TW201725075A - 塗鍍裝置 - Google Patents

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洪敏翔
黃騰億
田復仁
吳立仁
吳振名
黃廷輝
莊銘洋
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台灣積體電路製造股份有限公司
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Abstract

本案介紹一塗鍍裝置，此塗鍍裝置包括晶圓座、塗鍍材料源頭、施配頭、排氣系統及襯裡。晶圓座用以支撐晶圓。施配頭用以在晶圓上施配塗鍍材料。排氣系統用以排出過量的塗鍍材料。襯裡至少部分地存在於排氣系統內表面上。襯裡具有對塗鍍材料之耐黏性，及襯裡耐黏性大於排氣系統內表面的耐黏性。

Description

塗鍍裝置
本揭示是關於一種塗鍍裝置。
在半導體處理工業中，藉由旋塗機器而將光阻劑塗佈於半導體晶圓。晶圓置於平面真空晶圓座上及緩慢旋轉，同時，經由接近晶圓中心的噴口而塗佈光阻劑。當晶圓以高速旋轉時，離心力使得光阻劑流向晶圓圓週，從而以平滑均勻的光阻劑塗層覆蓋晶圓表面。過量光阻劑從晶圓邊緣流下，被彙集及處理。
根據本揭示案之一些實施例，塗鍍裝置包括晶圓座、塗鍍材料源頭、施配頭、排氣系統及襯裡。晶圓座用以支撐晶圓。施配頭用以在晶圓上施配塗鍍材料。排氣系統用以排出過量的塗鍍材料。襯裡至少部分地存在於排氣系統之內表面上，其中襯裡具有對塗鍍材料之耐黏性，及襯裡耐黏性大於排氣系統內表面的耐黏性。
100‧‧‧塗鍍裝置
110‧‧‧晶圓座
120‧‧‧源頭
130‧‧‧施配頭
140‧‧‧排氣系統
140a‧‧‧內表面
142‧‧‧杯件
142a‧‧‧開口
142b‧‧‧排放開口
142c‧‧‧內表面
144‧‧‧排氣管
144a‧‧‧內表面
146‧‧‧取樣管
146a‧‧‧內表面
147‧‧‧壓力感測器
148‧‧‧排氣風扇
150‧‧‧襯裡
152‧‧‧第一部分
154‧‧‧第二部分
156‧‧‧第三部分
160‧‧‧施配臂
200‧‧‧塗鍍材料
300‧‧‧晶圓
400‧‧‧彙集槽
500‧‧‧排氣組件
502‧‧‧內表面
600'‧‧‧襯裡
610‧‧‧第一塗料
612‧‧‧第一溶劑
614‧‧‧第一顆粒
616‧‧‧表面
620‧‧‧第二塗料
622‧‧‧第二溶劑
624‧‧‧第二顆粒
本揭示案之態樣最佳在閱讀附圖時根據下文之詳細說明來進行理解。應注意，依據工業中之標準實務，多個特徵並未按比例繪製。實際上，多個特徵之尺寸可任意增大或縮小，以便使論述明晰。
第1圖是根據本揭示案之一些實施例的一塗鍍裝置之橫剖面視圖。
第2A圖至第2E圖是根據本揭示案之一些實施例之一表面處理方法中多個階段的排氣組件橫剖面視圖。
以下揭示內容提供眾多不同的實施例或實例以用於實施本案提供之標的物的不同特徵。下文中描述組件及排列之特定實例以簡化本揭示案。此等組件及排列當然僅為實例，及不意欲進行限制。例如，在下文之描述中，第一特徵在第二特徵上方或之上的形成可包括其中第一特徵與第二特徵以直接接觸方式形成的實施例，及亦可包括其中在第一特徵與第二特徵之間形成額外特徵以使得第一特徵與第二特徵無法直接接觸之實施例。此外，本揭示案在多個實例中可重複元件符號及/或字母。此重複用於實現簡化與明晰之目的，及其自身並不規定所論述之多個實施例及/或配置之間的關係。
此外，本案中可使用諸如「下方(beneath)」、「以下(below)」、「下部(lower)」、「上方(above)」、「上部(upper)」等等之空間相對術語，以便於描述一個元 件或特徵與另一或更多個元件或特徵之關係，如圖式中所圖示。空間相對術語意欲包含在使用或操作中之裝置除圖式中繪示之定向以外的不同定向。設備可經旋轉(旋轉90度或其他定向)，本案中使用之空間相對描述詞同樣可相應地進行解釋。
