減輕緊鄰表面液體分散噴流之間交叉汙染的方法和裝置的製作方法

2023-05-20 11:27:36 2

專利名稱：減輕緊鄰表面液體分散噴流之間交叉汙染的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及微電子製造領域。更具體地，本發明涉及提高液體聚合物成品率和線寬性能的方法和裝置。
背景技術：
平版印刷工藝是半導體工業實現較小外形尺寸同時提高成品率的不斷發展的主要驅動力之一。更具體地，需要同時滿足改善臨界尺寸(CD)控制以及減小工藝引起的缺陷和微粒數量。
顯影流體模塊工藝(develop fluid module process)在日漸減小的線寬布線方面起到重要的作用。在顯影過程之前，通過照相平版印刷工藝步驟在防護膜上生成高和低溶解率的區域。在顯影過程中，轉移到防護膜上的圖像通過一個溼過程顯影成三維結構。隨後的刻蝕過程(通常是幹的)將此圖像轉移到基板上，基板可以是Si、SiO2、多晶Si等製成的。
有很多種好的顯影過程，一般包括兩個主要部分。在第一主要部分中，顯影流體在一個低速旋轉的晶片上分散，然後是靜態漿形成和長時間的靜止或振蕩步驟，該步驟中高溶解率區被腐蝕掉，在膜上形成三維圖像。形成的圖像質量、側壁角度大小以及CD控制，都受所述顯影過程第一部分的強烈影響。在顯影過程的第二部分中，化學溼刻蝕步驟之後，緊接著進行去離子(DI)水衝洗步驟，主要用於將溶解的防護和顯影流體混合物衝洗掉，使形成圖形的晶片上的微粒和缺陷數量減少到最低程度。因此，衝洗步驟在提高平版印刷工藝的成品率方面是一個非常關鍵的過程。
迄今為止，上述改善臨界尺寸控制、減少工藝引起的缺陷數量以及減少工藝引起的微粒數量的要求，仍未得到完全滿足。所需要的就是同時解決上述這些要求以及其它相關要求的方案。

發明內容
本發明涉及平版印刷系統中減少顯影過程中分散液體的交叉汙染的方法和裝置。本發明的基本目的是提高平版印刷工藝的成品率。本發明的另一個基本目的是提供改進的臨界尺寸(CD)控制能力。從而為晶片跟蹤工具系統的傳統顯影流體模塊中遇到的上述和其它問題提供解決方案。應該理解的是，下面說明內容中描述的實施例的特殊特徵可以單獨應用，或者與本發明的其它變化和特徵結合在一起。
本發明的第一個方面體現在基於通過減少pH值突變將顯影反應物沉澱減少到最低程度的方法的一個實施例，所述方法包括使用一定量的顯影劑流體在基板的至少一部分聚合物層上進行顯影；接著使所述一定量的顯影劑流體的至少一部分停留在所述聚合物上，從而可以控制性地將隨後出現的pH值突變減小到最低程度；以及接著用一定量的另一種流體衝洗所述聚合物。
本發明的第二個方面體現在基於通過減少pH值突變將顯影反應物沉澱減少到最低程度的方法的一個實施例，，所述方法包括使用一定初始量的顯影劑流體在基板的至少一部分聚合物層上進行顯影；接著用另外一定量的所述顯影劑流體衝洗所述聚合物，從而可以控制性地將隨後出現的pH值突變減小到最低程度；以及接著用一定量的另一種流體衝洗所述聚合物。
本發明的第三個方面體現在基於通過減少pH值突變將顯影反應物沉澱減少到最低程度的方法的一個實施例，所述方法包括使用一定量的顯影劑流體在基板的至少一部分聚合物層上進行顯影；接著使所述基板接觸一定量的緩衝劑，以使至少一部分所述顯影劑流體與至少一部分所述一定量的緩衝劑混合，從而可以控制性地將隨後出現的pH值突變減小到最低程度；以及接著用一定量的另一種流體衝洗所述聚合物。
本發明的第四個方面體現在基於將對基板上待顯影的聚合物層的流體衝擊力減小到最低程度的裝置的一個實施例，從而提高成品率和線寬控制性能，所述裝置包括噴嘴，該噴嘴包括適於供應流體的歧管；與所述歧管連接的多個流體導管；以及在所述多個流體導管內的多個管狀插頭。
本發明的第五個方面體現在基於將對基板上待顯影的聚合物層的流體衝擊力減小到最低程度的裝置的一個實施例，從而提高成品率和線寬控制性能，所述裝置包括噴嘴，該噴嘴包括適於供應顯影劑流體的顯影劑歧管；與所述顯影劑歧管連接的多個流體孔；適於供應衝洗流體的衝洗歧管；以及與所述顯影劑歧管連接的多個衝洗流體孔，其中所述顯影劑歧管和所述衝洗歧管交錯排列，以便減小所述噴嘴的外部寬度。
本發明的第六方面體現在基於將對基板上待顯影的聚合物層的流體衝擊力減小到最低程度的裝置的一個實施例，從而提高成品率和線寬控制性能，所述裝置包括噴嘴，該噴嘴包括適於供應顯影劑流體的顯影劑歧管；與所述顯影劑歧管連接的多個顯影劑流體孔；適於供應衝洗流體的衝洗歧管；與所述衝洗歧管連接的多個衝洗流體孔，並且所述多個衝洗流體孔的排列形成至少一根衝洗流體軸線，其中所述噴嘴連接到一個支架，該支架適合於相對於所述基板升高和降低所述噴嘴，並重新定位所述至少一根衝洗軸線，從而與所述基板中心的法線完全共面。
本發明的另外方面包括減輕緊鄰表面的液體分散噴流之間的交叉汙染。
本發明提供的一些優點包括通過使用具有多散布噴嘴的新型多口輸送裝置，減少在照相平版印刷步驟中使用的液體聚合物顯影過程中的缺陷密度。這裡的多口輸送裝置的重要方面是，它們能減小液滴衝擊。此裝置由於具有優良的衝洗動作，能夠明顯減少缺陷密度。另外，除衝洗流體外，此多口噴嘴系統還允許使用兩種或多種不同的顯影劑流體化學物，而不產生或者減少了交叉汙染。這些同時輸送顯影劑流體和去離子水或其它物質的系統，能減少分散流體的衝擊力，從而防止圖案損壞，否則在要求小的外形尺寸的應用中，這將造成嚴重的生產管理問題。並且，所述輸送系統可以結合到或裝在晶片跟蹤系統的顯影劑流體模塊中，其中需要存在均勻的空氣層流場作為先決條件。在這種應用中，本發明可以以包含幾個概念而分類，包括(1)多口噴嘴系統，支持散布兩種或多種不同的顯影劑流體，而不發生任何交叉汙染；(2)具有相同或相似幾何形狀的第二多口噴嘴系統，可以在衝洗步驟中用於散布另一種液體，例如去離子水；以及(3)實現概念(1)或概念(2)，支持散布兩種化學成分顯影劑流體同時在整個顯影過程中滿足低衝擊的需要。本發明還包括減小可能的臨界尺寸(CD)變化，這歸功於顯影劑流體模塊，它在暴露的晶片上均勻地散布顯影劑流體。當這裡提供的這些步驟和裝置應用於晶片跟蹤系統的顯影劑流體模塊時，提高了晶片跟蹤系統的整體CD控制能力。跟蹤系統還可連接到步進器和其它傳統的晶片處理模塊或系統。應該理解的是，這裡所用的術語連接，可以定義為多個系統組件之間的互相連接，但不一定是直接地連接，也不一定是機械地連接。
