阅读说明：本技术 分配流体的设备以及分配方法、用于半导体制造的设备 (Apparatus for dispensing fluid, apparatus for semiconductor manufacturing, and dispensing method ) 是由 郑威昌 廖啟宏 于 2018-12-20 设计创作，主要内容包括：一种分配流体的设备以及分配方法、用于半导体制造的设备。用于分配流体的设备包括、流体源、喷头以及多个销。喷头具有内层及外层,内层界定与流体源流体连通的孔。每个销可移动以与外层实体接触,其中销可操作以朝向外层施加力来调整孔的横截面。(An apparatus for dispensing a fluid, a method of dispensing, and an apparatus for semiconductor manufacturing. An apparatus for dispensing a fluid includes a fluid source, a spray head, and a plurality of pins. The nozzle has an inner layer and an outer layer, the inner layer defining an aperture in fluid communication with a fluid source. Each pin is movable into physical contact with the outer layer, wherein the pins are operable to apply a force toward the outer layer to adjust the cross-section of the hole.)

分配流体的设备以及分配方法、用于半导体制造的设备

技术领域

本揭露是关于一种分配喷头与分配方法。

背景技术

半导体集成电路(IC)工业已经历指数增长。IC材料及设计的技术进展已经产生数代IC，其中与前代相比，每代具有更小且更复杂的电路。在IC发展过程中，功能密度(亦即，单位晶片面积互连装置的数量)已大体增加而几何尺寸(亦即，可使用制造制程产生的最小组件(或接线))已减小。此按比例缩小过程大体通过增加生产效率并降低相关成本来提供益处。此种按比例缩小亦增加了处理及制造IC的复杂性。

随着半导体制造的技术进展，形成精确光微影图案更加依赖于应用光阻材料的均匀涂布。因为厚度变化可影响后续处理步骤，光阻材料的均匀涂布很重要。光阻材料为经涂布以在基板表面的顶部上(诸如在半导体晶圆上)形成薄层的液体。已经采用若干分配方法以将液体涂布材料施加(apply)到晶圆基板上。在一些应用中，用从喷头分配的液体涂布材料淹没旋转晶圆。分配喷头经常具有圆形横截面的孔口。然而，在一些应用中，施加到基板上的流体流动可能不平滑；在分配期间散布的流体的均匀性可能不良；并且可能需要相对大的过量体积的流体来实现可接受的膜厚度均匀性，这些可能会耗费额外的时间。由此，需要一种分配液体涂布材料的喷头及方法，以均匀的涂布涂层，同时减少浪费并增加效率。

发明内容

本揭露的一实施方式提供了一种用于分配流体的设备，包括流体源、喷头，以及多个销。喷头具有内层及外层，内层界定与流体源流体连通的孔。每个销可移动以与外层实体接触，其中销可操作以朝向外层施加力来调整孔的横截面。

本揭露的一实施方式提供了一种用于半导体制造的设备，包括晶圆夹盘、位在晶圆夹盘之上的分配出口、递送导管，以及气体喷洒器。分配出口包括至少两个孔口，每个孔口具有不同的横截面形状。递送导管耦合到流体源，其中递送导管可操作以与至少两个孔口中的一个孔口耦合用于流体连通。气体喷洒器在至少两个孔口的邻近区域中，其中气体喷洒器可操作以喷洒气体来增加邻近区域中的环境压力。

本揭露的一实施方式提供了一种分配流体的方法，包括提供基板、将喷头定位在基板之上、决定喷头的横截面形状、构造喷头以具有所决定的横截面形状，以及经由具有所决定的横截面形状的喷头将流体施加到基板。

附图说明

当结合随附附图阅读时，自以下详细描述将很好地理解本揭示。应注意，根据工业中的标准实务，各特征并非按比例绘制，并且仅出于说明目的而使用。事实上，出于论述清晰的目的，可任意增加或减小各个特征的尺寸。

图1示出根据本揭示的各个实施例的液体分配设备的示意图；

图2A示出在一或多个实施例中根据本揭示的态样可操作以改变其横截面的分配喷头的横截面图；

图2B为图2A的局部放大图；

图3A、图3B、图3C及图3D示出在一或多个实施例中根据本揭示的态样可操作以改变其横截面的分配喷头的俯视图；

图4A及图4B示出在一或多个实施例中根据本揭示的态样可操作以形成锥形侧壁的分配喷头的横截面图；

图5图示了根据本揭示的各个态样的液体分配方法的流程图；

图6图示了根据本揭示的各个态样的图5的方法的操作中的步骤的流程图；

图7A、图7B及图7C图示了在一或多个实施例中根据图6的操作的液体喷洒轮廓的示意图；

图8示出根据一个实施例的在液体分配制程期间的喷洒轮廓调整的曲线图；

图9A及图9B示出根据本揭示的各个实施例的两个替代的液体分配设备；

图10示出了根据本揭示的各个态样的液体分配方法的流程图。

具体实施方式

以下揭示内容提供许多不同实施例或实例，以便实施所提供标的的不同特征。下文描述组件及排列的特定实例以简化本揭示。当然，这些仅为实例且并不意欲为限制性。例如，以下描述中在第二特征上方或第二特征上形成第一特征可包括以直接接触形成第一特征及第二特征的实施例，且亦可包括在第一特征与第二特征之间形成额外特征以使得第一特征及第二特征可不处于直接接触的实施例。另外，本揭示可在各个实例中重复元件符号及/或字母。此重复为出于简便性及清晰的目的且本身并不指示所论述的各个实施例及/或配置之间的关系。

