TW201405689A - 晶圓狀物件之液體處理用設備及方法 - Google Patents

Abstract

一種晶圓狀物件之液體處理用設備及方法，包括：一處理單元，其包括用以以預定之方向握持晶圓狀物件之夾盤；以及液體再生系統，容納回收自處理單元的使用過之處理液體。液體再生系統供給處理液體至處理單元中之分配器。新處理液體供應部供給新處理液體至液體再生系統並且在繞過液體再生系統的同時供給新處理液體至處理單元中之分配器。

Description

晶圓狀物件之液體處理用設備及方法

本發明係關於晶圓狀物件(如半導體晶圓)之液體處理用之設備及方法，其中一或更多的處理液體係分配至該晶圓狀物件之表面上。

半導體晶圓受到各種之表面處理程序如蝕刻、清潔、拋光及材料沉積。為配合如此之處理，單一晶圓可相對於一或更多處理液體噴嘴由與轉動式載具相連結之夾盤所支撐，例如美國專利第4,903,717號與美國專利第5,513,668號所描述。

可替代地，以適用於支撐晶圓之環狀轉子形式的夾盤可位於一密閉之處理腔室中且透過主動磁力軸承而在無須物理性接觸的狀況下加以驅動，例如國際專利公開案第2007/101764號及美國專利第6,485,531號所描述。

在任一種類之元件中，當半導體晶圓藉夾盤轉動時處理液體分配至該半導體晶圓的主表面其中一者或二者之上。此等處理液體例如可為強力氧化成分，例如用於清潔半導體晶圓表面硫酸與過氧化物之混合物。如此之處理液體通常亦包括用以在處理步驟間清洗晶圓之去離子水，且該去離子水通常輔以異丙醇以減低清洗液體在晶圓上之表面張力。

不同之晶圓處理就微粒與各種金屬指定不同程度之處理液體可接受污染度。取決於處理規格，能夠回復已使用過之處理液體及重新調整該處理液體以再利用，這可減低操作成本。然而，於其他的處理規格，對於可接受之金屬與微粒污染的界限極低以至於得使用新處理液體，而須將從夾盤排放出之已污染的處理液體導入排放部而不再度使用。在此後者的情況中，操作成本明顯地較高。吾人可更預期金屬與微粒污染之可接受 界限會隨著形成於晶圓上之半導體元件之減小的特徵尺寸而繼續減低，特別是在前段製程(front-end-of-line,FEOL)處理之情況中。

本發明之發明人發展出改良的晶圓狀物件之液體處理用之設備及方法，其中在特定處理過程中新處理液體與回收處理液體兩者均可分配，且其中可控制供應之順序與時序、以及將源自任一供應部之排放液體送至排放部或是加以回收以供更進一步的利用。因此根據本發明，該處理及設備允許在非常低之微粒與金屬污染界限中操作同時將操作成本減至最小。

因此，本發明在一實施樣態中係關於晶圓狀物件之液體處理用之設備，其包含：一處理單元，該處理單元包括用於以預定之方向握持晶圓狀物件之一夾盤；一液體再生系統，其容納回收自該處理單元之使用過之處理液體且供給該處理液體至該處理單元中之一分配器；及一新處理液體供應部，其供給新處理液體至該液體再生系統並且供給新處理液體至在處理單元中之分配器且繞過(bypass)該液體再生系統。

根據本發明之設備之較佳實施例中，液體再生系統包括一第一槽，該第一槽具有用多個入口，其用於回收自處理單元之使用過的處理液體及供給自新處理液體供應部之新處理液體；及一出口，該出口與用以調節自該第一槽供給之處理液體之至少一濾器液體連通。並且可設置一恆溫控制器(具有加熱器及/或冷卻器)。

