采用二氧化碳清洁处理来去除旋涂材料的边缘珠粒 背景
1.发明领域
本发明涉及集成电路的生产。更具体地说，本发明涉及到如何从用于集成电路制造的衬底去除旋涂材料的边缘珠粒。
2.相关技术的描述
在集成电路制造中，已开发了几种将材料淀积到衬底上的方法。一种普通方法是旋转涂覆。旋转涂覆是把一种液体混合物淀积到一个旋转的衬底上，从而均匀地将衬底表面涂覆。旋转涂覆已广泛用于集成电路制造中，将有机和无机介质材料薄膜淀积在衬底上，例如用作光抗蚀剂，抗反射层，金属间的介质层，牺牲层，和钝化层等。
在旋转涂覆过程中，作用在液体上的力可能使一定量的液体集结在衬底的边缘部分而形成边缘珠粒。部分边缘珠粒可能与衬底中分离，从而成为以后的工艺步骤中一种微粒污染源。因此，一般在旋转涂覆过程中或之后都要将包含边缘珠粒的衬底边缘区域的涂覆材料去除。
在传统的边缘珠粒去除过程中(如美国专利4,732,785中描述的那种过程)，是在衬底旋转时将一股溶剂喷到衬底上。这种溶剂流使一部分包括边缘珠粒的旋涂薄膜溶解并被去除掉。
传统的边缘珠粒去除工艺有几个缺点。例如，当衬底是半导体晶片时，传统的边缘珠粒去除工艺对每个晶片需要5秒至20秒左右的时间。处理时间短一些将会更好。另外，传统边缘珠粒去除工艺所用地溶剂会增添集成电路制造过程中产生的废物量。
此外，若旋涂材料包含低挥发性的溶剂，则传统边缘珠粒去除工艺的效果就不满意。一般来说，含低挥发性溶剂的旋涂材料(如用于低介电常数纳米孔隙硅薄膜的先质(precursor)混合物)在旋涂过程结束时仍为液态。在传统边缘珠粒去除工艺中，用来去除边缘珠粒的溶剂后来在衬底旋转时将会干燥。在干燥过程中，含低挥发性溶剂的旋涂薄膜将扩散回到原来边缘珠粒被去除的区域。因此，旋涂材料被去除的区域必须足够宽，以补偿旋涂薄膜的扩散。这将减小衬底的可用表面积。
因而需要有一种用于含低挥发性溶剂的旋涂材料的快速、环保的边缘珠粒去除工艺。
概要
本发明提供了几种去除旋涂薄膜的边缘珠粒的方法。通过旋转已经旋转涂覆的衬底，使流体膨胀通过一个喷嘴形成低温气雾流，并在衬底旋转中使低温气雾流指向边缘区域的旋涂薄膜，就可把旋涂薄膜从邻近表面边缘的旋转涂覆衬底表面区域分离出来。此薄膜可包含一种烷氧基硅烷和一种低挥发性溶剂。
在本发明的另一方面，通过将一种液体混合物散布在表面上，旋转衬底将液体成分散在表面上形成一层基本上均匀的薄膜，使流体膨胀通过一个喷嘴形成低温气雾流，并在衬底旋转中使低温气雾流指向邻近表面边缘的表面区域的薄膜，从而在衬底表面上形成一层薄膜。这种液体混合物包含至少一种烷氧基硅烷和至少一种沸点高于175℃左右的溶剂。
在一个实施例中，流体主要包括液态二氧化碳，并且低温气雾流包括气体二氧化碳和基本上为固体的二氧化碳颗粒。
其好处是在边缘珠粒去除过程中不需要有高速的溶剂旋转-干燥步骤。因而含低挥发性溶剂的旋涂薄膜不会往回生长到原来薄膜被去除的区域。另外，边缘珠粒去除过程的时间可降至10秒以下，因而可达到高生产率。再者，废弃溶剂的量减少了，所以集成电路制造过程变得更为环保。
附图简介
图1A示出一个经过旋转涂覆的衬底的横截面示意图；
图1B示出一个经过旋转涂覆的衬底的顶示图；
图2A示出按照本发明的一个实施例将一部分薄膜从旋转涂覆衬底上去除掉的低温气雾流的横截面示意图；
图2B是按照本发明另一个具体实施例将一部分薄膜从旋转涂覆衬底去除掉的低温气雾流横截面示意图。
详细描述
参看图1A和1B，根据本发明的一个具体实施装置，薄膜1被旋转涂覆在衬底3的表面2上。应该说明，图1A和1B中的尺寸不是按比例的。通常衬底3比薄膜1要厚得多。