另外，为了便于描述，本文可使用空间相对性术语(诸如“之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”及类似者)来描述诸图中所示出的一个件或特征与另一元件(或多个元件)或特征(或多个特征)的关系。除了诸图所描绘的定向外，空间相对性术语意欲包含使用或操作中装置的不同定向。设备可经其他方式定向(旋转90度或处于其他定向)且由此可类似解读本文所使用的空间相对性描述词。

在各个实施例中的本揭示大体为关于一种喷头及一种用于将液体分配到表面上的方法。更特定而言，本揭示为关于一种流体分配喷头以及用于将处理液体(诸如光阻剂及显影剂化学试剂)分配到旋转半导体基板上的方法。在本揭示中，术语“处理液体(processliquid)”、“液体涂布材料(liquid coating material)”、及“化学流体(chemical fluid)”可互换使用。

在制造集成电路(IC)时，微影制程用于再现层以在半导体基板上形成结构。在一些实施例中，作为微影制程中的第一步骤，将光阻层涂布到半导体基板上，使得可以在其上投影并显影影像。光阻材料为经涂布为基板顶部上的薄层的液体。在用于将光阻涂布材料应用到基板的各种制程中，经常使用旋转分配设备。旋转分配设备包括用于从喷头的孔口朝向基板喷洒液体涂布材料的喷头，并且旋转基板，使得均匀涂层余留在基板上。一或多种材料可经如此分配并涂布基板。冲洗基板的背面，并且从基板边缘移除涂布材料。在软烘焙涂层以固化之前允许干燥涂层。随后将影像图案投影到光阻材料上。

在显影制程中，亦使用旋转分配设备。光阻材料可以为正光阻或是负光阻。不论光阻材料的类型如何，显影剂溶液溶解或化学改变光阻材料的已暴露部分或未暴露部分。在基板旋转时，显影剂溶液可以扫描图案在基板上方分配。一旦发生化学反应，冲洗基板来移除光阻材料的一部分。烘焙所得涂布图案使其硬化，并且可将所得涂布图案用作用于蚀刻步骤或沉积步骤的遮罩来在基板上形成后续层。

由于集成电路的特征尺寸减小，涂布及显影的品质变得更为重要。缺陷可在涂布及/或显影制程的分配操作期间形成。由此，继续寻求改进的分配设备及方法。取决于使用者的应用，在设计分配设备时考虑的各种变化包括：从喷头到其下方基板的分隔距离、在分配期间基板的旋转速度、分配器臂的平移速率、流体温度、基板温度、分配流速、及已分配流体的流变学。尽管如此，分配喷头的孔及孔口通常具有固定的圆形横截面，这超出用于优化涂布及显影制程的可调节变化的范围。本揭示提供了具有可调整的横截面的分配喷头。因此，喷头孔及孔口的形状及尺寸在应用时可调整。

图1为根据本揭示的各个实施例的旋转分配设备100的示意图。旋转分配设备100包括圆形的可旋转平台102，可旋转平台102的直径小于半导体基板104的直径。可旋转平台102位于杯106中并且包括晶圆夹盘108。晶圆夹盘108将真空施加到可旋转平台102并在旋转制程期间牢固地固持半导体基板104。可旋转平台102位于旋转分配设备100中，使得半导体基板104可水平地放置在其顶部上。在涂布制程期间，半导体基板104的底部或未涂布表面接触晶圆夹盘108。将适宜真空施加到半导体基板104的底表面，使得其以高旋转速度牢固地保持在晶圆夹盘108上。晶圆夹盘108的旋转运动由轴件110达成，轴件110连接到晶圆夹盘108并且由马达提供动力。马达能够以不同速度旋转晶圆夹盘。杯106包括一或多个排气口，过量液体涂布材料流到此排气口。旋转分配设备100亦包括设置在可旋转平台102之上的分配喷头120。经由递送导管121，分配喷头120耦合到液体涂布材料源(或流体源)122，液体涂布材料源(或流体源)122供应化学流体124，化学流体124可为待分配到半导体基板104上并涂布半导体基板104的光阻材料、显影剂或一些其他适宜化学流体。分配喷头120包括化学流体124流过其中的孔口(orifice)126。气体喷洒器130亦设置在孔口126的邻近区域中并且连接到气体源(未图示)，此气体源提供惰性气体132，其可为氮气、氦气、氩气或一些其他适宜惰性气体。惰性气体132朝向孔口126横向喷洒(spray)，这增加了正远离孔口126喷洒的化学流体124周围的环境压力。气体喷洒器130可使用喷头作为出气口。鉴于此，气体喷洒器130亦可被称为出气口喷头130。如下文将进一步详细解释，通过调整在孔口126的邻近区域中的环境压力，可以精细调节离开孔口126的化学流体124的圆锥形喷洒轮廓134，由此增加或减少下方的半导体基板104上的喷洒区域。分配喷头120进一步连接分配器臂140，其可操作以在垂直方向142上或在水平方向144上移动。因此，可以将分配喷头120移动到半导体基板104之上的中心区域或其他周边区域。类似地，从孔口126到半导体基板104的垂直距离可由分配器臂140来调整。垂直距离亦影响化学流体124的动量及半导体基板104上的喷洒区域。

