用于干燥基板的方法和设备与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年5月9日提交的题为“rapidwaferdryingusinginductionheating”的美国临时专利申请第62/668,841的优先权；其公开内容的全部内容通过引用明确地并入本文。本申请要求于2018年6月25日提交的题为“rapidwaferdryingusinginductionheating”的美国临时专利申请第62/689,302的优先权；其公开内容的全部内容通过引用明确地并入本文。

本公开内容涉及基板的处理的技术领域。特别地，本公开内容提供了用于干燥基板的设备和方法。在一个示例性实施方式中，描述了半导体晶片的干燥。

背景技术：

基板处理涉及形成基板处理流程的各种处理步骤。基板处理流程可以包括但不限于如本领域技术人员所公知的在基板中和/或基板上形成层、对层进行图案化、去除层、对层进行平坦化、植入物质等。在基板处理流程期间的许多点处，需要对基板进行干燥。例如，许多处理步骤需要使用冲洗和干燥操作。在基板处理流程的各个阶段，基板表面可能具有各种暴露的表面材料和图案。已知用于在那些各个处理阶段干燥基板时使用的各种技术，包括但不限于离心干燥、蒸气干燥、异丙醇(ipa)干燥、马兰葛尼干燥(marangonidrying)、超临界干燥等。

已经在现有技术中发现了各种问题。例如，在ipa干燥中，最后液体步骤可以包括流体分配和流体干燥。在这种干燥的一个示例中，所用的最后液体步骤可以包括分配ipa，然后可以快速旋转基板，同时将空气/氮气吹过基板以干燥ipa。然而，这种技术可能导致毛细管图案坍塌，在毛细管图案坍塌中基板上的图案由于毛细管应力效应而变形或改变。这种变形和改变问题在高纵横比小几何结构中特别普遍。在另一干燥技术中，可以使用利用二氧化碳进行的超临界干燥；然而，这种技术既缓慢又昂贵。

如本文所描述的，提供了以成本有效的方式避免现有技术的图案坍塌的干燥技术。

技术实现要素：

提供了通过表面流体的快速沸腾来在液体可能导致毛细管图案坍塌发生之前蒸发流体来完成基板干燥的方法和设备。更具体地，利用电磁感应加热来提供横向于基板表面的振荡磁场，以在基板中引起电涡流，而电涡流使基板快速升温。然后流体将迅速蒸发而不会导致图案坍塌。这样的技术对于ipa干燥特别有用。

在一个实施方式中，描述了一种干燥基板的方法。该方法可以包括在基板上提供流体。该方法还可以包括通过使用电磁感应加热来加热基板，以及通过使用电磁感应加热从基板的表面去除流体。

在另一实施方式中，提供了一种用于干燥基板的设备。该设备可以包括处理室和用于在处理室内保持基板的卡盘。该设备还可以包括能量源和耦合至处理室和能量源的能量发射器，能量发射器被配置成发射电磁能。从能量发射器发射的电磁能通过在基板内感应磁通量来为基板提供电磁感应加热，从而加热基板以向基板提供干燥效果。

在另一实施方式中，提供了一种用于干燥基板的设备。该设备可以包括圆柱形处理室、用于在圆柱形处理室内保持基板的卡盘、微波能量源以及耦合至微波能量源和圆柱形处理室的磁控管，其中，来自磁控管的能量可以向基板提供电磁感应加热。

在另一实施方式中，提供了一种用于干燥基板的设备。该设备可以包括处理室、延伸到处理室中的天线以及耦合至天线的射频(rf)源，其中，利用天线激发的rf磁通量在基板内感应出磁通量以加热基板来提供基板干燥效果。

附图说明

通过参考以下结合附图的描述，可以获得对本发明及其优点的更完整的理解，其中相同的附图标记表示相同的特征。然而，应注意，附图仅示出了所公开构思的示例性实施方式，因此不应视为对范围的限制，因为所公开的概念可允许其他同等有效的实施方式。

图1示出了如本文所述的基板干燥器的一个实施方式。

图2示出了如本文所述的基板干燥器的另一实施方式。

图3示出了由图2的干燥器产生的磁场线的表示。

图4示出了用于利用本文描述的技术的示例性方法。

具体实施方式

提供了通过表面液体的快速沸腾以在液体可能引起毛细管图案坍塌发生之前蒸发液体来完成基板干燥的方法和设备。更具体地，利用电磁感应加热来提供横向于基板表面的振荡磁场，以引起基板中的电涡流，从而使基板快速升温。然后液体将迅速蒸发而不会导致图案坍塌。这样的技术对于ipa干燥特别有用。

在一个示例性实施方式中，本文描述的概念是在利用ipa的基板干燥处理的背景下描述的。然而，如将认识到的，本文公开的概念可以与不利用ipa的干燥技术一起使用。因此，本文描述的概念可以与将要从基板干燥的其他材料结合使用。在这方面，受益于本文提供的公开内容，将认识到，本文所述的技术可用于在广泛的干燥应用中加热基板。例如，当在不使用ipa的情况下从基板干燥水时，可以使用本文所述的干燥技术。

