CN1301804C - 清洗保养旋转蚀刻机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明有关一种清洗保养旋转蚀刻机的方法，该方法是利用去离子水滴到旋转的晶片后会向四周溅射的物理特性，并结合一特殊设计的清洗程序，由变换不同的参数来清洗蚀刻槽内不同的位置，例如针对单一蚀刻槽的清洗，则可令晶片在该槽位置作转速的变换，使注入的清洗液可以不同角度溅射至该槽的内壁上。另外，也可改变清洗液在晶片上的落点位置，以增加溅射角度。若欲清洗蚀刻槽的外侧壁，则可令晶片在不同蚀刻槽之间来回移动并改变转速，使晶片上的清洗液可以不同角度溅射至蚀刻槽的外侧壁上。结合程序的本发明可使清理工作随时自动执行，具有省时省力的优点。

Description

清洗保养旋转蚀刻机的方法

(1)技术领域

本发明有关一种清洗保养旋转蚀刻机的方法，且特别是有关一种可迅速、自动地清洗保养旋转蚀刻机的方法。

(2)背景技术

在半导体制程中，单芯片蚀刻机的传统清洗保养是利用人工方式，以去离子水水柱(DI Gun)对其内部进行清洗，其步骤十分繁杂，例如，需先将部分零件拆卸以使去离子水水枪(DI Gun)可进入蚀刻机内部进行清洗。然而，此种传统清洗方式不但耗时且费力。

目前市场上占有一席之地的单芯片蚀刻机，例如瑟思半导体(SEZSemiconductor-Equipment Zubehor fur die Halbleiterfertigung AG(Villach，AT))的单芯片旋转蚀刻机(rotational etching tool)，其装置结构与相关详细运作方式已揭示于许多如第US4,903,717，US6,536,454，US6,383,331号等等的美国专利案。蚀刻方式可以是干式蚀刻(气体蚀刻)或湿式蚀刻(液体蚀刻)。图1是绘示一种单芯片旋转蚀刻机的简单剖面示意图。蚀刻机的反应室(processroom)102中有一个清洗槽(cleaning chamber)104，多个蚀刻槽(etchingchamber)，和一承载装置(wafer supporting means)如卡盘(chuck)112。其中，清洗槽104位于最上方，多个蚀刻槽由下往上分别为第一蚀刻槽106、第二蚀刻槽108和第三蚀刻槽109。而卡盘112上表面112a靠近外侧处具有引导对象(guiding element)114，例如栓状物(pin)，以夹住晶片116的外围，并且使晶片116平行于卡盘112的上表面112a。此外，可使用抽真空(vaccum)、或以一气垫(aircushion)使晶片116悬浮在卡盘112上方，以避免晶片116在旋转时自引导件114处滑落，而更可防止不与卡盘上表面112a直接接触的晶片116其底面刮伤。导入晶片底面与卡盘112之间的气体是朝向晶片116外围吹出，这样可避免蚀刻液流到晶片116的底面处，特别是靠近引导件114处而造成不必要的蚀刻印记(又称为″pin mark″)。另外，卡盘112是以一轴承118支撑，且其下方还与一伸缩装置120连结，使卡盘112不但可绕着轴承118旋转进而带动晶片116旋转，还可在清洗槽104与蚀刻槽(106，108和109)之间来回移动，如图中箭号F所示。

湿式蚀刻制程中所需要的液体如蚀刻液和清洗液，或是气体，如氮气或挥发性气体(如异丙醇)，则储存于液体储存桶(liquid tank)或气体储存桶(gas tank)中，并利用管道(medium conduit)输送至喷嘴(medium nozzle)口。位于晶片上方一距离处的喷嘴口，可依制程需要而喷出适当的液体或气体至晶片的表面。此外，蚀刻槽分别以管线与蚀刻液储存桶(etching liquid tank)连结，以回收蚀刻液。清洗槽亦与管线连结，以将清洗液排除掉(drain)。

因此，在图1中，第一蚀刻液储存桶126、第二蚀刻液储存桶128和第三蚀刻液储存桶129分别装有第一蚀刻液136、第二蚀刻液138和第三蚀刻液139，且可经由第一管道146、第二管道148和第三管道149将蚀刻液输送至第一喷嘴156、第二喷嘴158和第三喷嘴159。而此三个喷嘴则安排于一介质分散器(mediumdispenser)160中。去离子水喷嘴164与氮气喷嘴亦安排于晶片116上方处，以适时地喷出去离子水(DI)或氮气。另外，第一蚀刻槽106、第二蚀刻槽108和第三蚀刻槽109则分别以管线与第一蚀刻液储存桶126、第二蚀刻液储存桶128和第三蚀刻液储存桶129连结，以进行回收。

