TW201619424A - 真空預先潤濕設備及方法 - Google Patents

Abstract

處理設備可包含面向下的處理腔室，該處理腔室對水平處於固定的銳角角度。平台上的夾具平板可由一開啟位置(其中該平台對處理腔室處於一銳角角度)至一平行位置樞轉(其中該平台與該處理腔室平行)。夾具平板可接著線性移動而與處理腔室進入密封接合。可在平台上提供夾具支架以維持夾具在位置上。水及真空連接進入處理腔室允許真空預先潤濕半導體晶圓處理。

Description

真空預先潤濕設備及方法

本發明相關於真空預先潤濕設備及方法。

半導體及相似的微尺度裝置典型地在基板或晶圓上製造。將金屬或其他導電性材料鍍膜於晶圓的特徵上，例如溝槽及貫孔，以形成電性部件及連接。真空預先溼潤是使用以增加鍍膜品質的預先鍍膜步驟，特別是具有高的深寬比的特徵。預先潤濕藉由由特徵移除氣體及以預先鍍膜溶液填滿特徵來進行。預先鍍膜溶液典型為去離子化(DI)水，帶有或不帶有稀釋化合物，例如表面活性劑或酸。

藉由在晶圓進入鍍膜溶液前完全潤濕特徵，鍍膜溶液中的金屬離子可更佳的擴散進入水且在鍍膜開始時完全填滿特徵。未潤濕特徵的常見失敗為：鍍膜溶液中的金屬離子無法到達特徵的底部，因為氣體氣泡卡在特徵中。卡住的氣體氣泡易於造成鍍膜的金屬被掐掉而留下在特徵底部的一空孔而導致缺陷，例如未連接的電路線。

在新世代的晶圓電鍍機器中，進入機器後晶圓在鍍膜夾具中被夾住，且在機器內多數或所有處理步驟期 間晶圓保持於夾具中，而顯示了在預先潤濕被夾住晶圓中的工程挑戰。根據地，需要新的預先潤濕方法及設備。

處理設備可包含：一基板處理腔室，該基板處理腔室對水平處於固定的銳角角度。處理腔室可具有面向下方的開口。平台上的夾具平板可由一開啟水平位置(其中該平台對處理腔室處於一銳角角度)至一平行位置樞轉(其中該平台與該處理腔室平行)。夾具平板可接著線性向上移動而與處理腔室進入密封接合。可在平台上提供夾具支架以維持夾具在位置上。

用於預先潤濕在夾具中的晶圓的方法可包含：將夾具固定於水平夾具平板上，接著樞轉夾具平板進入平行位置，其中夾具與以銳角角度定向的基板處理腔室平行。夾具平板可接著線性移動至對著基板處理腔室接合或壓迫，以形成夾具平板及基板處理腔室之間的密封。

減低基板處理腔室中的壓力至真空條件，可選地至僅足以避免沸騰，高至約大氣壓力的一半的壓力。可將除氣化及去離子化的水由腔室的下方端導入腔室，直至晶圓被水覆蓋，同時將該腔室保持於真空。可接著通氣該腔室至大氣壓力並將水排出該腔室。腔室可與水平處於一銳角角度，而水經由重力流動靜態地填滿腔室。

