TW202303880A - 光增強臭氧晶圓處理系統和使用方法 - Google Patents

光增強臭氧晶圓處理系統和使用方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種本文中所揭示之光增強晶圓處理系統，其包括：可旋轉夾具，其配置以支撐及選擇性地旋轉至少一個晶圓；至少一個分配器本體，其配置以選擇性地將至少一種光分解材料流動至該晶圓之一表面上；及至少一個光學輻射源，其可配置以將光學輻射提供至該晶圓之至少一部分，該晶圓具有施加至其上之光分解材料，其中該光學輻射配置以使得形成與施加至該晶圓之至少一種材料具有增強之反應性的光學誘導之自由基。

Description

光增強臭氧晶圓處理系統和使用方法
本發明相關於光增強臭氧晶圓處理系統和使用方法。 相關申請案之交叉參考
本專利申請案主張於2021年6月3日申請之標題為「光增強臭氧晶圓處理系統及使用方法（Light-Enhanced Ozone Wafer Processing System and Method of Use）」的美國臨時專利申請案第63/196,472號之優先權，該美國臨時專利申請案之全部內容以引用之方式併入本文中。
在半導體製造製程期間，多層光阻及其他材料可以所要圖案依序施加至基板。其後，可將經塗佈之基板曝露於特定波長下之光，藉此導致圖案轉印至基板。步驟之序列可重複多次以建立所要圖案化電路之多個層。其後，必須自晶圓移除光阻以顯露形成於晶圓上之所要圖案。
當前，一旦圖案形成於晶圓上，光阻移除製程通常使用硫酸及過氧化氫（下文稱作SPM）以移除光阻。舉例而言，圖1展示半導體製造中所用之典型光阻移除製程的實例。如所展示，先前技術光阻移除製程1包括以下步驟：將待處理之晶圓裝載至旋轉晶圓夾具上且使其上定位有晶圓之夾具旋轉（參考編號3）。其後，起始SPM之流動，藉此塗佈晶圓之經光阻塗佈之表面（參考編號5）。將光阻重複施加至晶圓及額外處理形成晶圓表面之所要圖案。其後，可使用例如氧化製程自晶圓表面移除光阻（參考編號7），且中斷SPM之流動（參考編號9）。其後，將SPM重複施加至旋轉晶圓且用超純水（ultrapure water；UPW）重複沖洗使得移除殘餘材料（參考編號11）。另外，在自晶圓夾具移除經處理晶圓（參考編號15）之前，可乾燥或准許乾燥晶圓（參考編號13）。
雖然本發明之基於SPM之光阻製程已證實在某種程度上適用，但已識別出數個缺點。舉例而言，基於SPM之處理由於儲存、加熱及有限化學壽命而成本較高。此外，黏性SPM可能難以自晶圓之表面完全移除且需要大量沖洗。此外，晶圓表面上之吸濕硫殘餘物可吸收水分，藉此在表面上產生微粒缺陷。另外，植入光阻可在離子轟擊期間在晶圓之表面上形成或輔助形成去氫化之硬外皮。去氫化之硬外皮之高效移除已成問題。
鑒於前述內容，存在對有效且高效地在處理期間自晶圓表面移除光阻之替代方法的持續需求。
本申請案揭示光增強晶圓處理系統之各種具體實例。更具體言之，本文中所揭示之光增強晶圓處理系統使得能夠自晶圓或其他基板之表面快速且高效地移除一或多種材料。雖然本文中所描述之系統可配置以用於在晶圓處理期間自半導體晶圓移除光阻，但該系統可用於自晶圓或類似基板移除任何多種材料。在一個具體實例中，光增強晶圓處理系統利用至少一種光分解材料，其在用光學輻射以選定波長及功率照射時使得在經處理之晶圓之表面上形成高度反應性自由基。所產生之自由基可用以自經處理之晶圓之表面快速且高效地剝離或以其他方式選擇性地移除諸如光阻或其他材料之材料。
在一個具體實例中，本文中所揭示之光增強晶圓處理系統包括處理本體，該處理本體具有配置以支撐及選擇性地旋轉至少一個晶圓之可旋轉夾具。與至少一種光分解材料之至少一個源連通的至少一個處理頭可接近於定位於可旋轉夾具上之晶圓而定位。處理頭可配置以選擇性地將光分解材料流動至晶圓之表面上。其後，至少一個光學輻射源可配置以將光學輻射提供至晶圓之至少一部分，該晶圓具有施加至其上之光分解材料。光學輻射配置以使得形成與施加至晶圓之至少一種材料具有增強之反應性的光學誘導之自由基。
在另一具體實例中，本申請案揭示一種光增強晶圓處理系統，其包括處理本體，該處理本體具有配置以支撐及選擇性地旋轉至少一個晶圓之可旋轉夾具。至少一個處理頭可接近於由可旋轉夾具支撐之晶圓而定位。處理頭可包括至少一個分配器本體，其與至少一種光分解材料之至少一個源連通。分配器本體可配置以選擇性地將至少一種光分解材料流動至晶圓之表面上。至少一個光學輻射源可配置以將光學輻射提供至晶圓之至少一部分，該晶圓具有施加至其上之光分解材料。在使用期間，光學輻射配置以使得形成與施加至晶圓之至少一種材料具有增強之反應性的光學誘導之自由基。
