專(zhuān)利名稱(chēng)：在液體中處理半導(dǎo)體片的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工領(lǐng)域。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的在加工半導(dǎo)體片的濕式浸蝕/沖洗步驟中從半導(dǎo)體片上除去有機(jī)物質(zhì)的方法。本發(fā)明還涉及一種用于實(shí)施在半導(dǎo)體片的加工過(guò)程中用液體處理半導(dǎo)體片的方法和其它方法的裝置。
在半導(dǎo)體片的加工中，幾個(gè)工藝步驟都需要使半導(dǎo)體片與液體接觸。這些工藝步驟的例子是浸蝕、除去光敏抗蝕劑和預(yù)擴(kuò)散清洗。通常這些步驟使用的化學(xué)試劑往往是有毒的，它們可能是強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或揮發(fā)性溶劑。
常規(guī)的使半導(dǎo)體片與處理液相接觸的裝置是一組處理槽或池，將裝有半導(dǎo)體片的盒浸沒(méi)在這種槽中。這種常規(guī)的濕式處理裝置存在幾個(gè)困難問(wèn)題。
首先，半導(dǎo)體片在從一個(gè)槽轉(zhuǎn)移入另一個(gè)槽時(shí)會(huì)造成沾染，沾染物對(duì)加工處理所產(chǎn)生的微電路是非常有害的。其次，所使用的有毒化學(xué)試劑和去離子水一般要用新溶液替換，而通常要通過(guò)用瓶倒入槽中或用試劑分配裝置將新溶液引入處理槽中，或者在使用去離子水的情況下從一個(gè)固定設(shè)備將去離子水引入處理槽。一般來(lái)說(shuō)化學(xué)試劑是由化學(xué)公司生產(chǎn)的，然后運(yùn)送到半導(dǎo)體加工廠(chǎng)。因此，化學(xué)試劑的純度要受化學(xué)生產(chǎn)廠(chǎng)所使用的水的水質(zhì)限制，還要受到運(yùn)輸和貯存該化學(xué)藥品的容器以及處理該化學(xué)藥品的容器的影響。
此外，當(dāng)試劑長(zhǎng)時(shí)期放置時(shí)，它們會(huì)受到來(lái)自空氣和半導(dǎo)體片的雜質(zhì)的污染。在更換液體之前，半導(dǎo)體片的最后一批處理也許不會(huì)象在新溶液對(duì)半導(dǎo)體片的第一批處理那樣有效。處理不均一是半導(dǎo)體生產(chǎn)中主要關(guān)注的問(wèn)題。
半導(dǎo)體加工的液體接觸步驟包括從半導(dǎo)體片表面除去有機(jī)物質(zhì)和雜質(zhì)。例如，在生產(chǎn)集成電路中，加工過(guò)程的一部分就是通常在硅片上烘焙一種光敏抗蝕劑涂層。在處理之后該光敏抗蝕劑或有機(jī)物質(zhì)層必須除掉。
通常，用硫酸溶液采用濕式剝離法除去光敏抗蝕劑層，要么用過(guò)氧化氫作為氧化劑，要么用臭氧作為氧化劑來(lái)增強(qiáng)硫酸溶液的作用。在授予CFM Technologies的美國(guó)專(zhuān)利第4,899,767和4,917,123中提到過(guò)這種方法。然而，在半導(dǎo)體加工過(guò)程中，使用一種含有硫酸和氧化劑的溶液從半導(dǎo)體片上除去光敏抗蝕劑存在許多缺點(diǎn)。首先，當(dāng)用過(guò)氧化氫作為氧化劑時(shí)，剝?nèi)タ刮g劑層反應(yīng)的副產(chǎn)物是水，水會(huì)稀釋浴槽中溶液的濃度，從而降低了剝?nèi)ス饷艨刮g劑的能力。其次，該過(guò)程要在高溫條件下進(jìn)行，通常在80°～150℃之間，一般在大約130℃以上，為了盛放、循環(huán)和過(guò)濾該溶液就要求使用特殊的耐熱材料和部件，為了進(jìn)行清洗過(guò)程還需要額外的能量。第三，這種溶液的輸送和處置都是危險(xiǎn)的，生產(chǎn)、運(yùn)輸和貯存費(fèi)用都很昂貴。
此外，由于在處理槽中溶解的和不溶解的雜質(zhì)的逐漸積累，因此溶液必須定期更換。通常，化學(xué)試劑的更換間隔時(shí)間是大約每八小時(shí)一次。由于該化學(xué)藥品對(duì)排水管道有有害的影響，所以在處置之前，必須將溶液冷卻到低于大約90℃。因此，采用這種剝?nèi)ス饷艨刮g劑的方法，要么需要使用附加的槽子來(lái)盛放熱溶液，要么在更換化學(xué)試劑期間需要停止運(yùn)行，這樣做減少了半導(dǎo)體片的產(chǎn)量，增加了經(jīng)營(yíng)費(fèi)用。
最后，在用硫酸溶液除去光敏抗蝕劑之后，要用熱的去離子水沖洗半導(dǎo)體片，因?yàn)樵谔幚磉^(guò)程中，由于殘留的硫酸鹽會(huì)在半導(dǎo)體片上結(jié)晶，從而產(chǎn)生處理疵點(diǎn)。
“RCA清洗”法是另一種經(jīng)常使用的除去有機(jī)的和金屬表面沾染物的方法，它用氫氧化銨、過(guò)氧化氫和水作為第一溶液，用鹽酸、過(guò)氧化氫和水作為第二溶液。通常將RCA清洗液在獨(dú)立的處理槽中混合。首先用氫氧化銨溶液清洗半導(dǎo)體片，然后送到漂洗槽，然后再放到含有鹽酸清洗液的槽中，最后再放入最后漂洗槽。與硫酸洗相似，該方法也有使用強(qiáng)化學(xué)藥劑的缺點(diǎn)。此外，在將半導(dǎo)體片從一個(gè)槽轉(zhuǎn)移到另一個(gè)槽的過(guò)程中，由于半導(dǎo)體片暴露在空氣中而可能受到沾染。最后，由于在高pH值的氫氧化銨溶液中鋁會(huì)沉淀，因此使用過(guò)氧化物會(huì)使半導(dǎo)體片受到鋁的沾染，這些沾染物在鹽酸溶液中不可能全部除去。