旋转分配设备100的一种用途为涂布基板上的光阻材料。在根据本揭示的各个实施例的光阻涂布制程中，随着晶圆夹盘108旋转，将期望量的液体光阻材料从液体分配喷头120施加到半导体基板104的顶表面。光阻液体从半导体基板104的一位置向外径向分布，在此位置处液体朝向边缘着陆，直到半导体基板104的整个顶表面由薄层覆盖。在光阻涂布制程期间过量光阻液体旋转离开旋转基板。在施加制程之前并且在施加制程期间可以决定并调整晶圆夹盘108的旋转速度及所施加的光阻液体的量，使得获得预定、期望厚度的光阻剂。

旋转分配设备100的另一用途为在基板上显影已暴露的光阻材料。在形成光阻层之后，将半导体基板104暴露于图案化的光，光影响光阻剂的化学性质。当使用正光阻剂时，光阻剂暴露于光的一部分变得可溶于光阻显影剂。当使用负光阻剂时，光阻剂未暴露至光的一部分变得可溶于光阻显影剂。旋转分配设备100可用于将显影剂施加到半导体基板104。分配器臂140经安装在轨道上，而晶圆夹盘108以分配速度旋转。分配喷头120可扫描基板来确保显影剂的均匀分配。给予显影剂及光阻剂反应时间，并随后通过冲洗移除光阻层的已溶解部分。随后干燥半导体基板104。旋转分配设备100的其他用途可包括但不限于在冲洗制程中分配冲洗化学试剂或在化学机械研磨(CMP)制程中分配浆料。

图2A示出在一或多个实施例中根据本揭示的态样可操作以改变其横截面的分配喷头的横截面图。图2B为图2A的局部放大图。分配喷头120具有侧壁202。中心孔204在侧壁202内界定，侧壁202关于纵轴A-A轴对称。分配喷头120与流体源122流体连通(如图1所示)。来自流体源122的化学流体124从上方被泵送到孔204中并且朝向孔口206向下流动。化学流体124随后穿过孔口206离开而朝向下层的半导体基板104(如图1所示)喷洒。在一些实施例中，分配喷头120进一步包括在孔口206的邻近区域中的气体喷洒器240，其可操作以朝向孔口206横向喷洒惰性气体242。惰性气体242可包括氮气、氦气、氩气、其他适宜惰性气体或其组合，使得惰性气体不涉及与化学流体124的化学反应。朝向孔口206喷洒惰性气体增加孔口206周围的环境压力。远离孔口206喷出的化学流体124的液滴的方向可受环境压力影响。本揭示的发明者已经观察到，添加到孔口206周围的区域的额外环境压力导致喷洒轮廓膨胀，并且反之亦然。由此，在下层的半导体基板104上的喷洒区域可通过改变从气体喷洒器240的惰性气体242的流速来调整。

孔204(包括孔口206)的横截面亦对化学流体124的流体动态有影响，流体动态包括内部压力、流速及喷洒轮廓。分配喷头120有利地可操作以基于化学流体124的材料组成及分配应用需求提前调整孔204的横截面，或甚至可操作以在分配操作期间进一步动态调整孔204的横截面。

在所示出的实施例中，侧壁202具有内层208及外层210。内层208直接面对孔204。空腔212在内层208与外层210之间界定。空腔212另外由内层208及外层210密封，但具有通向充气管216的入口214。内层208和外层210均由弹性材料(诸如弹性塑胶膜)制成。弹性材料可以因外力而拉伸或压缩。充气管216耦合到提供气体218的气泵(未图示)。在一些实施例中，气体218包括惰性气体，诸如氮气、氦气、氩气、其他适宜气体或其组合。在一些实施例中，气体218为空气。当将气体218泵送到空腔212中时，空腔212开始充气。充气迫使外层210及内层208均在远离纵轴A-A的方向上膨胀。与内层208相比外层210运行较长横向距离，从而有效扩大充气空腔212以容纳气体218。与外层210相比内层208运行较短横向距离，而其膨胀仍扩大孔204。

在一些实施例中，内层208及外层210为由氟化乙烯丙烯(FEP)制成的塑胶膜。FEP为不受化学流体124浸润的耐化学侵蚀材料，这减少分配后滴漏的可能性。FEP进一步具有良好稳定性及高流速以用于注入成型。或者，可使用聚四氟乙烯(PTFE)或全氟烷氧基烷烃(PFA)。对大部分工业化学试剂及溶剂而言，两种材料均为化学惰性的。上文提及的塑胶亦容易成型，从而产生用于较佳流体流动的平滑成型表面。在一个实施例中，内层208及外层210具有不同的材料组成。例如，内层208由FEP膜制成，并且外层210由PTFE膜制成。