當結合下面的描述和附圖進行考慮時，本發明的其它目的和優點可以更好理解和明白。雖然下面的描述可能包括描述本發明特定實施例的具體細節，但這不能認為是對本發明範圍的限制，而是優選實施例的範例。對於本發明的每一個方面，都可以有很多變化，如同這裡建議的，這是本領域內的一般技術人員公知的。在不偏離本發明的精神的條件下，可以在本發明的範圍內做出很多變化和修改，本發明包括所有這些修改。


對構成本發明的優點和特徵的清楚了解，包括本發明提供的模型系統的組件和操作，可以通過參考形成本說明書一部分的附圖中所示的示例和相應的非限制性的實施例而變得更加明白。應該理解的是，相同或相似的參考數字和文字，當它們出現在一個以上的視圖或圖形中時，代表相同或相似的零件。還應注意的是，附圖所示的部件不一定按比例圖示。
圖1是根據本發明一個實施例的、多口噴嘴的底部透視圖；圖2是根據本發明另一個實施例的、多口噴嘴的頂部透視圖；圖3是圖2所示的多口噴嘴的剖視圖；圖4是根據本發明又一個實施例的、多口噴嘴的頂視圖；圖5是圖4所示的多口噴嘴的端視圖；圖6是圖4所示的多口噴嘴沿噴嘴內形成的歧管的剖面線A-A的剖視圖；圖7是圖4所示的多口噴嘴的底視圖；圖8是圖4所示的多口噴嘴的透視圖；圖9是圖4所示的多口噴嘴沿剖面線B-B的剖視圖；圖10是圖4所示的多口噴嘴沿剖面線C-C的剖視圖；圖11是圖4所示的多口噴嘴沿剖面線D-D的剖視圖；圖12A是根據本發明一個實施例的、噴嘴或管狀插頭的端視圖；圖12B是圖12A所示的噴嘴插頭的剖視圖；圖13A是根據本發明另一個實施例的、另一個噴嘴或管狀插頭的端視圖；圖13B是圖13A所示的噴嘴插頭的剖視圖；圖14是圖4所示的多口噴嘴沿剖面線A-A的透視剖視圖；圖15表示根據本發明一個實施例的、顯影劑軸線偏移0mm時顯影速度與距離基板中心距離的函數關係；圖16表示根據本發明另一個實施例的、顯影劑軸線偏移5mm時顯影速度與距離基板中心距離的函數關係；
圖17表示根據本發明再一個實施例的、顯影劑軸線偏移10mm時顯影速度與距離基板中心距離的函數關係；圖18表示根據本發明又一個實施例的、顯影劑軸線偏移20mm時顯影速度與距離基板中心距離的函數關係；圖19A-19D表示根據本發明一個實施例的、顯影劑軸線偏移0mm時顯影速度與基板上空間位置的函數關係；圖20A-20D表示根據本發明另一個實施例的、顯影劑軸線偏移5mm時顯影速度與基板上空間位置的函數關係；圖21A-21D表示根據本發明再一個實施例的、顯影劑軸線偏移10mm時顯影速度與基板上空間位置的函數關係；圖22A-22D表示根據本發明又一個實施例的、顯影劑軸線偏移20mm時顯影速度與基板上空間位置的函數關係；圖23是具有氣孔的多口噴嘴的底視圖，其中氣孔發出壓縮氣體，有助於減少分散流體的交叉汙染以及流體在噴嘴底部表面上的不需要的聚集；圖24-25是在噴嘴頂面上形成三個入口以處理不同尺寸的晶片基板的多口噴嘴的底視圖；圖26A-B是另一個多口噴嘴的側視圖，其中在噴嘴主體的端面上形成鏜孔的流體孔，所述流體孔可以蓋住或塞住，用於引導分散液體和壓縮氣體；圖27-31是圖23所示的多口噴嘴分別沿剖面線A-A到E-E的剖視圖；圖32是圖23所示的噴嘴的透視圖；圖33是可以選擇用於移動和支撐這裡提供的各種噴嘴的機械臂裝配的簡化側視圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖所示的示例性實施例，更詳盡地解釋本發明的各種特徵和優點。可以理解的是，下面將省略公知的組件和處理技術的描述，以便在細節上不對本發明造成不必要的模糊。
圖1表示本發明的一個實施例，其中具有液體散布噴嘴100，用於分散單個化學流體。噴嘴100可以具有的從正面105到背面測量的最大寬度等於接收分散流體的半導體基板晶片的半徑。如同這裡描述的本發明其它變化，噴嘴100的寬度和其它相關尺寸可以修改應用於特定應用。噴嘴100也可以包括主臂110，該主臂10具有多個沿相對於噴嘴100底面115的垂直軸對齊的導管。入口歧管130接收流入的流體，接著流體通過噴嘴散布，並通過多個出口101流到旋轉的晶片上。在此實施例中，圖示的出口101在主臂110的寬度上排成直線。噴嘴100的寬度使得在晶片完整旋轉一周時分散流體覆蓋整個晶片。同樣地，噴嘴100提供流體的均勻和快速散布，這對於顯影流體應用是改善臨界尺寸(CD)控制的一個關鍵要求。應該理解的是，本發明的這個和其它實施例應用的技術範圍或領域包括微結構或微電子結構的照相平版印刷工藝。這些結構通常是通過將所關注的沉積聚合物作為遮掩起到防護所述結構的局部的作用，使其保持至少較大程度上不被蝕刻劑腐蝕，從而蝕刻並形成的。被顯影的聚合物可以是負的和/或正的光致抗蝕劑。本發明也可以使用數據處理方法，將表徵聚合物處理狀態的信號轉換，從而促動分立的互相連接的硬體元件或子系統，以便執行一定的功能，例如噴嘴的重新定位或改變所需的旋轉速度。
圖2表示本發明的另一個實施例，其中提供多口噴嘴200，它具有入口歧管230，用於接收一種或兩種化學成分不同的流體。所述入口歧管230可以具有入口隔板335，將進入歧管的流入流體流分離或分開。從而，來自入口歧管的選擇的流體可以在第一臂210和第二臂220之間散布。根據所選擇的噴嘴200的應用，每個臂210和220可以具有不同或相同排列的出口301(如圖3所示)。噴嘴200在正面205與背面之間的寬度也可以等於基板晶片的直徑，從而允許在晶片完整旋轉一周時使分散流體覆蓋整個晶片。
圖3是噴嘴200的剖視圖，顯示了入口歧管230被分開以優選地接收化學成分不同的兩種流體，例如顯影流體和去離子水(DI)。隔板335將入口歧管230中的流體流分開。圖3表示入口歧管230將一種流體流引導到第一入口通道340中。第一入口通道340包括彎道342，與第一臂210中的第一管狀插頭或導管345結合。歧管230將另一流體流引導到第二入口通道360中。第二入口通道360包括彎道362，與第二臂220中的第二管狀插頭365結合。優選地，噴嘴200底面380上的出口301在噴嘴200的寬度上排成直線，但是另外的排列也是可以的，這將在下面進一步描述。因此，噴嘴200的結構適應於具有溫度控制的兩種不同化學成分顯影劑流體的應用，而在散布過程中不產生任何交叉汙染。但是，噴嘴200適於允許去離子水散布與顯影流體散布一起進行或者分開單獨進行。應該理解的是，噴嘴200或者其類似的變化，也可以應用於一種化學成分的顯影劑流體或者兩種化學成分的顯影劑流體。