為了改進(jìn)用液體處理半導(dǎo)體片的方法和設(shè)備已經(jīng)付出了各種各樣的努力。這些改進(jìn)現(xiàn)有方法的嘗試通常是要么改變?cè)O(shè)備，要么變換處理藥劑。
在美國(guó)專(zhuān)利第4,778,532、4,795,497、4,899,767和4,917,123中公開(kāi)了在進(jìn)行液體處理過(guò)程中解決半導(dǎo)體片的沾染的一條途徑。這些專(zhuān)利描述了一種封閉式全流方法和裝置，該方法使處理液依次連續(xù)地流過(guò)半導(dǎo)體片，而不必在處理步驟之間轉(zhuǎn)移或搬運(yùn)半導(dǎo)體片。然而，這些專(zhuān)利仍然使用危險(xiǎn)的化學(xué)藥品進(jìn)行液體處理和清洗半導(dǎo)體片。此外，封閉式設(shè)備所用的裝置限制了半導(dǎo)體片的產(chǎn)量，因?yàn)椋刑幚磉^(guò)程都要在裝有濃溶液的同一容器中進(jìn)行。
美國(guó)專(zhuān)利第4,899,767提出使用單獨(dú)的混合槽來(lái)制備硫酸和氧化劑的溶液，然后再將該溶液輸送到處理槽中。使用單獨(dú)槽的原因是由于過(guò)氧化氫在分解成氧和水時(shí)產(chǎn)生了壓力，這樣做消除了爆炸的可能性。
授予SubMicron Systems股份有限公司的美國(guó)專(zhuān)利第5,082,518描述了另一種改進(jìn)清洗半導(dǎo)體片的硫酸和氧化劑法的途徑。該專(zhuān)利的系統(tǒng)提供了一種氣體分布系統(tǒng)，該系統(tǒng)有一個(gè)帶有擴(kuò)散孔的噴霧板，以便在槽中的整個(gè)浴池內(nèi)分布?xì)怏w。因此，與美國(guó)專(zhuān)利第4,899,767中使用單獨(dú)混合槽的情況不同，SubMicron專(zhuān)利提供了一種直接在含有硫酸的處理槽中分布臭氧的裝置。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種擴(kuò)散系統(tǒng)有幾個(gè)不足之處。首先，該裝置放出的大氣泡臭氧降低了臭氧的分布效率和水對(duì)臭氧的吸收率。臭氧的吸收量對(duì)于它與硫酸的反應(yīng)以便從半導(dǎo)體片上去除有機(jī)物質(zhì)的能力是至關(guān)重要的。此外，美國(guó)專(zhuān)利第5,082,518描述的擴(kuò)散部件被認(rèn)為不能均勻地在整個(gè)槽中分布臭氧。最后，就象先前改進(jìn)半導(dǎo)體片的清洗方法的嘗試一樣，該方法仍然需要用有害的化學(xué)試劑，依然存在輸送和處置問(wèn)題。
在Ohmi等人的J.Electrochem.Soc.第140卷，第3期，1993年3月，第804～810頁(yè)中闡述了解決使用有害化學(xué)藥品問(wèn)題的一條途徑，文章描述到使用注有臭氧的超純水在室溫條件下從硅片上清洗掉有機(jī)雜質(zhì)。然而，該方法也存在一些不足之處。Ohmi等人只提出了一種除去很薄的一層有機(jī)物質(zhì)，也就是金屬板印刷殘留的一層表面活性劑的方法。Ohmi等人描述的方法在合理的時(shí)間范圍內(nèi)不能去除光敏抗蝕劑。計(jì)劃將該方法用于有機(jī)污染層的厚度小于50埃的情況。當(dāng)有機(jī)污染層的厚度為50～250密耳時(shí)，該方法太慢不能適用。因此，在本技術(shù)領(lǐng)域中還仍然沒(méi)有一種無(wú)需使用有害化學(xué)試劑便可從半導(dǎo)體片上快速有效地去除所有厚度的有機(jī)物質(zhì)的方法。
如果能提出一種在半導(dǎo)體加工過(guò)程中去除有機(jī)物質(zhì)的方法，該方法不僅克服了前面提到的問(wèn)題，而且還能有效地去除有機(jī)物質(zhì)，那么該方法對(duì)半導(dǎo)體工業(yè)就能具有很大的價(jià)值。此外，無(wú)需使用多個(gè)處理槽便可實(shí)施該方法的裝置對(duì)工業(yè)也具有很高實(shí)用價(jià)值。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種無(wú)需使用有害的化學(xué)試劑便可從半導(dǎo)體片上除去光敏抗蝕劑或其它有機(jī)物質(zhì)的方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種無(wú)需將槽子冷卻或者不會(huì)由于更換化學(xué)藥劑而產(chǎn)生停機(jī)狀況的方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種對(duì)半導(dǎo)體片進(jìn)行液體處理的系統(tǒng)，該系統(tǒng)無(wú)需將半導(dǎo)體片轉(zhuǎn)移到一個(gè)獨(dú)立的槽便可進(jìn)行多種處理。
根據(jù)下文的說(shuō)明和后附的權(quán)利要求，本發(fā)明的這些目的和其它目的將會(huì)變得顯而易見(jiàn)。
