技术领域
本发明涉及半导体表面的湿式处理。更具体地，本发明提供了用于干燥半导体表面的新方法、用于实施所提出的方法的设备和相关方法。
背景技术：
半导体表面的干燥包括移除水、水溶液、溶剂、有机溶液、用于处理半导体表面的任何其他处理液体，或其两种或更多种的任意混合物。干燥工艺应该得到不含处理液体的全新半导体表面且不损害任何表面特征部。已经提出超临界二氧化碳(sc-CO2)用于干燥半导体表面。在这种工艺中，例如，用异丙醇置换基底上的水，然后用sc-CO2处理基底，随后吹扫干燥室，接着用新sc-CO2吹扫该室数次，然后使该室排放到大气。尽管sc-CO2不具有表面张力，并由此在干燥工艺期间限制了对半导体表面的结构损害，但是为了允许实现sc-CO2所需的高压，能够使用sc-CO2所需的装置是过于沉重和昂贵的。例如，装置成本对压力等级(壁厚、安全规定等)很敏感，sc-CO2不能很好地吸收水，因此需要共溶剂，例如异丙醇或乙醇来增强水的吸收，并且在压降期间需要加热以避免异丙醇和水淋降在基板上或者在离开干燥室之后的水印凝结。
技术实现要素：
本发明提供了对一个或更多个上述不利条件或缺点的解决方案。
在一个广泛的方面中，本发明的一个实施方案解决了从半导体表面移除处理液体而在半导体表面上不留下任何残余物和/或水印并且不会对半导体表面上的任何特征部造成任何损害的挑战性问题。在半导体集成电路上的尺寸规模化的情况下，已知在干燥工艺期间基于存在于半导体表面上的特征部的表面张力和接触角所施加的力已经增加，并且，如果使用未优化的干燥工艺，则可能会造成特征部的崩塌。
本发明的一个实施方案使用液体二氧化碳(Liq-CO2)以从半导体表面置换处理流体并且随后可控地使Liq-CO2从半导体表面挥发而不留下任何残余物和/或水印且不对存在于半导体表面上的特征部产生任何损害。尽管不像sc-CO2那样低，但Liq-CO2的极低表面张力使干燥工艺没有图案崩塌。liq-CO2的表面张力比异丙醇的表面张力小约10倍，后者为半导体处理中使用的常规溶剂。液体CO2能够渗入半导体表面结构以移除材料。液体CO2具有与sc-CO2相同的能力来置换流体，但是在较低的压力和温度下操作。然而，共溶剂可以与液体CO2结合使用，这会增加较低压力或较高温度下的液体密度。因此，液体CO2干燥工艺降低了系统设计的复杂性，相对于sc-CO2降低了制造成本，同时在相等的密度下允许同等的干燥性能。此外，液体CO2干燥工艺可以减少工艺缺陷，由于与sc-CO2不同，液体CO2不会从系统密封部、o-环、阀等中提取油和烃(其可能会污染该工艺)。有利地，液体CO2具有被认为足够低以避免半导体基底上的图案崩塌的表面张力。
因此，在一个广泛的方面中，本发明是用于在基底处理系统中清洗和干燥基底的方法，包括：将第一清洗液体分配到基底上；以及将液体二氧化碳(CO2)分配到基底上以置换存在于基底上的任何液体并干燥基底。
另一个实施方案还提供了用于液体二氧化碳处理半导体表面的设备，其能够移除存在于半导体表面上的任何流体而不留下任何残余物和/或水印并且不会对存在于半导体表面上的特征部产生任何损害。因此，在另一个广泛的方面中，本发明是基底处理系统，包括：具有基底支承件的处理室，所述处理室被配置用于将液体二氧化碳(CO2)分配到基底上；液体CO2源，其用于将液体CO2供应至处理室；以及转移系统，其用于将基底转移至处理室和从处理室转移出该基底，和/或将基底转移至基底处理系统和从基底处理系统转移出该基底。
在另一个广泛的方面中，本发明是制造用于液体二氧化碳处理半导体表面的设备的方法，其包括提供具有基底支承件的处理室，所述处理室被配置用于将液体二氧化碳(CO2)分配到基底上；提供液体CO2源，其用于将液体CO2供应至处理室；以及提供转移系统，其用于将基底转移至处理室和从处理室转移出该基底，和/或将基底转移至基底处理系统和从基底处理系统转移出该基底。