20‧‧‧設備

22‧‧‧基底

24‧‧‧腔室平板

26‧‧‧側柱

28‧‧‧平台組件

30‧‧‧夾具支架

32‧‧‧彈簧

34‧‧‧軸件

36‧‧‧夾具配件

38‧‧‧晶圓夾具

40‧‧‧晶圓

42‧‧‧彈簧架

44‧‧‧跨越平板

46‧‧‧側臂

50‧‧‧腔室

52‧‧‧夾具平板

54‧‧‧角撐架

55‧‧‧槓桿

56‧‧‧內密封

57‧‧‧滾筒

58‧‧‧平台密封

60‧‧‧夾具致動器

62‧‧‧流動擴散器

64‧‧‧腔室液體入口

65‧‧‧液體排放

66‧‧‧閥

70‧‧‧等化埠

72‧‧‧升降架

74‧‧‧升降環

76‧‧‧升降側面平板

78‧‧‧升降平板

80‧‧‧水除氣化槽

82‧‧‧水供應線

84‧‧‧真空埠

86‧‧‧壓力等化線

88‧‧‧位準感應器

90‧‧‧噴灑噴嘴

100‧‧‧樞紐

102‧‧‧樞轉致動器

110‧‧‧升降致動器

112‧‧‧閥體

130‧‧‧晶圓密封

140‧‧‧系統

142‧‧‧工廠介面

144‧‧‧容器

146‧‧‧支撐模組

150‧‧‧支援機器手臂

152‧‧‧處理機器手臂

154‧‧‧鍍膜腔室

在圖式中，相同的元件數字指示在各視圖中相同的元件。

第1圖為使用於預先潤濕夾住的晶圓的真空預先潤濕設備的前側及左側透視視圖。

第2圖為展示於第1圖中的設備之背側及右側視圖。

第3圖為展示於第1及2圖中的設備之前視圖。

第4圖為展示於第1及2圖中的設備之右側視圖。

第5圖為展示於第1至3圖中的平台之透視視圖。

第6圖為該設備之左側視圖，該設備處於夾具裝載/卸載位置且平台處於處於開啟位置。

第7圖為該設備之左側視圖，其中平台處於平行位置。

第8圖為展示於第7圖中的設備之前視圖。

第9圖為該設備處於處理位置之左側視圖。

第10圖為展示於第9圖中的設備之前視圖。

第11圖為展示於第7圖中的設備之截面視圖。

第12圖為包含展示於第1至11圖中的預先潤濕設備之處理系統的示意平面視圖。

處理夾具內的晶圓提供多種優勢。然而，初始將晶圓移動進入夾具需要小的但並非不重要的時間量。另一方面，較佳地最小化預先潤濕處理的結束及鍍膜處理的開始之間的時間區段，以防止晶圓上的特徵免於除去濕潤。本設備及方法可提供以下兩者好處：晶圓夾具內處理晶圓，同時也可靠地達到預先潤濕的效能。

如第1至4圖中所展示，真空預先潤濕設備20具有腔室平板24，腔室平板24在基底22上被側柱26支撐。基底22一般可為固定水平結構，例如處理系統的底板，例如展示於第12圖中的系統140。如第3圖中所展示，在腔室平板24的下側中形成面向下方的處理腔室50。處理腔室50或腔室平板24相對於基底22被固定於位置上且以對水平之銳角角度AA定向。角度AA典型地可有由10至30或15至25度的範圍。

參照第1至5圖，平台組件28包含用於接收維持晶圓40的晶圓夾具38之夾具平板52。樞紐100樞轉地將平台組件28結合至升降架(一般指示為72)。升降架72可包含由L狀構件形成的升降環74，升降環74在腔室平板24上方結合至升降側面平板76再結合至升降平板78。升降平板78上的樞轉致動器102推動或拉動滾筒57，以與槓桿55滾動接合，槓桿55堅固地經由角撐架54連接至夾具平板52。

樞轉致動器102的操作將平台組件28由第1至4圖中所展示的開啟或夾具交接位置樞轉至第7圖中所 展示的平行位置，其中夾具平板52平行於腔室平板24中的碟狀處理腔室50。由平行位置，升降架72可經由升降致動器110線性地朝著腔室平板24進入密封接合，以預先潤濕維持於夾具38中的晶圓40。

在第3及5圖中，夾具支架(一般展示於30)置中地位於平台組件28上的夾具平板52上。夾具支架30可包含軸件34上的夾具配件36。彈簧32施加彈力作用以將夾具配件36向下拉動。可操作展示於第8圖中的夾具致動器60以將夾具配件36向上升高於夾具平板52的平面上方(如第6圖中所展示)，以允許維持晶圓40的夾具38被裝載進入設備20或由設備20移除。夾具致動器可為線性氣動、液壓、或電性致動器。

最佳地如第8圖中所展示，彈簧架42於跨越平板44的相對側上以側臂46結合至夾具平板52的底部表面上。使用結合至跨越平板44的每個夾具致動器60的活塞或下方端及結合至夾具平板52的底部表面的每個夾具致動器60的上方端，放置夾具致動器60於跨越平板44的相對側處。軸件34的下方端結合至跨越平板44，其中軸件34經由跨越平板44中的清理開口向上延伸。

