^f旦替换性 实施例可包括任意数量或类型的通道或通路。 一个实施例的流体动力密封系统包括真空源，其用于通过第二组通道1014收集密封流体1010和/ 或反应废液1019。
上文所述的流体动力密封系统提供反应器对反应器的隔离，而不具 有与衬底直接物理接触的反应器构件，从而减小或降低由于与反应器物 理接触而导致的反应污染的可能性。流体动力密封系统还提供两级包容 物，以确保反应物不向大气泄漏。
一个实施例的衬底加工被用在一个或多个衬底力。工系统和过程中， 以在衬底上形成材料(例如，产生层或结构)。如在此所用的材料在衬底 上的形成，既涵盖材料直接在衬底材料上形成，也涵盖材料在衬底上先 期形成的另一材料之上形成，但可以不限于此。所述衬底加工能够以非 常低的成本产生衬底上非常小的结构和特征(例如，纳米尺寸量级)，这 能够有助于多种不同产品的制造。另外，衬底加工可以利用由商用衬底 加工装置和方法(例如，商用半导体加工设备和方法)所提供的一种或 多种能力，以便利和/或增强衬底加工的性能，从而在衬底上形成材料。
衬底加工可包括任意尺寸的衬底。例如，所述衬底加工可用于加工 具有小于一平方英寸面积的小半导体衬底，也可用于加工高达十二 (12) 英寸(300毫米(隨))或更大的半导体衬底，此类衬底用于生产大量电 子器件。通常，对于能够进行加工的衬底的尺寸并无限制。例如，所述 衬底加工可用于加工用于产生电子器件的半导体衬底的每次连续的较大 规模的产生。所述村底加工也可用于加工用于生产平板显示器的相对大 的衬底。此类衬底包括大约一平方米量级的矩形衬底，但也可使用更大 的衬底。所述衬底加工也可针对宽度固定但长度不限(理论上)的柔性 衬底(一种能够专用于生产平板显示器的衬底加工方式)进行调整而用 于连续巻式(roll-to-roll)应用；例如，此类衬底巻可达数百英尺长。
所述衬底加工可用于加工单个衬底或多个衬底(例如，批量加工)。 例如，在湿法半导体加工中，单独一次，可以加工单个衬底，或者可以 加工成批衬底，例如13、 25或50个衬底。在干法半导体加工和平板显 示器生产中，典型地，可以一次加工单个衬底。
在此所述的衬底加工可包括湿法加工和/或干法加工。在湿法加工中，衬底4吏用流体进行加工。例如，衬底可以整体地或局部地浸入具有 指定特性(例如，指定化学成分)的流体中。另外，例如，流体可以以 指定方式喷洒到衬底上。 一个实施例的用于衬底加工的湿法加工可以才艮 据期望加工的需要使用多种不同化学成分中的任一种。
在干法加工(例如，物理汽相沉积、化学汽相沉积、等离子体增强 型化学汽相沉积、原子层沉积)中，等离子体或气体用于与衬底产生期 望的相互作用，该相互作用以指定方式对衬底表面进行加工。用于衬底 加工的干法加工可根据期望加工的需要采用惰性气体或活性气体。
多种不同的化学成分或其它反应物(在此统称为成分或化学成分) 中的任一种可被一个实施例的衬底加工系统用来实现衬底加工和相关工 艺。所述成分可呈液相、气相、和/或液相和气相的某种组合(包括，例 如，超临界流体相)。所用的成分和它们的浓度以及成分的混合物，将取 决于将要执行的特定过程步骤。化学制品传送系统能够根据工艺的需要 对化学成分的摩尔浓度、温度、流速和压力进行精确控制。化学制品传 送系统液可以提供对污染物的合适过滤和控制。
上文对衬底加工系统的图示实施例的描述并不意在将衬底加工系统 穷尽于或限制于所公开的精确形式。尽管衬底加工系统的具体实施例和 相关示例在此出于示意性目的而得到描述，但是相关领域技术人员将认 识到，可以在衬底加工系统的范围内进行各种不同的等价改造。在此提 供的衬底加工系统的教导可应用于其它加工系统和方法，而不仅仅不用 上文所述的系统和方法。
