TW201308481A - 晶圓狀物件之液體處理裝置及製程 - Google Patents

晶圓狀物件之液體處理裝置及製程 Download PDF

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Abstract

一種旋轉夾頭以及此旋轉夾頭的操作方法，藉著提供設置在旋轉夾頭上的介質收集環而表現出較佳的抗回濺能力。介質收集環圍繞待處理的晶圓且包含徑向地向內延伸的上部，此上部具有位於容納於裝置中之晶圓之上表面上方的傾斜面向下表面。此裝置更包含圍繞旋轉夾頭的靜置處理室，該靜置處理室至少設有兩個疊置的收集擋板。在處理期間，介質收集環所收集的液體係較佳地經由形成在該環中的一系列孔洞而向外徑向排放，以通過處理室的一對疊置收集擋板之間。

Description

晶圓狀物件之液體處理裝置及製程
本發明係關於晶圓狀物件之表面之液體處理用的裝置及方法。
液體處理包含濕式蝕刻及濕式清理，其中，會以處理液體濕潤待處理之晶圓的表面區域，藉此移除一層水或藉此帶走雜質。在美國專利4,903,717中揭露了一種液體處理裝置。在此裝置中，可藉由作用在晶圓上的旋轉動作來輔助液體分佈。
當處理液體被拋離旋轉晶圓的表面並與周遭靜置處理室壁碰撞時，會發生回濺，導致處理液體的液滴回到晶圓表面因而降低處理效能。
如在美國專利7,122,084(對應至歐盟專利EP 1,532,661)中所述，先前技術欲限制或避免回濺的嘗試包含了使用分開驅動的液體捕捉環；如美國專利6,027,602與6,220,771中所述，夾頭位在處理室中而處理室會和晶圓一起旋轉；如美國專利公開案2009/0101181(對應至歐盟申請案2,051,285 A1)中所述，夾頭設有旋轉罩蓋用以收集並排放處理液體。
然而，上述技術在實際上所製造出的裝置比市場所能接受的裝置更複雜且更昂貴，且更不適合用於具有複數處理程度的處理模組。
根據本發明的一種晶圓狀物件的液體處理裝置包含：旋轉夾頭，用以沿著特定的位向支撐晶圓狀物件並用以使該晶圓狀物件繞著垂直於該晶圓狀物件之主表面的軸旋轉。該旋轉夾頭包含設在該旋轉夾頭上並與之一起旋轉的介質收集環，當待處理的晶圓位於裝置中時該介質收集環圍繞該待處理的晶圓所佔據的空 間，且該介質收集環包含徑向地向內延伸的上部，此上部具有當晶圓狀物件置於該裝置中時位於晶圓狀物件之上表面上方的傾斜面向下表面。此裝置更包含圍繞該旋轉夾頭的靜置處理室，該靜置處理室包含至少兩個疊置的收集擋板。
在根據本發明之裝置的較佳實施例中，該至少兩個疊置收集擋板的每一擋板係對應至用以分別收集不同液體的分離排放管。
在根據本發明之裝置的較佳實施例中，該旋轉夾頭更包含一系列的抓取銷，此些抓取銷具有用以與待處理之晶圓狀物件之邊緣銜合的表面，彼此靠近之抓取銷的表面共同定義了待於裝置中處理之晶圓狀物件的外緣。
在根據本發明之裝置的較佳實施例中，該裝置為半導體晶圓之單晶圓濕式處理用的處理模組。
在根據本發明之裝置的較佳實施例中，該些抓取銷係沿著環形設置，且每一抓取銷從各自的樞軸基部向上突出貫穿介質收集環的下部。
