TW202226415A - 具有改良乾燥特徵之旋轉清洗乾燥機 - Google Patents

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崔弗 湯瑪斯
馬汀 艾瑞斯
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Abstract

根據本發明，提供一種用於處理一基板之旋轉清洗乾燥機，該旋轉清洗乾燥機具有：一殼體；一可轉動支撐件，其用於支撐該基板；一可轉動部件，其在該可轉動支撐件上方位於該殼體內，該可轉動部件具有一連續下部表面；及一驅動器，其用於轉動該可轉動部件。 在晶圓之清潔期間，自該晶圓上濺起之液體將撞擊該可轉動部件而非該殼體之上部壁，且可在該可轉動部件上形成液滴。在清潔液體之流動已停止之後，該驅動器可使該可轉動部件以高速度轉動，此傾向於經由離心力將該等液體液滴自該可轉動部件甩掉。然後，該液體沿該殼體之壁流下，遠離該晶圓，使得存在大大降低該經清潔晶圓受污染之一機會。 該可轉動部件與該可轉動支撐件可整體地形成且一起轉動。另一選擇係，該可轉動部件及該可轉動支撐件可係單獨部件。

Description

具有改良乾燥特徵之旋轉清洗乾燥機
本發明涉及一種旋轉清洗乾燥機，且更特定而言涉及一種具備用以減少不必要污染之機會之構件的旋轉清洗乾燥機。
旋轉清洗乾燥機(SRD)通常用於半導體工業及相關工業中以清潔基板。該等SRD可用作獨立單元或可整合至包含用於執行其他功能之額外系統(舉例而言，濕式蝕刻系統、光阻劑系統或電化學沈積系統)之一較大系統中。
SRD之一常見功能係清潔並乾燥(通常圓形的)工件或(尤其在半導體工業中)晶圓基板。在一清潔步驟期間，在晶圓於一水平平面中以一相對低速度(通常50 rpm至200 rpm)轉動的同時，將一清潔流體(通常一水性溶液)噴射於該晶圓處。通常，此發生在一室或殼體內，此防止液體噴霧逸出且確保晶圓保持在一受控制環境中。通常用一惰性氣體(諸如N 2)自晶圓上方吹掃處理體積，以幫助流體在室內流動。一旦清潔流體已自晶圓移除污染物，便使流體流動停止，且使晶圓在靜止下來準備好取回並向前移動至進一步程序步驟之前以高速度(高達大約2000 rpm至2500 rpm)旋轉以促進晶圓乾燥。
在某些關鍵程序步驟中，諸如在返回至一匣或前開式晶圓盒(FOUP)之前的一最終清潔中，必不可少的係，此「沖洗及乾燥」程序不僅充分清潔晶圓，而且使晶圓在自SRD室取回時完全乾燥。在晶圓表面上存在之水性液滴可導致基板上之裝置損壞；舉例而言，若被清潔之層係諸如銅之一金屬，則一水性液滴可導致基板之表面之腐蝕或過度氧化。此係不合意的，此乃因其可導致良率損失。
將若干程序步驟整合至一單個自動化系統中存在若干益處，諸如成本、生產率及良率。在一電化學沈積系統之情形中，一程序序列可涉及一預清潔步驟，後續接著若干金屬沈積步驟，以及在返回至晶圓匣或FOUP之前的數個沈積後晶圓清潔步驟。
當(舉例而言)凸塊金屬化需要相對厚(數微米)金屬沈積步驟時，需要相對大量之模組(超過十個沈積站)以使生產系統具成本效益。在半導體資本裝備之內容脈絡中最小化佔用面積係重要的，此乃因潔淨室空間係昂貴的且因此一工具之佔用面積係總體工具擁有成本之一關鍵貢獻者。此已產生垂直地「堆疊」程序模組之方法以改良生產率，同時最小化潔淨室佔用面積。舉例而言，US 9421617展示(在該文件之圖2中)其中一個SRD模組配置於一第二SRD模組上方之一配置。
