[0001] 本
发明一般性地涉及
半导体晶片的清洁，特别涉及在清洁过程期间施加在半导体晶片表面上的液体弯月面的物理限制。
[0002] 相关技术的说明
[0003] 本领域公知的是，要对经历了在固体表面上留下有害残留物的制造操作的诸如半导体晶片之类固体表面进行清洁和干化。这样的制造操作的例子包括
等离子体刻蚀(例如，通过用于
铜的双嵌入式施加的蚀刻或沟槽蚀刻)和化学机械
抛光(CMP)。各种清洁过程涉及对半导体晶片施加液体化学品作为弯月面并且将该液体化学品与脱离的污染物一起去除。重要的是保持半导体晶片表面上的弯月面，以使液体化学品能够发挥作用以将半导体晶片的表面上的颗粒污染物脱离。常规的清洁过程使用邻近头向晶片的一侧或两侧施加液体化学品并通过大的空气流限制弯月面。然后使用
真空提供抽吸操作以输送(entrain)液体化学品。常规的使用大的空气流的液体化学品限制有其自身的缺点。例如，液体化学品暴露于大的空气流，由于
蒸发，造成液体化学品的重大损失。在清洁过程中使用的一些液体化学品非常昂贵，液体化学品的任何损失都增加了清洁成本。
[0004] 在常规的清洁过程中，液体化学品蒸发是一个严重的问题，特别是在使用邻近头时。具体而言，由于大的周围空气流通过邻近头，难以控制液体化学品的蒸发损失。此外，为了改进清洁过程，常见的是在高温、通常是在约30摄氏度到约60摄氏度下引入液体化学品。当液体化学品是在较高的
温度下施加时，液体化学品的损失可显著增加。这是因为
蒸汽压
力随温度成指数增加并且蒸发与
蒸汽压力直接相关故蒸发量也增加这一事实。结果，可以回收再利用的液体化学品量大幅降低。
[0005] 另一个要考虑的因素是，高温液体化学品对提供这些液体化学品时使用的、诸如化学头之类常规清洁装置的效应。大多数的常规清洁装置在室温下操作优化。然而，由于液体化学品的较高的温度，静态温度梯度自然形成，导致这些清洁装置
变形，进而导致在清洁过程中该装置发生平庸(mediocre)操作。
[0006] 使用空气限制弯月面的的另一个缺点是在存在这种大的空气流时产生真空的成本。用于产生真空的设计要求不得不考虑到这种大的空气流的要求，以便提供有效的清洁工具。
[0007] 此外，由于液体化学品的化学枯竭或浓度变化，所以蒸发能导致在清洁过程中液体化学品的显著变化。当周围的空气流与热的液体化学品混合，产生空气和液体化学品成分的
饱和蒸汽，使得分离和回收液体化学品很难时，化工枯竭发生。另一方面，浓度过大的化学品通常造成使用专有化学品。专有化学品含有非挥发性成分，如果专有化学品是
水基的，蒸发导致非挥发性成分的浓度随着时间的推移而增加。非挥发性成分的浓度增加会对液体化学品的清洁性能产生不利影响。此外，如果液体化学品的浓度增加过高，有可能会对半导体晶片造成重大损害。
[0008] 鉴于上述情况，需要一个避免因使用空气流而限制液体弯月面的替代解决方案。正是在这一背景下，本发明的实施方式应运而生。
发明内容
[0009] 从广义上说，本发明满足了这些需求，其提供了能够不使用空气流而保存施加到半导体晶片上的液体介质的限制特征的清洁机构。应该理解，本发明可用包括作为过程、装置或系统的多种方式实施。本发明的一些创造性的实施方式介绍如下。
[0010] 在一种实施方式中，提供了用于物理限制半导体晶片上的液体介质弯月面的方法。该方法包括提供液体化学品到界定在半导体晶片表面上的袋中。弯月面的袋是界定在第一化学头和第二化学头之间。相应地，液体化学品通过界定在第一化学头和第二化学头上的成
角度的入口管道单相输送到弯月面的袋里。沿弯月面的袋的外围的至少一部分形成一个阶，使阶的高度足以保持液体化学品的限制特征。液体化学品通过内部返回管道去除。内部返回管道被界定在弯月面的袋内的第一化学头和第二化学头的后沿，使得液体化学品可以从半导体晶片表面单相去除。
[0011] 在另一实施方式中，提供了用于物理限制施加在半导体晶片上的液体介质的装置。该装置包括第一化学头和第二化学头，它们被配置为
覆盖半导体晶片的顶部和底部表面的至少一部分。第一化学头和第二化学头的每一个包括在各自的化学头的前沿处的成角度的入口管道，以将液体化学品单相输送到弯月面的袋中。弯月面的袋界定在由化学头覆盖的半导体晶片的顶部表面和底部表面的部分。弯月面的袋配置为接收和包含作为弯月面施加到半导体晶片的表面上的液体化学品。沿第一化学头和第二化学头的前沿的弯月面的袋的外围形成一个阶，以基本上将液体化学品的弯月面限制在弯月面的袋中。所述阶界定为使阶覆盖弯月面的袋的至少一部分，阶的高度足以保持弯月面的限制特征。内部返回管道位于各自的化学头后沿的弯月面的袋内。内部返回管道被用来在清洁过程后单相去除半导体晶片表面的液体化学品。
[0012] 在另一实施方式中，提供了用于物理限制施加在半导体晶片上的液体介质的系统。该系统包括载运器机构以沿轴接收、