Liq-CO2处理所需的低处理温度和压力提供了相比较于其他解决方案(包括sc-CO2)的更宽的工艺宽容度。而且，本发明减少了对处理设备(例如，泵、垫片、配装件、管道、室材料、焊接件和其他项)的要求，且装置制造成本显著降低。Liq-CO2工艺的压力和温度的操作点也显著地降低了室和装置部件的腐蚀。
在液体二氧化碳中干燥半导体基底提供了如下干燥工艺：其使用低于二氧化碳的临界点的压力，导致硬件成本和复杂性的显著降低。通常在5000-6000kPa下以气体瓶供应液体CO2。因此，本发明的设备和工艺使用可以经受使二氧化碳在施加至待干燥的半导体基底时能够保持为液体的压力的装置。
液体CO2流体渗入结构和移除材料的能力为其密度的函数。在本发明的一个实施方案中，可以使液体CO2达到与已经用于scCO2干燥工艺时的相同密度。因此，液体CO2具有与scCO2相同的置换流体的能力，但是在较低的压力和温度点下操作。
附图说明
应注意，附图仅示出了本发明的示例性实施方案，并且因此不被认为限制其范围，因为本发明可以允许其他同等效果的实施方案。
图1一般性地示出了使用液体二氧化碳用于干燥半导体基底的设备100。
具体实施方式
本文描述了根据本发明的一个实施方案的用于半导体基底的干燥方法。在这点上，利用化学溶液处理半导体基底；利用去离子水(DIW)清洗半导体基底；通过例如利用IPA置换水来将覆盖半导体基底的表面的液体由去离子水变成水溶性有机溶剂(即，异丙醇-IPA)，将用水溶性有机溶剂润湿的半导体基底转移至干燥室；用液体二氧化碳清洗半导体基底上的水溶性有机溶剂；以及将液体二氧化碳和醇从干燥室中排出。
或者，可以除去包括使用水溶性有机溶剂的步骤并且将用DIW润湿的半导体基底转移至干燥室，随后用液体二氧化碳和水溶性有机溶剂(即，IPA)的混合物清洗(取代)DIW。
干燥室中的处理温度保持低于水溶性溶剂的沸点。将半导体基底转移到具有受控环境的出口室以防止半导体基底表面上的凝结。出口室具有使半导体基底温度达到室温的加热能力。
应理解，向scCO2添加共溶剂使得临界点更难以达到，因此，与scCO2相比，在Liq-CO2上操作容易。此外，向液体CO2中添加溶剂增加了其在较低压力或较高温度下的密度，扩大Liq-CO2工艺的处理窗口。
即使Liq-CO2的表面张力不为零，其也低于IPA的表面张力约十倍。因此，本发明允许以足够低的表面张力干燥，这避免了半导体基底上的图案崩塌。
转向图1，示出了包括用于液体二氧化碳处理半导体基底的设备100的实施方案。该设备包括具有入口的转移模块110和耦接至转移模块的液体二氧化碳处理模块120。处理模块120被配置以在具有大体上恒定体积的腔体中在半导体基底上进行液体二氧化碳处理。该设备包括可被称作条件发生器的液体二氧化碳源130，其耦接至处理模块腔体。液体二氧化碳源能够将液体二氧化碳供应至处理模块腔体并且将液体二氧化碳与从处理模块腔体中排出的有机溶剂一起再循环。设备100包括耦接至转移模块的转移机构110。转移机构被配置成在入口与液体二氧化碳处理模块之间移动半导体基底。该设备可包括耦接至转移模块的环境调节装置140使得操作中环境调节装置保持转移模块内部的低湿度条件以及高于模块环境露点的晶圆温度。系统100可包括用于将清洗液体分配到基底上的润湿室145。同样地，系统100可包括出口室147，所述出口室147被配置成在将基底从处理系统100中移出之前接收基底以使基底温度达到环境温度或高于环境露点温度的温度。出口室可包括用于加热基底的加热器。系统100可包括设立在室120的壁中的超声波或其他换能器，所述换能器搅拌液体二氧化碳以促进二氧化碳与水、溶剂或两者的混合以使得能够干燥基底表面。可将换能器或其他搅拌机构设置在系统100中的其他位置以提供搅拌。制造和设计室和装置以包含用以包含液体二氧化碳的压力。