圖1a及圖1b展示與US 6497241中所展示之類型類似的一習用碗型SRD之示意性表示。在圖1a中，室1之頂部係敞開的，使得可自上方將晶圓3插入至室1中及自該室移除。在圖1b中，室1具有一平坦蓋7以提供一殼體。可經由側壁中之一狹縫將晶圓3插入至室1中及自該室移除；另一選擇係，可移除蓋7，使得可以與圖1a中所展示之配置類似之一方式對晶圓3進行插入及移除。
室1通常由一聚合物材料(諸如高密度聚乙烯(HDPE)、聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基烷烴(PFA)、聚氯乙烯(PVC)等等)製成。材料之選擇將在很大程度上取決於用於處理晶圓之清潔流體之性質。某些清潔流體與習用聚合物材料不相容，且若使用此等流體，則可使用不銹鋼或另一金屬來製作該室。
該室具有一轉子總成2，該轉子總成保持晶圓3且可經控制而以高達大約3000 rpm之速度轉動。一噴射噴嘴或一系列噴射噴嘴4a位於晶圓3之平面上方且指向該晶圓之前表面處。類似地，一噴射噴嘴或一系列噴射噴嘴4b位於晶圓3之平面下方且指向該晶圓之後表面處。
來自噴嘴4a、4b之流體撞擊晶圓3，如同在一離心機中一樣被甩離晶圓3以衝擊室1之側壁，且自室1之基座處之一排放埠(未展示)移除。在沖洗步驟之後，可將一惰性吹掃氣體(諸如N 2)引導於晶圓3處以幫助使該晶圓乾燥。然而，在已將晶圓3乾燥之後，某些流體可保持在室1之壁上，且在圖1b之配置中，有可能使液滴6形成於室蓋7上之下部表面上。此等液滴可在晶圓3自室1移除期間落在晶圓3上，且污染晶圓3。
顯然，此問題不會出現在圖1a之配置中，此乃因不存在上面可形成液滴之蓋。然而，圖1a之配置與一低輪廓SRD模組設計不相容；若垂直地堆疊如圖1a中所展示之若干SRD，則將需要在模組之間存在一較大間隙以避免液滴形成於上部模組之下部表面上。
已提出替代方法來處理在蓋之下部表面上形成液滴之問題。舉例而言，US 9421617 (上文所提及)展示其中蓋10形成為一圓錐形(在圖2a中示意性地展示)之配置，使得液滴將傾向於向下及徑向向外流動，遠離晶圓。此效應可藉由將蓋之下部表面形成為一疏水表面而增加。圖2b展示其中蓋12形成為一圓頂之一配置，該圓頂再次可具有一疏水下部表面。用於吹掃氣體之一噴嘴可設置於圓頂12之頂部處以沿著圓頂12之內表面引導惰性吹掃氣體(諸如N 2)來將液滴徑向向外並遠離晶圓推動。
然而，此等配置兩者需要晶圓上方之相當大之垂直空間，且因此其並不很好地適合於高密度垂直室堆疊。
因此，本發明之一目標係提供一種在清潔及乾燥之後具有污染晶圓之一經降低風險的能夠進行高密度垂直堆疊之一低輪廓旋轉清洗乾燥機。
根據本發明之一第一態樣，提供一種用於處理一基板之旋轉清洗乾燥機，該旋轉清洗乾燥機包含：一殼體；一可轉動支撐件，其用於支撐該基板；一可轉動部件，其在該可轉動支撐件上方位於該殼體內，該可轉動部件具有一連續下部表面；及一驅動器，其用於轉動該可轉動部件。
在晶圓之清潔期間，自該晶圓上濺起之任何液體將撞擊該可轉動部件之該下部表面而非該殼體之上部壁，且可在該可轉動部件上形成液滴。在清潔液體之流動已停止之後，該驅動器可使該可轉動部件以高速度轉動，此傾向於經由離心力將液體液滴自該可轉動部件之該下部表面甩掉。然後，該液體沿該殼體之壁流下，遠離該晶圓，使得存在大大降低該經清潔晶圓受污染之一機會。
