TW201628072A - 整合水分去除與乾燥之處理設備及半導體晶圓之處理方法 - Google Patents

Abstract

本發明整合水分去除與乾燥之處理設備，包含：一處理室，用以在同一製程內完成晶圓表面之水分去除及乾燥；一溶劑供給回收單元，經由一循環管線連接至所述處理室；一氣體供給單元，經由一進氣管線連接至所述處理室；一控制單元，與所述處理室、所述溶劑供給回收單元及所述氣體供給單元電性連結。採用本發明之整合水分去除與乾燥之處理設備，可以大幅降低生產成本並縮短製程時間。

Description

整合水分去除與乾燥之處理設備及半導體晶圓之處理方法

本發明涉及晶圓表面的處理技術，特別是指一種整合水分去除與乾燥之處理設備及半導體晶圓之處理方法。

在次微米或深次微米的晶圓製程中，舉凡薄膜之沈積、高溫爐管之熱擴散或熱氧化、或蝕刻後之晶圓表面處理等步驟，通常都需要用到許多高純度的化學品來清洗，隨後再用高純度的去離子水來洗滌，而且經去離子水洗滌後之晶圓在進行下一道製程之前必須去除表面水分並予以乾燥，以避免晶圓受到污染。

晶圓的污染源一般可分為兩大類：一種是微粒子，微粒子之汙染源包括矽屑、石英屑、空氣、灰塵、操作人員和製程機台的飛塵、以及光阻片、細菌等；另一種是膜，膜污染主要是圓上的異物(foreign material,FM)所引起，除此之外還包括有機溶劑殘留物(如丙酮、三氯乙烯、異丙醇、甲醇、二甲苯)、光阻顯影劑、以及油膜、金屬膜等。

弘塑公司所擁有之專利(TW 588434)提供一種晶圓水分去除裝置，其包括一蝕刻處理槽、一純水溢流槽、一溶劑槽與一乾燥槽。蝕刻處理槽用以蝕刻去除光阻膜，純水溢流槽用以清洗蝕刻用之化學液，溶劑槽內可置入經去離子水洗滌後之整批晶圓，其中溶劑可取代晶圓表面之水分，乾燥槽則用以使溶劑蒸發而達到 乾燥目的。

進一步而言，所述晶圓水分去除裝置在實際使用時，溶劑槽內之溶劑需要定期做更換以避免因溶劑中之水分蒸發而造成濃度改變，從而影響到晶圓表面的水分去除，惟溶劑的消耗在生產成本中佔有相當大的比重。另外，於更換溶劑，通常需要先將溶劑槽內原來的舊溶劑排空，然後清洗溶劑槽以避免汙染新溶劑；然而，所述晶圓水分去除裝置在此情況下無法有效執行晶圓水分去除作業而閒置下來，此浪費的閒置時間會延長製程所需時程。此外，由於待處理晶圓必須先於溶劑槽內將水分去除，之後才被搬送到乾燥槽內將溶劑蒸發，此浪費的傳輸時間也會延長製程所需時程，因而降低產出速率。

