减轻紧邻表面液体分散喷流之间交叉污染的方法和装置.pdf

通过多口喷嘴将不同的处理流体输送到半导体晶片基板上的方法和装置。所述喷嘴具有多个纵向液体歧管和气体歧管。每个歧管定位在喷嘴主体内，从而它们与喷嘴主体中相应的一个单独的入口流体相通。流体入口可以连接到外源，用于接收被散布的处理流体。另外，喷嘴包括多个喷嘴末端，用于将分散液体引导到晶片基板上。每个末端的至少一部分伸出喷嘴的底面，并且同时，末端的至少一部分伸入喷嘴主体内的液体歧管中，形成内部蓄液池。并且，喷嘴底面包括以栅格状图案形成在喷嘴末端之间的沟槽网络，并可以进一步包括多个气孔。所述气孔连接到气体歧管，用以接收增压的气体，从而形成气帘，有助于控制和引导多种处理流体到达晶片基板，减小交叉污染以及从晶片基板上的飞溅。

1.  一种用于在显影流体模块中散布流体的多口喷嘴，包括：
喷嘴主体，具有与至少一个流体入口流体相通的至少一个液体歧管，以及与至少一个气体入口流体相通的至少一个气体歧管；以及
用于散布流体的多个管状插头，管状插头定位在喷嘴主体内，其中每个喷嘴插头的至少一部分从所述喷嘴主体中伸出，并且每个喷嘴插头与液体歧管流体相通，允许分散流体从其中通过；
其中所述喷嘴主体包括与气体歧管流体相通的气孔网络，该网络充分靠近所选择的喷嘴插头而形成，从而产生气体层，用于减轻从喷嘴插头释放出的分散流体的交叉污染。

2.  如权利要求1所述的多口喷嘴，其中所述喷嘴主体具有与第一流体入口流体相通的第一液体歧管，以及与第二流体入口流体相通的第二液体歧管。

3.  如权利要求2所述的多口喷嘴，其中所述第一流体入口和所述第二流体入口形成在喷嘴主体的顶面上。

4.  如权利要求3所述的多口喷嘴，其中所述第一和第二流体入口形成在喷嘴主体顶面上的相对中心区域内。

5.  如权利要求1所述的多口喷嘴，其中所述第一流体入口连接到第一显影剂流体源，用于将第一显影剂流体散布在显影流体模块内的晶片基板上，并且其中所述第二流体入口连接到第二显影剂流体源，用于将第二显影剂流体散布在所述晶片基板上。

6.  如权利要求1所述的多口喷嘴，其中所述气孔网络在喷嘴主体的外表面上形成栅格图案排列，并且其中所述喷嘴插头位于该栅格图案内，从而从气孔流出的气体形成基本平行的气体层，用于减小分散流体的交叉污染。

7.  如权利要求6所述的多口喷嘴，其中所述外表面定义为位于显影流体模块内的晶片基板上方的喷嘴主体的底面。

8.  如权利要求1所述的多口喷嘴，其中所述喷嘴主体具有端面，并且在该端面上具有一对显影剂流体入口，以促进将显影剂流体输送到相应的一对液体歧管中，从而通过选定的第一组喷嘴插头散布显影剂流体到晶片基板上，并且该端面还具有一个冲洗流体入口，以促进将冲洗流体输送到相应的一个液体歧管中，用于通过选定的第二组喷嘴插头散布冲洗流体到晶片基板上。

9.  一种用于散布显影流体和去离子水的喷嘴，包括：
喷嘴主体，在该喷嘴主体中具有多个歧管，其中每个歧管与喷嘴主体顶面上形成的一个单独的流体入口流体相通；以及
沿喷嘴主体底面形成的多个管状喷嘴延伸，它们与至少一个歧管流体相通，
其中所述喷嘴主体包括一个沟槽的栅格网络，该网络沿喷嘴主体底面的选择区域形成并且处于预定的喷嘴延伸组之间，用于引导从喷嘴延伸流出的横向运动的流体。

10.  如权利要求9所述的喷嘴，其中所述喷嘴主体和所述多个管状喷嘴延伸形成一个单件的结构。

11.  如权利要求9所述的喷嘴，其中所述沟槽的栅格网络包括沿喷嘴主体底面的第一预定部分形成的相对较深沟槽，以及沿底面的第二预定部分形成的相对较浅沟槽。

12.  一种用于将多种处理流体输送到半导体晶片基板的散布喷嘴，包括：
喷嘴主体，其具有多个纵向液体歧管和气体歧管，其中每个液体歧管位于喷嘴主体内，并且与喷嘴主体内形成的、对应的一个单独的流体入口流体相通，用于接收待散布的处理流体；以及
用于引导分散液体的多个喷嘴末端，其位于喷嘴主体内，其中每个末端的至少一部分伸出喷嘴主体的底面，并且伸入喷嘴主体内的液体歧管的至少一部分；
其中所述底面包括沟槽网络，该网络以栅格图案形成于所述多个喷嘴末端之间，其中所述沟槽网络还包括与气体歧管流体相通的多个气孔，用以形成气体流，该气体流将多种处理流体引导到半导体晶片基体上，减小交叉污染以及从晶片基体上的飞溅。