衬底3一般是一个适于加工成集成电路或其它微电子器件的衬底。合适的衬底包括但不限于半导体材料(如砷化镓，硅，结晶硅，多晶硅，非晶体硅，外延硅，以及它们的混合物)晶片。在一种实施装置中，衬底3的表面2包括一个集成电路中的金属互连层。一般地说，金属互连层包含导线，导电引线，和介质材料。适当的导电材料包括但不限于铝，铜，钨，以及它们的混合物。在一种实施装置中，衬底3的表面2包括一个集成电路中的介质层。合适的介质层包括但不限于普通的介质材料(如氧化硅，氮氧化硅，氮化硅，以及它们的混合物)和低介电常数(低K)材料(如下面所列举的那些)。
在一个实施例中，薄膜1是一种纳米多孔硅先质烷氧基硅烷混合物薄膜，在以后要聚合或凝胶化并经干燥产生一个低介电常数纳米多孔硅薄膜。本发明与用于形成薄膜1的纳米多孔硅先质混合物的类型无关。美国专利6,042,994公布一种纳米多孔硅先质烷氧基硅烷混合物的例子，它包含一种烷氧基硅烷，一种低挥发性溶剂，和一种高挥发性溶剂。该专利已与本申请共同转让，并被引用作为参考。用于此例的烷氧基硅烷先质混合物包括那些分子式为SiR4的混合物，其中R组中至少2个是独立的C1至C4烷氧基组，其余的(如果有的话)是从下列组中独立选出的：氢，烷基，苯基，卤素，和替代苯基。
高挥发性溶剂通常的沸点低于约160℃。合适的高挥发性溶剂包括但不限于苯甲醚等醚类；酯类，例如乳酸乙酯，乙酸丁酯，丙二醇乙醚乙酸酯，丙二醇甲醚乙酸酯，乙酸丙酯；酮类，例如丙酮，环己酮，2-庚酮，3-戊醇；醇类，例如甲醇，乙醇，n-丙醇，异丙醇，n-丁醇，以及它们的混合物。低挥发性溶剂通常的沸点高于约175℃。合适的低挥发性溶剂包括但不限于乙醇和多元醇(包括乙二醇，1，4-丁二醇，1，5-戊二醇，1，2，4-丁三醇，1，2，3-丁三醇，2-甲基-戊三醇，2-(羟甲基)-1，3-丙二醇，1，4-丁二醇，2-甲基-1，3-戊二醇，四甘醇，三甘醇一甲基醚，甘油，以及它们的混合物。
纳米多孔硅先质混合物在旋转涂覆过程中按下面的方法淀积。一定量的液态纳米多孔硅先质混合物在分散周期内在或接近于它们中心分配到表面2上。在一个实施例中，衬底3在分配周期内保持静止，而在另一些实施例中，衬底3以比较低的速度旋转，一般对于6～8英寸直径的晶片为约100转/分(rpm)至约1000rpm。分配周期之后可以是一个短暂的静止周期，接着是附加旋转(以后称为厚度旋转)，其转速一般大致在1000至5000rpm之间，虽然合适的话也可以采用其它的转速。液态先质混合物在厚度旋转过程中被分散开来，以在表面2上形成基本均匀的薄膜1。一般而言，较高挥发性的溶剂在分散过程及厚度旋转过程中蒸发掉，而较低挥发性溶剂在厚度旋转过程中及以后仍然存在于薄膜1内。
在另一实施例中，薄膜1是一种纳米多孔硅凝胶，如上所述，它是通过将一种纳米多孔硅先质混合物薄膜旋转涂覆到表面2上，然后再将先质混合物薄膜用酸或碱催化水解反应进行聚合而形成的。
在另外一些实施例中，薄膜1是通过将一种含有溶剂和一种或多种低K绝缘材料的涂覆溶液经旋转涂覆到表面2上而形成的，这些绝缘材料包括但不限于甲基硅氧烷，苯基硅氧烷，甲基苯基硅氧烷，methylsilsesquioxanes，methylphenylsilsesquioxanes，硅酸酯，perhydrosilazanes，氢硅氧烷，有机氢硅氧烷，其一般分子式为(H0.4-1.0SiO1.5-1.8)n(R0.4-1.0SiO1.5-1.8)m，其中n和m之和为8至5000左右，聚酰亚胺，聚对二甲苯，氟化或非氟化聚(芳撑醚)，由苯基-炔化芳香族单聚物和齐聚物得到的聚合材料，以及它们的混合物。另外，可通过将低挥发性聚合物液体(如聚碳酸酯)经旋转涂覆到表面2上来形成薄膜1。在后一例中不需要使用溶剂。