仍参见图2A，分配喷头120进一步包括多个销220。取决于到孔口206的垂直距离，多个销220可以被分组为多层的堆迭，其中每层包括处于相同的到孔口206的垂直距离处的销220。在一些实施例中，销220具有在与纵轴A-A垂直的横向方向上延伸的杆形状。每个销220亦可在与纵轴A-A垂直的横向方向上沿着在外壳224中打开的槽222移动。在一个实施例中，销220沿着槽222的移动由与销220的一端实体接触的机构驱使，该机构诸如活塞(未图示)。在所示出的实施例中，销220的移动通过穿过槽222的开放端添加气体压力226来控制。所有槽222耦合到气泵(未图示)，气泵提供待吹向销220的气体。在一些实施例中，吹向销220的气体包括惰性气体，诸如氮气、氦气、氩气、其他适宜气体或其组合。在一些实施例中，吹向销220的气体为空气。每个槽222亦具有阀(未图示)以控制相应槽222内部的气体压力226。气体压力226驱使销220朝向外层210移动并且随后与外层210实体接触。换言之，销220的尖端的位置界定拟合在其中的外层210的轮廓，这继而界定内层208的横截面并由此界定孔204的横截面。通过增加气体压力226，销220进一步朝向孔204的中心移动并收缩孔204的横截面。另一方面，通过减小槽222内部的气体压力226，来自外层210的膨胀力将超过气体压力226并且推回销220，直到到达在相反力(充气力及压缩力)之间的新的平衡位置。以此方式，由销220界定的轮廓膨胀并且因此孔204的横截面膨胀。在一些实施例中，耦合到槽222的气泵可切换以变为抽吸泵，其在槽222内部产生负压，并且缩回销220远离孔204。

图3A图示了沿着图2A的B-B线的横截面图，其垂直于分配喷头120的纵轴A-A。相同层中的销220(亦即，具有相同到图2A所示的孔口206的垂直距离)沿着孔204的圆周分配。销220嵌入外壳224中并由气体压力226驱动以在相应槽中滑动。通过调节气体压力226，将每个销220调整到预定位置，诸如形成如图3A所示的圆形轮廓。同时，在内层208与外层210之间密封的空腔212由气体充气，这导致内层208与外层210均朝向销220膨胀并且随后由环形轮廓限制，由此形成具有实质上与轮廓(例如，环形形状)类似的横截面的孔204。图3B及图3C示出其他形状，诸如三角形(图3B)及方形(图3C)，可以将孔204调整成这些形状。在各个实施例中，孔204的横截面可具有任何形状，诸如方形、矩形、圆形、椭圆形、多边形或甚至不规则形状。

如图3B所示，为了形成所决定的形状，并非所有销220都必须与外层210实体接触才能形成轮廓。在图3B中，销220a-e不参与形成轮廓，由此这些销220a-e可以通过向相应销220a-e的另一端施加抽吸力而从与外层210接触缩回。图3C及图3D进一步示出可以增加或减小孔204的横截面积同时维持相同形状(例如，所示出的方形，但不限于此形状)。改变孔204的横截面积来用于分配很有益。横截面积越小，孔204内部的流体压力越强，这利于喷洒具有高黏度的化学流体。另一方面，横截面积越大，孔204内部的流体压力越弱，这减小分配后滴漏的可能性，或进一步改善在喷头尖端处的“吸回(suckback)”操作。“吸回”是用于描述化学流体在流体分配结束时从孔口轻微缩回的以减少不期望的流体液滴的过程的术语。改变横截面积可以通过相对于外层210一起向前或向后移动销220来实现。

返回图2A，在一些实施例中，充气管216、槽222及气体喷洒器240中的每一个可耦合到相同的气泵(未图示)，但具有独立的气阀以控制每个相应的气体连通路径，由于其等均可使用相同的惰性气体。在一些其他实施例中，充气管216及槽222共享相同的气泵，而气体喷洒器240使用独立的气泵，从而提供不同的气体组成。

图2B为邻近两个相邻销220的放大区域230。在一些实施例中，销220为具有从约1mm至约20mm变化的长度及小于长度的横截面直径d(诸如约2mm)的杆。两个相邻销220具有间距p。由于外层210及内层208为由弹性材料制成，外层210可具有膨胀到两个相邻销220之间的空间中的凸起部分。其后，内层208亦将具有凸起部分。添加与纵轴A-A平行的两个虚的垂线232及234以与内层208及外层210的凸起部分相对。从顶部到底部，沿着内层208及外层210将存在一系列凸起部分。与外层210中的一个外层相比，在影响光滑流体流动方面内层208的凸起部分更敏感。为了减轻凸起部分的影响，与外层210相比，内层208可具有较大厚度，诸如厚约20％至约50％，这使内层208更加刚性。在一些实施例中，内层208为由与外层210相比弹性较低的材料制成。或者，缩小销220之间的间距p亦可以减轻凸起部分，但相对会添加更多销220的成本及增加的系统复杂性。本揭示的发明者已经发现间距p与横截面直径d的比率在从约2:1至约5:1的范围中提供了合理平衡，用于减轻凸起部分的影响并保持相对低的系统复杂性。