13.  如权利要求12所述的散布喷嘴，其中所述喷嘴末端单独地形成插头，该插头定位在喷嘴主体内的预成形的孔中。

14.  如权利要求12所述的散布喷嘴，其中所述喷嘴末端的制造材料当暴露在较低温度时允许末端热力学收缩，以定位于喷嘴主体内，当暴露在较高温度时允许热力学膨胀，从而提供充分的流体紧闭配合。

15.  如权利要求12所述的散布喷嘴，其中所述喷嘴主体包括两个显影剂歧管和一个冲洗歧管，显影剂歧管用于散布显影剂流体，并且形成于相对靠近喷嘴主体底面处，冲洗歧管用于散布冲洗流体，形成于离喷嘴主体底面相对较远处。

16.  如权利要求15所述的散布喷嘴，其中所述喷嘴末端包括：一组相对较短的末端，用于散布来自相对靠近喷嘴主体底面而形成的所述两个显影剂歧管的显影剂流体；以及一组相对较长的末端，用于散布来自相对远离喷嘴主体底面而形成的所述冲洗歧管的冲洗流体。

减轻紧邻表面液体分散喷流之间交叉污染的方法和装置
技术领域
本发明一般地涉及微电子制造领域。更具体地，本发明涉及提高液体聚合物成品率和线宽性能的方法和装置。
背景技术
平版印刷工艺是半导体工业实现较小外形尺寸同时提高成品率的不断发展的主要驱动力之一。更具体地，需要同时满足改善临界尺寸(CD)控制以及减小工艺引起的缺陷和微粒数量。
显影流体模块工艺(develop fluid module process)在日渐减小的线宽布线方面起到重要的作用。在显影过程之前，通过照相平版印刷工艺步骤在防护膜上生成高和低溶解率的区域。在显影过程中，转移到防护膜上的图像通过一个湿过程显影成三维结构。随后的刻蚀过程(通常是干的)将此图像转移到基板上，基板可以是Si、SiO₂、多晶Si等制成的。
有很多种好的显影过程，一般包括两个主要部分。在第一主要部分中，显影流体在一个低速旋转的晶片上分散，然后是静态浆形成和长时间的静止或振荡步骤，该步骤中高溶解率区被腐蚀掉，在膜上形成三维图像。形成的图像质量、侧壁角度大小以及CD控制，都受所述显影过程第一部分的强烈影响。在显影过程的第二部分中，化学湿刻蚀步骤之后，紧接着进行去离子(DI)水冲洗步骤，主要用于将溶解的防护和显影流体混合物冲洗掉，使形成图形的晶片上的微粒和缺陷数量减少到最低程度。因此，冲洗步骤在提高平版印刷工艺的成品率方面是一个非常关键的过程。
迄今为止，上述改善临界尺寸控制、减少工艺引起的缺陷数量以及减少工艺引起的微粒数量的要求，仍未得到完全满足。所需要的就是同时解决上述这些要求以及其它相关要求的方案。
发明内容
本发明涉及平版印刷系统中减少显影过程中分散液体的交叉污染的方法和装置。本发明的基本目的是提高平版印刷工艺的成品率。本发明的另一个基本目的是提供改进的临界尺寸(CD)控制能力。从而为晶片跟踪工具系统的传统显影流体模块中遇到的上述和其它问题提供解决方案。应该理解的是，下面说明内容中描述的实施例的特殊特征可以单独应用，或者与本发明的其它变化和特征结合在一起。
本发明的第一个方面体现在基于通过减少pH值突变将显影反应物沉淀减少到最低程度的方法的一个实施例，所述方法包括：使用一定量的显影剂流体在基板的至少一部分聚合物层上进行显影；接着使所述一定量的显影剂流体的至少一部分停留在所述聚合物上，从而可以控制性地将随后出现的pH值突变减小到最低程度；以及接着用一定量的另一种流体冲洗所述聚合物。
本发明的第二个方面体现在基于通过减少pH值突变将显影反应物沉淀减少到最低程度的方法的一个实施例，，所述方法包括：使用一定初始量的显影剂流体在基板的至少一部分聚合物层上进行显影；接着用另外一定量的所述显影剂流体冲洗所述聚合物，从而可以控制性地将随后出现的pH值突变减小到最低程度；以及接着用一定量的另一种流体冲洗所述聚合物。
本发明的第三个方面体现在基于通过减少pH值突变将显影反应物沉淀减少到最低程度的方法的一个实施例，所述方法包括：使用一定量的显影剂流体在基板的至少一部分聚合物层上进行显影；接着使所述基板接触一定量的缓冲剂，以使至少一部分所述显影剂流体与至少一部分所述一定量的缓冲剂混合，从而可以控制性地将随后出现的pH值突变减小到最低程度；以及接着用一定量的另一种流体冲洗所述聚合物。
本发明的第四个方面体现在基于将对基板上待显影的聚合物层的流体冲击力减小到最低程度的装置的一个实施例，从而提高成品率和线宽控制性能，所述装置包括：喷嘴，该喷嘴包括：适于供应流体的歧管；与所述歧管连接的多个流体导管；以及在所述多个流体导管内的多个管状插头。
本发明的第五个方面体现在基于将对基板上待显影的聚合物层地流体冲击力减小到最低程度的装置的一个实施例，从而提高成品率和线宽控制性能，所述装置包括：喷嘴，该喷嘴包括：适于供应显影剂流体的显影剂歧管；与所述显影剂歧管连接的多个流体孔；适于供应冲洗流体的冲洗歧管；以及与所述显影剂歧管连接的多个冲洗流体孔，其中所述显影剂歧管和所述冲洗歧管交错排列，以便减小所述喷嘴的外部宽度。
