TW201421611A - 晶圓狀物件之液體處理用設備 - Google Patents

Abstract

一種用於處理晶圓狀物件之設備包含一夾盤，該夾盤適用於在對一具有一特定直徑的晶圓狀物件執行一製程作業時，固持該晶圓狀物件。該夾盤包括一具有一外表面的夾盤主體，當一晶圓狀物件被置於該夾盤上時，該外表面對著該晶圓狀物件。該外表面具有一第一導電材料，且該夾盤主體還具有一位於該第一導電材料及接地端之間的第一導電路徑。

Description

晶圓狀物件之液體處理用設備

本發明是關於一種晶圓狀物件之液體處理用設備。

在製造積體電路時，半導體晶圓會經歷多種濕式製程階段。為了相容該些製程，單一晶圓係相對於至少一處理流體噴嘴而承載於一夾盤，該夾盤連結於一可旋轉或不可旋轉的載具。例如，在美國專利第4,903,717號、第5,513,668號、第6,435,200號，及第6,536,454號中，都有描述晶圓支撐用的夾盤。

一般已知，半導體晶圓製程會導致晶圓表面產生不想要的靜電電荷。例如美國專利第7,335,090號描述了一旋轉夾盤，具有由導電樹脂所製成並連接於一不鏽鋼軸桿的支撐銷，該不鏽鋼軸桿又被徑向的金屬軸承所支撐。共有的共同申請中的美國公開申請案第2011/0254236號中所述的一夾盤，具有導電的夾盤銷以及一導電路徑，該導電路徑連接該等夾盤銷與該夾盤驅動及抬升單元的軸桿。

雖然設置一經該等夾持銷而接觸到該晶圓邊緣的導電路徑，被認為可解決不樂見的晶圓充電問題，但本案發明人已經意外地發現，即使在晶圓與夾盤之間缺乏實體接觸的情況下，該晶圓充電的現象仍可能發生，且可能發生在晶圓製程中的各個階段。

因此，在一實施態樣中，本發明是關於一種用於處理晶圓狀物件之設備，該設備包含一夾盤，適用於在對具有一特定直徑的晶圓狀物件執行一製程作業時，固持晶圓狀物件。該夾盤包括一具有 一外表面的夾盤主體，當晶圓狀物件被置於該夾盤上時，該外表面面對著晶圓狀物件。該外表面具有一第一導電材料，且該夾盤主體還具有一用來將該第一導電材料接地的第一導電路徑。

在本發明的該設備之較佳實施例中，該夾盤主體具有一夾盤基身及一設置於該夾盤基身的蓋子，且該蓋子具有該第一導電材料。

在本發明的該設備之較佳實施例中，該夾盤還包含多個銷組件，該等銷組件相對於該夾盤主體配適及定位，俾支撐待處理之晶圓狀物件。該等銷組件中至少一者包括一第二導電材料。

在本發明的該設備之較佳實施例中，該夾盤係被一製程腔室包圍的旋轉夾盤，且該製程腔室用來供半導體晶圓進行單片晶圓濕式製程。

在本發明的該設備之較佳實施例中，該第一導電路徑具有至少一導電螺旋彈簧，該導電螺旋彈簧的一端接觸一設置於該蓋子的導電元件，而另一端接觸一設置於該夾盤基身的導電元件。

在本發明的該設備之較佳實施例中，該第一導電路徑具有至少一設置於該夾盤基身的導電條，該導電條由該夾盤基身的一外圍區延伸至一中央區。

在本發明的該設備之較佳實施例中，該夾盤適用於固持晶圓狀物件，俾使該晶圓狀物件沒有接觸到該夾盤主體的該外表面。

在本發明的該設備之較佳實施例中，一第二導電路徑由該等銷組件之至少一者延伸至接地端。

在本發明的該設備之較佳實施例中，該導電路徑連往一裝設有該夾盤的支架。

在本發明的該設備之較佳實施例中，該夾盤具有多個相對於該夾盤主體配適及定位而用來支撐待處理之晶圓狀物件的多個銷組件、及一與該多個銷組件之各者相嚙合的環形齒輪。

在本發明的該設備之較佳實施例中，該第一導電路徑具有一設置於該蓋子的一內表面的第一環形導電元件、一設置於該夾盤基身的一內表面的第二環形導電元件、及多個導電螺旋彈簧，每一導 電螺旋彈簧具有與該第一環形元件相接觸的第一端及與於該第二環形元件相接觸的第二端。

