用于处理晶片形物品的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了用于处理晶片形物品的方法和装置。通过使用被设计为产生单分散微滴喷雾的微滴生成器来提高晶片形物品的湿法处理。微滴生成器安装到旋压卡盘上方，并且沿线性或弧形路径移动横过晶片形物品的主表面。微滴生成器包括换能器，所述换能器与其主体声学地耦合以使声能到达主体的围绕排放孔口的区域。每个孔口都具有至少1μm且至多200μm的宽度w和高度h，以使h与w的比率不大于1。
【专利说明】用于处理晶片形物品的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于处理诸如半导体晶片等晶片形物品的方法和装置。
【背景技术】
[0002]在半导体晶片的制造过程中，晶片的表面经过各种处理，包括化学残渣或颗粒物质的去除。目前，混合喷嘴用于单晶片湿法处理模块中的清洁处理。在这些喷嘴中，清洁溶液与增压气体混合以形成喷雾。随着形成在半导体晶片上的器件特征在尺寸上持续减小，由于常规湿法处理的使用而引起的各种问题出现了，包括对衬底表面上的微结构的破坏、由于非均匀清洁引起的在衬底上的图案的存在、长的处理时间以及控制的缺乏。因此，期望具有解决这些问题的用于处理晶片形物品的装置。
【发明内容】
[0003]本发明人已经发现，上文结合常规湿法处理设备所描述的问题至少部分地是由于常规液体喷雾的微滴是多分散的，即，具有显著不同直径的微滴。基于该发现，本发明人已经开发了通过使用单分散喷雾来缓解上述问题中的一些问题的新颖的设备和方法。
[0004]因此，在一个方案中，本发明涉及一种用于晶片形物品的湿法处理的装置，其包括:旋压卡盘，其适于将晶片形物品保持为在预定方位；以及微滴生成器，其具有主体、液体入口、用于当晶片形物品定位在旋压卡盘上时将液体排放到所述晶片形物品的表面上的至少一个孔口、以及与主体声学地耦合以使声能到达主体的围绕至少一个孔口的区域的至少一个换能器(transducer)。微滴生成器被构造为将液体作为单分散液体微滴喷雾通过至少一个孔口分送。处理液体分送器相对于旋压卡盘和微滴生成器定位，从而将处理液体分送到晶片形物品的与从微滴生成器排出的液体相同的一侧上。控制器被构造为与从处理液体分送器分送的处理液体相关地控制来自微滴生成器的单分散液体微滴喷雾。
[0005]在根据本发明的装置的优选实施例中，臂件连接至微滴生成器且被构造为使微滴生成器沿线性或弧形路径移动，当晶片形物品安装到旋压卡盘上时，所述线性或弧形路径与所述晶片形物品大致平行。
[0006]在根据本发明的装置的优选实施例中，至少一个孔口具有高度h和至少I μ m且至多200 ym的宽度W，以使h与w的比率不大于I。
[0007]在根据本发明的装置的优选实施例中，微滴生成器还包括液体储器和用于保持压缩气体的压力容器，并且其中液体储器、压力容器和微滴生成器能够相互连接。
[0008]在根据本发明的装置的优选实施例中，微滴生成器还包括高压泵和液体储器，并且其中所述高压泵能够连接至液体储器和微滴生成器。
[0009]在根据本发明的装置的优选实施例中，微滴生成器包括有至少两个孔口的至少一个线性阵列。
[0010]在根据本发明的装置的优选实施例中，至少一个孔口包含在与主体附接的板中。
[0011]在根据本发明的装置的优选实施例中，高压泵被构造为将液体增压至在2巴至50巴的范围内的压强P。
[0012]在根据本发明的装置的优选实施例中，宽度w从10 μ m至80 μ m。
[0013]在另一方案中，本发明涉及一种用于处理晶片形物品的方法，该方法包括:将处理液体从处理液体分送器分送到晶片形物品的主表面上，从而在所述晶片形物品的所述主表面上形成处理液体膜；单独地将另一液体通过形成在微滴生成器中的至少一个孔口从所述微滴生成器排出，同时在该液体通过所述至少一个孔口时将声能施加到该液体上，其中所述声能具有波长λ以使波数ka为从0.3至1，其中ka=W3i/X，从而生成液体的单分散微滴流；以及使所述单分散微滴流冲击所述处理液体膜。
[0014]在根据本发明的方法的优选实施例中，微滴生成器平行于晶片形物品的主表面移动。
[0015]在根据本发明的方法的优选实施例中，使所述晶片形物品绕着与所述主表面大致垂直的轴线旋转，并且所述处理液体被分送以使受所述单分散微滴流冲击的所述处理液体膜具有不大于0.5mm的厚度。
[0016]在根据本发明的方法的优选实施例中，所述单分散微滴的液体具有小于或等于水的粘度的粘度。
[0017]在根据本发明的方法的优选实施例中，所述声能由压电换能器生成。
