衬底冷冻干燥装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于冷冻干燥衬底的装置。提供了容纳衬底的腔室。用于支撑和静电夹持该衬底的静电夹盘（ESC）位于该腔室之中。温度控制器控制该静电夹盘的温度。冷凝器与该腔室连接。真空泵与该腔室流体连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】衬底冷冻干燥装置和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2011年10月13日提交的美国专利申请号为No.13/273,000，名称为“SUBSTRATEFREEZEDRYAPPARATUSANDMETHOD”的专利申请的优先权，其要求于2011年05月31日提交的美国临时专利申请号为No.61/491,727，名称为“NOVELDAMAGE-FREEMETHODFORREMOVINGLIQUIDSFROMSEMICONDUCTORWAFERSCONTAININGSEMICONDUCTING,MEMS,ORPHOTOELECTRICDEVICES”的专利申请的优先权，这些申请基于所有目的通过引用全部并入本申请中。
本专利技术半导体装置的形成。尤其是，本专利技术涉及在半导体形成期间将液体从衬底上移除的装置或方法。
技术介绍
在半导体晶片处理期间，湿法处理需要从半导体装置上连续地移除液体。随着半导体装置的尺寸持续缩小到较小的尺寸，需要更高的深宽比结构而来实现期望的装置性能。微电子/半导体装置的制造过程需要多个处理步骤的反复执行，这些处理步骤如，材料沉积，平面化，特征图案化，特征蚀刻，以及特征清洁。向着更高的深宽比结构的动力给这些传统的制造工艺中的许多带来了挑战。例如蚀刻或清洁之类的湿法工艺（通常会占高于25%的工艺流程）在高深宽比特征上会因为在干燥期间的毛细力而特别具有挑战性。这些毛细力的强度取决于正在干燥的蚀刻流体、清洁流体、或者冲洗流体的表面张力与接触角、以及特征部间距与深宽比。如果干燥期间所产生的力过大的话，则高深宽比特征将会塌陷并且可能会产生黏滞力（stiction）。特征部的塌陷以及黏滞力将严重降低装置的产量（yeild）。
技术实现思路
为了实现上述意图并且根据本专利技术的目的，提供了用于冷冻干燥衬底的装置。提供了用于容纳衬底的腔室。用于支撑和静电夹持衬底的静电夹盘（ESC：electrostaticallychuck）放置在腔室内。温度控制器控制静电夹盘的温度。冷凝器连接到该腔室。真空泵与该腔室流体连接。在本专利技术的另一个实施例(manifestation)中，提供了一种用于冷冻干燥来自衬底的液体的方法。该液体由干燥化学剂（chemistry）所取代。该衬底被放置在干燥腔室的静电夹盘之上。将该衬底夹持至该静电夹盘上。利用该静电夹盘以背侧超冷却该衬底至低于该化学剂的凝固点从而凝固该干燥化学剂。降低该腔室中的压力从而移除该凝固的干燥化学剂。加热该衬底从而在不融化该干燥化学剂的情况下升华（sublimate）该干燥化学剂。本专利技术的这些以及其他特征将会结合下面的附图以及本专利技术的详细说明在下面进行更详细的描述。附图说明将在附图中以示例而并非以限制为目的对本专利技术进行解释，其中相同的附图标记表示相同的元件。图1是本专利技术的实施方式中的冷冻干燥装置的示例图；图2显示了计算机系统，其适于用来实现本专利技术的实施方式中所使用的控制器；图3是本专利技术的实施方式的高阶流程图；图4A是干燥化学剂已经取代清洁液体之后衬底的横截面图；图4B是图4A的部分放大图；图5A是冷冻干燥化学剂中的一些已经汽化后的衬底的横截面图；图5B是图5A的部分放大图；图6是塌陷百分比与凝固温度的关系图；图7是在无水分的N2气氛中塌陷百分比与凝固温度的关系图。具体实施方式下面将参照附图所示的少数优选实施方式来详细描述本专利技术。在下文中，为了全面的理解本专利技术，阐述了很多特定的细节。然而，对本领域技术人员来说，很显然，本专利技术可以在不具有这些细节的部分或全部的环境之下实现。在其他实施方式中，则未详细描述公知的工艺步骤和/或结构以免不必要地使本专利技术难以理解。在当前和先前技术中，为了防止特征塌陷，已经采用了比去离子水具有更低表面张力的其他的冲洗液体。虽然这种方法对于较低的深宽比结构有效，但是在较高的深宽比以及更小的特征空间的情况下，其也会与去离子水一样遭遇相同的塌陷以及黏滞力的问题。导致该失败的原因在于，这些具有较低表面张力的流体依然具有非无限小的表面张力，该非无限小的表面张力会在干燥期间产生对于脆弱的特征部来说过于强大的力。另一种干燥高深宽比结构的方法是以超临界流体溶解并冲洗该冲洗流体。超临界流体通常无表面张力并且因此消除了导致特征塌陷的毛细力。尽管超临界流体具有这样的优点，但是应用这些流体依然有若干技术以及制造上的挑战。这些挑战包括高的装置与安全成本、较长的处理时间、在处理期间可变的容剂质量、由于流体的扩散与可调特性而导致的极端工艺敏感性、以及因流体和腔室零件之间的交互作用而带来的晶片缺陷/污染问题。