第1圖是根據本揭示案之一些實施例的塗鍍裝置100之橫剖面視圖。塗鍍裝置100包括晶圓座(chuck)110、塗鍍材料200之源頭120、施配頭130、排氣系統140及襯裡150。晶圓座110用以支撐晶圓300。施配頭130用以在晶圓300上施配塗鍍材料200。排氣系統140用以排出過量的塗鍍材料200。襯裡150至少部分地存在於排氣系統140的內表面140a上。襯裡150對塗鍍材料200具有耐黏性，及襯裡150耐黏性大於排氣系統140之內表面140a的耐黏性。
在本揭示案之一些實施例中，塗鍍材料200可為液態光阻劑、液態聚醯亞胺或其他流體。在本揭示案之一些實施例中，塗鍍材料200可比水具有更大黏性。
在本揭示案之一些實施例中，塗鍍裝置100進一步包括可在晶圓座110上方延伸的施配臂160。施配臂160可包括連接源頭120及施配頭130之管件，以使得塗鍍材料200可從源頭120流經施配臂160到達施配頭130，隨後施配在晶圓300上。
排氣系統140亦可被視作提供多種功能的流體傳輸機構，如彙集過量塗鍍材料200、傳輸過量塗鍍材料200、監控排氣系統140內氣體壓力及監控排出氣體流速。
更詳細而言，在本揭示案之一些實施例中，排氣系統140可包括杯件142、排氣管144、取樣管146、壓力感測器147及排氣風扇148。應注意，針對排氣系統140而言，一或更多個元件是可選擇設置的，如取樣管146、壓力感測器147或排氣風扇148，此等元件不應被視作排氣系統140之限制。
杯件142至少部分地存在於晶圓座110下方。在本揭示案之一些實施例中，杯件142可圍繞晶圓座110及晶圓300。杯件142在其頂部上具有開口142a，及在其底部上具有排放開口142b。開口142a形成於晶圓座110上方，以使得施配頭130可藉由重力經由開口142a而將塗鍍材料200注射在晶圓300上。排放開口142b形成於晶圓座110下方，以使得杯件142中之液體，如過量的塗鍍材料200可流向排放開口142b，並藉由重力(及對吸力作反應)而流出杯件142。
在本揭示案之一些實施例中，排氣管144與排放開口142b形成流體連通。在本揭示案之一些實施例中，排氣管144之一端連接至排放開口142b，及排氣管144之另一端可連接至彙集槽400以用於處理過量的塗鍍材料200。排氣風扇148或另一個吸氣器(未圖示)可與排氣管144連接，及與排氣管144形成流體連通以用於在排氣系統140排 氣入口管處產生吸力。經由此種配置，過量的塗鍍材料200可從杯件142中被抽出，而從排氣系統140中被排出。
在本揭示案之一些實施例中，取樣管146與氣管144形成流體連通。例如，如第1圖所示，取樣管146連接至排氣管144，並且可具有比排氣管144直徑更小的直徑。取樣管146可連接到排氣系統140之壓力感測器147。在本揭示案之一些實施例中，壓力感測器147與取樣管146形成流體連通以量測排氣管144壓力。
在塗覆操作製程中，塗鍍材料200從源頭120發送至施配頭130。晶圓座110在固定碗或杯件142內以高速旋轉晶圓300，通常高達約100至2000rpm。可在藉由施配臂160之操作而將塗鍍材料200經由杯件142之開口142a施配至晶圓300中心上之後或同時旋轉晶圓300。施配在晶圓300中心上之塗鍍材料200在旋轉晶圓300之離心力所產生的表面張力下朝晶圓邊緣向外散佈，以使得塗鍍材料200均勻地塗覆在晶圓300表面上。杯件142接住從旋轉晶圓300排出的過量塗鍍材料200。製程期間產生並由杯件142彙集的過量塗鍍材料200從杯件142中經由排氣管144而排出，此排氣管144可連接至彙集槽400。
在本揭示案之一些實施例中，杯件142由聚(苯基醚)(poly(phenyl ether)；PPE)製成，及排氣管144及取樣管146可由不銹鋼製成。排氣系統140之內表面140a上的水接觸角度(此排氣系統140之內表面140a可包括杯件142之內表面142c、排氣管144之內表面144a及取樣管146 之內表面146a)可小於110度。具體而言，內表面140a上之水接觸角度可處於自約25度至約38度之範圍中。