通過(guò)采用本發(fā)明的從半導(dǎo)體片上去除有機(jī)物質(zhì)的方法能夠?qū)崿F(xiàn)上述目的，該方法包括在大約1～15℃的溫度下，使半導(dǎo)體片與臭氧溶液和水相接觸。最好使半導(dǎo)體片與溶液有足夠的接觸時(shí)間，以便從半導(dǎo)體片上氧化有機(jī)物質(zhì)。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，提供了這樣一種去除有機(jī)物質(zhì)的方法，該方法包括將半導(dǎo)體片放在盛有去離子水的槽中，用足夠的時(shí)間在去離子水中擴(kuò)散臭氧以便從半導(dǎo)體片上氧化有機(jī)物質(zhì)，將去離子水維持在大約1～15℃的溫度范圍內(nèi)，用去離子水漂洗半導(dǎo)體片。在一個(gè)最佳實(shí)施方案中，被去除的有機(jī)物質(zhì)是光敏抗蝕劑。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，提供了這樣一種去除有機(jī)物質(zhì)的方法，該方法包括將半導(dǎo)體片放置在盛有去離子水的槽中，在去離子水中擴(kuò)散臭氧，當(dāng)臭氧被去離子水吸收和形成氣泡穿過(guò)去離子水時(shí)，與擴(kuò)散臭氧同時(shí)地用紫外光照射臭氧，使之生成氧自由基和氧分子，它們能將有機(jī)物質(zhì)氧化成不溶性氣體，半去離子水維持在大約1～15℃的溫度范圍內(nèi)，用去離子水漂洗半導(dǎo)體片。
通過(guò)采用一種用液體處理半導(dǎo)體片的槽能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，該槽包括與槽相連通并向槽提供液體的部件，在處理槽內(nèi)至少支承一片半導(dǎo)體片以使其與液體相接觸的支承部件，與槽連通的向槽噴入氣體的部件，以及在槽中擴(kuò)散氣體的部件，使液體吸收氣體并與槽中放置的每一片半導(dǎo)體片的表面相接觸。擴(kuò)散部件是一個(gè)帶有可滲透部件和不可滲透部件的復(fù)合元件，可滲透部件有一個(gè)頂部和底部，一個(gè)在可滲透部件的中心部分限定了一個(gè)敞開(kāi)區(qū)域的部件，以及一個(gè)位于可滲透部件的頂部，在可滲透部件的外表面與限定敞開(kāi)區(qū)域的部件之間，限定一溝槽的部件。不可滲透的部件在其中心部分具有一個(gè)限定敞開(kāi)區(qū)域的部件，該部件與在可滲透部件中心部分限定敞開(kāi)區(qū)域的部件相對(duì)應(yīng)，將可滲透部件與不可滲透部件接合在一起，使溝槽在可滲透部件的頂部敞開(kāi)，并用不可滲透的部件遮蓋住。要這樣設(shè)置復(fù)合元件，使可滲透部件的底部與槽的底部相連。
在一個(gè)最佳實(shí)施方案中，槽有一個(gè)第一側(cè)壁和一個(gè)第二側(cè)壁，第一側(cè)壁在槽的頂部是垂直部分，在槽的底部是向里漸縮的部分，漸縮的部分比垂直部分長(zhǎng)，第二側(cè)壁在槽的頂部是一垂直部分，在槽的底部是一向里漸縮的部分，漸縮部分比垂直部分短。
通過(guò)使用本發(fā)明的氣體擴(kuò)散器可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。


圖1是本發(fā)明的用液體處理半導(dǎo)體片裝置的側(cè)視截面示意圖。
圖2是本發(fā)明處理槽的前視截面示意圖。
圖3是本發(fā)明氣體擴(kuò)散器最佳實(shí)施方案的分解的三維示意圖。
本發(fā)明的方法是在半導(dǎo)體片的加工過(guò)程中無(wú)需使用有毒的化學(xué)物質(zhì)便可從半導(dǎo)體片中除去有機(jī)物。盡管在室溫或較高的溫度下，臭氧在去離子水中的溶解度很低，但本申請(qǐng)人還是驚奇地發(fā)現(xiàn)，無(wú)需使用其它化學(xué)試劑，在低于室溫的去離子水溶液中擴(kuò)散臭氧便能快速而有效地從半導(dǎo)體片中去除有機(jī)物質(zhì)，如光敏抗蝕劑。盡管出乎意料，但是本申請(qǐng)人還是相信，降低溶液的溫度，臭氧的濃度仍能基本上將半導(dǎo)體片上的所有有機(jī)物質(zhì)氧化為不溶性氣體。
在除去光敏抗蝕劑的過(guò)程中，本發(fā)明的方法可將存在的有機(jī)物質(zhì)氧化為不溶性氣體，如COx和NOx。這些氣體逸出溶液從系統(tǒng)中排出，通常進(jìn)入排氣罩或其它排氣裝置中。
為了在去離子水中得到足夠高的臭氧濃度，通常使浴槽的溫度保持在大約1°～15℃。低于1℃，浴槽會(huì)結(jié)冰。由于這些半導(dǎo)體處理槽通常由石英制成，冰會(huì)使石英破裂并且阻止硅片進(jìn)出處理槽。此外，由于水從液態(tài)到固態(tài)改變了物理狀態(tài)，該系統(tǒng)將不起作用，并且不能均勻地吸收氣體。高于15℃，去離子水不能吸收足夠多的臭氧，從而不能及時(shí)地除去半導(dǎo)體片上的有機(jī)物質(zhì)。在最佳實(shí)施方案中，浴槽的溫度大約為5～9℃。
可以采用任何本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員公知的方法維持適宜的溫度，包括冷卻浴槽本身，或者最好給浴槽連續(xù)提供新鮮的低于室溫的去離子水。在最佳實(shí)施方案中，用水作為處理試劑，在進(jìn)入處理區(qū)域之前，使所有水或一部分水穿過(guò)冷卻器。
可將半導(dǎo)體片直接放入盛有冷卻臭氧化水的槽中，或者最好將半導(dǎo)體片放入去離子水槽中，并且使臭氧擴(kuò)散到槽中。最好將臭氧擴(kuò)散到低于室溫的水溶液中一段足夠時(shí)間，以使半導(dǎo)體片上的所有有機(jī)物質(zhì)基本上氧化。把臭氧擴(kuò)散到水中所需的時(shí)間取決于要去除的有機(jī)物質(zhì)的性質(zhì)和數(shù)量。具體的水槽溫度也影響所需的臭氧擴(kuò)散時(shí)間，因?yàn)閿U(kuò)散到水中的臭氧的吸收量取決于水的溫度，并且水溶液的氧化能力取決于吸收的臭氧量。
