CN1175476C - 用于盘状物的液体处理的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于盘状物特别是晶片上特定区域的液体处理的设备，其特征是，一个掩模与盘状物相距一限定的短距离，以致于液体可由毛细作用力限制在掩模和盘状物的限定区域之间。

Description

用于盘状物的液体处理的设备

发明领域

本发明涉及用于盘状物特别是晶片的主表面的限定区域上进行液体处理的设备和过程。

发明背景

在下面要描述盘状物特别是晶片的靠近其边缘的限定部分的处理理由。

一块晶片，例如一块硅晶片，在其所有面上可以有二氧化硅之类的涂层，为随后的操作(例如，当要施加金镀层或多晶硅(多晶体硅)层时)，至少在晶片主表面的边缘区上去掉已存在的涂层是需要的，并且也可以是在晶片周边表面和/或第二主表面的区域上去掉已存在的涂层。这由蚀刻处理来完成，其中蚀刻处理主要可分为干蚀刻处理和湿蚀刻处理。此外还希望去掉一种金属(例如，铜)，该金属是事先电镀到半导体基片的主表面的某些区域上的。在这种情况下，该区域可能要么是一个靠近边缘的环形区域，要么就是前主表面(器件结构位于其上的主表面＝器件面)上的没有器件的区域，也就是非芯片区。

另一种应用是清洁晶片，这里，至少清洁晶片主表面的边缘区域是必须的，但也可清洁晶片圆周表面和/或第二主表面的区域，也就是要清除颗粒物和/或其它的污染物。这由湿清洁处理来完成。

另一种的液体处理是涂层的涂覆，例如，金属的电镀涂覆，这可以用电流或不用电流来完成，后一种情况为“无电流电镀“。

本发明着眼于湿蚀刻，湿清洁或镀层的湿化学应用(合起来称为液体处理)，要处理的晶片表面区域由处理液来浸润，并且清洗掉要除去的镀层或者杂物，或者在该表面区域建立一镀层。

在液体处理过程中，盘状物可以静止，也可以转动(例如，绕一个轴转动)。

在一种非控制方式下，为阻止处理液到达不需要处理的表面，EP 0316 296 B1提出一种平台器(夹盘)，其用气体冲刷朝向平台器的且不需要处理的表面。这样做之后，气体出现在晶片边缘和平台器之间。

JP 09-181026 A描述了一种用于半导体晶片的平台器，在一个环形喷管之外，该平台器有一种特殊形状，例如，一个向外部下降的环形台阶面，或者其边缘的一个切削平面。该文献也提出一种进气孔。通过这种形状亦即进气孔影响(减少)在边缘区域的流动速度。这用于使从上面提供的处理液流向晶片边缘之外到达晶片朝向夹盘的一侧，并在那里处理一个边缘区域。

无论在EP 0316296 B1或JP 09-181026 A(英文文摘)中是否用到一种用于处理盘状物的装置(平台器或夹盘)，在朝向平台器的主表面上，一个最大为1.5毫米的边缘区域(从晶片的外缘开始来测量)被处理。随后，液体流回到晶片边缘，并且该液体被甩掉。在这两份文献中，这种被处理的边缘没有特意地限定，而是一个随机的结果，这是因为边缘区域的大小很大程度上依赖于许多相互影响的因素，例如，表面构成(吸收层的粗糙度，类型，和厚度)，温度，压力和湿度等。

US4 838 289 A展示一种用于蚀刻晶片边缘的系统，其特征是，一个喷管指向要处理的晶片表面区域，同时晶片转动。这个系统的缺点是，要处理的区域不能准确限定，而且液体也能到达不要处理的区域。

发明内容

因此，本发明的目的是，用液体实现盘状物表面的限定区域的处理，并且也可能处理其它情形，其情形之一是处理超过2毫米的边缘区域(从盘状物边缘处开始测量)。该限定区域可以是盘状物表面的内部区域，也就是，没有延伸到盘状物边缘的区域。如果这里的多个区域由一个圆线一次性地界定在该圆外和或圆内，其实这还是不必要的，比如，要被处理的区域可以由一个多边形来界定。如果盘状物是一个半导体晶片，这个界定线可对应芯片设置其上的表面区域(器件区)。由此，内部的芯片区域或外部的非芯片区都能处理。