一般湿式蚀刻制程包括步骤如下：

(a)首先，卡盘112带动晶片116在一定转速下旋转，然后以一液体(如去离子水)预湿(pre-wet)晶片116的表面。

(b)令卡盘112升降至目前蚀刻步骤所对应的蚀刻槽处，例如目前需要使用第一蚀刻液126，则将卡盘112升降至第一蚀刻槽106处。然后将所需的蚀刻液应用于湿润的晶片116表面，以进行蚀刻步骤。

(c)最后再以一非蚀刻性液体(如去离子水)清洗晶片116表面、或以一挥发性气体(如氮气)干燥晶片116表面。

其中，常见的蚀刻液例如是氢氟酸(hydrofluoric acid)、硝酸(nitricacid)、磷酸(phosphoric acid)或硫酸(sulfuric acid)。在半导体制程中，已知氧化硅可以被氢氟酸所蚀刻，而获得六氟硅酸(hexafluorosilicic acid，H₂SiF₆)水溶液。另外一种常见的蚀刻液则是将氟化铵(ammonium fluoride)与氢氟酸混合，此即俗称的缓冲过的氢氟酸(buffered hydrogen fluoride，BHF)或氧化物蚀刻缓冲液(buffered，oxide etch，BOE)。在蚀刻制程进行一段时间后，需要对蚀刻机内部进行清理和维护，特别是使用氧化物蚀刻缓冲液(BOE)作为蚀刻液时，其结晶后所产生的粉粒(图中170处)会附着在蚀刻槽的壁上，经过一段时间后，累积的晶粒量增加，会污染晶片，因此在清洁维护上需要格外注意。

请参照图2，其绘示传统行清理维护(Preventive Maintenance，PM)的流程图。步骤包括：

(1)人员事前准备-包括(A)人员安全装备，如穿戴防护衣，穿戴护目镜和穿戴防酸手套，及(B)准备工具，如无尘布，吸酸棉(条)和异丙醇(IPA)等。

(2)拆卸硬设备-先取下介质分散器(Medium Dispenser)160，然后取出卡盘(Chuck)112。

(3)以去离子水清洗及以干布擦拭-以人工方式用去离子水枪(DI Gun)清洗蚀刻槽的槽壁和边缘(chamber wall/edge)，最后以干无尘布擦拭蚀刻槽。

(4)组装硬设备及测试-将卡盘112装回，接着将介质分散器160装回，然后测试卡盘112是否作动良好。

(5)以异丙醇擦拭-擦拭范围包括卡盘112，介质分散器160和周边零件。

(6)清洗管路(flush pipe)-包括步骤：

(a)将去离子水注入蚀刻液储存桶并冲洗管路；

(b)将蚀刻液注入蚀刻液储存桶并冲洗管路；(目的是将管路中残留的去离子水带走)

(c)重新将蚀刻液注入蚀刻液储存桶。

清理维护频率视制程频率而定，一般而言每周至少需进行一次，而上述步骤从开始到结束需时约6小时，不但耗费时间，也浪费人力。而且若在短时间内需要进行大量晶片的蚀刻制程，则密集地操作的蚀刻机在短时间内就需要被清洗维护，以避免上述的微粒污染，应用传统的清洗方式将无法迅速地完成蚀刻制程，此种时间成本将间接地提高生产成本。

(3)发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种清洗保养旋转蚀刻机的方法，利用去离子水滴到旋转的晶片后会向四周溅射的物理特性，并结合一特殊设计的清洗程序，使蚀刻机可迅速地自动清理，省时省力。

根据本发明一方面的一种清洗保养的方法，用于一旋转蚀刻机，其中该旋转蚀刻机包括可旋转的一承载装置、一清洗槽、至少一第一蚀刻槽与一第二蚀刻槽，该承载装置可在该清洗槽与该第一、第二蚀刻槽之间来回移动，该承载装置上方处至少有一清洗用喷嘴可喷出一清洗液，该清洗保养的方法包括步骤如下：将一晶片悬浮式地置于该承载装置上；移动该承载装置至该清洗槽、该第一蚀刻槽或该第二蚀刻槽其中的一第一位置，并以一第一转速进行旋转；令该清洗用喷嘴喷出该清洗液；移动该承载装置至该清洗槽、该第一蚀刻槽或该第二蚀刻槽其中的另一第二位置，并改变该承载装置的转速至一第二转速以及改变清洗液在该晶片上的落点。