本发明的第六方面体现在基于将对基板上待显影的聚合物层的流体冲击力减小到最低程度的装置的一个实施例，从而提高成品率和线宽控制性能，所述装置包括：喷嘴，该喷嘴包括适于供应显影剂流体的显影剂歧管；与所述显影剂歧管连接的多个显影剂流体孔；适于供应冲洗流体的冲洗歧管；与所述冲洗歧管连接的多个冲洗流体孔，并且所述多个冲洗流体孔的排列形成至少一根冲洗流体轴线，其中所述喷嘴连接到一个支架，该支架适合于相对于所述基板升高和降低所述喷嘴，并重新定位所述至少一根冲洗轴线，从而与所述基板中心的法线完全共面。
本发明的另外方面包括减轻紧邻表面的液体分散喷流之间的交叉污染。
本发明提供的一些优点包括：通过使用具有多散布喷嘴的新型多口输送装置，减少在照相平版印刷步骤中使用的液体聚合物显影过程中的缺陷密度。这里的多口输送装置的重要方面是，它们能减小液滴冲击。此装置由于具有优良的冲洗动作，能够明显减少缺陷密度。另外，除冲洗流体外，此多口喷嘴系统还允许使用两种或多种不同的显影剂流体化学物，而不产生或者减少了交叉污染。这些同时输送显影剂流体和去离子水或其它物质的系统，能减少分散流体的冲击力，从而防止图案损坏，否则在要求小的外形尺寸的应用中，这将造成严重的生产管理问题。并且，所述输送系统可以结合到或装在晶片跟踪系统的显影剂流体模块中，其中需要存在均匀的空气层流场作为先决条件。在这种应用中，本发明可以以包含几个概念而分类，包括：(1)多口喷嘴系统，支持散布两种或多种不同的显影剂流体，而不发生任何交叉污染；(2)具有相同或相似几何形状的第二多口喷嘴系统，可以在冲洗步骤中用于散布另一种液体，例如去离子水；以及(3)实现概念(1)或概念(2)，支持散布两种化学成分显影剂流体同时在整个显影过程中满足低冲击的需要。本发明还包括减小可能的临界尺寸(CD)变化，这归功于显影剂流体模块，它在暴露的晶片上均匀地散布显影剂流体。当这里提供的这些步骤和装置应用于晶片跟踪系统的显影剂流体模块时，提高了晶片跟踪系统的整体CD控制能力。跟踪系统还可连接到步进器和其它传统的晶片处理模块或系统。应该理解的是，这里所用的术语连接，可以定义为多个系统组件之间的互相连接，但不一定是直接地连接，也不一定是机械地连接。
当结合下面的描述和附图进行考虑时，本发明的其它目的和优点可以更好理解和明白。虽然下面的描述可能包括描述本发明特定实施例的具体细节，但这不能认为是对本发明范围的限制，而是优选实施例的范例。对于本发明的每一个方面，都可以有很多变化，如同这里建议的，这是本领域内的一般技术人员公知的。在不偏离本发明的精神的条件下，可以在本发明的范围内做出很多变化和修改，本发明包括所有这些修改。
附图说明
对构成本发明的优点和特征的清楚了解，包括本发明提供的模型系统的组件和操作，可以通过参考形成本说明书一部分的附图中所示的示例和相应的非限制性的实施例而变得更加明白。应该理解的是，相同或相似的参考数字和文字，当它们出现在一个以上的视图或图形中时，代表相同或相似的零件。还应注意的是，附图所示的部件不一定按比例图示。
图1是根据本发明一个实施例的、多口喷嘴的底部透视图；
图2是根据本发明另一个实施例的、多口喷嘴的顶部透视图；
图3是图2所示的多口喷嘴的剖视图；
图4是根据本发明又一个实施例的、多口喷嘴的顶视图；
图5是图4所示的多口喷嘴的端视图；
图6是图4所示的多口喷嘴沿喷嘴内形成的歧管的剖面线A-A的剖视图；
图7是图4所示的多口喷嘴的底视图；
图8是图4所示的多口喷嘴的透视图；
图9是图4所示的多口喷嘴沿剖面线B-B的剖视图；
图10是图4所示的多口喷嘴沿剖面线C-C的剖视图；
图11是图4所示的多口喷嘴沿剖面线D-D的剖视图；
图12A是根据本发明一个实施例的、喷嘴或管状插头的端视图；
图12B是图12A所示的喷嘴插头的剖视图；
图13A是根据本发明另一个实施例的、另一个喷嘴或管状插头的端视图；
图13B是图13A所示的喷嘴插头的剖视图；
图14是图4所示的多口喷嘴沿剖面线A-A的透视剖视图；
图15表示根据本发明一个实施例的、显影剂轴线偏移0mm时显影速度与距离基板中心距离的函数关系；
图16表示根据本发明另一个实施例的、显影剂轴线偏移5mm时显影速度与距离基板中心距离的函数关系；
图17表示根据本发明再一个实施例的、显影剂轴线偏移10mm时显影速度与距离基板中心距离的函数关系；
图18表示根据本发明又一个实施例的、显影剂轴线偏移20mm时显影速度与距离基板中心距离的函数关系；
