TW201702420A - 具有旋轉式氣體噴淋頭之旋轉夾頭 - Google Patents

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Abstract

用以處理晶圓狀物件的設備包含：用以將晶圓狀物件固持於預定方位中的旋轉夾頭、及在晶圓狀物件被旋轉夾頭固持時用以供應製程氣體至該晶圓狀物件之表面的旋轉式噴淋頭。旋轉式噴淋頭包含具有複數開口的出口板，該複數開口係形成於該出口板之中心區域及外周區域中每一者內。設置製程氣體饋送件，以將製程氣體供應至氣體分佈腔室。該氣體分佈腔室係與形成於噴淋頭中的複數開口流體連通。

Description

具有旋轉式氣體噴淋頭之旋轉夾頭
本發明概括地相關於處理如半導體晶圓之晶圓狀物件的設備，且更特別地相關於包含旋轉夾頭及旋轉式氣體噴淋頭的如此設備。
半導體晶圓受到如蝕刻、清洗、拋光、及材料沉積的各種表面處理製程。為促進如此製程，如美國專利第4,903,717號及5,513,668號中例示性描述，藉由與可旋轉載體相關的夾頭，單一晶圓可相關於一或更多處理流體噴嘴而受到支撐。
或者，如國際公開專利第WO 2007/101764號及美國專利第6,485,531號中例示性描述，用以支撐晶圓之環形轉子形式的夾頭可位於封閉的製程腔室內，且透過主動式磁性軸承可在無實體接觸的情形下受到驅動。
設置具有氣體噴淋頭的如此夾頭從而在鄰近晶圓(在夾頭上經受處理)之表面處導入受控環境係為人所知。如此噴淋頭之範例係顯示於共同所有、共同待審的申請案第US 2014/0026926號及共同所有的美國專利第8,926,788號中。然而，取決於夾頭的類型及周邊結構的類型，維持期望的環境可能係困難的，且利用習知氣體噴淋頭而有效率地利用製程氣體亦可能係困難的。
本案發明人已發展出一種處理晶圓狀物件的改良設備，其中旋轉夾頭係相關於旋轉式氣體噴淋頭而安裝。
因此，在一實施態樣中，本發明相關於處理晶圓狀物件的設備，其包含：用以將晶圓狀物件固持於預定方位中的旋轉夾頭、及在晶圓狀物件被旋轉夾頭固持時用以供應製程氣體至該晶圓狀物件之表面的旋轉式噴淋頭。旋轉式噴淋頭包含具有複數開口的出口板，該複數開口係形成於該出口板之中心區域及外周區域中每一者內。設置製程氣體饋送件，以供應製程氣體至氣體分佈腔室。該氣體分佈腔室係與形成於噴淋頭中的複數開口流體連通。
根據本發明之設備的較佳實施例中，出口板係固定至旋轉夾頭，且覆蓋該旋轉夾頭的中心區域。
根據本發明之設備的較佳實施例中，複數開口的每一者具有以下範圍中的橫剖面面積：從0.3至2.0mm2 、較佳地從0.5至1.5mm2 、及更佳地從0.7至1.2mm2 。根據本發明之設備的較佳實施例中，複數開口包含至少50個開口，且較佳地至少80個開口。
在較佳的實施例中，在夾頭與出口板之間的轉接部中設置有複數的最外側開口，使得可能存在於氣體分佈腔室中的液體將透過如此最外側開口而排出。
根據本發明之設備的較佳實施例中，複數開口係傾斜的，從而透過該複數開口將自氣體分佈腔室傳送的流體在徑向上向外引離旋轉夾頭。
根據本發明之設備的較佳實施例中，出口板係圓頂形，使得在晶圓狀物件定位於該旋轉夾頭上時，該出口板的中心區域係定位成比該出口板的外周區域距離該晶圓狀物件更遠。
根據本發明之設備的較佳實施例中，出口板係由陶瓷材料形成。
根據本發明之設備的較佳實施例中，出口板係與該旋轉夾頭的至少一環形部位形成為一體。
根據本發明之設備的較佳實施例中，旋轉夾頭之向內朝向環形表面係傾斜的(向上、或向下)，使得附著至該旋轉夾頭之向內朝向環形表面的液體在旋轉夾頭旋轉時將向上或向下輸送。
根據本發明之設備的較佳實施例中，旋轉夾頭設置於腔室內。
根據本發明之設備的較佳實施例中，腔室係封閉的腔室。
根據本發明之設備的較佳實施例中，旋轉夾頭係磁性轉子，且該設備更包含圍繞該磁性轉子的磁性定子。