在根據本發明之裝置的較佳實施例中，該旋轉夾頭可相對於該靜置處理室作軸向移動，且該旋轉夾頭可移動至第一工作位置，在該第一工作位置處該介質收集環的面向上表面大約與該至少兩疊置收集擋板之一者的徑向最內部等位準，在該第一工作位置中的該介質收集環係藉由具有一預定距離的間隙而徑向向內地與該至少兩疊置收集擋板之該一者的該徑向最內部分離，該預定距離較佳地自0.5至5 mm，更較佳地自1至3 mm。
在根據本發明之裝置的較佳實施例中，該介質收集環更包含在該介質收集環之徑向面向外的表面上開口的一系統排放孔洞，該孔洞所具有的總計橫剖面積係小於該介質收集環之徑向面向外的表面的面積，較佳地不大於25%徑向面向外的表面的面積，更較佳地不大於10%徑向面向外的表面的面積。
在根據本發明之裝置的較佳實施例中，該靜置處理室包含至少三個收集件位準且該旋轉夾頭可軸向地移動至該至少三個收 集件位準之每一位準處的各別工作位置，該至少三個收集件位準之每一位準處的介質收集環係位於上收集擋板與下收集擋板之間，俾使經由該介質收集環排放的液體被限制在上收集擋板之面向下表面與下收集擋板的面上向表面之間。
在根據本發明之裝置的較佳實施例中，該旋轉夾頭更包含：至少一下分配器，用以將液體分配至位於該裝置中之晶圓狀物件之下表面上；及至少一上分配器，用以將液體分配至位於該裝置中之晶圓狀物件之上表面上。
在根據本發明之裝置的較佳實施例中，該旋轉夾頭適合支撐特定直徑的半導體晶圓，具有預定位向的該半導體晶圓係與該介質收集環共軸，且具有該預定位向的該半導體晶圓的外緣係藉由預定距離而與該介質收集環徑向向內地分離，該預定距離較佳地自2至10 mm，更較佳地自2至5 mm。
根據本發明之一種晶圓狀物件之液體處理方法包含，將晶圓狀物件以預定位向放置到旋轉夾頭上；使該晶圓狀物件沿著垂直於該晶圓狀物件之主表面的軸進行旋轉；將處理液體分配至該晶圓狀物件之上表面與下表面中的至少一者上；其中該旋轉夾頭包含設在該旋轉夾頭上與其一起旋轉的介質收集環，該介質收集環圍繞晶圓狀物件所佔據的空間且包含徑向地向內延伸的上部，此上部具有位於晶圓狀物件之上表面上方的傾斜面向下表面；此裝置更包含圍繞旋轉夾頭的靜置處理室，該靜置處理室至少包含兩個疊置的收集擋板。
在根據本發明之方法的較佳實施例中，該至少兩個疊置收集擋板的每一擋板係對應至用以分別收集不同液體的分離排放管。
在根據本發明之方法的較佳實施例中，該晶圓狀物件係由一系列的抓取銷支撐，此些抓取銷具有與該晶圓狀物件之邊緣銜合的表面，該些抓取銷可自一閉位置移動至一開位置，在該閉位置中該些抓取銷徑向地向內移動而與該晶圓狀物件接觸，在該開位置中該些抓取銷徑向地向外移動而與該晶圓狀物件分離。
在根據本發明之方法的較佳實施例中，該方法更包含：經由形成在該介質收集環中的一系列孔洞來排放該介質收集環所收集到的處理液體，該一系統孔洞係在該介質收集環之徑向面向外的表面上開口。
在根據本發明之方法的較佳實施例中，該方法更包含：將該旋轉夾頭定位於該靜置處理室中的一對疊置收集擋板之間，使得經由該介質收集環中之孔洞排放的液體係被限制在上收集擋板之面向下表面與下收集擋板的面上向表面之間。
