CN105895552A - 整合水分去除与干燥的处理设备及半导体晶片的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种整合水分去除与干燥的处理设备及半导体晶片的处理方法，所述整合水分去除与干燥的处理设备包含：一处理室，用以在同一工艺内完成晶片表面的水分去除及干燥；一溶剂供给回收单元，经由一循环管线连接至所述处理室；一气体供给单元，经由一进气管线连接至所述处理室；一控制单元，与所述处理室、所述溶剂供给回收单元及所述气体供给单元电性连结。采用本发明的整合水分去除与干燥的处理设备及半导体晶片的处理方法，可以大幅降低生产成本并缩短工艺时间。

Description

整合水分去除与干燥的处理设备及半导体晶片的处理方法

技术领域

本发明涉及晶片表面的处理技术，特别是指一种整合水分去除与干燥的处理设备及半导体晶片的处理方法。

背景技术

在次微米或深次微米的晶片工艺中，举凡薄膜的沉积、高温炉管的热扩散或热氧化、或蚀刻后的晶片表面处理等步骤，通常都需要用到许多高纯度的化学品来清洗，随后再用高纯度的去离子水来洗涤，而且经去离子水洗涤后的晶片在进行下一道工艺之前必须去除表面水分并予以干燥，以避免晶片受到污染。

晶片的污染源一般可分为两大类：一种是微粒子，微粒子的污染源包括硅屑、石英屑、空气、灰尘、操作人员和工艺机台的飞尘、以及光致抗蚀剂片、细菌等；另一种是膜，膜污染主要是圆上的异物(foreign material,FM)所引起，除此之外还包括有机溶剂残留物(如丙酮、三氯乙烯、异丙醇、甲醇、二甲苯)、光致抗蚀剂显影剂、以及油膜、金属膜等。

弘塑公司所拥有的专利(TW 588434)提供一种晶片水分去除装置，其包括一蚀刻处理槽、一纯水溢流槽、一溶剂槽与一干燥槽。蚀刻处理槽用以蚀刻去除光致抗蚀剂膜，纯水溢流槽用以清洗蚀刻用的化学液，溶剂槽内可置入经去离子水洗涤后的整批晶片，其中溶剂可取代晶片表面的水分，干燥槽则用以使溶剂蒸发而达到干燥目的。

进一步而言，所述晶片水分去除装置在实际使用时，溶剂槽内的溶剂需要定期做更换以避免因溶剂中的水分蒸发而造成浓度改变，从而影响到晶片表面的水分去除，惟溶剂的消耗在生产成本中占有相当大的比重。另外，于更换溶剂，通常需要先将溶剂槽内原来的旧溶剂排空，然后清洗溶剂槽以避免污染新溶剂；然而，所述晶片水分去除装置在此情况下无法有效执行晶片水分去除作业而闲置下来，此浪费的闲置时间会延长工艺所需时程。此外，由于待处理晶片必须先于溶剂槽内将水分去除，之后才被搬送到干燥槽内将溶剂蒸发，此浪费的传输时间也会延长工艺所需时程，因而降低产出速率。

因此，本发明人有鉴于常用的晶片水分去除装置实在有其改良的必要性，遂以其多年从事相关领域的创作设计及专业制造经验，在各方条件的审慎考量下终于开发出本发明。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺失，主要目的在于提供一种整合水分去除与干燥的处理设备，其能够以较低的工艺成本达到更佳的洗净及晶片表面的干燥效果。

