TW201342456A - 用以處理晶圓狀物體之裝置及方法 - Google Patents

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Abstract

一種處理晶圓狀物體的方法及包含封閉處理室之裝置。旋轉夾盤係位在處理室內，且用以撐住晶圓狀物體於其上。內流體分配環係定位在旋轉夾盤上，且包含從其徑向內緣朝下傾斜至徑向外緣的環形表面。至少一流體分配噴嘴延伸至封閉處理室中、且係定位以排出流體至流體分配環的環形表面上。

Description

用以處理晶圓狀物體之裝置及方法
本發明大致關於處理如半導體晶圓的晶圓狀物體表面的裝置，其中一或更多處理流體係引入至封閉處理室中。
半導體晶圓係受到如蝕刻、清洗、拋光及材料沉積的不同表面處理。如於例如美國專利第4,903,717號及5,513,668號中所述，為了適應此處理，單一晶圓可相關於一或更多處理流體噴嘴被與旋轉載台結合的夾盤支撐。
替代地，如在例如國際公開專利公報第WO 2007/101764號及美國專利第6,485,531號所述，環形轉子形式之用以支撐晶圓的夾盤可位在封閉處理室內、並經由主動磁性軸承在無物理接觸的情況下被驅動。由於離心作用而從旋轉的晶圓之邊緣被朝外驅動的處理流體係傳送至共同排洩設備以供處理。
對許多應用而言，在開始給定的處理之前、或在連續的處理之間，封閉處理室需要利用臭氧或如氮的惰性氣體加以排淨。此外，對許多應用而言，處理室亦需要例如藉由以去離子水沖洗加以清潔。然而，習用封閉處理室(特別是其中晶圓係經由主動磁性軸承所驅動的環形轉子所支撐者)中，引入排淨及/或沖洗流體的空間限制限定了可能的流速且導致不利地長的排淨及沖洗時間。
本發明在一實施態樣中關於一種處理晶圓狀物體的裝置，包含處理室及位在處理室內的旋轉夾盤。該旋轉夾盤用以支撐晶圓狀物體於 其上。內流體分配環係定位在旋轉夾盤上，該流體分配環包含從其徑向內緣朝下傾斜至徑向外緣的環形表面。至少一流體分配噴嘴延伸至封閉處理室中、且係定位以排出流體至流體分配環的環形表面上。
在根據本發明的裝置之較佳實施例中，該旋轉夾盤係用以透過磁性軸承在無物理接觸的情況下被驅動。
在根據本發明的裝置之較佳實施例中，該磁性軸承包含坐落在封閉處理室外的定子。
在根據本發明的裝置之較佳實施例中，該磁性軸承係主動磁性軸承。
在根據本發明的裝置之較佳實施例中，該處理室包含提供氣密包覆的外殼。
在根據本發明的裝置之較佳實施例中，該流體分配環更包含傾斜朝下的該環形表面上方之環形法蘭，該至少一流體分配噴嘴通過該環形法蘭且具有定位在朝下傾斜的該環形表面上方之排出口。
在根據本發明的裝置之較佳實施例中，朝下傾斜的該環形表面徑向朝外地終止於緊靠該處理室內壁之邊緣。
在根據本發明的裝置之較佳實施例中，朝下傾斜的該環形表面徑向朝外地終止於以預定距離與該處理室的內壁分隔的邊緣。
在根據本發明的裝置之較佳實施例中，該至少一流體分配噴嘴包含圍繞該流體分配環的周圍而分佈的至少三流體分配噴嘴。
在根據本發明的裝置之較佳實施例中，該處理室包含設置在處理室內的內蓋。該內蓋可位於其中旋轉夾盤與處理室外壁連通之第一位置、及其中內蓋密封抵住鄰近旋轉夾盤的處理室內表面以定義氣密的內處理室之第二位置之間移動。在第一位置及第二位置之間的該移動較佳地係沿著旋轉夾盤旋轉軸的軸向移動。