在旋转过程(通过该过程薄膜1已形成在表面2上)的最后部分或该部分之后，对一个典型宽度为2-4mm且与表面2的边缘5相邻的区域4，利用低温气雾，通过边缘珠粒去除工艺对旋涂材料进行去除。如本领域所公知的，低温气雾可通过使流体(气体，液体，或气体和液体的混合物)迅速通过一个喷嘴形成包含基本为固体颗粒和/或液体微粒的气体流而产生。一般来说，产生低温气雾的材料在标准温度和压力下为液态或气态。
参看图2A和2B，在一实施装例中，贮存在液体贮存器6内的液态二氧化碳通过管道7，阀8，和管道9并膨胀通过喷嘴10。形成一个快速运动的低温气雾流11，它基本上是固态二氧化碳颗粒(以后把它称为“二氧化碳雪”)和气态二氧化碳。在一个实施例中，气流11还包含液态二氧化碳。当衬底3旋转时，气流11指向至少一部分区域4，并将那里的旋涂材料去除。若薄膜1是由含低挥发性溶剂的旋涂材料形成的。衬底3一般要以低于100rpm的速度旋转，才能防止薄膜1再次在区域4内生长。气流11被表面2偏折形成偏转流12，其中包含被去除的材料。不受理论的束缚，发明者认为是气流11中的二氧化碳雪颗粒的冲击将旋涂材料从表面2的区域4去除掉。被去除的材料然后由气流11和12扫走。
这种方法的好处是，去除区域4的旋涂材料不需要溶剂。此外，二氧化碳雪蒸发很快，而且不留下液态溶剂残迹。所以，在边缘珠粒去除过程中，不需要高速溶剂旋转-干燥步骤，而且低挥发性液体旋涂薄膜或含低挥发性溶剂的旋涂薄膜(如上面描述过的纳米多孔硅先质混合物薄膜)，不会向区域4生长回去。此外，废弃溶剂的量减少了，同时集成电路制造过程变得更为环保。除此之外，由于消除了边缘珠粒去除过程中的旋转-干燥步骤，这种边缘珠粒去除过程的时间可减至约10秒以下，因此可以获得较高的生产率。
在图2A所示的实施装置中，气流11在表面2上的宽度至少与旋涂材料被去除的区域4一样宽，而且喷嘴10的位置相对于衬底3的边缘5是固定的，以使气流11指向复盖区域4的宽度那部分区域4。当衬底3旋转时，区域4的全部都曝露在气流11下面，并将旋涂材料去除掉。其好处是不需要将喷嘴10相对衬底3的边缘挪动，就可把区域4的旋涂材料去除掉。也可以只让衬底3转一下来将旋涂材料去除掉。
在图2B所示的实施装置中，表面2上的气流11比区域4要去除的旋涂材料要窄。当衬底3旋转时，喷嘴10和衬底3彼此相对运动，使得气流11指向区域4离边缘5具有变化距离的部分，这样区域4全部曝露在气流11下面而将旋涂材料去除掉。例如，衬底3和喷嘴10可以通过一个装在衬底3下面的移动台等来彼此移动。它的好处是，形成区域4内边界的薄膜1的边缘13可由窄气流11清晰地确定。
在另一些实施例中，低温气雾流11是由一种或几种材料产生的，它们包括但不限于二氧化碳，一氧化二氮，氨气，氪气，氩气，甲烷，乙烷，丙烷，丁烷，戊烷，己烷，丙烯，四氟甲烷，氯二氟甲烷，六氟化硫，全氟丙烷，以及它们的混合物。
在低温气雾边缘珠粒去除过程中，由于低温气雾流11与区域4的相互作用引起的热量损耗可以冷却衬底3和区域4外面的那部分薄膜。这种冷却可以造成潮气凝结在薄膜1上并可能毁坏薄膜1。在一种实施装置中，提供了一个局部热源来保持衬底3和区域4外面那部分薄膜1有足够的温度，以防止在边缘珠粒去除过程中有大量潮气凝结在薄膜1上。局部热源可以是一个辐射热源(如灯或加热丝)或一个热气流(如干燥的空气或氮气)。采用局部热源不会影响从区域4将薄膜1去除。也可以通过控制周围的湿度(如采用环境控制系统)来防止大量湿气凝结到薄膜1上。
虽然本发明是用一些具体的实施装置来说明的，但它要涵盖包含落在下面的权利要求书范围内的所有改型和改进。