支撑和传输半导体晶片。第一化学头和第二化学头被配置为覆盖半导体晶片的顶部表面和底部表面的至少一部分。第一化学头和第二化学头界定了弯月面的袋以接收在化学清洁期间由第一化学头和第二化学头施加的液体介质。第一冲洗头和第二冲洗头配置为覆盖半导体晶片的顶部表面和底部表面的至少一部分。第一冲洗头和第二冲洗头配置为将冲洗化学品输送到由冲洗头覆盖的晶片的一部分所界定的弯月面的袋中以在化学清洁以后实质性冲洗半导体晶片的表面。第一化学头、第二化学头、第一冲洗头和第二冲洗头的每一个都包括成角度的入口管道，以将液体化学品或冲洗化学品中的一种单相输送到弯月面的袋中。成角度的入口管道位于相应的化学头或冲洗头的前沿的弯月面的袋中。沿相应的化学头或冲洗头的前沿的弯月面的袋的外围形成阶，以基本上将液体化学品和冲洗化学品的弯月面限制在弯月面的袋中。将阶界定为使阶的高度足以保持弯月面的限制特征。分别在每一个化学头和冲洗头中界定内部返回管道，以去除晶片表面的液体化学品或冲洗化学品。内部返回管道位于相应的化学头或冲洗头的后沿的弯月面的袋中，以单相去除半导体晶片表面的液体化学品或冲洗化学品。沿相应的化学头或冲洗头的前沿的弯月面的袋的外围形成阶，以基本上将液体化学品的弯月面限制在弯月面的袋中。在每一个头的成角度的入口管道被界定为接近阶但与阶有间距并朝向弯月面的袋，以便能将液体化学品和冲洗化学品单相输送到弯月面的袋内。
[0013] 使用所述机构的优势包括大幅度减少或消除空气流以限制弯月面的袋。在限制期间消除空气流导致原本将会因蒸发而失去的液体化学品得以保持。所述方法使得能通过较简单的调整来保持限制和液体弯月面的其它特征。通过保持液体化学品的特征，可以达到最佳的化学清洁效果，而没有相当大的晶片损坏。此外，该机构允许对昂贵的液体化学品进行回收和再利用，从而使得其成为更具成本效益和更具效率的清洁液。
[0014] 通过下面的结合
附图的、通过例示本发明的原理说明的详细说明，本发明的优点和其他方面将变得明显。
附图说明
[0015] 通过下面的结合附图的详细说明，本发明将容易理解。为便于说明，类似的参考数字表示类似的结构部件。
[0016] 图1示出了在本发明的一种实施方式中的、用于限制半导体晶片上的液体弯月面的简化化学头的横截面图。
[0017] 图2示出了在本发明的另一种实施方式中的用于限制液体弯月面的限制化学头的各部件的横截面图。图2A示出了入口管道配置为与液体弯月面的平面垂直的化学头的可替换的实施方式。
[0018] 图3示出了在本发明的一种实施方式中的用于对配置在半导体晶片上的液体弯月面提供物理限制的简化化学头的横截面图。图3A示出了入口管道配置为与液体弯月面的平面垂直的化学头的可替换的实施方式。
[0019] 图4示出了在本发明的一种实施方式中的用于对配置在半导体晶片上的液体弯月面提供物理限制的限制冲洗头的各部件的横截面图。
[0020] 图5示出了在本发明的一种实施方式中的压力对弯月面
曲率的影响。
[0021] 图6示出了在本发明的一种实施方式中的、考虑到弯月
面层中的压力
波动的限制壁外的阶的合适高度。
[0022] 图7示出了在本发明的一种实施方式中的、用于对施加在半导体晶片上的液体弯月面进行物理限制的系统的简化
框图。
[0023] 图8示出了在本发明的一种实施方式中的、用于对施加在半导体晶片上的液体弯月面进行物理限制的操作
流程图。
[0024] 图9示出了在本发明的另一种实施方式中的、用于对施加在半导体晶片上的液体弯月面进行物理限制的操作流程图。
具体实施方式
[0025] 现在对用于有效地限制半导体晶片上的液体弯月面的几种实施方式进行说明。但显而易见，对本领域技术人员来说，本发明可以在没有这些具体细节中的一部分或全部的情况下实施。另外，为了避免不必要地模糊本发明，没有对众所周知的工艺操作进行详细介绍。
[0026] 本发明的实施方式提供了用于不使用空气流而对施加在半导体晶片上的液体弯月面进行物理限制的机构。所述机构使用带有成角度的入口管道的邻近冲洗头将液体化学品输送到晶片表面。由暴露于第一冲洗头和第二冲洗头的晶片的至少一部分上的第一冲洗头和第二冲洗头界定弯月面的袋。在第一冲洗头和第二冲洗头内界定传送液体化学品的成角度的入口管道，以使液体化学品可以在界定的弯月面的袋中单相接收到。在第一冲洗头和第二冲洗头中的每一个中界定覆盖所述弯月面的袋的外围的至少一部分的阶特征，以使阶的高度足以保持所述液体弯月面的限制特征。第一冲洗头和第二冲洗头没有对准，使得与第二冲洗头中的弯月面的袋相邻的阶的壁相对于与第一冲洗头中的弯月面的袋相邻的阶的壁向
外延伸。在第一冲洗和第二冲洗头的后沿的弯月面的袋内界定内部返回管道，以便单相去除从弯月面的袋来的液体化学品。
[0027] 本发明的实施方式提供了一个有效的机构来限制施加在晶片上的液体化学品的弯月面，使液体化学品可单相引进和去除。所述机构避免了使用空气流限制弯月面，避免了有空气流时可能有的因污染或化学改变液体化学品而造成液体化学品浪费的相关缺点。此外，所述机构进一步防止了
接触空气流时由于蒸发而产生的任何液体化学品的损失。由于在清洁过程中使用的液体介质价格昂贵，回收和重复使用液体弯月面是非常可取的。因此，通过单相引进和去除液体介质和避免使用空气流，本发明的实施方式提供了不牺牲晶片的清洁品质而保存液体介质的方法。保存的液体介质可以在当前的清洁操作或之后的清洁操作中重复使用，使得这成为一个最优的和成本上有效的方法。
[0028] 有了上面的对用来对施加在半导体晶片上的液体弯月面提供物理限制的机构的广义化的理解，现在参考各个附图详细说明本发明的不同的实施方式。
[0029] 图1示出了在本发明的一种实施方式中的、使用化学头分配和去除液体化学品的机构的简化框图的侧视图。如图所示，所述机构包括