一般地，臭氧擴(kuò)散到去離子水中的時(shí)間大約為1～15分鐘。在最佳實(shí)施方案中，臭氧擴(kuò)散到去離子水中的時(shí)間大約為5～10分鐘。在另一個(gè)實(shí)施方案中，為了生成用于氧化半導(dǎo)體片上的有機(jī)物質(zhì)或光敏抗蝕劑所需的氧自由基和氧分子，將臭氧擴(kuò)散到水溶液中，并且用來(lái)自紫外光源的紫外光進(jìn)行照射。
當(dāng)有機(jī)物質(zhì)被水溶液中的臭氧充分氧化之后，用新鮮的去離子水對(duì)半導(dǎo)體片漂洗大約1～5分鐘。該漂洗步驟通常在室溫下進(jìn)行。在本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施方案中，為了從半導(dǎo)體片表面除去水溶性金屬，如鈉和鉀，對(duì)半導(dǎo)體片的第二次漂洗使用大約65℃～85℃的熱去離子水。這些堿和堿土金屬來(lái)自光敏抗蝕劑中的雜質(zhì)。
可以在任何類(lèi)型的半導(dǎo)體片清洗槽或半導(dǎo)體片清洗裝置中使用本發(fā)明的方法去除有機(jī)物質(zhì)。然而，本發(fā)明的臭氧化水方法是通過(guò)使臭氧與每一個(gè)半導(dǎo)體片在溶液中相接觸而將光敏抗蝕劑或其它有機(jī)物質(zhì)氧化。因此，在清洗槽中臭氧必須充分分散，以使每一個(gè)半導(dǎo)體片都能與臭氧相接觸。
與硫酸方法不同，硫酸方法剝掉了半導(dǎo)體片上的抗蝕劑，并把它溶解在用于氧化的化學(xué)試劑中，本發(fā)明的臭氧化水方法不會(huì)破壞半導(dǎo)體片上的抗蝕劑，而是僅僅通過(guò)使臭氧與半導(dǎo)體片相接觸而氧化光敏抗蝕劑。如果臭氧未在槽中充分?jǐn)U散，或者裝盛半導(dǎo)體片的容器將半導(dǎo)體片屏蔽住，則抗蝕劑無(wú)法除去。因此，最好使槽中的水充分吸收臭氧，并在處理區(qū)域與每一半導(dǎo)體片的表面均勻接觸。采用這種方法，可直接將有機(jī)光敏抗蝕劑氧化成不溶性氣體，避免了在清洗槽內(nèi)積累顆粒物質(zhì)以及需要過(guò)濾裝置的問(wèn)題。
在一個(gè)最佳實(shí)施方案中，圖1所示的裝置中是實(shí)施本發(fā)明方法的裝置。在一個(gè)具有通風(fēng)罩和濕法排氣條件并且安裝了適宜的臭氧監(jiān)測(cè)裝置和催化破壞裝置的場(chǎng)所進(jìn)行處理。將帶有抗蝕劑的半導(dǎo)體片或者要從其上除去有機(jī)物質(zhì)的半導(dǎo)體片放入處理槽13中，處理槽13中裝有低于室溫的去離子水(1～15℃)。處理過(guò)程按低流量(大約0.5gpm)級(jí)聯(lián)方式進(jìn)行，在處理過(guò)程中，進(jìn)水管7穿過(guò)冷卻器8，便連續(xù)提供冷卻后的去離子水。來(lái)自臭氧發(fā)生器6的臭氧通過(guò)導(dǎo)管5再通過(guò)一個(gè)原地?cái)U(kuò)散器4擴(kuò)散到槽中。在關(guān)掉臭氧并連續(xù)用高流量(大約10～15gpm)的去離子水漂洗半導(dǎo)體片之后，確定抗蝕劑的剝落時(shí)間。排水管12連接到去離子水回收裝置10，并接通漂洗用的新去離子水。在用去離子水漂洗一段時(shí)間之后，可任選熱的去離子水漂洗半導(dǎo)體片。
在本發(fā)明的另一個(gè)最佳實(shí)施方案中，在圖2所示的槽中實(shí)施本發(fā)明的方法，該槽中裝有圖3所示的氣體擴(kuò)散器。然而，盡管圖1所示的裝置、圖2所示的處理槽和圖3所示的氣體擴(kuò)散器特別適用于本發(fā)明的臭氧水處理方法，但是這些裝置還可用于半導(dǎo)體片的任何處理中。特別是，先前公知的從半導(dǎo)體片上除去有機(jī)物質(zhì)的方法也可以使用本發(fā)明的處理裝置和處理槽。本申請(qǐng)人還發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明的裝置上實(shí)施先前的公知方法無(wú)需使用多個(gè)處理槽。此外，本發(fā)明的裝置還具有就地生成化學(xué)制劑的能力，從而避免了化學(xué)制劑的老化或從遠(yuǎn)處運(yùn)輸有毒化學(xué)藥品的問(wèn)題。
用液體處理半導(dǎo)體片的優(yōu)選裝置是設(shè)置在具備通風(fēng)罩和濕法排氣條件的場(chǎng)所中的處理槽。該處理槽通常要帶有與該槽連通的、向槽中提供液體的部件，在槽中支承至少一個(gè)半導(dǎo)體片與液體相接觸的部件，與槽連通的向槽噴入氣體的部件，以及將氣體擴(kuò)散到槽中的部件，這樣氣體可被吸收到液體中并在處理槽中與放置的每一半導(dǎo)體片表面相接觸。
圖1表示的是本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施方案。槽13盛的是處理半導(dǎo)體片用的液體。
通常為處理槽13提供液體的部件是一個(gè)與槽連通的導(dǎo)管，但是可以采用任何本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員公知的向槽內(nèi)提供流動(dòng)液體的設(shè)備或者裝置。例如，可以用全氟烷氧基乙烯醚(PFA)管或管道、聚四氟乙烯(PTFE)管或管子、聚偏氟乙烯(PVDF)管或管子、或者石英管向處理槽輸送液體。優(yōu)選用PFA管或管道。在一個(gè)最佳實(shí)施方案中，借助于一個(gè)喇叭口狀的連接部件將PFA管連接到槽上。