在操作中，设备100用于包括以下的工艺中：用化学溶液处理半导体基底；用去离子水清洗半导体基底；将覆盖半导体基底的表面的液体由去离子水变成水溶性有机溶剂(即，异丙醇-IPA)；将用水溶性有机溶剂润湿的半导体基底转移至干燥室；用液体二氧化碳取代半导体基底上的水溶性有机溶剂；以及将液体二氧化碳和醇从干燥室中排出。用于清洗基底的水的量将根据基底的类型、待移除的残余物的量和其他常规因素变化。该工艺中使用的液体二氧化碳的量还可以根据待移除的水和/或溶剂的量变化。一定量的二氧化碳可以填充室，但并不需要如此。一定量可以填充室，但并不需要如此。液体二氧化碳的量应该充足和有效以充分地移除水和/或溶剂。
就工艺流程而言，干燥室中的工艺温度保持低于溶剂的沸点。将半导体基底转移至具有受控环境的出口室以防止半导体基底表面上的凝结。
在将基底引入干燥室之前，可以将液体CO2分配在室中以冷却室。此外，监测干燥室中的温度和压力用于确保在液体CO2引入和流动期间保持饱和条件。此外，在液体CO2流动步骤之后加热有助于避免残余溶剂喷淋在基底上。可通过在将液体CO2分配在干燥室中时旋转基底而加强液体CO2质量传输至去离子水和/或溶剂(例如异丙醇)，喷淋头喷雾器可用于将液体CO2分配到室中，可使用在室壁中、在晶圆臂式架上或者与液体CO2分配流的线内或其组合的超声波或兆声波换能器将振动能量引入所述系统中。
在以下实例中，使用包括含有待处理的基底的可密封室的设备。将该室连接至液体二氧化碳源。此外，所述室具有配备有安全阀和压力计的常规端口，并且其包括允许室排气的阀。所述室包括围绕圆柱形室的圆柱形加热器，绝缘体包覆在其周围。在密封室和引入液体二氧化碳之前，可将异丙醇手动引入室中。在该试验中，“芯片”样品试验设备包括通往芯片夹持设备的液体CO2递送系统使得芯片浸入液体IPA溶剂中，将液体CO2从压缩CO2瓶供应至该系统并且允许liq-CO2通过针阀流出该系统。加热器和压力传感器用于监测芯片试验设备内部的温度和压力。在芯片测试实践中，在芯片被添加到该设备之前，液体CO2通过循环的系统和压力吹扫使得试验设备是在试验开始之前进入初始冷态。在芯片被添加到系统中之后，将IPA倒在芯片的顶部，系统对大气关闭并供应液体CO2，并且缓慢地允许逸出，同时将新liq-CO2添加到该系统中以保持高压液体条件。为了进行试验，芯片以浸入液体CO2坑中的状态被保持可变量的时间。最后，升高系统夹套温度使得在CO2的压力释放期间，系统温度保持大于IPA凝结温度，由此避免任何液体IPA返回到芯片样品。以这种方式，通过在SEM显微镜上通过测量崩塌条件确认大部分IPA被CO2置换而从所述系统中移除。在试验晶片上使用SEM评估七个随机位置。发现图案崩塌平均为0.2％的比率。认为该图案崩塌比率可以通过优化设备和工艺条件来降低。
在实例中，在添加液体CO2之后，将加热器设定为220℃，其随着时间将内部室温度从约25℃升高至低于100℃的最大温度，具体地约90℃至95℃的温度。保持该条件使得压力为约5.5MPa。
鉴于本说明书，本发明的另外修改和替代实施方案对于本领域技术人员而言将是显见的。因此，应认识到，本发明不受这些实例布置的限制。因此，该描述是仅被解释为说明性的，并且是出于向本领域技术人员教导实施本发明的方式的目的。应理解，本文示出和描述的本发明的形式被认为是目前优选的实施方案。在实现和体系结构中可以作出各种改变。例如，可以用同等的要素代替本文示出和描述的那些，并且本发明的某些特征部可以独立于其他特征部的使用而被利用，在受益于本发明的这种描述之后，对于本领域技术人员而言，全部将是显见的。