根據本發明之設備之較佳實施例中，液體再生系統更包括一第一再循環導管，該導管將經調節之處理液體歸回至第一槽且繞過自液體再生系統之處理液體的分配器。該第一再循環導管(電路)係用於完全地混合與過濾該處理液體，將該處理液體維持於衡定流量且在分配器附近提供一處理液體之特定壓力。

根據本發明之設備之較佳實施例中，一新處理液體供應部包括一第二槽，其獨立於該液體再生系統而被供給新處理液體，該第二槽具有一出口，該出口將新處理液體饋送至用以調節供給自該第二槽的處理液體之至少一濾器。並且可設置一恆溫控制器(具有加熱器及/或冷卻器)。

根據本發明之設備之較佳實施例中，新處理液體供應部更包括一第二再循環導管，該導管將經調節之處理液體歸回至該第二槽且繞過自新處理液體供應部之處理液體所用之分配器。

根據本發明之設備之較佳實施例中，設置一第一閥以用於控制自液體處理再生系統至分配器之處理液體流，及設置一第二閥以用於控制自新處理液體供應部至分配器之處理液體流。可將該第一與第二閥併入一單一閥組件(例如，三向閥)。根據這些實施例之該設備亦包括一電腦，其程式化為用以控制該第一與第二閥以使其用預定之處理順序分配自該液體再生系統與自該新處理液體供應部之處理液體。該電腦較佳地程式化以直接地且不被間斷地將自再生系統之處理液體切換至新處理液體。藉此系統晶圓可用同一處理液體維持濕潤並且在最後的時間順序使用新處理液體。

根據本發明之設備之較佳實施例中，以液體再生系統供給之分配器以及以新處理液體供應部供給之分配器包括一相同之分配噴嘴且將第一及第二閥設置於該相同分配噴嘴之上游處。

根據本發明之設備之較佳實施例中，夾盤以液體收集器圍繞，該收集器包括一排放導管，該排放導管分出通往排放部之第一分支及通往液體再生系統之第二分支，且將第三及第四閥分別地設置於該第一及該第二分支之中，用以選擇性地引導自液體收集器所接收容納之液體至該排放部或至該液體再生系統。

根據本發明之設備之較佳實施例中，第一再循環電路包括一第一背壓閥，該閥受控制根據自第一槽至分配器之處理液體的饋給壓力，調節進入該第一槽之再循環流。

在另一實施樣態中，本發明提供一晶圓狀物件之液體處理用之方法，該方法包括在夾盤上以預定之方向置放晶圓狀物件以及分配處理液體至該晶圓狀物件上。自液體再生系統供給該處理液體。使用過之處理液體係自圍繞該夾盤之收集器回收且將該使用過之處理液體歸回至該液體再生系統。將新處理液體供給至該液體再生系統並且分配至該晶圓狀物件上且繞過該液體再生系統。

根據本發明之方法之較佳實施例中，將新處理液體分配至晶圓狀物件上且繞過液體再生系統而產生受污染之處理液體，且將該受污染 之處理液體自收集器排放至排放部。

根據本發明之設備之較佳實施例中，於分配新處理液體至晶圓狀物件上且繞過液體再生系統之後，將額外的處理液體自該液體再生系統分配至晶圓狀物件上，且將該額外的處理液體在接觸該晶圓狀物件之後自收集器排放至一再生導管，該導管將該額外的處理液體歸回至該液體再生系統。

根據本發明之設備之較佳實施例中，於自液體再生系統分配額外的處理液體至晶圓狀物件之後，將新處理液體再次地分配至該晶圓狀物件上且繞過該液體再生系統而產生受污染之處理液體，且將該膜受污染之處理液體自收集器排放至再生導管，該導管引導該受污染之處理液體進入該液體再生系統。

根據本發明之設備之較佳實施例中，將新處理液體供給至液體再生系統且自該液體再生系統分配至晶圓狀物件之上而產生受污染之處理液體，且將該受污染之處理液體自該收集器排放至一排放部。