在圖1所示的最佳實(shí)施方案中，穿過(guò)槽底部的進(jìn)液管7是提供液體的部件，液體向上流動(dòng)流入槽13中。通常，槽要以連續(xù)溢流方式運(yùn)行，來(lái)自液體提供部件的液體向上流動(dòng)并到達(dá)槽的頂部，液體溢流流出處理槽后流入溢流堰1中，新的液體從槽底部再注入到槽中。這種將液體導(dǎo)入和排出處理槽的方法在半導(dǎo)體加工領(lǐng)域是眾所周知的。
溢流堰1中的流體流入回流管12中。一個(gè)三向閥門(mén)11要么通過(guò)管線(xiàn)9回流液體，要么通過(guò)排放管10排放液體。
向槽噴入氣體的部件可以是任何本專(zhuān)業(yè)普通技術(shù)人員公知的向半導(dǎo)體片處理槽提供氣體的部件。例如，借助于PFA管或PTFE管或管子將氣體通到擴(kuò)散器中。最好采用帶有一喇叭口的PFA管將氣體噴入槽中。
圖1顯示的向槽噴入氣體的部件是部件5，它在槽底部與槽相連，并位于擴(kuò)散氣體的部件之下。導(dǎo)管5直接向擴(kuò)散器4提供氣體，以便向槽提供均勻流動(dòng)的氣體。
在槽內(nèi)支承至少一片半導(dǎo)體片與液體相接觸(如圖2所示)的部件可以是任何本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員公知的部件，它用來(lái)放置與處理液相接觸的半導(dǎo)體片。眾所周知用于這種用途的部件有半導(dǎo)體片盤(pán)和盒。
最好，當(dāng)在槽中實(shí)施本發(fā)明的方法時(shí)，盤(pán)和盒能夠使液體均勻流過(guò)槽中的每一半導(dǎo)體片。在一個(gè)最佳實(shí)施方案中，為了使液體有最大的自由度流經(jīng)半導(dǎo)體片，在槽中使用了一個(gè)無(wú)盒系統(tǒng)支撐半導(dǎo)體片。最佳支承系統(tǒng)是四桿端部操縱裝置15(見(jiàn)圖2)，它只在兩點(diǎn)接觸支承半導(dǎo)體片。圖2顯示的是固定在端板上支承部件的四軌道的端視圖。接觸點(diǎn)是在5點(diǎn)和7點(diǎn)的位置上，片槽的深度不大于大約2mm。在一個(gè)最佳實(shí)施方案中，片支承系統(tǒng)牢固地支承著硅片，它們以一個(gè)微小的角度在各半導(dǎo)體片之間保持均勻的間隙。
擴(kuò)散氣體的部件可以是任何能向處理槽提供臭氧或其它氣體的微小氣泡，并在整個(gè)槽內(nèi)均勻分布?xì)怏w的部件，這樣就可確保每一片半導(dǎo)體片都能與吸收在液體中的氣體相接觸。最好，擴(kuò)散器所提供的氣泡的初始直徑大約為25～40微米。
擴(kuò)散氣體的部件可以用于向液體處理槽中輸送任何氣體，如氯化氫氣體、氨氣、氟化氫氣體、氯氣或溴。要么通過(guò)擴(kuò)散部件單獨(dú)輸送這些氣體，要么混合起來(lái)輸送這些氣體，或者沒(méi)有臭氧來(lái)與處理槽中不同的化合物起作用。
最好，擴(kuò)散氣體的部件含有一個(gè)既有可滲透部件又有外滲透部件的復(fù)合元件。可滲透部件有一頂部和底部，一個(gè)在可滲透部件的中心部分限定了一個(gè)敞開(kāi)區(qū)域的部件，以及一個(gè)在可滲透部件的外表面與限定敞開(kāi)區(qū)域的部件之間限定一溝槽的部件，該溝槽位于可滲透部件的頂部。不可滲透部件有一個(gè)在其中心部分限定一敞開(kāi)區(qū)域的部件，該部件對(duì)應(yīng)于在可滲透部件的中心部分限定敞開(kāi)區(qū)域的部件。可滲透部件和不可滲透部件要這樣連接，使可滲透部件頂部的溝槽正好位于可滲透部件和不可滲透部件之間。最好這樣放置復(fù)合元件，使可滲透部件的底部與處理槽的底部相連。這樣，復(fù)合元件的可滲透部件朝向處理槽底部，而復(fù)合元件的不可滲透部件則朝向處理槽頂部。溝槽的開(kāi)口部分位于兩部件之間復(fù)合元件的內(nèi)側(cè)。
本發(fā)明的氣體擴(kuò)散器4使氣體進(jìn)入擴(kuò)散器，再穿過(guò)可滲透部件的小孔擴(kuò)散到溶液中。氣體首先流入可滲透部件的溝槽中，因?yàn)樵搮^(qū)域的氣體流動(dòng)阻力最小。當(dāng)提高氣體壓力時(shí)，流入溝槽的氣體穿過(guò)可滲透部件的小孔擴(kuò)散到槽中。因?yàn)榭蓾B透部件頂部的不可滲透部件會(huì)阻止氣體流出擴(kuò)散器的頂部，氣體從擴(kuò)散器的底部和側(cè)面流出，并向下流動(dòng)。當(dāng)提供液體的部件位于槽底部時(shí)，向下流動(dòng)的氣體與液體逆向流動(dòng)，使向上流動(dòng)進(jìn)入槽中的液體能更好地吸收氣體。
最好擴(kuò)散器是疏水的，以防止水倒流進(jìn)入氣體管道，水會(huì)使氣體調(diào)節(jié)盒中的金屬腐蝕。此外，擴(kuò)散器應(yīng)與臭氧是化學(xué)相容的并且是化學(xué)純的，以防止陽(yáng)離子、陰離子或顆粒進(jìn)入處理槽中。
最好氣體擴(kuò)散管由聚四氟乙烯(PTFE)和全氟烷氧基乙烯醚(PFA)的混合物制成。在制備混合物時(shí)用本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員公知的方法改變溫度和壓力，可制成多孔的和無(wú)孔的部件。不可滲透部件和可滲透部件最好由大約95％的PTFE和大約5％的PFA組成?？梢杂萌魏畏椒▽⒖蓾B透部件與不可滲透部件接合在一起，只要得到的復(fù)合元件在槽中剪切力的作用下不會(huì)分開(kāi)就行。最好，將復(fù)合元件熱封在一起，用碳—碳鍵基本上將復(fù)合元件熔融或融合在一起。