與本發明這個方面相關的重要特徵是，與單孔噴嘴相比，該噴嘴產生的衝擊力明顯減小，這至少部分是由於其多口特徵或性質。減小衝擊力對於更小的CD尺寸，更小CD尺寸趨於具有高的長寬比，而這將導致它們易於產生由於流體衝擊而引起的圖案毀壞。本發明的實施例還可以同時減小顯影劑流體和去離子水的衝擊力。因此，整個顯影過程中的衝擊力可以減小到最低程度，以確保一種形成更小外形尺寸圖案並具有相對於本領域中公知的其它方法更高的成品率的可靠方法。這裡的多口噴嘴的其它明顯優點是，當用於同時散布顯影劑流體和去離子水時，多口噴嘴增大了處理範圍。另外，這些多口噴嘴的改進的流體輸送和散布能力，確保了機械過程參數變量(如旋轉速度和流體散布速度)在整個工藝過程中更好的適應性。本發明提供的再一個附加的優點是，其具有在保持CD控制以及優良的缺陷和粒子性能的同時減小總顯影過程時間的潛在能力。
圖4表示本發明的另一個實施例，其中多口噴嘴400可以散布一種或兩種顯影流體和/或去離子水。噴嘴400優選地散布兩種顯影流體和去離子水，從而通過將噴嘴400定位在基板晶片上方一個位置即可完成所有散布。噴嘴400的頭部420包括頂面425，上面有三個入口或入口歧管，用於接收分散流體和/或去離子水。如圖4所示，一個優選的噴嘴排列包括用於第一顯影流體的第一入口405、用於去離子水的第二入口410以及用於第二顯影流體的第三入口415。優選地，所述入口中的兩個或更多可以在頂面425上交錯排列，以便節約空間並減小噴嘴400的總寬度和尺寸。第一入口405可以與第三入口415交錯排列，第二入口在第一入口405和第三入口415之間中心定位和/或偏移一側。可以理解的是，入口不必形成交錯排列的結構，並可以形成在噴嘴的不同區域上。
圖5表示頭部420的端面520，它可以形成內部的歧管，這在圖中顯示為鏜孔的室，與圖4所示的每個入口相通或對應於每個入口。端面520優選地包括與用於第一顯影流體的第一入口405結合或相通的第一歧管505，與用於去離子水的第二入口410結合或相通的第二歧管510，以及與用於第二顯影流體的第三入口415結合或相通的第三歧管515。每個所述歧管可以包括一系列的一個或多個管狀插頭650，從每個對應的歧管中散布流體。為了進一步減小噴嘴的尺寸，在端面520上，所述歧管中的兩個或多個可以彼此相互交錯排列。優選地，第一歧管510位於端面520中間，第二歧管510和第三歧管515對稱地分布在第一歧管505的兩側，呈圖示的三角形方式。因此，本發明的另一個方面涉及多個工作流體歧管的交錯排列。與徑向孔的內部非交錯排列、非相互交叉的結構相比，通過交錯排列工作流體歧管，歧管的主軸可以彼此靠得更近。因此，多口噴嘴的總寬度變小或變窄。即使僅有兩個歧管時，交錯排列歧管也是有用的，特別是由於功能上需要各開口之間靜壓力相等而增大歧管範圍內形成的體積時。
圖6是圖4所示噴嘴頭部420沿第三歧管515的縱向長度A-A的剖視圖。第三歧管515可以包括多個沿垂直軸貫穿底面680垂直打孔的導管670。第三歧管515的結構，優選地與第一歧管505和/或第二歧管510相同，下面將詳細地描述這些歧管代表性實施例。如同參考第三歧管515所示例的，歧管中形成的每個導管670可以包括一個或多個管狀插頭650，每個管狀插頭650具有內端660和外端655。優選地，每個管狀插頭650的內端660，從歧管壁或表面向內伸出一定距離或高度到第三歧管515內。進入第三歧管515的流體不會排出，除非第三歧管515內的流體高度累積到超過內端660的高度。這樣，內端660可以形成蓄液池，從管狀插頭650的內端660到歧管底面665確定了其深度。以這種方式，內端660的高度也可用於保持第三歧管615內的靜壓力穩定不變，或者與相應的流體導管670的靜壓力相等。管狀插頭650的外端655可以同樣地伸到噴嘴400的底面680以外。
所述管狀插頭650可以被形成為提供非常光滑的內表面，以便減小或去除表面缺陷，否則這些缺陷可以錯誤地引導顯影流體或去離子水的流動。光滑表面的管狀插頭650還可以避免氣泡的吸回，因為管狀插頭內的液-氣界面可以控制。管狀插頭650還在歧管內部和噴嘴外部提供薄的徑向邊緣，該徑向邊緣減小了管狀插頭可能接觸從其中流過的流體的面積。這使得噴嘴400避免了與接觸導管的顯影流體和/或去離子水流體流有關的問題，例如流體粘著或者導致流體流離開中心的其它問題。外端655也充分地伸出噴嘴400以外，有助於避免流體流在底面680上被牽引在一起。
如同在此描述的其它實施例一起，所述的單個多口噴嘴可以通過成行的孔散布化學成分不同的兩種顯影流體，以及一種衝洗的去離子水(DI)，所述成行的孔精心布設，從而使得在基板晶片上方一個的頭部位置即可完成所有的散布。這允許使用旋轉圓柱促動器以將所述頭部從排液位置運動到單獨散布位置，而需要進一步的伺服定位控制。DI行的孔位於中間，用於衝洗整個晶片。顯影劑行優選地偏移5mm，因為下面進一步討論的處理數據表明顯影成分偏移5mm改善了處理結果。並且，散布孔可以包括具有小半徑末端的壓入管。這些管至少有兩種特點能產生益處。首先，小半徑的末端使得幾乎沒有表面受液體粘著。在所述噴嘴的底面上的任何液體粘著都可能導致分散的液流偏離中心。在噴嘴底面水平面上殘留的液體可以導致兩股液流匯合成一股相對較大的液流，這也是公知的。當在頭部的不同化學成分液體之間沒有汙染的關鍵問題解決時，這就特別成為問題。其次，所形成的管端具有徑向邊緣或末端，如同具有壓入管，可以允許非常光滑的內表面並且基本消除導致流體粘著的異常。一般地，微小的表面異常可以導致液流被錯誤導向。粗糙的表面也導致不可控的流體粘著，造成化學液體乾燥和汙染。由於液-氣界面形狀得到良好控制，從而減小了吸回氣泡的機率。增壓孔的位置可以交錯排列，使被保持的顯影劑偏移5mm，並使三個流體行在1.5英寸寬的頭部上。所有孔可以沿單件的散布頭部精心布設。可以理解的是，根據本發明，對於特定的應用，這些結構和尺寸可以修改。