在本發明的該設備之較佳實施例中，該第二導電路徑包括一與該等銷組件之至少一者相接觸的導電滾針軸承。

在本發明的該設備之較佳實施例中，該蓋子及該夾盤基身結合以於其間形成內部間隙，該第一導電路徑是設置於該內部間隙中。

在本發明的該設備之較佳實施例中，一固定的噴嘴組件突伸穿過該夾盤主體的一中央部，該固定的噴嘴組件用於當晶圓狀物件被置於該夾盤上時，供應至少一處理液至該晶圓狀物件的底面。

在本發明的該設備之較佳實施例中，該等銷組件之各者包括一頂夾持部，該頂夾持部係偏離其個別之銷組件的一樞轉軸心而設置，藉著該環形齒輪的轉動使每一銷組件同時朝向或遠離該夾盤的一旋轉軸心移動。

1‧‧‧夾盤

10-1~10-6‧‧‧銷組件

20‧‧‧噴頭

21、22、24、26、28‧‧‧噴嘴

30‧‧‧蓋子

31‧‧‧環形凸肋

32‧‧‧滾針軸承

33‧‧‧齒輪

34‧‧‧螺旋彈簧

35‧‧‧夾盤基身

36‧‧‧彈簧座

37‧‧‧上彈簧座

38‧‧‧導電條

39‧‧‧螺旋彈簧

40‧‧‧空心軸電動機

41‧‧‧下彈簧座

42‧‧‧安裝板

44‧‧‧支架

50‧‧‧上位液體分注器

W‧‧‧晶圓

II-II‧‧‧線

III‧‧‧細部

本發明之其他目的、特徵及優點，將於研讀後續本發明之較佳實施例詳細說明並參照隨附圖式之後，更顯清楚，其中：圖1為由本發明之較佳實施例中的夾盤上方觀看的立體示意圖，該夾盤上放置有一以虛線表示的晶圓；圖2為通過圖1中所繪的該夾盤並沿圖1中II-II直線所取的局部軸向剖面圖；及圖3為圖2中所標示的細部III之放大圖。

參閱圖式，圖1描述一旋轉夾盤1以一預定方向固持一晶圓W於其上，較佳地，該預定方向是將該晶圓W的主表面水平地或與水平呈±20°角以內而設置。該旋轉夾盤1可例如是美國專利第4,903,717號所描述的，一種根據白努利定律來運作的夾盤。

夾盤1包含一系列的銷組件，在本實施例中的數目是 六，並標示為10-1~10-6。銷組件10-1~10-6能防止該晶圓W側向地滑出該夾盤1。在本實施例中，銷組件10-1~10-6的上方部也為該晶圓W提供下方的支撐，因此該夾盤不需要依據白努利定律來運作，也不需要被調整以供應一氣墊於晶圓下方。值得一提的是，每一銷組件包括一由圓柱銷基座垂直延伸的頂夾持部，一般而言，頂夾持部是沿一偏離該圓柱銷基座旋轉軸心的軸線延伸。該等頂夾持部分別還具有一被設計來容納晶圓的周緣的橫向凹處或切口，如以下更詳細地描述。

一夾盤蓋子30設置於該夾盤1的夾盤基身35並形成有多個穿孔，銷組件10-1~10-6向上突出伸過該等穿孔。

銷組件10-1~10-6具備有偏離軸心設置的夾爪。該等銷組件共同地被一環形齒輪16所帶動而繞其自身圓柱軸心旋轉，該環形齒輪16是與該夾盤1同軸旋轉，並同時與所有的該等銷組件相嚙合。因此，該等偏離軸心的夾爪一起在一徑向靠內的閉鎖位置及一徑向靠外的開啟位置之間移動，在該徑向靠內的閉鎖位置時該晶圓W被固定，在該徑向靠外的開啟位置時該晶圓W被鬆脫。銷組件10-1~10-6包括一偏離軸心並與晶圓W接觸的頂夾持部，該頂夾持部是由一設置用來繞其自身軸心樞轉移動的基座突出。值得一提的是，該環形齒輪16的中心設於該夾盤的上主體的底面，並同時藉其周圍的輪齒與每一銷組件基座上所形成的輪齒相嚙合。銷組件10-1~10-6是平均地分布於該旋轉夾盤1的周緣，至少有三個，而較佳地是如所設置的該等銷組件10一樣有六個。

雖然沒有顯示於圖上，該旋轉夾盤可被一製程腔室所包圍，該製程腔室可為如共有的美國專利第7,837,803號(對應於WO 2004/084278)所述的多級製程腔室。藉由相對於該靜止之周圍腔室軸向地移動該夾盤，或相對於該軸向固定的夾盤軸向地移動周圍腔室，該旋轉夾盤1可放置到所選擇的高度。

