CN107452654B - 用于处理晶片状物品的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于处理晶片状物品的方法和装置，用于处理晶片状物品的装置包括旋转卡盘和当定位在旋转卡盘上时面向晶片状物品的加热组件。液体分配器定位成使得当定位在所述旋转卡盘上时将液体分配到晶片状物品的背对所述旋转卡盘的表面上。加热组件包括分布在至少五个能独立控制的组中的辐射加热元件阵列。液体分配器包括一个或多个分配孔，其配置成将排出点从旋转卡盘的较中心区域移动到旋转卡盘的较周边区域。控制器基于液体分配器的排放点的位置控制提供给至少五个能独立控制的辐射加热元件组中的每一个的功率。

Description

用于处理晶片状物品的方法和装置
技术领域
本发明总体涉及在开放或封闭的处理室中处理诸如半导体晶片之类的晶片状物品的方法和装置。
背景技术
半导体晶片经受诸如蚀刻、清洗、抛光和材料沉积等各种表面处理工艺。为了适应这些工艺，单个晶片可以相对于一个或多个处理流体喷嘴通过与(例如在美国专利No.4,903,717和5,513,668中所描述的)可旋转运载体相关联的卡盘来支撑。
替代地，适于支撑晶片的环形转子形式的卡盘可以位于封闭的处理室内，并且通过(如例如在国际公开No.WO 2007/101764以及美国专利No.6,485,531中所描述的)主动磁轴承而被驱动而不物理接触。由于离心作用而从旋转晶片的边缘向外驱动的处理流体被输送到共同的排水管以处理。
由于在这样的晶片上形成的器件特征在它们布局尺寸上继续减小，伴随着这些器件特征的深宽比的增加，并且随着这种晶片的直径不断增加，在晶片干燥期间图案崩塌的现象变得越来越成问题。防止图案崩塌的现有技术效果有限。
发明内容
一方面，本发明涉及一种用于处理晶片状物品的装置，其包括适于将具有预定直径的晶片状物品保持在其上的旋转卡盘。该装置包括加热组件，其当定位在所述旋转卡盘上时面向晶片状物品，以及液体分配器，其定位成使得当定位在所述旋转卡盘上时将液体分配到晶片状物品的背对所述加热组件的表面上。所述加热组件包括分布在至少五个能独立控制的组中的辐射加热元件阵列，每个组分别占据从所述旋转卡盘的较中心区域延伸到所述旋转卡盘的较周边区域的不同区域。所述液体分配器包括被配置为将排放点从所述旋转卡盘的较中心区域移动到所述旋转卡盘的较周边区域的一个或多个分配孔。控制器基于所述液体分配器的所述排放点的位置控制供给至所述至少五个能独立控制的辐射加热元件组中的每一个的功率。
在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述至少五个能独立控制的辐射加热元件组包括至少十个能独立控制的辐射加热元件组。
在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述至少五个能独立控制的辐射加热元件组包括至少十五个能独立控制的辐射加热元件组。
在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述至少五个能独立控制的辐射加热元件组包括至少二十个能独立控制的辐射加热元件组。
在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述辐射加热元件是LED加热元件。
在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述LED加热元件发射具有在380nm至650nm的波长范围内的最大强度的辐射。
在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述LED加热元件发射在380nm至650nm的波长范围内的辐射。
在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述加热组件相对于所述旋转卡盘定位，以便仅从一侧加热保持在所述旋转卡盘上的晶片状物品，并且不接触所述晶片状物品。