因此，本發明人有鑑於習用的晶圓水分去除裝置實在有其改良的必要性，遂以其多年從事相關領域的創作設計及專業製造經驗，在各方條件的審慎考量下終於開發出本發明。

本發明針對現有技術存在之缺失，主要目的在於提供一種整合水分去除與乾燥之處理設備，其能夠以較低的製程成本達到更佳的洗淨及晶圓表面的乾燥效果。

本發明之另一目的在於提供一種半導體晶圓之處理方法，其能夠在同一製程(chamber)內完成晶圓表面之水分去除及乾燥，以減少作業時間進而提高生產能力。

為實現上述目的及功效，本發明採用以下技術方案：一種整合水分去除與乾燥之處理設備，其包括一處理室、一溶劑供給回收單元、一氣體供給單元及一控制單元。其中，所述處理室用以在同一製程內完成晶圓上的水分去除及晶圓乾燥；所述溶劑供給回收單元經由一循環管線連接至所述處理室；所述氣體供給單元經由一進氣管線連接至所述處理室；所述控制單元與所述處理 室、所述溶劑供給回收單元及所述氣體供給單元電性連結，用以在置入經高潔淨水清洗後之至少一晶圓於所述處理室內後，控制所述溶劑供給回收單元將一溶劑供應於所述處理室以置換至少一所述晶圓上殘留的水分，等待一段時間後控制所述溶劑供給回收單元將所述溶劑予以回收，然後在所述溶劑緩慢排出所述處理室的同時或在所述溶劑完全排出所述處理室後，控制所述氣體供給單元供應一乾燥氣體於所述處理室以去除至少一所述晶圓上殘留的溶劑。

本發明進一步採用以下技術方案：一種半導體晶圓之處理方法，包括下列步驟：首先，利用高潔淨水清洗至少一晶圓上的半導體製程之汙染物；接著，將經高潔淨水清洗後之至少一所述晶圓置入一處理室；然後，將一溶劑供應至所述處理室，以置換至少一所述晶圓上殘留的水分；最後，等待一段時間後將所述溶劑排出所述處理室外進行回收再利用，並通入一乾燥氣體於所述處理室，以去除至少一所述晶圓上殘留的所述溶劑。

本發明與現有技術相比具有明顯的優點與有益效果如下：本發明整合水分去除與乾燥之處理設備透過處理室、溶劑供給回收單元與氣體供給單元之間形成的特定連結關係，可以在同一處理空間內暨同一製程步驟中來完成晶圓表面之水分去除及乾燥處理，進而可以有效縮短製程時間。

再者，溶劑供給回收單元可以回收排放出處理室外的溶劑，並在回收溶劑的含水率不高的情況下再次將其供應至處理室進行重複利用，以此方式來減少生產成本。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵得到進一步的了解。為了讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧處理設備

1‧‧‧處理室

11‧‧‧處理室本體

111‧‧‧注入端

112‧‧‧排出端

113‧‧‧快排閥件

12‧‧‧封蓋

13‧‧‧處理空間

2‧‧‧溶劑供給回收單元

20‧‧‧循環管線

21‧‧‧溶劑供給

22‧‧‧溶劑排出管

23‧‧‧主進料管

24‧‧‧溶劑供應端

25‧‧‧含水率感測器

3‧‧‧氣體供給單元

30‧‧‧進氣管線

31‧‧‧進氣管

32‧‧‧輸氣管

33‧‧‧乾燥氣體供應端

34‧‧‧配管用加熱器

4‧‧‧控制單元

5‧‧‧震盪單元

6‧‧‧溶劑預備單元

60‧‧‧預備管線

61‧‧‧預備進料管

62‧‧‧預備出料管

200‧‧‧製程裝置

300‧‧‧清洗裝置

W‧‧‧晶圓

C‧‧‧晶圓載具

圖1為本發明第一實施例之整合水分去除與乾燥之處理設備之構 成示意圖。

圖2為應用本發明第一實施例之整合水分去除與乾燥之處理設備之方塊圖。

圖3為本發明之處理室之側視角示意圖。

圖4為本發明之處理室之下視角示意圖。

圖5為本發明第二實施例之整合水分去除與乾燥之處理設備之構成示意圖。

圖6為本發明之半導體晶圓之處理方法之流程示意圖。

本發明從縮短整體製程時間及高揮發性溶劑之回收再利用的角度出發，所揭露之內容是關於「利用高潔淨水(DI water)將附著於晶圓上之半導體汙染源清洗掉，並且在同一製程中透過溶劑的高揮發性及與水的互溶性使溶劑取代晶圓表面之水分，然後揮發掉溶劑晶圓表面上之殘留溶劑，以達到晶圓完全乾燥」之技術手段。

以下將透過特定具體實施例並配合所附圖式來說明本發明整合水分去除與乾燥之處理設備的創新特徵及其後續應用，使本領域普通技術人員可由本發明所揭露之內容輕易暸解本發明主要創新部分。應理解的是，實施例內容及圖式並非係用以限制本案，且本領域的普通技術人員在不悖離本發明的精神下所作各種修飾與變化，其皆不脫離本發明的範圍。