定位为覆盖晶片100的顶部表面和底部表面的至少一部分的第一化学头110和第二化学头120。弯月面袋130界定在第一化学头110和第二化学头120所覆盖的一部分里。晶片100配置在载运器(未示)上，沿轴移动。当晶片100移动通过弯月面的袋时，弯月面的袋分成两个弯月面，一个弯月面覆盖晶片的顶部表面的一部分，另一个弯月面覆盖的晶片的底部表面的一部分，该两个弯月面分别由化学头110和120所覆盖。一旦晶片100移出弯月面区域，弯月面的袋就变成单个的弯月面。在一种实施方式中，化学头110和120是邻近头。实施方式并不限于邻近头，也可包括能产生覆盖了晶片100的至少一部分的弯月面的袋130的其它类型的头或机构。在清理操作期间，诸如液体化学品之类液体介质被引入弯月面的袋130中。在弯月面的袋130的外围上的第一化学头和第二化学头中的每一个中界定阶。阶118和128起弯月面的袋的物理限制壁的作用，从而限制和保持弯月面区。
[0030] 分别在第一个化学头110和第二化学头120的每个中界定入口管道，以将液体化学品引入到弯月面的袋，进而施加到暴露给弯月面的晶片100的表面的一部分。在一种实施方式中，入口管道112和122位于弯月面的边缘，但是在弯月面的袋内。由于入口管道是在弯月面的边缘处，入口管道以与弯月面的平面垂直的角度指向内，使得液体化学品远离(away from)阶118和128直接单相引入到弯月面的袋130内。有关单相运输的更多信息，可以参考2008年8月19日提交的、转让给本发明的受让人的、
申请号为12/194,308、题为《REMOVING BUBBLES FROM A FLUID FLOWING DOWN THROUGH A PLENUM》的美国申请。
[0031] 当液体化学品运送到在晶片的入口侧的接近阶118和128的弯月面的袋时，得到了最佳的弯月面限制。通过提供接近阶但从指向远离阶的成角度的入口管道112和122来提供液体化学品，液体化学品运输流的冲力被引导远离物理限制的壁。这样可以防止液体流的
动能以及相关的压力打破弯月面的表面，从而保持弯月面的限制特征。
[0032] 阶118和128可以完全或部分地围绕弯月面的袋。在一种实施方式中，阶是完全围绕弯月面的袋。在此实施方式中，单一的入口管道112、122和单一的内部返回管道114、124分别被界定在各自的化学头110和120的每一个内。在另一种实施方式中，阶是一部分包围弯月面的袋。在此实施方式中，阶可在由化学头110和120形成的弯月面的袋130的前沿，并沿着弯月面的袋130的侧面的至少一部分处覆盖晶片入口部分(entrance)。在此实施方式中，界定在第一化学头110和第二化学头120中的每一个之中的入口管道112和
122包括沿弯月面的袋的内边缘界定的至少一行入口管道和沿弯月面的袋130的后沿处的内边缘界定的至少一行内部返回管道。使用成行的入口管道提供液体化学品和使用成行的内部返回管道去除液体化学品，有可能在提供和去除液体化学品时采用低流量而保持流动均匀性。这将产生液体化学品的有成本效益的施加。
[0033] 除了为化学头110和120中的弯月面的袋提供物理限制的壁之外，阶118和128被设计为使阶118和128的高度足以防止液体介质失去其限制特征。由于液体介质被输送到弯月面的袋中，引力作用到液体介质上，往往迫使至少有一些液体介质流出弯月面的袋。当液体流出弯月面的袋里时，如果它接触到在弯月面的袋外形成的液体层，液体介质就可能会失去其受限的弯月面的形状。由于多种原因，通常可在弯月面的袋之外的阶的顶部表面上形成液体层。举例来说，在晶片引入期间，当基片与运输基片的载运器进入或退出弯月面的袋时，弯月面的压力就波动。弯月面的压力也可能会基于与液体化学品运输和内部返回流相关的波动而波动。由于弯月面的压力波动，弯月面的曲率的波动。图5示出了带有扩大的液体化学品表面的例示性的化学头。由于弯月面的曲率增大，如510所示，表面变得更凸。结果，液体化学品扩展到销角(pinning corner)外侧。当液体表面接触到在物理限制壁之外的头的任何表面时，液体弄湿直到抵至一个新的弯月面的销特征(尖角)为止的、在物理限制壁之外的所有表面。造就的弯月面仍可能受限，但不在期望的区。从理想的限制壁到不理想的扩展的弯月面的弯月面跳跃的过程由激活跳跃所需的能来调节。该能取决于在物理限制壁的外侧的头的几何形状与液体的表面
张力。
[0034] 为了防止液体介质失去其弯月面限制的特征，在第一化学头和第二化学头中的弯月面的袋之外的阶的高度增加得足以使从弯月面的袋流出的液体介质不能与在阶的顶面上形成的液体层接合(interface)。阶的高度的增加直接与和液体弯月面和化学头110、120相关联的一个或多个操作限制相关，并被定义为操作限制的函数。操作限制包括流速、压力、温度、液体介质的化学成分、化学头表面与晶片表面的接近度和化学头尺寸中的一个或多个。这些操作限制是动态的。例如，当晶片进入或退出弯月面的袋时，弯月面的压力波动。因此，阶的高度需要考虑一个或多个操作限制中的波动，以达到最佳的弯月面限制。
