CN101080806A - 在利用独立晶舟旋转的批次喷洒工艺中提高的均匀性 - Google Patents

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CN101080806A CNA2005800433100A CN200580043310A CN101080806A CN 101080806 A CN101080806 A CN 101080806A CN A2005800433100 A CNA2005800433100 A CN A2005800433100A CN 200580043310 A CN200580043310 A CN 200580043310A CN 101080806 A CN101080806 A CN 101080806A
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Abstract

一种用于实施批次喷洒的方法，包括：提供设置在转盘上的衬底，旋转转盘以使衬底绕转盘的中心轴旋转，使衬底不依赖于转盘而独立旋转，其中衬底的旋转和转盘的旋转同时发生，以及从至少一个固定的位置将化学制品喷洒到衬底上。使衬底不依赖于转盘而独立旋转使得衬底的整个圆周均能够暴露于化学制品喷雾。在一种实施方式中，可以将衬底装载到处理晶舟中，可以将处理晶舟设置在转盘上，并且当转盘旋转时处理晶舟可以不依赖于转盘而独立旋转。

Description

在利用独立晶舟旋转的批次喷洒工艺中提高的均匀性
背景技术
在半导体晶片处理的领域中，批次喷洒设备提供了一种有效地将化学制品同时分配到多个晶片上的方式。批次喷洒设备具有批量浸洗系统和湿式清洗系统两者的优点，即批次喷洒设备使得用户能够以高吞吐量处理大批次或以短的循环周期处理各批次。批次喷洒设备可以用于各种半导体工艺，包括但不限于光刻胶剥离、无电镀以及晶片清洗。可以使在批次喷洒工艺中使用的化学制品再循环，以降低化学制品消耗，并且当执行特定的半导体工艺步骤需要时，可以加热或冷却化学制品。
传统批次喷洒设备的一个缺点是在半导体晶片的表面上常常发生化学制品分布不均匀。在批次喷洒设备腔内，一般将半导体晶片安置在处理晶舟(process cassette)上，所述处理晶舟相对于一个或多个用于分配化学制品的喷洒柱具有固定的旋转。固定的旋转使得将化学制品以单向的方式分配在半导体晶片的整个表面上，从而导致化学制品在晶片表面上的分布不均匀。半导体晶片表面的某些区域暴露在大量的化学制品之下，而晶片表面的其它区域却暴露在非常少量的化学制品之下。这通常会导致从半导体晶片切割下来的集成电路管芯的高缺陷率以及局部的不均匀性。
常规的批次喷洒设备不具有用于降低或消除这种化学制品在晶片表面上的的不均匀分布的可行性选择。因此，需要改进的批次喷洒设备。
附图说明
图1是常规的批次喷洒设备；
图2示出如何将半导体晶片安放到处理晶舟上；
图3是根据本发明所构造的批次喷洒设备；
图4是根据本发明所构造的批次喷洒设备的横截面；
图5是根据本发明所构造的另一批次喷洒设备；
图6是根据本发明所构造的半导体晶片底座；
图7是根据本发明所构造的另一批次喷洒设备。
具体实施方式
这里所描述的是批次喷洒设备的系统和方法，其使化学制品在整个半导体晶片上的分布得到改善。在以下描述中，将使用本领域技术人员通常使用的用来向其它本领域技术人员传达其工作内容的术语来描述说明性的实施方式的各种方案。然而，对于本领域的技术人员来说显而易见的是，可以仅利用某些所描述的方案来实施本发明。为了说明的目的，列出具体的数量、材料和结构，以便完全理解说明性的实施方式。然而，对于本领域的技术人员来说显而易见的是，无需这些具体的细节，也可以实施本发明。在其它情况下，省略或简化公知的特征，以避免使说明性的实施方式晦涩难懂。
将会以对于理解本发明最有帮助的方式，将各种操作作为多个分立的操作依次进行描述，然而，不应将描述的顺序解释为意味着这些操作必须依赖于顺序。特别地，无需以所描述的顺序实施这些操作。
图1示出常规的批次喷洒设备100。在处理腔(未示出)中，将两个或多个处理晶舟102设置在转盘104上。每一个处理晶舟102以堆叠的形式保持一批半导体晶片。图1仅示出这一堆中的最上面的晶片106。每一批可以包括任何合理数量的半导体晶片106，例如25个半导体晶片106。当然，处理晶舟102保持的晶片106可以多于25个或少于25个。批次喷洒设备100也可以包括一个或多个喷洒柱108，通过其将一种或多种化学制品分配(例如喷洒)到半导体晶片106上。喷洒柱108可以包括侧喷洒柱108(A)和/或中心喷洒柱108(B)。