一旦制成了可滲透部件，就在元件頂部的PTFE上鏜出一個(gè)溝槽。得到的擴(kuò)散器大約有100,000個(gè)小孔，孔的直徑大約為25～40微米，氣體可以穿過(guò)這些小孔擴(kuò)散到處理池中。在擴(kuò)散器中開(kāi)一個(gè)溝槽使氣體以非常細(xì)小的氣泡擴(kuò)散到槽中，這些細(xì)小的氣泡易被液體吸收，并能均勻分布在整個(gè)槽中。
圖3顯示的是本發(fā)明擴(kuò)散器的最佳實(shí)施方案。不可滲透部件30位于復(fù)合元件的頂部?？蓾B透部件31位于復(fù)合元件的底部，它有一個(gè)鏜出的溝槽32，使氣體在整個(gè)槽中能夠均勻地分布。擴(kuò)散器的形狀最好是如圖3所示的矩形。然而，對(duì)方形或矩形槽來(lái)說(shuō)還可以使用不同形狀的擴(kuò)散器，如平行棒，或者對(duì)圓形或錐形槽來(lái)說(shuō)使用圓形擴(kuò)散器。在一個(gè)最佳實(shí)施方案中，擴(kuò)散器占槽底面積的大約四分之一。
擴(kuò)散器要設(shè)置在槽的底部，可以用任何合適的方式將其固定在槽上。最好，用未使用過(guò)的端塞將擴(kuò)散器固定到槽上。首先將塞子插入擴(kuò)散器，然后將整個(gè)部件安裝到槽中。導(dǎo)管5從槽的底部直接向擴(kuò)散器供給氣體。這樣氣體進(jìn)入溝槽后再?gòu)目蓾B透部件的底部和側(cè)壁均勻擴(kuò)散出來(lái)。
圖2展示了處理槽的最佳實(shí)施方案(標(biāo)號(hào)與圖1相對(duì)應(yīng))，最佳支承部件15將半導(dǎo)體片14固定在槽13中。槽13至少有兩個(gè)向里漸縮的側(cè)壁，以便減少處理半導(dǎo)體片所需的化學(xué)藥劑的量。其中的一個(gè)側(cè)壁在槽頂部有一垂直部分，在槽的底部是一向里漸縮的部分，且漸縮部分比垂直部分長(zhǎng)，槽的第二側(cè)壁也有一個(gè)位于槽頂部的垂直部分和位于槽底部的向里漸縮部分，但漸縮部分比垂直部分短。槽的這種結(jié)構(gòu)可將處理過(guò)程所需的化學(xué)試劑量減小大約27％，并能迅速更換槽中溶液的化學(xué)成份。
當(dāng)使用大功率聲波發(fā)射器時(shí)，槽13的這種結(jié)構(gòu)還有優(yōu)點(diǎn)。可在槽13上安裝一個(gè)或多個(gè)大功率聲波發(fā)射器2，以攪拌溶液。最好使聲波發(fā)射器排列在垂直壁和與垂直氣體流向偏離30°角的側(cè)壁之間，半導(dǎo)體片的排列方向與大功率聲波波束相平行。
在一個(gè)最佳實(shí)施方案中，將聲波發(fā)射器安裝在較長(zhǎng)的一個(gè)錐面上。與該錐面相對(duì)的是較短的漸縮面。漸縮的側(cè)壁具有兩個(gè)功能。第一個(gè)功能是保證大功率聲波能量不會(huì)被遠(yuǎn)槽壁反射回到聲波發(fā)射器中，這種反射能量會(huì)燒壞聲波發(fā)射器，縮短換能器的使用壽命。選用漸縮壁的第二個(gè)原因是使大功率聲波能量穿過(guò)硅片處理區(qū)，并使大功率聲波從遠(yuǎn)壁反射回來(lái)，第二次穿過(guò)硅片處理區(qū)。這樣做，每一個(gè)大功率聲波脈沖都能兩次穿過(guò)半導(dǎo)體區(qū)，增加了微粒的去除效率。
槽13還安裝有一個(gè)紫外光源3，用紫外光照射溶液。可以將紫外光源安裝在槽的外側(cè)，或者最好在如圖1和圖2中所示的位置3處，把它浸沒(méi)在槽中，放置在擴(kuò)散器4的上面。在本發(fā)明的臭氧化水方法運(yùn)行過(guò)程中，為了去除半導(dǎo)體片14上的有機(jī)物質(zhì)，利用紫外光可使直接鼓入處理槽的臭氧產(chǎn)生氧自由基和氧分子。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，槽安裝了一個(gè)蓋住槽的蓋子，在蓋子上安裝了一個(gè)紅外光源。紅外光用來(lái)在處理之后幫助干燥半導(dǎo)體片。紅外光源設(shè)置在罩子上，使光源位于槽中液體之上，當(dāng)蓋子蓋下時(shí)光向下照射到液體中。在本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施方案中，紅外光與一種溶劑干燥工藝結(jié)合使用，其中將一種合適的烴溶劑引入槽中液體的頂部，使半導(dǎo)體片緩慢地穿過(guò)溶劑層升起，以便使溶劑層置換掉半導(dǎo)體片上的水。采用紅外燈將半導(dǎo)體片加熱到大約150℃±30℃，從而蒸發(fā)掉半導(dǎo)體片上殘留的任何溶劑，并通入臭氧氣體氧化有機(jī)殘留物。干燥半導(dǎo)體片的其它方法在本技術(shù)領(lǐng)域是公知的，本發(fā)明可以使用任何這類(lèi)方法。
雖然本文闡述的用液體處理半導(dǎo)體片的裝置、槽和擴(kuò)散器最適用于本發(fā)明的臭氧化水處理方法，但這種結(jié)構(gòu)也適用于其它處理方法。該裝置通過(guò)就地設(shè)置一個(gè)生成化學(xué)藥劑的部件，無(wú)需使用多個(gè)處理槽，不用移動(dòng)半導(dǎo)體片就可以在一個(gè)處理槽中進(jìn)行幾個(gè)處理步驟。因此，用擴(kuò)散器向處理槽通入任何液體處理所需要的氣體，或者通入為生成處理半導(dǎo)體片液體所需要的氣體。本專(zhuān)業(yè)普通技術(shù)人員熟知當(dāng)使用各種不同的氣體時(shí)處理槽必需的材料。
