CN1145691A - 化学处理基片的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

在一种化学处理基片的方法中，至少将一块基片顺次经过化学处理、洗涤和干燥，以及一种为完成化学处理的装置，分别达到了工序的合理化，特别是达到减少占地面积，减少基片污染，并由于化学处理和洗涤是在同一个容器中进行，最终省去使用贮运基片的盒子或类似的装置。

Description

化学处理基片的方法和装置
本发明涉及一种化学处理基片的方法，其中至少一块基片顺次经过化学处理、洗涤和干燥，并且涉及一种完成上述化学处理的装置。
迄今，自动化的湿法处理装置具有一系列的槽或容器来完成这种湿法化学处理工序。基片，例如硅晶片，在经过某些化学工艺系列后分别浸入洗涤或冲洗槽中，最后干燥。
基片的干燥，可以用例如离心机进行，但也可以在基片从洗涤槽中缓慢移出的过程中进行。
在欧洲专利文献0385536中已发表过称为Marangoni的干燥器。在该专利公开的方法中，除了从浴槽中缓慢移出基片之外，还对基片施加蒸汽，该蒸汽不在基片上凝结而是扩散进入液体中。在基片表面的弯液面上会产生浓度梯度，从而形成表面张力梯度。该梯度促使液体脱离基片进入溶液中(Marangoni效应)，而导致基片干燥后不留下残余物。
美国专利4,722,752发表了一种冲洗和干燥晶片的装置和方法，该晶片被封装在一个盒子中，晶片与盒子分开并从冲洗槽中取出，然后再放入也已缓慢取出并干燥了的盒子中。
所描述的装置和方法具有如下的缺点：在所有的情况下，冲洗槽均与其他工艺贮槽分开，且只用于冲洗基片。然而，专用的和分开的冲洗槽意味着会增加占地面积。此外，基片必须从化学处理液中取出而进入空气中，继而又必须再放入冲洗液中，这会造成众所周知的基片被粒子污染的不良影响。对于例如经HF处理后的疏水表面，这种不良影响尤为明显。而且，基片从各种化学处理浴槽中分别放入和移出以及冲洗步骤等，均导致增加时间消耗。此外，各种已知的装置和方法总是需要用盒子(运载器)来贮运基片。
因此，本发明的一个目的在于提供一种湿法化学处理方法和为这种方法提供的一种装置，即在一个自动化湿法处理装置中既可缩短操作工序，又能节省时间和空间。本发明的另一个目的是减少基片在湿法化学处理工序中的污染。最后，本发明的另一个目的是将基片放入和移出贮槽时不用盒子或类似的贮运装置。
通过在同一个贮槽中进行化学处理和洗涤工艺，创造性地实现了本发明的目的。
有利的是，通过添加化学处理液以及用另一种化学处理液取代(或部分取代)和/或用洗涤液取代化学处理液，在同一容器中完成化学处理和洗涤过程。优选在按顺序进行的化学工艺中，在更换新的化学处理液之前，先引入冲洗液，或将基片从容器中移出并同时干燥。随后，用新的化学处理液取代冲洗液，并把基片重新放入容器中。
在本发明的一个优选的实施方案中，干燥工艺是在基片从冲洗液或洗涤液中移出的过程中进行。通常是使基片从冲洗液或洗涤液中缓慢移出。
为了使干燥工艺更有效，最好对基片施加不凝结在基片上但与洗涤液混合的蒸汽。优选该混合液比冲洗液或洗涤液具有更小的表面张力，这意味着提供一个力，迫使附着于基片上的洗涤液返回到容器中。
在一个优选的实施方案中，用洗涤液代替化学处理液是通过置换方法进行的。如果先排放化学处理液，然后引入冲洗液或洗涤液，会增加基片受空气中粒子的污染。一种液体用另一种液体例如洗涤液置换，其优点是基片无需穿过相界面而且不会暴露在空气中。当然，在洗涤步骤之前，也可将几种化学处理液顺次用置换方法进行取代。特别是用新的化学处理液取代时，可以采取部分取代，即混合。
优选在将洗涤液导入容器的同时排放化学处理液和洗涤液的混合物。
冲洗液或洗涤液的导入和化学处理液的排放优选在容器的不同部位进行。这是一种流体用另一种流体置换的最佳方式。
洗涤液的引入最好在容器的底部进行，而混合物则通过溢流排放。这种排放方法不需要附加的泵送装置。通过在容器底部，即远离排放位置引入，就可以最少量地排放引入的洗涤液。根据重力，这种安排还可能更有利，例如再加上温度梯度。从经济上和节约时间上考虑都是有利的。
在本发明的一个优选的实施方案中，化学处理液是稀释的氢氟酸。它用来除去基片表面的氧化物层，并提供疏水的、氢钝化的表面，这是某些后续工艺所要求的。
在本发明的另一个优选的实施方案中，化学处理流体是臭氧。例如，为清洁目的用HF处理之后，希望在基片表面上再次生长出化学氧化物并由此提供亲水表面时，就用臭氧处理。