〔第一實施例〕

請參考圖1，為本發明第一實施例之整合水分去除與乾燥之處理設備之構成示意圖。如圖所示，本實施例之處理設備100主要包括一處理室1、一溶劑供給回收單元2及一氣體供給單元3。

請參考圖2，所述處理設備100在實際應用時，可以和製程裝置200與清洗裝置300搭配使用。具體來說，由於製程裝置200 於處理晶圓時會產生半導體製程汙染物，例如金屬雜質、有機物汙染、微塵粒或天然氧化物等，而且待處理之晶圓經過製程裝置200處理後可被搬送到所述清洗裝置300(如清洗槽)內，利用高潔淨水清除晶圓表面的半導體製程汙染物，因此，必須利用處理設備100將晶圓表面的水分去除，並使晶圓乾燥。應理解的是，以上所述只是所述處理設備100的一典型實施態樣而已，本發明的後續應用能夠在不同的態樣上具有各種的變化。

請一併參考圖1、圖3及圖4，圖3及圖4分別為本發明一較佳實施例之處理室之側視角及下視角示意圖。處理室1包括一處理室本體11及一封蓋12，在本實施例中，處理室本體11為一立方體狀的槽體，並且是用耐腐蝕材料，例如不銹鋼、鋁或石英等製成。處理室本體11並包圍界定一處理空間13，提供晶圓W進行表面之水分去除暨乾燥處理等程序。而在其他實施例中，處理室本體11也可以為因應製程需求、與揮發性溶劑和乾燥氣體的供給方式而選用一非立方體狀的槽體。

更詳細地說，處理室本體11具有一注入端111及一相對於注入端111的排出端112，其中注入端111及排出端112都與處理空間13相連通，而注入端111及排出端112與溶劑供給回收單元2之間可形成閉路循環，並且注入端111可進一步提供氣體供給單元3通入乾燥氣體。

封蓋12藉由樞軸件而可樞轉地安裝於一固定基架(圖中未繪示)上，如此，封蓋12可透過掀翻的動作而與處理室本體11之注入端111作結合，並且可以根據操作需求於一開啟位置與一蓋闔位置之間往復移動。值得注意的是，處理室本體11的排出端112設有至少一快排閥件113(如圖4所示)，用以將處理空間13內的液體快速排盡，例如，方便操作人員對處理室1進行檢測及例行性的維護工作，但快排閥件113的應用範圍不為此限。

溶劑供給回收單元2可以是流體儲槽，例如、但不限於溶劑 緩衝槽。溶劑供給回收單元2接收並儲存具高揮發性且可與水互溶之有機溶劑，例如異丙醇(IPA)、甲醇、乙醇或丙酮等，值得說明的是，這類溶劑的表面張力通常低於高潔淨水，且揮發性通常高於高潔淨水，因此，有助於帶走晶圓W表面的水分。

請一併參考圖1及圖2，進一步說明溶劑供給回收單元2與處理室1的連結關係，溶劑供給回收單元2主要經由一循環管線20連接至處理室1。所述循環管線20至少包含一條溶劑供給管21與一條溶劑排出管22，其中溶劑供給管21可通過處理室本體11之注入端111與處理空間13相連通，溶劑排出管22可通過處理室本體11之排出端112與處理空間13相連通。另外，在實際應用時，溶劑供給回收單元2還經由一主進料管23與溶劑供應端24相連通，藉此，可以從溶劑供應端24補充新的溶劑。

值得說明的是，透過循環管線20的配置，溶劑供給回收單元2可供應溶劑於處理室本體11之處理空間13，使經清洗後而表面殘留有水分的晶圓W完全浸泡於溶劑中，進行溶劑與高潔淨水之間的置換以帶走晶圓W表面的水分；再者，待晶圓W表面的水分被溶劑完全帶走後，溶劑供給回收單元2可將使用過的溶劑予以回收，並在回收溶劑的含水率不高的情況下重複再利用。