在根據本發明的裝置之較佳實施例中，該處理室係半導體晶圓的單一晶圓濕處理站點中的模組。
在根據本發明的裝置之較佳實施例中，處理室係由以全氟烷氧基樹脂(PFA resin,perfluoroalkoxy resin)塗佈的鋁所製成。
本發明在另一實施態樣係關於一種處理晶圓狀物體的方法，包含供應氣體至處理室。旋轉夾盤係位在處理室內，且支撐晶圓狀物體於其上。該氣體經由延伸至該處理室內之至少一流體分配噴嘴排出、並至流體分配環之朝上的環形表面上。面朝上的該環形表面係從其徑向內緣朝下傾斜至徑向外緣。
在根據本發明的方法之較佳實施例中，該流體分配環的該環形表面終止於定位在相鄰處理室的內壁之徑向外緣，且該方法更包含引入去離子水至該徑向外緣及該內壁之間的環形間隙中以沖洗該環形間隙。
在根據本發明的方法之較佳實施例中，該氣體係臭氧，且該方法更包含在引入去離子水至環形空隙中之後引入氮進入該環形空隙中。
在根據本發明的方法之較佳實施例中，該旋轉夾盤係透過磁性軸承在無物理接觸的情況下被驅動。
在根據本發明的方法之較佳實施例中，該流體分配環更包含朝下傾斜的該環形表面上方之環形法蘭，該至少一流體分配噴嘴通過該環形法蘭且具有定位在朝下傾斜的該環形表面上方之排出口。
在根據本發明的方法之較佳實施例中，朝下傾斜的該環形表面徑向朝外地終止於緊靠該處理室內壁之邊緣。
在根據本發明的方法之較佳實施例中，朝下傾斜的該環形表面徑向朝外地終止於以預定距離與該處理室的內壁分隔的邊緣。
在根據本發明的方法之較佳實施例中，該至少一流體分配噴嘴包含圍繞該流體分配環的周圍而分佈之至少三流體分配噴嘴。
1‧‧‧處理室
2‧‧‧內蓋
10‧‧‧圓柱壁
12‧‧‧下部
14‧‧‧下壁
15‧‧‧上部
16‧‧‧排氣開口
17‧‧‧動態密封件
18‧‧‧墊片
20‧‧‧基座
21‧‧‧圓柱壁
22‧‧‧空心軸
23‧‧‧處理液體排出開口
24‧‧‧轉向器構件
25‧‧‧排出管道
26‧‧‧墊片
28‧‧‧流體介質入口
30‧‧‧旋轉夾盤
32‧‧‧定子
34‧‧‧圓柱壁
36‧‧‧蓋子
38‧‧‧環形齒輪
40‧‧‧夾持構件
50‧‧‧流體分配環
52‧‧‧墊片
53‧‧‧安裝孔
54‧‧‧墊片
55‧‧‧開口
56‧‧‧錐形法蘭
57‧‧‧上法蘭
60‧‧‧流體分配噴嘴
64‧‧‧環形空隙
W‧‧‧晶圓
在參照隨附圖式的情況下，閱讀下列本發明之實施方式後，本發明的其它目的、特徵和優點將變得更加顯而易見，其中：圖1係根據本發明之第一實施例的處理室之解釋性剖面側視圖，而內蓋顯示於其第一位置；圖2係根據本發明之第一實施例的處理室之解釋性剖面側視圖，而內蓋顯示於其第二位置； 圖3係圖1的細節III之放大圖；圖4係根據本發明之實施例的流體分配環之透視圖；且圖5係沿著圖4的線V-V之剖面圖。
現參照圖1，根據本發明第一實施例之用以處理晶圓狀物體表面的裝置包含較佳地以全氟烷氧基(PFA,perfluoroalkoxy)樹脂塗佈的鋁製成的外處理室1。本實施例中的腔室具有主圓柱壁10、下部12及上部15。從上部15該處延伸有被蓋子36關閉的較窄圓柱壁34。