本發明之一優點係可將該旋轉清洗乾燥機提供為一低輪廓旋轉清洗乾燥機。本發明之一低輪廓旋轉清洗乾燥機可具有300 mm或更小之垂直高度。此尤其適合於其中模組垂直堆疊之應用。
當一基板由該可轉動支撐件支撐時，該可轉動部件之該下部表面可被配置成實質上平行於該基板之一上部表面。
該可轉動支撐件可連接至該可轉動部件，使得該可轉動支撐件與該可轉動部件一起轉動。若干臂可自該可轉動部件向下延伸，且一尖齒可自每一臂之下部端徑向向內延伸，該等尖齒充當該可轉動支撐件。可存在三個沿圓周等距間隔開的臂。
該驅動器可位於該殼體旁邊，且可連接至該可轉動部件及該可轉動支撐件，以便驅動該可轉動部件及該可轉動支撐件進行轉動。
該可轉動支撐件與該可轉動部件可彼此不連接，且可單獨地轉動。該可轉動支撐件及該可轉動部件可經配置以圍繞一共同軸線轉動。一單個驅動器可位於該殼體旁邊，且可連接至該可轉動部件及該可轉動支撐件兩者，以便驅動該可轉動部件及該可轉動支撐件進行轉動。該驅動器可經由一伸縮軸件連接至該可轉動部件及該可轉動支撐件。在另一配置中，兩個驅動器可位於該殼體旁邊；該驅動器中之一第一驅動器可連接至該可轉動部件以便驅動該可轉動部件進行轉動，且該驅動器中之一第二驅動器可連接至該可轉動支撐件以便驅動該可轉動支撐件進行轉動。
該殼體及該可轉動部件兩者在平面圖中可係圓形的。該可轉動部件之直徑可略微小於該殼體之內徑。該可轉動部件之該直徑可大於待處理之該基板之直徑。
該可轉動部件可由諸如聚碳酸酯之一疏水材料形成。
該可部件可形成為一單個零件。
該可轉動部件可形成有諸如肋狀部之加強特徵。
該旋轉清洗乾燥機可具備噴嘴，該等噴嘴位於該可轉動支撐件上方及下方以用於將液體朝向位於該可轉動支撐件上之一基板引導。
該旋轉清洗乾燥機可能夠在低於大氣壓力之壓力下操作。
該旋轉清洗乾燥機可具有小於大約300 mm之一垂直高度。
本發明還擴展至一種用於處理一基板之設備，該設備包括一基板處理模組堆疊，其中該模組中之至少一者係如上文所闡述之一旋轉清洗乾燥機。
根據本發明之另一態樣，提供一種處理一基板之方法，該方法包括：在一殼體中在一可轉動部件下方將一基板支撐於一可轉動支撐件上；將液體自該可轉動支撐件上方及下方之噴嘴引導於該基板處以沖洗該基板；轉動該可轉動支撐件以自該基板移除液體；轉動該可轉動部件以自該可轉動部件移除液體；及自該殼體移除該基板。
該基板可係一半導體基板，諸如一半導體晶圓。
儘管上文已闡述本發明，但其擴展至上文或者在以下闡述、圖式或申請專利範圍中所陳述之特徵之任何組合。舉例而言，關於本發明之一個態樣所揭示之任何特徵可與關於本發明之任何其他態樣所揭示之任何特徵組合。
圖3展示本發明之一第一實施例。圖3之旋轉清洗乾燥機包含由一主體21及一蓋22形成之一殼體，該旋轉清洗乾燥機具有用於晶圓29之一可轉動支撐件23。可轉動部件27位於晶圓29上方及殼體之蓋22下方，該可轉動部件呈具有一連續下部表面之一圓盤之形式。在清潔期間自晶圓29上濺起之任何液體將撞擊可轉動部件27之下部表面而非殼體之蓋22，因此液滴將形成於可轉動部件27上而非蓋22上。然後，可轉動部件27可經轉動以經由離心力而自下部表面移除液滴。