圖7表示沿噴嘴400底面680形成的出口的優選排列。所述出口可以排成圖示的直線，或者交錯排列，減小佔據的空間大小或節省房間。如圖所示的本發明這個實施例，通過延伸的管狀插頭末端形成的出口701的中間行710，可以連接到或者通向第二歧管510，在被衝洗的整個待處理的晶片基板上散布去離子水。出口的其他行705和715可以分別連接到第一歧管505和第三歧管515，用於散布至少一種(優選地兩種)顯影流體。如同在此描述的本發明的其它實施例一樣，此多口噴嘴的設計實現了將顯影劑流體和去離子水都散布到基板上被顯影的聚合物層上。噴嘴具有的出口幾何形狀被排列為使其提供最佳的空間流體流動速度，同時將液滴減小到最低程度。本發明通過減小液體對膜的衝擊力，進一步有助於防止一個顯影的防護結構或多個結構的塌陷。多口噴嘴在其噴嘴主體中形成的孔中的至少一個或多個中可以包括噴嘴插頭或管狀插頭。製造插頭所用的材料，相對於噴嘴工作流體，應具有低的摩擦係數(靜態的或動態的)。另外，本發明的這個所述的實施例包括這樣的插頭，它們具有延伸出其所處的噴嘴主體材料外的部分。此延伸可以從內部看到，在此處插頭伸入輸入歧管的內部區域。此延伸也可以從外部看到，在此處插頭伸出噴嘴主體的底部。插頭向內伸出噴嘴主體的優點在於，使內部歧管起到空氣均衡蓄液池的功能，從而影響埠之間靜態壓力的均衡。同時，插頭向外伸出的優點在於防止殘餘的工作流體在噴嘴主體外部底面上積累，儘管存在通過倒轉工作流體的壓力達到吸回而減輕這種殘液積累的其它工作嘗試。
圖8表示噴嘴400的透視圖，其中具有交錯排列的或偏移的入口405、410和415。噴嘴400也可以設計成在第一縱向末端820上由可鉸接安裝支架容納，以將噴嘴固定在一個臂上或位於基板晶片上方。噴嘴也是比較緊湊的，從頂面425到底面的優選垂直高度為1.5英寸。應該理解的是，本發明的這個實施例以及其它實施例的各個尺寸，根據所選擇的工藝或應用可以變化。
圖9是噴嘴400沿圖4中線B-B的剖視圖。圖示的噴嘴400包括連接到多個第一管狀插頭650A的第一歧管505。同樣地，第二歧管510連接到多個第二管狀插頭650B，第三歧管515連接到多個第三管狀插頭650C。多個第一、第二和第三管狀插頭650A-C優選地向內伸入相應的第一、第二和第三歧管505、510和515，從而每組管狀插頭的內部延伸660A-C在相應的歧管內形成蓄液池。歧管505、510和515內的每個蓄液池的高度，可以由相應的內部延伸660A-C長度單獨地設定，如同後面的文字以及下面的附圖(見圖12-13)中的描述。
圖10是噴嘴400沿圖4中線C-C的另一剖視圖。如圖所示，每個入口可以使用一個或多個室與所示的歧管連接，所述室與每個相應的歧管相關或相通或形成其中一部分。如圖10所示，第一入口405通過第一入口室1005連接到第一歧管505，第三入口415通過第三入口室1015連接到第三歧管515。第二歧管510也可以在第一歧管505和第三歧管515之間並與之基本平行地沿所述噴嘴主體預定的長度延伸。多個管狀插頭650A-C可以定位在噴嘴主體內以提供流體通道，用於從它們各自的歧管中導出的分散液體的輸送並排出噴嘴400。
圖11是噴嘴400沿圖4中線D-D的又一個剖視圖。如同其它的入口和歧管一樣，第二入口410，如圖所示，可以通過第二入口室1010連接到第二歧管510。但是，應該理解的是，本發明的其它實施例可以包括額外的入口，使用如圖所示的相似結構連接到多個相應的歧管，入口也可以連接到相應的入口室。並且，如同本發明此實施例的其它視圖，圖11也表示管狀插頭650A-C的另一個透視圖，管狀插頭650A-C從噴嘴400的底面680伸出，避免從每個不同歧管的成行的管狀插頭中噴出的液體流混合堵塞。
圖12A-B表示根據本發明這個方面的、可以用於多口噴嘴的管狀插頭650A的一個實施例。如圖12A所示，管狀插頭650A可以包括基本圓形的截面1210A。但是，本發明的其它實施例可以形成非圓形的截面，包括方形或多邊形幾何形狀。具有這種或其它結構的插頭，可以選擇用於執行將歧管的流體以相對平行的互不幹擾的液體流輸送出噴嘴主體的功能。並且，管狀插頭650A的高度是通過保持管狀插頭的歧管的垂直位置或者是通過管狀插頭的內末端660A形成的蓄液池的所需高度而設定的。圖12B表示具有相對較短高度的管狀插頭650A，用於靠近噴嘴400的底面680的歧管，如第一歧管505或第三歧管515。但是這種管狀插頭650A的總高度或長度，根據諸如以下的一些因素可以變化噴嘴的總體尺寸和高度，插頭離開噴嘴底面的所需外部延伸，以及在特定歧管內形成的蓄液池的所需高度。管狀插頭650A也可以用於在離開噴嘴底面較遠的歧管內形成較淺的蓄液池，如第二歧管510。
圖13A-B表示又一個管狀插頭，它可以結合於這裡的散布噴嘴頭部。如同本發明的前述實施例，管狀插頭650B可以包括基本圓形的截面1210B，如圖13A所示，但也可以形成其它的形狀，如這裡所述的其它歧管插頭。並且，管狀插頭650B也可以形成比如圖12A-B所示的插頭650A更長的長度。較長的插頭可以優選地用於沿噴嘴主體形成的歧管，這種歧管與其它歧管相比，距離噴嘴底面680的距離較遠。這樣，管狀插頭650B對於諸如第二歧管510這樣的歧管是優選的。圖13B所示的管狀插頭650B也可以用於在第一歧管505或第三歧管515內形成相對更深的蓄液池。對於深度或高度為1.5英寸的最佳噴嘴，管狀插頭的長度可以在0.352英寸到0.665英寸的範圍內，分別如圖12B和13B所示。
圖14是噴嘴400的剖面透視圖。圖示的第一入口405和第二入口410，在噴嘴400的頂面425上面是偏離中心的或交錯排列的。端面520包括第一歧管505和第二歧管510。第二歧管510可以看作是本實施例中其它歧管的示例，並將在下面更詳細地進行描述。第二歧管510包括擴大的室1410。擴大的室1410與形成第二歧管510其餘部分的鏜孔部分1420結合。第二入口室1010將第二入口410與第二歧管510連接。管狀插頭650B延伸通過導管，使外端655伸出底面680以外。同樣地，內端660在第二歧管底面665以上形成一定高度，或者超出一定高度，從而當第二歧管510接收流體時在其中形成一定深度的蓄液池。以這種方式，可以通過第二入口410接收流體，如去離子水，並且這些流體通過第二歧管510的所述鏜孔部分1420流動。在流體的高度超過插頭高度1430之前，流體在第二歧管510內形成蓄液池。一旦流體高度超過或高於插頭高度1430，則流體通過內端660進入管狀插頭650B，並在外端655中流動並排出而離開噴嘴，流體噴流流向晶片基板。噴嘴400形成的流出可以散布液體，如去離子水，以提供衝洗流體的良好流出。