如圖2中更多的細節所示，分注組件包括一不可旋轉(靜止)的噴頭20，如下所示，該噴頭20的噴嘴穿過加熱組件的蓋子。在本實施例中，五噴嘴21、22、24、26、28突伸穿過該噴頭20。供應該等噴嘴的輸送管分別連接到不同的流體源。舉例來說，噴嘴22可能是供應 去離子水，中央的噴嘴21可能是供應乾燥的氮氣，而噴嘴24、26、及28可能分別供應不同的製程液體。該等噴嘴21、22、24、26，及28均是直接對著該晶圓W朝下的表面。

旋轉夾盤1設置於一空心軸電動機40(示意性表示於圖2中)的轉子上，且該固定的噴頭20穿過該旋轉夾盤1的一中央通孔。該空心軸電動機40的定子設置於一安裝板42(示意性表示於圖2中)上。噴頭20與安裝板42均設置於同樣的固定的支架44(示意性表示於圖2)上。

一上位液體分注器50由上方提供處理液，並能夠如共有的美國專利第7,891,314號(對應於WO 2006/008236)所述，包含多個不同液體的分配噴嘴來分配各種不同的處理液。較佳地，上位液體分注器50對於該晶圓W是可徑向位移的，以當晶圓W在該旋轉夾盤上旋轉時，有助於將處理液散佈至晶圓W全部的朝上表面。

一特定的夾盤1被設計用來固持一具有特定直徑的晶圓。當銷組件10-1~10-6位於其徑向靠內的閉鎖位置時，其夾持面就描述了一具有此種直徑的圓形。現今商業上生產時給晶圓用的夾盤被設計用來固持200mm或300mm的晶圓，而下個世代的晶圓將會是450mm。

如圖3所示，該夾盤1的蓋子30藉由一位於其外周緣的環形凸肋31設置於該夾盤基身35的外側緣，因此提供有一位於該夾盤基身35的上表面與該蓋子30的下表面之間的內部間隙。

在本實施例中，該內部間隙能容納該環形齒輪16及將在之後詳述的附加元件。如共有的共同申請中的美國公開申請案第2011/0254236號所述，在該夾盤被體現為一白努利夾盤的案例中，該內部間隙還能作為一配氣室，該配氣室提供設於該蓋子30內的開口陣列。

如圖3所示，該環形齒輪16藉由其周緣徑向朝外延伸的輪齒與每一銷組件10-1~10-6的齒輪33相嚙合。每一銷組件10-1~10-6還包括一由該齒輪33延伸出的軸桿，該軸桿可旋轉地被容納於該蓋子30的穿孔之中，並支撐如前所述偏離該軸桿的旋轉軸心設置的頂夾持部。每一銷組件10-1~10-6被一滾針軸承32及與其相連的螺旋彈簧34向上朝蓋子30推進，該滾針軸承32及該螺旋彈簧34都位在該夾盤基身35靠外側且朝上延伸的周緣中所形成的凹處內。

藉著環形齒輪16的幫助來旋轉該等銷組件10-1~10-6的軸桿，可改變該等頂夾持部至該夾盤1的旋轉軸心的徑向距離。用來提供一環形齒輪及一夾盤主體之間的相對運動從而轉動該等偏離軸心設置的頂夾持部的裝置係已為人熟知，如美國專利第4,903,717號及第5,513,668號所述。

已知地，用來製作夾盤零件(如晶圓支撐銷)的材料，對於有時會用於晶圓製程中的高腐蝕性化學藥品係相對不活潑。這類材料包含聚偏二氟乙烯(PVDF,polyvinylidene fluoride)、聚醚醚酮(PEEK,polyetheretherketone)及聚四氟乙烯(PTFE,polytetra-fluoroethylene)等等。如之前所提，這些非導電材料會導致不想要的靜電生成，從而導致汙染物積聚或因靜電放電使晶圓上積體電路的電子元件毀損的風險。

依據共有的共同申請的美國公開申請案第2011/0254236號所述的裝置，至少一銷組件是由靜電耗散的或導電的材料所製成，例如導電塑料，從而經由該等導電的銷組件並沿著建立於該夾盤中的導電路徑將靜電荷耗散。

然而，本案發明人已經發現到，在處理中的晶圓的表面仍可能形成有明顯的靜電荷。特別是，本案發明人已經確認，儘管傳統上以絕緣材料製成的該夾盤主體的蓋子與該晶圓並沒有互相接觸，且儘管設有由該晶圓通到且經過該等銷組件的導電路徑，該夾盤主體的蓋子仍會導致靜電荷生成。