旋轉夾盤30係設置在腔室1的上部中，且被圓柱壁34所圍繞。旋轉夾盤30在使用裝置的期間可旋轉地支撐晶圓W。旋轉夾盤30合併了包含環形齒輪38之旋轉驅動裝置，該旋轉驅動裝置嚙合及驅動複數可偏心地移動的夾持構件40，以選擇性地接觸及釋放晶圓W的周圍邊緣。
在本實施例中，旋轉夾盤30係相鄰圓柱壁34之內表面而配置的環形轉子。定子32係相對環形轉子、相鄰圓柱壁34的外表面而配置。轉子30及定子34用作馬達，藉以使環形轉子30(且進而被支撐的晶圓W)可經由主動磁性軸承加以轉動。例如，定子34可包含透過配置在轉子上之相對應永久磁鐵可主動地受控制以可旋轉地驅動旋轉夾盤30之複數電磁線圈或繞組。旋轉夾盤30的軸向及徑向軸承亦可利用定子的主動控制或藉由永久磁鐵來完成。因此，旋轉夾盤30可在無機械接觸的情況下飄浮且可旋轉地受驅動。替代地，轉子可由被動軸承所支撐，其中轉子的磁鐵係由周圍地排列在腔室外的外轉子上之相對應的高溫超導體磁鐵(high-temperature-superconducting magnets,HTS-磁鐵)所支撐。在此替代實施例的配置下，環形轉子的每一磁鐵係固定在其相對應的外轉子之HTS-磁鐵。因此，在不受物理性連接的情況下，內轉子做出與外轉子相同的動作。
將注意到，被夾持構件40所支撐的本實施例中之晶圓從旋轉夾盤30朝下懸著。在晶圓30係如直徑300mm或450m的半導體晶圓的情況下，晶圓W的朝上側可能為晶圓W的裝置側或正面側，其係由晶圓如何定位在旋轉夾盤30上而決定，而因此由腔室1內所執行的特定處理所支配。
圖1的裝置更包含可相對於處理室1移動的內蓋2。內蓋2係於圖1中顯示成在其中旋轉夾盤30與腔室1的外圓柱壁10連通之其第一(或開啟)位置。蓋2在本實施例中大致為杯狀，包含被直立的圓柱壁21圍繞之基座20。更甚者，蓋2包含支撐基座20並穿過腔室1的下壁14的空心軸22。
空心軸22係由形成於主腔室1的套筒12圍繞，且這些元件係經由動態密封件連接，該動態密封件容許空心軸22相對於套筒12移動同時維持與腔室1氣密密封。
圓柱壁21的頂部裝有在其面朝上表面帶有墊片26的環形轉向器構件24。蓋2較佳地包含穿過基座20的流體介質入口28，使得處理液體及沖洗液體可引入腔室中至晶圓W的朝下表面上。
更甚者，蓋2包含開啟至排出管道25中的處理液體排出開口23。而管道25係牢固地安裝至蓋2的基座20，其經由動態密封件17穿過腔室1的底壁14，使得管道可相對於底壁14的軸向滑動同時維持氣密密封。
排氣開口16穿過腔室1的壁10，而獨立的排氣開口(未顯示)可選擇性地配置以便穿過在旋轉夾盤30內表面附近的蓋子36。每一排氣開口係連接至較佳地經由個別的閥門及排氣裝置獨立控制之合適的排氣導管(未顯示)。
圖1中所繪示的位置對應到晶圓W的裝載及卸載。尤其，晶圓W可經由蓋子36、或更佳地經由腔室壁10中的側門(未顯示)裝載至旋轉夾盤30上。然而，當蓋子36在定位時且當任一側門已被關閉時，腔室1為氣密的且能維持所定義的內壓力。
在圖2中，內蓋2已被移動至對應晶圓W之處理的其第二(或關閉)位置。亦即，在將晶圓W裝載至旋轉夾盤30上之後，蓋2藉由對空心軸22作用之合適的馬達(未顯示)相對於腔室1朝上移動。內蓋2的朝上運動持續直到轉向器構件24接觸到腔室1的上部15之內表面。尤其，由轉向器24帶有的墊片26密封抵住上部15的下側，而由上部15帶有的墊片18密封抵住轉向器24的上表面。