图19A-19D表示根据本发明一个实施例的、显影剂轴线偏移0mm时显影速度与基板上空间位置的函数关系；
图20A-20D表示根据本发明另一个实施例的、显影剂轴线偏移5mm时显影速度与基板上空间位置的函数关系；
图21A-21D表示根据本发明再一个实施例的、显影剂轴线偏移10mm时显影速度与基板上空间位置的函数关系；
图22A-22D表示根据本发明又一个实施例的、显影剂轴线偏移20mm时显影速度与基板上空间位置的函数关系；
图23是具有气孔的多口喷嘴的底视图，其中气孔发出压缩气体，有助于减少分散流体的交叉污染以及流体在喷嘴底部表面上的不需要的聚集；
图24-25是在喷嘴顶面上形成三个入口以处理不同尺寸的晶片基板的多口喷嘴的底视图；
图26A-B是另一个多口喷嘴的侧视图，其中在喷嘴主体的端面上形成镗孔的流体孔，所述流体孔可以盖住或塞住，用于引导分散液体和压缩气体；
图27-31是图23所示的多口喷嘴分别沿剖面线A-A到E-E的剖视图；
图32是图23所示的喷嘴的透视图；
图33是可以选择用于移动和支撑这里提供的各种喷嘴的机械臂装配的简化侧视图。
具体实施方式
下面将参考附图所示的示例性实施例，更详尽地解释本发明的各种特征和优点。可以理解的是，下面将省略公知的组件和处理技术的描述，以便在细节上不对本发明造成不必要的模糊。
图1表示本发明的一个实施例，其中具有液体散布喷嘴100，用于分散单个化学流体。喷嘴100可以具有的从正面105到背面测量的最大宽度等于接收分散流体的半导体基板晶片的半径。如同这里描述的本发明其它变化，喷嘴100的宽度和其它相关尺寸可以修改应用于特定应用。喷嘴100也可以包括主臂110，该主臂10具有多个沿相对于喷嘴100底面115的垂直轴对齐的导管。入口歧管130接收流入的流体，接着流体通过喷嘴散布，并通过多个出口101流到旋转的晶片上。在此实施例中，图示的出口101在主臂110的宽度上排成直线。喷嘴100的宽度使得在晶片完整旋转一周时分散流体覆盖整个晶片。同样地，喷嘴100提供流体的均匀和快速散布，这对于显影流体应用是改善临界尺寸(CD)控制的一个关键要求。应该理解的是，本发明的这个和其它实施例应用的技术范围或领域包括微结构或微电子结构的照相平版印刷工艺。这些结构通常是通过将所关注的沉积聚合物作为遮掩起到防护所述结构的局部的作用，使其保持至少较大程度上不被蚀刻剂腐蚀，从而蚀刻并形成的。被显影的聚合物可以是负的和/或正的光致抗蚀剂。本发明也可以使用数据处理方法，将表征聚合物处理状态的信号转换，从而促动分立的互相连接的硬件元件或子系统，以便执行一定的功能，例如喷嘴的重新定位或改变所需的旋转速度。
图2表示本发明的另一个实施例，其中提供多口喷嘴200，它具有入口歧管230，用于接收一种或两种化学成分不同的流体。所述入口歧管230可以具有入口隔板335，将进入歧管的流入流体流分离或分开。从而，来自入口歧管的选择的流体可以在第一臂210和第二臂220之间散布。根据所选择的喷嘴200的应用，每个臂210和220可以具有不同或相同排列的出口301(如图3所示)。喷嘴200在正面205与背面之间的宽度也可以等于基板晶片的直径，从而允许在晶片完整旋转一周时使分散流体覆盖整个晶片。
图3是喷嘴200的剖视图，显示了入口歧管230被分开以优选地接收化学成分不同的两种流体，例如显影流体和去离子水(DI)。隔板335将入口歧管230中的流体流分开。图3表示入口歧管230将一种流体流引导到第一入口通道340中。第一入口通道340包括弯道342，与第一臂210中的第一管状插头或导管345结合。歧管230将另一流体流引导到第二入口通道360中。第二入口通道360包括弯道362，与第二臂220中的第二管状插头365结合。优选地，喷嘴200底面380上的出口301在喷嘴200的宽度上排成直线，但是另外的排列也是可以的，这将在下面进一步描述。因此，喷嘴200的结构适应于具有温度控制的两种不同化学成分显影剂流体的应用，而在散布过程中不产生任何交叉污染。但是，喷嘴200适于允许去离子水散布与显影流体散布一起进行或者分开单独进行。应该理解的是，喷嘴200或者其类似的变化，也可以应用于一种化学成分的显影剂流体或者两种化学成分的显影剂流体。
与本发明这个方面相关的重要特征是，与单孔喷嘴相比，该喷嘴产生的冲击力明显减小，这至少部分是由于其多口特征或性质。减小冲击力对于更小的CD尺寸，更小CD尺寸趋于具有高的长宽比，而这将导致它们易于产生由于流体冲击而引起的图案毁坏。本发明的实施例还可以同时减小显影剂流体和去离子水的冲击力。因此，整个显影过程中的冲击力可以减小到最低程度，以确保一种形成更小外形尺寸图案并具有相对于本领域中公知的其它方法更高的成品率的可靠方法。这里的多口喷嘴的其它明显优点是，当用于同时散布显影剂流体和去离子水时，多口喷嘴增大了处理范围。另外，这些多口喷嘴的改进的流体输送和散布能力，确保了机械过程参数变量(如旋转速度和流体散布速度)在整个工艺过程中更好的适应性。本发明提供的再一个附加的优点是，其具有在保持CD控制以及优良的缺陷和粒子性能的同时减小总显影过程时间的潜在能力。