本发明的另一目的在于提供一种半导体晶片的处理方法，其能够在同一工艺(chamber)内完成晶片表面的水分去除及干燥，以减少作业时间进而提高生产能力。

为实现上述目的及功效，本发明采用以下技术方案：一种整合水分去除与干燥的处理设备，其包括一处理室、一溶剂供给回收单元、一气体供给单元及一控制单元。其中，所述处理室用以在同一工艺内完成晶片上的水分去除及晶片干燥；所述溶剂供给回收单元经由一循环管线连接至所述处理室；所述气体供给单元经由一进气管线连接至所述处理室；所述控制单元与所述处理室、所述溶剂供给回收单元及所述气体供给单元电性连结，用以在置入经高洁净水清洗后的至少一晶片于所述处理室内后，控制所述溶剂供给回收单元将一溶剂供应于所述处理室以置换至少一所述晶片上残留的水分，等待一段时间后控制所述溶剂供给回收单元将所述溶剂予以回收，然后在所述溶剂缓慢排出所述处理室的同时或在所述溶剂完全排出所述处理室后，控制所述气体供给单元供应一干燥气体于所述处理室以去除至少一所述晶片上残留的溶剂。

在本发明的整合水分去除与干燥的处理设备的一个实施方式中，所述整合水分去除与干燥的处理设备还包括至少一溶剂预备单元，至少一所述溶剂预备单元经由一预备管线连接至所述处理室。

在本发明的整合水分去除与干燥的处理设备的另一个实施方式中，所述溶剂供给回收单元内设有一含水率感测器。

在本发明的整合水分去除与干燥的处理设备的另一个实施方式中，所述整合水分去除与干燥的处理设备还包括一震荡单元，所述震荡单元设置于所述处理室的底部或周缘。

在本发明的整合水分去除与干燥的处理设备的另一个实施方式中，所述处理室具有一注入端及一相对于所述注入端的排出端，所述循环管线包括一溶剂供给管及一溶剂排出管，所述溶剂供给管接设于所述注入端与所述溶剂供给回收单元之间，所述溶剂排出管接设于所述排出端与所述溶剂供给回收单元之间。

在本发明的整合水分去除与干燥的处理设备的另一个实施方式中，所述排出端进一步设置至少一快排阀件。

本发明进一步采用以下技术方案：一种半导体晶片的处理方法，包括下列步骤：首先，利用高洁净水清洗至少一晶片上的半导体工艺的污染物；接着，将经高洁净水清洗后的至少一所述晶片置入一处理室；然后，将一溶剂供应至所述处理室，以置换至少一所述晶片上残留的水分；最后，等待一段时间后将所述溶剂排出所述处理室外进行回收再利用，并通入一干燥气体于所述处理室，以去除至少一所述晶片上残留的所述溶剂。

本发明与现有技术相比具有明显的优点与有益效果如下：本发明的整合水分去除与干燥的处理设备通过处理室、溶剂供给回收单元与气体供给单元之间形成的特定连结关系，可以在同一处理空间内及同一工艺步骤中来完成晶片表面的水分去除及干燥处理，进而可以有效缩短工艺时间。

再者，溶剂供给回收单元可以回收排放出处理室外的溶剂，并在回收溶剂的含水率不高的情况下再次将其供应至处理室进行重复利用，以此方式来减少生产成本。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所公开的技术特征得到进一步的了解。为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明第一实施例的整合水分去除与干燥的处理设备的结构示意图。

图2为应用本发明第一实施例的整合水分去除与干燥的处理设备的方块图。

图3为本发明的处理室的侧视角示意图。

图4为本发明的处理室的下视角示意图。

图5为本发明第二实施例的整合水分去除与干燥的处理设备的结构示意图。

图6为本发明的半导体晶片的处理方法的流程示意图。

其中，附图标记说明如下：

100 处理设备

1 处理室

11 处理室本体 111注入端

112排出端

113快排阀件

12 封盖

13 处理空间

2 溶剂供给回收单元

20 循环管线

21 溶剂供给

22 溶剂排出管

23 主进料管

24 溶剂供应端

25 含水率感测器

3 气体供给单元

30 进气管线

31 进气管

32 输气管

33 干燥气体供应端

34 配管用加热器

4 控制单元

5 震荡单元

6 溶剂预备单元

60 预备管线

61 预备进料管

62 预备出料管

200 工艺装置

300 清洗装置

W 晶片

C 晶片载具

具体实施方式

本发明从缩短整体工艺时间及高挥发性溶剂的回收再利用的角度出发，所公开的内容是关于“利用高洁净水(DI water)将附着于晶片上的半导体污染源清洗掉，并且在同一工艺中通过溶剂的高挥发性及与水的互溶性使溶剂取代晶片表面的水分，然后挥发掉溶剂晶片表面上的残留溶剂，以达到晶片完全干燥”的技术手段。