在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述加热组件当安装在所述旋转卡盘上时压在所述旋转卡盘上，并且位于所述旋转卡盘和晶片状物品的面向所述旋转卡盘的表面之间。
在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述液体分配器包括臂，所述臂能够相对于所述旋转卡盘从所述旋转卡盘的较中心区域移动到所述旋转卡盘的较周边区域。
在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述辐射加热元件发射的辐射能穿透的板当定位在所述旋转卡盘上时被安装成与所述旋转卡盘一起旋转，并且定位在加热组件和晶片状物品之间。
在根据本发明的装置的优选实施方式中，该板由石英或蓝宝石制成。
在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述至少五个能独立控制的辐射加热元件组中的每一个当定位在所述旋转卡盘上时能够向晶片状物品施加至少2W/cm2的功率强度。
在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述至少五个能独立控制的辐射加热元件组中的每一个当定位在所述旋转卡盘上时能够向晶片状物品施加至少4W/cm2的功率强度。
在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述至少五个能独立控制的辐射加热元件组对于所述旋转卡盘的旋转轴线同心地布置。
在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述控制器被配置为响应于所述液体分配器的所述排放点与所述至少五个能独立控制的组中的一个轴向对齐而供应全功率至所述至少五个能独立控制的组中的所述一个。
在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述控制器被配置为响应于所述液体分配器的所述排放点与所述至少五个能独立控制的组中的所述一个轴向对齐而供应小于所述全功率的内部中间功率给所述至少五个能独立控制的组中的在所述至少五个能独立控制的所述一个的相邻和轴向内部的另一个。
在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述控制器被配置为响应于所述液体分配器的所述排放点与所述至少五个能独立控制的组中的所述一个轴向对齐而供应小于所述全功率的外部中间功率给所述至少五个能独立控制的组中的在所述至少五个能独立控制的所述一个的相邻和轴向外部的另外的另一个。
在根据本发明的装置的优选实施方式中，外部中间功率大于内部中间功率。
在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述加热组件包括与具有所述预定直径的晶片状物品基本共同延伸的发光二极管(LED)阵列。
在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述旋转卡盘包括围绕中心固定柱的可旋转卡盘主体，并且其中所述加热组件安装到所述中心固定柱的上端。
在另一方面，本发明涉及一种用于处理晶片状制品的方法，其包括以本文所述的方式使用具有上述特征中的一个或多个的装置。
具体而言，本发明的一些方面可以阐述如下：
1.一种用于处理晶片状物品的装置，其包括：
-旋转卡盘，其适于将具有预定直径的晶片状物品保持在其上，
-加热组件，其当定位在所述旋转卡盘上时面向晶片状物品，以及
-液体分配器，其定位成使得当定位在所述旋转卡盘上时将液体分配到晶片状物品的背对所述加热组件的表面上，
所述加热组件包括分布在至少五个能独立控制的组中的辐射加热元件阵列，每个组分别占据从所述旋转卡盘的较中心区域延伸到所述旋转卡盘的较周边区域的不同区域，所述液体分配器包括被配置为将排放点从所述旋转卡盘的较中心区域移动到所述旋转卡盘的较周边区域的一个或多个分配孔；以及控制器，其基于所述液体分配器的所述排放点的位置控制供给至至少五个能独立控制的辐射加热元件组中的每一个的功率。
2.根据条款1所述的装置，其中所述至少五个能独立控制的辐射加热元件组包括至少十个能独立控制的辐射加热元件组。