图4A及图4B示出了沿着具有锥形侧壁202的分配喷头120的纵轴A-A的横截面图。在一些实施例中，锥形侧壁202相对于下层旋转基板的顶表面形成在从约50度至约130度的范围中的角度，诸如在具体实例中为约85度。在具有锥形侧壁202的情况下，孔204在距离孔口206不同垂直距离处的横截面积改变，类似于漏斗。孔204的横截面积可朝向孔口206逐渐收缩(图4A)，这增加流体压力来加速分配速度。或者，孔204的横截面积可朝向孔口206逐渐扩大(图4B)，这减少流体压力以减缓分配速度，并促进“吸回”操作。为了形成锥形侧壁202，气体压力226从顶部至底部呈梯度改变，从而导致不同堆迭层中的销220朝向外层210伸出不同距离。销220的尖端接触外层210而形成锥形轮廓。在一些实施例中，施加到最顶部销220的气体压力226为约20psi，并且施加到最底部销220的气体压力226为约100psi(图4A)，或反之亦然(图4B)。

在一个替代实施例中，侧壁202包括单层，而非内层和外层的双层。单层由弹性材料(诸如塑性塑胶膜)制成。当所有销220已经缩回到槽222中时，处于其自然拉伸条件下的单层侧壁202将膨胀超出轮廓线。由此，不存在对使用充气管216来膨胀侧壁202的需要，因为弹性材料总是具有自身膨胀的趋势。与上文已经论述的内容类似，为了界定孔204的横截面，销220由气体压力226驱动以将侧壁202推回到所决定的位置，其中膨胀力及压缩力在彼位置处实现平衡。堆迭层中的销220的尖端共同界定孔204的横截面轮廓。

图5为根据本揭示的各个态样在使用旋转分配设备(诸如图1所示的旋转分配设备100)的半导体元件制造制程中分配化学流体的方法500的流程图。额外操作可以在方法500之前、期间及之后提供，并且所描述的一些操作可经替换、消除或重新定位来实现本方法的额外实施例。方法500为示例，并且不意欲将本揭示限制为超出在申请专利范围中明确记载的内容。

方法500开始于操作502，提供基板。基板可为半导体晶圆。在一实施例中，基板为450mm直径的半导体晶圆。所提供的基板可与上文参考图1论述的半导体基板104实质上类似。可将基板提供到旋转分配设备的一阶段，如图1中晶圆夹盘108所描述的。

方法500随后进行到操作504，定位分配喷头于基板上方。分配喷头可与上文参考图1论述的分配喷头120实质上类似。图1另示出连接分配器臂140的分配喷头120。分配器臂可操作以垂直或横向移动。在一些实施例中，可在分配制程期间平移、旋转或是平移与旋转分配器臂的轨迹。分配喷头可为在基板中心之上或在基板边缘之上的位置。在分配喷头与基板之间的分隔距离影响到达基板表面的化学流体液滴的动量。距离越大，动量越强并且喷洒面积越大，并且反之亦然。在一些实施例中，分隔距离可小于约150mm，例如约5mm至约20mm，用于所分配的化学流体的适宜动量调整。

方法500随后进行到操作506，决定分配喷头的横截面轮廓，如决定分配喷头的流体路径(即图2A的孔204)的横截面轮廓。所决定的横截面轮廓可包括一或多个几何参数，诸如横截面的形状、横截面的大小、孔的实质上垂直或锥形的侧壁及其组合。考虑到决定横截面轮廓可包括将递送到分配喷头并由分配喷头分配的化学流体组成、化学流体的浓度、化学流体的流速、化学流体的温度、分配喷头相对于基板的实***置、目标涂层厚度、轴件的旋转速度或旋转轮廓及/或其他参数。在一个实施例中，孔的横截面为具有圆角的长方形形状。在另一实施例中，孔的横截面具有方形形状，此方形形状具有从顶部至底部朝向孔口向下渐缩的面积。在又一实施例中，孔的顶部的横截面开始于方形形状，但逐渐过渡到在孔的底部处的圆形形状。

方法500随后进行到操作508，构造分配喷头以具有所决定的横截面轮廓。喷头具有含有多个可移动销的外壳，这些可移动销实质上与上文参考图2A论述的销220类似。每个可移动销均可以由气阀控制的气体压力向前或向后驱动，此气阀耦合到气泵。可移动销的尖端界定轮廓，其对应于在横截面轮廓设置中决定的形状及面积。喷头的侧壁由弹性材料制成，此弹性材料可以向外膨胀，诸如通过泵送气体，与充气气球类似。分配喷头的膨胀侧壁随后与可移动销的尖端实体接触，并且定义出轮廓，使得孔经构造以具有所决定的横截面轮廓。