特別的是，在共有的共同申請中的美國公開申請案第2011/0254236號所述的裝置測試中，藉由不帶電的晶圓在被放置到該夾盤上後變成帶電，可觀察到一晶圓充電現象。本案發明人發現到此預期外的晶圓充電的原因是位於該夾盤的蓋子的外表面的表面電荷，該表面電荷可藉由靜電感應轉移至該晶圓，而導致非常多的晶圓表面電荷。

值得注意的是，如10-1~10-6所說明的銷組件，於製程中通常不會保持連續地接觸該晶圓邊緣。舉例來說，傳統上當該晶圓被高速旋轉時會短暫地鬆開該等銷組件的夾持，以產生該晶圓與該等銷組件之間的相對旋轉(稱為「晶圓位移」)，而藉此達到更一致的處理結 果。

該絕緣的蓋子通過靜電感應使該晶圓表面帶電是出乎預料的，因為熟習本項技術的人士認為靜電感應(電荷分離)是基於二非導體材料之間的摩擦所造成。然而二非導體材料之間的摩擦需要其兩者之間的碰觸。因為該夾盤的蓋子並未接觸到該晶圓，所以在該晶圓本身與該蓋子之間不會產生摩擦，令人驚訝的發現是，該夾盤的蓋子仍然能夠經由靜電感應使該晶圓表面帶電，且確實在某些情況下會導致該晶圓上有非常多的表面電荷。

為了解決這個問題，該蓋子30或其他對著該晶圓W的夾盤外表面是包含使用一導電的材料而製成，並設有一由該導電的材料通到接地端的導電路徑。

應當瞭解的是，任何具有足夠導電性的相對導電塑膠材料都可用做此目的，舉例來說，適合的導電塑膠材料包含混合了導電碳的聚偏氟乙烯，像是市售之商品名為SIMONA PVDF-EL者，其被報導過在DIN IEC 60093的量測方式下，顯示出的體積電阻率及表面電阻率分別10⁶ohm*cm及10⁶ohm。其他的相對導電塑膠材料包含碳填充四氟乙烯，例如像是名為Fluon LM-ETFE AH-3000的商品；及碳纖維填充的全氟烷氧，例如像是由Dupont所販售且名為VESPEL CR-6110的商品，其包含一由碳纖維片及聚合物層所組成的混成物，並被認為在該等層片的方向中，顯示出的體積電阻率及表面電阻率分別約為10^-1ohm*cm及10^-1ohm，而在垂直於該等層片的方向中，顯示出的體積電阻率及表面電阻率分別約為10⁰ohm*cm及10¹ohm。

因此，再參閱圖3，較佳地，一第一導電路徑設置為由至少一但最好每一的該導電銷組件10-1~10-6延伸，經過滾針軸承32、螺旋彈簧34、位於該螺旋彈簧34下方並與其電連接的彈簧座36、及徑向延伸並與電動機40電連接的導電條38，該導電路徑經由電動機40可通到接地端，例如透過合適的導電電刷連接到該定子42並連到該支架44。

此外，一第二導電路徑設置為由該夾盤的蓋子30(或是以導電材料製成的該夾盤的蓋子的一部分)延伸至設置於該蓋子30之下 表面的上彈簧座37，並繼續經過螺旋彈簧39及設置於該導電條38的下彈簧座41，從該導電條38開始該第二導電路徑與前面描述的該第一導電路徑相同。在圖2與圖3中更需注意的是，每一彈簧39穿過對應的形成於該環形齒輪16上的開孔。無須多說地，前述的該第一及該第二導電路徑中的每個元件本身係全部或部分導電而足以建立本案中的該導電路徑。

如果需要的話，該上彈簧座37與該下彈簧座41可採用環狀或多元環段的形式，例如，與該夾盤的旋轉軸心同軸地設置，從而能容納多個彈簧39。

因此，夾盤1提供一導電路徑，該導電路徑由對著晶圓W下表面的該夾盤外表面，例如該夾盤的蓋子30開始，經過該彈簧座37、彈簧39、下彈簧座41及導電條38，以及由任選地至少一該等銷組件10-1~10-6開始，經過滾針軸承32、螺旋彈簧34、彈簧座36，及導電條38。上述的每一導電路徑均可例如連接於該夾盤的電動機再連接至一電氣接地端，舉例來說，藉由對相關的裝置結構或其他合適的接地端電氣連接。