图4表示本发明的另一个实施例，其中多口喷嘴400可以散布一种或两种显影流体和/或去离子水。喷嘴400优选地散布两种显影流体和去离子水，从而通过将喷嘴400定位在基板晶片上方一个位置即可完成所有散布。喷嘴400的头部420包括顶面425，上面有三个入口或入口歧管，用于接收分散流体和/或去离子水。如图4所示，一个优选的喷嘴排列包括用于第一显影流体的第一入口405、用于去离子水的第二入口410以及用于第二显影流体的第三入口415。优选地，所述入口中的两个或更多可以在顶面425上交错排列，以便节约空间并减小喷嘴400的总宽度和尺寸。第一入口405可以与第三入口415交错排列，第二入口在第一入口405和第三入口415之间中心定位和/或偏移一侧。可以理解的是，入口不必形成交错排列的结构，并可以形成在喷嘴的不同区域上。
图5表示头部420的端面520，它可以形成内部的歧管，这在图中显示为镗孔的室，与图4所示的每个入口相通或对应于每个入口。端面520优选地包括与用于第一显影流体的第一入口405结合或相通的第一歧管505，与用于去离子水的第二入口410结合或相通的第二歧管510，以及与用于第二显影流体的第三入口415结合或相通的第三歧管515。每个所述歧管可以包括一系列的一个或多个管状插头650，从每个对应的歧管中散布流体。为了进一步减小喷嘴的尺寸，在端面520上，所述歧管中的两个或多个可以彼此相互交错排列。优选地，第一歧管510位于端面520中间，第二歧管510和第三歧管515对称地分布在第一歧管505的两侧，呈图示的三角形方式。因此，本发明的另一个方面涉及多个工作流体歧管的交错排列。与径向孔的内部非交错排列、非相互交叉的结构相比，通过交错排列工作流体歧管，歧管的主轴可以彼此靠得更近。因此，多口喷嘴的总宽度变小或变窄。即使仅有两个歧管时，交错排列歧管也是有用的，特别是由于功能上需要各开口之间静压力相等而增大歧管范围内形成的体积时。
图6是图4所示喷嘴头部420沿第三歧管515的纵向长度A-A的剖视图。第三歧管515可以包括多个沿垂直轴贯穿底面680垂直打孔的导管670。第三歧管515的结构，优选地与第一歧管505和/或第二歧管510相同，下面将详细地描述这些歧管代表性实施例。如同参考第三歧管515所示例的，歧管中形成的每个导管670可以包括一个或多个管状插头650，每个管状插头650具有内端660和外端655。优选地，每个管状插头650的内端660，从歧管壁或表面向内伸出一定距离或高度到第三歧管515内。进入第三歧管515的流体不会排出，除非第三歧管515内的流体高度累积到超过内端660的高度。这样，内端660可以形成蓄液池，从管状插头650的内端660到歧管底面665确定了其深度。以这种方式，内端660的高度也可用于保持第三歧管615内的静压力稳定不变，或者与相应的流体导管670的静压力相等。管状插头650的外端655可以同样地伸到喷嘴400的底面680以外。
所述管状插头650可以被形成为提供非常光滑的内表面，以便减小或去除表面缺陷，否则这些缺陷可以错误地引导显影流体或去离子水的流动。光滑表面的管状插头650还可以避免气泡的吸回，因为管状插头内的液-气界面可以控制。管状插头650还在歧管内部和喷嘴外部提供薄的径向边缘，该径向边缘减小了管状插头可能接触从其中流过的流体的面积。这使得喷嘴400避免了与接触导管的显影流体和/或去离子水流体流有关的问题，例如流体粘着或者导致流体流离开中心的其它问题。外端655也充分地伸出喷嘴400以外，有助于避免流体流在底面680上被牵引在一起。
如同在此描述的其它实施例一起，所述的单个多口喷嘴可以通过成行的孔散布化学成分不同的两种显影流体，以及一种冲洗的去离子水(DI)，所述成行的孔精心布设，从而使得在基板晶片上方一个的头部位置即可完成所有的散布。这允许使用旋转圆柱促动器以将所述头部从排液位置运动到单独散布位置，而需要进一步的伺服定位控制。DI行的孔位于中间，用于冲洗整个晶片。显影剂行优选地偏移5mm，因为下面进一步讨论的处理数据表明显影成分偏移5mm改善了处理结果。并且，散布孔可以包括具有小半径末端的压入管。这些管至少有两种特点能产生益处。首先，小半径的末端使得几乎没有表面受液体粘着。在所述喷嘴的底面上的任何液体粘着都可能导致分散的液流偏离中心。