用于改善柔性纳米结构的干燥的方法和系统技术方案

本文公开了用于加工纳米结构的方法和系统。特别地，本文公开了用于在半导体制造期间加工纳米结构的方法，包括干燥纵横比高的纳米结构。还公开了用于实施本文公开的方法的系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2014年5月12日提交的美国临时申请No.61/992074的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
纳米结构通常以现代微加工工艺制造。例如，在半导体加工期间，使用方法如蚀刻和激光刻划在小片基底材料如硅中密集地创建纳米结构。在基底上形成纳米结构之后，需要除去残留化学物质和/或细颗粒或碎片以呈现这样的纳米结构的特征。这通常通过清洗和干燥步骤实现。纳米结构如高纵横比的纳米结构在清洗和干燥期间易于损坏。在半导体加工情况下，在单晶片加工工具中干燥图案化表面的典型方法为用水漂洗并旋转干燥。由于结点收缩并且图案纵横比变得更高，基底材料的刚度可能不再耐受润湿结构的毛细管和拉普拉斯(Laplace)坍塌力，并且图案可能弯曲并最终坍塌到其相邻图案上。克服这种坍塌倾向的一种方法可为，在干燥之前通过使用替代的清洗或漂洗溶剂如异丙醇(IPA)来使用表面张力较低的液体置换水。然而，IPA可能不再足以防止纵横比(AR)高的半导体结构(例如，在硅晶体的情况下约13和以上的那些)坍塌。还可使用结构的表面改性来增大润湿性流体的接触角，如使用自组装单层或含硅表面的甲硅烷基化化学品，但是由于与旋涂在晶片上的甲硅烷基化化学品液体的体积结合的甲硅烷基化化学品供应成本，这些方法成本较高。干燥工艺的工序比较示于图1A和图1B中。在图1A中，基底表面的清洁可包括用漂洗剂如水漂洗。在步骤110处，在基底上以图案化层创建小型结构之后，可将基底表面打湿从而开始清洁。在步骤120，可将漂洗剂施用至基底表面。在半导体工业中最常使用的漂洗剂是水。水置换可能在基底上的来自之前的加工步骤的化学物质。水漂洗之后，基底表面上的图案化层中的小型结构可部分地或完全地浸入水中。在进一步加工之前可发生水的干燥消失(dryoff)。水比一些有机溶剂蒸发得更慢。可使用替代的溶剂如异丙醇(IPA)置换表面的水，如步骤130中所示。在漂洗步骤期间及之后，可对基底进行旋转干燥步骤1000。此时，可将基底放置在旋转平台上。当平台旋转时，漂洗剂可从图案化层中小型结构之间的空间脱离并得到负载有洁净小型结构的干燥基底。在一些实施方案中，可在干燥步骤中应用气流以将液体漂洗剂推离基底表面同时还增加液体的蒸发。或者，溶剂置换可与基底表面的甲硅烷基化处理组合以进一步防止或减小对图案化层中小型结构的损害。示例性的基于甲硅烷基化的清洗及干燥过程示于图1B中。基于甲硅烷基化的清洗及干燥过程具有几个与常规溶剂置换清洗/干燥过程相同的工艺步骤(例如，步骤110、120和130)。图1A和图1B中工艺之间的差别在于，后者包括甲硅烷基化步骤。甲硅烷基化通常指将甲硅烷基(例如，R3Si，其中R代表取代基)引入至分子的过程。此时，当甲硅烷基附着在基底表面时，可实现甲硅烷基化。起始于步骤140，在IPA漂洗之后，可用甲硅烷基化液体对基底进行进一步漂洗从而通过甲硅烷基化反应使基底表面改性。在甲硅烷基化漂洗140之后可为IPA漂洗150、水漂洗160和旋转干燥步骤1000。当使用IPA-最后干燥工艺时，一些水可能仍然保留在结构之间(可能是由于在IPA漂洗期间未彻底除去保留在结构底部的水)，而这些水可能导致结构坍塌。通过在常规溶剂置换中的甲硅烷基化或者甲硅烷基化工艺(例如，图1B中所示于的)的表面改性进一步示于图4A中。图案化层(例如，元件400)可包含多个小型结构410。为了简化说明，将元件410示出为形状和大小相同的结构。应理解的是，图案化层还可包含形状和大小不同的小型结构410。在将基底表面打湿之后，漂洗剂430可被截留在小型结构410之间的空间中。对于未经甲硅烷基化的图案化层来说，小型结构410可具有未经改性的表面420，所述未经改性的表面420与漂洗剂430可形成低接触角。