[0035] 在一种实施方式中，阶的高度与液体化学品的3相接触线跳跃到期望的弯月面的边界线之外的概率直接相关。当液体介质中的操作压力波动时，如果阶的高度太低，弯月面就会不受限制。操作压力取决于化学头的几何形状、头与晶片表面的接近度和液体介质的流速及其它的约束参数。因此，阶的高度增加，以使弯月面能够被限制。在一种实施方式中，在限制壁之外的阶的高度被界定为大于0.120”或约3mm。图6示出了带有界定的外部限制壁的正确的化学头设计的一个例子。
[0036] 为了优化使用液体化学品，化学头110和120的每一个都分别包括界定在弯月面的袋内的内部返回管道114和124。内部返回管道114和124位于化学头110和120的后沿，以在清洁操作之后可单相去除液体化学品。内部返回管道114和124位于与液体全面接触的头的区，以使仅仅液体化学品才通过内部返回管道返回。内部返回管道的数量和
位置可以会因设计和所需的功能的不同而不同。去除的液体化学品可以在随后的清洁操作中重复使用。
[0037] 配置在晶片底部上的化学头120还包括重力排放槽126以接收可能在临时未限制期间从晶片表面溢出的任何液体化学品。在载运器和晶片100进入或退出弯月面的袋时，临时未限制可能发生。发生这种情况时，弯月面的压力暂时增加，这可能会导致液体化学品溢出。重力排放槽126可以位于化学头120的前沿或后沿或前沿和后沿。在重力排放槽126收集的化学品可再利用，从而使液体化学品最优利用。在沿弯月面周围都提供物理限制的实施方式中，小流量的液体不间断地溢出到槽中。当输送流和内部返回流不能造得精确相同时，设计就需要它。为了保证弯月面区总是充满液体，使输送流大于内部返回流。在一种实施方式中，输送流比内部返回流大约100毫升/分钟。额外的流通过槽返回和再利用。
当晶片移动远离化学头110、120时，液体化学品132的层可以留在晶片上。该层可以保持在晶片上，以防止其它污染物附在晶片表面上或防止过早干化。
[0038] LAM2P659.P]
[0039] 在一种实施方式中，配置在晶片100的顶部的化学头可包括半芯吸(hemi-wicking)的形貌。这一形貌是为了促进液体化学品表面加湿。例如，在成角度的入口管道112和内部返回管道114间的晶片100的顶部之上的弯月面的袋内的表面可能有半芯吸的表面形貌，以增加袋内的液体化学品的加湿从而改进清洁过程。有关半芯吸的表面形貌的详细信息，可参见2009年5月22日提交的、转让给本申请的受让人的、名称为《邻近头的表面形貌的改变》(MODIFICATION TO SURFACE TOPOGRAPHY OF PROXIMITY)的申请号为12/471,169号的美国
专利。
[0040] 一种可能性是，在关闭液体输送后，残留液体存在于弯月面区的上部头和下部头之间。当晶片完成加工后，晶片被输送到晶片输出区，晶片载运器返回到晶片输入区。当空载运器向后逆行通过邻近头时，如果载运器平面的水平是液体化学品的水平，存在于头之间的弯月面的区中的任何剩余的液体化学品就可以湿化载运器表面。如果下部头的袋比液体坑在平的表面上可有的最大高度还深，这就能够避免。在一种实施方式中，袋的深度可以使用表1提供的经验公式来计算。所述经验公式是通过使用与施加液体化学品有关的各种工艺参数获得的。根据计算，在一种实施方式中，下部头的袋的深度被设计为至少是0.130”或3.3毫米。这确保可能滞留在头的袋的底部的残留液体化学品不能接触到载运器平面。更大的袋的深度可能会产生相同的结果，但需要增加弯月面容量。应该指出，基片一词和晶片可交替使用，是指制造半导体器件的材料。
[0041] 表1：
[0042]
[0043] 式中，e是在平坦的表面上的液体坑的高度，θE是头材料上的水的平衡接触角(PVDF)，κ-1是毛细管的长度，γ是表面张力，ρ是
密度，g是重力
加速度。
[0044] *对20℃的水，e＝3.5毫米(0.138”)，测定的高度：0.130”；
[0045] *对80℃的水，e＝3.1毫米(0.123”)，下部头的袋的深度：0.130”。
[0046] 与配置在晶片100的顶部和底部的化学头110和120中的每一个中的弯月面的袋相邻的阶的壁是错位的(offset)，以更好地限制弯月面。忽略引力，弯月面的表面是由圆的一部分描述的。在弯月面内存在超压时，液体表面是凸的，弯月面的一部分在弯月面限制的壁之外。考虑到弯月面表面上的引力，液体的重量可以诱导弯月面表面上的压力大于表面张力可以保持承受的，导致液体
泄漏到槽中。通过使界定物理限制的较低的阶的壁相应于较上的阶的位置错位，可提供
基础来反向平衡由液体的重量引起的力，减少液体泄漏到槽的可能性。显示有希望的结果的错位是在约0.030”或约0.7毫米到约0.25”或约6mm之间。这种设计导致下部化学头120比上部化学壁110宽。
[0047] 图2示出了在本发明的一种实施方式中的显示施加在晶片上的液体弯月面的物理限制的有希望的结果的例示性的化学头110、120的各种部件功能和错位的测量。在第一化学头110和第二化学头120之间形成了弯月面的袋130。当晶片移动到化学头110、120之下时，弯月面的袋130覆盖晶片的至少一部分。弯月面的袋的宽度可以随化学头110、120的几何形状而改变。在一种实施方式中，由化学头界定的弯月面的袋可覆盖晶片的宽度。在另一种实施方式中，弯月面的袋可覆盖基片的顶部表面和底部表面的一部分。在图2所示的实施方式中，弯月面的袋的宽度为约38毫米。沿第一化学头110和第二化学头120中的每一个的前沿的弯月面的袋130的外边缘的至少一部分界定阶118和128。阶的高度凭经验界定，并足以保持弯月面中的液体化学品的限制特性。