本發明提供一種旋轉夾頭以及此旋轉夾頭的操作方法，藉著提供設置在旋轉夾頭上的介質收集環而表現出較佳的抗回濺能力。介質收集環圍繞待處理的晶圓且包含徑向地向內延伸的上部，此上部具有位於容納於裝置中之晶圓之上表面上方的傾斜面向下表面。此裝置更包含圍繞旋轉夾頭的靜置處理室，該靜置處理室至少設有兩個疊置的收集擋板。在處理期間，介質收集環所收集的液體係較佳地經由形成在介質收集環中的一系列孔洞而向外徑向排放，以通過處理室的一對疊置收集擋板之間。
現在參考附圖，圖1顯示其上支撐了具有預定位向之晶圓W的旋轉夾頭1，晶圓W的主表面較佳地水平放置或與水平夾±20°。旋轉夾頭例如可以是根據白努立定律操作的夾頭，如美國專利4,903,717中所述者。
夾頭1包含介質收集環4，下面將詳細說明之。夾頭1的主體會藉著馬達(未圖示)而沿著箭頭R的方向旋轉，因此驅動夾頭1之主體安裝於其上的桿軸亦沿著箭頭R旋轉。此實施例中的夾頭亦包含沿著環形配置的一系列抓取銷10，用以避免晶圓橫向滑落夾頭。或者，抓取銷10亦可對晶圓W提供下方的支撐，在此情況下氣體與夾頭毋需根據白努立定律來操作且毋需用以在晶圓W下方提供氣體緩衝。
夾頭1更包含：第一下分配器21，用以將第一液體供應至晶圓W的下表面；及第二下分配器23，用以將第二液體供應至晶圓W的下表面。上液體分配器24自上方供應處理液體且可包含複數不同液體的分配嘴以分配各種不同的處理液體，例如如共有之美國專利7,891,314(對應至WO 2006/008236)中所述。上液體分配器24係較佳地可沿著晶圓W的徑向移動，以在晶圓W在旋轉夾頭上旋轉時協助處理液體分散至晶圓W的整個面向上的表面上。
參考標號30代表包含了至少兩個收集擋板的處理室，兩個收集擋板各者較佳地對應至用以分開收集不同液體的分離排放管，俾使分開收集到的液體可被分開回收或分開排放。
在圖2中，更詳細地顯示處理室30。尤其，在此實施例中的處理室30為多位準處理室，如共有的美國專利7,838,803(對應至WO 2004/084278)中所述者。每一位準係由一對疊置的收集擋板所限定。在圖2中，擋板31與33在靜置處理室30中定義了第一位準，在擋板31與33之上方或下方的類似一對擋板(未顯示)則定義了第二位準。處理室較佳地包含至少三個此類位準。
旋轉夾頭1不是只能繞著垂直軸旋轉，在此實施例中，亦可以相對靜置處理室30作軸向移動，俾使旋轉夾頭1的主體可位於處理室內的每一位準處。在所示的第一工作位置處，介質收集環4的上表面大約與擋板31的徑向最內部齊平。經由介質收集環4徑向地向外排放的處理液體因此會被限制在收集擋板31的下表面32與下收集擋板33的上表面34之間。在此類多位準處理室中，可有利地在不同位準間分開且獨立地控制液體與氣體的排放與排氣條件。在形成於每一位準之上擋板31上的通道中處理氣體排氣，但在每一對擋板31、33之間的空間中處理液體排放。
在圖2中亦可見的是，具有至少橫向支撐晶圓W的功能且在某些實施例中亦承載晶圓之所有重量的兩抓取銷10。抓取銷10可如共有之美國申請案12/668,940(對應至WO 2009/010394)或如2009年12月8日所申請之共有美國專利案12/642,117中所述的方 製作。因此抓取銷10包含與晶圓W接觸的偏心最上部，此偏心最上部係從為了繞著其中心軸作樞軸移動所設置的基底處突出。尤其，環齒輪15係位於夾頭上主體之下側中心上且同時藉由其外圍齒輪的齒部而與形成在每一抓取銷10之基底上的齒輪的齒部銜合。抓取銷10係繞著旋轉夾頭1的外緣均勻分佈，設有至少三個此類抓取銷10較佳地設有六個此類抓取銷10。