由此，在其最总括的实施例中，本发明提出一种用于盘状物特别是晶片的限定区域的液体处理的设备，其包括：夹紧装置，其用于夹住盘状物；一个掩模，其形状和大小对应于要进行液体处理的限定部分的区域；和定位装置，其使掩模和盘状物相互间保持限定的小间距，以便液体能由毛细作用力来限定在掩模和盘状物上的限定区域之间。

夹紧装置可以是其它装置，包括真空夹紧装置，夹住盘状物周边的夹紧装置，或所谓的伯努利(Bernoull)吸盘在内。

掩模这样布置，当一个盘状物(晶片)位于平台器上时，掩模没有接触盘状物(晶片)，也就是，在晶片和掩模之间有一个间隙。垂直投影于晶片主表面之上的掩模指明要进行液体处理的晶片区域。朝向盘状物的掩模表面的材料应选择好，以便其由液体很好地浸润，以致于液体由毛细作用力保持在盘状物和掩模之间的间隙内。液体与盘状物所夹的浸润角和液体与掩模所夹的浸润角的总和应小于180度，最好小于150度。当然，在预先选定掩模表面后，也可以由液体中加入的添加剂(浸润剂)来获得所希望的浸润角。

本发明装置的一个优点是，要处理的物品在要处理的区域内由处理液准确地浸润，而没有任何固体物接触该区域。同时液滴被阻止到达不要处理或不应处理的区域。

在一个优选实施例中，掩模具有环的形状。在这种情况下，该环状掩模可以有一个内径，其小于盘状物的外径；和一个外径，其至少与盘状物外径大小相同。在要处理的表面同样具有环的形状时，上述样式的环状掩模是必须的，例如，当从一个半导体晶片的限定边缘区域上清除一镀层时的情况。

如果定位装置使掩模和盘状物相互间保持一个0.05到1毫米的距离，这是有好处的。当使用液体介质，象水，肥皂水或各种酸的水溶液时，这样小的间距就容易阻止液体溢出掩模和盘状物之间的毛细区域。

在一个实施例中，定位装置包括夹紧件，其直接接触盘状物，并且直接或间接地连接到掩模上。例如，这种定位也可用一个外部的柱(间接地)或由位于盘状物周边的定位柱(直接地)来实现。

在另一个实施例中，掩模和夹紧装置绕一个垂直于掩模的轴没有相对转动。所以掩模和夹紧装置都不转动，或者比如，夹紧装置转动，并且其上的盘状物随之转动，由此掩模以同样的速度同时转动。当液体被限制在掩模和盘状物间的毛细区域内时，掩模相对于盘状物表面没有相对运动是有好处的。在液体停留在该区域内时，其应该尽可能小地经受运动。这将阻止液体到达不要处理的区域。

定位装置可以包括一个进气装置，其直接或间接地连接到掩模上，并且指向盘状物，由此，盘状物能保持在一层气垫上。这种进气装置可以是比如一个或多个垂直于或斜向盘状物表面的喷管，或者是一种环状喷管。通过选择压力和气体流量，对一个规定了形状，大小和布局的进气装置来说，进气装置与盘状物之间的距离，和掩模与盘状物间的距离都可以准确地和可再现地调整。

此外，在本发明的一个实施例中，设备可以有变距装置，其能增加掩模和盘状物相互间的距离，以使液体不再由毛细作用力约束。这里，可以是一种能在垂直于盘状物表面方向上移动夹紧装置的运动机构，或者是一种能相应地移动掩模的运动机构。但是盘状物也能相应地直接移动。变距装置可以是比如一种附加的夹紧装置(例如，匙形压杆)或者有多个柱(升位柱)，其提升盘状物。变距装置也可是一种进气装置，其具有一种可变化的操作状态，以便盘状物上升或下降。