[0048] 在另一种实施方式中，弯月面限制区以外的阶壁的高度取决于局限于限定在该区中的弯月面的操作压力。弯月面的操作压力可能又反过来依赖于包括化学头的几何形状、化学头与晶片表面的接近度、液体化学品流和其它参数限制中的一个或多个。使用约2厘米的弯月面宽度，化学头与晶片的间隙为约0.3毫米至约2毫米之间，最优的晶片的间隙为约1毫米；液体化学品以约0.5升/分钟至约3升/分钟之间的流速流动，成功限制弯月区的弯月面区之外的阶的高度须大于约3毫米。头与头之间的间隙是由头部到晶片的间隙以及晶片和载运器的厚度决定。显示出有希望的结果的头与头之间的间隙是在约2.3毫米到约5mm之间，操作间隙是约3毫米。此外，发现在弯月面区以外的阶118、128的最低高度为约3毫米时，弯月面的最优限制是可能的。基于对操作的制约确定：在弯月面的袋130以外的阶壁的高度为约0.150英寸或约3.75毫米时取得最优限制。显示出有希望的结果的、由第一化学头和第二化学头的阶的形貌特征之间的间隙界定的操作间隙是约3毫米。操作间隙取决于表面能，它是施加到晶片时的液体化学品的成分和液体化学品的温度的函数。
[0049] 在一种实施方式中，成角度的入口管道112和122界定在化学头110和120中，并且刚好位于与阶接近的弯月面的袋130的外沿内。入口管道的配置和位置的变化已经参考图1广泛讨论。成角度的入口管道与阶壁隔开，配置为将液体化学品单相输送到弯月面的袋130中。在一种实施方式中，入口管道112和122与弯月面平面的垂直线的角度为约20°。成角度的输送提供了动力将液体化学品移离阶壁，从而确保弯月面的限制特征基本保持。通过将入口管道界定为接近阶118、128的壁，能够使弯月面限制边界为尽可能接近袋的边界。因此，弯月面的边界由物理限制壁界定。输送管道和内部返回管道间隔开，以使用于保持液体组成一致的液体化学品再循环的容积(volume)最大化。与弯月面的袋相邻的阶118、128的壁相互错位，以使下部化学头的阶128相对于上面的化学头的阶118的壁向外伸展。在阶118、128的壁之间的错位量优选为在约0.8毫米至约6毫米之间，最优的错位量为约0.05”或1.25毫米。应该指出，由于错位量，下部化学头物理上比上面的化学头宽。在下部头120的前沿和后沿界定槽126，以接收施加到晶片上的液体化学品的溢出。
[0050] 在一种实施方式中，可提供额外的入口管道，以将液体化学品引入弯月面的袋内以施加到与弯月面接触的晶片100的表面的一部分上。额外的入口管道可置于限制的弯月面边界内的任何地方。由于额外的入口管道位于弯月面的边界内且不在前沿或后沿，管道不必成角度。相反，管道可配置为与弯月面的面垂直，以可使液体化学品直接单相引入到液体箱。例示的额外的入口管道112-a示于图2A，它示出了用于将液体化学品输送到基片100的表面的化学头的另一种实施方式。液体化学品输送流的动力与弯月面中的液体化学品的流动一致，从而保持弯月面限制壁。
[0051] 内部返回管道界定在上部化学头110和下部化学头120中的每一个中。内部返回管道114、124位于化学头110、120的后沿，并位于弯月面的袋130内，以使液体化学品可单相去除。如图2所示，内部返回管道可以是成角度的(内部返回管道114)或直的(内部返回管道124)。在另一种实施方式中，多个内部返回管道界定在上部化学头110和下部化学头120中的每一个中。多个内部返回管道位于弯月面的袋130中，以单相去除液体化学品。图2A示出了存在两行内部返回管道的这样一种实施方式。在下部化学头120中形成的弯月面的袋可能超深，以避免任何遗留下来的和停滞的液体化学品加湿输送晶片的载运器。
在一种实施方式中，已显示出有希望的结果的下部化学头120中的弯月面的袋的深度是约
0.130”或3.25毫米。
[0052] 使用单相输送和单相返回，气流被从输送网络去除，并因之也去除了与气流关联的缺点。与气流相关的缺点之一包括不受控制的蒸发。不受控制的蒸发导致大量的液体化学品损失。由于在清洁过程中使用的一些液体化学品是昂贵的，所以，液体化学品损失增加了清洁晶片的成本。另一个缺点是将泡引入到液体介质中，这可能会导致空穴效应(cavitation)。不受控制的空穴效应可能损坏在晶片上形成的特征，使得使用空气流非常不可取。输送中气泡的其它缺点包括当气泡自己处在晶片-液界面时的非均一的化学品接触，阻碍晶片表面被液体化学品加湿，由于不受控制的3相(固(晶片)-液-气)界面可以引进干化标记，所以，干化的问题包括高粒子计数和粒子条痕化(streaking)。
[0053] 除了第一化学头和第二化学头外，冲洗头可用于在化学品清洁后冲洗晶片表面。图3示出了用于在化学清洁后冲洗晶片的一对冲洗头的简化框图的侧视图。在化学清洁之后，晶片被移到第一冲洗头210和第二冲洗头220之下。当晶片100从化学头110、120之下移到冲洗头210、220之下时，晶片100被覆盖了一层化学清洁遗留的液体化学品132。冲洗头210、220被配置为覆盖包括晶片表面的顶部侧边和底面侧边的至少一部分，并在晶片