以下将通过特定具体实施例并配合所附附图来说明本发明整合水分去除与干燥的处理设备的创新特征及其后续应用，使本领域普通技术人员可由本发明所公开的内容轻易了解本发明主要创新部分。应理解的是，实施例内容及附图并非系用以限制本案，且本领域的普通技术人员在不悖离本发明的精神下所作各种修饰与变化，其皆不脱离本发明的范围。

[第一实施例]

请参考图1，为本发明第一实施例的整合水分去除与干燥的处理设备的结构示意图。如图所示，本实施例的处理设备100主要包括一处理室1、一溶剂供给回收单元2及一气体供给单元3。

请参考图2，所述处理设备100在实际应用时，可以和工艺装置200与清洗装置300搭配使用。具体来说，由于工艺装置200于处理晶片时会产生半导体工艺污染物，例如金属杂质、有机物污染、微尘粒或天然氧化物等，而且待处理的晶片经过工艺装置200处理后可被搬送到所述清洗装置300(如清洗槽)内，利用高洁净水清除晶片表面的半导体工艺污染物，因此，必须利用处理设备100将晶片表面的水分去除，并使晶片干燥。应理解的是，以上所述只是所述处理设备100的一典型实施方式而已，本发明的后续应用能够在不同的方式上具有各种的变化。

请一并参考图1、图3及图4，图3及图4分别为本发明一较佳实施例的处理室的侧视角及下视角示意图。处理室1包括一处理室本体11及一封盖12，在本实施例中，处理室本体11为一立方体状的槽体，并且是用耐腐蚀材料，例如不锈钢、铝或石英等制成。处理室本体11并包围界定一处理空间13，提供晶片W进行表面的水分去除及干燥处理等程序。而在其他实施例中，处理室本体11也可以为因应工艺需求、与挥发性溶剂和干燥气体的供给方式而选用一非立方体状的槽体。

更详细地说，处理室本体11具有一注入端111及一相对于注入端111的排出端112，其中注入端111及排出端112都与处理空间13相连通，而注入端111及排出端112与溶剂供给回收单元2之间可形成闭路循环，并且注入端111可进一步提供气体供给单元3通入干燥气体。

封盖12通过枢轴件而可枢转地安装于一固定基架(图中未示出)上，如此，封盖12可通过掀翻的动作而与处理室本体11的注入端111作结合，并且可以根据操作需求于一开启位置与一盖阖位置之间往复移动。值得注意的是，处理室本体11的排出端112设有至少一快排阀件113(如图4所示)，用以将处理空间13内的液体快速排尽，例如，方便操作人员对处理室1进行检测及例行性的维护工作，但快排阀件113的应用范围不为此限。

溶剂供给回收单元2可以是流体储槽，例如、但不限于溶剂缓冲槽。溶剂供给回收单元2接收并储存具高挥发性且可与水互溶的有机溶剂，例如异丙醇(IPA)、甲醇、乙醇或丙酮等，值得说明的是，这类溶剂的表面张力通常低于高洁净水，且挥发性通常高于高洁净水，因此，有助于带走晶片W表面的水分。

请一并参考图1及图2，进一步说明溶剂供给回收单元2与处理室1的连结关系，溶剂供给回收单元2主要经由一循环管线20连接至处理室1。所述循环管线20至少包含一条溶剂供给管21与一条溶剂排出管22，其中溶剂供给管21可通过处理室本体11的注入端111与处理空间13相连通，溶剂排出管22可通过处理室本体11的排出端112与处理空间13相连通。另外，在实际应用时，溶剂供给回收单元2还经由一主进料管23与溶剂供应端24相连通，藉此，可以从溶剂供应端24补充新的溶剂。