方法500随后进行到操作510，透过具有所决定的横截面轮廓的分配喷头将化学流体分配到基板。示例化学流体组成包括经常在半导体制造中使用的化学试剂，诸如，去离子水(DI)、SC1(DI、NH₄OH、H₂O₂)、SC₂(DI、HCl、H₂O₂)、臭氧化去离子水(DIWO₃)、SPM(H₂SO₄、H₂O₂)、SOM(H₂SO₄、O₃)、SPOM、H₃PO₄、稀释的氢氟酸(DHF)、HF、HF/EG、HF/HNO₃、NH₄OH、四甲基氢氧化铵(TMAH)或其他光敏材料显影剂，及/或在半导体晶圆处理中使用的其他适宜化学试剂。示例流速包括在约50sccm与约5,000sccm。在一些实施例中，将分配喷头保持在晶圆基板的旋转轴之上，并且将化学流体从分配喷头分配到旋转晶圆基板上。一旦晶圆基板由化学流体淹没，其被快速加速到预定的旋转速度，从而将化学流体扩展为具有期望厚度的均匀膜层。

在正将化学流体分配到基板时，方法500进行到操作512，以通过使用气体喷洒器调整分配喷头的邻近区域中的环境压力。气体喷洒器可与上文参考图2A论述的气体喷洒器240实质上类似。气体喷洒器连接到气源，其提供惰性气体，诸如氮气、氦气、氩气、其他适宜惰性气体或其组合。惰性气体朝向喷头的孔口喷洒，这增加远离孔口分配的化学流体周围的环境压力。在孔口的邻近区域中的环境压力改变对离开孔口的化学流体液滴的圆锥形喷洒轮廓具有直接影响，这继而改变喷洒区域在下方的基板上的覆盖范围。在一些实施例中，操作512为可选的并且可以跳过。

操作512可包括多个步骤。图6图示了利用图7A至图7C中示出的旋转分配设备100实现的操作512的实施例。参见图6，操作512包括步骤608，其决定将应用在分配喷头120的孔口126的邻近区域的气体喷洒器240的一组气体压力及对应的时序；以及步骤610，利用所决定组的气体压力及与正在分配的化学流体对应的时序序列动态调整气体喷洒器240。参见图7A至图7C，在图7A、图7B及图7C之间差异包含远离气体喷洒器240所喷洒的气体242的量及速度，其可以通过量测施加到孔口126周围的周围环境的额外气体压力来量化。根据一实施例，图8中的曲线图810示出由气体喷洒器240施加的气体压力为在步骤610期间时间的函数(亦即，其非恒定，并且其可随时间变化或在某些时间周期期间变化)。参见曲线图810，在所示出的实施例中，步骤610包括3阶段灵活调整。将三个阶段标记为P1、P2及P3，其亦为在每个相应阶段施加到孔口126周围的周围环境的气体压力的值。在每个阶段内，气体压力保持实质上固定。从一个阶段到后续(紧接着)阶段，气体压力改变。三个气体压力P1、P2及P3均可为不同的，或其中一些可为相同的。在一实施例中，P1≠P2及P2≠P3，但P1＝P3。此外，图8所示的曲线图810仅为气体喷洒器240的灵活调整的示例。可修改及/或移除各种气体压力及持续时间，并且可添加或***针对额外实施例的额外气体压力及持续时间。

例如，在图8所示的曲线图810中示出的实施例中，三个气体压力P1、P2及P3的关系为P1<P2<P3，其与在图7A至图7C中分别图示的分配状态相关联。在图7A中，气体喷洒器240关闭气体供应(例如，通过气阀)，并且不朝向孔口126喷洒惰性气体242。由此，不存在添加到孔口126的周围环境的额外气体压力(P1＝0)。若分配喷头120将孔口126设置为圆形横截面，则远离孔口126喷洒的化学流体可具有圆锥形喷洒轮廓134。在一个实施例中，喷洒轮廓134为圆柱形。在又一实施例中，喷洒轮廓134为漏斗形。与喷洒轮廓134相对应，在半导体基板104的顶表面上的孔口126下方的区域由所分配的化学流体浸润，此区域被称为喷洒面积。在图7A中，喷洒面积具有直径d1。本揭示的发明者已经发现，通过增加环境压力，喷洒轮廓134将向外膨胀。在图7B中，气体喷洒器240朝向孔口126喷洒惰性气体242(例如，通过打开气阀)并且由此将额外气体压力(P2>P1)添加到孔口126的周围环境。增加环境压力导致化学流体远离孔口126的中心进一步向外喷洒，并且导致喷洒轮廓134膨胀。由喷洒轮廓134覆盖的半导体基板104上的对应的喷洒面积亦因增加的直径d2(d2>d1)而扩大。在图7C中，气体喷洒器240以较高流速及朝向孔口126的动量喷洒更多气体242(例如，通过完全打开气阀)，并且由此将更多气体压力(P3>P2>P1)添加到孔口126的周围环境。类似地，增加环境压力导致化学流体更进一步从孔口126的中心向外喷洒，并且导致喷洒轮廓134进一步膨胀。由喷洒轮廓134覆盖的半导体基板104上的对应的喷洒面积亦因增加的直径d3(d3>d2>d1)扩大。在一些实施例中，当所添加的气体压力超过某一量时，喷洒轮廓134可变为具有在孔口126下方直接分配的数种化学流体的圆锥形环，并且半导体基板104上的喷洒面积变为圆形环，而非圆形。大体上，由于从P1增加到P3的额外环境压力，远离半导体基板104的中心的较宽面积由所分配的化学流体直接浸润。与通过先在中心区域中累积过量的化学流体随后将其旋转到周边区域的其他方法相比，步骤610在分配制程期间直接浸润周边区域，这在后续旋转制程期间增加操作效率并且减少流体浪费。