繞著軸件34的彈簧32推動跨越平板44向下且遠離夾具平板52，夾具平板52拉動夾具配件36向下。夾具38經由夾具致動器60的操作以及經由彈簧32固定地維持向下於夾具平板52上。為了夾具裝載/卸載而釋放夾具38，將夾具致動器60反向以將夾具38向上上升離開 夾具平板52，如第6圖中所展示，以允許夾具被機器手臂拾起。

暫時參照第5及11圖，放置夾具平板52上的平台密封58以密封夾具平板52對抗腔室平板24。放置可選的內密封56以密封夾具內部面積以隔絕處理腔室50。如第3圖中所展示，可形成腔室50為腔室平板24的底部表面中的碟狀開口。第3圖中以虛線指示的腔室液體入口64及液體排放65被放置於流動擴散器62的後面，流動擴散器62幫助提供平穩靜態流動的水進入腔室50。閥體112提供真空及壓力等化埠以進入腔室50，位於或靠近腔室的最高點。

如第1及2圖中所展示，在腔室平板24的頂部上支撐水除氣化槽80。水供應線82連接至水除氣化槽80內部的噴灑噴嘴90。水除氣化槽80上的真空埠84連接至真空來源。壓力等化線86連接至處理腔室50中的等化埠70，使得水除氣化槽80中的壓力保持等於處理腔室50中的壓力。水除氣化槽80的下方端經由閥66連接至腔室液體入口64。可提供位準感應器88以量測水除氣化槽80內的液體位準。閥體112控制腔室中的真空。

第12圖展示使用於晶圓處理系統140中的真空預先潤濕設備20的範例。系統140可包含工廠介面142，其中維持晶圓40的容器144停駐且開啟以裝載未處理的晶圓進入系統140且由系統移除處理晶圓。典型地，支援機器手臂150可將晶圓由工廠介面142移動至支撐 模組146，支撐模組146中晶圓被放置進入夾具38。接著移動夾具38進入預先潤濕設備並經過預先潤濕處理。接著經由處理機器手臂152移動預先潤濕的晶圓進入鍍膜腔室154。

在預先潤濕設備20的操作之一個範例中，支援機器手臂150移動乘載或封閉晶圓的夾具38進入夾具平板52上方的位置。夾具配件36在第6圖中所展示的上方位置。夾具配件36接合夾具上的互補配件以允許夾具支架30固定地接合夾具。將夾具致動器60反向以將夾具38向下拉動於夾具平板52上，如第3及4圖中所展示。

參照第7及8圖，向外延伸樞轉致動器102推動滾筒57對抗槓桿55，槓桿55樞轉整個平台組件28繞著樞紐100進入第7圖中所展示的平行位置。接著收起升降致動器110而拉動夾具38及夾具平板52向上進入第9或10圖中所展示的處理位置。第7圖中介於平行位置及關閉或處理位置之間的線性移動DD一般為1至4公分。隨著夾具平板52向上移動與腔室平板24進入接合，在它們之間壓縮平台密封58，密封了處理腔室50。均勻地壓縮平台密封58而不切屑或洗滌，因為密封移動為純線性且不帶有旋轉動作。

控制(經由系統電子控制器)閥體112以連接處理腔室50至真空來源。處理腔室中及晶圓之特徵中的空氣被排出。

水除氣化槽80也連接至真空來源。將水噴灑離開噴灑噴嘴90。分解的氣體被排出且除氣化水收集於水除氣化槽80中。閥66開啟允許處理腔室50被除氣化水填滿。水經由重力流動進入處理腔室50，直至晶圓40被覆蓋。可使用重力流動，因為水除氣化槽80位於處理腔室50上方，且水除氣化槽80及處理腔室50的壓力經由壓力等化線86及閥體112的操作而等化。重力流動減低進入處理腔室的水的紊流。接著將處理腔室50通氣至大氣壓力且將水排放離開處理腔室。可關閉等化線以維持水除氣化槽80中的真空。