掩模和盘状物由一种这样的调距装置来相互分开地移动，以便处于其间的液体可被再清除掉。要是变距装置能将间距增到至少0.2毫米，最好是至少0.5毫米，将是有用的。

如果变距装置这样布置，在液体处理过程中或紧接着液体处理之后该变距装置可以改变在掩模和盘状物之间的距离，这将是有好处的。例如，在将进气装置作为变距装置的情况下是有可能。

在一个实例中，变距装置和定位装置可以这样布置，使得定位装置的构件同时又是变距装置的构件。如果定位装置有带V-形槽的定位柱，其接触盘状物的周边缘，并且由此使盘状物与掩模相距一限定的距离，当定位柱可以垂直于盘状物的表面移动时，定位柱同时也就是变距装置的构件。

在一个实施例中，在基本上垂直于盘状物的主表面上，有一些导向构件，其界定盘状物的周边的位置。在这方式中，盘状物的位置正对着掩模相隔一段间距地固定，导向构件相对于盘状物中心的距离可以变化。

这个距离也可减至如此小，以致导向构件能夹住盘状物，而且从这方面来看，它们也是夹紧装置的构件。夹紧装置不仅由导向件构成，并且还可由一种进气装置构成。

一种按权利要求8所述的设备，其中，变距装置包括一种进气装置，其直接或间接地连接到掩模，而且指向盘状物的主表面，由此，盘状物可以由一气垫来支撑。这里，进气装置不必同时又是定位装置，因为定位装置可以是一种简单机械支承装置(例如，定位柱，定位环)，而且，当盘状物被提升时，进气装置仅流过气体。

但是，定位装置和变距装置基本上也可以是同样的进气装置，其中设有能使进气装置至少能切换两种不同操作状态的装置。通过这些至少具有两种不同操作状态的装置，在盘状物和掩模之间可以设置至少两种不同的距离。这些装置比如是可以改变压力和/或提供给进气装置的气体流量的装置。这些装置比如是减压阀或开关进气装置的附加喷头的阀。在高流量时，盘状物就处于比在低流量时距掩模较远的位置，其它装置可以改变进气装置的大小，形状，和/或其布局。如果用到比如可移动的喷管，盘状物举得越高，在喷管和喷管指向的盘状物表面之间角度(0°到90°度)就要选择越大。

变距装置和定位装置也可以是两个相互独立工作的进气装置。

在一个实施例中，夹紧装置可以转动，由此盘状物随之转动。即使不需要这种转动，但这就是优点，因为处理液能从平台器和晶片边缘甩出。

在该实施例中，掩模和盘状物间的间隙是0.05到1毫米，最好为0.1到0.5毫米，因此，在晶片和进气导向的设备之间，形成一种毛细作用力，由此，晶片边缘周围的液体被吸进入。朝向进气导向装置并且由液体浸润的盘状物表面的内径小于进气导向装置的环形表面的内径。

其优点是，当气体导向装置朝向盘状物的表面平行于盘状物主表面时，在盘状物(晶片)和气体导向装置之间的间隙因此是与整个边缘区域大小相同。

一个实施例要求平台器能转动，即使不需要，这还是有好处，因为处理液能从平台器和晶片边缘甩出去。在液体处理过程中，如果平台器不转动，液体可由气流(来自进气装置)来吹掉。

另外，装置有一个液体流道，其指向盘状物朝向掩模的表面。在这种方式下，其第一限定区域用第一种液体处理的表面，也可用第二种液体处理，而且在第二区域内，它不同于第一区域。该第二区域可以有更大的表面，而且也可全部覆盖第一区。如果第一种液体是一种蚀刻液体，通过使用第二种液体(例如，去离子水)，该蚀刻液体能被清洗掉，而没有停留在朝向掩模的表面。同时掩模也被清洗，或液体可以从其上清除。