在喷嘴底面水平面上残留的液体可以导致两股液流汇合成一股相对较大的液流，这也是公知的。当在头部的不同化学成分液体之间没有污染的关键问题解决时，这就特别成为问题。其次，所形成的管端具有径向边缘或末端，如同具有压入管，可以允许非常光滑的内表面并且基本消除导致流体粘着的异常。一般地，微小的表面异常可以导致液流被错误导向。粗糙的表面也导致不可控的流体粘着，造成化学液体干燥和污染。由于液-气界面形状得到良好控制，从而减小了吸回气泡的机率。增压孔的位置可以交错排列，使被保持的显影剂偏移5mm，并使三个流体行在1.5英寸宽的头部上。所有孔可以沿单件的散布头部精心布设。可以理解的是，根据本发明，对于特定的应用，这些结构和尺寸可以修改。
图7表示沿喷嘴400底面680形成的出口的优选排列。所述出口可以排成图示的直线，或者交错排列，减小占据的空间大小或节省房间。如图所示的本发明这个实施例，通过延伸的管状插头末端形成的出口701的中间行710，可以连接到或者通向第二歧管510，在被冲洗的整个待处理的晶片基板上散布去离子水。出口的其他行705和715可以分别连接到第一歧管505和第三歧管515，用于散布至少一种(优选地两种)显影流体。如同在此描述的本发明的其它实施例一样，此多口喷嘴的设计实现了将显影剂流体和去离子水都散布到基板上被显影的聚合物层上。喷嘴具有的出口几何形状被排列为使其提供最佳的空间流体流动速度，同时将液滴减小到最低程度。本发明通过减小液体对膜的冲击力，进一步有助于防止一个显影的防护结构或多个结构的塌陷。多口喷嘴在其喷嘴主体中形成的孔中的至少一个或多个中可以包括喷嘴插头或管状插头。制造插头所用的材料，相对于喷嘴工作流体，应具有低的摩擦系数(静态的或动态的)。另外，本发明的这个所述的实施例包括这样的插头，它们具有延伸出其所处的喷嘴主体材料外的部分。此延伸可以从内部看到，在此处插头伸入输入歧管的内部区域。此延伸也可以从外部看到，在此处插头伸出喷嘴主体的底部。插头向内伸出喷嘴主体的优点在于，使内部歧管起到空气均衡蓄液池的功能，从而影响端口之间静态压力的均衡。同时，插头向外伸出的优点在于防止残余的工作流体在喷嘴主体外部底面上积累，尽管存在通过倒转工作流体的压力达到吸回而减轻这种残液积累的其它工作尝试。
图8表示喷嘴400的透视图，其中具有交错排列的或偏移的入口405、410和415。喷嘴400也可以设计成在第一纵向末端820上由可铰接安装支架容纳，以将喷嘴固定在一个臂上或位于基板晶片上方。喷嘴也是比较紧凑的，从顶面425到底面的优选垂直高度为1.5英寸。应该理解的是，本发明的这个实施例以及其它实施例的各个尺寸，根据所选择的工艺或应用可以变化。
图9是喷嘴400沿图4中线B-B的剖视图。图示的喷嘴400包括连接到多个第一管状插头650A的第一歧管505。同样地，第二歧管510连接到多个第二管状插头650B，第三歧管515连接到多个第三管状插头650C。多个第一、第二和第三管状插头650A-C优选地向内伸入相应的第一、第二和第三歧管505、510和515，从而每组管状插头的内部延伸660A-C在相应的歧管内形成蓄液池。歧管505、510和515内的每个蓄液池的高度，可以由相应的内部延伸660A-C长度单独地设定，如同后面的文字以及下面的附图(见图12-13)中的描述。
图10是喷嘴400沿图4中线C-C的另一剖视图。如图所示，每个入口可以使用一个或多个室与所示的歧管连接，所述室与每个相应的歧管相关或相通或形成其中一部分。如图10所示，第一入口405通过第一入口室1005连接到第一歧管505，第三入口415通过第三入口室1015连接到第三歧管515。第二歧管510也可以在第一歧管505和第三歧管515之间并与之基本平行地沿所述喷嘴主体预定的长度延伸。多个管状插头650A-C可以定位在喷嘴主体内以提供流体通道，用于从它们各自的歧管中导出的分散液体的输送并排出喷嘴400。
图11是喷嘴400沿图4中线D-D的又一个剖视图。如同其它的入口和歧管一样，第二入口410，如图所示，可以通过第二入口室1010连接到第二歧管510。但是，应该理解的是，本发明的其它实施例可以包括额外的入口，使用如图所示的相似结构连接到多个相应的歧管，入口也可以连接到相应的入口室。并且，如同本发明此实施例的其它视图，图11也表示管状插头650A-C的另一个透视图，管状插头650A-C从喷嘴400的底面680伸出，避免从每个不同歧管的成行的管状插头中喷出的液体流混合堵塞。