在另一實施態樣中，本發明相關於處理晶圓狀物件的設備，其包含：用以將晶圓狀物件固持於預定方位中的旋轉夾頭、及在晶圓狀物件被旋轉夾頭固持時用以供應製程氣體至該晶圓狀物件之表面的旋轉式噴淋頭。設置製程氣體饋送件，以供應製程氣體至氣體分佈腔室。該氣體分佈腔室係與形成於該噴淋頭中的複數開口流體連通。旋轉夾頭係磁性轉子，該設備更包含圍繞該磁性轉子的磁性定子。
根據本發明之設備的較佳實施例中，旋轉式噴淋頭包含具有排出開口的出口板，該排出開口係形成於該出口板中，該出口板係固定至磁性轉子，且覆蓋該磁性轉子的中心區域。
根據本發明之設備的較佳實施例中，出口板係圓頂形的，使得在晶圓狀物件定位於旋轉夾頭上時，該出口板的中心區域係定位成比該出口板的外周區域距離該晶圓狀物件更遠。
根據本發明之設備的較佳實施例中，旋轉夾頭係設置於包含頂壁的封閉腔室內，該頂壁具有定位於磁性轉子之上的外周區域、及在磁性轉子內向下延伸的中心區域，且其中該頂壁的內表面及該出口板界定該氣體分佈腔室。
根據本發明之設備的較佳實施例中，如申請專利範圍第15項之用以處理晶圓狀物件的設備，其中該頂壁係靜止的。
根據本發明之設備的較佳實施例中，設置阻隔氣體饋送件，以供應阻隔氣體至界定於磁性轉子之外周表面與腔室之內表面之間的間隙，該間隙係定位成將製程氣體限制在該氣體分佈腔室內。
根據本發明之設備的較佳實施例中，氣體注入頭係定位於該頂壁中，且穿過該出口板中的中心開口。
根據本發明之設備的較佳實施例中，旋轉式噴淋頭包含中心開口，液體可通過該中心開口而被供應至該晶圓狀物件。
現在參考圖1，根據本發明第一實施例之處理晶圓狀物件之表面的設備包含封閉的製程腔室13，其中設置環形旋轉夾頭16。旋轉夾頭16係被在腔室外側定位之磁性定子17所圍繞的磁性轉子，使得磁性轉子在不接觸腔室壁的情形下於腔室13內自由地旋轉及懸浮。腔室13在其上部末端處係藉由剛性固定至該腔室13的罩蓋14而封閉。
如此磁性轉子夾頭的進一步結構性細節係在如共同所有之美國專利公開申請案第2013/0134128號中加以描述。
環形旋轉夾頭16具有呈圓形系列之向下懸掛的抓取銷19，該抓取銷19在處理期間以可釋放方式固持晶圓W。設置下噴射單元22，以供應液體及/或氣體至腔室13內晶圓W面向下的一側。在腔室13內設置加熱器31，從而將晶圓W加熱至取決於正在執行之製程的期望溫度。加熱器31較佳地包含複數的藍色LED燈，該藍色LED燈的輻射輸出相較腔室13的元件傾向於被矽晶圓優先地吸收。
上噴射單元包含外氣體導管27及共軸設置於外氣體導管27內的內液體導管25。導管25、27都穿過罩蓋14，且容許液體及氣體被供應至腔室13內晶圓W面向上的一側。
氣體噴淋頭於其下側處藉由出口板28而劃定，該出口板28亦顯示於圖2中之俯視圖中。出口板28包含複數排出孔口29，該複數排出孔口29容許製程氣體從氣體分佈腔室37穿出氣體噴淋頭到達晶圓W之向上朝向側的鄰近區域。此實施例中排出孔口29各具有以下範圍中的橫剖面面積：從0.3至2.0mm2 、較佳地從0.5至1.5mm2 、及更佳地從0.7至1.2mm2 。較佳地至少有20個孔口29、且更佳地有至少80個、甚至更佳地有300個。
出口板28係剛性地固定至旋轉夾頭16，且因此與旋轉夾頭16一起旋轉。另一方面，導管25、27係固定地安裝在腔室13的罩蓋14中，且在留有細微間隙的情形下穿過形成於板28中的中心開口。
如圖2中顯示，在板28的中心區域及外周區域中的每一者內具有複數者的該等孔口29，其中該中心區域係界定為板28之半半徑30以內的範圍，且該外周區域係界定為該半半徑30以外的範圍。
返回至圖1，將可見利用製程氣體透過製程氣體供應導管34對氣體分佈腔室37進行供應，因此該製程氣體供應導管34與製程氣體源(未顯示，在較佳實施例中為臭氧)相連通。
腔室13之罩蓋14亦被一或更多噴嘴40穿過，利用沖洗、或阻隔氣體(在此實施例中較佳地為氮氣)對該一或更多噴嘴40進行供應。包含如此噴嘴之罩蓋之可能構造的更詳細描述內容係在共同所有、共同待審之公開申請案第US 2013/0134128號、及共同所有之申請中的申請案第14/145,241號中提出。