將升降致動器110反向以將夾具拉動離開處理腔室並回到如第7圖中所展示的平行位置。將樞轉致動器102反向而旋轉平台組件回到第1至4圖中所展示的交接位置。機器手臂移除維持預先潤濕晶圓的夾具。可經由展示於第12圖中的處理機器手臂152來移動仍在夾具中的預先潤濕晶圓進入鍍膜腔室154。

在處理腔室中紊亂的水流動可導致在大量流體潤濕晶圓表面之前濺灑於晶圓表面上的小水滴。此可造成缺陷。結果，進入處理腔室的水較佳地以平穩靜態的方式經由重力流動及閥控制來覆蓋晶圓。在未除氣或不充分除氣的水中的分解氧氣可成核且造成空氣氣泡及濺灑。水除氣化槽80被使用為水除氣器且避免這些缺陷。將水除氣化槽垂直放置於處理腔室50上方，以允許靜態流動進 入處理腔室50。水除氣化槽可連續操作，使得連續獲得除氣化水。

在一些應用中，可經由在水除氣化槽80中將水的自由表面面積曝露於真空而使用水除氣化來省略噴灑噴嘴90。然而，噴灑一般更有效率，因為在小水滴進入大量流體前將個別小水滴的表面面積曝露於真空。可抽空水除氣化槽80至不同於處理腔室50的壓力。

針對300mm直徑的晶圓，最小化處理腔室50的容積至例如0.5至1.5升，使得需要填滿及排放處理腔室的時間最小化。在夾具中的晶圓密封130上支撐晶圓50。晶圓及夾具的背側曝露於真空，以避免可過度加壓及損壞晶圓的壓力差。高於處理腔室50的最大水位準之腔室平板中晶圓等化穿孔維持了晶圓兩側上的相等壓力。自閥體112的晶圓等化線連接至該穿孔。

在第4圖中處理腔室以固定銳角角度AA傾斜，以允許跨過晶圓表面容易的填滿及排放。水經由位於處理腔室中的最低點之腔室液體入口64及液體排放65進入及離開，以允許流體平穩清掃及向下排放晶圓表面。閥體112位於處理腔室的最高點，以最小化任何可滿出及吸入真空系統的水。為了幫助保持處理腔室容積於一最小值，可直接裝設控制流體或氣體流動進入或離開處理腔室的閥至腔室平板24，消除閥及處理腔室之間的任何配件或線。腔室平板24可為固定的，而所有流體連接結合至腔室平板24。

在預先潤濕處理期間，可於室溫及剛超過水沸點的壓力下(一般約12至50torr)操作處理腔室50。在晶圓被水覆蓋後，可保持真空上至30、60、或120秒，或更長，以將卡住的氣體分解成去離子化及除氣化的水。在一些應用中，根據特徵材料及特性，可使用劇烈的沸騰以激動晶圓特徵中的水且將空氣由該等特徵排除。

也可使用壓力循環，其中晶圓在處理腔室50內覆蓋於水中，處理腔室中的壓力快速地循環。此可藉由減低壓力至最小值來執行，通常以僅足以避免沸騰的公稱壓力執行。水被導入處理腔室以完全覆蓋晶圓。接著處理腔室快速地通氣至大氣壓力。接著處理腔室快速地返回真空條件，且處理腔室接著再次快速地通氣。此壓力循環可重複2、3、4、或5次。接著排放水且由設備20移除夾具。

如此處所使用，「連接」意指功能上的鏈結，而不必為毗連及/或機械上的結合。相對於液體維持或處理元件，「連接」意指管道連通，亦即，使用軟管、線、或管子直接或間接乘載元件之間的液體。「水平」意指線或平面由導管中的液體形成。「上方」及「下方」相對於重力方向具有其傳統意涵。

20‧‧‧設備

22‧‧‧基底

24‧‧‧腔室平板

26‧‧‧側柱

28‧‧‧平台組件

32‧‧‧彈簧

42‧‧‧彈簧架

44‧‧‧跨越平板

46‧‧‧側臂

60‧‧‧夾具致動器

66‧‧‧閥

72‧‧‧升降架

80‧‧‧水除氣化槽

82‧‧‧水供應線

84‧‧‧真空埠

86‧‧‧壓力等化線

88‧‧‧位準感應器

90‧‧‧噴灑噴嘴

102‧‧‧樞轉致動器

110‧‧‧升降致動器

112‧‧‧閥體

Claims (15)