抓取銷10亦被美國專利4,903,177所揭露，其中每一抓取銷都從各自的樞軸基底向上突出。抓取銷的接觸部與其基底的軸皆為垂直的但卻彼此偏離，俾使基底的樞軸作用讓對應的末端沿著環形弧移動因而使其徑向位置可調整。樞軸基底的每一者皆設有齒輪的齒部，每一齒部係與和夾頭旋轉軸共軸的共用齒輪環的齒部嚙合。齒輪環相對於夾頭的旋轉因此會使得所有抓取銷共同地移動且移動相同的程度。這樣的結構允許抓取銷徑向地向外移動以放置或移除晶圓，接著徑向地向內移動以與晶圓的外緣接觸。此類接觸不但能避免晶圓相對於夾頭的橫向移動且亦能在夾頭旋轉時避免晶圓與夾頭之間的相對旋轉。
在所示的實施例中，抓取銷10通過形成在介質收集環4之基底中的開口。此些開口係較佳地完全被介質收集環4的材料所圍繞，意即，抓取銷10所用的開口係由穿過介質收集環4之基底的封閉環狀開口所定義。
介質收集環4係較佳地緊緊固定至旋轉夾頭1，因此隨著夾頭旋轉且亦隨著夾頭軸向移動。尤其，較佳地藉由一系列螺栓(未顯示)將介質收集環栓至夾頭1的上基底主體，螺栓和抓取銷10一樣貫穿介質收集環的基底。將介質收集環4固定至旋轉夾頭1的螺栓係較佳地與抓取銷10的數目相同且相對於抓取銷10而平均分佈。因此，在本實施例中，六個抓取銷10在0、60、120、180、240與300度之處貫穿介質收集環4的基底，但六個固定螺栓在30、90、150、210、270與330度之處貫穿介質收集環4的基底。
現在參考圖3，當晶圓W被夾頭1所支撐時，晶圓W的外緣係以距離”b”(較佳地自2至10 mm更較佳地自2至5 mm)而與 介質收集環4分離。介質收集環4包含一上部，上部的面向上表面係與擋板31約同位準而上部的面向下表面則定義了相對於晶圓位向的傾斜銳角”a”。此類角度係較佳地小於45°，更較佳地介於15°至30°之間。該表面協助接收因為離心力而自晶圓W之表面拋離的液體，同時抑制不樂見之該液體回濺。
介質收集環4與晶圓W之外緣之間的距離”b”係小至足以捕捉自晶圓表面徑向向外拋離的處理液體，但係大至足以利用例如如美國專利5,762,391(對應至EP 0 724 774 B1)中所述的僅邊緣接觸(ECO)抓取器(其抓取頭所具有的直徑係略小於”b”)將晶圓W裝載於夾頭1上，使得晶圓W可被下降至工作位置並被傳送至抓取銷10。又，距離”b”應充分地大俾使收集環4中所收集到的液體不會弄濕晶圓W的邊緣。
介質收集環4更包含沿著環形配置的一系列孔洞7，孔洞7較佳地如圖3中所示，在收集環4之徑向面向外表面上開口。孔洞7讓收集環4收集到的處理液體得以排放至擋板31與33間的空間中(取決於夾頭1相對於靜置處理室30的垂直位置，或排放至此類其他擋板對之間的空間中)。然而，孔洞7的總計橫剖面積係小於介質收集環之徑向面向外表面的表面積，因此在液體自收集環4排放時收集環仍能持續保護晶圓W不受回濺。
亦如圖3中所示，夾頭1與處理室30的配置使得在所示的工作位置中，介質收集環4被置於擋板31之徑向地向內的一側並與擋板31相隔距離”c”，”c”較佳地介於0.5至5 mm之間更較佳地介於1至3 mm之間。這亦有助於降低回濺的發生與可能性，擋板31之下側32的傾斜角度亦有幫助，此角度係較佳地不大於角度”a”且甚至於可以小於角度”a”。