值得说明的是，通过循环管线20的配置，溶剂供给回收单元2可供应溶剂于处理室本体11的处理空间13，使经清洗后而表面残留有水分的晶片W完全浸泡于溶剂中，进行溶剂与高洁净水之间的置换以带走晶片W表面的水分；再者，待晶片W表面的水分被溶剂完全带走后，溶剂供给回收单元2可将使用过的溶剂予以回收，并在回收溶剂的含水率不高的情况下重复再利用。

在实际应用时，溶剂供给回收单元2内可设有一含水率感测器25，用以侦测回收溶剂的含水率，而操作人员基于此，可以准确地判断溶剂更换的时间点，避免因水分蒸发而导致组成浓度改变，使产品的良率受到影响。

进一步说明气体供给单元3与处理室1的连结关系，气体供给单元3可以是干燥气体槽，并且气体供给单元3主要经由一进气管线30而同时连接于处理室1与干燥气体供应端33之间。更详细地说，所述进气管线30包含一条进气管31与至少一条输气管32，其中气体供给单元3经由进气管31与干燥气体供应端33相连通，气体供给单元3并经由输气管32供应干燥气体于处理室1的处理空间13。

在实际应用时，条输气管32的管壁上可设有一配管用加热器34，用以将干燥气体加热至一适当的特定温度，藉此，可加快溶剂的挥发速度。附带一提，在本实施例中，溶剂供给回收单元2所用溶剂为IPA，而气体供给单元3所用干燥气体为氮气，但本发明不为此限。

值得注意的是，所述整合水分去除与干燥的处理设备100通过处理室1、溶剂供给回收单元2与气体供给单元3之间形成的特定连结关系，可以搭配一控制单元4来实现「在同一处理空间13内、并在同一工艺步骤中去除晶片表面的水分及对晶片W进行干燥处理」的自动化操作。所述控制单元4电性连接处理室1、溶剂供给回收单元2与气体供给单元3，其可以是个人电脑、笔记型电脑、工业用电脑、CPU或其他能进行计算的计算装置。

在实际应用时，控制单元4能在待处理的晶片W(如经高洁净水洗涤后的晶片)置于处理空间13时，首先令溶剂供给回收单元2供应溶剂于处理空间13，以置换晶片W表面上的水分(洗涤后残留的水分)；接着，控制单元4能在等待一段时间后令处理室1将溶剂排出处理空间13，并控制溶剂供给回收单元2将高挥发性溶剂予以回收；之后，最重要的是，控制单元4能在溶剂缓慢排出处理空间13的同时，或是在溶剂完全排出处理空间13之后，令气体供给单元3供应干燥气体于处理空间13，藉此将晶片W表面的溶剂(浸泡后残留的溶剂)蒸发掉，使晶片W完全干燥。

进一步值得注意的是，所述整合水分去除与干燥的处理设备100可进一步搭配一震荡单元5以增进溶剂与高洁净水间的置换速率，所述震荡单元5可包含一超声波装置或多个振动器且设置于处理室本体1的底部或周缘。

在实际应用时，超声波装置可对处理室1施加振荡频率范围介于20,000Hz至100,000Hz的超声波震荡，而振动器可对处理室1施加振荡频率范围介于1KHz至20,000Hz的声波震荡。通过震荡单元5的配置，只需要1至30分钟的时间，便可达到去除晶片W表面水分的目的。

[第二实施例]

请参考图5，为本发明第二实施例的整合水分去除与干燥的处理设备的结构示意图。本实施例与前一实施例相比，本实施例的处理设备100还包括：溶剂预备单元6。

所述溶剂预备单元6可以是流体储槽，例如但不限于溶剂预备槽，溶剂预备单元6接收并储存一具高挥发性且可与水互溶的有机溶剂，例如异丙醇(IPA)、甲醇、乙醇或丙酮。另外，在实际应用时，溶剂预备单元6内的溶剂可以和溶剂供给回收单元2内的溶剂相同或不相同。