转盘104可以在处理腔内以逆时针方向(如图1所示)或以顺时针方向旋转。当喷洒柱108分配化学制品110时，其并不旋转并在处理腔内保持在固定的位置。当转盘104旋转时，半导体晶片绕转盘104的中心轴旋转，并经过喷洒柱108，在此处其接收所分配的化学制品110。在某些公知的系统中，只使用侧喷洒柱108(A)。在其它的公知系统中，侧喷洒柱108(A)和中心喷洒柱108(B)均被使用(如图1所示)。
将处理晶舟102固定到转盘104上，因而在转盘104和处理晶舟102之间没有相对运动。因此，当转盘104旋转时，每一半导体晶片106的朝外边缘112(即相对于转盘104的中心朝向外的边缘)将总是朝向外，而当转盘104旋转时，每一半导体晶片106的朝内边缘114(即相对于转盘104的中心朝向内的边缘)将总是朝向内。例如，如果装载半导体晶片106，使得其晶片槽(wafer notch)朝向转盘104的中心，当转盘旋转时，晶片槽将持续朝向转盘104的中心。
在仅使用侧喷洒柱108(A)的系统中，转盘104的旋转使得朝外边缘112持续作为半导体晶片106被化学制品110喷洒的唯一部分。只有在化学制品110已穿过了半导体晶片106的整个表面之后，朝内边缘114才能接收到化学制品110。尽管化学制品110穿过每一晶片106的表面的确切路径由诸如喷洒力、旋转速度以及晶片106相对于法线的角度来控制，但是作为整体来说，可以将化学制品110描述为主要沿着基本上单一的方向穿过晶片106从朝外边缘112移动到朝内边缘114。该单向移动易于导致化学制品110在半导体晶片106的整个表面上的分布不均匀。
在既使用侧喷洒柱108(A)又使用中心喷洒柱108(B)的系统中，化学制品110可以在两个方向上移动穿过半导体晶片106。当处理晶舟102移动通过侧喷洒柱108(A)时，朝外边缘112仍然是半导体晶片106的首先接收到化学制品110的部分。而当处理晶舟102移动通过中心喷洒柱108(B)时，朝内边缘114是半导体晶片106的首先接收到化学制品110的部分。尽管现在以双向的方式将化学制品110分配在半导体晶片106的整个表面上，但仍然存在不均匀的问题。
图2示出如何将半导体晶片106安放到处理晶舟上。如图所示，处理晶舟102使用几个垂直固定件200来固定一摞半导体晶片106。由于转盘104旋转且每一半导体晶片106接收单向或双向施加的化学制品110，已经显示垂直固定件200可以引起前沿效应和后沿效应，这导致在邻近垂直固定件200的一个或多个区域处的晶片不均匀性。这是由常规批次喷洒设备引起的另一个问题。
为了减轻这些不均匀性问题，根据本发明所制造的批次喷洒设备提供批次喷洒工艺，在该工艺中半导体晶片106独立旋转，而不依赖于转盘104。换句话说，在批次喷洒工艺过程中，当转盘104旋转时，半导体晶片相对于转盘104旋转，并且不依赖于转盘104。这使得每一个半导体晶片106能够将其整个圆周暴露于喷洒柱108，而不仅仅是朝外边缘112或朝内边缘114暴露于喷洒柱108。
图3示出根据本发明的一种实施方式的批次喷洒设备300。批次喷洒设备300包括设置在处理腔(未示出)内的转盘104。转盘104可以以顺时针或逆时针方向旋转。批次喷洒设备300还包括用于喷出化学制品110的喷洒柱308，其包括但不限于侧喷洒柱308(A)和中心喷洒柱308(B)。
将一个或多个处理晶舟302设置在转盘104上。根据本发明，处理晶舟302可以不依赖于转盘104而独立旋转。可以以如图3所示的顺时针方向或以逆时针方向旋转。在某些实施方式中，处理晶舟302可以以与转盘104相同的方向旋转，而在其它的实施方式中，处理晶舟302可以以与转盘104相反的方向旋转。在某些实施方式中，每一个处理晶舟302可以不依赖于设置在同一转盘104上的其它处理晶舟302而独立旋转。
处理晶舟302可以各自保持一批半导体晶片106。半导体晶片106固定到处理晶舟302上，并且不相对于处理晶舟运动。然而，处理晶舟302的独立旋转使得半导体晶片106相对于转盘104旋转。半导体晶片106围着其中心轴或处理晶舟302的中心轴旋转。与其中只直接喷洒朝为边缘112或朝内边缘114的常规系统不同，转盘104的旋转与处理晶舟302的旋转的结合，使得喷洒柱308能够直接喷洒每一个半导体晶片106的整个圆周。沿着其整个圆周喷洒半导体晶片106带来了许多好处，例如将由单向或双向施加化学制品110所带来的问题减到最小，将垂直固定件200所造成的影响减到最低，并提高半导体晶片106的整个表面上的均匀性。