本發明的另一個方面基於散布顯影流體以使顯影反應物的沉澱最小的方法而實施。這可以通過這裡提供的多口噴嘴實現。例如，這裡提供的一種方法，通過減小pH值的突變，使顯影反應物的沉澱最小。一部分聚合物層開始可以用一定量的顯影劑流體在基板上顯影。這部分顯影劑流體可以停留在聚合物上，從而可控地將pH值的突變減小到最低程度。此後可以用一定量的另一種流體衝洗聚合物。在本發明的另一個實施例中，可以用另外的一部分附加顯影劑流體衝洗開初的部分顯影劑流體，從而可控地將pH值的突變減小到最低程度。同樣地，可以用一定量的另一種流體衝洗聚合物。在通過減小pH值突變將顯影反應物的沉澱減小到最低程度的本發明另一個實施例中，可以執行下面的步驟(1)用一定量顯影劑流體顯影基板上的至少一部分聚合物層；(2)將基板接觸一定量的緩衝劑，從而使至少一部分的顯影劑流體與至少一部分的所述用量的緩衝劑混合，從而可控地將pH值的隨後突變減小到最低程度；以及(3)隨後用一定量的另一種流體衝洗聚合物。本發明的這個方面可以有助於防止一個顯影的防護結構或多個結構塌陷，這至少是部分由於減小了pH值的突變。這裡用於表示pH值變化的術語「突變」可以定義為pH值隨時間的變化，包括間隔時間段小於約1.0秒的兩個拐點，優選地小於約0.1秒，更優選地小於約0.01秒。幾乎同時出現的兩個拐點可以趨於一個階梯函數。
這裡所述的多口噴嘴裝置和系統，可以結合到多種顯影流體模塊中，用於執行選擇的處理功能。雖然沒有限制到任何的特殊性能指示器或診斷檢驗器，但本發明的一些優選實施例，當檢測整個晶片表面上存在基本均勻的顯影速度時，可以被研究和檢驗。通過使用簡單和傳統的IPEC Awmap速度圖或旋轉速度檢測，可以檢測是否存在基本均勻的顯影速度而不用過度的實驗。執行旋轉速度檢測是用於確定在顯影機散布期間旋轉晶片中心和最接近的顯影劑流體之間可以容忍多大的偏移。所用的標準是增大偏移，直到顯影均勻性被破壞。這是須知的一個重要限制，因為這種偏移是包括這裡所述的大部分散布噴嘴設計中固有的，在用於多種顯影模塊時必須考慮。
圖15-18提供晶片上顯影檢測的結果，其中噴嘴偏移為0、5、10和20mm，與此同時在60到2500rpm之間改變散布期間的旋轉速度。檢測發現，大小至少為5mm的偏移對整個晶片上顯影均勻性沒有負面影響。推測起來，偏移為5mm或更小的噴嘴設計不會在晶片中心造成顯影的不均勻。在5到10mm之間的一些點上，流體不再溼潤晶片中心，對該處顯影產生很大的抑制。晶片的旋轉速度與偏移有些相互作用，在邊緣偏移10mm時最明顯。
本發明優選的實施例包括這裡描述的多口噴嘴，在一個條或噴嘴主體上具有三行平行的孔，所述噴嘴主體形成的長度約等於基板晶片的半徑。因此，單個所述噴嘴可以散布去離子(DI)水和顯影劑流體，而不必重新定位噴嘴。由於噴嘴臂在晶片上方的徑向定位通常是利用氣壓缸，因此無論散布何種流體，噴嘴相對於晶片僅有一個位置。這樣，僅有一組孔能準確地位於晶片中心上方，並且希望先進行DI散布，其中的分散流體到達最靠近晶片中心處，或在最靠近晶片中心處釋放。並且，典型的顯影過程是在旋轉的晶片上散布流體，從而如果流體散布時離中心較遠，則離心力將阻止流體到達中心。因此進行實驗以便確定在晶片上的顯影速度均勻性受到影響之前，顯影散布可以偏移中心多遠。更具體地，顯影劑流體在離開中心固定的偏移距離0、5、10和20mm散布顯影劑流體。在散布過程中初始旋轉也是變化的，因為離心力的差異將與中心偏移相互作用，影響顯影劑到達晶片中心。所用的轉速為60、600、1200(標準)和2500rpm。
參看圖19A-22D，選用亞顯影(sub-develop)技術用於評價顯影質量，這是基於幾個原因，包括(1)相對於線寬測量其速度快；(2)比線寬或E°測量具有更高的解析度，並且比E°測量的主觀性更小；(3)與使用幾個離散位置相反，其可以使用整個晶片區；以及(4)曝光和顯影速度遠高於E°測量，與對顯影速度的貢獻因素相比，例如搖擺曲線、微掃描強度均勻性、PEB均勻性等等，顯影過程的作用佔據更多的優勢。隨著防護膜接近完全失去保護，顯影趨向於簡單的腐蝕過程。
除了定性地評價顯影后晶片上的顏色均勻性，晶片上去除防護的差異用IPEC Acumap厚度測量系統定量測定。儘管這種工具以1mm間隔在整個晶片上測量厚度(超過30000個位置)，但實際上僅有中心處的121個曝光區的厚度用於本報告中的計算。基本化學成分TOK9以及方法用於所述檢測。對顯影配方進行修改，以便在顯影和DI散布過程中去除臂的運動。採用噴嘴的優選實施例，用於顯影散布過程。並對它進行調節，使最靠中心的孔在臂程序中位於晶片中心的上方，偏移為0.0。顯影過程的攪拌部分從60.5秒縮短到5.5秒。所用的曝光量是12mJ/cm(E°量約為6.5-7.0mJ/cm)。顯影劑流量計設定為約3.8，雖然沒有檢驗體積，但從以往的這種檢驗經驗可知，體積應約為50ml。通過PEB一次處理所有的晶片，接著分別地進入顯影劑，其中以隨機的順序改變每個晶片的參數。
顯影速度的確定是通過首先用顯影后的121處位置的防護厚度減去在顯影前的PEB之後兩個所述晶片上測量的厚度。在這種方法中，假定晶片一晶片間的預顯影厚度差異相對地可以忽略，並且代表性的晶片是用於所有速度計算中的「之前」的晶片。去除的防護層除以顯影時間(散布+攪拌+清洗)，本檢測中對於所有晶片是10秒。
測量PEB和顯影之間的初始厚度是重要的，原因有兩個第一，很多以前的顯影速度計算是使用曝光前的厚度做出的。由於原始厚度為8500，厚度損失約1000，因此這是對顯影速度的更精確的估計。第二，曝光區域可以清楚地看到，從每個晶片上可以看到整個晶片上的特徵圖案。這對於晶片上相對失去保護的計量是有用的，並且一些文獻也注意到了這一點。這具有與顯影過程無關的所需性質。
所用配方的顯影部分如下操作 時間(s)速度(rpm) 臂X(mm)旋轉1.060-2500 0-20顯影散布1.0同上同上顯影散布2.020 同上旋轉6.50 同上旋轉0.51200同上此檢測的結果總結在下面的表中

總之，數據中比較清楚的分界是在5和10mm偏移之間。5稍微優於0，20是最差的。主要影響是臂的位置，但散布過程中的旋轉速度也可以看得出，特別是對於10mm的偏移。可以預測的是，中心處的單點是造成不均勻性的主要原因，特別是對於10和20mm。為了獲得晶片中心和其餘部分之間的變化，這裡的範圍對於均勻性的評價，比偏差更有用，其中其它的120個點趨於減小中心的影響。
用三次多項式曲線擬合數據，使不同旋轉速度之間的比較更容易，因為數據中存在大量分散點。圖15-18確認了從表中看出的趨勢對於較高的速度，主要的不均勻性處於中心和其它的數據之間，0和5mm比更高的偏移量很明顯更均勻，在10mm時，偏移與速度之間產生交叉。