根據本發明之設備之較佳實施例中，將處理液體在再生系統中再循環且繞過分配器。該再循環在一流率上實行，而該流率係調整為在接近進行該分配步驟處的一位置之自該液體再生系統所供給的處理液體之壓力的函數(function)。

10‧‧‧槽混合系統

11‧‧‧槽

12‧‧‧閥

12‧‧‧閥

13‧‧‧泵

14‧‧‧閥

15‧‧‧閥

16‧‧‧分支(歧管)

17‧‧‧加熱器

18‧‧‧導管

19‧‧‧濾器

20‧‧‧槽

21‧‧‧閥

22‧‧‧泵

23‧‧‧分支(歧管)

24‧‧‧(控制)閥

25‧‧‧再循環導管

26‧‧‧加熱器

27‧‧‧(針形)閥

28‧‧‧濾器

29‧‧‧導管

30‧‧‧噴嘴(分配器)

31‧‧‧針形閥

40‧‧‧主要設施

50‧‧‧處理單元

51‧‧‧出口

52‧‧‧導管

53‧‧‧(旋轉)夾盤

54‧‧‧閥

56‧‧‧閥

58‧‧‧導管

60‧‧‧電腦控制器

w‧‧‧晶圓

本發明其他的目的、特徵、及優點在參照隨附圖式閱讀以下本發明之較佳實施例之詳細描述之後將變得更為明顯，其中：圖1為根據本發明之設備的第一實施例之一示意圖；及圖2為根據本發明之設備的第二實施例之一示意圖。

現參照圖1，根據本發明之第一實施例，在此顯示晶圓狀物件之液體處理用之一設備。一處理單元50包括以預定的方向握持半導體晶圓W之一夾盤53，該預定的方向係該晶圓的軸和該夾盤重合之旋轉軸定向成垂直或在垂直軸的任一側的少許角度之內。夾盤53較佳地係用於單片晶 圓濕式處理的一旋轉夾盤，且可以如美國專利第4,903,717號及第5,513,668號所描述之示例來建構。

夾盤53可如共同擁有之美國專利申請案公開第2011/0253181號(與世界專利第2010/113089號對應)中所述而替代性地建構，吾人應當了解，在此情況中晶圓W自構成該夾盤的轉動部之磁性轉子加以懸置且向下懸垂。

箭頭30表示液體分配噴嘴。雖然在圖1中噴嘴30位於晶圓W之上方以使液體分配至晶圓W的面朝上表面之上，熟知此技藝者將認知噴嘴30亦能設置於該晶圓W之下方以使處理液體分配至面朝下之該晶圓W之表面上，或者多個液體分配噴嘴可設置於該晶圓W之上下兩面。再者，複數個噴嘴可設置於該晶圓W之任一面或兩面上。

由噴嘴30分配之處理液體啟始時係自主要設施40供給至槽混合系統10。該槽混合系統10具有與導管18連通之一出口，而另一出口透過控制閥12將新處理液體供給進入槽20。該導管18在下游處分支，一分支透過閥14通往噴嘴30而另一分支16通往一或多個額外之處理單元。即圖1所圖示之處理液體供應裝置能夠供應複數個處理單元，例如六到八個處理單元，其中該等處理單元成群組地排列且由一共同晶圓處理單元及電腦控制器加以類似地服務。因此分支16實際上可為獨立地或同時地分配處理液體至複數個處理單元之一液體歧管。

根據本發明之實施例中，槽20形成液體再生系統之部分。該槽20具有用以排空該槽之通往排放部的出口51，以及通往泵22之處理出口。在通過泵22之後，將自槽20饋入之處理液體通過控制閥24(當該閥係打開時)，然後通過加熱器26及濾器28。上述後兩者構件調節該處理液體以使其物理特性適用於分配至晶圓W上。