在又一具體實例中，本申請案係關於一種光增強晶圓處理系統。更具體言之，本文中所揭示之光增強晶圓處理系統包括可旋轉夾具，該可旋轉夾具配置以支撐及選擇性地旋轉至少一個晶圓。至少一個分配器本體可配置以選擇性地將至少一種光分解材料流動至晶圓之表面上。另外，至少一個光學輻射源可配置以將光學輻射提供至晶圓之至少一部分，該晶圓具有施加至其上之光分解材料，其中光學輻射配置以使得形成與施加至晶圓之至少一種材料具有增強之反應性的光學誘導之自由基。
如本文中所描述之光增強晶圓處理系統的其他特徵及優點將自以下詳細描述的考量而變得更顯而易見。
以下參看隨附圖式描述例示性具體實例。除非另外明確地陳述，否則在圖式中，組件、特徵、元件等之大小、位置等以及其間的任何距離未必依據比例，且可出於明晰之目的而不對稱及/或放大。
本文中所使用之術語僅出於描述特定實例具體實例之目的，並且並不意欲為限制性的。如本文中所使用，除非上下文另外明確地指示，否則單數形式「一（a/an）」及「該」意欲亦包括複數形式。應認識到，術語「包含（comprises及/或comprising）」在用於本說明書中時指定所陳述之特徵、整體、步驟、操作、元件及/或組件之存在，但並不排除一或多個其他特徵、整體、步驟、操作、元件、組件及/或其群組之存在或添加。除非另外指定，否則在敍述值範圍時，值範圍包括該範圍之上限及下限兩者以及在其間的任何子範圍。除非另外指示，否則諸如「第一」、「第二」等術語僅用於區別一個元件與另一元件。舉例而言，一個節點可稱為「第一鏡面」，且類似地，另一節點可稱為「第二鏡面」，或反之亦然。
除非另外指示，否則術語「約」、「大約」等意謂量、大小、配方、參數及其他量及特性並非且不必為精確的，而視需要可為大致的及/或更大或更小，從而反映容限、轉換因素、捨入、量測誤差及其類似者，以及所屬領域中具通常知識者已知之其他因素。
以下描述中所描述之許多具體實例共用共同組件、裝置及/或元件。相似命名之組件及元件通篇指代相似命名之元件。舉例而言，以下詳細描述中所描述之所有具體實例揭示將臭氧化去離子水用作光分解材料以自基板移除非所要材料。當然，所屬領域中具通常知識者應瞭解，呈任何流體或固體形式之任何多種材料可用於自基板移除材料。舉例而言，可使用氣態臭氧。此外，本文中所揭示之各種具體實例尤其論述自半導體基板移除光阻。然而，應瞭解，可使用本文中所揭示之系統及方法且使用各種具體實例自任何多種基板移除任何多種材料。因此，可能在參看其他圖式時描述相同或類似命名之組件或特徵，即使這些組件或特徵在對應圖式中未提及亦未描述。又，即使未經參考編號指示之元件亦可參考其他圖式加以描述。
在不脫離本發明之精神及教示之情況下，許多不同形式及具體實例係可能的，且因此，不應將本發明視為限於本文所闡述之實例具體實例。確切而言，提供此等實例具體實例，使得本公開將為透徹且完整的，且將向所屬領域中具通常知識者傳達本發明之範圍。
本申請案揭露用於自基板有效地移除光阻或類似材料的各種系統及方法。在一個特定具體實例中，基板包含半導體晶圓，但所屬領域中具通常知識者應瞭解，本文中所揭示之系統及方法可用於自任何多種基板移除光阻或類似材料。不同於主要依賴於SPM作為光阻移除介質之先前技術光阻移除系統及製程，本文中所揭示之各種具體實例利用臭氧及光以自半導體晶圓之至少一個表面移除一或多種材料。視情況，任何多種光解離材料皆可替代臭氧使用或與臭氧組合使用。此外，在一個具體實例中，一或多個雷射系統可用於在晶圓處理期間將光學輻射/光提供至臭氧或其他光分解材料。
圖2展示處理基板之新穎方法之流程圖。更特定言之，圖2描述自經塗佈之晶圓基板移除光阻之方法，但所屬領域中具通常知識者將瞭解，可使用所描述方法自任何多種基板移除任何多種材料。如所展示，處理方法20包括將至少一個基板或晶圓定位在支撐件或夾具上（參見圖2，參考編號22）。在所說明之具體實例中，支撐晶圓之夾具可以可控制方式旋轉（參見圖2，參考編號24），但所屬領域中具通常知識者將瞭解，夾具無需旋轉。確切而言，夾具可線性地移動，藉此准許基板之線性處理。其後，至少一種光分解材料或溶液可選擇性地施加至定位於夾具上之晶圓（參見圖2，參考編號26）。在一個具體實例中，光分解材料包含臭氧化去離子水（下文中稱為DIO3）或氣態臭氧（下文中稱為O3），但所屬領域中具通常知識者將瞭解，可使用任何多種光分解或光反應性材料、溶液或化合物。在一個具體實例中，施加至晶圓表面之DIO3的濃度為約1 ppm至約600 ppm，但所屬領域中具通常知識者將瞭解，DIO3可具有任何所要濃度。