3.根据条款1所述的装置，其中所述至少五个能独立控制的辐射加热元件组包括至少十五个能独立控制的辐射加热元件组。
4.根据条款1所述的装置，其中所述至少五个能独立控制的辐射加热元件组包括至少二十个能独立控制的辐射加热元件组。
5.根据条款1所述的装置，其中所述辐射加热元件是LED加热元件。
6.根据条款5所述的装置，其中所述LED加热元件发射具有在380nm至650nm的波长范围内的最大强度的辐射。
7.根据条款5所述的装置，其中所述LED加热元件发射在380nm至650nm的波长范围内的辐射。
8.根据条款1所述的装置，其中所述加热组件相对于所述卡盘定位，以便仅从一侧加热保持在所述卡盘上的晶片状物品，并且不接触所述晶片状物品。
9.根据条款1所述的装置，其中所述加热组件当安装在所述旋转卡盘上时压在所述旋转卡盘上，并且位于所述旋转卡盘和晶片状物品的面向所述旋转卡盘的表面之间。
10.根据条款9所述的装置，其中所述液体分配器包括臂，所述臂能够相对于所述旋转卡盘从所述旋转卡盘的较中心区域移动到所述旋转卡盘的较周边区域。
11.根据条款1所述的装置，其还包括所述辐射加热元件发射的辐射能穿透的板，所述板当定位在所述旋转卡盘上时被安装成与所述旋转卡盘一起旋转，并且定位在所述加热组件和晶片状物品之间。
12.根据条款11所述的装置，其中所述板由石英或蓝宝石制成。
13.根据条款1所述的装置，其中所述至少五个能独立控制的辐射加热元件组中的每一个当定位在所述旋转卡盘上时能够向晶片状物品施加至少2W/cm2的功率强度。
14.根据条款1所述的装置，其中所述至少五个能独立控制的辐射加热元件组中的每一个当定位在所述旋转卡盘上时能够向晶片状物品施加至少4W/cm2的功率强度。
15.根据条款1所述的装置，其中所述至少五个能独立控制的辐射加热元件组对于所述旋转卡盘的旋转轴线同心地布置。
16.根据条款1所述的装置，其中所述控制器被配置为响应于所述液体分配器的所述排放点与所述至少五个能独立控制的组中的一个轴向对齐而供应全功率至所述至少五个能独立控制的组中的所述一个。
17.根据条款16所述的装置，其中所述控制器被配置为响应于所述液体分配器的所述排放点与所述至少五个能独立控制的组中的所述一个轴向对齐而供应小于所述全功率的内部中间功率给所述至少五个能独立控制的组中的在所述至少五个能独立控制的所述一个的相邻和轴向内部的另一个。
18.根据条款16所述的装置，其中所述控制器被配置为响应于所述液体分配器的所述排放点与所述至少五个能独立控制的组中的所述一个轴向对齐而供应小于所述全功率的外部中间功率给所述至少五个能独立控制的组中的在所述至少五个能独立控制的所述一个的相邻和轴向外部的另一个。
19.根据条款18所述的装置，其中所述控制器被配置为响应于所述液体分配器的所述排放点与所述至少五个能独立控制的组中的所述一个轴向对齐而供应小于所述全功率的内部中间功率给所述至少五个能独立控制的组中的在所述至少五个能独立控制的所述一个的相邻和轴向内部的另外的另一个，并且其中所述外部中间功率大于所述内部中间功率。
20.根据条款1所述的装置，其中所述加热组件包括与具有所述预定直径的晶片状物品基本共同延伸的发光二极管阵列。
21.根据条款1所述的装置，其中所述旋转卡盘包括围绕中心固定柱的能旋转卡盘主体，并且其中所述加热组件安装到所述中心固定柱的上端。
附图说明
在阅读了参照附图给出的本发明的优选实施方式的以下详细描述之后，本发明的其它目的、特征和优点将变得更加清楚，其中：
图1a、1b和1c是图案崩塌现象的说明示图；
图2是根据本发明的第一实施方式的装置的平面图；
图3是沿图2中III-III线的剖视图；
图4是图3中的细节IV的放大图；
图5是本实施方式的加热组件的平面图；
图6a和6b示出了用于图1-5的实施方式的优选处理条件；
图7示出了在使用位置的根据本发明的第二实施方式的装置；和
图8示出了在装载和卸载位置的图7的实施方式。
具体实施方式