根据本发明另一方面的一种清洗保养的方法，用于一旋转蚀刻机，其中该旋转蚀刻机包括可旋转的一承载装置、一清洗槽与多个蚀刻槽，该承载装置是可在该清洗槽与该些蚀刻槽之间来回移动，该承载装置上方处至少有一清洗用喷嘴可喷出一清洗液，该清洗保养的方法包括步骤如下：令该承载装置在一第一速度下进行旋转；令该清洗用喷嘴喷出该清洗液；改变该承载装置的转速至一第二速度；及令该承载装置在该些蚀刻槽之间来回移动，且当该承载装置来回移动时，该承载装置的转速也随之变化。

其中，反应槽分别为一清洗槽和一或多个蚀刻槽。清洗液为去离子水。蚀刻液例如是为主要包括氟化铵(ammonium fluoride)和氢氟酸的缓冲液。

(4)附图说明

图1是绘示一种单芯片旋转蚀刻机的简单剖面示意图；

图2是绘示传统行清理维护(Preventive Maintenance，PM)的流程图；

图3是绘示依照本发明一实施例的变化去离子水水柱落在晶片上位置的简单示意图；

图4A是绘示图3中晶片左侧的水柱落点所形成的水力分布图；及

图4B是分别绘示图3中晶片中心的水柱落点所形成的水力分布图；

图4C是绘示图3中晶片右侧的水柱落点所形成的水力分布图；及

图5是绘示依照本发明一实施例的变化卡盘位置以进行清洗的示意图。

(5)具体实施方式

本发明是利用去离子水滴到旋转的晶片后会向四周溅射的物理特性，并结合一特殊设计的清洗程序，由变换不同的参数来清洗蚀刻槽内不同的位置，使单芯片蚀刻机不需要人工方式也能自动清理，且清洁维护一次的时间只需约15分钟，不但过程迅速简便，更可即时清洗保持蚀刻机内部的洁净度。

以下请同时参照图1的蚀刻机。其中，常见的蚀刻液例如是氢氟酸(hydrofluoric acid)、硝酸(nitric acid)、磷酸(phosphoric acid)或硫酸(sulfuric acid)，或是主要包括氟化铵(ammonium fluoride)与氢氟酸的混合液，即俗称的缓冲过的氢氟酸(buffered hydroden fluoride，BHF)或氧化物蚀刻缓冲液(buffered，oxide etch，BOE)。

本发明的主要技术特点是在于：当去离子水注入晶片116表面时，高速旋转的卡盘112带动晶片116，使去离子水向两侧溅射，以清洗蚀刻槽或清洗槽。当卡盘112固定在某一槽，例如第一蚀刻槽106时，可变化卡盘112的转速，以变化水花溅射的角度；而去离子水水柱落在晶片116上的位置此时也可以任意变化，以增加水花溅射的角度。

图3是绘示依照本发明一实施例的变化去离子水水柱180落在晶片上位置的简单示意图。其中，去离子水自介质分散器160的喷嘴164喷出，注射至晶片116表面，且介质分散器160在上方进行左右移动。图4A、4B、4C分别绘示图3中左、中、右三个不同水柱落点所形成的水力分布图。由图中可看出，不同的水柱落点可造成不同的水力分布，进而形成多样的溅射角度和改变溅射范围，因此可确实清洗到某一蚀刻槽的内部各个角落。

另外，本发明也可使卡盘112上下移动，以针对全部的反应槽、或其中某几个反应槽进行清洗。而且还可在移动时变化卡盘112的转速，以增加溅射力量。此种方式特别适用于使用BOE为蚀刻液的情形。以下以清洗第一蚀刻槽106为例作说明。请参照图5，其绘示依照本发明一实施例的变化卡盘位置以进行清洗的示意图。假设第一蚀刻液136为BOE，则蚀刻制程进行一段时间后会产生许多微小晶粒，不但会累积在第一蚀刻槽106内部，也会因晶片旋转带动而沾附至邻近蚀刻槽的外侧壁，如第二蚀刻槽108的侧壁(sidewall)，如图中170a所示。当卡盘112在第一蚀刻槽106的位置旋转一段时间后，令卡盘112上升至第二蚀刻槽108的位置，并提高旋转速度，使晶片116上的水分子有更强劲的溅射力量和更多的溅射角度，当卡盘112通过第二蚀刻槽108的侧壁时，可对此处的晶粒170a进行清洗。虽然，在图5中是以卡盘112自下往上移动作说明，但本发明并不以此为限。卡盘112也可以自上往下移动。