附图说明

本发明的其它细节、特征和优点在以下的图示的本发明实施例的描述中讲述。

图1到图5示意性地显示本发明的五个实施例的轴向部分。

图6到图8显示在不同操作状态下的图1所示实施例的轴向部分示意图。

具体实施方式

图1显示一个本发明的设备1的实施例。设备1包括一个圆形底座体4，其上同中心地固定着掩模2，在这里，掩模2具有环的形状。但是环形掩模也可以是底座体上切削出来的加工面。环形掩模有一个直径较大的外径和一个比盘状物外径小的内径。定位柱3安装在环形掩模4之上，用来夹住盘状物W的边缘。定位柱3有一道V形凹槽31，其扣入盘状物边缘，并且由此使晶片保持在一个限定的水平位置上。带V形凹槽31的定位柱3相当于对掩模2的定位装置。在掩模2和晶片表面Wf之间形成一限定的间隙15。为了稳固地夹住晶片，和再移去或提升晶片来松开它，通过图中没有显示的一种机械装置的作用，定位柱3相对于轴A移动。在底座体4中，有一个提升机械装置5(变距装置)，其能改变晶片W和掩模2之间的距离，并沿箭头所示的方向L上下移动，提升机械装置包括一个平台器，其有一个相当平整的表面，该表面平行于晶片，并朝向晶片，当平台器上升时，该表面仅接触晶片的下表面，然后提升晶片，整个设备1和其上的晶片能绕晶片轴A转动。

处理液可通过喷管7来提供，喷管7安装在晶片边缘附近外，处理液也可通过一个喷管6来提供，喷管6正对着背向掩模2的晶片表面。在第一种情况下(喷管7)，一定量的液体20直接提供给晶片边缘附近的掩模2。然后，液体由毛细状间隙15拉入，接着准确地浸润晶片表面Wf的区域，这些区域配属于掩模2，而且与之叠合。在第二种情况下(喷管6)，一定量的液体18提供给背向掩模2的晶片表面Wf，例如，在其中心位置，然后液体径向地流到晶片边缘外，这种操作可由晶片转动来协助完成。这样，液体沿晶片边缘流动，而且由凹槽15拉入。在这两种情况下，在整个液体处理(R)过程中，晶片可以转动；这有一个优点，没有渗入间隙15的过量液体不会无控制地流出面层2，而是以一种可控方式被甩出去。然后，第二种液体(例如，去离子水)由一个液体流道28提供给朝向掩模的晶片表面，以此同时，平台器4转动，这样，第二种液体取代位于间隙15中的液体，以此同时，在此前或甚至之后，晶片由提升机械装置5来举起。

图2显示另一个实施例，环形掩模由底盘8支撑，晶片W由一个转动的真空吸盘吸住其背离掩模的表面Wb。这有一个优点，它既没有接触晶片边缘，也没有接触朝向掩模的晶片表面Wf。吸住晶片W的吸盘13和掩模2都绕同样的轴A转动，吸盘沿方向Rw转动而掩模沿方向Rm转动。如果使它们以同样的速度和同样的方向转动(Rw＝Rm)，掩模和晶片不会相对运动。吸盘13和掩模2通过变距装置5来相互连接，而且通过它来完成它们之间的相向和相反方向的移动(箭头L)。该变距装置5可以是一个气缸或一个蜗杆。使用这种变距装置5，能准确地设定晶片和掩模之间的间隙15的大小，所以其同时相当于一个定位装置。喷管7将定量液体直接提供给晶片附近的掩模2，然后，液体由毛细状间隙15拉入。

图3显示第三个实施例，设备1包括一个槽箱27，其内有一个罐形平台器24。平台器内的空腔23相对槽26封闭，该槽26位于平台器和槽箱之间。使用提升机械装置，平台器24可以从槽26中举出。平台器的上边缘具有环2的形状，其相当于掩模，其具有一个朝向晶片W的表面，该环形平面平行于晶片表面Wf。在该环2(掩模)上，有多个带V形凹槽的定位柱3，该定位柱使晶片与掩模相距一限定的距离，由此形成一个间隙15。平台器2和位于其上的晶片下降进入液箱(L1)直至液位到达形环掩模之上某一位置，以致刚好浸润晶片边缘。液体由毛细作用力拉入晶片和掩模之间的间隙15中。为了阻止液体因平台器内的空间23内为负压而渗入空间23，空间23由管道25连接到环境中。通过这根管道25也可以在平台器的空腔23内建立轻微的高压，而且平台器再次从槽箱(L1)升出。在液体处理过程之后，使用更强的高压，径向地迫使位于间隙15内的液体离开，该高压由通过管道25提供的气体来建立。间隙15也能由变距装置5来增大。这里，显示出四个能上下移动的定位柱5，其可以在掩模2内接触朝向掩模的晶片表面，并且可以垂直地提升晶片。