此外，本发明的目的是这样创造性地达到的，即在至少一块基片分别放入和/或移出容器的方法中，基片在容器内由一种接受器固定，并由该接受器放入和移出。
本发明的一个优点是，为了放入和移出基片，不再需要存放基片用的盒子。也就是，本发明的方法不需要运载器。因此，避免了与干燥步骤有关的运载器的已知缺点(在基片与运载器接触的位置不干燥)。本发明的接受装置不是一种运载器，而是可将一块或几块基片来回移动的简单支架。无运载器干燥不仅免去运载器干燥的步骤，而且就冲洗或洗涤工艺而言，还减少了所需要的时间以及冲洗液或洗涤液的消耗。进入干燥器的化学药品的夹带量也因无运载器而减少。
有利的是，该接受装置由分两部分的支架和一个独立的可垂直移动的刀片组成。
优选该接受装置可将基片从容器中移出到这样一个位置，在该位置基片可以通过安排在罩子内部相对两侧的定位装置定位和固定。
在一个优选的实施方案中，提供一种可移动的支座，该支座使基片从容器中移出后，保持在容器上方的干燥位置。可移动支座在罩子底下以及在罩子内是这样设计的，当基片固定在可移动支座上时，罩子可以打开或关闭而没有困难或不会改变基片的位置。这种可移动支座总是干燥的，且只与已经干燥了的基片接触。
有利的是，本发明的方法提供使用超声波和强声波(megasound)增强对基片的洗涤和清洁。为此，该容器装备了压电元件，以产生清洁基片的声波。在这方面“强声波***”的优点是，用本发明的方法能使基片的粒子污染减少至最小，而使基片获得极其彻底的清洁。
本发明的目的通过一个化学处理装置也创造性地达到了，该装置包括：
-将流体引入容器的引入装置；
-将流体从容器中排放的排放装置；
-基片的接受装置。
除了该(内)容器之外，优选在其外侧增加一个外容器，用作例如保险贮槽。
为了使被取代的液体能均匀地溢流，安装调平螺旋以利于将容器调节到水平位置。
优选在容器底部安装扩散器作为流体的引入装置。这对于例如前述臭氧(O3)的输送是适合的。
如果输送液体，例如稀释的盐酸，将一台与导入装置连接的泵安装在容器底部是适合的。
在一个优选的实施方案中，为了防止容器和干燥了的基片受粒子污染，也为了在容器上方区域提供密封的蒸汽气氛，在容器上方安装一个罩子。为了引入蒸汽，该罩子内装备一个集成的分布器，即一块与该罩子结为一体的多孔分布板，以便引入和分布IPA(异丙醇)/N2混合物。以这种方法，在加工室内产生的蒸汽气氛对所有基片都均匀一致，因而对每块晶片的加工条件都相同。IPA与氮气的混合在鼓泡室中进行。
优选的是，基片在容器内由接受器固定，该接受器包括称为刀片的刀形部件，以及例如两个支架。刀片和支架彼此可相对移动，且刀片有利地位于两个支架之间。支架位于容器之内，而刀片可以从液体中移出。
在本发明的一个优选的实施方案中，容器上方的罩子内装有定位装置。该定位装置在相对排列的两侧与该罩子的内侧良好地连接，将基片，例如硅晶片定位和固定。该定位装置连接到罩子的相对两侧。它是槽形的以便接受许多基片。因此，可以不用固定基片的盒子。
罩子内的定位装置优选是两部分结构的，为了便于接受基片，该装置的至少一边是倾斜的。
有利的是，定位装置的至少一部分具有倾斜边，以便容易接受基片。这也简化了罩子的开和关。
在本发明的一个优选的实施方案中，提供一种可移动的支座，它可以从罩子下方和容器上方的外侧移到容器上方的一个位置。支座上有弧形槽。可移动支座和罩子内的接受装置，以及刀片与两个支架的组合都能独立地把基片固定。当基片停留在可移动支座的弧形槽处，以及被罩子内定位装置固定时，该罩子可以打开而不夹带基片。这时，基片仅固定在可移动的支座上直到操作者将其取出做下一步处理。
本发明以及进一步的发展和它的优点，将借助以下的一些实施方案和附图加以详细说明。这些附图示于：
图1.本发明装置的剖视图；
图2.本发明工序的第一步；
图3.本发明工序的第二步；
图4.本发明工序的第三步；
图5.本发明工序的第四步；
图6.本发明工序的第五步；
图7.本发明工序的第六步；
图8.本发明工序的第七步；
图9.本发明工序的第八步。