雖然本發明已結合多種較佳實施例敘述，惟應瞭解的是，該等實施例僅供說明本發明，而不應用作藉口來限制由真正範圍及隨附申請專利範圍之精神所賦予的保護範圍。

10-2~10-5‧‧‧銷組件

16‧‧‧環形齒輪

20‧‧‧噴頭

21、24、28‧‧‧噴嘴

30‧‧‧蓋子

35‧‧‧夾盤基身

40‧‧‧空心軸電動機

42‧‧‧安裝板

44‧‧‧支架

50‧‧‧上位液體分注器

W‧‧‧晶圓

Claims (15)

1. 一種用於處理晶圓狀物件之設備，包含：一夾盤，適用於在對一具有一特定直徑的晶圓狀物件執行一製程作業時固持該晶圓狀物件，該夾盤包括一具有一外表面的夾盤主體，當該晶圓狀物件被置於該夾盤上時，該外表面面對著該晶圓狀物件，該外表面具有一第一導電材料，且該夾盤主體還具有一用來將該第一導電材料接地的第一導電路徑。
2. 如申請專利範圍第1項所述的用於處理晶圓狀物件之設備，其中，該夾盤主體具有一夾盤基身、及一設置於該夾盤基身的蓋子，且該蓋子具有該第一導電材料。
3. 如申請專利範圍第1項所述的用於處理晶圓狀物件之設備，還包含多個銷組件，該等銷組件相對於該夾盤主體配適及定位，俾支撐待處理之該晶圓狀物件，且其中該等銷組件之至少一者包括一第二導電材料。
4. 如申請專利範圍第1項所述的用於處理晶圓狀物件之設備，其中，該夾盤係被一製程腔室包圍的旋轉夾盤，該製程腔室用來供半導體晶圓進行單片晶圓濕式製程。
5. 如申請專利範圍第2項所述的用於處理晶圓狀物件之設備，其中，該第一導電路徑具有至少一導電螺旋彈簧，該導電螺旋彈簧的一端接觸一設置於該蓋子的導電元件，而另一端接觸一設置於該夾盤基身的導電元件。
6. 如申請專利範圍第2項所述的用於處理晶圓狀物件之設備，其中，該第一導電路徑具有至少一設置於該夾盤基身的導電條，該導電條由該夾盤基身的一外圍區延伸至一中央區。
7. 如申請專利範圍第1項所述的用於處理晶圓狀物件之設備，其中，該夾盤適用於固持該晶圓狀物件，俾使該晶圓狀物件沒有接觸到該夾盤主體的該外表面。
8. 如申請專利範圍第3項所述的用於處理晶圓狀物件之設備，還包含一第二導電路徑，其由該等銷組件之至少一者延伸至接地端。
9. 如申請專利範圍第1項所述的用於處理晶圓狀物件之設備，其中， 該第一導電路徑連往一裝設有該夾盤的支架。
10. 如申請專利範圍第1項所述的用於處理晶圓狀物件之設備，還包含相對於該夾盤主體配適及定位而用來支撐待處理之該晶圓狀物件的多個銷組件、及一與該多個銷組件之各者相嚙合的環形齒輪。
11. 如申請專利範圍第2項所述的用於處理晶圓狀物件之設備，其中，該第一導電路徑具有一設置於該蓋子的一內表面的第一環形導電元件、一設置於該夾盤基身的一內表面的第二環形導電元件、及多個導電螺旋彈簧，每一導電螺旋彈簧具有與該第一環形元件相接觸的第一端及與該第二環形元件相接觸的第二端。
12. 如申請專利範圍第3項所述的用於處理晶圓狀物件之設備，其中，該第二導電路徑包括一與該等銷組件之至少一者相接觸的導電滾針軸承。
13. 如申請專利範圍第2項所述的用於處理晶圓狀物件之設備，其中，該蓋子及該夾盤基身結合以於其間形成內部間隙，該第一導電路徑是設置於該內部間隙中。
14. 如申請專利範圍第10項所述的用於處理晶圓狀物件之設備，還包含一固定的噴嘴組件，其突伸穿過該夾盤主體的一中央部，該固定的噴嘴組件用於當該晶圓狀物件被置於該夾盤上時，供應至少一處理液至該晶圓狀物件的底面。
15. 如申請專利範圍第10項所述的用於處理晶圓狀物件之設備，其中，該等銷組件之各者包括一頂夾持部，該頂夾持部係偏離其個別之銷組件的一樞轉軸心而設置，藉著該環形齒輪的轉動使每一銷組件同時朝向或遠離該夾盤的一旋轉軸心移動。