100的至少一部分上界定弯月面的袋230。第二冲洗头220界定的弯月面的袋230的一部分可以比第一冲洗头210界定的更深。这是为了提供冲洗化学品弯月面的物理限制，以基本保留弯月面的特征。
[0054] 在一种实施方式中，冲洗头配备了配置为将冲洗化学品引入弯月面的袋230的成角度的入口管道212和222。成角度的入口管道位于第一冲洗头210和第二冲洗头220的前沿，并在弯月面的袋230的边缘之内，以将冲洗化学品直接单相引入到弯月面的袋230中。在一种可替换的实施方式中，除了成角度的入口管道外，冲洗头可包括配置在弯月面的袋内的额外的入口管道212-a。由于这些额外的入口管道212-a配置在弯月面的袋的内侧，它们不需要成角度提供。相反，它们被提供为与弯月面的袋内的弯月面平面垂直。带有配置为与弯月面的面垂直的额外的入口管道212-a的例示性的冲洗头示于图3A中。与参考化学头描述的阶相似，阶(218，228)被界定在第一冲洗头和第二冲洗头210、220的每一个中。阶218、228沿冲洗头210、220的前沿处的弯月面的袋230的外围的至少一部分界定。阶提供了在冲洗头之间界定的弯月面的袋230的边界内的弯月面的物理限制。在每个冲洗头210、220中的阶的壁的高度配置为确保弯月面的特征被基本保留。与在第一冲洗头和第二冲洗头的弯月面的袋230相邻的阶218、228的壁错位(offset)，使得在下部冲洗头220的阶228的壁被配置为在相对于在上部冲洗头210的阶218的壁的弯月面之外。这是为了平衡在弯月面的袋230的弯月面内发现的弯月面内部压力的任何不对称性。在一种实施方式中，在下面的头和上面的头的阶的壁之间的错位与参考图1的化学头讨论的相似。
[0055] 在一种实施方式中，内部返回管道在冲洗头210、220中的每一个界定，以在冲洗循环中去除冲洗化学品。内部返回管道214、224位于弯月面的袋230内的冲洗头的后沿，以便冲洗化学品可单相去除。内部返回管道214、224可成角度设置或垂直设置。在另一种实施方式中，多个内部返回管道被提供在冲洗头210、220中的每一个，以去除冲洗化学品。图3A示出了具有两个内部返回的一个这样的例子。内部返回管道不需要位于后沿，而可以位于入口管道后的弯月面的袋内的任何地方，以确保单相去除冲洗化学品。除了可使单相返回进行的内部返回管道214和224外，冲洗头210、220可包括设置在弯月面的袋230的边缘的外部返回管道232、234，以使冲洗化学品可两相去除。两相的外部返回管道232、234附近的弯月面可能会与周围空气或施加到晶片表面上的其它化学品接触。在一种实施方式中，氮和/或异丙醇(IPA)蒸气流可以在弯月面的袋230的外围引入。氮/IPA蒸气可以在干化周期引入，并且可作为干化剂在冲洗周期后干化晶片。外部返回管道232、234在冲洗/干化周期后两相去除冲洗化学品和氮/IPA蒸气。
[0056] 在一种实施方式中，下部冲洗头220可能还包括沿前沿的重力排放槽226。图4示出了用于晶片表面的液体弯月面的物理限制的各个部件特征。如图4所示，重力排放槽226可用于收集可能会在冲洗过程中流出弯月面的袋230的任何冲洗化学品和液体化学品。冲洗头中的重力排放槽226的功能与图1和2的化学头中提供的重力排放槽126在实质上是相似的。重力排放槽226的位置是例示性的，不应理解为限制性的。因此，除了在前沿的重力排放槽226，可以在下部冲洗头220的后沿提供第二重力排放槽来收集冲洗化学品。晶片移动通过冲洗头210、220，出来基本清洁、不带化学品并干化。
[0057] 上述实施方式中所说明的化学头使得化学品可施加到至少约70℃。液体化学品往往是在通常高于室温的温度施加。由于在较高温度下在施加化学品期间自然生成的静态的温度梯度所引起的变形，化学清洁中使用的传统的化学头不能在高于室温的温度下操作。另一方面，在本实施方式中使用的化学头能够克服静态温度梯度得到更有效的清洁，从而使得这成为更有效的设计。
[0058] 本发明的实施方式并不限于用于分配和去除液体化学品的化学头和和用于分配和去除冲洗化学品的冲洗头的系统。在本发明的可替换的实施方式中，除了化学头和冲洗头外，还可使用干化头。干化头与冲洗头210结构相似，被用来清除由先前的诸如清洁和冲洗之类操作留在基片的表面上的任何液体化学品。在本发明的可替换的实施方式中，在基片表面清洁期间，可用干化头替代冲洗头。在又一实施方式中，用于物理限制施加在晶片表面的液体弯月面的系统包括与传统的空气引开(air entrainment)冲洗头
配对的化学头。化学头提供用于清洁基片的清洁化学品，冲洗头使得能在清洁操作后冲洗基片。可以看出，不同的部件可以用于各种配置，以物理限制施加在晶片(基片)表面的液体弯月面。此处所述的实施方式是例示性的，不应被视为是限制性的。带有不同部件的其他配置是可行的。