图1表示基片、特别是晶片2的湿法化学处理装置1。该装置1包括外容器5和内容器10。外容器5具有一个外环形室6和一个内环形室7。内容器10上方装备一个带开启装置13的罩子12，用来盖住内容器10。罩子12具有以扩散器板14为界的一个室，可以向其中引入例如IPA/N2混合物。内容器10包括位于其较低端的窄圆筒18。一个平头圆锥中间段20将内容器10的直径扩大为较宽的圆筒19。内容器10上端边缘是呈倾斜的外边缘23。这会改善容器10上边缘的溢流液体的性能。借助将内容器10连接到外容器5，并且排列在外容器的室7内的调平螺旋4调节内容器10的水平，以便保证该容器整个长度上的液体均匀溢流。内容器10在其底部11装有两个导入装置，彼此重叠排列的扩散器25和导入机构26。扩散器25经管线30连接到流体容器35，该容器优选装有臭氧(O3)。在该图中，臭氧流动方向由箭头指明。导入机构26经管线31与泵36连接。泵36可选择地分别从流体贮槽37或38经管线39或40泵送晶片2的化学处理流体，例如稀释的氢氟酸。图1中箭头表示泵送的流体在管线31中的流动方向。在内容器10中，右边和左边装备支架装置43、44，它们连接两个可在内容器10中沿垂直方向平行移动的固定装置46、47。右和左支架43、44有弧形缺口60、61，用以接受晶片2。两个支架43、44之间中心处有称为刀片42，即带有尖锐边缘的可伸长元件。刀片42是由例如石英玻璃制成的，且可不受右和左支架43、44的影响沿垂直方向移动。在图1中可以看到，刀片42已将晶片2从内容器10提升，且晶片2被内容器10上方的罩子12内的夹具51固定。定位装置或晶片接受器51类似于支架43、44，且有槽的形状，可以同时固定许多基片而无需盒子。为便于晶片2***定位装置51，该定位装置51的一个内侧边52是倾斜的。该晶片或晶片2由定位装置51定位和固定。外容器5在向上的方向由盖子8关闭，盖子8具有一个开口9。用作保险贮槽的外容器5由窄圆筒48连同中间部分50(呈中央圆形开口的圆盘形)与较宽的圆筒49连接而构成。较宽的圆筒49构成内环室7的外壳和外环室6的内壳，从该处溢流的流体可经开口9分别泵送和排放。
图2示出从图2到图9所代表的该工序的第一步。它表示用晶片2代表的一组晶片被夹具90送到该装置。与定位装置51相连接的罩子12已被自动圆柱15打开。刀片42以及右和左支架43、44准备接受晶片2。为此，将刀片42相对于支架43、44稍微降低，以使刀片42的尖端位于由弧形切口60、61所限定的环形线上，其后晶片2将停留在该处。
图3描述晶片2下降到内容器10中，内容器10中充满例如HF。
图4示出内容器10上方的罩子12被关上，借助刀片42以及右和左支架43、44以相同速度向下移动，晶片2则下降进入内容器10，接近中间段20水平的较低的位置。
图5示出晶片2的干燥步骤，即晶片2由内容器10中移出。创造性地，在图4和图5所代表的两个步骤之间，用另一种液体取代化学处理液体HF，最后一步优选引入洗涤液。优选地，在内容器10上方，将晶片暴露于蒸汽中，该蒸汽不凝结在晶片2上。然而，洗涤液与蒸汽的混合物具有比单独的洗涤液低的表面张力。在这一步，罩子12仍然处于关闭位置。有利的是，刀片42以恒定的速度向上移动，而两个支架43、44则以该速度的一半移动，因此，它们保持在后面。
在图6中，支架43和44已经停止，晶片2仅随刀片42进一步上升。图中示出，晶片2在仅由刀片42移出之前，仍然与容器10内的洗涤液接触。
在图7中，描绘了干燥工艺的结束，即晶片从内容器10中完全移出，并由刀片42和定位装置51固定。
图8示出在打开罩子12之前，可移动的支座70、71被引入到内容器10上方的空间，以便在罩子12打开时和打开后，即定位装置51移走之后，从晶片2下方固定。晶片2可以只由可移动的支座70、71固定，而不再需要刀片42、支架43、44和晶片定位装置51来固定晶片2。可移动的支座70、71上有弧形切口，以便将晶片2固定在其一定的位置上。图8还示出刀片42再按其低于右和左支架43、44的最初位置(参照图2)沉入内容器10中。
在图9中，罩子12被打开，且夹具90把晶片2从装置1中移出，以便进一步处理。图2到9表示一次循环过程。
借助一些优选实施方案对本发明进行了详细说明。然而，在不脱离本发明的实质的情况下，许多变化和其他的实施方案对本领域的技术人员是显而易见的。

Claims (31)

1.化学处理基片(2)的方法，其中至少将一块基片(2)顺次经化学处理、洗涤和干燥，其特征在于化学处理和洗涤是在同一个贮槽(10)中进行。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于贮槽(10)中的化学处理液用新的化学处理液和/或洗涤液取代或部分取代。
3.根据权利要求1和/或2的方法，其特征在于在基片(2)从洗涤液移出的过程中进行干燥处理。
4.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于所进行的干燥是通过基片从贮槽(10)中缓慢移出，和采用一种不凝结在基片(2)上而扩散进入洗涤液的蒸汽。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于蒸汽和洗涤液的混合物具有比洗涤液小的表面张力。