圖1及2中所繪示的裝置更包含如圖3-5中更詳細地顯示之流體分配環50。
位在蓋子36中央附近的流體分配環50相對於單一氣體入口提供了顯著的優點，特別是在用以引入氮或臭氧至處理室中的時候。該等氣體用以在晶圓周圍產生經定義的大氣以避免腐蝕或維持晶圓上的蝕刻。然而，由於空間上的限制，當使用單一中央噴嘴時可能的流速相當低，導致非常長的排淨時間。
流體分配環50對處理室的蓋子組件提供環形空隙。此空隙使高氣體體積能夠被引進腔室中，並因此使排淨時間更加短。更短的排淨時間減少處理時間及增加生產量。更甚者，環形空隙可用以分別藉由去離子水及氮氣沖洗及乾燥腔室上部及夾盤。
現參照圖3，將看到流體分配環50利用墊片54以氣密方式密封抵住蓋子36，且利用墊片52密封抵住腔室壁34。圓環50包含錐形法蘭56，該錐形法蘭56對噴嘴60的排出口呈現在從其徑向內緣朝下傾斜到徑向外緣的上環形表面。
圓環50可由對腔室1使用中的處理條件有抗化性及抗熱性的任何合適材料所形成。合適的材料包含如聚醚醚酮(PEEK,polyetheretherketone)及聚四氟乙烯(PTFE,polytetrafluoroethylene)。
圓環50可被製作成使其足夠牢固以抵抗由於經由噴嘴60引入之處理氣體及液體的大量朝下偏向。在該情況下，圓環60係按相對於腔室壁34的尺寸製作，使得預定寬度的環形空隙64出現在錐形法蘭56之徑向最外緣及壁34的內側之間。空隙64在其徑向寬度可為如0.1-5mm，較佳地為0.5-3mm，且更佳地為1-2mm。
替代地，圓環50可被製作成使其相對地更有彈性，且尤其使得錐形法蘭56係由於處理氣體及液體經由噴嘴60引入而朝下偏向。在此情況下，圓環60係按相對於腔室壁34的尺寸製作使得錐形法蘭56的徑向最外緣緊靠缺少流體流經噴嘴60之壁34的內側，而空隙64將在流體開始流經噴嘴60時動態地產生。
如圖4及5中可見，圓環50亦包含上法蘭57，該上法蘭57 在本實施例中配置有用以將圓環50固定至蓋子36下側的安裝孔53、及容許流體分配噴嘴60通過之開口55。在本實施例中，有四開口55並因此有四噴嘴60。較佳地有至少三噴嘴60平均地(即以約120°的間隔)分佈於圓環60上方；然而，實務上噴嘴的數目可少至一且多至所需。
更甚者，圓環50包含溝道66以容納先前討論的墊片52。
使用上，如臭氧的處理氣體利用圓環50的優點可更容易地被引入腔室1的上部中，且亦更容易地從空隙64利用如氮的非氧化氣體排淨。更甚者，圓環50及噴嘴60的設計利用如去離子水幫助沖洗空隙64。在此方面，應注意相同的噴嘴60可替代地供應處理氣體及去離子水；或，替代地，在噴嘴60之其他者專用於供應個別不同的處理流體的情況下，噴嘴60之特定者可專用於供應僅一處理流體。
1‧‧‧處理室
2‧‧‧內殼
10‧‧‧圓柱壁
12‧‧‧下部
14‧‧‧下壁
15‧‧‧上部
16‧‧‧排氣開口
17‧‧‧動態密封件
20‧‧‧基座
21‧‧‧圓柱壁
22‧‧‧空心軸
23‧‧‧處理液體排出開口
24‧‧‧轉向器構件
25‧‧‧排出管道
26‧‧‧墊片
28‧‧‧流體介質入口
30‧‧‧旋轉夾盤