图4显示第四个实施例。该设备包括一个平台器11和槽14，该槽内盛有处理液，而且其可以上下移动(箭头L1方向)。平台器11包括一个底座体4和一个环2，该环2铸造在底座体4的下面。带有V形槽的定位柱3制造在环2的下表面，并在相对于环的一限定间隙距处夹住晶片W的外缘，以便水平位置上的晶片悬在平台器之下。平台器11连同晶片W一起浸入槽27中，直至液位浸润环2，并且背朝环的晶片表面Wb和晶片边缘外沿由此完全被浸润。液体渗入晶片和环之间的间隙。在处理过程完成后，平台器11被举出槽。一个真空吸盘安装在平台器内，其向下移动以便接触并吸住朝向掩模的晶片表面Wf。此后，晶片随吸盘进一步向下移动，克服将液体限制在间隙15内的毛细作用力。通过旋转吸盘，残留在晶片上的液体被甩出。

图5显示一个实施例。该设备包括一个平台器11，其有一个底座体4和一个环2，该环通过定位装置41离底座体一定距离地连于底座体之上。环是在定位部件41之上。在环2上安装定位柱53，该定位柱能相对于平台器转轴A能径向地向外移动，并能围绕晶片的外缘。定位柱53具有一种小圆柱的形状，其轴垂直于晶片表面。气道44和45加工在底座4之内，而且它们装在气喷管46和49之内，该喷管46和49指向朝向平台器11的晶片表面。喷管46和49倾斜地通向外面，靠内的喷管49布置的倾斜度小于靠外的喷管46的倾斜度，也就是，进入靠外的喷管46的气流G1以一个比进入靠内的喷管49的气流G2更平的角度喷向晶片表面。在位于内外喷管49和46之间的区域48上的底座体4到晶片W的距离，小于位于外喷管46之外的区域47上的这种距离。靠内的喷管49和靠外的喷管46都可以选择一种安排在一个圆上的多个喷管的形式或者是一种环形喷管的形状。

该设备主要以两种不同的方式操作。在第一种操作方式下，外气流G1和内气流G2相互独立地开放与关闭。如果仅打开第一组气流G1，该组气流仅溢向区域47。晶片W仅稍微提升，由此，在掩模2和晶片之间形成一个小的毛细状间隙15。如果在第一种操作状态下，用到的是图1的描述所述的液体，该液体就被拉入间隙15。如果在这种情况下，除气流G1之外，或者代替气流G1，气流G2被打开，气流不仅溢过在外层喷管46之外的区域47，而且也溢过靠内层和外层喷管之间的区域48。通过这第二种操作状态，晶片W被举得更高，如图虚线所示，晶片沿定位柱的圆柱表面滑动。晶片的这个轻微的提升足够让在掩模和晶片间的间隙的液体不再由毛细作用力来约束。液体可以从这区域上清除出去。这种清除可由气流来完成，例如，小液滴被径向吹掉。液体的清除可由整个平台器11和其上的晶片旋转来协助完成。另外，通过一个由液体流道28提供的喷管的方法，甩掉的液体可经由底座体4流向朝向平台器的晶片表面，由此，在间隙15内的液体也被清掉。当然，此被甩掉的液体出于自身的原因必须再次被清除。