另外，本发明也可依此清洗所有反应槽及其侧壁。例如卡盘112先固定在第一蚀刻槽106处以清洗该槽，然后在第一蚀刻槽106与第二蚀刻槽108之间来回摆动，以清洗第二蚀刻槽108的侧壁。之后，固定在第二蚀刻槽108处一时间以清洗该槽，然后在第二蚀刻槽108与第三蚀刻槽109之间来回摆动，以清洗第三蚀刻槽109的侧壁…。依此类推，以完成整个蚀刻机内部的清理维护。而卡盘112不论是固定或移动时，均可改变转速以增加水分子溅射的角度。

依上述方法清洗完毕后，可将卡盘112移至清洗槽104的位置，打开去离子水，并使卡盘112转动使去离子水对清洗槽104和卡盘112进行清洗。之后，关闭去离子水，将氮气打开，并令卡盘112继续转动一段时间，如几十秒，使晶片表面完全干燥。

值得注意的是，在设计清洗程序时，可设计对清洗槽、所有蚀刻槽的内壁和外侧壁进行清理。而工程师运用此程序时不一定要进行所有程序，可依实际制程需要，而选择其中适当的程序来执行即可。而在执行清洗程序时，所有注入的去离子水最后都会经由管线排除，而不会进入蚀刻液储存桶中，因此没有污染蚀刻液之虞。

以下是以一应用例作详细说明，但熟悉本技术的人员皆知此应用例并不会对本发明的保护范围有所限缩。

应用例(Example)

请同时参照图1。假设第二蚀刻液为BOE溶液。

(1)首先，开启氮气，使一晶片116悬浮于卡盘112上。

(2)清洗第一蚀刻槽106与第二蚀刻槽108：

卡盘112在第一蚀刻槽106的位置，以转速500rpm转动5秒，然后移至第二蚀刻槽108的位置，以转速1000rpm转动5秒。之后再回到第一蚀刻槽106，此程序重复8次。此步骤亦可对第二蚀刻槽108的外侧壁进行清洗。

(3)清洗第二蚀刻槽108与第三蚀刻槽109：

卡盘112在第三蚀刻槽109的位置，以转速1000rpm转动5秒，然后移至第二蚀刻槽108的位置，以转速500rpm转动5秒。之后再回到第三蚀刻槽109，此程序重复8次。此步骤亦可对第三蚀刻槽109的外侧壁进行清洗。

(4)清洗第三蚀刻槽109与清洗槽104：

卡盘112在清洗槽104的位置，以转速1000rpm转动5秒，然后移至第三蚀刻槽109的位置，以转速500rpm转动5秒。之后再回到清洗槽104，此程序重复8次。此步骤亦可对清洗槽104的外侧壁进行清洗。

(5)集中清洗第二蚀刻槽108：

将卡盘112移至第二蚀刻槽108的位置，在转速500rpm下转动500秒，且介质分散器160在晶片116上方左右移动，造成不同水柱的落点。之后，停止去离子水，但卡盘112继续转动5秒。

(6)最后结束与干燥：

将卡盘112移至清洗槽104的位置，打开去离子水，并使卡盘112转动5秒。之后，关闭去离子水，打开氮气，卡盘112继续转动20秒。

与传统的人工清理方式相较，应用本发明的方法，不需要事前准备，也不需要拆卸组装机器，只要执行自动清洗程序，即可迅速地清洗蚀刻槽内不同的位置。也可依晶片粒子测试结果而即时地清洗蚀刻机内部，以保持其洁净度。另外，由于整个清洗程序执行时间很短，大约15分钟可以完成清理，所以也可以每天应用本发明的方法进行一次清理。因此，本发明不但省时省力，使清机保养的效率提升，其常保干净的蚀刻机更降低了尘粒污染晶片的可能性，间接地提升产品良率。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉本技术的人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作出各种的更动与替换，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的为准。

Claims (20)

1.一种清洗保养的方法，用于一旋转蚀刻机，其中该旋转蚀刻机包括可旋转的一承载装置、一清洗槽、至少一第一蚀刻槽与一第二蚀刻槽，该承载装置可在该清洗槽与该第一、第二蚀刻槽之间来回移动，该承载装置上方处至少有一清洗用喷嘴可喷出一清洗液，该清洗保养的方法包括步骤如下：