回到图5，当正将化学流体分配到基板时，方法500可视情况进行到操作514及516。在一些实施例中，可以跳过操作514及516。操作514实质上与操作506类似，包含决定用于后继分配制程的分配喷头的不同横截面轮廓。操作516实质上与操作508类似，其中在将流体施加到基板期间构造分配喷头以具有所决定的不同的横截面轮廓。例如，在一个实施例中，分配制程开始于圆形孔口并且当暂时接近分配制程的结束时在分配期间动态过渡到矩形孔口，这可帮助减小分配后滴漏的可能性。类似地，操作514及516可保持流体路径的横截面形状，但在分配期间动态改变其大小。例如，分配制程可开始于矩形形状孔口(例如，图3D)并且逐渐扩大横截面积(例如，图3C)同时额外气体压力正由气体喷洒器添加到孔口的周围环境，这可有助于扩大下层的基板上的喷洒面积。

分配喷头的另一实施例在图9A中示出。如图9A所示，分配喷头900包括耦合到流体源(未图示)的递送导管902，此流体源供应化学流体930。分配喷头900亦包括分配出口(dispensing outlet)904。分配出口904包括具有不同横截面轮廓的两个或多个孔口906。在图9A中示出的实施例中，分配出口904包括分别具有不同横截面形状(诸如方形、圆形及三角形)的三个孔口906a、906b及906c。在各个实施例中，每个孔口906可独立地具有任何形状，诸如方形、矩形、圆形、椭圆形、多边形或甚至不规则形状。在一些实施例中，每个孔口906可具有相同的横截面形状但大小改变。每个孔口906连接到支管908(例如，支管908a、908b或908c)。所有支管908合并到主管910中。主管910直接耦合到递送导管902。每个孔口906进一步与安装在对应支管908上的可调整的流量控制阀912(例如，阀912a、912b或912c)相关联。流量控制阀912独立控制孔口906与递送导管902之间的流体连通路径。例如，在图9A中示出的实施例中，当流量控制阀912a及912b关闭并且流量控制阀912c保持打开时，化学流体930流过递送导管902，随后进入支管908c，并且随后由三角形孔口906c喷洒。类似地，可独立地选择孔口906a及906b用于其他分配应用。分配喷头900可进一步包括孔口906的邻近区域中的气体喷洒器920。气体喷洒器920可操作以喷洒惰性气体，来增加在孔口906周围的环境压力，进而调整从分配喷头900喷出的化学流体930的喷洒轮廓。

分配喷头的又一实施例在图9B中示出。类似于图9A所示的分配喷头，图9B中的分配喷头900包括耦合到流体源(未图示)的递送导管902，此流体源供应化学流体930。分配喷头900亦包括分配出口904。分配出口904包括具有不同横截面轮廓的两个或多个孔口906。在图9B中示出的实施例中，分配出口904包括分别具有不同横截面形状(诸如方形、圆形及三角形)的三个孔口906a、906b及906c。在各个实施例中，每个孔口906可独立地具有任何形状，诸如方形、矩形、圆形、椭圆形、多边形或甚至不规则形状。在一些实施例中，每个孔口906可具有相同的横截面形状但大小改变。每个孔口906连接到支管908(例如，支管908a、908b或908c)的一端。支管908的另一端上为入口配接器928(例如，入口配接器928a、928b或928c)。在支管908中不使用流量控制阀来建立流体连通路径的情况下，递送导管902连接可移动机构，诸如机器手臂、滑动器或轨道，此可移动机构可操作以沿着方向940将递送导管902移动到选定的入口配接器928上接合。一旦递送导管902实体接合到选定的入口配接器928，便建立用于化学流体930的流体连通路径，以让化学流体930流过递送导管902到接合的支管908，并且随后从对应的孔口906喷洒。分配喷头900可进一步包括孔口906的邻近区域中的气体喷洒器920。气体喷洒器920可操作以喷洒惰性气体以增加在孔口906周围的环境压力，这调整分配喷头900的喷洒轮廓。

图10为根据本揭示的各个态样在使用分配设备(诸如图9A或图9B中示出的分配喷头900)的半导体元件制造制程中分配化学流体的方法1000的流程图。额外操作可以在方法1000之前、期间及之后提供，并且所描述的一些操作可经替换、消除或重新定位来获得本方法的额外实施例。方法1000为示例，并且不意欲将本揭示限制为超出在申请专利范围中明确记载的内容。

