超临界流体工艺条件的原位监控方法和装置制造方法及图纸

一种用于在电子器件制造过程中原位监控和分析参数的方法，包括以下步骤：　　　　提供带有对置的窗口的压力容器，该对置的窗口用于将红外光束传输进容器中和从容器中输出，光束通过容器内部；　　　　提供要在容器中处理的工件；　　　　提供在容器中的用于处理衬底的一种或多种材料，所述材料包括超临界流体、高压液体，并且可选择地含有一种或多种溶剂；　　　　提供红外分光计，用于生成和传输一波长范围内的红外光束通过所述窗口中的一个进入压力容器中，通过包含在容器中的材料，并且从对置的窗口输出；　　　　提供反射性传输镜；　　　　提供接收器，用于从反射性传输镜接收被反射的红外光；　　　　将特定波长的红外光束通过所述窗口中的一个进入容器中，在反射性传输镜处将光束通过容器并从对置的窗口输出，以及将被反射的光束接收在接收器中；　　　　　检测和分析被反射的红外光；　　　　在所需要的波长范围内重复上述操作；以及　　　　根据被反射的光束的检测和分析结果，确定容器中材料的成分和其它参数。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超临界流体工艺的原位监控，特别是涉及用于监控和分析在采用超临界流体或高压液体的半导体制造工艺中的实时操作参数的方法和装置。
技术介绍
半导体集成电路(IC)通过一系列工艺步骤制造，这些步骤中的多数涉及到使用气体和液体材料。这些工艺包括刻蚀、扩散、化学汽相沉积(CVD)、离子注入等。一个重要的制造步骤是使用超临界流体或高压液体来清洁半导体晶片和其它集成电路，而且工艺条件的监控对于工艺的优化是重要的。例如，如果将共溶剂与超临界流体/高压液体一起使用，则重要的是要知道在加工过程中混合物中共溶剂的量，以便使混合物可以保持于优化的预定浓度。另外，测量流出物的成分以在其它事情之中确定工艺终点也是重要的。通过监控输入的混合物和流出物以及超临界流体或高压液体的成分，可以确定用于工艺中的共溶剂的量以及取决于浓度的多个其它操作参数。当对终点的确认进行监控时，流出物的成分将反映出材料从工件中去除的停止，或者在沉积工艺的情况下，(来自于共溶剂的)沉积材料和流出物浓度将增大，其反映了在工件表面上沉积作用的停止。本专利技术的研发应用于半导体和微电子制造工业，特别是，应用于被污染的衬底的清洁，所述衬底包括如，半导体晶片、多芯片载体、平板显示器、磁性硬盘和其它电子器件。许多方法得到开发来清洁这类表面，而且技术包括使用溶剂或化学制剂、高能声波、制冷气雾剂及它们的组合。超临界二氧化碳和其它超临界流体以及密实化液体现在用于清洁半导体晶片。流体或超临界二氧化碳具有极低的表面张力、高扩散能力、类似于溶剂的性能，而没有对环境的负面作用。最后，不会有剩余的流体残存在精密的表面上，因为二氧化碳在工艺完成之后恢复到其气相。但遗憾的是，超临界流体或高压液体的监控和分析非常困难，特别是在原位，而且，在加工成本、循环时间和工艺再现性方面，这种监控工艺具有许多优势。多数传统分析设备属于首先进行采样然后将试样送至分析器的范畴。分析器通常包含多种公知分析技术中的任一种，所述技术例如，测光法、分光术、滤波衰减法(filter reduction)和色谱法。这些技术的主要缺点在于采样，由于分析器自身通常是令人满意的，而采样系统一般需要大量维护而且公知其不可靠。多数工艺要求或者至少是得益于化学成分和/或所包括的反应物混合物的其它参数的在线监控。这种原位分析相较于其它技术具有许多显著的优点，特别是，消除了与采样和试样处理有关的所有固有问题。还允许动态监控加工期间的化学和/或物理变化。据所知，迄今为止可利用的非常少的(如果有的话)形式的仪器对于超临界液体流和高压液体以及它们的混合相的在线分析是有用的或者令人满意的。特别是，人们并不认为任何这类仪器能够测量超临界流体和/或高压液体流的定量化学成分数据，在反应性环境中尤其如此。包括气体的流体的光学分析是众所周知的，而且各种光学和分光技术已经应用于工业工艺中。通常，将光对准试样，检测反射光的光谱(吸收光谱)，被检测的光谱比照公知的光谱，以获得有关被测试的材料成分的信息。由于现有技术的问题和缺陷，因此，本专利技术的一个目的是提供一种方法，其用于在使用超临界流体和/或高压液体的制造半导体和微电子器件过程中原位监控和分析加工流体和/或液体和其它参数。本专利技术的另一个目的是提供一种装置，其用于在使用超临界流体和/或高压液体的制造半导体和微电子器件过程中原位监控和分析加工流体和/或液体和其它参数。本专利技术的其它目的和优点部分是显而易见的，部分可从说明书中得知。
技术实现思路