圖19A-22D表示所有晶片的IPEC圖，其中有一個重複。這裡複製的這些IPEC圖的解析度在計算機的監視器上可以明顯更優。在監視器上觀看這些圖，具有能夠放大圖中特別感興趣的某些區域的優點。圖中跨越不同顏色顯示的速度範圍保持不變，從而晶片之間可以比較相對的均勻性。灰色和白色區域超出比例。從這裡提供的IPEC圖可以看出，如同從晶片本身上可以清楚地看出，從10mm偏移開始，在中心形成一個「孔」，在此處很少或沒有顯影流體接觸晶片，並具有很低的顯影速度。檢測證實，離開中心的一些偏移對於顯影劑散布是可以容忍的，至少可達5mm。在偏離中心以及最靠近的顯影流體5到10mm的某點上，流體不再接觸晶片的中心，產生了顯影速度被極大抑制的區域，毫無疑問對用戶的晶片產生極大的成品率損失。較大的偏移進一步加劇這種影響。應該注意到，當流體首先接觸晶片時與所用的旋轉速度有中等的交互作用，主要表現在10mm偏移的明確邊界條件下。所評價的均勻性，實際上5mm的偏移稍好於0，但在如同這裡進行的檢測中可能沒有明顯的差別。總之，這組結果表明，只要靠近中心的流體離開中心不超過5mm，噴嘴的設計不會導致晶片中心處的顯影速度不均勻。
本發明的另一個方面將增壓氣體的使用與散布噴嘴和外噴嘴表面的修改結合起來，有助於減小分散液體之間的交叉汙染。實際上，交叉汙染常常以至少兩種機制出現(1)從相鄰噴嘴散布的少量液體可以在特定液體的表面張力產生的壓力梯度作用下橫向遷移；以及(2)從噴嘴散布的少量液體也可以回彈成滴狀，隨後碰撞到晶片表面，非常靠近噴嘴插頭伸出噴嘴底面的距離形成的噴嘴出口面。為了減輕這種交叉汙染，本發明的不同實施例可以包括流體散布噴嘴不同區域附近的完全凹下或起伏的表面。這些凹下的表面可以作為相鄰噴嘴管之間的物理障礙或溝槽，用於捕獲或限制橫向遷移的液體。另外，其它實施例也可以包括一個或多個氣孔，側面包圍或環繞液體散布噴嘴的各個區域。這些氣孔可以在液體噴流周圍提供或產生「氣簾」，液體噴流是從包括這裡提供的那些液體散布噴嘴的各個散布管中噴出的。與本發明這些方面有關的這些和其它優點，將參考下面的描述和圖更詳細地描述。
如同這裡描述的其它液體散布噴嘴，根據使用噴嘴的半導體晶片的尺寸可以做出多種不同修改。例如，可以修改成散布噴嘴2300，用於300mm半導體基板晶片，如圖23所示。噴嘴2300的總長度可以達到6英寸或更大，並且其寬度可以達到1.5英寸或更大。噴嘴2300的外底面可以形成或包括一系列一個或多個物理結構，用於減輕相鄰液體散布噴嘴(如圖9-11中的650A-C)的交叉汙染。結果，液體散布噴嘴管2350可以通過溝狀的柵格2500使彼此之間或與相鄰噴嘴管之間相對隔離。除了管狀結構以外，本領域的一般技術人員很快即可清楚很多其它的噴嘴散布零件的幾何形狀。並且，柵格2500可以以不同的方式形成，包括去除噴嘴主體上環繞管狀插頭2350根部的材料，從而形成溝槽。這些物理障礙也可以通過其它技術形成，例如在環繞插頭根部區域積累或疊加，增加到噴嘴2300的總高以及管狀噴嘴插頭2350的長度。
圖23所示的噴嘴2300還表示出氣孔2360，位於形成的溝槽內和/或環繞形成的溝槽，從而為液體散布噴嘴提供一個或多個氣簾。噴嘴可以連接到增壓的氣體源，例如氮氣、空氣或任何其它基本惰性的氣體。從外部源頭進入的氣體可以通過一個或多個入口引入噴嘴2300中，並通過氣孔2360流出。氣孔可以形成在噴嘴2300底面上選擇的位置處，包括形成在噴嘴末端區域的末端孔2362，用於引導分散流體的流動。通常，進入噴嘴2300的氣體供應壓力達到100PSIG或更高，典型的氣體體積流動速度達到100l/min。可以發現，在旋轉速度(晶片相對於液體散布噴嘴)達到2000rpm時，在晶片/液體散布噴嘴分離距離13mm時可以基本去除交叉汙染。噴嘴2300也可以形成不同的孔2305，用於容納緊固件，將噴嘴安裝到機械手上，從而控制噴嘴與基板晶片之間的運動以及分離距離。圖示的多個氣孔可以形成有組織網絡的氣層或氣簾，用於引導分散液體的流動，減少交叉汙染。這些氣簾產生的動力可以至少有兩個預防作用。第一，分散液體的橫向遷移即使沒有完全消除，也至少減輕了，因為氣體可以將橫向遷移的液體從噴嘴主體上掃除。第二，基本垂直於晶片表面附近的氣體衝力可以防止或至少減輕從晶片表面向噴嘴彈回的液體或液滴數量。應該理解的是，這裡說明的實施例具有本發明一個以上的特徵，但噴嘴也可以形成僅覆蓋某些限定部分的溝槽和/或包括基本覆蓋整個噴嘴主體下側的氣孔。
圖24-25是多口噴嘴的頂視圖，其中表示出沿噴嘴頂面形成的三個入口。如同本發明的其它實施例，第一入口2405可以如圖24所示而形成，其與相應的歧管相通。噴嘴2300還可以包括第二入口2410以及位於第一入口2405相反一側的第三入口2415，每個入口與噴嘴中形成的相應歧管流體相通，也用於引導分散流體，如去離子水和顯影劑。還可以看到，入口可以沿這裡的噴嘴頂面形成在不同位置上。從而，入口可以形成在預定的距離上，離開噴嘴末端2420較遠並位於噴嘴的相對中心區域，用於處理相對較大的晶片，例如300mm晶片基板。如圖25所示，本發明的其它實施例可以包括多口噴嘴2500，其設計是用於相對較小的結構，如200mm的晶片基板。這種較短的噴嘴2500可以形成總長度約4.3英寸，以及寬度約1.5英寸。如同這裡描述的，也可以形成一系列的入口2505、2510和2515，用於散布不同流體。在此圖示的實施例中的入口形成於比較靠近噴嘴末端2520並且非常靠近噴嘴2500末端部分的預定距離。這裡的噴嘴的總體尺寸以及噴嘴入口的定位可以根據所選的用途進行修改。
圖26A-B表示多口噴嘴2300(見圖23)的相反末端部分。如圖26A所示，如同這裡描述的本發明的其它實施例，在噴嘴2300上大致沿縱向長度可以形成一系列歧管2605、2610和2615。一系列管狀插頭2350可以位於噴嘴2300中，用於提供流體通道，由歧管流出噴嘴以外。雖然圖示的歧管可以是鏜孔的，如圖所示，但應該理解的是，歧管的末端部分可以完全閉合或塞緊，從而使流體僅通過它們相應的入口進入並從噴嘴插頭中流出，如同這裡描述的其它歧管。並且，可以形成一個或多個氣體歧管2600，用於接收輸入的增壓氣體形成氣層，有助於減少相鄰噴嘴插頭2350流出的分散液體之間的交叉汙染。氣體歧管2600可以與沿噴嘴2300底面形成的不同氣孔流體相通，包括一系列末端孔2362，如圖26B所示。另外，如圖26A-B所示，環繞噴嘴插頭2350根部的噴嘴底面可以設計成具有一系列一個或多個溝槽2640，使插頭和其中散布的液體之間產生一定程度的物理分離。噴嘴插頭周圍形成的溝槽2640和氣層，或者單獨地，或者彼此結合在一起，有助於防止交叉汙染以及流體從旋轉的晶片基板表面上彈回造成的飛濺。