在實際應用時，溶劑供給回收單元2內可設有一含水率感測器25，用以偵測回收溶劑的含水率，而操作人員基於此，可以準確地判斷溶劑更換的時間點，避免因水分蒸發而導致組成濃度改變，使產品之良率受到影響。

進一步說明氣體供給單元3與處理室1的連結關係，氣體供給單元3可以是乾燥氣體槽，並且氣體供給單元3主要經由一進氣管線30而同時連接於處理室1與乾燥氣體供應端33之間。更詳細地說，所述進氣管線30包含一條進氣管31與至少一條輸氣管32，其中氣體供給單元3經由進氣管31與乾燥氣體供應端33相連通，氣體供給單元3並經由輸氣管32供應乾燥氣體於處理室 1之處理空間13。

在實際應用時，條輸氣管32的管壁上可設有一配管用加熱器34，用以將乾燥氣體加熱至一適當的特定溫度，藉此，可加快溶劑的揮發速度。附帶一提，在本實施例中，溶劑供給回收單元2所用溶劑為IPA，而氣體供給單元3所用乾燥氣體為氮氣，但本發明不為此限。

值得注意的是，所述整合水分去除與乾燥之處理設備100透過處理室1、溶劑供給回收單元2與氣體供給單元3之間形成的特定連結關係，可以搭配一控制單元4來實現「在同一處理空間13內、並在同一製程步驟中去除晶圓表面的水分及對晶圓W進行乾燥處理」之自動化操作。所述控制單元4電性連接處理室1、溶劑供給回收單元2與氣體供給單元3，其可以是個人電腦、筆記型電腦、工業用電腦、CPU或其他能進行計算之計算裝置。

在實際應用時，控制單元4能在待處理之晶圓W(如經高潔淨水洗滌後之晶圓)置於處理空間13時，首先令溶劑供給回收單元2供應溶劑於處理空間13，以置換晶圓W表面上的水分(洗滌後殘留的水分)；接著，控制單元4能在等待一段時間後令處理室1將溶劑排出處理空間13，並控制溶劑供給回收單元2將高揮發性溶劑予以回收；之後，最重要的是，控制單元4能在溶劑緩慢排出處理空間13的同時，或是在溶劑完全排出處理空間13之後，令氣體供給單元3供應乾燥氣體於處理空間13，藉此將晶圓W表面的溶劑(浸泡後殘留的溶劑)蒸發掉，使晶圓W完全乾燥。

進一步值得注意的是，所述整合水分去除與乾燥之處理設備100可進一步搭配一震盪單元5以增進溶劑與高潔淨水間的置換速率，所述震盪單元5可包含一超音波裝置或複數個振動器且設置於處理室本體1的底部或周緣。

在實際應用時，超音波裝置可對處理室1施加振盪頻率範圍介於20,000Hz至100,000Hz之超音波震盪，而振動器可對處理室 1施加振盪頻率範圍介於1KHz至20,000Hz之聲波震盪。透過震盪單元5的配置，只需要1至30分鐘的時間，便可達到去除晶圓W表面水分的目的。

〔第二實施例〕

請參考圖5，為本發明第二實施例之整合水分去除與乾燥之處理設備之構成示意圖。本實施例與前一實施例相比，本實施例之處理設備100更包括：溶劑預備單元6。

所述溶劑預備單元6可以是流體儲槽，例如但不限於溶劑預備槽，溶劑預備單元6接收並儲存一具高揮發性且可與水互溶之有機溶劑，例如異丙醇(IPA)、甲醇、乙醇或丙酮。另外，在實際應用時，溶劑預備單元6內的溶劑可以和溶劑供給回收單元2內的溶劑相同或不相同。

進一步說明溶劑預備單元6與其他裝置間的連結關係，溶劑預備單元6主要經由一預備管線60而連接於處理室1與乾燥氣體供應端24之間。更詳細地說，所述預備管線60至少包含一條預備進料管61與一條預備出料管62，其中預備進料管61連接至主進料管23，預備出料管62連接至溶劑供給管21。藉此，溶劑預備單元6可經由預備進料管61及主進料管23、進而與溶劑供應端24相連通，並可經由預備出料管62及溶劑供給管21、進而與處理空間13相連通。