现在参考图1，形成在半导体晶片2上的器件特征1可以是掺杂硅的鳍片(fin)或在半导体器件的制造中形成或使用的任何其它结构或材料。在处理期间，晶片2通常首先用水漂洗，然后用异丙醇IPA漂洗，这在图1a中以包围鳍片1的3示出。当晶片被干燥时，IPA 3蒸发；然而，由于鳍片1的表面张力和高深宽比，IPA 3较慢地被从鳍片之间的空间驱除离开，这导致在图1b中以M表示的弯液面的形成。当晶片的干燥继续时，IPA 3的表面张力如图1c所示将鳍片1拉向彼此，其可能损害或妨碍相关半导体器件的正确性能。
用于减轻图案崩塌现象的常规技术包括使用具有比去离子水更低的表面张力的漂洗液，IPA为主要选择，并且在升高的温度下使用这种漂洗液；然而，如上所述，这种技术对减少图案崩塌的效果有限。
本发明人已经发现，沿着移动前沿的晶片的快速局部加热可以用于使漂洗液充分快速地蒸发，没有形成如图1b所示的弯液面，并且因此避免如图1c所示的伴随的图案崩塌。
图2示出了设计成实现该发现的装置的第一实施方式，其中旋转卡盘10被设计成保持和旋转具有预定直径(例如300mm或450mm)的晶片W。晶片W由一系列圆形的夹持销16保持，在该实施方式中，夹持销16的数量是六个。销16穿过由石英或蓝宝石制成的透明板25中的开口。板25通过螺钉26固定到卡盘10上并与卡盘10一起旋转。当晶片W位于卡盘上时，其被保持在板25的上方，使得晶片的下表面平行于板25并通过小的间隙间隔开。
在透明板25的下方安装有辐射加热组件50，这将在下面更详细地描述。
与卡盘10相邻，吊杆摆臂30被安装成围绕其驱动马达34枢转运动。臂30被供给处理液体和/或漂洗液体，处理液体和/或漂洗液体通过其排出喷嘴32向下排放。吊杆摆臂30可在如图2中以实线所示的待机位置与以虚线所示的中央位置之间移动。因此排放喷嘴32可以跨晶片W的整个半径进行扫描，并且当晶片W被卡盘10旋转时，从而将液体分配到其整个向上的表面上。
现在转向图3，可以看出，旋转卡盘10由下卡盘主体12和上卡盘主体14组成，下卡盘主体12和上卡盘主体14彼此固定并且被枢轴安装以围绕固定的中心柱20旋转。在该实施方式中，销16和透明板25也与卡盘10一起旋转，通过设置在夹持销16的基座中的齿轮齿与每个夹持销16连续啮合接合的环形齿轮18也是如此。环形齿轮18也可以相对于卡盘10旋转到极限程度。从而使销16以本身公知的方式围绕它们各自的轴线旋转，并将最上面的偏心夹持部分在其打开和关闭位置之间移动。
固定柱20和定子44一样安装在装置的机架40上，而转子42固定在下卡盘主体12上，定子44和转子42构成驱动卡盘10旋转的磁力马达。整个卡盘结构的其它细节例如在共同拥有的美国专利No.9,245,777中进行了描述。
该实施方式中的辐射加热组件50安装在固定柱20上，因此不旋转，而其由包括元件25、14、16的卡盘的旋转结构所包围。该实施方式中的辐射加热组件50包括多个安装成面向透明板25的蓝色LED 51以及控制器52(例如，安装在加热组件50的下侧上的板上控制器(未示出))。控制器52控制蓝色LED 51的接通和断开以及功率，并且还与吊杆摆臂30的电动机34无线通信。
如图4所示，辐射加热组件50包含铝基板，铝基板由钎焊在一起的上部和下部件54和55构成，铝基板作为散热片，以防止蓝色LED元件51下面的结构的过度加热。印刷电路板53安装在上部件54的顶部，上部件54上形成用于LED元件的迹线，并且上部件54上安装有LED元件51。
板上芯片56安装在固定到下部件55的下侧的印刷电路板60上。将板上芯片56的输出引脚和形成在PCB 53上的迹线的输入终端相互连接的电线58容纳在通过铝基板53、54的袋57中。
如图5所示，本实施方式的PCB 53形成在四个象限中，它们通过连接器59连接在一起。LED元件51形成为十六组，即板上芯片56的布置以及从那些芯片到PCB 53的连接，以及板上控制器52，允许LED单独地以小到十六的组供电。
从图5中可以看出，LED 51被布置成二十个同心圆，并且每个圆中的LED的数量是16的倍数。因此，通过上述布置，每个同心圆可以单独控制为单独的加热区。
蓝色LED灯51在波长约450nm处具有最大强度。可以使用其他辐射源，但优选使用发射具有在390nm至550nm的波长范围和更优选使用在400nm至500nm波长范围内的最大强度的辐射的源。