舉例而言，在一個具體實例中，施加至晶圓表面之DIO3的濃度為約30 ppm至約300 ppm。視情況，DIO3可包括溶解二氧化碳或其他化合物或其中的材料。舉例而言，溶解二氧化碳或其他化合物可配置以使DIO3穩定或增強DIO3之反應性。所屬領域中具通常知識者將瞭解，溶解二氧化碳或其他化合物可用於任何數目之目的。舉例而言，在另一具體實例中，氣態臭氧（下文中稱為O3）可替代DIO3使用或與DIO3組合使用。舉例而言，可使用濃度範圍為0.25 g/Nm³至約2500 g/Nm³的O3。在一個特定具體實例中，可使用濃度範圍為約1 g/Nm³至約600 g/Nm³的O3，但所屬領域中具通常知識者將瞭解，可使用任何多種O3濃度。視情況，可使用任何多種濃度之任何多種替代光分解材料。在一個具體實例中，光分解材料至晶圓之表面上之流動包含擾流，但亦可使用層流。
再次參看圖2，可將光學輻射選擇性地施加至晶圓之其上施加有DIO3或O3的至少一部分（參見圖2，參考編號28）。在一個具體實例中，光學輻射或光之波長可為約100 nm至約1000 nm。在另一具體實例中，光學輻射之波長為約200 nm至約400 nm。視情況，光學輻射之波長可為約230 nm至約275 nm。在特定具體實例中，光學輻射之波長為約246 nm至約266 nm。所屬領域中具通常知識者將瞭解，光學輻射之波長可藉由數個因素判定，包括例如所用光分解材料之類型、自基板移除之材料之反應性及其類似因素。類似地，在一個具體實例中，光學輻射之功率為約1 mW至約100 W。在一個特定具體實例中，功率為約1 W至約20 W。視情況，功率可為約8 W，但可使用任何功率。在一個具體實例中，光學信號包含脈衝式信號，但所屬領域中具通常知識者將瞭解，可使用連續波信號。在使用期間，光學輻射之施加觸發了經由臭氧衰減具有增強反應性之光學誘導之自由基的形成。因此，臭氧自由基之存在緊靠著晶圓上之光阻引發鏈反應，該鏈反應與晶圓表面之光阻分子反應且自晶圓表面剝離光阻分子（參見圖2，參考編號30）。
如圖2中所展示，一旦已自基板表面移除光阻之一部分或全部，則可中斷光學輻射之施加（參見圖2，參考編號32）。類似地，可停止將光分解材料流動至基板之表面上（參見圖2，參考編號34）。基板可經受光分解材料及光學輻射之重複施加以確保自基板移除基本上所有所要材料。一旦完成，基板便可經乾燥且自夾具移除（參見圖2，參考編號36）。
圖3展示光增強臭氧晶圓處理系統之具體實例的圖。如所展示，處理系統40包括至少一個光學輻射源42。在一個具體實例中，光學輻射源42包含至少一個雷射裝置。舉例而言，光學輻射源42可包含配置以輸出至少一個光學信號44之二極體泵固態雷射系統。在一個具體實例中，光學信號44包含脈衝式信號，但所屬領域中具通常知識者將瞭解，光學信號44可包含連續波信號。另外，如上文所陳述，光學輻射源42可配置以輸出具有約100 nm至約1000 nm之波長的至少一個光學信號44。在更特定具體實例中，光學信號44具有約250 nm至約275 nm之波長。
再次參看圖3，光學信號44經引導至至少一個光束控制系統46，該至少一個光束控制系統配置以將光學信號44以可控制方式引導至定位於基板處理系統70內之至少一個基板76。在所說明之具體實例中，光束控制系統46在其中包含至少一個掃描鏡面或類似光束轉向裝置48。視情況，任何多種光學元件可用於形成光束控制系統46之各種組件，包括但不限於鏡面、透鏡、濾光器、光圈、虹膜、感測器、馬達、光學安裝件、控制器及其類似者。
再次參看圖3，基板處理系統70在其中包括至少一個夾具或基板支撐件74。夾具74可配置以將基板76定位於基板處理系統70內之所要位置處。在一個具體實例中，夾具74配置以可選擇性地旋轉。在另一具體實例中，夾具74可為可線性移動的。視情況，夾具74可配置以沿著任何所要平面可移動。
如圖3中所展示，至少一種光分解材料供應源60可經由至少供應導管62與基板處理系統70流體連通。光分解材料供應源60可配置以選擇性地將光分解材料供應至基板處理系統70。另外，光學輻射源42、光束控制系統46、光分解材料供應源60及基板處理系統70中之至少一者可與至少一個處理器及控制系統78連通。控制系統78可配置以使光學輻射源42、光束控制系統46、光分解材料供應源60及基板處理系統70之任何數目的效能特性變化。舉例而言，控制系統78可使光學輻射源42之重複率及/或功率變化，使光束控制系統46之掃描速率變化，起始/停止將光分解材料自光分解材料供應系統60流動至基板處理系統70，使夾具74之旋轉速率/位置變化及其類似者。視情況，一或多個外殼可容納光增強臭氧晶圓處理系統40之各種子系統。舉例而言，外殼80可在其中包括光分解材料供應系統60及基板處理系統70。在另一具體實例中，外殼80可在其中包括光束控制系統46、光分解材料供應系統60及基板處理系統70。在又一具體實例中，外殼可在其中包括光學輻射源42、光分解材料供應系統60、基板處理系統70及控制系統78。