如上所述，在一个示例性实施方式中，可以将ipa施加到待干燥的基板上。在一个实施方式中，ipa可以作为分配在基板上而不使基板旋转的ipa的厚流体层施加，确保整个顶部表面保持用ipa润湿。然而，本文描述的技术不限于ipa的非旋转流体应用。在所描述的示例性实施方式中，在施加ipa之后，将基板暴露于磁通量。由于安培定律和法拉第定律，这会在基板中产生电流流动。由于电子与晶格之间的欧姆碰撞，这些电涡流迅速转换成热能，导致基板温度升高。在示例性实施方式中，基板可以是半导体衬底，并且在更具体的示例中，基板可以是硅衬底，例如硅晶片。等式1(下面提供)描述了针对作为硅晶片的基板的基板中的功率吸收。将认识到，可以使用其他基板，从而提供不同的功率吸收。趋肤深度可以被认为是磁通量穿透到基板中的深度。硅晶片的趋肤深度由等式2给出：

等式1：

等式2：

其中，

r晶片半径[m]

t晶片厚度[m]

ρsi电阻率[ω·m]

δ趋肤深度[m]

h0电磁场强度[a/m]

ω频率[弧度]

μsi磁导率[h/m]

可以使用多种技术中的任意一种来向基板提供磁通量。在一个实施方式中，可以使用磁控管。在另一个实施方式中，可以使用天线。也可以使用用于向系统提供磁通量的其他技术。在一个实施方式中，基板暴露于横向于晶片表面的振荡磁通量。振荡磁通量可以具有小于10mhz至大于100ghz的频率。由于半导体晶片通常遇到的基板的导电性和基板厚度，该处理在较高频率波长下可能更有效。在与半导体晶片一起使用的一个实施方式中，可以使用10mhz至100ghz的频率，或者大于10mhz的频率，并且在一些实施方式中，可以使用13.56mhz至2.45ghz，但是这些范围仅仅是示例性的，并且可以利用其他频率。磁通量导致基板的磁感应加热，这可以有利地用于干燥基板。因此，利用电磁能来实现电磁感应加热以干燥基板。

本文描述的干燥技术不限于特定的干燥设备。图1和图2提供了两个示例性设备。然而，可以利用各种其他设备和技术来向基板提供磁通量。如图1所示，干燥器100包括具有室侧壁105的处理室102，在一个实施方式中，处理室102可以是圆柱形的。基板110(例如半导体晶片)可以利用位于处理室102底部的卡盘115保持就位。在一个实施方式中，卡盘115可以是石英。卡盘115可以被配置成旋转或可以被配置成不旋转。在处理室102的一侧，波导140连接至磁控管130，磁控管130耦接至能量源150以将振荡电磁能(例如微波能量)提供到处理空间125中。可以提供径向调节器135以调节从磁控管130提供的电磁能的频率和相位。

处理空间125的高度可以通过使用可调整顶部120来调整，可调整顶部120可以如图中所示上下移动。通过调整可调整顶部120，可以改变处理空间125的容积。处理室102的可调整顶部120在高度上可调整，以调节基板110中的所设计的感应模式。更具体地，室的几何形状将影响晶片中的磁场线，并且可以利用可调整高度调节这些场。干燥器设计(例如图1的干燥器100)的优点在于干燥器100能够使用非常高的频率并且可以微调电磁波和通量以引起基板110中的期望的感应模式(类似于振动模式)。在图1的设备的一些实施方式中，室可能很大并且由于这种诸如液体分配臂、旋转卡盘、排水管等其他工具的固有特征，可能难以将这种设计与其他处理工具机械地集成。因此，图1的实施方式可能更适合于独立形成，但不需要独立的形成。干燥器100还可以包括控制器145，控制器145被耦接以向处理室102(和处理室102内的各种部件，例如可调整顶部120和卡盘115)、磁控管130、能量源150、径向调节器135和干燥器100的其他部件提供反馈和控制并且提供来自处理室102(和处理室102内的各种部件，例如可调整顶部120和卡盘115)、磁控管130、能量源150、径向调节器135和干燥器100的其他部件的反馈和控制。在一个示例性实施方式中，控制器145可以是处理器、微控制器或可编程逻辑器件与其他电路例如存储器、i/o端口等组合。在一个实施方式中，处理器、微控制器或可编程逻辑器件可以被配置成执行指令或配置文件以执行本文描述的感应加热功能。