对于本领域技术人员是明显的上述和其它目的和优点在本专利技术中实现，本专利技术第一方面中涉及一种方法，其用于在如半导体晶片的电子器件制造过程中原位监控和分析各参数，该方法包括步骤提供带有对置的窗口的压力容器，该对置的窗口用于将红外光束传输进容器中和从容器中输出，光束通过容器内部；提供要在容器中处理的工件，例如电子器件制品；提供在容器中的用于处理衬底的一种或多种材料，该材料包括超临界流体、高压液体，并且可选择地含有一种或多种溶剂；提供红外分光计，用于生成和传输波长范围内的红外光束通过所述窗口中的一个进入压力容器中、通过包含在容器中的材料、并且从对置的窗口输出；提供反射性传输镜；提供接收器，用于从反射性传输镜接收被反射的红外光；将特定波长的红外光束通过所述窗口中的一个进入容器中，在反射性传输镜处将光束通过容器并从对置的窗口输出，以及将被反射的光束接收在接收器中；检测和分析被反射的红外光；在所需要的波长范围内重复上述操作；以及根据被反射的光束的检测和分析结果，确定容器中材料的成分和其它参数。在本专利技术的另一方面中，提供了一种装置，其用于在制造如半导体晶片的电子器件过程中原位监控和分析各参数，该装置包括带有对置的窗口的压力容器，该对置的窗口用于将红外光束传输进容器中和从容器中输出，光束通过容器内部；用于提供在容器中的用于处理衬底工件的一种或多种材料的装置，该材料包括超临界流体、高压液体，并且可选择地含有一种或多种溶剂或试剂；红外分光计，用于生成和传输一波长范围内的红外光束通过所述窗口中的一个进入压力容器中，光束通过容器并且从对置的窗口输出；反射性传输镜，其靠近对置的窗口；接收器，其用于从反射性传输镜接收被反射的红外光；将特定波长的红外光束通过所述窗口中的一个进入容器中的装置，在反射性传输镜处将光束通过容器并从对置的窗口输出，以及将被反射的光束接收在接收器中；以及检测和分析被反射的红外光的装置；其中，当所需波长范围内的光束被传输、反射、检测和分析时，根据被反射光束的检测和分析结果确定容器中的材料成分。附图说明本专利技术的特征据信是新颖的，本专利技术的各元件的特征在所附权利要求书中利用特性加以阐述。附图只是用于说明的目的并不按比例绘制。但是，本专利技术本身，包括结构和实施方法，可以通过结合附图的详细说明而理解，其中，图1是本专利技术装置的示意性视图。具体实施例方式在此参照附图描述本专利技术的优选实施例。附图中，专利技术的部件不必按比例示出。本专利技术提供了方法和装置，通过采用单一测量，即，利用固态扫描分光计将红外光束通过对置的容器窗口，以同时确定在压强达到20,000psi时容器中原位超临界流体或高压液体的化学成分、压力和温度。该方法和装置只需要单个反射表面，和大约2mm的最小路径。采用本专利技术的方法和装置，可以在高压环境中通过NIR(近红外)确定超临界流体或高压液体和清洁用混合物的其它化学成分的浓度。为了方便起见，下文将涉及二氧化碳，尽管如本领域的普通技术人员所意识到的，其它这类材料也可使用。通常，本专利技术涉及使用近红外(NIR)吸收光谱来检测压力容器中例如超临界二氧化碳和/或高压二氧化碳的物质中的溶剂或其它化学物质的量。每单位路径长度被吸收的光的分数取决于压力容器中二氧化碳混合物的成分和光的波长。因此，作为光的波长函数的吸收量(下文中称作“吸收光谱”)，将被用作指示器，来确定压力容器中混合物的成分。组合物的压力和温度还由标准高压监控和共射出装置确定，该装置包括对峰值漂移和压力扩大的分析。通常，NIR吸收光谱显示光密度，它是作为波长函数绘出的入射光对透过组合物的光的比值的对数标度量度。光密度为0表示该波长的所有入射光透过组合物，未被吸收；而光密度为1表示该波长的大约90％的入射光被吸收。二氧化碳(CO2)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于在电子器件制造过程中原位监控和分析参数的方法，包括以下步骤提供带有对置的窗口的压力容器，该对置的窗口用于将红外光束传输进容器中和从容器中输出，光束通过容器内部；提供要在容器中处理的工件；提供在容器中的用于处理衬底的一种或多种材料，所述材料包括超临界流体、高压液体，并且可选择地含有一种或多种溶剂；提供红外分光计，用于生成和传输一波长范围内的红外光束通过所述窗口中的一个进入压力容器中，通过包含在容器中的材料，并且从对置的窗口输出；提供反射性传输镜；提供接收器，用于从反射性传输镜接收被反射的红外光；将特定波长的红外光束通过所述窗口中的一个进入容器中，在反射性传输镜处将光束通过容器并从对置的窗口输出，以及将被反射的光束接收在接收器中；检测和分析被反射的红外光；在所需要的波长范围内重复上述操作；以及根据被反射的光束的检测和分析结果，确定容器中材料的成分和其它参数。2.根据权利要求1所述的方法，其中工件为集成电路。3.根据权利要求2所述的方法，其中容器中的材料包括CO2。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述CO2处于超临界状态。5.根据权利要求1所述的方法，其中反射光束返回通过压力容器，然后被接收器接收。6.根据权利要求1所述的方法，其中材料的成分在容器的入口处得以确定。...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·M·科特，肯尼思·J·麦卡洛，韦恩·M·莫罗，基思·R·波普，罗伯特·J·珀特尔，约翰·P·西蒙斯，查尔斯·J·塔夫特，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
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