圖4及圖5展示在光增強臭氧晶圓處理系統之各種具體實例內使用的晶圓支撐裝置100之各種視圖。如所展示，晶圓支撐裝置100包括具有形成於其上之至少第一表面104的本體102。至少一個流體入口106及至少一個流體出口108可形成於本體102上。至少一個凹部110可形成於本體102中。在一個具體實例中，凹部110經設定大小以在其中收納至少一個晶圓、試件或基板114。至少一個夾具112可位於凹部110內且配置以在凹部110內支撐晶圓、試件或基板114。在一些具體實例中，凹部110包括至少一個窗口、透鏡、流動攪拌裝置或定位於其中或以其他方式形成於其中之特徵（圖中未示），但所屬領域中具通常知識者將瞭解，凹部110無需包括此類窗口或流動攪拌裝置。在一個具體實例中，流動攪拌裝置或特徵可配置以確保存在光分解材料之擾流。如圖5中所展示，至少一個入口通道116可形成於本體102內且可與入口106及凹部110連通。類似地，至少一個出口通道118可形成於本體102內且可將凹部110耦接至出口108。因而，入口106及出口108可與凹部110流體連通。至少一個安裝裝置120可耦接至本體102或形成於該本體上，藉此准許晶圓支撐裝置100耦接至任何多種支撐件或裝置（參見圖4）。
再次參看圖5，在使用期間，一或多個晶圓、試件或基板114可定位於夾具112上。其後，經由入口106將光分解材料之流動引入至凹部110中。在一個具體實例中，流動包含擾流，但所屬領域中具通常知識者將瞭解，光分解材料112之流動可為層流的。因此，晶圓、試件或基板114之至少一部分經受或浸漬於光分解材料112內。其後，經受或浸漬於光分解材料112內之晶圓、試件或基板114可經受光學輻射126，使得形成具有增強反應性之光學誘導之自由基。因此，臭氧自由基之存在緊靠著晶圓、試件或基板114上之光阻引發鏈反應，該鏈反應與晶圓表面之光阻分子反應且自晶圓表面剝離光阻分子。其後，可經由出口108自本體102排空光分解材料124。
圖6至圖10展示光增強臭氧晶圓處理系統之另一具體實例的各種視圖。在一個具體實例中，圖6至圖10中所展示之光增強臭氧晶圓處理系統140併入常用於光微影製程中之各種旋塗工具之部分。如所展示，晶圓處理系統140包括第一本體142及至少第二本體144。第一本體142在其中界定至少一個第一本體凹部150。儘管圖中未示，但第一本體142可界定至少一個孔隙，其准許來自至少一個光學輻射源之光學輻射橫穿罩蓋本體142。視情況，孔隙可在其中包括一或多個窗口或透鏡。第一本體凹部150可經設定大小以將至少一個分配系統152收納於其中。第二本體144界定經設定大小以收納至少一個可旋轉晶圓夾具162之至少一個第二本體凹部160，該至少一個可旋轉晶圓夾具配置以在其中支撐至少一個晶圓164。視情況，晶圓夾具162不必為可旋轉的。確切而言，晶圓夾具162可配置以沿著任何所要平面移動。至少一個控制系統166可耦接至光增強臭氧晶圓處理系統140之各種組件或與其連通。
如圖7至圖10中所展示，分配系統152包括在其中界定至少一個本體接收器182之至少一個分配頭本體180。在一個具體實例中，本體接收器182配置以准許光學輻射橫穿第一本體142及頭部本體180，其後入射於定位於至少一個晶圓夾具162上之至少一個晶圓164上。因而，頭部本體180之一部分可橫穿罩蓋本體142。在另一具體實例中，本體接收器182可經設定大小以收納及定位其中之至少一個光學輻射源（圖中未示）。舉例而言，圖8展示分配系統152之具體實例，該分配系統利用定位於頭部本體180內之光學輻射源200，諸如雷射二極體陣列、光纖耦接雷射裝置或類似光學輻射源。例示性光學輻射源包括但不限於LED、LED陣列、雷射器、雷射二極體、光纖光學裝置、光纖雷射及其類似者。更具體言之，圖7展示分配系統152之具體實例，該分配系統利用外部光學輻射源來提供光學輻射。相比之下，圖8展示分配系統152之具體實例，該分配系統具有定位於頭部本體180內或耦接至該頭部本體的至少一個光學輻射源200。類似於先前具體實例，橫穿或產生於本體接收器182內之光學信號198之波長可為約100 nm至約1000 nm。在更特定具體實例中，光學信號之波長為約250 nm至約275 nm。至少一個頭部框架或支撐本體184可耦接至第一本體142及頭部本體180中之至少一者。在一個具體實例中，本體接收器182可配置以可移動地耦接至頭部框架184，藉此准許本體接收器182自第一本體142以可控制方式延伸且縮回至該第一主體（參見圖9及圖10）。因而，至少一個耦接特徵186及耦接器188可用於將頭部本體180耦接至第一本體142。