图12A-B表示根据本发明这个方面的、可以用于多口喷嘴的管状插头650A的一个实施例。如图12A所示，管状插头650A可以包括基本圆形的截面1210A。但是，本发明的其它实施例可以形成非圆形的截面，包括方形或多边形几何形状。具有这种或其它结构的插头，可以选择用于执行将歧管的流体以相对平行的互不干扰的液体流输送出喷嘴主体的功能。并且，管状插头650A的高度是通过保持管状插头的歧管的垂直位置或者是通过管状插头的内末端660A形成的蓄液池的所需高度而设定的。图12B表示具有相对较短高度的管状插头650A，用于靠近喷嘴400的底面680的歧管，如第一歧管505或第三歧管515。但是这种管状插头650A的总高度或长度，根据诸如以下的一些因素可以变化：喷嘴的总体尺寸和高度，插头离开喷嘴底面的所需外部延伸，以及在特定歧管内形成的蓄液池的所需高度。管状插头650A也可以用于在离开喷嘴底面较远的歧管内形成较浅的蓄液池，如第二歧管510。
图13A-B表示又一个管状插头，它可以结合于这里的散布喷嘴头部。如同本发明的前述实施例，管状插头650B可以包括基本圆形的截面1210B，如图13A所示，但也可以形成其它的形状，如这里所述的其它歧管插头。并且，管状插头650B也可以形成比如图12A-B所示的插头650A更长的长度。较长的插头可以优选地用于沿喷嘴主体形成的歧管，这种歧管与其它歧管相比，距离喷嘴底面680的距离较远。这样，管状插头650B对于诸如第二歧管510这样的歧管是优选的。图13B所示的管状插头650B也可以用于在第一歧管505或第三歧管515内形成相对更深的蓄液池。对于深度或高度为1.5英寸的最佳喷嘴，管状插头的长度可以在0.352英寸到0.665英寸的范围内，分别如图12B和13B所示。
图14是喷嘴400的剖面透视图。图示的第一入口405和第二入口410，在喷嘴400的顶面425上面是偏离中心的或交错排列的。端面520包括第一歧管505和第二歧管510。第二歧管510可以看作是本实施例中其它歧管的示例，并将在下面更详细地进行描述。第二歧管510包括扩大的室1410。扩大的室1410与形成第二歧管510其余部分的镗孔部分1420结合。第二入口室1010将第二入口410与第二歧管510连接。管状插头650B延伸通过导管，使外端655伸出底面680以外。同样地，内端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，从而当第二歧管510接收流体时在其中形成一定深度的蓄液池。以这种方式，可以通过第二入口410接收流体，如去离子水，并且这些流体通过第二歧管510的所述镗孔部分1420流动。在流体的高度超过插头高度1430之前，流体在第二歧管510内形成蓄液池。一旦流体高度超过或高于插头高度1430，则流体通过内端660进入管状插头650B，并在外端655中流动并排出而离开喷嘴，流体喷流流向晶片基板。喷嘴400形成的流出可以散布液体，如去离子水，以提供冲洗流体的良好流出。
本发明的另一个方面基于散布显影流体以使显影反应物的沉淀最小的方法而实施。这可以通过这里提供的多口喷嘴实现。例如，这里提供的一种方法，通过减小pH值的突变，使显影反应物的沉淀最小。一部分聚合物层开始可以用一定量的显影剂流体在基板上显影。这部分显影剂流体可以停留在聚合物上，从而可控地将pH值的突变减小到最低程度。此后可以用一定量的另一种流体冲洗聚合物。在本发明的另一个实施例中，可以用另外的一部分附加显影剂流体冲洗开初的部分显影剂流体，从而可控地将pH值的突变减小到最低程度。同样地，可以用一定量的另一种流体冲洗聚合物。在通过减小pH值突变将显影反应物的沉淀减小到最低程度的本发明另一个实施例中，可以执行下面的步骤：(1)用一定量显影剂流体显影基板上的至少一部分聚合物层；(2)将基板接触一定量的缓冲剂，从而使至少一部分的显影剂流体与至少一部分的所述用量的缓冲剂混合，从而可控地将pH值的随后突变减小到最低程度；以及(3)随后用一定量的另一种流体冲洗聚合物。本发明的这个方面可以有助于防止一个显影的防护结构或多个结构塌陷，这至少是部分由于减小了pH值的突变。这里用于表示pH值变化的术语“突变”可以定义为pH值随时间的变化，包括间隔时间段小于约1.0秒的两个拐点，优选地小于约0.1秒，更优选地小于约0.01秒。几乎同时出现的两个拐点可以趋于一个阶梯函数。
这里所述的多口喷嘴装置和系统，可以结合到多种显影流体模块中，用于执行选择的处理功能。虽然没有限制到任何的特殊性能指示器或诊断检验器，但本发明的一些优选实施例，当检测整个晶片表面上存在基本均匀的显影速度时，可以被研究和检验。通过使用简单和传统的IPEC Awmap速度图或旋转速度检测，可以检测是否存在基本均匀的显影速度而不用过度的实验。执行旋转速度检测是用于确定在显影机散布期间旋转晶片中心和最接近的显影剂流体之间可以容忍多大的偏移。所用的标准是增大偏移，直到显影均匀性被破坏。这是须知的一个重要限制，因为这种偏移是包括这里所述的大部分散布喷嘴设计中固有的，在用于多种显影模块时必须考虑。