将一晶片悬浮式地置于该承载装置上；

移动该承载装置至该清洗槽、该第一蚀刻槽或该第二蚀刻槽其中的一第一位置，并以一第一转速进行旋转；

令该清洗用喷嘴喷出该清洗液；

移动该承载装置至该清洗槽、该第一蚀刻槽或该第二蚀刻槽其中的另一第二位置，并改变该承载装置的转速至一第二转速以及改变清洗液在该晶片上的落点。

2.如权利要求1所述的清洗保养的方法，其特征在于当该承载装置在该第一位置时，以该第一转速持续旋转一第一时间，然后变化至一第三转速并持续旋转一第三时间。

3.如权利要求1所述的清洗保养的方法，其特征在于当该承载装置在该第二位置时，以该第二转速持续旋转一第二时间，然后变化至一第四转速并持续旋转一第四时间。

4.如权利要求1所述的清洗保养的方法，其特征在于该清洗槽在该第二蚀刻槽的上方，该第一蚀刻槽在该第二蚀刻槽的下方。

5.如权利要求4所述的清洗保养的方法，其特征在于该承载装置先移至该第一蚀刻槽处，并以该第一转速下进行旋转，之后再移至该第二蚀刻槽处，并以该第二转速进行旋转，且该承载装置在该第一、第二蚀刻槽之间来回移动。

6.如权利要求4所述的清洗保养的方法，其特征在于该承载装置先移至该第二蚀刻槽处，并以该第一转速下进行旋转，然后再移至该清洗槽处，并以该第二转速进行旋转，且该承载装置在该第二蚀刻槽与该清洗槽之间来回移动。

7.如权利要求1所述的清洗保养的方法，其特征在于该清洗槽、该第一蚀刻槽与该第二蚀刻槽分别与一清洗液储存桶、一第一蚀刻液储存桶和一第二蚀刻液储存桶连结，内含有该清洗液、一第一蚀刻液与一第二蚀刻液。

8.如权利要求7所述的清洗保养的方法，其特征在于该清洗液为去离子水。

9.如权利要求7所述的清洗保养的方法，其特征在于至少该第一蚀刻液与该第二蚀刻液其中之一为一主要由氟化铵和氢氟酸所组成的缓冲液。

10.一种清洗保养的方法，用于一旋转蚀刻机，其中该旋转蚀刻机包括可旋转的一承载装置、一清洗槽与多个蚀刻槽，该承载装置是可在该清洗槽与该些蚀刻槽之间来回移动，该承载装置上方处至少有一清洗用喷嘴可喷出一清洗液，该清洗保养的方法包括步骤如下：

令该承载装置在一第一速度下进行旋转；

令该清洗用喷嘴喷出该清洗液；

改变该承载装置的转速至一第二速度；及

令该承载装置在该些蚀刻槽之间来回移动，且当该承载装置来回移动时，该承载装置的转速也随之变化。

11.如权利要求10所述的清洗保养的方法，其特征在于还包括改变该清洗用喷嘴与该晶片的相对位置，以增加该清洗液溅至该蚀刻槽的角度。

12.如权利要求10所述的清洗保养的方法，其特征在于该清洗槽在所述蚀刻槽的上方。

13.如权利要求10所述的清洗保养的方法，其特征在于该承载装置先移至最底下的该蚀刻槽，并以该第一速度下进行旋转，之后往上移动至另一个蚀刻槽，并在移动时改变该承载装置的转速，当该承载装置到达另一个蚀刻槽时转速达到该第二速度。

14.如权利要求10所述的清洗保养的方法，其特征在于该承载装置先移至最上部的该蚀刻槽，并以该第一速度下进行旋转，之后往下移动至另一个蚀刻槽，并在移动时改变该承载装置的转速，当该承载装置达到另一个蚀刻槽时转速达到该第二速度。

15.如权利要10所述的清洗保养的方法，其特征在于该第二速度大于该第一速度。

16.如权利要求10所述的清洗保养的方法，其特征在于当该承载装置在该清洗槽与所述蚀刻槽其中的一第一位置时，是以该第一速度持续旋转一第一时间，然后变化至一第三速度并持续旋转一第三时间。

17.如权利要求10所述的清洗保养的方法，其特征在于当该承载装置在该清洗槽与所述蚀刻槽其中的一第二位置时，以该第二速度持续旋转一第二时间，然后变化至一第四速度并持续旋转一第四时间。

18.如权利要求10所述的清洗保养的方法，其特征在于该清洗槽与所述蚀刻槽分别与一清洗液储存桶和多个蚀刻液储存桶连结，内含有该清洗液与多种蚀刻液。

19.如权利要求18所述的清洗保养的方法，其特征在于该清洗液为去离子水。

20.如权利要求18所述的清洗保养的方法，其特征在于至少所述种蚀刻液其中之一为主要包括氟化铵和氢氟酸的缓冲液。