如圖27所示，其顯示了圖23的多口噴嘴2300沿線A-A的剖視圖，第一歧管可以基本沿噴嘴2300的長度。多個管狀插頭或噴嘴末端2350可以插入穿過噴嘴2300底面形成的孔中。本發明的另一個方面涉及將這些噴嘴末端裝入噴嘴主體的製造方法。這些末端2350可以由多種材料製成或從其中選擇，以便優選地提供比較光滑的表面，例如Teflon，並且能承受暴露在低溫下的收縮或縮小。這裡的這些和其它的噴嘴可以在插入與相應的歧管相通的噴嘴孔內之前被冷凍或暴露在充分低的溫度下而經受熱力學收縮。所選擇的冷卻時間的預定長度達到48小時或更長，這取決於不同的因素，包括選擇的溫度和所需收縮的程度。因此，可以將末端壓入，以將它們在噴嘴內合適地定位到所需的深度，從而形成這裡描述的所需蓄液池。通過加熱的方法或暴露在較高的溫度下加熱末端，使末端產生熱力學膨脹，從而與噴嘴主體形成緊密配合或液體緊閉密封。並且，如同本發明的其它所述實施例，環繞噴嘴末端2350根部的噴嘴底面的選擇區域可以通過積累或蝕刻而形成一系列溝槽2640，保持噴出的液體流之間的所需程度的分離，以及捕獲或引導其中的流體。在噴嘴末端2350之間形成氣孔2360的噴嘴區域中，在溝槽2640中引導的液體也可以被從孔2360和2362中放出的增壓氣體驅走或吹開。這裡的這些和其它液體散布噴嘴末端可以被氣孔以及形成溝槽網絡的大致凹下表面側向包圍或環繞。雖然這些噴嘴末端描述為與噴嘴主體連接的單個物件或零件，但應該理解的是，這裡的這些和所有其它實施例可以與主體形成整體，作為噴嘴延伸，從而形成單一的零件或單件的結構。
圖28-29是圖24所示的噴嘴2300分別沿線B-B和C-C的剖視圖。這些圖表示多個歧管2605、2610和2615以及相應的入口2405、2410和2415，其與這裡的描述相似。一系列相對更長或更短的管狀插頭定位在噴嘴2300內，用於引導待散布的各種流體。另外，氣體歧管2600也提供於噴嘴主體中，如圖所示。應該理解的是，雖然圖示了兩個氣體歧管，但噴嘴也可以在整個噴嘴主體內形成僅僅一個或若干個氣體歧管，它們也可以大致平行於散布歧管或橫穿噴嘴寬度而相對沿縱向長度延伸。
另一個剖視圖示於圖30中，它是沿圖27所示的實施例中縱向線D-D的剖視圖。其中再次顯示了氣體歧管2600，沿噴嘴主體內預定的位置延伸。為了減小氣體歧管2600和噴嘴氣孔之間的相對距離，優選地是比較靠近噴嘴底面形成氣體歧管。當散布歧管2605、2610和2615如圖中所示排列成大致三角形結構時，可以進一步優選沿噴嘴的較外側或邊緣區域形成氣體歧管2600。但是，應該理解的是，氣體歧管的定位可以改變，這取決於其數量多少以及根據本發明的其它實施例在噴嘴主體內選擇的散布歧管的總數量。
圖31是圖23所示的噴嘴2300沿線E-E的剖視圖。在這個圖中，表示出本發明的幾個方面。例如，圖示了多個縱向的歧管2605、2610和2615，它們包括長度不同的多個噴嘴插頭2350，用於以相對平行的流動散布流體。並且，同單獨的噴嘴插頭行一起還顯示了一系列的溝槽2640，其將各行噴嘴插頭2350分隔開，並引導從噴嘴中噴出的橫向散布流體。此後，從噴嘴孔2360網絡中噴出的氣體形成氣體層，將從晶片基板表面來的這些流體和飛濺推回去。增壓的氣體可以通過氣體歧管2600引導和輸送，氣體歧管2600可以包括在一些或所有噴嘴插頭2350之間形成的通道的格狀網絡。氣體歧管可以通到位於噴嘴溝槽較深部分內的一個或多個氣孔，產生成行的增壓氣體，形成相對縱向的氣體層3100，用於減少交叉汙染。另外，氣體歧管可以通到噴嘴溝槽的較淺部分，產生成列的增壓氣體，進一步形成沿噴嘴橫截面的附加氣體層3200。
圖32是多口噴嘴2300的整體透視圖。為了更清楚起見，再次圖示了多個氣體歧管2300以及散布流體歧管2605、2610和2615。每個噴嘴插頭2350定位在噴嘴主體內，從而從中選擇的部分伸出噴嘴2300的外表面。一系列溝槽2640沿噴嘴插頭2300的行和列形成，對從中散布的液體提供附加的物理分隔。如同本發明的其它實施例，根據選擇的用途，噴嘴插頭的總數以及它們的間距可以改變。另外，如這裡描述的多個氣孔，沿噴嘴2300的外表面形成，包括噴嘴插頭之間溝槽內的區域。沿噴嘴2300的外邊緣區域也形成多個孔2305，緊固件可以從其中穿過，將噴嘴連接到晶片跟蹤系統的子系統(如，顯影流體模塊)內的機械臂上。
本發明提供的所有噴嘴可以安裝在晶片跟蹤工具內的機械臂上。如圖33所示(不是按比例表示)，噴嘴3300可以緊固在支架3303上，以便懸在晶片基板3320上方。接著，支架3303可以裝在機械臂3330上，機械臂3330旋轉地裝在立柱3340上。從而，噴嘴3300可以在晶片3320的各個部分上方運動，從而某些分散流體可以通過噴嘴的選擇部分在晶片基板的相對中心區域上方噴出。同時，支架沿相對的Z軸是可以調節的，用以控制噴嘴與其下方的晶片3320之間的距離。支架3303還可以包括套環3350，環繞前面所述的噴嘴3300頂面上形成的各個入口。應該理解的是，套環3350和支架的其它部分可以製成多個零件，或者製成一個整體。套環3350也可以連接到冷卻套3360，其中循環的液體介質，用於對多個液體散布管3305、3310和3315中流過的液體提供熱交換和溫度控制。部分液體冷卻套3360可以位於機械臂3330的中空部分內，如圖所示。液體散布管還可以連接到噴嘴中形成的各個入口，用於接收各種液體物質，例如，顯影流體和去離子水。另外，這些管可以連接到支架內的另外一系列通道，這些通道依次連接到噴嘴的入口。外部的氣源可以輸入支架內形成的通道內，支架的通道依次連接到噴嘴內的氣體歧管。可選擇的，氣體入口可以直接連接到噴嘴的氣體歧管(未顯示)，如同其它圖描述和此處描述。
本發明的另外實施例包括由噴嘴形成的一個噴嘴組，它平分成兩個相鄰的部分，其中每個部分可以在晶片基板上方從中心區域向其外圍延伸。每個半部分的噴嘴可以散布至少一種液體，以及可以包括或不包括這裡所述的氣簾。在這些實施例中，兩個部分之間形成的角度可以是0到360度。如同本發明的其它實施例，噴嘴與晶片基板之間的相對距離可以調節，噴嘴組可以相對靜止地安裝到機械手上，噴嘴組安裝在機械手上，或者可以是可旋轉地安裝在上面。