[0059] 图7示出了在本发明的一种实施方式中的、用于对施加在晶片的液体弯月面进行物理限制的系统。该系统包括在制造操作后清洁晶片的一对化学头110、120和化学清洁后冲洗晶片的一对冲洗化学头210、220。化学头110、120及冲洗头210、220的对数和方向是例示性的，不应被视为是限制性的。任何对数的化学头和冲洗头可用在任何方向上，只要保持发明的功能即可。系统中的化学头和冲洗头的部件与前面已参考图2-5说明的类似。该系统包括接收、保持和沿平面运输晶片的晶片载运器机构。载运器机构可以是本领域公知的任意载运器机构以及或提供现有载运器机构的功能的任何其它载运器机构。第一化学头和第二化学头处置为：当晶片沿轴移动时，第一化学头和第二化学头覆盖晶片的顶部和底面的至少一部分。第一化学头和第二化学头界定一个可以在化学清洁期间将液体化学品输入其中的弯月面的袋。弯月面的袋提供了一个弯月面层，当晶片移动通过化学头下的弯月面的袋时，所述弯月面层覆盖暴露于第一化学头和第二化学头的晶片的顶部和底部的部分。
[0060] 成角度的入口管道在弯月面的袋内的第一化学头和第二化学头的前沿提供，以将液体化学品单相引入到弯月面的袋。内部返回管道是在化学头的后沿提供，以单相去除液体化学品。应注意，入口管道和内部返回管道的位置是例示性的，不应被视为是限制性的。只要它们保持各自的功能，入口管道和内部返回管道可以位于弯月面的袋内的任何地方。
阶是沿弯月面的袋的外围的至少一部分界定的，作为实质上限制袋内的弯月面的弯月面物理屏障。阶的高度被界定为足以保持弯月面的限制特性。与第一化学头和第二化学头中的弯月面的袋相邻的阶的壁被配置为：在下部头中的阶的壁相对于在上部头中的阶的壁是向外伸展的，以平衡与弯月面的内部压力相关联的任何不对称。在化学头的任何一个前沿、后沿或前沿和后沿两者配置一个或多个重力排放槽，以捕获从弯月面的袋里泄漏出的液体化学品。捕获的液体介质可以在当前的清洁或随后的清洁过程中重复使用。
[0061] 冲洗头210、220与化学头结构类似，只是冲洗头配置为将冲洗化学品提供到弯月面的袋中。冲洗头包括成角度的入口管道、内部返回管道、在冲洗头的前沿和/或后沿的重力排放槽、沿弯月面的袋的一个或多个壁形成以将弯月面限制在该袋中的阶。除了上述组件外，冲洗头还包括位于弯月面的袋的外围处的外部返回管道。外部返回管道可两相收集冲洗化学品。在外部返回管道附近的弯月面袋外围的化学清洁品可能会接触到周围空气或施加到晶片表面的其它化学品。冲洗化学品与其它化学品一起被外部返回管道去除。在此实施方式中，不能重复使用返回的冲洗化学品，因为它可能与其它化学品混合导致化学成分的变化。因此，由外部返回管道收集到的化学漂洗品将被弃除。在一种实施方式中，冲洗头可配置为执行通过在冲洗操作后向晶片表面施加诸如氮和/或异丙醇(IPA)之类干化剂以充分干化晶片的干化操作。外部返回管道在冲洗和干化操作后去除干化剂和化学清洁品。
[0062] 应注意，载运器通过系统缓慢移动晶片，以使晶片表面可充分接触各种化学成分以充分清洁晶片。当晶片通过化学头上移动时，晶片通过密闭的液体化学品而经历集中的清洁。当晶片从化学头下浮现出来时，可能会在晶片表面上留下一层液体化学品。可将该层留下，以防止其它污染物附在
硅片表面上、以防止过早干化或出于任何其它原因。当晶片移动并从冲洗头下出现时，液体化学品与任何其它残余化学品一起被去除。当冲洗头配置为提供干化剂时，浮现出来的晶片是充分干燥的。用于在每一个化学头和冲洗头下的晶片的最优清洁和最优干化的暴露时间可能取决于污染物的数量和所需的清洁程度。在一种实施方式中，如图7的部件505所示，暴露时间被定义为弯月面的袋的宽度加上化学品弯月面和冲洗弯月面之间的距离以及晶片速度的函数。可调整弯月面的袋的宽度、化学品弯月面和冲洗弯月面之间的距离和晶片速度，以便提供最优的清洁晶片。
[0063] 在一种实施方式中，冲洗头可与化学头集成。在此实施方式中，化学头可配置为保持液体化学品弯月面有别于冲洗化学品弯月面，以让液体化学品回收。回收的液体化学品可在当前的清洁过程或随后的清理过程中重复使用，从而使昂贵的液体化学品得到最优的使用。在另一种实施方式中，冲洗头可保持为有别于化学头。通过保持化学头有别于冲洗头，通过使用可以与冲洗化学品的操作约束(constraints)不同的操作约束施加液体化学品是可能的。例如，晶片可用热液体化学品和冷清洗化学品处理。此外，通过保持冲洗头有别于化学头，对化学头或冲洗头的任何配置变化可单独实现，而不影响其它头的配置。上述实施方式提供了液体弯月面的充分限制，以使更集中的晶片清洁操作可以实现。
[0064] 有了以上的对各种实施方式的详细说明，现在参考图8讨论物理限制施加在晶片上的液体介质的弯月面的方法。图8示出了在本发明的一种实施方式中的、涉及对液体介质弯月面进行物理限制的各种操作。该方法始于操作610，其中通过入口管道将液体化学品施加到半导体晶片上。弯月面的袋由一对化学头界定，以基本覆盖在化学头下移动的晶片的顶部表面和底部表面的至少一部分。成角度的入口管道界定在弯月面的袋的边缘之内的化学头的前沿，以便能将液体化学品单相引入弯月面的袋中。如操作620所示，液体化学品弯月面的限制特征由沿覆盖弯月面的袋的外围的至少一部分的前沿界定的阶保持。弯月面的袋以外的阶的高度是根据与液体介质和化学头相关的一个或多个操作约束条件来定义的，以保留液体介质的隔离的特点。此外，在化学头中的阶的壁被设计为使得下部化学头中的阶的壁相对于上部化学头的阶的壁向外伸展，以平衡弯月面内部压力的任何不对称性。由弯月面的袋覆盖的晶片表面的部分充分暴露于液体化学品以最优清洁，液体化学品通过内部返回