上文所述的各种不同实施例的元件和行为可以被组合而提供进一 步 的实施例。可以才艮据具体说明书对衬底加工系统进行上述和其它变化。
通常，在所附权利要求书中，所用的术语不应该被理解成将村底加 工系统限制于本说明书和权利要求书中所公开的具体实施例，而是应该 理解成涵盖在权利要求书下操作的所有加工系统。
权利要求
1.一种衬底的混合模式加工的方法，包括从多种化学制品产生多种溶液，其中，在所述多种溶液的不同种类之间，组分以组合方式变化并且独立受控；以及将所述化学制品和所述溶液通过流体传送系统分配到传统加工模块和组合加工模块，其中，馈送所述组合加工模块的传送系统与馈送所述传统加工模块的传送系统是共用的，从而使传送到在所述组合加工模块中的一个位隔离反应器的溶液能够独立于传送到在所述组合加工模块中的第二位隔离反应器的溶液而变化。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述组分根据用于多个工艺 序列中的一个或多个的配方而改变，每个所述工艺序列均包括所述产生 和所述分配。
3. 根据权利要求1所述的方法，包括同步多个如下过程，每个所述 过程均包括所述产生和所述分配。
4. 根据权利要求1所述的方法，包括，根据用于包括所述产生和分 配的工艺序列的全局参数，控制遍历所述多个区域的分配的定时。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述全局参数包括时间、温 度、pH值中的一个或多个。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述多种溶液的分配包括， 将溶液并行分配到所述多个区域中的 一组区域。
7. 根据权利要求1所述的方法，包括，使用至少一个第一组过程控 制所述化学制品向整个表面上的分配，然后使用至少 一个第二组过程控 制所述多种溶液的分配。
8. 根据权利要求1所述的方法，包括，使用至少一个第二组过程控 制所述多种溶液的分配，然后使用至少一个第一组过程控制所述化学制 品 向整个表面上的分配。
9. 根据权利要求l所述的方法，包括，使用串行、快速串行、串行 /并4亍、和并4亍流动中的一种或多种，控制所述多种溶液的分配。
10. 根据权利要求1所述的方法，包括，控制所述多种溶液的分配，以使所述溶液串行流动到第 一组区域中的每个区域，并使所述溶液并行 流动到第二组区域中的每个区域。
11. 根据权利要求1所述的方法，其中，传送到所述传统加工模块 的溶液独立于传送到在所述组合加工模块中的位隔离反应器的溶液而改变。
12. —种衬底加工系统，包括 流体传送系统；连接到所述流体传送系统的多个位隔离反应器，所述多个位隔离反 应器被配置为接收来自所述流体传送系统的化学制品，所述多个位隔离 反应器#1配置用于独立控制用于实现晶片的位隔离加工的化学制品传送 和力口工参数；和连接到所述流体传送系统的整片反应器，所述整片反应器实现所述 晶片的整片加工，所述整片加工与所述位隔离加工集成。
13. 根据权利要求12所述的系统，其中所述流体传送系统包括至少一个第一歧管，所述第一歧管连接到第一混合导管，该第一混合导管连 接到至少一个第二歧管，其中，所述第二歧管连接到另外的混合导管。
14. 根据权利要求13所述的系统，其中第一歧管的数目等于位隔离 反应器的数目。
15. 根据权利要求13所述的系统，其中第一歧管的数目等于第二歧 管的lt目。
16. 根据权利要求12所述的系统，包括连接到所述流体传送系统的 多个化学制品，其中，所述多个化学制品通过第一歧管分配。
17. 根据权利要求12所述的系统，其中所述流体传送系统被配置为， 使用第 一序列将所述化学制品传送到第 一位隔离反应器，并使用第二序 列将所述化学制品传送到第二位隔离反应器。