在通過濾器28之後，輸送已調節過之處理液體之導管於下游處分支，其中一分支透過閥21通往噴嘴30。另外一分支更再進一步分支，其中一分支23通往一或多個額外之處理單元，或係用於如相關於元件16所述之目的之一歧管。最後一分支通入再循環導管25。該再循環導管25透過針形閥27將處理液體歸回至槽20同時繞過分配器30與該歧管23。

將處理液體透過噴嘴30分配至晶圓W之上後，將使用過或 已污染之處理液體自處理單元50透過導管52排放。該導管52分出二個分支，每一分支設置有各自的控制閥54及56。具有閥54之分支通往排放部，而具有閥56之分支則通往將再生的處理液體歸回至槽20之導管。

每一閥12、14、21、24、27、54、及56係以電腦控制器60加以控制，該電腦控制器亦控制旋轉夾盤53、泵22、及加熱器26。

圖1中設備之操作之實例將描述於此。在這些實例中，將回收處理與排放處理(process-to-drain)以如下之方式結合：將污染情形最嚴重之介質排放，在大部分之處理時間，將介質回收以減低操作成本，於處理之最後步驟加入新介質以消污染且無須槽液交換(bath exchange)。

在以下之實例中，吾人假設一特定處理順序將發生在60秒期間，以利解釋。顯而易見地在實際操作上，處理順序之持續期間係可為較長或較短，且順序之構成階段在比例上可為較長或較短。

新處理液體由主要設施40供給至槽混合系統10。其次，打開閥12且將槽20以來自該槽混合系統10之處理液體填充。然後打開閥14及54，而閥21及56維持關閉，以使新處理液體透過噴嘴30分配至晶圓W上而高度污染之處理液體流至排放部，此步驟持續約10秒鐘。在第二階段中，關閉閥14與54而打開閥24、21、及56，以將處理液體自槽20饋入通過泵22、閥24、加熱器26、濾器28、及閥21以透過噴嘴30分配至晶圓W上，而已污染之處理液體透過閥56及導管58回收，此步驟持續約40秒鐘。

作為最後一階段，於處理順序之最後10秒鐘，關閉閥24及21且打開閥14，而閥56維持打開且閥54維持關閉。因此，將新處理液體自槽混合系統10饋入且分配至晶圓W上，同時所產生之已污染之處理液體透過導管58再生且回收。

在前述之第一階段中產生污染情形最嚴重之處理液體，且該液體不加以回收。於代表整個處理順序之大部分之第二階段中，將處理液體回收。在最後階段中，引入新處理液體同時再生及回收所產生之輕度污染之處理液體的步驟，係用來消除污染使在槽20中之該處理液體不必要交換。因此，操作成本係明顯地降低，同時有效地控制處理液體中之微粒與金屬污染。

作為前述處理順序之一變化，在第一階段中可將處理液體自槽20饋入而排放，代替自槽混合系統10饋入而排放。在這個情況中，關閉閥14、及56而打開閥24、21及54。第二及第三階段則如前述進行。

整個前述之處理順序之中，針形閥27受控於電腦控制器60，而呈現為於控制閥21處之處理液體壓力的函數。一適妥之壓力感測器(未顯出)讀取於閥21處之壓力，且向該電腦控制器60提供其讀取數值。

例如，如果槽20與泵22同時饋給二個以上之處理單元，當打開閥21及位於歧管16下游之另一閥(未顯出)時，閥21處之壓力會降低。為了在此狀況下維持液體供給壓力之衡定，針形閥以相對較大之程度關閉。

另一方面來說，如果無處理液體自槽20分配，即關閉閥21與歧管16下游之所有閥，針形閥27則將設定於完全打開位置，以使所有之處理液體再循環至槽中同時繞過分配器30及任何下游之分配器。

當一個以上之處理單元分配供給自槽20之處理液體而一個以上其他處理單元則否之情況下，閥27設定為過渡閥位。

圖2顯示根據本發明之設備的第二實施例。在此圖中，與圖1之元件相似的元件係使用相同之參考符號代表，且此等元件之描述將不再重複。在此實施例中，槽混合系統以第二槽11取代，該第二槽11包含來自主要設施40之新處理液體。槽11饋給處理液體通過泵13、閥15、加熱器17、及濾器19，以如相關於與槽20相關聯的調節設備所述，調節該處理液體。