虽然该波长特性的辐射被板25大量传输，但是相同的辐射被晶片W的半导体材料很大程度地吸收，特别是当晶片W是硅时也是如此。
这种布置允许晶片W的非常快速的局部加热，使得在有可能形成损坏的弯液面之前使漂洗液体蒸发。例如，每个LED 51可以具有10W的功率消耗并且提供3W的光功率，该光功率可以几乎立即产生。此外，如果需要，对于所选择的LED 51可以产生较小的光功率，例如通过以本身已知的方式在例如500Hz将供给至所选LED 51的功率进行脉冲。
图6a和6b示出了本实施方式的装置的操作的优选示例。晶片W可以被认为被分成对应于加热组件50的可独立控制的同心区域的数量的N个区域1、2、3、4、...N，使得图6b中的横坐标表示区域的数量以及从晶片的中心到边缘的径向距离。
在图6a所示的区域A中，液体L保留在晶片W的表面上，目的是将在本示例中为异丙醇(IPA)的液体L加热到升高的温度，但该温度不会导致晶片W的过早干燥。该温度对应于区域4至N中的加热器的热通量，其保持在水平2，如图6b中的纵坐标所示。
另一方面，在对应于辐射加热组件50的区域3的区域B中，晶片W的温度基本上升高，使得IPA的蒸发速率足够高，使得在器件特征紧密相邻处之间没有弯液面(即平坦的或90°弯液面)，以避免如上所述的图案崩塌。在对应于加热器区域1和2的区域C内，已经干燥的晶片保持在较低但仍然升高的温度，以确保漂洗液体完全蒸发并防止干燥的晶片表面上的冷凝。
将会理解的是，对供给至加热组件的各个同心区域的功率的控制对应于漂洗流体的排放喷嘴32的径向位置，因此控制器52基于排放喷嘴的径向位置控制供给至相关区域的LED 51的功率。
图7和图8示出了替代实施方式，其中卡盘是位于封闭室80内的磁环转子70，并通过位于室80外侧的定子72驱动旋转。晶片W由从环转子70向下突出的夹持元件71保持。
如图8所示，可以打开室80以装载和移除晶片W。加热组件50'被结合到外壳80的下部，并且通常类似于结合前述实施方式所描述的加热组件，在该实施方式中不同之处在于，透明板25'是固定的并且不随磁转子70旋转。
此外，在本实施方式中，代替可径向移动的液体分配器30，设置有由歧管73供给的一系列固定液体分配喷嘴74。漂洗液体可以以最中心开始继续到最外围的方式，连续供应给这些喷嘴74，以便近似前述实施方式的吊杆摆臂30的分配动作。因此，在这种情况下，控制器52将基于哪个喷嘴74分配液体来控制供应给所选择的LED 51组的功率。
虽然已经结合本发明的多种优选实施方式描述了本发明，但是应当理解，这些实施方式仅用于说明本发明，并且本发明不限于这些实施方式，而是包括被所附权利要求的真实范围和精神包含的那些实施方式。

Claims (21)

1.一种用于处理晶片状物品的装置，其包括：
-旋转卡盘，其适于将具有预定直径的晶片状物品保持在其上，
-加热组件，其当定位在所述旋转卡盘上时面向晶片状物品，以及
-液体分配器，其定位成使得当定位在所述旋转卡盘上时将液体分配到晶片状物品的背对所述加热组件的表面上，
所述加热组件包括分布在至少五个能独立控制的组中的辐射加热元件阵列，每个组分别占据从所述旋转卡盘的较中心区域延伸到所述旋转卡盘的较周边区域的不同区域，
所述液体分配器包括排放喷嘴并被配置为在所述排放喷嘴排放液体的同时将所述排放喷嘴从所述旋转卡盘的较中心区域移动到所述旋转卡盘的较周边区域；以及
控制器，其被配置为在所述排放喷嘴排放液体以及所述排放喷嘴从所述旋转卡盘的较中心区域移动到所述旋转卡盘的较周边区域的同时，基于所述排放喷嘴的径向位置控制供给至少五个能独立控制的辐射加热元件组中的每一个的功率。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少五个能独立控制的辐射加热元件组包括至少十个能独立控制的辐射加热元件组。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少五个能独立控制的辐射加热元件组包括至少十五个能独立控制的辐射加热元件组。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少五个能独立控制的辐射加热元件组包括至少二十个能独立控制的辐射加热元件组。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述辐射加热元件是LED加热元件。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述LED加热元件发射具有在380nm至650nm的波长范围内的最大强度的辐射。