6.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于化学处理液用另一种化学处理液和/或洗涤液取代是通过置换方法进行的。
7。根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于洗涤液引入贮槽(10)与排放化学处理液的混合物或化学处理液和洗涤液的混合物同时进行。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于新的流体或洗涤液的引入和化学处理液的排放分别在贮槽(10)的不同部位进行。
9.根据权利要求7或8的方法，其特征在于新的流体或洗涤液的引入在贮槽(10)的底部进行。
10.根据权利要求7-9中任一项的方法，其特征在于混合液通过溢流排放。
11.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于化学处理液是稀释的氢氟酸。
12.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于化学处理流体是臭氧。
13.至少一块基片(2)放入和/或移出贮槽(10)的方法，其特征在于基片(2)放入和/或移出贮槽(10)的过程中由接受器(42、43、44)固定。
14.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于该接受器包括刀片(42)和支架(42、43)。
15.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于刀片(42)和支架(43、44)把基片提升到这种程度，即由罩子(12)内的定位装置(51)固定。
16.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于基片(2)移出之后，可移动支座(70、71)可以移到基片下面，并将其固定在该位置。
17.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于洗涤过程用强声波处理的方法增强。
18.为进行根据前述权利要求中任一项的方法的装置(1)，其特征在于：
将流体引入贮槽(10)的引入装置(25、30、31、35、36、37、38、49、40)；
-从贮槽(10)排放流体的装置(7、23)；和
-基片(2)的接受装置(42、43、44)。
19.根据权利要求17的装置(1)，其特征在于排放装置(7、23)是一种溢流装置(23)。
20.根据前述权利要求中任一项的装置(1)，其特征在于提供了一个外贮槽。
21.根据前述权利要求中任一项的装置(1)，其特征在于该装置具有调平螺旋，以使贮槽保持水平。
22.根据前述权利要求中任一项的装置(1)，其特征在于引入装置(25、30、31、35、36、37、38、49、40)包括一个扩散器(25)。
23.根据前述权利要求中任一项的装置(1)，其特征在于引入装置(25、30、31、35、36、37、38、49、40)是一台带有导入机构(26)的泵(36)。
24.根据前述权利要求中任一项的装置(1)，其特征在于贮槽(10)上方装备了一台汽化装置。
25.根据前述权利要求中任一项的装置(1)，其特征在于贮槽(10)和汽化装置的上方装备了罩子(12)。
26.根据前述权利要求中任一项的装置(1)，其特征在于基片(2)的接受装置(42、43、44)包括刀片(42)和支架(43、44)。
27.根据前述权利要求中任一项的装置(1)，其特征在于罩子(12)具有基片(2)的定位装置(51)。
28.根据前述权利要求中任一项的装置(1)，其特征在于定位装置(51)由两个部分组成，且从侧面固定基片(2)在其位置上。
29.根据前述权利要求中任一项的装置(1)，其特征在于定位装置(51)的至少一个部分具有倾斜边(52)。
30.根据前述权利要求中任一项的装置(1)，其特征在于贮槽(10)上方装备了支持基片(2)的可移动支座(70、71)，在基片(2)移出之后，该支座可以进入基片下方。
31.根据前述权利要求中任一项的装置(1)，其特征在于装备了强声波处理装置。
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