透過噴嘴40而供應的阻隔氣體在此實施例中執行重要的功能，因為其用於將製程氣體限制於該氣體分佈腔室內，使得透過一或更多導管34而傳送的製程氣體更完全地通過板28的孔口29，且大部分地預防該製程氣體透過夾頭16之外周與腔室13壁的內表面之間的環形間隙而逃離。
另一方面，本案發明人進行的實驗已顯示，在缺少如此阻隔氣體供應的情形中，製程氣體的大部分(在一些情形中，製程氣體的多數)透過磁性轉子之外周與腔室壁之間的間隙而逃離，使得製程氣體在未與晶圓W之向上朝向側相接觸的情形下便透過排放46從腔室中被抽走。
在此實施例中，圖1中的虛線43顯示由於結構而形成於製程氣體與阻隔氣體之間之界線的大概位置。在磁性轉子夾頭的背景下，用以將製程氣體限制於分佈腔室37內之氣-氣界線的設置係創新型的解決方法，該磁性轉子夾頭不接觸其所安裝的腔室，且該磁性轉子夾頭因此無法配備習知的氣體密封件。
現在翻至圖3及圖4，顯示該發明包含若干特徵的另一實施例，該若干特徵被發現會進一步提升製程氣體供應的效率，該製程氣體係透過分佈腔室37、且進入鄰近晶圓W之向上朝向側的目標區域。
具體地，圖3及4實施例中的出口板28係向上之圓頂形，使得其中心區域距離晶圓W比其外周區域更遠。相反地，重新配置腔室13的罩蓋14，使得該罩蓋14的中間區域向下延伸進入被旋轉夾頭所包圍的區域中。因此，氣體分佈腔室37的軸向範圍相對圖1及2的實施例係顯著減少，該案發明人發現這會進一步提升製程氣體供應的效率。
另外，如圖3中顯示，此實施例的排出孔口29係以相對旋轉夾頭16之旋轉之垂直軸的一斜角而定位，使得該孔口在徑向上向外指向旋轉夾頭16。本案發明人已發現該配置有助於使分佈腔室37中的任何液體偏離晶圓W的向上朝向表面，同時仍容許透過導管34供應的製程氣體到達鄰近晶圓W的目標區域。
儘管本發明已結合本發明的各種較佳實施例而加以描述，但應理解該等實施例係僅用於說明該發明而提供，並且該發明並不受限於該等實施例，卻更包含隨附申請專利範圍之真正範疇及精神所包含之範圍。
13‧‧‧腔室
14‧‧‧罩蓋
16‧‧‧夾頭
17‧‧‧定子
19‧‧‧抓取銷
22‧‧‧下噴射單元
25‧‧‧導管
27‧‧‧導管
28‧‧‧板
29‧‧‧孔口
30‧‧‧半半徑
31‧‧‧加熱器
34‧‧‧導管
37‧‧‧分佈腔室
40‧‧‧噴嘴
43‧‧‧虛線
46‧‧‧排放
IV‧‧‧細節
W ‧‧‧晶圓
本發明之其他標的、特徵、及優勢將在閱讀該發明之較佳實施例的以下詳細描述內容後，參考隨附圖式而變得更為明白，其中：
圖1係根據本發明第一實施例之設備的說明性橫剖面側視圖；
圖2係在圖1之實施例中所使用之氣體噴淋頭之出口板的俯視圖；
圖3係根據本發明第二實施例之設備的說明性橫剖面側視圖；以及
圖4係圖3中細節IV的放大圖。
13‧‧‧腔室
14‧‧‧罩蓋
16‧‧‧夾頭
17‧‧‧定子
19‧‧‧抓取銷
22‧‧‧下噴射單元
25‧‧‧導管
27‧‧‧導管
28‧‧‧板
31‧‧‧加熱器
34‧‧‧導管
37‧‧‧分佈腔室
40‧‧‧噴嘴
43‧‧‧虛線
46‧‧‧排放
W‧‧‧晶圓

Claims (19)

  1. 一種用以處理晶圓狀物件的設備，包含： 一旋轉夾頭，用以將一晶圓狀物件固持於一預定方位中， 一旋轉式噴淋頭，用以在一晶圓狀物件被該旋轉夾頭固持時，供應製程氣體至該晶圓狀物件的一表面，該旋轉式噴淋頭包含一出口板，該出口板具有形成於該出口板之一中心區域及一外周區域中每一者內的複數開口，及 一製程氣體饋送件，用以供應製程氣體至一氣體分佈腔室，該氣體分佈腔室係與形成於該噴淋頭中的複數開口流體連通。
  2. 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件的設備，其中該出口板係固定至該旋轉夾頭，且覆蓋該旋轉夾頭的一中心區域。