在缺乏襯裡之情況下，因為塗鍍材料可接觸杯件及管之內表面，因此塗鍍材料可能黏在杯件及管之內表面上。因而，塗鍍材料殘餘物可形成於排氣系統之內表面上。經過較長時間，塗鍍材料殘餘物可阻塞塗鍍裝置之排氣系統。
在本揭示案之一些實施例中，襯裡150存在於排氣系統140之內表面140a上，以用於使內表面140a與塗鍍材料200隔絕。在本揭示案之一些實施例中，襯裡150由疏水材料製成。在本揭示案之一些實施例中，襯裡150由包括氟之材料製成，如氟碳基聚合物。襯裡150可具有一水接觸角度，此水接觸角度大於排氣系統140內表面140a之水接觸角度。例如，襯裡150表面上之水接觸角度可處於自約100度至約120度的範圍中，如從約110度至約115度。由於此種配置，襯裡150之耐黏性大於排氣系統140內表面140a之耐黏性。
在塗覆製程期間，因為塗鍍材料200接觸具有優良耐黏性的襯裡150，而非表面140，因此較不易發生排氣系統140阻塞。此外，在塗覆製程之後，排氣系統140可以清洗液體沖洗排氣系統140，如耐還原消耗(Reducing Resist Consumption；RRC)溶劑。經由襯裡150之存在，排氣系統140與塗鍍材料200殘餘物之間的黏附力變小，因 此塗鍍材料200殘餘物可易於藉由沖洗製程而從襯裡150移除。
現將更詳細地描述襯裡150。襯裡150可包括第一部分152、第二部分154以及第三部分156。第一部分152存在於杯件142內表面142c上且具有一水接觸角度，此水接觸角度大於杯件142之內表面142c之水接觸角度。第二部分154存在於排氣管144內表面144a上且具有一水接觸角度，此水接觸角度大於排氣管144之內表面144a之水接觸角度。第三部分156存在於取樣管146內表面146a上且具有一水接觸角度，此水接觸角度大於取樣管146之內表面146a之水接觸角度。
在本揭示案之一些實施例中，第一部分152、第二部分154以及第三部分156分別地將內表面142c、內表面144a以及內表面146a隔絕於塗鍍材料200。
在本揭示案之一些實施例中，襯裡150可完整覆蓋內表面140a。亦即，第一部分152、第二部分154以及第三部分156分別完整覆蓋內表面142c、內表面144a以及內表面146a。然而，襯裡150配置不應限制本揭示案之範疇。儘管未繪示，但在本揭示案之一些實施例中，襯裡150可部分地覆蓋排氣系統140之內表面140a。例如，第二部分154及第三部分156可分別完整覆蓋內表面144a及內表面146a，但第一部分152部分地覆蓋杯件142之內表面142c。第一部分152覆蓋杯件142側壁且具有一高度，此高度大於晶圓座110之高度。在本揭示案之一些實施例中，第一部分 152之高度可基於杯件142及晶圓座110之尺寸、塗鍍材料200及轉速而設計，以便防止從旋轉晶圓300排出的過量塗鍍材料200濺射杯件142之內表面142c。因此，杯件142之內表面142c可部分地曝露，但免於接觸過量的塗鍍材料200。
在此實施例中，第一部分152、第二部分154以及第三部分156連接，以使得排氣系統140之全部內表面140a免於曝露於或接觸塗鍍材料200。然而，襯裡150之此種配置不應限制本揭示案之範疇。在其他實施例中，儘管本案未圖示，但第一部分152、第二部分154以及第三部分156可連接，排氣系統140可部分地曝露於或接觸塗鍍材料200。換言之，在實際應用中，襯裡150可存在於內表面140a之一部分上。例如，襯裡150可存在於杯件142之內表面142c、排氣管144之內表面144a以及取樣管146之內表面146a中一或兩者上。
在本揭示案之一些實施例中，第一部分152、第二部分154以及第三部分156可由相同或不同的材料製成。可根據塗鍍材料200及排氣系統140之內表面140a之材料選擇第一部分152、第二部分154以及第三部分156之材料，以具有充足的耐黏性。具體而言，襯裡150之第一部分152之耐黏性大於杯件142之內表面142c之耐黏性。襯裡150之第二部分154之耐黏性大於排氣管144之內表面144a之耐黏性。襯裡150之第三部分156之耐黏性大於取樣管146之內表面146a之耐黏性。