进一步说明溶剂预备单元6与其他装置间的连结关系，溶剂预备单元6主要经由一预备管线60而连接于处理室1与干燥气体供应端24之间。更详细地说，所述预备管线60至少包含一条预备进料管61与一条预备出料管62，其中预备进料管61连接至主进料管23，预备出料管62连接至溶剂供给管21。藉此，溶剂预备单元6可经由预备进料管61及主进料管23、进而与溶剂供应端24相连通，并可经由预备出料管62及溶剂供给管21、进而与处理空间13相连通。

在实际应用时，控制单元4进一步电性连接溶剂预备单元6，且控制单元4能在处理设备100因其溶剂供给回收单元2进行排放废弃溶剂及更换新的溶剂而发生闲置时，令溶剂预备单元6供应溶剂于处理空间13，以置换晶片W表面上的水分(洗涤后残留的水分)，藉此提升整体性工艺效率。

请一并参考图1及图6，本发明整合水分去除与干燥的处理设备的特征、优点及所能达成的功效已具体说明如上，接下来将进一步介绍其应用。如图6所示，本发明较佳实施例提供一种应用所述处理设备的半导体晶片的处理方法，包括如下步骤：

首先，执行步骤S100，利用高洁净水清洗至少一晶片W上的半导体工艺的污染物。于具体施行时，表面附着半导体工艺污染物的晶片W可承载于晶片载具C上，并连晶片载具C一同被搬送到清洗装置(图中未显示)内，然后以高洁净水、并通过浸泡或冲洗的方式洗净晶片W表面的半导体工艺污染物。在其他的实施例中，本步骤所用高洁净水可以在达到某一特定温度时才开始进行晶片W表面的洗净。

接着，执行步骤S102，将经高洁净水清洗后的至少一所述晶片W置入一处理室1。于具体施行时，经过清洗而表面残留高洁净水的晶片W可承载于晶片载具C上，并连晶片载具C一同被搬送到处理室1的处理空间13内，而后使封盖12处于盖阖位置以与处理室本体11的注入端111结合。

然后，执行步骤S104，将一溶剂供应至所述处理室1，以置换至少一所述晶片W上残留的高洁净水。于具体施行时，溶剂供给回收单元2能根据控制单元4所发出的控制命令，供应高挥发性溶剂于处理空间13，使表面上仍残留有相当数量高洁净水的晶片W浸泡于溶剂中，以进行溶剂与高洁净水间的置换，带走晶片W表面的水分。较佳地，于置换程序中可通过震荡单元5所施加的超声波声波震荡或声波震荡来增进高挥发性溶剂与高洁净水间的置换速率。

最后，执行步骤S106，等待一段时间后将所述溶剂排出所述处理室1外进行回收再利用，同时通入一干燥气体于所述处理室1，以去除至少一所述晶片W上残留的所述溶剂。于具体施行时，处理室1能根据控制单元4所发出的控制命令，将高挥发性溶剂排出处理空间13外，而后气体供给单元3能根据控制单元4所发出的另一控制命令，将干燥气体通入处理室1，进而干燥喷吹于晶片W表面，藉以将晶片W表面的高挥发性溶剂蒸发掉，达到晶片完全干燥的效果。

更进一步值得注意的是，为了因应更复杂的工艺及品质要求，所述干燥气体可于排出高挥发性溶剂的同时注入处理空间13，以同时进行晶片W表面的水分去除及晶片干燥；或者，所述干燥气体也可于高挥发性气体完全排出处理空间13之后始注入处理空间13。

综上所述，相较于现有技术是在不同的处理空间内及不同的工艺步骤中来进行晶片表面的水分去除及晶片干燥处理，本发明至少具有下列的优点：

1.首先，本发明的整合水分去除与干燥的处理设备通过处理室、溶剂供给回收单元与气体供给单元之间形成的特定连结关系，可以在同一处理空间内及同一工艺步骤中来完成晶片表面的水分去除及干燥处理，进而可以有效缩短工艺时间。