1. 一種處理設備，包括：一基底；一腔室平板，該腔室平板對該基底處於一固定銳角角度，該腔室平板包含一基板處理腔室；一夾具平板，該夾具平板位於一平台上，該平台由一開啟位置至一關閉位置樞轉，其中於該開啟位置時該平台對該腔室平板處於一銳角角度，其中於該關閉位置時該平台與該腔室平板平行；一夾具支架，該夾具支架位於該平台上，該平台可由一裝載/卸載位置移動至一維持位置，其中於該裝載/卸載位置時可將一晶圓夾具裝載於該平台上或由該平台移除，其中於該維持位置時該夾具被固定於該平台上。
2. 如請求項1所述之設備，該設備具有：在該腔室的一第二側垂直上方的該腔室的一第一側、及位於該腔室的該第一側處可連接至一真空來源的一真空埠、及位於該腔室的該第二側處的一液體入口及一液體排放。
3. 如請求項1所述之設備，進一步包含：一液體除氣器，該液體除氣器被支撐於該腔室平板上且連接至該液體入口，該液體除氣器包含一槽、連接至該 槽的一槽真空來源、在該槽中連接至一液體來源的一噴灑噴嘴、及連接該槽至該處理腔室的壓力等化線。
4. 如請求項1所述之設備，該槽位於該處理腔室垂直上方。
5. 如請求項1所述之設備，進一步包含：至少一個致動器，以線性地移動該平台而與該腔室平板進入密封接合。
6. 如請求項1所述之設備，該腔室具有一上方表面，該上方表面以對水平10至30度的一角度定向。
7. 如請求項1所述之設備，該處理腔室具有0.5至2.5升的一容積。
8. 如請求項1所述之設備，進一步包含：當對抗該腔室平板而密封該平台時，位於該平台上對抗該腔室平板而密封的一真空密封，對抗該夾具而密封的一夾具密封。
9. 如請求項1所述之設備，該夾具支架包含：位於一軸件上的一夾具配件、促使該夾具配件進入該維持位置的一彈簧、及一夾具致動器，可操作該夾具致動器以移動該夾具配件進入該裝載/卸載位置以對抗該彈簧之力量。
10. 一種真空預先潤濕設備，包括：一基底； 一腔室平板，該腔室平板具有一基板處理腔室，該基板處理腔室以一固定角度相對於該基底定向；一夾具平板，該夾具平板位於一平台組件上；一樞轉致動器，該樞轉致動器連接至該平台組件以將該平台組件由一第一位置樞轉至一第二位置，其中於該第一位置時該夾具平板對該處理腔室處於一銳角角度，其中於該第二位置時該夾具平板與該處理腔室平行；及至少一個升降致動器，該至少一個升降致動器結合至該平台組件及至該腔室平板，以線性地移動該夾具平板而與該腔室平板進入密封接合。
11. 如請求項10所述之設備，該樞轉致動器被支撐於該平台組件上。
12. 一種用於在一夾具中預先潤濕一晶圓的方法，該方法包括以下步驟：將該夾具固定於一水平夾具平板上；樞轉該夾具平板進入一平行位置，其中該夾具與一基板處理腔室平行，該基板處理腔室以一銳角角度定向；線性地移動該夾具平板而與該基板處理腔室進入接合，以形成該夾具平板及該基板處理腔室之間的一密封； 減低該基板處理腔室中的壓力至低於大氣壓力；由該腔室的一下方端導入除氣化去離子化的水進入該腔室，直至該晶圓被水覆蓋，同時將該腔室保持於低於大氣壓力；通氣該腔室至大氣壓力；將該水排出該腔室；線性地移動該夾具平板遠離該基板處理腔室；及樞轉該夾具平板回到水平。
13. 如請求項12所述之方法，進一步包含以下步驟：在該腔室內循環該壓力。
14. 如請求項12所述之方法，進一步包含以下步驟：在該腔室中經由重力流動導入該水。
15. 如請求項12所述之方法，進一步包含以下步驟：經由一致動器或作用於一夾具配件上的一彈簧，將該夾具與該夾具配件接合且維持該夾具於該夾具平板上。