在本发明的某些实施方式中，转盘104可以以在300转每分钟(RPM)以下的范围内的速度旋转。在某些实施方式中，处理晶舟302可以以在200RPM以下的范围内的速度旋转。在其它的实施方式中，可以将许多其它的RPM范围用于转盘104或处理晶舟302。
图4是批次喷洒设备300的一种实施方式的横截面，其包括用于旋转处理晶舟302的机械装置。批次喷洒设备300可以包括处理腔400，其容纳喷洒柱308(A)和308(B)以及处理晶舟302。如图所示，处理晶舟302各自保持一摞半导体晶片106。可以将每一个处理晶舟302设置在中心支撑柱402上，该中心支撑柱402支撑并旋转处理晶舟302。在某些实施方式中，中心支撑柱402可以通过键锁定装置(keyed locking mechanism)连接到处理晶舟302。在某些实施方式中，中心支撑柱402可以连接到电动机单元404，该电动机单元404用于引起中心支撑柱402的旋转。因此，电动机单元404通过中心支撑柱402来旋转处理晶舟302。
在本发明的实施方式中，可以将电动机单元404设置在转盘104上。于是转盘104可以绕轴406旋转。在电动机单元404旋转处理晶舟302的同时，转盘104可以旋转电动机单元404。在某些实时方式中，可以将转盘104和电动机单元404容纳在处理腔400内，如图4所示。在某些实施方式中，可以将电动机单元404设置在转盘104内，而将处理晶舟302设置在转盘104的上面。
在本发明的另一实施方式中，可以利用旋转式磁铁旋转处理晶舟302。可以磁化每一个处理晶舟302的底表面，并且可以将旋转式磁铁设置在处理腔400的内部或外部。可以旋转旋转式磁铁，以引起处理晶舟302的旋转。在该实施方式中，可以利用允许处理晶舟302自由旋转的机械装置，将处理晶舟302设置在转盘104上。
图5示出根据本发明所形成的批次喷洒设备500，其中一摞半导体晶片106不依赖于安放它们的处理晶舟502以及转盘104而独立旋转。在该实施方式中，将处理晶舟502固定到转盘上，并且不独立地旋转。然而，该摞半导体晶片106可以在处理晶舟502内旋转。由于该摞半导体晶片106可以不依赖于处理晶舟502以及转盘104而独立旋转，每一个半导体晶片106也将其整个圆周暴露于化学制品喷雾110。在某些实施方式中，半导体晶片106可以以顺时针方向旋转(如图5所示)，而在某些实施方式中，半导体晶片106可以以逆时针方向旋转。半导体晶片106可以以与转盘104相同的方向或相反的方向旋转。
图6示出处理晶舟502的一种实施方式，其中一摞半导体晶片106可以独立地旋转。处理晶舟502包括多个旋转式垂直固定器600，其固定并旋转该摞半导体晶片106。旋转式垂直固定器600必须在顺时针或逆时针的同一方向上旋转以旋转该摞半导体晶片106。因此，尽管处理晶舟502不相对于转盘104旋转，但是该摞半导体晶片106却相对于转盘104旋转。在其它的实施方式中，可以使用例如球轴承等备用机械装置来固定并旋转该摞半导体晶片106。
图7示出批次喷洒设备700的另一实施方式，其中处理晶舟702和半导体晶片106都不依赖于转盘104而独立旋转。根据所期望的化学制品110穿过半导体晶片106的流动，转盘104、处理晶舟702和半导体晶片106的旋转可以都在一个方向上或在不同的方向上。
可以将本发明的系统和方法用于各种工艺，包括但不限于无电镀(例如无电镀钴)、以及金属蚀刻。本发明的批次喷洒设备可以提高化学制品施加在半导体晶片的整个表面上的均匀性，并且可以降低在光刻胶剥离之后经常发生半导体晶片上的品质不均，以及改善湿式清洗的或使用无电镀工艺所镀覆的晶片的晶片内部均匀性。
以上对本发明的所示实施方式的描述，包括在摘要中的所述内容，并非意于毫无遗漏或将本发明限制于所公开的准确形式。然而，如相关领域的技术人员将认识到的那样，这里所述的本发明的具体实施方式和实例是为了说明的目的，在本发明的范围内各种等效变形都是可能的。
根据以上的详细描述，可以做出对本发明的这些变形。不应将在所附的权利要求中所使用的术语，解释为将本发明限制于在说明书以及权利要求书中所公开的具体实施方式。更确切地说，本发明的范围不完全由所附权利要求所确定，所附权利要求应根据已建立的权利要求解释的原则予以解释。