[0018]在根据本发明的方法的优选实施例中，所述液体通过各自具有介于ΙΟμπι至80 μ m之间的基本相同的尺寸的多个孔口排出。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]在阅读下面的结合附图给出的本发明的优选实施例的详细说明之后，本发明的其它目的、特征和优点将变得更加显而易见，其中:
[0020]图1是根据本发明的实施例的用于晶片湿法处理的装置的示意立体图；
[0021]图2是图1的微滴生成器2的剖视图；
[0022]图3是图2的细节A的放大图，其更好地示出了孔口 150 ；
[0023]图4示出了在根据本发明的方法的实施例中对于不同孔口直径而言液体压强和微滴速度之间的关系；
[0024]图5示出了在根据本发明的方法的实施例中生成单分散微滴的液体压强和最优频率之间的关系；
[0025]图6示出了通过根据本发明的方法和装置的实施例生成的水微滴阵列的图片；
[0026]图7示出了用于微滴生成器中的板的一个实施例的示意概要图；
[0027]图8示出了用于微滴生成器中的板的另一实施例的示意概要图；
[0028]图9示出了其中在微滴生成器中使用多个板的实施例的示意概要图；
[0029]图10示出了根据本发明的装置的优选实施例的示意概要图；
[0030]图11示出了装置的另一优选实施例的示意概要图；
[0031]图12示出了其中微滴生成器设置在增压环境内的实施例的示意概要图；
[0032]图13是示出单独分送的处理液体和由微滴生成器分送的微滴之间的可能的空间关系的平面图；
[0033]图14是适于在根据本发明的方法和装置中使用的微滴生成器的另一实施例的立体图和剖视图；
[0034]图15是用于微滴生成器的喷嘴插件的立体剖视图；以及
[0035]图16示意性地描绘了适于在微滴生成器中使用的雾化主体的3D视图。
【具体实施方式】
[0036]在图1中，用于单个半导体晶片的湿法处理的装置包括:旋压卡盘4，其用于支撑和旋转晶片W ;微滴生成器2 ;以及支撑臂件3，微滴生成器2安装到支撑臂件3上。臂件3安装到支撑框架5上，以便其能够使微滴生成器2在旋压卡盘4 (以及因此在衬底W)上方移动，例如，沿着与旋压卡盘4的旋转轴线大致垂直的线性路径，或者沿着在与旋压卡盘4的旋转轴线大致垂直的平面中的弧形路径移动。实际上，臂件3和生成器2的该移动通常是随着衬底W旋转而实现的。
[0037]优选地，还包括另一液体分送器6，其通过喷嘴7分送处理液体，喷嘴7可以为常规构造。微滴生成器2和喷嘴7在计算机微控制器8的控制下在不同的位置将其各自的处理液体分送到晶片W的面朝上的表面上，如下文更加详细说明的。在图示的实施例中，微滴生成器2和喷嘴7各自能够彼此独立地在晶片W的表面上方移动，但是在其它实施例中，这些部件可以固定或者相对于彼此固定，即能够联合地移动。
[0038]在图2中，该实施例的微滴生成器2包括主体100，通过入口 130为主体100供给增压处理液体210。主体100包括底板160和顶板110。底板160包含至少一个孔口 150，通过至少一个孔口 150形成层状液体射流。顶板110装备有换能器170(例如，用环氧树脂胶粘到板110的压电换能器)。能够以选定频率f和功率来电驱动该换能器170以将具有波长λ的声能140施加到容器1 00中存在的处理液体120上。因此，在孔口 150内的处理液体120中将存在声能140。该声能140将激发射流190中的雷利-坪(Rayleigh-Plateau)不稳定性，这将进而导致射流190分裂成单分散微滴180。
[0039]图3示出了孔口 150的宽度w和深度h。宽度w应当从Ιμπι至200μπι，优选地从2 μ m至100 μ m,更优选地从10 μ m至80 μ m,示例性的值为10 μ m、20 μ m和30 μ m。h与w的比率应当不大于1，并且优选地在0.05和0.5之间。w和h:w的优选值产生了将形成相对薄的出口板的h值的范围，因此将孔口 150配置在较厚板160的宽度d的凹口之内是实用的。
[0040]能够通过改变液体210的压强来调整射流190的流速。微滴180的直径D为孔口的宽度W、施加到处理液体210的压强P、驱动频率f和液体210的物理特性的函数。然而，对于低粘度(例如，小于或等于水的粘度的粘度)液体，D主要为孔口直径w的函数，并且近似为1.891w，但是可以通过改变频率f来略微地改变微滴直径D。
[0041]已经开发了等式，其基于驱动流的压强P来限定确保使所有射流形成单分散微滴的频率范围，以及限定通过薄板中的尖锐边缘孔的液体的容积流量(以及因此限定射流速度)。频率由下面的等式给出:
[0042]坐式I f — Cli^Yli -- T2
LWT 乙」J-V4 丄./ — Li’
IW人 π 八/nv入 /r J