再次參看圖7至圖10，至少一個歧管190可耦接至頭部本體180及/或本體接收器182或形成於其上。歧管190可配置以具有耦接至其之一或多個流體供應導管192，流體導管192與光分解材料之至少一個源流體連通（圖中未示）。本體接收器182及歧管190中之至少一者可包括形成於其上的至少一個孔口或孔隙。在圖10中所展示之具體實例中，至少一個孔隙194形成於分配頭本體180上。舉例而言，所屬領域中具通常知識者將瞭解，孔隙194可形成於歧管190上或接近於該歧管。孔隙194經由流體導管192與光分解材料源（圖中未示）連通。視情況，任何數目之孔隙194可形成於分配頭本體180上之任何位置處。
如圖6至圖10中所展示，至少一個光學元件196可耦接至本體接收器182或由該本體接收器固持。在一個具體實例中，光學元件196包含窗口，但所屬領域中具通常知識者將瞭解，光學元件可包含任何多種替代裝置，包括但不限於透鏡、透鏡系統、光學輻射源、LED、LED陣列、雷射二極體、光纖裝置、感測器、攝影機、光導及其類似者。舉例而言，如圖8中所展示，光學元件196包含配置以自定位於本體接收器182內之光學輻射源200輸出光學輻射的更多窗口中之一者。在一個具體實例中，光學輻射198具有在約100 nm與1000 nm之間的波長。更特定言之，波長可為約250 nm至約275 nm。在替代具體實例中，光學元件196包含光纖雷射。另外，光學元件196可包括配置以自孔隙194形成材料之擾流的一或多個特徵。視情況，分配頭本體可包括配置以自孔隙194形成材料之擾流的一或多個特徵或裝置。例示性流動修改元件包括定位於孔隙194附近內之脊線、輪葉、障礙物及其類似者（圖中未示）。孔隙194可接近於光學元件196而形成，使得自頭部本體180發射之光學輻射198入射於自孔隙194發射之光分解材料上。
如圖7至圖10中所展示，一或多個晶圓、試件或基板164可定位於晶圓支撐本體168上。在一個具體實例中，晶圓支撐本體168緊固至至少一個晶圓夾具162，該晶圓夾具能夠旋轉晶圓164或在所要旋轉速率下以其他方式移動定位於晶圓支撐本體168上之晶圓164。另外，分配頭本體180可配置以可控制地自第一本體142延伸（參見圖6），使得本體接收器182之一部分緊靠著定位於晶圓支撐本體168上之晶圓164且縮回至第一本體142（參見圖6），使得本體接收器182接近於第一本體142而定位。
參看圖6至圖10，在使用期間，晶圓164可定位於晶圓支撐本體168上且第一本體142閉合，使得第一本體142接近於主體144。其後，處理指令及參數（晶圓164之此類自旋速率、光學輻射功率、處理時間等）可輸入至控制系統166中。控制系統166可將分配頭本體180定位在位於晶圓支撐本體168上之晶圓164附近。可建立至少一種光分解材料流。光分解材料可流動通過流體導管192及歧管190且經由孔隙194沈積於晶圓164上。歸因於離心力或類似力，光分解材料可跨越晶圓164之表面分散。在一個具體實例中，在晶圓164上起始光分解材料之至少一個擾流，但所屬領域中具通常知識者將瞭解，流程無需擾流。其後，可將光學輻射198選擇性地施加至晶圓164之至少一部分。在一個具體實例中，光學輻射198由外部光學輻射源（圖中未示）產生且橫穿本體接收器182至晶圓164。在替代具體實例中，光學輻射198由定位在本體接收器182內或以其他方式耦接至該本體接收器之至少一個光學輻射源200產生（參見圖8）。與上文所描述之具體實例類似，將光學輻射198施加至光分解材料使得產生增強之自由基，從而形成具有增強之反應性的光學誘導之自由基。舉例而言，當將臭氧化去離子水或氣態臭氧用作光分解材料時，光學輻射198產生臭氧自由基，這些臭氧自由基緊靠著晶圓、試件或基板164上之光阻引發鏈反應，該鏈反應與晶圓表面之光阻分子反應且自晶圓表面剝離光阻分子。在晶圓164已經處理後，本體接收器182可接近於罩蓋本體142而定位且可自系統140移除晶圓164。