從前面的敘述應瞭解，本發明的介質收集環能在旋轉夾頭上的液體處理期間保護晶圓不受回濺，且毋需會過度地增加處理模組之費用的複雜機構或大量額外結構或額外元件。
雖然參考各種較佳實施例說明了本發明，但應瞭解，此些實施例只是用來說明本發明但不應被用來限制本發明的保護範 圍，本發明的保護範圍係由隨附的申請專利範圍的真正範疇與精神所定義。
”a”‧‧‧傾斜銳角
”b”‧‧‧距離
”c”‧‧‧距離
W‧‧‧晶圓
1‧‧‧夾頭
4‧‧‧介質收集環
7‧‧‧孔洞
10‧‧‧抓取銷
15‧‧‧環齒輪
21‧‧‧第一下分配器
23‧‧‧第二下分配器
24‧‧‧上液體分配器
30‧‧‧處理室
31‧‧‧擋板
32‧‧‧下表面
33‧‧‧擋板
34‧‧‧上表面
在研讀了參考附圖之上述本發明的較佳實施例的詳細敘述後，本發明的其他目的、特徵與優點當會變得更清楚，其中：圖1為根據本發明一實施例之夾頭的概略透視圖，其具有一晶圓放置於其上；圖2為圖1中所示之夾頭的部分軸向剖面，顯示圍繞夾頭之靜置處理室的其他元件；圖3為圖2中被標示為細節III的放大圖。
W‧‧‧晶圓
1‧‧‧夾頭
4‧‧‧介質收集環
7‧‧‧孔洞
10‧‧‧抓取銷
21‧‧‧第一下分配器
23‧‧‧第二下分配器
24‧‧‧上液體分配器
30‧‧‧處理室
31‧‧‧擋板
33‧‧‧擋板

Claims (15)

  1. 一種晶圓狀物件的液體處理裝置，包含：旋轉夾頭，用以沿著特定的位向支撐晶圓狀物件並用以使該晶圓狀物件繞著垂直於該晶圓狀物件之主表面的軸旋轉；其中，該旋轉夾頭包含設在該旋轉夾頭上並與之一起旋轉的介質收集環，當晶圓狀物件位於該裝置中時該介質收集環圍繞該晶圓狀物件所佔據的空間，且該介質收集環包含徑向地向內延伸的上部，此上部具有當晶圓狀物件置於該裝置中時位於晶圓狀物件之上表面上方的傾斜面向下表面；該裝置更包含圍繞該旋轉夾頭的靜置處理室，該靜置處理室包含至少兩個疊置的收集擋板。
  2. 如申請專利範圍第1項之晶圓狀物件的液體處理裝置，其中，該至少兩個疊置收集擋板的每一擋板係對應至用以分別收集不同液體的分離排放管。
  3. 如申請專利範圍第1項之晶圓狀物件的液體處理裝置，其中，該旋轉夾頭更包含一系列的抓取銷，此些抓取銷具有用以與待處理之晶圓狀物件之邊緣銜合的表面，彼此靠近之該抓取銷的該表面共同定義了該裝置中待處理之晶圓狀物件的外緣。
  4. 如申請專利範圍第1項之晶圓狀物件的液體處理裝置，其中，該裝置為半導體晶圓之單晶圓濕式處理用的處理模組。
  5. 如申請專利範圍第3項之晶圓狀物件的液體處理裝置，其中，該些抓取銷係沿著環形設置，且每一抓取銷從各自的樞軸基部向上突出貫穿介質收集環的下部。
  6. 如申請專利範圍第1項之晶圓狀物件的液體處理裝置，其中，該旋轉夾頭可相對於該靜置處理室作軸向移動，且該旋轉夾頭可移動至第一工作位置，在該第一工作位置處該介質收集環的 面向上表面大約與該至少兩疊置收集擋板之其中一者的徑向最內部等位準，在該第一工作位置中的該介質收集環係藉由具有一預定距離的間隙而徑向向內地與該至少兩疊置收集擋板之該其中一者的該徑向最內部分離，該預定距離較佳地自0.5至5 mm更較佳地自1至3 mm。