在圖3中所展示之特定版本中，用於晶圓29之可轉動支撐件23與可轉動部件27整體地形成。三個沿圓周等距間隔開的臂自可轉動部件27向下延伸，且晶圓29支撐於自臂之下部端徑向向內延伸之三個尖齒上。可轉動部件27以及因此臂及尖齒藉由一中心軸件25而轉動，該中心軸件垂直地延伸穿過殼體之蓋22。中心軸件25藉助於位於室之一側之一馬達28而被提供動力以進行轉動，其中馬達28之軸件垂直地延伸且藉由一帶驅動器26連接至中心軸件25。在殼體旁邊配置驅動構件降低了旋轉清洗乾燥機之整體高度。
在晶圓清潔期間，在清潔流體自噴嘴24a及24b噴射的同時，可轉動部件27及用於晶圓29之可轉動支撐件23進行轉動(通常以50 rpm至200 rpm)。室之所有內部表面將被分散之噴霧潤濕，且此具有形成可落至晶圓29上之懸垂液體液滴(類似於圖1b中所展示之懸垂液體液滴)之可能性。
一旦晶圓29已被沖洗，便關斷流體供應且晶圓29經由以高速度(通常2000 rpm至2500 rpm)轉動而乾燥。亦可使用一惰性乾燥吹掃氣體，諸如氮氣。在此高速度轉動期間，不僅使晶圓29乾燥(藉由將水遠離晶圓29而徑向移動之離心力)，而且使直接位於晶圓29上方之可轉動部件27乾燥。形成於可轉動部件27上之液滴將藉由離心力而被甩掉。當轉動結束時，在晶圓29上方不應存在液滴，且因此不應存在液體滴落至晶圓29上之風險。此外，此係在一低輪廓封裝(即，具有最小垂直高度)中達成。
通常，可轉動部件27具有比晶圓29大之一直徑；舉例而言，若晶圓29具有300 mm之一直徑，則可轉動部件27將具有320 mm之一直徑。此外，可轉動部件27應儘可能接近於室壁而延伸，且較佳地延伸至室壁之至多10 mm之內。此進一步減少了液體自室之蓋22之下部表面滴落至晶圓29上之風險。用於流體之排水通道可位於室壁附近。另外，可轉動部件27之頂部應定位成接近於室之蓋22之下部表面(以減少來自噴嘴之噴霧撞擊室之蓋22之下部表面之風險)，且較佳地定位於室之蓋22之下部表面之3 mm之內。
圖4展示一低輪廓旋轉清洗乾燥機，其中室打開以允許裝載或卸載一晶圓。在此情形中，室之下部部分31遠離固定之上部部分32移動，但室之下部部分31固定且室之上部部分32移動亦係可能的。此打開及關閉移動可使用電動馬達或者氣動或液壓活塞來達成。
當室打開時，可將晶圓39插入至可轉動支撐件33中或自該可轉動支撐件移除。固持臂之間的內徑必須大於晶圓39之直徑以允許將晶圓39放置至室中且放置至可轉動支撐件33上。此外，若需要凹口對準，則在晶圓裝載或卸載可能發生之前，需要將晶圓39在可轉動支撐件33中之位置轉動地對準。此藉由一中心提升柱40而達成，該中心提升柱將晶圓39自可轉動支撐件33提升且使得能夠在卸載步驟之前將晶圓39上之凹口或平面對準至可轉動支撐件上之所界定定向。
圖4中之室之特定版本在被打開時具有大約215 mm之一最大高度；此允許室以大約225 mm之一間距進行堆疊，從而產生一高效空間使用。
本發明並不限於圖3中所展示之特定驅動配置。圖5a展示其中可轉動支撐件53及可轉動部件54係經配置以圍繞一共同軸線轉動之單獨主體之一變體。用於晶圓之可轉動支撐件53自下方支撐晶圓，此可簡化裝載及卸載晶圓之程序。可轉動支撐件53及可轉動部件54由一單個馬達51驅動，且經由一伸縮聯軸器52連接至該單個馬達(伸縮態樣係必要的，以允許室之上部部分與下部部分移動成彼此遠離以打開該室)。圖5b展示其中針對再次經配置以圍繞一共同軸線轉動之可轉動支撐件63及可轉動部件64而提供單獨馬達61、62之一替代版本。與圖3中所展示之實施例一樣，將一個或若干馬達61、62配置至室之側面，以將整體高度保持為儘可能低的。