在實際應用時，控制單元4進一步電性連接溶劑預備單元6，且控制單元4能在處理設備100因其溶劑供給回收單元2進行排放廢棄溶劑暨更換新的溶劑而發生閒置時，令溶劑預備單元6供應溶劑於處理空間13，以置換晶圓W表面上的水分(洗滌後殘留的水分)，藉此提昇整體性製程效率。

請一併參考圖1及圖6，本發明整合水分去除與乾燥之處理設備的特徵、優點及所能達成的功效已具體說明如上，接下來將進 一步介紹其應用。如圖6所示，本發明較佳實施例提供一種應用所述處理設備的半導體晶圓的處理方法，包括如下步驟： 首先，執行步驟S100，利用高潔淨水清洗至少一晶圓W上的半導體製程之汙染物。於具體施行時，表面附著半導體製程汙染物的晶圓W可承載於晶圓載具C上，並連晶圓載具C一同被搬送到清洗裝置(圖中未顯示)內，然後以高潔淨水、並透過浸泡或沖洗的方式洗淨晶圓W表面的半導體製程汙染物。在其他的實施例中，本步驟所用高潔淨水可以在達到某一特定溫度時才開始進行晶圓W表面的洗淨。

接著，執行步驟S102，將經高潔淨水清洗後之至少一所述晶圓W置入一處理室1。於具體施行時，經過清洗而表面殘留高潔淨水之晶圓W可承載於晶圓載具C上，並連晶圓載具C一同被搬送到處理室1之處理空間13內，而後使封蓋12處於蓋闔位置以與處理室本體11之注入端111結合。

然後，執行步驟S104，將一溶劑供應至所述處理室1，以置換至少一所述晶圓W上殘留的高潔淨水。於具體施行時，溶劑供給回收單元2能根據控制單元4所發出的控制命令，供應高揮發性溶劑於處理空間13，使表面上仍殘留有相當數量高潔淨水的晶圓W浸泡於溶劑中，以進行溶劑與高潔淨水間的置換，帶走晶圓W表面的水分。較佳地，於置換程序中可透過震盪單元5所施加的超音波聲波震盪或聲波震盪來增進高揮發性溶劑與高潔淨水間的置換速率。

最後，執行步驟S106，等待一段時間後將所述溶劑排出所述處理室1外進行回收再利用，同時通入一乾燥氣體於所述處理室1，以去除至少一所述晶圓W上殘留的所述溶劑。於具體施行時，處理室1能根據控制單元4所發出的控制命令，將高揮發性溶劑排出處理空間13外，而後氣體供給單元3能根據控制單元4所發出的另一控制命令，將乾燥氣體通入處理室1，進而乾燥噴吹於晶 圓W表面，藉以將晶圓W表面的高揮發性溶劑蒸發掉，達到晶圓完全乾燥的效果。

更進一步值得注意的是，為了因應因應更複雜的製程及品質要求，所述乾燥氣體可於排出高揮發性溶劑的同時注入處理空間13，以同時進行晶圓W表面的水分去除及晶圓乾燥；或者，所述乾燥氣體也可於高揮發性氣體完全排出處理空間13之後始注入處理空間13。

綜上所述，相較於現有技術是在不同的處理空間內暨不同的製程步驟中來進行晶圓表面的水分去除及晶圓乾燥處理，本發明至少具有下列之優點：

1.首先，本發明整合水分去除與乾燥之處理設備透過處理室、溶劑供給回收單元與氣體供給單元之間形成的特定連結關係，可以在同一處理空間內暨同一製程步驟中來完成晶圓表面之水分去除及乾燥處理，進而可以有效縮短製程時間。

2.承上述，溶劑供給回收單元可以回收排放出處理室外的溶劑，並在回收溶劑的含水率不高的情況下再次將其供應至處理室進行重複利用，以此方式來減少生產成本。

3.其次，所述整合水分去除與乾燥之處理設備可以搭配至少一溶劑預備單元，藉次在需要進行溶劑供給回收單元內的溶劑更換時，透過溶劑預備單元來供應新的溶劑至處理室，以避免處理室發生閒置，進而可以提昇整體性製程效率。