圖11至圖15展示光增強臭氧晶圓處理系統之各種組件的替代具體實例。如圖11中所展示，光增強臭氧晶圓處理系統210包括具有耦接本體或延伸部分214之處理本體212。一或多個安裝裝置可耦接至耦接本體214。在所說明之具體實例中，支撐第一鏡面或光學元件218之第一耦接安裝件216及支撐第二鏡面或光學元件222之第二耦接安裝件220耦接至耦接本體214。視情況，任何多種裝置、光學元件及其類似者可耦接至耦接本體214，包括例如光源、光學輻射源、雷射器、光纖裝置、光纖雷射、二極體泵雷射系統、攝影機、感測器、濾光器、運動控制器、控制系統、光分解材料源、掃描裝置及其類似者。舉例而言，在所說明之具體實例中，至少一個掃描裝置或光束轉向裝置232可使用至少一個裝置安裝件230耦接至耦接本體214。如所展示，第一光學元件218、第二光學元件222及光束轉向裝置232中之至少一者可配置以自至少一個光學輻射源252接收光學輻射252且選擇性地將光學輻射252引導至至少一個工件或基板。在所說明之具體實例中，光學輻射源250包含外部或單獨的光學輻射源250，但所屬領域中具通常知識者將瞭解，光學輻射源250可耦接至光增強臭氧晶圓處理系統210或與該光增強臭氧晶圓處理系統整合在一起。
再次參看圖11至圖15，處理本體212可界定配置以在其中收納至少一個晶圓242之至少一個晶圓接收器240。在所說明之具體實例中，至少一種光分解材料分配系統244（下文中稱為分配器244）可定位於晶圓接收器240內或接近於該晶圓接收器而定位，使得分配器244緊靠著定位於晶圓接收器240內之晶圓242。
圖12至圖15展示分配器244之各種視圖。如圖12中所展示，分配器244包括具有分配器底座262之分配器本體260。分配器本體260及底座262界定至少一個分配器凹部266。分配器底座262可包括形成於其中之一或多個孔隙。舉例而言，圖12展示具有形成於分配器底座262中之多個孔隙264的分配器本體260之具體實例。相比之下，圖14展示具有形成於其中之單個孔隙264的分配器本體260之具體實例。
再次參看圖12至圖15，分配器244可包括藉由一或多個緊固件270貼附至分配器本體260之一或多個耦接延伸部分268。另外，至少一個歧管280可耦接至分配器本體260。舉例而言，圖12展示分配器本體260之具體實例，其具有貼附至其之多個歧管280。相比之下，圖13展示分配器本體260之具體實例，其具有貼附至其之單個歧管280。歧管280可與至少一種光分解材料源（圖中未示）連通。如所展示，歧管280可包括具有定位於分配器本體凹部266內之一或多個歧管出口或噴嘴284的歧管本體282。在一個具體實例中，歧管出口284可配置以確保光分解材料之擾流存在於分配器本體260內。視情況，歧管出口284可配置以確保層流存在於分配器本體260內。
參考圖11至圖15，在使用期間，至少一個晶圓242定位於晶圓接收器240內。晶圓接收器240可配置以按所要旋轉速率支撐及旋轉晶圓。視情況，晶圓接收器240無需旋轉晶圓242。確切而言，晶圓接收器240可配置以沿著任何所要平面移動晶圓242。其後，分配器244可緊靠著晶圓242而定位。可在分配器244內起始光分解材料流。可經由形成於分配器底座262上之至少一個孔隙264將光分解材料可控制地施加至晶圓242。其後，來自至少一個光學輻射源250之光學輻射經引導至處理本體212。舉例而言，在圖11及圖12中展示光增強臭氧晶圓處理系統210之具體實例，該系統使用外部光學輻射源250向第一鏡面218、第二鏡面222及掃描頭232發射光學輻射252，該第一鏡面、第二鏡面及掃描頭協作地將光學輻射252引導至定位在晶圓接收器240內之晶圓242。相比之下，圖13展示供光增強臭氧晶圓處理系統使用的分配器244之具體實例，該系統在其中具有至少一個光學輻射源250，該光學輻射源250配置以將光學輻射發射至定位於晶圓接收器240內之晶圓242。在一個具體實例中，光學輻射源可包含二極體泵固態雷射裝置，其配置以輸出具有約100 nm至約1000 nm之波長的光學輻射。在另一具體實例中，光學輻射源可包含配置以輸出具有約100 nm至約1000 nm之波長的光學輻射之至少一個LED裝置或陣列。在更特定之具體實例中，光學輻射之波長為約250 nm至約275 nm。
如圖11及圖12中所展示，掃描頭232可配置以輸出經引導至處理本體212之至少一個處理信號254。處理信號254可經引導至晶圓242，該晶圓具有施加至其上之光分解材料。舉例而言，當將臭氧化去離子水用作光分解材料時，光學輻射產生臭氧自由基，這些臭氧自由基緊靠著晶圓、試件或基板242上之光阻引發鏈反應，該鏈反應與晶圓表面之光阻分子反應且自晶圓表面剝離光阻分子。在晶圓242已經處理後，可停止操作且可自系統210移除晶圓242。