7.根据权利要求5所述的装置，其中所述LED加热元件发射在380nm至650nm的波长范围内的辐射。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述加热组件相对于所述旋转卡盘定位，以便仅从一侧加热保持在所述旋转卡盘上的晶片状物品，并且不接触所述晶片状物品。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述加热组件当安装在所述旋转卡盘上时压在所述旋转卡盘上，并且位于所述旋转卡盘和晶片状物品的面向所述旋转卡盘的表面之间。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述液体分配器包括臂，所述臂能够相对于所述旋转卡盘从所述旋转卡盘的较中心区域移动到所述旋转卡盘的较周边区域。
11.根据权利要求1所述的装置，其还包括所述辐射加热元件发射的辐射能穿透的板，所述板当定位在所述旋转卡盘上时被安装成与所述旋转卡盘一起旋转，并且定位在所述加热组件和晶片状物品之间。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述板由石英或蓝宝石制成。
13.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少五个能独立控制的辐射加热元件组中的每一个当定位在所述旋转卡盘上时能够向晶片状物品施加至少2W/cm2的功率强度。
14.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少五个能独立控制的辐射加热元件组中的每一个当定位在所述旋转卡盘上时能够向晶片状物品施加至少4W/cm2的功率强度。
15.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少五个能独立控制的辐射加热元件组对于所述旋转卡盘的旋转轴线同心地布置。
16.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器被配置为响应于所述液体分配器的排放点与所述至少五个能独立控制的组中的一个轴向对齐而供应全功率至所述至少五个能独立控制的组中的所述一个。
17.根据权利要求16所述的装置，其中所述控制器被配置为响应于所述液体分配器的所述排放点与所述至少五个能独立控制的组中的所述一个轴向对齐而供应小于所述全功率的内部中间功率给所述至少五个能独立控制的组中的在所述至少五个能独立控制的所述一个的相邻和轴向内部的另一个。
18.根据权利要求16所述的装置，其中所述控制器被配置为响应于所述液体分配器的所述排放点与所述至少五个能独立控制的组中的所述一个轴向对齐而供应小于所述全功率的外部中间功率给所述至少五个能独立控制的组中的在所述至少五个能独立控制的所述一个的相邻和轴向外部的另一个。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述控制器被配置为响应于所述液体分配器的所述排放点与所述至少五个能独立控制的组中的所述一个轴向对齐而供应小于所述全功率的内部中间功率给所述至少五个能独立控制的组中的在所述至少五个能独立控制的所述一个的相邻和轴向内部的另外的另一个，并且其中所述外部中间功率大于所述内部中间功率。
20.根据权利要求1所述的装置，其中所述加热组件包括与具有所述预定直径的晶片状物品基本共同延伸的发光二极管阵列。
21.根据权利要求1所述的装置，其中所述旋转卡盘包括围绕中心固定柱的能旋转卡盘主体，并且其中所述加热组件安装到所述中心固定柱的上端。
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