低接触角可对应于高表面张力以及较大的毛细管和拉普拉斯坍塌力，并且可导致小型结构410坍塌。在甲硅烷基化期间，单个小型结构410的表面可转化为经改性的表面440。在常规的甲硅烷基化工艺中，甲硅烷基化可通过将小型结构410浸到液体甲硅烷基化剂中(未示出)来实现。特别地，可施用液体甲硅烷基化剂以填充小型结构410之间的空间。如此，小型结构410的任意液体可到达表面可被改性。由甲硅烷基化增强的疏水性可改变基底的表面性质。特别地，其可使漂洗剂430与经改性的表面440形成高接触角。高接触角可对应于较小的毛细管和拉普拉斯坍塌力，这使得能够更好地保存小型结构410，即使在这样的结构具有高纵横比时也是如此。例如，未经处理的基底表面的接触角可远小于90度，这对应于大毛细管力。相比之下，用水润湿的甲硅烷基化的表面可根据反应条件(如温度、环境湿度等)达到大于90度，高至110度至120度或者甚至更高的接触角。在一些实施方案中，减小毛细管力的最佳接触角可为90度，例如，在23℃至25℃的标准加工温度下，这可通过旋转施涂化学试剂来实现而没有另外的反应增强。在干燥硬件的多个实施方案中，扫描分配臂可基本上在晶片的中心处施用IPA预定的时间以置换晶片表面上的水。在中心处分配之后，所述臂可随后朝向晶片的边缘扫描同时分配IPA。在一些实施方案中，从水漂洗过渡到IPA漂洗可以是“分阶段的”，其通过向已分配的水添加IPA，然后逐步增加IPA的浓度直到没有已分配的水为止，仅在此后开始IPA分配臂的移动。同时，仅在IPA分配臂稍稍地从晶片中心移开之后，第二分配臂可移动至晶片的中心并开始以窄射流分配氮气(N2)以便快速地干燥(dryout)晶片的中心。然后N2分配臂可以以与IPA臂扫描速率可相等或不同的速率(速度)朝向晶片的边缘扫描(沿与IPA分配臂相同或相反的方向)，同时分配N2使得N2帮助维持IPA弯液面免于破裂。N2臂可具有在相对于晶片表面的垂直方向上或者相对于晶片表面以一些其他固定或可变角度(例如45度)构造的分配喷嘴，以便增加液体上的剪切力并最大化IPA的干燥速率，同时仍维持良好的弯液面形状(见图5A和5B)。通过控制器(其也可以控制该工艺的其他参数)，可独立地控制IPA分配臂和N2分配臂及其以预定方式调节的位置和速度。图5A和5B示出了设置用于打湿、漂洗并干燥负载有小型结构的基底的标准系统。图5A示出了负载有小型结构(例如，元件400)的图案化层的基底的侧视图。在一些实施方案中，所述基底可为负载有集成电路图案或其他小型结构的半导体晶片。可将基底设置在沿着轴A-A’旋转的旋转平台500上。可控制平台以预定旋转速度旋转。在一些实施方案中，平台的旋转速率可为50rpm(每分钟转数)至2000rpm。在一些实施方案中，旋转速率可为500rpm至1000rpm。一般地，旋转速率可与纳米结构的大小不相关。在一些实施方案中，旋转速率还可在干燥期间变化。例如，随着分配臂径向朝外移动，旋转速率可减小，减小的旋转速率有助于维持稳定的弯液面。可将两个分配臂设置在基底上方用于分配液体或气体。例如，分配臂510可分配一种或更多种漂洗剂如水或IPA。漂洗剂可在平台500旋转时分配使得分配的液体(例如，成分430)快速地分布在基底表面上从而浸没小型结构。分配壁520可将氮气流施用至基底表面，从基底中心开始朝向基底的边缘推动液体漂洗剂。图5B示出了漂洗和干燥本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：漂洗其上形成有图案化层的基底，其中将所述基底和所述图案化层打湿，所述打湿通过第一漂洗剂，通过在其上分配第二漂洗剂以置换所述第一漂洗剂而进行；以及与所述漂洗步骤同时或紧接着所述漂洗步骤，使所述基底和所述图案化层暴露于吹扫气体和气化的甲硅烷基化剂的混合物以置换所述第二漂洗剂并干燥所述基底，其中在第一漂洗步骤与第二漂洗步骤之间不允许所述基底和所述图案化层干燥，并且所述第二漂洗剂置换所述第一漂洗剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.12 US 61/992,0741.