Claims (30)

1、一种方法，包括：
提供设置在转盘上的衬底；
旋转所述转盘，以使所述衬底绕所述转盘的中心轴旋转；
使所述衬底不依赖于所述转盘而独立旋转，其中所述衬底的旋转与所述转盘的旋转同时发生；以及
从至少一个固定的位置将化学制品分配到所述衬底上。
2、如权利要求1所述的方法，其中所述衬底包括半导体晶片。
3、如权利要求1所述的方法，其中所述衬底绕所述衬底的中心轴旋转。
4、如权利要求1所述的方法，其中借助于处理晶舟将所述衬底设置在所述转盘上，并且所述衬底绕所述处理晶舟的中心轴旋转。
5、如权利要求1所述的方法，其中所述转盘以高达300RPM的速度旋转。
6、如权利要求1所述的方法，其中所述衬底以高达200RPM的速度旋转。
7、如权利要求1所述的方法，其中借助于处理晶舟将所述衬底设置在所述转盘上，并且其中所述衬底不依赖于所述转盘的独立旋转包括使所述处理晶舟不依赖于所述转盘而独立旋转。
8、如权利要求1所述的方法，其中借助于处理晶舟将所述衬底设置在所述转盘上，并且其中所述衬底不依赖于所述转盘的独立旋转包括使多个用于将所述衬底固定到所述处理晶舟上的垂直固定件旋转。
9、如权利要求1所述的方法，其中分配所述化学制品包括将化学制品喷洒到所述衬底上。
10、如权利要求9所述的方法，其中所述化学制品包括无电镀溶液。
11、如权利要求9所述的方法，其中所述化学制品包括用于光刻胶剥离的化学制品。
12、如权利要求9所述的方法，其中所述化学制品包括用于金属或电介质蚀刻的化学制品。
13、一种方法，包括：
提供设置在转盘上的衬底；
将第一旋转赋予所述衬底，使得所述衬底绕第一轴旋转；
将不依赖于所述第一旋转的第二旋转赋予所述衬底，并使得所述衬底绕第二轴旋转；以及
从至少一个固定的位置将化学制品分配到所述衬底上。
14、如权利要求13所述的方法，其中所述衬底包括半导体晶片。
15、如权利要求13所述的方法，其中所述第一轴包括所述转盘的中心轴。
16、如权利要求13所述的方法，其中所述第二轴包括所述衬底的中心轴。
17、如权利要求13所述的方法，其中所述第二轴包括处理晶舟的中心轴，所述衬底装载在所述处理晶舟中。
18、如权利要求13所述的方法，其中通过旋转所述转盘将所述第一旋转赋予所述衬底。
19、如权利要求13所述的方法，其中通过使所述衬底不依赖于所述转盘而独立地旋转将所述第二旋转赋予所述衬底。
20、如权利要求13所述的方法，其中将所述衬底装载在设置在所述转盘上的处理晶舟内，并且其中通过使所述处理晶舟不依赖于所述转盘而独立地旋转将所述第二旋转赋予所述衬底。
21、一种装置，包括：
处理腔；
容纳在所述处理腔内的转盘；
至少一个设置在所述转盘上的处理晶舟，其中所述处理晶舟适于不依赖于所述转盘而独立旋转；
至少一个喷洒柱，将其容纳在所述处理腔内以分配化学制品；以及
至少一个机械装置，其用于使所述处理晶舟不依赖于所述转盘而独立旋转。
22、如权利要求21所述的装置，还包括至少一个用于旋转所述转盘的机械装置。
23、如权利要求21所述的装置，其中用于旋转所述处理晶舟的所述机械装置包括适适于旋转所述处理晶舟的电动机。
24、如权利要求21所述的装置，其中用于旋转所述处理晶舟的所述机械装置利用磁铁在所述处理晶舟内引起旋转。
25、如权利要求22所述的装置，其中用于旋转所述转盘的所述机械装置包括适于旋转所述转盘的电动机。
26、如权利要求21所述的装置，其中将用于旋转所述处理晶舟的所述机械装置容纳在所述处理腔内。
27、一种装置，包括：
处理腔；
容纳在所述处理腔内的转盘；
至少一个设置在所述转盘上的处理晶舟，其中所述处理晶舟包括至少一个机械装置，所述机械装置用于固定至少一个衬底并使其不依赖于所述转盘而独立旋转；以及
至少一个喷洒柱，将其容纳在所述处理腔内以分配化学制品。
28、如权利要求27所述的装置，其中用于固定至少一个衬底并使其不依赖于所述转盘而独立旋转的所述机械装置包括多个旋转式垂直固定件。
29、如权利要求27所述的装置，还包括用于旋转所述转盘的机械装置。
30、如权利要求27所述的装置，其中用于固定并旋转至少一个衬底的所述机械装置包括用于固定并旋转一摞衬底的机械装置。
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