本實施例中之槽11類似地設置以所屬之再循環導管29及針形閥31，該針形閥31係以前述關於閥27所述之方式藉由電腦控制器60加以控制。吾人應當注意在此實施例中，槽11與槽20皆自主要設施40藉由相同的導管填充，即新處理液體並非經由槽11供給至槽20。

雖然本實施例之設備與前一個實施例之設備一樣，可以許多不同之處理順序運作，但以下實例係以說明之目的提供。再次地，在下列實例中，吾人假設一特定處理程序將發生於60秒期間，以利解釋。顯而易見地在實際操作上，處理順序之時間長短可為較長或較短，且順序之構成階段在比例上可為較長或較短。

新處理液體由主要設施40供給，以填充槽11與槽20之每 一者。其次，開啟閥21與閥54(較佳地，閥24係持續開啟)，而閥15、14、與56維持關閉，以將來自槽20之回收處理液體饋入通過泵22、閥24、加熱器26、濾器28及閥21，以透過噴嘴30分配至晶圓W上，而所產生之高度污染之處理液體通往至排放部，此步驟持續約10秒鐘。

在第二階段中，關閉閥54而打開閥56，同時閥15及14維持關閉而閥24與21維持打開，使處理液體自槽20通過泵22、閥24、加熱器26、濾器28、及閥21饋入，以透過噴嘴30分配至晶圓W上，(而)中度污染之處理液體透過閥56及導管58進行回收，此步驟持續約40秒鐘。

作為最後一階段，在處理順序之最後10秒鐘時，關閉閥21而打開閥15、及14，而閥56維持打開而閥54維持關閉。因此將新處理液體自槽11通過泵13、閥15、加熱器17、濾器19及閥14饋入，以透過噴嘴30分配至晶圓W上，同時將所產生之輕度污染之處理液體透過導管58再生及回收。

如先前之實施例，在前述之第一階段中，產生污染情形最嚴重之處理液體，且未回收該液體。對於代表完整處理程序之大部分的第二階段，進行該處理液體之回收。在最後階段中，引入新處理液體並再生及回收所產生之輕度污染之處理液體的步驟，係用來消除污染，使得不需要替換槽20之中的處理液體。因此，可明顯地降低操作成本，同時有效地控制該處理液體中之微粒與金屬污染。

10‧‧‧槽混合系統

12‧‧‧(控制)閥

14‧‧‧閥

16‧‧‧分支(歧管)

18‧‧‧導管

20‧‧‧槽

21‧‧‧閥

22‧‧‧泵

23‧‧‧分支(歧管)

24‧‧‧(控制)閥

25‧‧‧再循環導管

30‧‧‧噴嘴(分配器)

50‧‧‧處理單元

51‧‧‧出口

52‧‧‧導管

53‧‧‧(旋轉)夾盤

54‧‧‧閥

56‧‧‧閥

58‧‧‧導管

60‧‧‧電腦控制器

W‧‧‧晶圓

Claims (15)