  7. 如申請專利範圍第1項之晶圓狀物件的液體處理裝置，其中，該介質收集環更包含在該介質收集環之徑向面向外的表面上開口的一系統排放孔洞，該孔洞所具有的總計橫剖面積係小於該介質收集環之徑向面向外的表面的面積，較佳地不大於25%徑向面向外的表面的面積，更較佳地不大於10%徑向面向外的表面的面積。
  8. 如申請專利範圍第1項之晶圓狀物件的液體處理裝置，其中，該靜置處理室包含至少三個收集件位準且該旋轉夾頭可軸向地移動至該至少三個收集件位準之每一位準處的各別工作位置，該至少三個收集件位準之每一位準處的該介質收集環係位於上收集擋板與下收集擋板之間，俾使經由該介質收集環排放的液體被限制在上收集擋板之面向下表面與下收集擋板的面上向表面之間。
  9. 如申請專利範圍第1項之晶圓狀物件的液體處理裝置，其中，該旋轉夾頭更包含：至少一下分配器，用以將一液體分配至位於該裝置中之晶圓狀物件之下表面上；及至少一上分配器，用以將一液體分配至位於該裝置中之晶圓狀物件之上表面上。
  10. 如申請專利範圍第4項之晶圓狀物件的液體處理裝置，其中，該旋轉夾頭適合支撐特定直徑的半導體晶圓，具有預定位向的該半導體晶圓係與該介質收集環共軸，且具有該預定位向的該半導體晶圓的外緣係藉由預定距離而與該介質收集環徑向向內 地分離，該預定距離較佳地自2至10 mm更較佳地自2至5 mm。
  11. 一種晶圓狀物件之液體處理方法，包含：將晶圓狀物件以預定位向放置到旋轉夾頭上；使該晶圓狀物件沿著垂直於該晶圓狀物件之主表面的軸進行旋轉；將處理液體分配至該晶圓狀物件之上表面與下表面中的至少一者上；其中該旋轉夾頭包含設在該旋轉夾頭上與其一起旋轉的介質收集環，該介質收集環圍繞該晶圓狀物件所佔據的空間且包含徑向地向內延伸的上部，此上部具有位於該晶圓狀物件之上表面上方的傾斜面向下表面；此裝置更包含圍繞旋轉夾頭的靜置處理室，該靜置處理室至少包含兩個疊置的收集擋板。
  12. 如申請專利範圍第11項之晶圓狀物件之液體處理方法，其中，該至少兩個疊置收集擋板的每一擋板係對應至用以分別收集不同液體的分離排放管。
  13. 如申請專利範圍第11項之晶圓狀物件之液體處理方法，其中，該晶圓狀物件係由一系列的抓取銷支撐，此些抓取銷具有與該晶圓狀物件之邊緣銜合的表面，該些抓取銷可自一閉位置移動至一開位置，在該閉位置中該些抓取銷徑向地向內移動而與該晶圓狀物件接觸，在該開位置中該些抓取銷徑向地向外移動而與該晶圓狀物件分離。
  14. 如申請專利範圍第11項之晶圓狀物件之液體處理方法，更包含：經由形成在該介質收集環中的一系列孔洞來排放該介質收集環所收集到的處理液體，該一系統孔洞係在該介質收集環之徑向面向外的表面上開口。
  15. 如申請專利範圍第14項之晶圓狀物件之液體處理方法，更包含：將該旋轉夾頭定位於該靜置處理室中的一對疊置收集擋 板之間，使得經由該介質收集環中之該些孔洞排放的液體係被限制在上收集擋板之面向下表面與下收集擋板的面上向表面之間。
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