藉由將可轉動支撐件及可轉動部件形成為兩個不同實體，此可能減小轉子總成之整體大小，此又可產生具有一較小直徑之一室。圖5a及圖5b中所展示之配置亦可允許針對清潔及乾燥晶圓之更大程序靈活性，此乃因該等配置兩者允許可轉動支撐件及可轉動部件兩者以不同速度進行轉動。此外，圖5b中所展示之配置允許可轉動支撐件與可轉動部件彼此獨立地旋轉。
當利用兩個驅動總成操作時，可轉動部件將通常具有小於晶圓之最大速度(小於或等於大約1000 rpm)的一最大速度，此乃因該可轉動部件不含有需要被乾燥之表面形態，且僅需要移除較大液體液滴。若程序使用一去離子水清潔，則可轉動部件可由一疏水塑料材料(諸如聚碳酸酯)製成，但材料之選擇當然將取決於與程序化學之相容性。
可轉動部件將通常被機器加工或模製成一單個零件，以確保機械穩健性。此外，可轉動部件可形成有自中心向外輻射以增加其剛度之肋狀部或類似加強特徵。
圖3、圖5a及圖5b僅展示有限數目之潤濕噴嘴。實際上，一旋轉清洗乾燥機將以能夠接達晶圓之上部表面及下部表面(前面及後面)兩者之數個潤濕噴嘴為特徵。取決於程序要求，可使用噴嘴之不同流動速率、驅動壓力及噴霧形狀。噴霧形狀之常見選項係扇形及實心錐形。典型噴嘴流動速率係在35 psi (大約240 kPa)下1升/分鐘，且因此使用四個流體噴嘴之一旋轉清洗乾燥機將以4升/分鐘運行。
可在晶圓遞送期間將室密封，此可允許在低於大氣壓之壓力(通常10托至100托(大約133 Pa至1330 Pa))下處理晶圓。
儘管僅闡述了本發明之特定實施例，但熟習此項技術者將瞭解，本發明不限於此等實施例，且可在所附申請專利範圍之範疇內進行變更。
1:室 2:轉子總成 3:晶圓 4a:噴嘴/噴射噴嘴 4b:噴嘴/噴射噴嘴 6:液滴 7:蓋/室蓋/平坦蓋 10:蓋 12:蓋/圓頂 21:主體 22:蓋 23:可轉動支撐件 24a:噴嘴 24b:噴嘴 25:中心軸 26:帶驅動器 27:可轉動部件 28:馬達 29:晶圓 31:下部部分 32:上部部分 33:可轉動支撐件 39:晶圓 40:中心提升柱 51:馬達 52:伸縮聯軸器 53:可轉動支撐件 54:可轉動部件 61:馬達 62:馬達 63:可轉動支撐件 64:可轉動部件
現將僅藉由實例方式且參考附圖闡述本發明之較佳實施例，在附圖中： 圖1a及圖1b係先前技術旋轉清洗乾燥機之示意圖； 圖2a及圖2b係包含旨在減少對一經清潔晶圓之污染的構件之先前技術旋轉清洗乾燥機之示意圖； 圖3係根據本發明之一旋轉清洗乾燥機之一第一實施例之一示意性剖視圖； 圖4係根據本發明之一旋轉清洗乾燥機之一側視圖；且 圖5a及圖5b係類似於圖3之示意性剖視圖，該等圖示意性剖視圖展示替代驅動構件。
21:主體
22:蓋
23:可轉動支撐件
24a:噴嘴
24b:噴嘴
25:中心軸
26:帶驅動器
27:可轉動部件
28:馬達
29:晶圓

Claims (22)

  1. 一種用於處理一基板之旋轉清洗乾燥機，該旋轉清洗乾燥機包含： 一殼體； 一可轉動支撐件，其用於支撐該基板； 一可轉動部件，其在該可轉動支撐件上方位於該殼體內，該可轉動部件具有一連續下部表面；及 一驅動器，其用於轉動該可轉動部件。