根據本發明的另一個方面，多種半導體晶片處理方法可以利用這裡所述的裝置完成。對於這裡提供的典型方法，當散布液體時，選定的液體散布噴嘴調節到晶片基板上方約15mm的高度，並且氣體流速設定為20cc/s。首先，在轉速為0-2000rpm時，用去離子水(DI)溼潤晶片表面0-10秒。接著，延遲0-5秒後，在0-1000rpm下開始顯影液散布0-5秒。這樣做的目的是全部覆蓋整個晶片表面，而不發生任何的未潤溼。接著，形成顯影劑流體攪拌。顯影過程持續2-100秒，同時晶片或者靜止，或者搖擺。此過程之後，開始DI散布，同時保持0-2000rpm的轉速0-100秒，有效地衝洗掉溶解的防護層，而不引起沉澱和飛濺。最後，在1000-3000rpm轉速下乾燥晶片5-30秒。應該理解的是，其它的散布和衝洗方法，也可以用這裡提供的裝置和方法完成。
雖然參照上述的說明書描述了本發明，但這裡優選的實施例的描述和圖示並不具有限制意義。應該理解的是，本發明的所有方面並不限制在這裡所述的具體說明、結構或相關的性質，而這些取決於不同的條件和變量。參考本公開內容，本領域的一般技術人員將清楚地看到本發明實施例的形式和細節的不同修改，以及本發明的其它變化。因此，可以預期，所附的權利要求也將覆蓋任何的這些修改、變化或等價物。
權利要求
1.一種用於在顯影流體模塊中散布流體的多口噴嘴，包括噴嘴主體，具有與至少一個流體入口流體相通的至少一個液體歧管，以及與至少一個氣體入口流體相通的至少一個氣體歧管；以及用於散布流體的多個管狀插頭，管狀插頭定位在噴嘴主體內，其中每個噴嘴插頭的至少一部分從所述噴嘴主體中伸出，並且每個噴嘴插頭與液體歧管流體相通，允許分散流體從其中通過；其中所述噴嘴主體包括與氣體歧管流體相通的氣孔網絡，該網絡充分靠近所選擇的噴嘴插頭而形成，從而產生氣體層，用於減輕從噴嘴插頭釋放出的分散流體的交叉汙染。
2.如權利要求1所述的多口噴嘴，其中所述噴嘴主體具有與第一流體入口流體相通的第一液體歧管，以及與第二流體入口流體相通的第二液體歧管。
3.如權利要求2所述的多口噴嘴，其中所述第一流體入口和所述第二流體入口形成在噴嘴主體的頂面上。
4.如權利要求3所述的多口噴嘴，其中所述第一和第二流體入口形成在噴嘴主體頂面上的相對中心區域內。
5.如權利要求1所述的多口噴嘴，其中所述第一流體入口連接到第一顯影劑流體源，用於將第一顯影劑流體散布在顯影流體模塊內的晶片基板上，並且其中所述第二流體入口連接到第二顯影劑流體源，用於將第二顯影劑流體散布在所述晶片基板上。
6.如權利要求1所述的多口噴嘴，其中所述氣孔網絡在噴嘴主體的外表面上形成柵格圖案排列，並且其中所述噴嘴插頭位於該柵格圖案內，從而從氣孔流出的氣體形成基本平行的氣體層，用於減小分散流體的交叉汙染。
7.如權利要求6所述的多口噴嘴，其中所述外表面定義為位於顯影流體模塊內的晶片基板上方的噴嘴主體的底面。
8.如權利要求1所述的多口噴嘴，其中所述噴嘴主體具有端面，並且在該端面上具有一對顯影劑流體入口，以促進將顯影劑流體輸送到相應的一對液體歧管中，從而通過選定的第一組噴嘴插頭散布顯影劑流體到晶片基板上，並且該端面還具有一個衝洗流體入口，以促進將衝洗流體輸送到相應的一個液體歧管中，用於通過選定的第二組噴嘴插頭散布衝洗流體到晶片基板上。
9.一種用於散布顯影流體和去離子水的噴嘴，包括噴嘴主體，在該噴嘴主體中具有多個歧管，其中每個歧管與噴嘴主體頂面上形成的一個單獨的流體入口流體相通；以及沿噴嘴主體底面形成的多個管狀噴嘴延伸，它們與至少一個歧管流體相通，其中所述噴嘴主體包括一個溝槽的柵格網絡，該網絡沿噴嘴主體底面的選擇區域形成並且處於預定的噴嘴延伸組之間，用於引導從噴嘴延伸流出的橫向運動的流體。
10.如權利要求9所述的噴嘴，其中所述噴嘴主體和所述多個管狀噴嘴延伸形成一個單件的結構。
11.如權利要求9所述的噴嘴，其中所述溝槽的柵格網絡包括沿噴嘴主體底面的第一預定部分形成的相對較深溝槽，以及沿底面的第二預定部分形成的相對較淺溝槽。
12.一種用於將多種處理流體輸送到半導體晶片基板的散布噴嘴，包括噴嘴主體，其具有多個縱向液體歧管和氣體歧管，其中每個液體歧管位於噴嘴主體內，並且與噴嘴主體內形成的、對應的一個單獨的流體入口流體相通，用於接收待散布的處理流體；以及用於引導分散液體的多個噴嘴末端，其位於噴嘴主體內，其中每個末端的至少一部分伸出噴嘴主體的底面，並且伸入噴嘴主體內的液體歧管的至少一部分；其中所述底面包括溝槽網絡，該網絡以柵格圖案形成於所述多個噴嘴末端之間，其中所述溝槽網絡還包括與氣體歧管流體相通的多個氣孔，用以形成氣體流，該氣體流將多種處理流體引導到半導體晶片基體上，減小交叉汙染以及從晶片基體上的飛濺。
13.如權利要求12所述的散布噴嘴，其中所述噴嘴末端單獨地形成插頭，該插頭定位在噴嘴主體內的預成形的孔中。
14.如權利要求12所述的散布噴嘴，其中所述噴嘴末端的製造材料當暴露在較低溫度時允許末端熱力學收縮，以定位於噴嘴主體內，當暴露在較高溫度時允許熱力學膨脹，從而提供充分的流體緊閉配合。
15.如權利要求12所述的散布噴嘴，其中所述噴嘴主體包括兩個顯影劑歧管和一個衝洗歧管，顯影劑歧管用於散布顯影劑流體，並且形成於相對靠近噴嘴主體底面處，衝洗歧管用於散布衝洗流體，形成於離噴嘴主體底面相對較遠處。
16.如權利要求15所述的散布噴嘴，其中所述噴嘴末端包括一組相對較短的末端，用於散布來自相對靠近噴嘴主體底面而形成的所述兩個顯影劑歧管的顯影劑流體；以及一組相對較長的末端，用於散布來自相對遠離噴嘴主體底面而形成的所述衝洗歧管的衝洗流體。
全文摘要
通過多口噴嘴將不同的處理流體輸送到半導體晶片基板上的方法和裝置。所述噴嘴具有多個縱向液體歧管和氣體歧管。每個歧管定位在噴嘴主體內，從而它們與噴嘴主體中相應的一個單獨的入口流體相通。流體入口可以連接到外源，用於接收被散布的處理流體。另外，噴嘴包括多個噴嘴末端，用於將分散液體引導到晶片基板上。每個末端的至少一部分伸出噴嘴的底面，並且同時，末端的至少一部分伸入噴嘴主體內的液體歧管中，形成內部蓄液池。並且，噴嘴底面包括以柵格狀圖案形成在噴嘴末端之間的溝槽網絡，並可以進一步包括多個氣孔。所述氣孔連接到氣體歧管，用以接收增壓的氣體，從而形成氣簾，有助於控制和引導多種處理流體到達晶片基板，減小交叉汙染以及從晶片基板上的飛濺。
文檔編號G03F7/30GK1605112SQ02823989
公開日2005年4月6日 申請日期2002年10月3日 優先權日2001年10月3日
發明者A·源 申請人:矽谷集團公司