4.再者，所述整合水分去除與乾燥之處理設備可以確實降低晶圓上之缺陷，增加了設備維護保養的時間間隔，並使產能得到有效提升。

惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，非意欲侷限本發明之專利保護範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之等效變化，均同理皆包含於本發明之權利保護範圍內，合予陳明。

100‧‧‧處理設備

1‧‧‧處理室

11‧‧‧處理室本體

111‧‧‧注入端

112‧‧‧排出端

13‧‧‧處理空間

2‧‧‧溶劑供給回收單元

20‧‧‧循環管線

21‧‧‧溶劑供給

22‧‧‧溶劑排出管

23‧‧‧主進料管

24‧‧‧溶劑供應端

25‧‧‧含水率感測器

3‧‧‧氣體供給單元

30‧‧‧進氣管線

31‧‧‧進氣管

32‧‧‧輸氣管

33‧‧‧乾燥氣體供應端

34‧‧‧配管用加熱器

4‧‧‧控制單元

5‧‧‧震盪單元

W‧‧‧晶圓

C‧‧‧晶圓載具

Claims (10)

1. 一種整合水分去除與乾燥之處理設備，包括：一處理室，用以在同一製程內完成晶圓上的水分去除及晶圓乾燥；一溶劑供給回收單元，經由一循環管線連接至所述處理室；一氣體供給單元，經由一進氣管線連接至所述處理室；及一控制單元，與所述處理室、所述溶劑供給回收單元及所述氣體供給單元電性連結，用以在置入經高潔淨水清洗後之至少一晶圓於所述處理室內後，控制所述溶劑供給回收單元將一溶劑供應於所述處理室以置換至少一所述晶圓上殘留的水分，等待一段時間後控制所述溶劑供給回收單元將所述溶劑予以回收，然後在所述溶劑緩慢排出所述處理室的同時或在所述溶劑完全排出所述處理室後，控制所述氣體供給單元供應一乾燥氣體於所述處理室以去除至少一所述晶圓上殘留的溶劑。
2. 如請求項1所述的整合水分去除與乾燥之處理設備，更包括至少一溶劑預備單元，至少一所述溶劑預備單元經由一預備管線連接至所述處理室。
3. 如請求項2所述的整合水分去除與乾燥之處理設備，其中所述溶劑供給回收單元內設有一含水率感測器。
4. 如請求項1所述的整合水分去除與乾燥之處理設備，更包括一震盪單元，所述震盪單元設置於所述處理室的底部或周緣。
5. 如請求項1所述的整合水分去除與乾燥之處理設備，其中所述處理室具有一注入端及一相對於所述注入端的排出端，所述循環管線包括一溶劑供給管及一溶劑排出管，所述溶劑供給管接設於所述注入端與所述溶劑供給回收單元之間，所述溶劑排出管接設於所述排出端與所述溶劑供給回收單元之間。
6. 如請求項5所述的整合水分去除與乾燥之處理設備，其中所述 排出端進一步設置至少一快排閥件。
7. 一種半導體晶圓之處理方法，包括下列步驟：利用高潔淨水清洗至少一晶圓上的半導體製程之汙染物；將經高潔淨水清洗後之至少一所述晶圓置入一處理室；將一溶劑供應至所述處理室，以置換至少一所述晶圓上殘留的水分；及等待一段時間後將所述溶劑排出所述處理室外進行回收再利用，並通入一乾燥氣體於所述處理室，以去除至少一所述晶圓上殘留的所述溶劑。
8. 如請求項7所述的半導體晶之圓處理方法，其中在通入一乾燥氣體於所述處理室的步驟中，所述乾燥氣體是在排出所述溶劑的同時通入於所述處理室。
9. 如請求項7所述的半導體晶圓之處理方法，其中在通入一乾燥氣體於所述處理室的步驟中，所述乾燥氣體是在完全排出所述溶劑後始通入於所述處理室。
10. 如請求項7所述的半導體晶圓之處理方法，其中所述高揮發性溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇或丙酮。