[0043]其中w为孔口的宽度，P为液体210的密度，μ为液体210的粘度，P为压强，Cl和C2分别按经验确定为0.3601和0.5774，并且ka为声能的无因次波数。ka应当在0.3至I的范围内，并且优选地等于大约0.69，如雷利(1878)所阐明的(参见Strutt, J.ff.，LordRayleigh.“On the Instability of Jets.，’Proceedings of the London MathematicalSocietylO (1878):4-13.)。
[0044]波数ka能够近似为
[0045]等式2
【权利要求】
1.一种用于晶片形物品的湿法处理的装置，其包括: 旋压卡盘，其适于将晶片形物品保持为在预定方位； 微滴生成器，其具有主体、液体入口、用于当所述晶片形物品定位在所述旋压卡盘上时将液体排放到所述晶片形物品的表面上的至少一个孔口、以及与所述主体声学地耦合以使得声能到达所述主体的围绕所述至少一个孔口的区域的至少一个换能器； 其中所述微滴生成器被构造为将液体作为单分散液体微滴喷雾通过所述至少一个孔口分送； 处理液体分送器，其相对于所述旋压卡盘和所述微滴生成器定位，从而将处理液体分送到晶片形物品的与从所述微滴生成器排出的液体相同的一侧上；以及 控制器，其被构造为与从所述处理液体分送器分送的处理液体相关地控制来自所述微滴生成器的单分散液体微滴喷雾。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括臂件，所述臂件与所述微滴生成器连接并且被构造为使所述微滴生成器沿线性或弧形路径移动，当晶片形物品安装到所述旋压卡盘上时，所述线性或弧形路径与所述晶片形物品大致平行。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个孔口具有高度h以及至少Iμ m且至多200 μ m的宽度W以使h与W的比率不大于I。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述微滴生成器还包括液体储器和用于保持压缩气体的压力容器，并且其中所述液体储器、压力容器和所述微滴生成器能够相互连接。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述微滴生成器还包括高压泵和液体储器，并且其中所述高压泵能够与所述液体储器以及所述微滴生成器连接。
6.根据权利要求1所述的装置`，其中所述微滴生成器包括有至少两个孔口的至少一个线性阵列。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个孔口包含在与所述主体附接的板中。
8.根据权利要求5所述的装置，其中所述高压泵被构造为将液体增压至在2巴至50巴的范围内的压强P。
9.根据权利要求3所述的装置,其中所述宽度w从10μ m至80 μ m。
10.用于处理晶片形物品的方法，包括: 将处理液体从处理液体分送器分送到晶片形物品的主表面上，从而在所述晶片形物品的所述主表面上形成处理液体膜； 单独地将另一液体通过形成在微滴生成器中的至少一个孔口从所述微滴生成器排出，同时在该液体通过所述至少一个孔口时将声能施加到该液体上，其中所述声能具有波长入以使波数ka为从0.3至1，其中ka=w π / λ，从而生成该液体的单分散微滴流；以及使所述单分散微滴流冲击所述处理液体膜。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括使所述微滴生成器平行于晶片形物品的所述主表面移动。
12.根据权利要求10所述的方法，还包括使所述晶片形物品绕着与所述主表面大致垂直的轴线旋转，并且其中所述处理液体被分送以使受所述单分散微滴流冲击的所述处理液体膜具有不大于0.5mm的厚度。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述单分散微滴的液体具有小于或等于水的粘度的粘度。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述声能由压电换能器生成。
15.根据权利要求10所述的方法，其中所述液体通过各自具有介于IOym至80μπι之间的基本相同的尺寸的多个孔`口排出。
【文档编号】H01L21/02GK103871929SQ201310578966
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年11月18日 优先权日:2012年12月18日
【发明者】弗兰克·霍尔斯坦斯, 亚历山大·利伯特 申请人:朗姆研究公司