避免高深宽比结构塌陷的另一种方式是增加支撑特征的机械支撑（bracing）结构。在这种方法中也有一些缺点，包括会对产量和良率带来不利影响的更高的成本和制造复杂度。进一步地，由于支撑仅限于几种特定的结构，因此支撑并不是稳健的解决方案。因此，需要在不造成损坏的情况下将液体从半导体/微电子装置上移除的替代的方法和系统。本专利技术的实施方式能在不造成损坏的情况下将液体从半导体晶片上移除。该方法通过冷却含有液体层的晶片至低于液体三相点的温度、共熔温度或玻璃转化温度这样的温度来实现的，从而导致该层由液体变为固体或玻璃状物这样的变化。干燥腔室的压力降低到低于冷冻流体的气相压力之下，同时晶片的温度以受控的方式均匀地增加。这些条件造成冷冻层的直接升华。维持这些条件直到所有的冷冻流体都通过升华而被移除。该方法消除了高深宽比特征之间的气相/液相界面。冷冻材料的表面张力相当小。因此，在传统的液体汽化干燥期间所产生的力都被消除并实现在无塌陷的情况下干燥微电子拓扑结构/高深宽比特征。如图1所示，本实施方式中冷冻干燥系统100包含干燥腔室102。气体源/气体供应机构104与干燥腔室102流体连接。气体源/气体供应机构104提供部分的气氛控制系统，其控制干燥腔室102中气体的压力和类型。静电夹盘（ESC）108放置在腔室中以支撑例如晶片之类的衬底106。冷冻干燥系统100进一步包含：湿法运送工作台132（其提供将湿晶片运送到冷冻干燥腔室102的方法并提供真空密封，通过真空密封使得腔室中的气氛可受到控制并能达到干燥工艺的压力）、冷凝器117、真空泵116、等离子体源136、加热灯阵列153、加热灯电源152、光学发射光谱（OES：opticalemissionspectroscopy）系统140，其中加热灯阵列153与OES系统140邻近形成在干燥腔室102一侧的窗部154。在该实施方式中，ESC108包括接触层112、热电装置116层以及主体120。主体120具有多个通道124。这些通道124与冷凝器128是流体连接的。该冷凝器冷却并提供流体至让该流体通过的通道从而冷却ESC108的主体120。热电电源184电连接至热电装置116层。热电电源184为热电装置116提供电压。热电电源184利用电压的幅值和方向来确定热电装置116是否在ESC主体120与接触层112之间提供加热差异或冷却差异以及该差异的大小。夹盘电源157提供夹持电压以将衬底106静电夹持在ESC108上。背侧冷却与加热系统130与ESC108相连，并且通过ESC108向衬底106的背侧提供例如氦之类的流体从而增加在ESC108和衬底106之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于冷冻干燥衬底的装置，其包括：腔室，其用于容纳衬底；静电夹盘（ESC），其用于在该腔室内部支撑和静电夹持该衬底；温度控制器，其用于控制该静电夹盘的温度；冷凝器，其连接至该腔室；以及真空泵，其与该腔室流体连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.31 US 61/491,727;2011.10.13 US 13/273,0901.一种用于冷冻干燥湿衬底的装置，其包括：腔室，其用于容纳所述湿衬底；静电夹盘(ESC)，其用于在该腔室内部支撑和静电夹持该湿衬底；温度控制器，其用于控制该静电夹盘的温度；湿法运送工作台，其用于将所述湿衬底运送到该腔室中并密封该腔室；冷凝器，其连接至该腔室；真空泵，其与该腔室流体连接；以及进一步包括与该腔室连接的等离子体源，其用于向该腔室内部提供等离子体以加热该湿衬底，从而在不融化该湿衬底上的凝固的干燥化学剂的基础上升华该干燥化学剂，并且所述等离子体还与所述湿衬底上的非挥发性残留物反应以移除该非挥发性残留物。2.如权利要求1所述的装置，其进一步包括嵌入在该静电夹盘中的至少一个热电单元，以提供在该静电夹盘的嵌入有该至少一个热电单元的部分与该静电夹盘的其余部分之间的温差。3.如权利要求1所述的装置，进一步包括气氛控制系统，其用于在该腔室中提供受控的气氛。4.如权利要求1所述的装置，其中该温度控制器包括与该静电夹盘流体连接的冷却器。5.如权利要求4所述的装置，其中该温度控制器进一步包括与该静电夹盘流体连接的第二冷却器。6.如权利要求1所述的装置，进一步包括加热灯，其用于加热该湿衬底的表面。7.如权利要求1所述的装置，进一步包括与该腔室连接的压力计，其用于测量该腔室内的压力。8.如权利要求1所述的装置，进一步包括与该腔室连接的光学终点光谱计。9.如权利要求1所述的装置，进一步包括电压源，其用于提供用于将该湿衬底夹持到该静电夹盘的电压。10.如权利要求1所述的装置，其中该真空泵与冷凝器组成低温泵，该低温泵提供真空并且凝结来自该腔室的流体。11.如权利要求1所述的装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂芬·M·施瑞德，戴安·海姆斯，艾伦·M·舍普，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：
国别省市：