方法1000开始于操作1002，提供基板。基板可为半导体晶圆。在一实施例中，基板为450mm直径的半导体晶圆。所提供的基板可与上文参考图1论述的半导体基板104实质上类似。可将基板提供到旋转分配设备的一阶段，诸如，例如，上文参考图1的晶圆夹盘108所描述的。方法1000随后进行到操作1004，分配喷头位于基板之上。分配喷头可与图9A或图9B中的分配喷头900实质上类似。分配喷头900包括具有两个或多个孔口906的分配出口904。孔口906具有不同的横截面，诸如以不同的横截面形状或不同的横截面积。每个孔口906适用于一个具体的分配方案。方法1000随后进行到操作1006，其中挑选孔口906(例如，孔口906a、906b或906c)中的一个孔口用于建立流体连通路径。流体连通路径可通过以下步骤建立：使用流体控制阀关闭到其他孔口(例如，如图9A所示)的分支路径，或将可移动递送导管902实体连接到对应于已选孔口(例如，如图9B所示)的入口配接器928(例如，入口配接器928a、928b或928c)中的一个。方法1000随后进行到操作1008，此处经由已建立的流体连通路径将化学流体分配到基板。在一些实施例中，化学流体930为在光微影制程中使用的光阻剂或光阻显影剂。在一些实施例中，化学流体930为在冲洗制程中使用的冲洗化学试剂或在CMP制程中使用的浆料。

尽管不意欲为限制，本揭示的一或多个实施例提供了液体分配制程的众多益处。例如，本揭示的实施例能够根据分配方案调整横截面形状及分配喷头孔及孔口的尺寸。此举显著增加分配灵活并改进涂层跨晶圆的均匀性。此外，本揭示的实施例实现灵活分配系统设计并减少化学流体浪费。

在一个示例性态样中，本揭示涉及一种用于分配流体的设备。此设备包括：流体源；喷头，具有内层及外层，内层界定与流体源流体连通的孔；以及多个销，每个销可移动以与外层实体接触，其中多个销可操作以朝向外层施加力来调整孔的横截面。在一些实施例中，多个销中的每个销可在垂直于孔的纵轴的方向上移动。在一些实施例中，多个销中的每个销可通过施加气体压力来移动。在一些实施例中，内层及外层为由弹性材料制成。在一些实施例中，内层的弹性材料与外层的弹性材料相比更加刚性。在一些实施例中，内层及外层形成可以通过泵送气体来充气的空腔。在一些实施例中，孔的横截面可调整以改变形状。在一些实施例中，形状从三角形、矩形、方形、圆形、椭圆形及多边形中选择。在一些实施例中，孔的横截面可调整以改变沿着孔的纵轴的横截面积。在一些实施例中，设备亦包括喷头的孔口的邻近区域中的出气口喷头，其中出气口喷头可操作以增加邻近区域中的环境压力。在一些实施例中，设备亦包括连接喷头的可移动臂，此可移动臂可操作以水平及垂直地移动喷头。在一些实施例中，设备亦包括可旋转平台，用于固持并旋转基板以利用从喷头分配的流体涂布。

在另一示例性态样中，本揭示涉及一种用于半导体制造的设备。此设备包括：晶圆夹盘；分配出口，位于在晶圆夹盘之上，其中分配出口包括至少两个孔口，每个孔口具有不同的横截面形状；递送导管，耦合到流体源，其中递送导管可操作以与至少两个孔口中的一个孔口耦合用于流体连通；以及气体喷洒器，在至少两个孔口的邻近区域中，其中气体喷洒器可操作以喷洒气体来增加邻近区域中的环境压力。在一些实施例中，每个孔口由可调整的流量控制阀来控制。在一些实施例中，每个孔口具有对应的入口配接器，用于机械固定到递送导管。在一些实施例中，设备亦包括连接递送导管的可移动机构，此可移动机构可操作为相对于分配出口移动递送导管。在一些实施例中，至少两个孔口包括具有三角形横截面的至少一个孔口。在一些实施例中，气体喷洒器可操作以在分配操作期间改变气体的流速。

在另一示例性态样中，本揭示涉及一种分配流体的方法。此方法包括：提供基板；将喷头定位在基板之上；决定喷头的横截面形状；构造喷头以具有所决定的横截面形状；以及经由具有所决定的横截面形状的喷头将流体施加到基板。在一些实施例中，此方法亦包括：决定喷头的不同横截面形状；以及在将流体施加到基板期间构造喷头以具有所决定的不同横截面形状。

上文概述了若干实施例的特征，使得熟悉此项技术者可更好地理解本揭示的态样。熟悉此项技术者应了解，可轻易使用本揭示作为设计或修改其他制程及结构的基础，以便实施本文所介绍的实施例的相同目的及/或实现相同优点。熟悉此项技术者亦应认识到，此类等效结构并未脱离本揭示的精神及范畴，且可在不脱离本揭示的精神及范畴的情况下产生本文的各种变化、替代及更改。