一种方法，包括：漂洗其上形成有图案化层的基底，其中将所述基底和所述图案化层打湿，所述打湿通过第一漂洗剂，通过在其上分配第二漂洗剂以置换所述第一漂洗剂而进行；以及与所述漂洗步骤同时或紧接着所述漂洗步骤，使所述基底和所述图案化层暴露于吹扫气体和气化的甲硅烷基化剂的混合物以置换所述第二漂洗剂并干燥所述基底，其中在第一漂洗步骤与第二漂洗步骤之间不允许所述基底和所述图案化层干燥，并且所述第二漂洗剂置换所述第一漂洗剂。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在先前漂洗步骤中，通过在所述基底和所述图案化层上分配所述第一漂洗剂来对其进行漂洗。3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述漂洗步骤期间，将预先确定且逐渐变化量的第一漂洗剂混入到所述第二漂洗剂中，以使在所述漂洗步骤结束时，所述基底上仅分配有所述第二漂洗剂。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一漂洗剂包括去离子水。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二漂洗剂包括异丙醇。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述吹扫气体包括氮气、惰性气体，或其混合物。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述气化的甲硅烷基化剂包括烯丙基三甲基硅烷、N,O-双(三甲基甲硅烷基)乙酰胺(BSA)、N,O-双(三甲基甲硅烷基)氨基甲酸酯(BSC)、N,N-双(三甲基甲硅烷基)甲酰胺(BSF)、N,N-双(三甲基甲硅烷基)甲胺、双(三甲基甲硅烷基)硫酸酯(BSS)、N,O-双(三甲基甲硅烷基)三氟乙酰胺(BSTFA)、N,N’-双(三甲基甲硅烷基)脲(BSU)、(乙硫基)三甲基硅烷、三甲基甲硅烷基乙酸乙酯(ETSA)、六甲基二硅烷、六甲基二硅氮烷(HMDS)、六甲基二硅氧烷(HMDSO)、六甲基二硅硫烷、(异丙烯氧基)三甲基硅烷(IPOTMS)、1-甲氧基-2-甲基-1-三甲基硅氧基丙烯、(甲硫基)三甲基硅烷、3-三甲基硅氧基-2-丁烯酸甲酯、N-甲基-N-三甲基甲硅烷基乙酰胺(MSA)、三甲基甲硅烷基乙酸甲酯、N-甲基-N-三甲基甲硅烷基七氟丁酰胺(MSHFBA)、N-甲基-N-三甲基甲硅烷基三氟乙酰胺(MSTFA)、(苯硫基)三甲基硅烷、三甲基溴硅烷(TMBS)、三甲基氯硅烷(TMCS)、三甲基碘硅烷(TMIS)、4-三甲基硅氧基-3-戊烯-2-酮(TMSacac)、N-(三甲基甲硅烷基)乙酰胺(TMS-乙酰胺)、三甲基甲硅烷基乙酸酯、三甲基甲硅烷基叠氮化物、三甲基甲硅烷基苯磺酸酯、三甲基甲硅烷基氰化物(TMSCN)、N-(三甲基甲硅烷基)二乙胺(TMSDEA)、N-(三甲基甲硅烷基)二甲胺(TMSDMA)、N,N-二甲基氨基甲酸三甲基甲硅烷基酯(DMCTMS)、1-(三甲基甲硅烷基)咪唑(TNSIM)、三甲基甲硅烷基甲磺酸酯、4-(三甲基甲硅烷基)吗啉、3-三甲基甲硅烷基-2-唑烷酮(TMSO)、三甲基甲硅烷基全氟-1-丁磺酸酯(TMS全氟丁磺酸酯)、三甲基甲硅烷基三氯乙酸酯、三甲基甲硅烷基三氟乙酸酯、三甲基甲硅烷基三氟甲磺酸酯(TMS三氟甲磺酸酯)，或者其中两种或更多种的混合物。8.根据权利要求1所述的方法，其中通过使吹扫气体流与液体形式的甲硅烷基化剂进行流体接触来形成所述吹扫气体和气化的甲硅烷基化剂的混合物。9.根据权利要求8所述的方法，其中使所述吹扫气体流与所述液体形式的甲硅烷基化剂接触包括：使所述吹扫气体流动穿过存储于...

【专利技术属性】
技术研发人员：华莱士·P·普林茨，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP