CN211017026U - 晶圆湿处理工作站 - Google Patents

Abstract

本揭示提供一种晶圆湿处理工作站，包含浸泡槽、机械手臂、和单晶圆处理设备。晶圆以其板面垂直于水平面的方式浸入预先注满工艺液体的所述浸泡槽内。机械手臂包含保持部和翻转部。所述晶圆保持于所述保持部上。翻转部控制所述保持部相对于所述水平面翻转。通过所述翻转部将所述保持部翻转90度而使得所述晶圆以其板面平行于所述水平面的方式传送。单晶圆处理设备施加清洗液体至浸泡过所述工艺液体的晶圆的所述板面。晶圆湿处理工作站可对晶圆执行浸泡、喷洗等一系列清洗工艺，以实现具有芯片微小化和高密度导线布局的晶圆的清洗。

Description

晶圆湿处理工作站

技术领域

本揭示涉及一种工作站，特别是涉及一种晶圆湿处理工作站。

背景技术

随者半导体元件的微小化(miniaturization)以及芯片的导线连接(interconnection)图案密度的增加，导线逐渐朝向更小线宽与线距(fine line widthand space)方向发展，这使得半导体清洗蚀刻的工艺面临更加严峻的挑战。目前晶圆或基板通常需要进行多道清洗与蚀刻处理工艺才能确保最终清洗蚀刻效果能满足元件的工艺规格需求，尤其在光阻去除(photoresist stripping)、金属剥离(metal lift-off)、以及在晶圆解键合(post wafer de-bonding)之后，晶圆表面的黏着剂层(adhesive layer)与剥离剂层(release layer)的残留物的清洗去除工艺，无法只依赖单一道工艺就完成清洗目的，必须结合晶圆浸泡与单晶圆喷洗设备。

另一方面，一般的晶圆浸泡设备是先将多个晶圆，由入料口经传送装置，将晶圆一次一片传送放置在卡匣后，接着将卡匣向下移动以浸入浸泡槽。经浸泡一段工艺时间后，将卡匣连同所述多个晶圆一起从所述浸泡槽向上移动，以离开浸泡槽。最后，通过持取机构将浸泡后的晶圆逐一地送往下一道工艺。然而，在晶圆浸泡设备中，如果晶圆是采水平放置，在卡匣完全浸泡在浸泡槽内的情况下，持取机构是无法将晶圆个别且单独地取出，必须等到卡匣上升离开浸泡槽之后，持取机构才能进入卡匣取出晶圆。然而，在同一个卡匣中，较先取出的晶圆往往会有浸泡不足的问题，而较后取出的晶圆则容易有浸泡过久而导致晶圆遭受损坏。也就是说，采用水平式晶圆浸泡设备无法精确控制各个晶圆于化学浸泡槽的浸泡时间，容易影响晶圆浸泡工艺的良率。

有鉴于此，有必要提出一种晶圆湿处理工作站，以解决现有技术中存在的问题。

实用新型内容

为解决上述现有技术的问题，本揭示的目的在于提供一种晶圆湿处理工作站，其适用于清洗具有芯片微小化和高密度导线布局的晶圆以去除在先前工艺中附着在晶圆表面的残留物，并且能精确地控制每一片晶圆的化学浸泡的时间。

为达成上述目的，本揭示提供一种晶圆湿处理工作站，包含浸泡槽、卡匣、机械手臂、和单晶圆处理设备。卡匣设置在所述浸泡槽内，包含多个卡槽，且每一所述卡槽放置一晶圆，其中所述多个卡槽沿着水平方向间隔排列，使得所述晶圆以其板面垂直于水平面的方式浸入预先注满工艺液体的所述浸泡槽内。机械手臂包含保持部和翻转部。所述晶圆保持于所述保持部上。翻转部与所述保持部连接，其中所述翻转部控制所述保持部相对于所述水平面翻转，并且通过所述翻转部将所述保持部翻转90度而使得所述晶圆以其板面平行于所述水平面的方式传送。单晶圆处理设备设置在所述浸泡槽的下游，其中浸泡过所述工艺液体的所述晶圆放置在所述单晶圆处理设备，并且所述单晶圆处理设备施加清洗液体至所述晶圆的所述板面。

在一优选实施例中，所述机械手臂的所述保持部包含一对夹持臂和至少一对夹爪。所述对夹持臂彼此间隔设置。所述对夹爪彼此面对设置，其中每一所述夹爪对应设置在其中之一所述夹持臂上，并且每一所述夹爪通过与所述晶圆的边缘接触以将所述晶圆夹持在所述对夹爪之间。

在一优选实施例中，每一所述夹爪包含凹槽，其中所述晶圆固定在所述凹槽内。

在一优选实施例中，所述对夹持臂能相对彼此移动以改变所述对夹持臂之间的距离。

在一优选实施例中，所述晶圆湿处理工作站还包含传送装置，与所述机械手臂相邻且设置在所述浸泡槽与所述单晶圆处理设备之间，其中所述传送装置将浸泡过所述工艺液体的所述晶圆移送至所述单晶圆处理设备。所述传送装置包含伸缩臂，且所述伸缩臂可相对所述机械手臂的所述保持部移动以延伸至所述对夹持臂之间。

在一优选实施例中，所述机械手臂还包含升降部，带动所述保持部沿着垂直方向升降，并且通过所述升降部的上升移动而带动所述保持部沿着所述垂直方向从所述卡匣取出所述晶圆，或者是通过所述升降部的下降移动而带动所述保持部沿着所述垂直方向将所述晶圆放入所述卡匣。

在一优选实施例中，所述机械手臂还包含伸缩部，与所述翻转部连接，带动所述保持部沿着所述水平方向移动。

在一优选实施例中，每一所述晶圆与所述卡匣的接触点小于等于四个。

在一优选实施例中，所述单晶圆处理设备包含旋转蚀刻台和旋转清洗台。旋转蚀刻台施加化学液体至所述晶圆的所述板面以去除附着在所述晶圆上的残留物。旋转清洗台设置在所述旋转蚀刻台的下游，施加去离子水至所述晶圆的所述板面以去除附着在所述晶圆上的所述化学液体。

在一优选实施例中，所述浸泡槽包含震动器，与所述卡匣连接，其中所述震动器使所述卡匣震动并连带地使放置在所述卡匣上的所述晶圆震动。

相较于先前技术，本揭示的晶圆湿处理工作站可对晶圆执行化学浸泡、化学液喷洗、以及去离子水清洗干燥等一系列清洗工艺，以实现具有芯片微小化和高密度导线布局的晶圆的清洗。并且，本揭示通过提供垂直式浸泡槽和与浸泡槽相关联的机械手臂，并将浸泡槽、机械手臂、和晶圆湿处理工作站的控制器连结，如此可精确地控制晶圆的浸泡时间。

附图说明

图1显示本揭示的优选实施例的晶圆湿处理工作站的示意图；

图2显示图1的晶圆湿处理工作站的机械手臂的第一动作示意图；

图3显示图1的晶圆湿处理工作站的机械手臂的第二动作示意图；

图4显示图3的晶圆湿处理工作站的立体示意图；

图5显示图4的晶圆湿处理工作站的局部剖面图；

图6显示机械手臂的夹爪的侧视图；

图7显示图1的晶圆湿处理工作站的机械手臂的第三动作示意图；

图8显示图1的晶圆湿处理工作站的机械手臂与传送装置的第一对应动作示意图；

图9显示图1的晶圆湿处理工作站的机械手臂与传送装置的第二对应动作示意图；

图10显示图1的晶圆湿处理工作站的机械手臂与传送装置的第二对应动作示意图；以及

图11显示图1的晶圆湿处理工作站的旋转台的工作示意图。

具体实施方式

为了让本揭示的上述及其他目的、特征、优点能更明显易懂，下文将特举本揭示优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

请参照图1，其显示本揭示的优选实施例的晶圆湿处理工作站1的示意图。晶圆湿处理工作站1包含入料口10、传送装置30、机械手臂40、浸泡槽50、单晶圆处理设备60、出料口70。传送装置30配置为可在入料口10、浸泡槽50、单晶圆处理设备60、和出料口70之间移动。传送装置30与机械手臂40相邻。机械手臂40的基座固定在浸泡槽50的一侧，并且机械手臂40可相对于浸泡槽50执行一系列作动，具体作动将于后详述。

本揭示的晶圆湿处理工作站1可用于对晶圆执行化学浸泡、化学液喷洗、以及去离子水(DI Water)清洗干燥等一系列清洗工艺。以去光阻工艺(photoresist stripping)为例，待处理的晶圆从入料口10输入，并且通过传送装置30将待处理的晶圆传送至机械手臂40。机械手臂40将晶圆放入浸泡槽50以进行化学浸泡，使得工艺液体渗透(penetration)进入光阻，进而促使光阻膨胀(swelling)与溶解(dissolution)。晶圆浸泡完成之后，机械手臂40将晶圆取出并传送回到传送装置30，并且通过传送装置30将晶圆传送至单晶圆处理设备60。接着，依序利用水平式单晶圆旋转设备对晶圆施加化学药液以将光阻残留物去除，以及施加去离子水以去除残留的化学液，如此才能彻底完成晶圆的清洗。最后，通过传送装置30将清洗完毕的晶圆传送至出料口70以进行后续工艺。后续将详细描述在晶圆湿处理工作站1中，晶圆的传送与相关的设备的作动。

请参照图2，其显示图1的晶圆湿处理工作站1的机械手臂40的第一动作示意图。晶圆湿处理工作站1还包含设置在浸泡槽50内的卡匣90。卡匣90包含多个卡槽91，且每一卡槽91用于放置一片晶圆2。应当注意的是，所述多个卡槽91沿着水平方向(即X方向)间隔排列，使得晶圆2以其板面垂直于水平面(即XY平面)的方式浸入预先注满工艺液体3的浸泡槽50内。本揭示的晶圆湿处理工作站1是以垂直式浸泡槽50(vertical soaking tank)取代水平式浸泡槽(horizontal soaking tank)。藉此设计，多个晶圆2采垂直方向立于浸泡槽50中，促使上下循环流动的工艺液体3能充分接触各晶圆2的表面，如此可防止使用水平浸泡槽因晶圆采水平放置而阻碍药液流动与气泡排放，进而导致循环流场不良与杂质回沾等问题。此外，浸泡槽50包含附加组件51(包含如震动器、加热器、循环管路、过滤器等)，使得浸泡槽50具备药液加热(heating)、循环(circulation)、过滤(filtration)、震动(agitation)等功能，促使药液保持流动并充分接触各晶圆2的表面。附加组件51的震动器与卡匣90连接且为可调式。通过可调式震动器来调整震动频率与幅度，使得卡匣90震动并连带地使放置在卡匣90上的晶圆2震动。如此，通过晶圆2在垂直浸泡工艺中产生适当震动可促进晶圆2与工艺液体3的反应，并且可防止浸泡槽50的工艺液体3在晶圆2的边缘处产生流场阻碍。

如图2所示，机械手臂40用于取放和移送晶圆2。机械手臂40包含基座41、升降部42、伸缩部43、翻转部44、和保持部45。基座41固定在浸泡槽50的一侧边。升降部42设置在基座41上，用于带动伸缩部43、翻转部44、和保持部45一起沿着垂直方向(即Z方向)升降。保持部45用于取放晶圆2并且将晶圆2保持于其上。并且，通过升降部42的上升移动而带动保持部45沿着垂直方向从卡匣90取出晶圆2，或者是通过升降部42的下降移动而带动保持部45沿着垂直方向将晶圆2放入卡匣90。翻转部44连接在伸缩部43和保持部45之间。伸缩部43用于带动翻转部44和保持部45沿着水平方向移动。具体来说，伸缩部43包含第一段431和第二段432。通过控制第一段431朝向第二段432靠近可带动翻转部44和保持部45朝着靠近基座41的方向水平移动。又，通过控制第一段431远离第二段432可带动翻转部44和保持部45朝着远离基座41的方向水平移动。翻转部44用于控制保持部45相对于水平面作翻转动作46。应当理解的是，机械手臂40包含感测器、控制器、驱动器等多种元件以实现升降部42的升降作动、伸缩部43的伸缩作动、翻转部44的翻转作动、保持部45对晶圆2的取放作动等。

请参照图3和图4，图3显示图1的晶圆湿处理工作站1的机械手臂40的第二动作示意图，以及图4显示图3的晶圆湿处理工作站1的立体示意图。如图3和图4所示，当晶圆2浸泡特定时间后，机械手臂40会将浸泡完成的晶圆2取出。具体来说，机械手臂40的翻转部44绕轴转动以带动保持部45相对于水平面翻转90度，使得保持部45转变成垂直于水平面。接着，机械手臂40的伸缩部43通过第一段431和第二段432的相对运动来带动保持部45移动至待取出的晶圆2的上方位置。接着，机械手臂40的升降部42控制保持部45沿着垂直方向下移进而抓取到目标晶圆2。

请参照图5和图6，图5显示图4的晶圆湿处理工作站1的局部剖面图，以及图6显示机械手臂40的夹爪452的侧视图。如图5所示，机械手臂40的保持部45包含一对夹持臂451和两对夹爪452。所述对夹持臂451彼此相邻且间隔设置。两对夹爪452中的每一对夹爪452彼此面对设置，并且每一夹爪452对应设置在其中之一夹持臂451上。也就是说，在本实施例中，每一夹持臂451上连接有两个夹爪452，且夹持臂451上的夹爪452与另一夹持臂451上的另一夹爪452彼此对应(例如，当保持部45垂直于水平面时，所述对夹爪452位在相同的水平高度)。此外，保持部45抓取到目标晶圆2意旨每一夹爪452通过与晶圆2的边缘接触以将晶圆2夹持在所述对夹爪452之间。具体来说，如图6所示，每一夹爪452包含一个凹槽453，并且晶圆2的边缘是被固定在夹爪452的凹槽453中。应当注意的是，本实施例的夹爪452的数量为四个，惟不局限于此。

如图5所示，卡匣90包含四个横杆92。每一横杆90上形成有一排卡槽91以供晶圆2放置。并且，放置在卡匣90中的晶圆2只会与横杆92接触。也就是说，在本实施例中，每一晶圆20与卡匣90的接触点为四个。应当理解的是，在其他实施例中亦可采用其他数量的接触点的设计。优选地，每一晶圆20与卡匣90的接触点小于等于四个。在本揭示中，通过将卡匣90设计为与晶圆2的边缘的接触点只有小于等于四个的接触，如此可尽量减少卡匣90阻碍工艺液体3流动的面积。此外，卡匣90的横杆92设置为对应于晶圆2的底部且不接触晶圆2的左右两侧。因此，机械手臂40的保持部45可顺利地伸入卡匣90内部而不会与卡匣90发生结构上的干涉。

请参照图7，其显示图1的晶圆湿处理工作站1的机械手臂40的第三动作示意图。当机械手臂40的保持部45抓取到目标晶圆2之后，机械手臂40的升降部42控制保持部45沿着垂直方向上升进而从卡匣90取出晶圆2。在本揭示中，由于机械手臂40取出晶圆2时，晶圆2是以其板面垂直于水平面的方式沿着垂直方向上升，故工艺液体3容易因重力而流回浸泡槽60内，所以可避免晶圆2上升时，晶圆2的表面夹带大量工艺液体3，导致工艺液体3浪费与污染机械手臂40。并且，本揭示的卡匣90不需要移动(如移动至离开浸泡槽50)，而是通过机械手臂40进入浸泡槽50以进行晶圆的取放。

请参照图8，其显示图1的晶圆湿处理工作站1的机械手臂40与传送装置30的第一对应动作示意图。机械手臂40从卡匣90中取出晶圆2之后，机械手臂40的翻转部44将保持部45翻转90度而使得晶圆2以其板面平行于水平面的方式传送。接着，机械手臂40将浸泡后的晶圆传送至传送装置30。

请参照图9和图10，图9显示图1的晶圆湿处理工作站1的机械手臂40与传送装置30的第二对应动作示意图，以及图10显示图1的晶圆湿处理工作站1的机械手臂40与传送装置30的第二对应动作示意图。如图9所示，传送装置30包含伸缩臂31。伸缩臂31可相对机械手臂40的保持部45移动。具体来说，当要取走机械手臂40上的晶圆时，传送装置30的伸缩臂31延伸至机械手臂40的所述对夹持臂451之间且位在晶圆2的下方。并且，伸缩臂31可采用适当的元件将晶圆2保持于其上，例如真空吸盘、卡固机构等。如图10所示，当传送装置30将晶圆2固定于其上之后，机械手臂40的所述对夹持臂451能相对彼此移动以改变夹持臂451之间的距离，进而释放对晶圆的夹持固定。具体来说，此处所述的所述对夹持臂451的相对移动意旨所述对夹持臂451朝远离彼此的方向移动以增加两者之间的距离(所述距离大于晶圆2的直径)_，则机械手臂40会释放对晶圆的夹持固定。可以理解的是，当所述对夹持臂451进行晶圆2的夹持时，所述对夹持臂451先朝远离彼此的方向移动以增加两者之间的距离(所述距离大于晶圆2的直径)，接着朝靠近彼此的方向移动以减少两者之间的距离(所述距离约等于晶圆2的直径)进而将晶圆2夹持在两者之间。接着，传送装置30的伸缩臂31朝远离机械手臂40的方向移动，并且传送装置30将晶圆2传送至下游。具体来说，如图1所示，传送装置30与机械手臂40相邻且设置在浸泡槽50与单晶圆处理设备60之间。传送装置30配置为用于将浸泡过工艺液体3的晶圆2移送至下游的单晶圆处理设备60。

如图1所示，单晶圆处理设备60设置在浸泡槽50的下游，用于承载浸泡过工艺液体3的晶圆2，并且施加清洗液体至晶圆2的板面。在本实施例中，单晶圆处理设备60包含第一旋转蚀刻台610、第二旋转蚀刻台620、和旋转清洗台630。第二旋转蚀刻台620设置在第一旋转蚀刻台610的下游，且旋转清洗台630设置在第二旋转蚀刻台620的下游，故晶圆2会依序被放置在第一旋转蚀刻台610、第二旋转蚀刻台620、和旋转清洗台630。当晶圆2放置在第一旋转蚀刻台610和第二旋转蚀刻台620时，晶圆2会被分别施加不同的化学液体至晶圆2的板面以去除附着在晶圆2上的残留物。并且，当晶圆2放置在旋转清洗台630时，晶圆2会被施加去离子水至晶圆2的板面以去除附着在晶圆2上的化学液体。举例来说，请参照图11，其显示图1的晶圆湿处理工作站1的旋转台的工作示意图。图11中的旋转台可为第一旋转蚀刻台610、第二旋转蚀刻台620、或旋转清洗台630的其中一部份。旋转台包含旋转座601、承载台602、和液体供应装置603。晶圆2放置在承载台602上。旋转座601可绕轴转动以带动放置于其上的晶圆2旋转。液体供应装置603可提供一对应的液体(如化学液体或去离子水)至晶圆2的表面。因此，晶圆2通过在晶圆湿处理工作站1执行上述一系列的清洗流程进而能实现具有芯片微小化和高密度导线布局的晶圆的清洗。

综上所述，本揭示的晶圆湿处理工作站可用于对晶圆执行化学浸泡、化学液喷洗、以及去离子水(DI Water)清洗干燥等一系列清洗工艺，以实现具有芯片微小化和高密度导线布局的晶圆的清洗。并且，本揭示的晶圆湿处理工作站以垂直式浸泡槽取代水平式浸泡槽。藉此设计，晶圆采垂直方向立于浸泡槽中，促使上下循环流动的工艺液体能充分接触各晶圆的表面，如此可防止使用水平浸泡槽因晶圆采水平放置而阻碍药液流动与气泡排放，进而导致循环流场不良与杂质回沾等问题。另一方面，本揭示通过提供垂直式浸泡槽和与浸泡槽相关联的机械手臂，并将浸泡槽、机械手臂、和晶圆湿处理工作站的控制器连结，如此可精确地控制晶圆的浸泡时间。例如，先进行浸泡的晶圆，在到达预定的浸泡时间时，控制器就可命令机械手臂先行将此晶圆由垂直浸泡槽中取出，如此即可实现精确地控制各个晶圆于化学浸泡槽的浸泡时间。

以上仅是本揭示的优选实施方式，应当指出，对于所属领域技术人员，在不脱离本揭示原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本揭示的保护范围。

Claims (10)

1.一种晶圆湿处理工作站，其特征在于，包含：

浸泡槽；

卡匣，设置在所述浸泡槽内，包含多个卡槽，且每一所述卡槽放置一晶圆，其中所述多个卡槽沿着水平方向间隔排列，使得所述晶圆以其板面垂直于水平面的方式浸入预先注满工艺液体的所述浸泡槽内；

机械手臂，包含：

保持部，其中所述晶圆保持于所述保持部上；以及

翻转部，与所述保持部连接，其中所述翻转部控制所述保持部相对于所述水平面翻转，并且通过所述翻转部将所述保持部翻转90度而使得所述晶圆以其板面平行于所述水平面的方式传送；以及

单晶圆处理设备，设置在所述浸泡槽的下游，其中浸泡过所述工艺液体的所述晶圆放置在所述单晶圆处理设备，并且所述单晶圆处理设备施加清洗液体至所述晶圆的所述板面。

2.如权利要求1所述的晶圆湿处理工作站，其特征在于，所述机械手臂的所述保持部包含：

一对夹持臂，彼此间隔设置；以及

至少一对夹爪，彼此面对设置，其中每一所述夹爪对应设置在其中之一所述夹持臂上，并且每一所述夹爪通过与所述晶圆的边缘接触以将所述晶圆夹持在所述对夹爪之间。

3.如权利要求2所述的晶圆湿处理工作站，其特征在于，每一所述夹爪包含凹槽，且所述晶圆固定在所述凹槽中。

4.如权利要求2所述的晶圆湿处理工作站，其特征在于，所述对夹持臂能相对彼此移动以改变所述对夹持臂之间的距离。

5.如权利要求2所述的晶圆湿处理工作站，其特征在于，所述晶圆湿处理工作站还包含传送装置，与所述机械手臂相邻且设置在所述浸泡槽与所述单晶圆处理设备之间，其中所述传送装置将浸泡过所述工艺液体的所述晶圆移送至所述单晶圆处理设备；以及

其中所述传送装置包含伸缩臂，且所述伸缩臂可相对所述机械手臂的所述保持部移动以延伸至所述对夹持臂之间。

6.如权利要求1所述的晶圆湿处理工作站，其特征在于，所述机械手臂还包含升降部，带动所述保持部沿着垂直方向升降，并且通过所述升降部的上升移动而带动所述保持部沿着所述垂直方向从所述卡匣取出所述晶圆，或者是通过所述升降部的下降移动而带动所述保持部沿着所述垂直方向将所述晶圆放入所述卡匣。

7.如权利要求1所述的晶圆湿处理工作站，其特征在于，所述机械手臂还包含伸缩部，与所述翻转部连接，带动所述保持部沿着所述水平方向移动。

8.如权利要求1所述的晶圆湿处理工作站，其特征在于，每一所述晶圆与所述卡匣的接触点小于等于四个。

9.如权利要求1所述的晶圆湿处理工作站，其特征在于，所述单晶圆处理设备包含：

旋转蚀刻台，施加化学液体至所述晶圆的所述板面以去除附着在所述晶圆上的残留物；以及

旋转清洗台，设置在所述旋转蚀刻台的下游，施加去离子水至所述晶圆的所述板面以去除附着在所述晶圆上的所述化学液体。

10.如权利要求1所述的晶圆湿处理工作站，其特征在于，所述浸泡槽包含震动器，与所述卡匣连接，且所述震动器使所述卡匣震动并连带地使放置在所述卡匣上的所述晶圆震动。

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