图2中示出了具有处理室202的干燥器200的替选设备。在图2的干燥器200的设计中，存在悬挂在晶片上方的天线205。天线205连接至电源210，例如，以高频操作的交流发电机。在一个示例中，可以使用螺旋铜天线。在一个实施方式中，天线205可以嵌入介电材料中。将认识到，可以使用各种类型的天线和各种天线设计，因为螺旋铜天线仅仅是示例性的。因此，可以利用各种天线形状和设计来向干燥器200提供电磁能，并且所示的特定实施方式仅仅是示例性的。正如图1的实施方式，控制器145可以向干燥器200的各个部件提供反馈和控制并且提供来自干燥器200的各个部件的反馈和控制，以执行本文所述的功能。

图3提供了形成磁场线305以为图2的实施方式在基板110中提供磁通量的表示。将认识到，图1的实施方式类似地将具有在基板110中提供磁通量的磁场。如图3所示，电源210和天线205产生延伸到基板110的磁场线。

在图2的实施方式中，利用基板110(例如硅晶片)上方的天线205激发射频(rf)磁通量，以便在基板中感应磁通量。这种设计的有利之处可以在于该设计可以更容易与作为传统基板液体处理工具的一部分的其他机械设备集成，所述其他机械设备为：液体流分配机构；喷雾分配机构；排放机构；旋转卡盘机构；气流入口和出口等。例如，可以以使得在其他处理步骤期间天线可以被向上移动并被移开的方式实现天线。因此，可以提供可伸缩天线以帮助将干燥器200集成在其他液体处理工具中。然而，依赖于图1和图2的设计的特定实施方式，图2的设计可能增加在基板中形成均匀磁通量的难度，并且最大频率可能比专用圆柱形室方法更受限制。然而，可以通过使天线设计适应特定的工具应用来提高磁通量均匀性。

在图1的干燥器和图2的干燥器两种情况下，耦合到能量源的能量发射器将电磁能提供到处理室中。在图1的情况下，波导和磁控管操作为将电磁能耦合到处理室中的发射器。在图2的情况下，天线205操作为将电磁能耦合到处理室中的能量发射器。将认识到，可以利用许多其他能量发射器来将电磁能耦合到处理室中，使得作为基板干燥处理的一部分电磁感应加热对基板进行加热。

通过将磁通量施加到基板(无论利用何种技术)，基板均可以以在一个示例性实施方式中大于100℃/秒的速率快速升温到期望的设定温度。因此，磁感应加热可以快速加热基板，例如半导体晶片。在一个示例中，用于加热的设定温度可以在200℃至500℃的范围内，或在400℃至500℃的范围内。在一些实施方式中，可以使用400℃的设定温度。然而，将认识到，所使用的温度可以依赖于基板由什么形成、正从基板表面干燥什么液体、用于施加磁通量的设备等。这种快速加热使得正接触基板表面的液体立即沸腾，在基板和其余液体之间形成薄的蒸汽层。快速沸腾和薄蒸汽层的产生被称为莱顿弗罗斯特效应(leidenfrosteffect)，并且将使剩余液体流动离开基板表面，这是因为剩余液体现在漂浮在基板的有效无摩擦表面上。尽管不需要旋转，但可以通过旋转基板来辅助液体流动离开基板表面。因此，感应加热可以有利地利用莱顿弗罗斯特效应来为基板提供干燥。随着所有液体蒸发或从表面流动离开，基板完全干燥并且没有由于毛细力引起的结构变形或结构改变的危险。然后，可以从干燥设备中去除基板以用于后续处理步骤。在ipa的情况下，快速沸腾产生薄的ipa蒸汽层，并且ipa蒸发或从基板表面流动离开。

如本文所述，可以在基板处理流程中使用的各种处理步骤中的任意处理步骤处使用干燥技术。在一个实施方式中，基板可以是半导体晶片。可以在任意数量的处理步骤包括线路后端和线路前端半导体晶片处理步骤处实现干燥技术。

将认识到，上述方法仅仅是示例性的，并且许多其他处理和应用可以有利地利用本文公开的技术。图4示出了使用本文描述的处理技术的示例性方法。将认识到，图4的实施方式仅是示例性的，并且另外的方法可以利用本文描述的技术。此外，可以向图4中所示的方法添加附加的处理步骤，因为所描述的步骤不旨在是排他性的。此外，步骤的顺序不限于图中所示的顺序，因为可以存在不同的顺序和/或可以组合地或同时执行各个步骤。

在图4中，示出了干燥基板的方法。该方法可以包括在基板上提供流体的步骤405。该方法还可以包括通过使用电磁感应加热来加热基板的步骤410。该方法还包括通过使用电磁感应加热从基板的表面去除流体的步骤415。

鉴于本说明书，本发明的另外的修改和替选实施方式对于本领域技术人员而言将是明显的。因此，该描述应仅被解释为说明性的，并且是为了教示本领域技术人员实施本发明的方式的目的。将理解的是，本文所示和所述的本发明的形式和方法应被视为目前优选的实施方式。等效技术可以代替本文所示和所述的那些技术，并且本发明的某些特征可以独立于其他特征的使用来利用，所有这些对于本领域技术人员在受益于本发明的描述之后是明显的。