导管单相去除，如操作630所示。内部返回管道被界定在弯月面的袋内的化学头的后沿，以使液体介质可单相返回。通过提供液体介质的单相配送和返回，液体介质可在随后的清洁操作中重复使用，从而最优使用液体介质。单相引入液体化学品、维护限制特征和单相去除液体化学品的过程可继续用于后续的晶片。
[0065] 图9示出了在本发明的另一可替换实施方式中的、用于对施加在半导体晶片上的液体弯月面进行限制的过程操作。如操作710所示，这个过程始于在第一化学头和第二化学头袋之间界定弯月面的袋。弯月面的袋被定义为覆盖在第一化学头和第二化学头之下移动的半导体晶片的顶部和底部表面的至少一部分。弯月面的袋的宽度可以根据化学头的几何形状来界定。如操作720所示，阶是在沿弯月面的袋的外围的第一化学头和第二化学头的前沿界定，以覆盖弯月面的袋的至少一部分。阶可部分或全部地覆盖弯月面的袋。与弯月面的袋相邻的阶的外壁的高度被界定为至少为
阈值。阈值可定义为与化学头和施加到晶片表面的液体化学品相关的一个或多个操作约束的函数。如操作730所示，通过在第一化学头和第二化学头中界定的入口管道选择液体化学品并施加到晶片表面上。与液体化学品有关的种类和操作约束根据如下来选择：需要去除的污染物的类型、大小、物理和化学特征；以及晶片的特征，所述晶片的特征(characteristics)包括在其上施加液体化学品的晶片上形成的形貌(feature)的特征(characteristics)。入口管道是在弯月面的袋的外围内形成，远离弯月面的袋的外壁成角度向内，以使液体介质可单相引入弯月面的袋中。当成角度地施加液体介质时，液体介质的冲力将使液体介质流走而远离阶的外壁，从而充分限制液体介质的弯月面。如操作740所示，液体介质的弯月面被第一化学头和第二化学头的阶的错位进一步限制。阶的外壁错位，使得配置在晶片的底面上的第二化学头的阶的壁相对于配置在晶片的顶面上的第一化学头的阶的壁是向外伸展的。这是为了平衡与内部弯月面压力关联的任何不对称性。
[0066] 如操作750所示，在晶片表面充分接触液体化学品后，通过内部返回管道将液体化学品单相去除。晶片表面的接触量是由接触时间定义的。如参考图7所示的，接触时间定义为晶片载运器速度和弯月面的袋的宽度+化学品弯月面与冲洗弯月面之间的距离的函数。内部返回管道定义在弯月面的袋的内围(inner periphery)内的第一化学头和第二化学头处，以使液体化学品可单相返回。如前所述，内部返回管道可位于弯月面的袋内的任何地方。对随后的晶片清洁，单相施加液体化学品、在清洁过程中保存液体化学品弯月面的限制特征以及单相去除液体化学品的过程可以重复进行。
[0067] 可以看出，在化学品清洁期间提供单相输送、单相返回和保持弯月面的特征，就实现了最优的清洁，同时确保了昂贵的液体化学品的优化使用。所述实施方式避免了使用空气流，从而防止了不受控制的蒸发和随后的液体化学品的损失。
[0068] 有关邻近头、邻近头的方向和配置、臂组件的配置和功能、以及利用声能清洁的邻近头内的
传感器的详细信息，可以参考2003年6月30日提交的、转让给本申请的受让人的、名称为《METHOD AND APPARATUS FOR CLEANING A SUBSTRATE USING MEGASONIC POWER》、专利申请号为10/611,140的美国专利。
[0069] 例示性的邻近头及其各自的入口管道以及出口管道的配置和模式可参见专利申请号为10/261,839、10/404,270和10/330,897的美国专利。因此，本文所述的邻近头中的任何一个、一些或所有都可在任何合适的配置中用于合适的基片的清洁和干化。此外，邻近头也可具有任何合适的数目或形状的出口管道和入口管道。
[0070] 有关用于清洁基片的粘弹性材料的更多信息，可参见2007年12月14日提交的、转让给本申请的受让人的、名称为《“MATERIALS AND METHODS FOR PARTICLE REMOVAL BY SINGLE-PHASE AND TWO-PHASE MEDIA》、临时申请号为61/013950的美国临时申请。
[0071] 液体化学品可以是两相(固-液)化学或使用先进的机械清洗(AMC)技术施加的化学品。一些已使用的液体化学品包括
氢氟酸(HF)、
盐酸(HCL)、
硫酸(H2SO4)、氢
氧化铵(NH4OH)和双氧水(H2O2)。一些常用的清洁化学品是稀释硫酸和过氧化氢(DSP)、加氢氟酸的过氧化氢(DSP+)、硫酸和过氧化氢的混合物(SPM)、标准
清洗剂1(SC1)、标准清洗剂2(SC2)和过氧化氢混合铵(APM)。专有的水基清洗液也可使用。对于液体和清洗化学剂的更多细节，可以参考2006年9月15日提交的、名称《METHOD AND MATERIAL FOR CLEANING A SUBSTRATE》的美国专利申请号11/532,491(律师文案#LAM2P548B)。
[0072] 虽然本发明已经按照几个优选的实施方式进行了说明，但应理解，对本领域技术人员，一旦他们读了前文的
说明书和研究了附图就会意识到本发明的各种
修改、添加、排列和等同。因此，本发明旨在包括落在本发明的真正的精神和范围内的所有这些修改、添加、排列和等同。