例如，上文所述的硫酸清洗過(guò)程和RCA清洗過(guò)程都可以快速而有效地在本裝置中進(jìn)行，無(wú)需多個(gè)處理槽或單獨(dú)的混合槽。
對(duì)硫酸方法而言，酸穿過(guò)溢流堰中的輸送管進(jìn)入槽中，在進(jìn)入槽中處理區(qū)域之前，首先進(jìn)入過(guò)濾裝置。穿過(guò)槽的底部從再循環(huán)單元輸送酸。當(dāng)帶有光敏抗蝕劑的半導(dǎo)體片被放到槽的處理區(qū)域之后，將臭氧擴(kuò)散到槽中并啟動(dòng)大功率聲波發(fā)射器。采用臭氧的另一種硫酸清洗方法是隨著帶抗蝕劑的半導(dǎo)體片的放入，穿過(guò)擴(kuò)散管向處理槽擴(kuò)散臭氧(O3)，隨后打開(kāi)紅外光源。紅外光能夠產(chǎn)生氧自由基，它直接與硅片上的有機(jī)物質(zhì)反應(yīng)，并作為氧化劑與硫酸反應(yīng)生成常規(guī)與光敏抗蝕劑相反應(yīng)的過(guò)一硫酸。該反應(yīng)與雙頻率聲波發(fā)射的聲能同步。
對(duì)RCA清洗方法而言，處理槽以溢流方式運(yùn)行。去離子水以變化的流速(0.5、1.5和10gpm)按級(jí)聯(lián)方式連續(xù)流動(dòng)，或者處理槽以靜止方式運(yùn)行。首先漂洗半導(dǎo)體片，然后關(guān)掉水級(jí)聯(lián)裝置。在槽中產(chǎn)生了臭氧化水，和/或?qū)⒊粞趸萌胩幚聿郏缓髮睔?NH3)擴(kuò)散到槽中以生成SC1溶液。任選地，臭氧可以與紫外線(xiàn)照射一起使用，以產(chǎn)生氧自由基。啟動(dòng)大功率聲波發(fā)射器，以雙頻率方式運(yùn)行，交替起動(dòng)聲波發(fā)射器，以防止晶體過(guò)熱。處理之后，打開(kāi)水級(jí)聯(lián)裝置將SC1溶液從槽中沖洗走(從槽的底部)。用水沖洗/漂洗一段時(shí)間。排水管上還有一個(gè)在線(xiàn)電阻率監(jiān)測(cè)器。當(dāng)漂洗槽和半導(dǎo)體片時(shí)，打開(kāi)熱的去離子水水管，以升高處理槽的溫度。當(dāng)槽的溫度達(dá)到70℃時(shí)，關(guān)掉溢流管，處理槽回到靜止?fàn)顟B(tài)。然后將臭氧氣體擴(kuò)散到處理槽中，緊接著通入氯化氫氣體，生成了SC2溶液。任選地，臭氧與紫外線(xiàn)照射一起使用，以產(chǎn)生氧自由基。啟動(dòng)大功率聲波發(fā)射器，處理后打開(kāi)級(jí)聯(lián)的水流，根據(jù)時(shí)間和電阻率沖洗處理槽并漂洗半導(dǎo)體片。再用熱的去離子水最終漂洗一段時(shí)間。
在不背離本發(fā)明范圍和精神的情況下，本發(fā)明的各種改進(jìn)和變形對(duì)本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的，應(yīng)當(dāng)知道本發(fā)明并不局限于本文所闡述的這些實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.一種從半導(dǎo)體片上除去有機(jī)物質(zhì)的方法，該方法包括在大約1℃～15℃的溫度下使半導(dǎo)體片與臭氧的水溶液相接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述有機(jī)物質(zhì)是光敏抗蝕劑。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述溫度大約為5℃～9℃。
4.一種從半導(dǎo)體片上除去有機(jī)物質(zhì)的方法，該方法包括將半導(dǎo)體片放置在盛有去離子水的槽中；用足夠的時(shí)間向去離子水中擴(kuò)散臭氧，以將半導(dǎo)體片上的有機(jī)物質(zhì)氧化成不溶性氣體；將去離子水的溫度維持在大約1℃～15℃的范圍內(nèi)；以及用去離子水漂洗半導(dǎo)體片。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步還包括從槽中排出不溶性氣體。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于通過(guò)處理槽中每一半導(dǎo)體片的表面均勻擴(kuò)散臭氧氣體。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步還包括在用去離子水漂洗之后，再用溫度大約為65℃～85℃的熱去離子水漂洗半導(dǎo)體片。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于用大約1～15分鐘使臭氧擴(kuò)散到去離子水中。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于漂洗半導(dǎo)體片大約1～5分鐘。
10.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于上述有機(jī)物質(zhì)是光敏抗蝕劑。
11.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于去離子水的溫度大約為5℃～9℃。