图15-18提供晶片上显影检测的结果，其中喷嘴偏移为0、5、10和20mm，与此同时在60到2500rpm之间改变散布期间的旋转速度。检测发现，大小至少为5mm的偏移对整个晶片上显影均匀性没有负面影响。推测起来，偏移为5mm或更小的喷嘴设计不会在晶片中心造成显影的不均匀。在5到10mm之间的一些点上，流体不再湿润晶片中心，对该处显影产生很大的抑制。晶片的旋转速度与偏移有些相互作用，在边缘偏移10mm时最明显。
本发明优选的实施例包括这里描述的多口喷嘴，在一个条或喷嘴主体上具有三行平行的孔，所述喷嘴主体形成的长度约等于基板晶片的半径。因此，单个所述喷嘴可以散布去离子(DI)水和显影剂流体，而不必重新定位喷嘴。由于喷嘴臂在晶片上方的径向定位通常是利用气压缸，因此无论散布何种流体，喷嘴相对于晶片仅有一个位置。这样，仅有一组孔能准确地位于晶片中心上方，并且希望先进行DI散布，其中的分散流体到达最靠近晶片中心处，或在最靠近晶片中心处释放。并且，典型的显影过程是在旋转的晶片上散布流体，从而如果流体散布时离中心较远，则离心力将阻止流体到达中心。因此进行实验以便确定在晶片上的显影速度均匀性受到影响之前，显影散布可以偏移中心多远。更具体地，显影剂流体在离开中心固定的偏移距离0、5、10和20mm散布显影剂流体。在散布过程中初始旋转也是变化的，因为离心力的差异将与中心偏移相互作用，影响显影剂到达晶片中心。所用的转速为60、600、1200(标准)和2500rpm。
参看图19A-22D，选用亚显影(sub-develop)技术用于评价显影质量，这是基于几个原因，包括：(1)相对于线宽测量其速度快；(2)比线宽或E°测量具有更高的分辨率，并且比E°测量的主观性更小；(3)与使用几个离散位置相反，其可以使用整个晶片区；以及(4)曝光和显影速度远高于E°测量，与对显影速度的贡献因素相比，例如摇摆曲线、微扫描强度均匀性、PEB均匀性等等，显影过程的作用占据更多的优势。随着防护膜接近完全失去保护，显影趋向于简单的腐蚀过程。
除了定性地评价显影后晶片上的颜色均匀性，晶片上去除防护的差异用IPEC Acumap厚度测量系统定量测定。尽管这种工具以1mm间隔在整个晶片上测量厚度(超过30000个位置)，但实际上仅有中心处的121个曝光区的厚度用于本报告中的计算。基本化学成分TOK9以及方法用于所述检测。对显影配方进行修改，以便在显影和DI散布过程中去除臂的运动。采用喷嘴的优选实施例，用于显影散布过程。并对它进行调节，使最靠中心的孔在臂程序中位于晶片中心的上方，偏移为0.0。显影过程的搅拌部分从60.5秒缩短到5.5秒。所用的曝光量是12mJ/cm(E°量约为6.5-7.0mJ/cm)。显影剂流量计设定为约3.8，虽然没有检验体积，但从以往的这种检验经验可知，体积应约为50ml。通过PEB一次处理所有的晶片，接着分别地进入显影剂，其中以随机的顺序改变每个晶片的参数。
显影速度的确定是通过首先用显影后的121处位置的防护厚度减去在显影前的PEB之后两个所述晶片上测量的厚度。在这种方法中，假定晶片一晶片间的预显影厚度差异相对地可以忽略，并且代表性的晶片是用于所有速度计算中的“之前”的晶片。去除的防护层除以显影时间(散布+搅拌+清洗)，本检测中对于所有晶片是10秒。
测量PEB和显影之间的初始厚度是重要的，原因有两个：第一，很多以前的显影速度计算是使用曝光前的厚度做出的。由于原始厚度为8500，厚度损失约1000，因此这是对显影速度的更精确的估计。第二，曝光区域可以清楚地看到，从每个晶片上可以看到整个晶片上的特征图案。这对于晶片上相对失去保护的计量是有用的，并且一些文献也注意到了这一点。这具有与显影过程无关的所需性质。
所用配方的显影部分如下：
操作               时间(s)        速度(rpm)       臂X(mm)
旋转                1.0            60-2500         0-20
显影散布            1.0            同上            同上
显影散布            2.0            20              同上
旋转                6.5            0               同上
旋转                0.5            1200            同上
此检测的结果总结在下面的表中：