儘管上文所描述之許多例示性具體實例將二極體泵固態雷射或LED陣列用作光學輻射源，但所屬領域中具通常知識者將瞭解，任何多種裝置亦可用作光學輻射源。舉例而言，圖16展示供用於上文所描述之具體實例中之任一者中的處理頭310之具體實例。如所展示，處理頭310包括光分解材料遞送裝置312，該光分解材料遞送裝置具有耦接至其或包括於其中之光遞送系統314。光遞送系統314在其上包括一或多個個別發射器316。例示性發射器包括但不限於LED、LED陣列、雷射二極體、光纖裝置及其類似者。在使用期間，處理頭緊靠著定位於夾具320上之晶圓或基板324而定位。在一個具體實例中，夾具320配置以可控制地旋轉。視情況，夾具320可配置以沿著任何所要平面移動晶圓324。至少一種光分解材料326自遞送裝置312分配且分散在晶圓326上。其後，可將來自光遞送系統314之光學輻射選擇性地施加至經塗佈之晶圓324。當將臭氧化去離子水或氣態臭氧用作光分解材料時，光學輻射產生臭氧自由基，這些臭氧自由基緊靠著晶圓、試件或基板324上之光阻引發鏈反應，該鏈反應與晶圓表面之光阻分子反應且自晶圓表面剝離光阻分子。
圖17及圖18展示光增強臭氧晶圓處理系統之又一具體實例，類似於圖16中所展示之具體實例。如所展示，處理系統360包括第一本體或罩蓋本體364及至少第二本體或主體362。在一個具體實例中，處理本體362界定至少一個處理凹部366。在所說明之具體實例中，罩蓋本體364可為透明的，但所屬領域中具通常知識者將瞭解，罩蓋本體364不必為透明的。至少一個分配器系統370可移動地耦接至位於處理凹部366內之至少一個導引本體372或定位於該至少一個導引本體上。在所說明之具體實例中，分配器系統370/導引本體372耦接至處理本體362，但所屬領域中具通常知識者將瞭解，分配器系統370及導引本體372中之至少一者可耦接至罩蓋本體364。
再次參看圖17及圖18，至少一個晶圓或基板380可定位於處理本體362內之至少一個夾具382上。分配器系統370可包括至少一個分配器本體390，其具有耦接至其或與其連通之至少一個光學輻射源392。例示性光學輻射源包括但不限於光纖雷射、雷射二極體、雷射發射器、光發射器、LED及類似者。此外，至少一個噴嘴或分配器裝置394可耦接至分配器本體390。如所展示，至少一個導管396可將噴嘴394耦接至至少一種光分解材料源（圖中未示）。至少一個驅動系統或馬達398可將分配器本體392以可移動關係耦接至導引本體。此外，分配器系統370可配置以能夠可控制地自罩蓋本體364延伸，使得光學輻射源392及噴嘴394接近於晶圓380而定位且自晶圓380縮回至罩蓋本體364。
在使用期間，至少一個晶圓380可定位於夾具382上，該夾具位於處理本體362內。其後，罩蓋本體364可接近於處理本體362而定位。在一個具體實例中，可經由驅動馬達398致動分配器本體390且將其定位在相對於晶圓380之所要位置處。其後，一或多種光分解材料可經由噴嘴394選擇性地施加至晶圓380，該噴嘴經由導管396與光分解材料源（圖中未示）連通。晶圓380之至少一部分經光分解材料塗佈或經受光分解材料。其後，光學輻射源392可經致動以施加光學輻射，以增強施加至經塗佈之晶圓380之光分解材料的反應性。當將臭氧化去離子水或氣態臭氧用作光分解材料時，光學輻射產生臭氧自由基，這些臭氧自由基緊靠著晶圓380上之光阻引發鏈反應，該鏈反應與晶圓表面之光阻分子反應且自晶圓表面剝離光阻分子。
本文中所揭示之具體實例說明本發明之原理。可採用屬於本發明之範圍內之其他修改。因此，本申請案中所揭示之裝置不限於如本文中精確地展示及描述之裝置。
1:先前技術光阻移除製程 3:步驟 5:步驟 7:步驟 9:步驟 11:步驟 13:步驟 15:步驟 20:處理方法 22:步驟 24:步驟 26:步驟 28:步驟 30:步驟 32:步驟 34:步驟 36:步驟 40:光增強臭氧晶圓處理系統/處理系統 42:光學輻射源 44:光學信號 46:光束控制系統 48:掃面鏡面/類似光束轉向裝置 60:光分解材料供應源/光分解材料供應系統 62:供應導管 70:基板處理系統 74:夾具/基板支撐件 76:基板 78:控制系統 80:外殼 100:晶圓支撐裝置 102:本體 104:第一表面 106:流體入口/入口 108:流體出口/出口 110:凹部 112:夾具/光分解材料 114:晶圓/試件/基板 116:入口通道 118:出口通道 120:安裝裝置 124:光分解材料 126:光學輻射 140:光增強臭氧晶圓處理系統/晶圓處理系統/系統 142:第一本體/罩蓋本體 144:第二本體/主體 150:第一本體凹部 152:分配系統 