而且，儘管第一部分152、第二部分154及第三部分156經繪示具有相同厚度，但實際上，第一部分152、第二部分154及第三部分156可具有不同的厚度。
在本揭示案之一些實施例中，取樣管146及壓力感測器147用於監控及查核阻塞程度。此處，取樣管146在排氣管144中將氣體發送至壓力感測器147，壓力感測器147量測排氣管144中之氣壓。
在正常條件下，排氣系統140(包括至少杯件142及排氣管144)大體上不含有會阻礙廢氣自杯件142經由杯件的排放開口142b及經由排氣管144自由流動的塗鍍材料200之殘餘物或沉積物，排出氣體之壓力大體上處於正常範圍內，舉例而言，如壓力感測器147在排氣管144中測得的排出氣體之壓力。然而，如若排氣管144中排出氣體之測得壓力不在正常範圍中，則此指示排氣管144中之異常情況，例如光阻劑積聚或光阻劑顆粒堆積而部分地或完全地妨礙排氣系統140。隨後，可採取措施以從排氣系統140之內表面140a移除光阻劑、光阻劑顆粒或其他阻塞物。
在理想操作製程中，塗鍍材料200不進入取樣管146。然而，實際上，少量塗鍍材料200仍可能進入取樣管146，例如歸因於毛細管效應。在本揭示案之實施例中，第三部分156安置在取樣管146之內表面146a上，以可輕鬆移除進入取樣管146的少量塗鍍材料200。
在本揭示案之一些實施例中，量測排出氣體流速之流量感測器(未圖示)可與取樣管146連接，以替代用 於監控及查核阻塞程度之壓力感測器147。應注意，本案中所述壓力感測器147或流量感測器(未圖示)不應限制本揭示案之範疇，及多種已知技術可在本案中實施以用於監控阻塞程度。
此外，除監控阻塞程度之配置之外，塗鍍裝置100可具有其他配置，此配置中具有襯裡150之一部分。此項技術之一般技術者將理解，襯裡150亦可配置用於使塗鍍裝置100之此等額外表面隔絕於塗鍍材料200。
第2A圖至第2E圖是根據本揭示案之一些示例性實施例之一排氣組件500在表面處理方法的多個階段的橫剖面視圖。在本揭示案之一些實施例中，排氣組件500用於組裝至塗鍍裝置。
請參看第2A圖，提供排氣組件500。排氣組件500用以處理可流動材料(如第1圖中圖示的過量塗鍍材料200)。例如，排氣組件500可用於彙集或傳輸可流動材料。此處，排氣組件500經繪示為具有內表面502的管件。在本揭示案之一些實施例中，排氣組件500可用作塗鍍裝置100之杯件142、排氣管144及(見第1圖)取樣管146中之一者。
隨後，請參看第2B圖，將第一塗料610至少塗佈在排氣組件500之內表面502上。第一塗料610可包括第一溶劑612及在第一溶劑612中散佈或溶於第一溶劑612的第一顆粒614。例如，第一溶劑612可為離子液體、無水酒精等等。第一個顆粒614可為氟碳基聚合物等等。
有多種方法可用於將第一塗料610塗佈在排氣組件500之內表面502上。根據排氣組件500的大小，在此說明兩種示例性方法。
在排氣組件500較大的情況下(例如排氣組件500之長度、寬度與高度中之至少一者大於約100毫米)，則可實施毛刷塗佈方法。毛刷(未圖示)可首先藉由第一塗料610潤濕，隨後被插入排氣組件500中以用於刷排氣組件500之內表面502。經由此種製程，第一塗料610可刷在排氣組件500之內表面502上。
在排氣組件500較小的情況下(例如排氣組件500之長度、寬度與高度中之一者小於100毫米)，可實施浸沒方法。可用第一塗料610充填碗(未圖示)至一位準，此位準大於排氣組件500之高度，將排氣組件500放入碗中及浸沒在第一塗料610中。由於內表面502上第一塗料610之表面張力，當從碗中取出排氣組件500時，第一塗料610可黏附至排氣組件500之內表面502。經由此種製程，第一塗料610之層可保留在排氣組件500的內表面502上。
應注意，本案展示方法不應限制本揭示案之範疇，及其他方法可用於將第一塗料610塗佈到內表面502上。