12.一種從半導(dǎo)體片上除去有機(jī)物質(zhì)的方法，該方法包括將半導(dǎo)體片放置在盛有去離子水的槽中；在去離子水中擴(kuò)散臭氧；當(dāng)臭氧被去離子水吸收和形成的氣泡穿過(guò)去離子水時(shí)，與擴(kuò)散臭氧同時(shí)地用紫外光照射臭氧，使之生成能將有機(jī)物質(zhì)氧化成不溶性氣體的氧自由基和氯分子；將去離子水的溫度維持在大約1～15℃的溫度范圍內(nèi)；以及用去離子水漂洗半導(dǎo)體片。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于上述有機(jī)物質(zhì)是光敏抗蝕劑。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于從槽中排出不溶性氣體。
15.一種用于液體處理半導(dǎo)體片的處理槽，該槽帶有多個(gè)側(cè)壁和一個(gè)底部，該槽還包括與槽相連通的向槽提供液體的部件；在處理槽內(nèi)支承至少一片半導(dǎo)體片與液體相接觸的支承部件；與槽有連通的用于向槽內(nèi)通入氣體的部件；以及在槽中用于擴(kuò)散氣體的部件，使液體吸收氣體并與槽中放置的每一片半導(dǎo)體片的表面相接觸，上述擴(kuò)散氣體的部件有一個(gè)帶有可滲透部件和不可滲透部件的復(fù)合元件，上述可滲透部件有一個(gè)頂部和底部，一個(gè)在其中心部份限定了一個(gè)敞開(kāi)區(qū)域的部件，以及一個(gè)位于可滲透部件的頂部，在可滲透部件的外表面與限定敞開(kāi)區(qū)域的部件之間限定一溝槽的部件，上述不可滲透部件有一個(gè)在其中心部分限定一敞開(kāi)區(qū)域的部件，該部件與在可滲透部件中心部分限定一敞開(kāi)區(qū)域的部件相對(duì)應(yīng)，將可滲透部件與不可滲透部件接合在一起，使溝槽在可滲透部件的頂部敞開(kāi)，并用不可滲透部件遮蓋住，復(fù)合元件的設(shè)置應(yīng)使得可滲透部件的底部與槽的底部相連。
16.如權(quán)利要求15所述的處理槽，其特征在于可滲透部件和不可滲透部件含有聚四氟乙烯和全氟烷氧基乙烯醚的混合物。
17.如權(quán)利要求15所述的處理槽，其特征在于該處理槽有一個(gè)第一側(cè)壁和一個(gè)第二側(cè)壁，第一側(cè)壁在槽的頂部是垂直部分，在槽的底部是向里漸縮的部分，該漸縮的部分比垂直部分長(zhǎng)，第二側(cè)壁在槽的頂部是一垂直部分，在槽的底部是一向里漸縮的部分，該漸縮部分比垂直部分短。
18.如權(quán)利要求17所述的處理槽，其特征在于進(jìn)一步在槽第一側(cè)壁的向里漸縮部分上有一個(gè)大功率聲波發(fā)射器。
19.如權(quán)利要求18所述的處理槽，其特征在于進(jìn)一步在槽內(nèi)側(cè)在擴(kuò)散氣體的部件之上還有一紫外光源。
20.如權(quán)利要求19所述的處理槽，其特征在于通入氣體的部件設(shè)置在擴(kuò)散氣體的部件的下面，以使氣體向上噴入擴(kuò)散氣體的部件。
21.如權(quán)利要求20所述的處理槽，其持征在于向槽提供液體的部件使液體沿第一方向流動(dòng)，向槽中噴入氣體的部件沿第二方向噴入氣體，氣體與液體逆流流動(dòng)。
22.如權(quán)利要求15所述的處理槽，其特征在于向槽中噴入氣體的部件要么單獨(dú)噴入一種氣體，要么與一種或多種不同的氣體一起噴入。
23.一種在半導(dǎo)體片的液體處理槽中使用的氣體擴(kuò)散器，包括一個(gè)帶有可滲透部件和不可滲透部件的復(fù)合元件，上述可滲透部件具有一個(gè)頂部和底部，一個(gè)在其中心部分限定一個(gè)敞開(kāi)區(qū)域的部件，以及一個(gè)位于可滲透部件的頂部，在可滲透部件的外表面與限定敞開(kāi)區(qū)域的部件之間限定一溝槽的部件，上述不可滲透部件具有一在其中心部分限定敞開(kāi)區(qū)域的部件，該部件與在可滲透部件中心部件限定敞開(kāi)區(qū)域的部件相對(duì)應(yīng)，將可滲透部件與不可滲透部件接合在一起，使溝槽在可滲透部件的頂部敞開(kāi)，并用不可滲透部件遮蓋住，復(fù)合元件的設(shè)置應(yīng)使得可滲透部件的底部與槽的底部相連。
24.如權(quán)利要求23所述的氣體擴(kuò)散器，其特征在于可滲透部件和不可滲透部件兩者都含有聚四氟乙烯和全氟烷氧基乙烯醚的混合物。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種從半導(dǎo)體片上去除有機(jī)物質(zhì)的方法。該方法包括使用吸收有臭氧的低于室溫的去離子水。臭氧化的水流過(guò)半導(dǎo)體片，臭氧將半導(dǎo)體片上的有機(jī)物質(zhì)氧化成不溶性氣體。通過(guò)在盛有半導(dǎo)體片和低于室溫的去離子水的處理槽中擴(kuò)散臭氧，可就地制備臭氧化的水。本發(fā)明還提供了一種用液體處理半導(dǎo)體片(14)的處理槽(13)以及在處理槽(13)中的液體中直接擴(kuò)散氣體的氣體擴(kuò)散器(4)。
文檔編號(hào)B65D85/84GK1127569SQ9419279
公開(kāi)日1996年7月24日 申請(qǐng)日期1994年7月15日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月16日
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