  2. 如請求項1之旋轉清洗乾燥機，其中當一基板由該可轉動支撐件支撐時，該可轉動部件之該下部表面被配置成實質上平行於該基板之一上部表面。
  3. 如請求項1或請求項2之旋轉清洗乾燥機，其中該可轉動支撐件連接至該可轉動部件，使得該可轉動支撐件與該可轉動部件一起轉動。
  4. 如請求項3之旋轉清洗乾燥機，其中若干臂自該可轉動部件向下延伸，且一尖齒自每一臂之下部端徑向向內延伸，該等尖齒充當該可轉動支撐件。
  5. 如請求項4之旋轉清洗乾燥機，其中存在三個沿圓周等距間隔開的臂。
  6. 如請求項3之旋轉清洗乾燥機，其中該驅動器位於該殼體旁邊，且連接至該可轉動部件及該可轉動支撐件，以便驅動該可轉動部件及該可轉動支撐件進行轉動。
  7. 如請求項1之旋轉清洗乾燥機，其中該可轉動支撐件與該可轉動部件彼此不連接，且單獨地轉動。
  8. 如請求項7之旋轉清洗乾燥機，其中該可轉動支撐件及該可轉動部件經配置以圍繞一共同軸線轉動。
  9. 如請求項7或請求項8之旋轉清洗乾燥機，其中一單個驅動器位於該殼體旁邊，且連接至該可轉動部件及該可轉動支撐件兩者，以便驅動該可轉動部件及該可轉動支撐件進行轉動。
  10. 如請求項9之旋轉清洗乾燥機，其中該驅動器經由一伸縮軸件連接至該可轉動部件及該可轉動支撐件。
  11. 如請求項7或請求項8之旋轉清洗乾燥機，其中兩個驅動器位於該殼體旁邊，該等驅動器中之一第一驅動器連接至該可轉動部件以便驅動該可轉動部件進行轉動，且該等驅動器中之一第二驅動器連接至該可轉動支撐件以便驅動該可轉動支撐件進行轉動。
  12. 如請求項1、2、7或8之旋轉清洗乾燥機，其中該殼體及該可轉動部件兩者在平面圖中係圓形的。
  13. 如請求項12之旋轉清洗乾燥機，其中該可轉動部件之直徑略微小於該殼體之內徑。
  14. 如請求項12之旋轉清洗乾燥機，其中該可轉動部件之該直徑大於待處理之該基板之直徑。
  15. 如請求項1、2、7或8之旋轉清洗乾燥機，其中該可轉動部件由諸如聚碳酸酯之一疏水材料形成。
  16. 如請求項1、2、7或8之旋轉清洗乾燥機，其中該可轉動部件形成為一單個零件。
  17. 如請求項1、2、7或8之旋轉清洗乾燥機，其中該可轉動部件形成有諸如肋狀部之加強特徵。
  18. 如請求項1、2、7或8之旋轉清洗乾燥機，其具備噴嘴，該等噴嘴位於該可轉動支撐件上方及下方以用於將液體朝向位於該可轉動支撐件上之一基板引導。
  19. 如請求項1、2、7或8之旋轉清洗乾燥機，其中該旋轉清洗乾燥機能夠在低於大氣壓力之壓力下操作。
  20. 如請求項1、2、7或8之旋轉清洗乾燥機，其中該旋轉清洗乾燥機之垂直高度小於大約300 mm。
  21. 一種用於處理一基板之設備，該設備包括一基板處理模組堆疊，其中該等模組中之至少一者係如請求項1至20中任一項之旋轉清洗乾燥機。
  22. 一種處理一基板之方法，該方法包括： 在一殼體中在一可轉動部件下方將一基板支撐於一可轉動支撐件上； 將液體自該可轉動支撐件上方及下方之噴嘴引導至該基板以沖洗該基板； 轉動該可轉動支撐件以自該基板移除液體； 轉動該可轉動部件以自該可轉動部件移除液體；及 自該殼體移除該基板。
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