2.承上述，溶剂供给回收单元可以回收排放出处理室外的溶剂，并在回收溶剂的含水率不高的情况下再次将其供应至处理室进行重复利用，以此方式来减少生产成本。

3.其次，所述整合水分去除与干燥的处理设备可以搭配至少一溶剂预备单元，藉此在需要进行溶剂供给回收单元内的溶剂更换时，通过溶剂预备单元来供应新的溶剂至处理室，以避免处理室发生闲置，进而可以提升整体性工艺效率。

4.再者，所述整合水分去除与干燥的处理设备可以确实降低晶片上的缺陷，增加了设备维护保养的时间间隔，并使产能得到有效提升。

惟以上所述仅为本发明的较佳实施例，非意欲局限本发明的专利保护范围，故举凡运用本发明说明书及附图内容所为的等效变化，均同理皆包含于本发明的权利保护范围内，合予陈明。

Claims (10)

1.一种整合水分去除与干燥的处理设备，其特征在于，包括：

一处理室，用以在同一工艺内完成晶片上的水分去除及晶片干燥；

一溶剂供给回收单元，经由一循环管线连接至所述处理室；

一气体供给单元，经由一进气管线连接至所述处理室；及

一控制单元，与所述处理室、所述溶剂供给回收单元及所述气体供给单元电性连结，用以在置入经高洁净水清洗后的至少一晶片于所述处理室内后，控制所述溶剂供给回收单元将一溶剂供应于所述处理室以置换至少一所述晶片上残留的水分，等待一段时间后控制所述溶剂供给回收单元将所述溶剂予以回收，然后在所述溶剂缓慢排出所述处理室的同时或在所述溶剂完全排出所述处理室后，控制所述气体供给单元供应一干燥气体于所述处理室以去除至少一所述晶片上残留的溶剂。

2.根据权利要求1所述的整合水分去除与干燥的处理设备，还包括至少一溶剂预备单元，至少一所述溶剂预备单元经由一预备管线连接至所述处理室。

3.根据权利要求2所述的整合水分去除与干燥的处理设备，其中所述溶剂供给回收单元内设有一含水率感测器。

4.根据权利要求1所述的整合水分去除与干燥的处理设备，还包括一震荡单元，所述震荡单元设置于所述处理室的底部或周缘。

5.根据权利要求1所述的整合水分去除与干燥的处理设备，其中所述处理室具有一注入端及一相对于所述注入端的排出端，所述循环管线包括一溶剂供给管及一溶剂排出管，所述溶剂供给管接设于所述注入端与所述溶剂供给回收单元之间，所述溶剂排出管接设于所述排出端与所述溶剂供给回收单元之间。

6.根据权利要求5所述的整合水分去除与干燥的处理设备，其中所述排出端进一步设置至少一快排阀件。

7.一种半导体晶片的处理方法，其特征在于，包括下列步骤：

利用高洁净水清洗至少一晶片上的半导体工艺的污染物；

将经高洁净水清洗后的至少一所述晶片置入一处理室；

将一溶剂供应至所述处理室，以置换至少一所述晶片上残留的水分；及

等待一段时间后将所述溶剂排出所述处理室外进行回收再利用，并通入一干燥气体于所述处理室，以去除至少一所述晶片上残留的所述溶剂。

8.根据权利要求7所述的半导体晶的圆处理方法，其中在通入一干燥气体于所述处理室的步骤中，所述干燥气体是在排出所述溶剂的同时通入于所述处理室。

9.根据权利要求7所述的半导体晶片的处理方法，其中在通入一干燥气体于所述处理室的步骤中，所述干燥气体是在完全排出所述溶剂后始通入于所述处理室。

10.根据权利要求7所述的半导体晶片的处理方法，其中所述溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇或丙酮。