18. 根据权利要求12所述的系统，其中所述流体传送系统被配置为， 使用第 一 流速将所述化学制品传送到第 一位隔离反应器，并使用第二流 速将所述化学制品传送到第二位隔离反应器。
19. 一种集成加工系统，包括 整片加工模块；和组合加工模块，其中，用在所述组合加工模块中的化学制品从包括 一组第 一歧管的传送系统馈送，每个第 一歧管的输出连接到至少 一个混 合导管，每个混合导管的输出馈送一组第二歧管中的多于一个，每组第 二歧管的输出馈送所述组合加工模块的多个位隔离反应器中的 一个。
20. 根据权利要求19所述的系统，其中用在所述整片加工模块中的 化学制品从一组第三歧管或所述一组第 一歧管中的 一个馈送。
21. 根据权利要求19所述的系统，包括控制器，所述控制器连接到 所述整片加工模块和所述组合加工模块。
22. 根据权利要求21所述的系统，其中所述控制器被配置为，使用至少一个第一组过程通过所述整片加工模块、然后使用至少一个第二组 过程通过所述组合加工模块，来控制衬底的加工。
23. 根据权利要求21所述的系统，其中所述控制器被配置为，将所 述化学制品串行流动到第 一组位隔离反应器的每个位隔离反应器，并将 所述化学制品并行流动到第二组位隔离反应器的每个位隔离反应器。
24. —种包括位隔离反应器(SIR)的集成加工工具，其中所述SIR 包括一组第一歧管，其中每个第一歧管连接到多个化学制品； 多个混合导管，其中每个混合导管连接到每个第一歧管的输出； 一组第二歧管，其中每个第二歧管连接到至少一个混合导管的输出 和多个化学制品；和多个流动池，其中每个流动池连接到至少 一个第二歧管的输出。
25. 根据权利要求24所述的工具，其中所述第一歧管和所述第二歧 管中的 一个或多个连"t妄到真空源。
26. 根据权利要求24所述的工具，包括连接在第二歧管和对应的流 动池之间的管线混合器。
27. 根据权利要求24所述的工具，其中所述一组第一歧管被配置为， 独立改变在每个混合导管中形成的组分或每个混合导管的容积中的一个。
28. 根据权利要求24所述的工具，其中每个混合导管包括搅动元件、 温度控制元件、pH值控制元件中的一个或多个。
29. 根据权利要求24所述的工具，其中所述一组第二歧管被配置为， 对一个或多个化学制品以及至少 一个混合导管的输出进行定序。
30. 根据权利要求24所述的工具，其中所述一组第二歧管被配置为， 使用串行、快速串行、串行/并行、和并行传送中的一种或多种使化学制 品流动到所述流动池。
31. 根据权利要求24所述的工具，包括连接到多个套管的反应器块， 其中一组套管被配置为承接每个流动池，其中所述一组套管隔离出衬底 的待加工区域。
32. 根据权利要求31所述的工具，包括连接到所述多个流动池的固 定装置，其中所述固定装置被配置为用来控制所述多个流动池相对于所 述一组套管的竖直定位，其中所述固定装置被配置为动态且独立地控制 每个SIR导管的容积。
33. 根据权利要求24所述的工具，包括 第三歧管，所述第三歧管连接到所述多个化学制品；和 整片反应器，所述整片反应器连接到所述第三歧管。
全文摘要
本发明描述一种集成加工工具，其包括整片加工模块和组合加工模块。用在组合加工模块中的化学制品从包括一组第一歧管的传送系统馈送。每个第一歧管的输出连接到至少一个混合导管。每个混合导管的输出馈送一组第二歧管中的多于一个。每组第二歧管的输出馈送组合加工模块的多个位隔离反应器中的一个。
文档编号H01L21/306GK101606226SQ200780048600
公开日2009年12月16日 申请日期2007年12月26日 优先权日2006年12月29日
发明者库尔特·H.·魏纳, 托尼·P.·江, 约翰·施密特, 阿龙·弗朗西斯 申请人:分子间公司