在第二种操作方式下，两组气流G1和G2相互连通，在第一个操作状态下的气体流量小于在第二个操作状态下的气体流量，由此，在第二操作状态下的晶片处于这样一个位置，其离掩模2的距离大于在第一种操作状态下的距离。例如，在第一操作状态下，晶片W至掩模2间的距离为0.5毫米，则在第二状态下，其为0.8毫米。

通过图5到图8来描述本发明装置的操作模式，其按图1所示实施例来处理。首先，晶片W移到掩模2附近，由此构成间隙15，在掩模2和晶片间的限定距离由定位装置来保证，这里定位装置是带V形槽的定位柱(图6)。在这种情况下，液体可提供给背向掩模的晶片表面，也可直接提供给晶片的边缘。液体部分地进入间隙15(F2)。当掩模和/或晶片旋转时，多余部分的液体F1流向下并被甩掉。液体不可能流得比掩模2的内轮廓线更向内，也就是，其仅能够到P点处。在掩模2和晶片之间的距离被安排得如此小，以致液体由毛细作用力限制在间隙15内，而且就处理那里的晶片表面。这时，一个提升机械装置5与朝向掩模2的晶片表面接触，定位柱这时被打开(B)，并且提升机械装置5提升晶片，以致在间隙内的液体膜被撕破，而且只有一些液滴16残留在掩模和/或晶片表面。这时，这些液滴16能被清掉，吹掉和/或甩掉。

Claims (16)

1.用于一种盘状物(W)上限定区域的液体处理的设备，其包括：

1.1夹紧装置(3，53)，用于夹住盘状物品；

1.2一个掩模(2)，其形状和大小都对应于要进行液体处理的限定部分的区域；

1.3定位装置(3，31，45，41)，其使掩模和盘状物相互间保持一限定的短距离，以便液体可以由毛细作用力限制在掩模和盘状物(15)的限定区域之间。

2.按权利要求1所述的设备，其特征是，掩模(2)具有一个环的形状。

3.按权利要求2所述的设备，其特征是，该环有一个比盘状物外径稍小的内径，和一个与盘状物外径相同的外径。

4.按权利要求1所述的设备，其特征是，定位装置使掩模与盘状物之间保持0.05到1毫米的距离(a1)。

5.按权利要求1所述的设备，其特征是，定位装置包括夹紧件(3，53)，其直接接触盘状物，并且直接或间接地连接到掩模(2)上。

6.按权利要求1所述的设备，其特征是，掩模和夹紧装置绕垂直于掩模的轴(A)没有相对转动。

7.按权利要求1所述的设备，其特征是，定位装置包括一个进气装置(45，46)，其直接或间接地连接到掩模(2)上，而且指向盘状物，由此，盘状物保持在气垫上。

8.按权利要求1所述的设备，其特征是，所述设备有变距装置(5，44，49)，该变距装置能增加(a2)掩模和盘状物相互间的距离(a1)，以便位于掩模和盘状物之间的液体不再由毛细作用力来约束。

9.按权利要求8所述的设备，其特征是，变距装置布置成，使在液体处理期间或之后能改变掩模和盘状物间的距离。

10.按权利要求8所述的设备，其特征是，定位装置的构件同时也是变距装置的构件。

11.按权利要求1所述的设备，其特征是，具有导向构件(3，63)，其界定盘状物的边缘位置，而且垂直于盘状物的主表面。

12.按权利要求11所述的设备，其特征是，夹紧装置包括导向件(63)和一个进气装置(45，46)。

13.按权利要求10所述的设备，其特征是，变距装置包括一个进气装置(44，49)，该进气装置直接地或间接地连接到掩模(2)上，并指向盘状物的主表面(Wf)，由此，盘状物可以保持在一气垫之上。

14.按权利要求13所述的设备，其特征是，定位装置和变距装置是同样的进气装置(44，45，46，49)，以及，设有使进气装置可变换两种不同操作状态的装置，通过该装置，能调整位于盘状物和掩模之间的两种不同距离。

15.按权利要求1所述的设备，其特征是，夹紧装置能够转动(R)。

16.按权利要求1所述的设备，其特征是，具有一个液体流道(26)，其指向朝着掩模的盘状物表面。

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