32‧‧‧定子
34‧‧‧圓柱壁
36‧‧‧蓋子
38‧‧‧環形齒輪
40‧‧‧夾持構件
50‧‧‧流體分配環
W‧‧‧晶圓

Claims (15)

  1. 一種處理晶圓狀物體的裝置，包含：一處理室；一旋轉夾盤，位在該處理室內，該旋轉夾盤用以支撐晶圓狀物體於其上；一內流體分配環，定位在該旋轉夾盤上，該流體分配環包含從其徑向內緣朝下傾斜至徑向外緣的一環形表面；及至少一流體分配噴嘴，延伸至該封閉處理室中並被定位以排出流體至該流體分配環的該環形表面上。
  2. 如申請專利範圍第1項之處理晶圓狀物體的裝置，其中該旋轉夾盤係用以透過磁性軸承在無物理接觸的情況下被驅動。
  3. 如申請專利範圍第1項之處理晶圓狀物體的裝置，其中該處理室包含提供氣密包覆的一外殼。
  4. 如申請專利範圍第1項之處理晶圓狀物體的裝置，其中該流體分配環更包含朝下傾斜的該環形表面上方的一環形法蘭，該至少一流體分配噴嘴通過該環形法蘭且具有定位在該朝下傾斜的環形表面上方之一排出口。
  5. 如申請專利範圍第1項之處理晶圓狀物體的裝置，其中朝下傾斜的該環形表面徑向朝外地終止於緊接著該處理室的一內壁之一邊緣。
  6. 如申請專利範圍第1項之處理晶圓狀物體的裝置，其中朝下傾斜的該環形表面徑向朝外地終止於以一預定距離與該處理室的一內壁分隔的一邊緣。
  7. 如申請專利範圍第1項之處理晶圓狀物體的裝置，其中該至少一流體分配噴嘴包含至少三流體分配噴嘴，該至少三流體分配噴嘴圍繞該流體分配環的周圍分佈。
  8. 一種處理晶圓狀物體的方法，包含：供應氣體至一處理室，該處理室具有位在該處理室內的一旋轉夾盤，該旋轉夾盤支撐晶圓狀物體於其上；其中該氣體經由延伸至該處理室中之至少一流體分配噴嘴排出、且至一流體分配環之朝上的一環形表面上；朝上的該環形表面係從其一徑向內緣朝下傾斜至一徑向外緣。
  9. 如申請專利範圍第8項之處理晶圓狀物體的方法，其中該流體分配環的該環形表面終止於定位在相鄰處理室的一內壁之一徑向外緣，該方法更包含引入去離子水至該徑向外緣及該內壁之間的一環形間隙中以沖洗該環形間隙。
  10. 如申請專利範圍第9項之處理晶圓狀物體的方法，其中該氣體係臭氧，且更包含在引入去離子水至該環形間隙中之後引入氮至該環形間隙中。
  11. 如申請專利範圍第8項之處理晶圓狀物體的方法，更包含經由磁性軸承在無物理接觸的情況下驅動該旋轉夾盤。
  12. 如申請專利範圍第8項之處理晶圓狀物體的方法，其中該流體分配環更包含朝下傾斜的該環形表面上方之一環形法蘭，該至少一流體分配噴嘴通過該環形法蘭且具有定位在朝下傾斜的該環形表面上方之一排出口。
  13. 如申請專利範圍第8項之處理晶圓狀物體的方法，其中朝下傾斜的該環形表面徑向朝外地終止於緊靠該處理室一內壁之一邊緣。
  14. 如申請專利範圍第8項之處理晶圓狀物體的方法，其中朝下傾斜的該環形表面徑向朝外地終止於以一預定距離與該處理室的一內壁分隔的一邊緣。
  15. 如申請專利範圍第8項之處理晶圓狀物體的方法，其中該至少一流體分 配噴嘴包含至少三流體分配噴嘴，該至少三流體分配噴嘴係圍繞該流體分配環的周圍分佈。
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