接著，請參看第圖2C，移除第一塗料610中之第一溶劑612(見第2B圖)以形成襯裡600’。在本揭示案之一些實施例中，有多種方法用於移除第一塗料610中之第一溶劑612(見第2B圖)。在一實例中，排氣組件500中之第一溶劑612(見第2B圖)可在室溫下風乾。在另一實例中， 排氣組件500可在爐子中在預定溫度範圍下被烘烤，如從約80℃到約150℃。因而，第一溶劑612可從第一塗料610(見第2B圖)中蒸發，襯裡600’形成在排氣組件500之內表面502上。其他乾燥方法亦可借由移除第一塗料610中之第一溶劑612而使用。
在本揭示案之一些實施例中，選擇第一塗料610之材料(見第2B圖)以使得利用此材料獲得的襯裡600'具有疏水性。例如，選擇第一塗料610的材料(見第2B圖)以使得襯裡600’表面上之水接觸角度可處於自約100至約120度的範圍中，如自約110度至約115度。
至此，可獲得具有襯裡600'的排氣組件500。襯裡600'之厚度可取決於第一塗料610(見第2B圖)與排氣組件500內表面502之間的表面張力。有時，此厚度實際應用而言可能略為過薄，從而產生一些問題，例如剝脫。為了增大襯裡600'的厚度，可執行第2D圖與第2E圖中之製程。
請參看第2D圖，第二塗料620被塗佈在排氣組件500內表面(襯裡600'之表面616)上。第二塗料620可包括第二溶劑622，及散佈或溶於第二溶劑622中之第二顆粒624。例如，第二溶劑622可為離子液體、無水酒精等等。第二顆粒624可為氟碳基聚合物等等。因此，第二塗料620之材料及組成可等同於或不同於第一塗料610之材料及組成(見第2B圖)。
在第一塗料610之情況下(見第2B圖)，毛刷塗覆或浸沒方法可用於在內表面502上塗佈第二塗料620。 有關細節類似於第一塗料610之細節(見第2B圖)，因此將不重複。
接著，請參見第2E圖，第二塗料620中之第二溶劑622(見第2D圖)被移除以使襯裡600'變厚。如針對第一塗料610所述(見第2B圖)，用於移除第二塗料620中之第二溶劑622(見第2D圖)的方法可包括風乾或爐子烘烤。有關細節類似於第一塗料610之細節(見第2B圖)，因此將不重複。
因而，襯裡600'包括兩層而變得更厚。儘管本案中僅描述兩層襯裡600'之形成，此種配置不應限制本揭示案之範疇。在本揭示案之一些實施例中，襯裡600'可包括兩層以上，且可重複數次塗佈、塗覆及烘乾塗層之步驟。另一方面，在本揭示案之一些實施例中，第2D圖及第2E圖中圖示的步驟可省略，及排氣組件500可塗有僅單層襯裡600'。
在襯裡600'形成之後，排氣組件500組裝在塗鍍裝置(見第1圖)上。經由此種配置，當可流動液體流經排氣組件500時，襯裡600'可隔絕可流動液體，使其不接觸排氣組件500之內表面502，進而減少阻塞問題。
前述內容概括數個實施例之特徵，以便彼等熟習此項技術者可更佳地理解本揭示案之態樣。彼等熟習此項技術者應瞭解，本揭示案可易於用作設計或修正其他製程及結構之基礎，以實現與本案介紹之實施例相同的目的及/或達到與其相同的優勢。彼等熟習此項技術者亦應瞭解，此種同等構造不脫離本揭示案之精神及範疇，及可在不脫離本揭 示案精神及範疇之情況下在本案中進行多種變更、取代及更動。
100‧‧‧塗鍍裝置
110‧‧‧晶圓座
120‧‧‧源頭
130‧‧‧施配頭
140‧‧‧排氣系統
140a‧‧‧內表面
142‧‧‧杯件
142a‧‧‧開口
142b‧‧‧排放開口
142c‧‧‧內表面
144‧‧‧排氣管
144a‧‧‧內表面
146‧‧‧取樣管
146a‧‧‧內表面
147‧‧‧壓力感測器
148‧‧‧排氣風扇
150‧‧‧襯裡
152‧‧‧第一部分
154‧‧‧第二部分
156‧‧‧第三部分
160‧‧‧施配臂
200‧‧‧塗鍍材料
300‧‧‧晶圓
400‧‧‧彙集槽

Claims (1)

  1. 一種塗鍍裝置，包含：一晶圓座，用以支撐一晶圓；一塗鍍材料之一源頭；一施配頭，用以在該晶圓上施配該塗鍍材料；一排氣系統，用以排出該過量的塗鍍材料；及一襯裡，至少部分地存在於該排氣系統之一內表面上，其中該襯裡具有對該塗鍍材料之一耐黏性，及該襯裡耐黏性大於該排氣系統之該內表面的一耐黏性。
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