1. 一種設備，用於晶圓狀物件之液體處理，該設備包括一處理單元，包括用於以預定方向握持一晶圓狀物件之一夾盤；一液體再生系統，其容納自該處理單元再生之使用過的處理液體以及供給處理液體至該處理單元中之一分配器；及一新處理液體供應部，其供給新處理液體至該液體再生系統並且供給新處理液體至該處理單元之中的一分配器且繞過該液體再生系統。
2. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該液體再生系統包括一第一槽，該第一槽具有：多個入口，用於自該處理單元再生之使用過的處理液體以及供給自該新處理液體供應部之新處理液體；以及一出口，其與至少一濾器液體連通，該至少一濾器係用於調節供給自該第一槽之處理液體。
3. 如申請專利範圍第2項之設備，其中該液體再生系統更包括一第一再循環導管，該第一再循環導管將調節過之處理液體歸回至該第一槽且繞過用於來自該液體再生系統之處理液體之該分配器。
4. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該新處理液體供應部包括一第二槽，該第二槽係獨立於該液體再生系統而被供應新處理液體，該第二槽具有一出口饋給新處理液體至至少一加熱器及一濾器，該加熱器及該濾器係用於調節供給自該第二槽的處理液體。
5. 如申請專利範圍第4項之設備，其中該新處理液體供應部更包括一第二再循環導管，該第二再循環導管將調節過之處理液體歸回至該第二槽且繞過用於來自該新處理液體供應部之處理液體之該分配器。
6. 如申請專利範圍第1項之設備，其中更包括一第一閥，其用以控制自該液體再生系統至該分配器之處理液體流；一第二閥，其用以控制自該新處理液體供應部至該分配器之處理液體流；及 一電腦，將該電腦程式化以控制該第一及第二閥，以預定之處理順序分配自該液體再生系統及該新處理液體供應部之處理液體。
7. 如申請專利範圍第6項之設備，其中由該液體再生系統供給之該分配器與由該新處理液體供應部供給之該分配器包含一相同的分配噴嘴，且其中將該第一及第二閥設置於該相同分配噴嘴之上游。
8. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該處理單元包括一排放導管，其分出通往排放部之一第一分支及通往該液體再生系統之一第二分支，且其中將第三與第四閥分別地設置於該第一及第二分支中，用以選擇性地引導接收自液體收集器之液體至排放部或至該液體再生系統。
9. 如申請專利範圍第3項之設備，其中該第一再循環電路包括一第一背壓閥，將該第一背壓閥控制成根據自該第一槽至該分配器之處理液體的一饋給壓力，調節進入該第一槽之一再循環流。
10. 一種方法，用於晶圓狀物件之液體處理，該方法包括：以預定之方向在一夾盤上置放一晶圓狀物件；分配處理液體至該晶圓狀物件之上，該處理液體係供給自一液體再生系統；將來自圍繞該夾盤的一液體收集器之使用過的處理液體再生，且將該使用過處理液體歸回至該液體再生系統；及將新處理液體供給至該液體再生系統，並且分配新處理液體至該晶圓狀物件上且繞過該液體再生系統。
11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中將新處理液體分配至該晶圓狀物件上且繞過該液體再生系統而產生受污染之處理液體，而該受污染之處理液體自該液體收集器排放至一排放部。
12. 如申請專利範圍第11項之方法，其中，於分配新處理液體至該晶圓狀 物件上且繞過該液體再生系統之後，將額外的處理液體自該液體再生系統分配至該晶圓狀物件上，並且，在接觸該晶圓狀物件之後，將該額外的處理液體自該液體收集器排放至一再生導管，該導管將該額外的處理液體歸回至該液體再生系統。
13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中，於自該液體再生系統分配額外的處理液體至該晶圓狀物件上之後，將新處理液體再次地分配於該晶圓狀物件上且繞過該液體再生系統而產生受污染之處理液體，且將該受污染之處理液體自該液體收集器排放至一再生導管，該再生導管引導該受污染之處理液體進入該液體再生系統。
14. 如申請專利範圍第10項之方法，其中將新處理液體供給至該液體再生系統且自該液體再生系統分配至該晶圓狀物件之上而產生受污染之處理液體，且將該受污染之處理液體自該液體收集器排放至一排放部。
15. 如申請專利範圍第10項之方法，更包括在該液體再生系統中再循環處理液體且繞過分配器，其中該再循環步驟係在一流率上實行，該流率係調整為在接近進行該分配步驟處的一位置之自該液體再生系統所供給的處理液體的壓力之函數。