  3. 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件的設備，其中該出口板係與該旋轉夾頭的至少一環形部位形成為一體。
  4. 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件的設備，其中該複數開口的每一者具有以下範圍中的一橫剖面面積：從0.3至2.0mm2 、較佳地從0.5至1.5mm2 、及更佳地從0.7至1.2mm2 。
  5. 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件的設備，其中該複數開口包含至少50個開口，且較佳地至少80個開口。
  6. 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件的設備，其中該複數開口係傾斜的，從而透過該複數開口將自該氣體分佈腔室傳送的流體在徑向上向外引離該旋轉夾頭。
  7. 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件的設備，其中該出口板係圓拱形，使得在一晶圓狀物件定位於該旋轉夾頭上時，該出口板的一中心區域係定位成比該出口板的一外周區域距離該晶圓狀物件更遠。
  8. 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件的設備，其中該出口板係由一陶瓷材料形成。
  9. 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件的設備，其中該旋轉夾頭設置於一腔室內。
  10. 如申請專利範圍第8項之用以處理晶圓狀物件的設備，其中該腔室係一封閉腔室。
  11. 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件的設備，其中該旋轉夾頭係一磁性轉子，該設備更包含圍繞該磁性轉子的一磁性定子。
  12. 一種用以處理晶圓狀物件的設備，包含： 一旋轉夾頭，用以將一晶圓狀物件固持於一預定方位中， 一旋轉式噴淋頭，用以在一晶圓狀物件被該旋轉夾頭固持時，供應製程氣體至該晶圓狀物件的一表面，及 一製程氣體饋送件，用以供應製程氣體至一氣體分佈腔室，該氣體分佈腔室係與形成於該噴淋頭中的複數開口流體連通， 其中該旋轉夾頭係一磁性轉子，該設備更包含圍繞該磁性轉子的一磁性定子。
  13. 如申請專利範圍第12項之用以處理晶圓狀物件的設備，其中該旋轉式噴淋頭包含一出口板，該出口板具有形成於該出口板中的排出開口，該出口板係固定至該磁性轉子，且覆蓋該磁性轉子的一中心區域。
  14. 如申請專利範圍第12項之用以處理晶圓狀物件的設備，其中該出口板係圓頂形的，使得在一晶圓狀物件定位於該旋轉夾頭上時，該出口板的一中心區域係定位成比該出口板的一外周區域距離該晶圓狀物件更遠。
  15. 如申請專利範圍第12項之用以處理晶圓狀物件的設備，其中該腔室內包含一頂壁，該頂壁具有定位於該磁性轉子之上的一外周區域、及在該磁性轉子內向下延伸的一中心區域，且其中該頂壁的一內表面及該出口板界定該氣體分佈腔室。
  16. 如申請專利範圍第15項之用以處理晶圓狀物件的設備，其中該頂壁係靜止的。
  17. 如申請專利範圍第12項之用以處理晶圓狀物件的設備，更包含一阻隔氣體饋送件，用以供應阻隔氣體至界定於該磁性轉子之一外周表面與該腔室之一內表面之間的一間隙，該間隙係定位成將製程氣體限制在該氣體分佈腔室內。
  18. 如申請專利範圍第12項之用以處理晶圓狀物件的設備，更包含一氣體注入頭，其係定位於該頂壁中，且穿過該出口板中的一中心開口。
  19. 如申請專利範圍第12項之用以處理晶圓狀物件的設備，其中該旋轉式噴淋頭包含一中心開口，流體可通過該中心開口而被供應至該晶圓狀物件。
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