160:第二本體凹部 162:可旋轉晶圓夾具/晶圓夾具 164:晶圓/試件/基板 166:控制系統 168:晶圓支撐本體 180:分配頭本體/頭部本體 182:本體接收器 184:頭部框架/支撐本體 186:耦接特徵 188:耦接器 190:歧管 192:流體供應導管/流體導管 194:孔隙 196:光學元件 198:光學信號/光學輻射 200:光學輻射源 210:光增強臭氧晶圓處理系統/系統 212:處理本體 214:耦接本體/延伸部分 216:第一耦接安裝件 218:第一鏡面/光學元件/第一光學元件 220:第二耦接安裝件 222:第二鏡面/光學元件/第二光學元件 230:裝置安裝件 232:掃描裝置/掃描頭/光束轉向裝置 240:晶圓接收器 242:晶圓/試件/基板 244:光分解材料分配系統/分配器 250:光學輻射源 252:光學輻射 254:處理信號 260:分配器本體 262:分配器底座 264:孔隙 266:分配器凹部/分配器本體凹部 268:耦接延伸部分 270:緊固件 280:歧管 282:歧管本體 284:歧管出口/噴嘴 310:處理頭 312:光分解材料遞送裝置/遞送裝置 314:光遞送系統 316:個別發射器 320:夾具 324:晶圓/試件/基板 326:光分解材料/晶圓 360:處理系統 362:第二本體/主體/處理本體 364:第一本體/罩蓋本體 366:處理凹部 370:分配器系統 372:導引本體 380:晶圓/基板 382:夾具 390:分配器本體 392:光學輻射源/分配器本體 394:噴嘴/分配器裝置 396:導管 398:驅動系統/馬達
圖式揭示說明性具體實例且並不意欲闡述光增強晶圓處理系統之所有具體實例。可省略可為顯而易見或不必要的細節以節省空間或用於更有效說明。相反地，一些具體實例可在無關於本文中所描述之特定具體實例所揭示之所有細節的情況下實踐。當相同參考編號出現在不同圖式中時，參考編號係指相同或類似組件或步驟。光增強晶圓處理系統之新穎態樣將自以下圖式之考量而更顯而易見，其中：
[圖1]展示用於半導體製造中以在晶圓處理期間自半導體晶圓之表面移除光阻之例示性光阻移除製程的流程圖；
[圖2]展示利用光增強處理系統以在晶圓處理期間自半導體晶圓之表面移除光阻之光阻移除製程之具體實例的流程圖；
[圖3]展示供用於在處理期間自晶圓之表面選擇性地移除一或多種材料之光增強處理系統之具體實例的示意圖；
[圖4]展示供用於在處理期間自晶圓之表面選擇性地移除一或多種材料之光增強處理系統之具體實例的正面透視圖；
[圖5]展示供用於在處理期間自晶圓之表面選擇性地移除一或多種材料的光增強處理系統之具體實例的側視橫截面圖；
[圖6]展示供用於在處理期間自晶圓之表面選擇性地移除一或多種材料的光增強處理系統之另一具體實例的正面透視圖；
[圖7]展示圖6之光增強處理系統之具體實例的側視橫截面圖，該光增強處理系統具有自定位於可旋轉夾具上之晶圓縮回之分配器本體；
[圖8]展示圖6之光增強處理系統之另一具體實例的側視橫截面圖，其中分配器包括定位於其中之至少一個光學輻射源；
[圖9]展示圖6之光增強處理系統之具體實例的側視橫截面，該光增強處理系統具有延伸至定位於可旋轉夾具上之晶圓之分配器本體；
[圖10]展示圖6之光增強處理系統之具體實例的側視橫截面，其中分配器本體延伸至定位於可旋轉夾具上之晶圓；
[圖11]展示光增強晶圓處理系統之另一具體實例的正面透視圖，其中晶圓處理系統包括光學輻射掃描頭；
[圖12]展示供與圖11中所展示之光增強晶圓處理系統之具體實例一起使用的分配器本體之具體實例的正面透視圖；
[圖13]展示供與圖11中所展示之光增強晶圓處理系統之具體實例一起使用的分配器本體之另一具體實例的正面透視圖，該分配器本體在其中具有光學輻射源；
[圖14]展示供與光增強晶圓處理系統一起使用之圖12中所展示之分配器本體之具體實例的俯視圖；
[圖15]展示供與光增強晶圓處理系統一起使用之圖13中所展示之分配器本體之具體實例的俯視圖，其中分配器本體在其中包括至少一個光學輻射源；
[圖16]展示光增強晶圓處理系統之另一具體實例的側視圖；
[圖17]展示光增強晶圓處理系統之另一具體實例的正面透視圖；且
[圖18]展示圖17中所展示之光增強晶圓處理系統之具體實例的橫截面圖。
210:光增強臭氧晶圓處理系統/系統
212:處理本體
214:耦接本體/延伸部分
216:第一耦接安裝件
218:第一鏡面/光學元件/第一光學元件
220:第二耦接安裝件
222:第二鏡面/光學元件/第二光學元件
230:裝置安裝件
232:掃描裝置/掃描頭/光束轉向裝置
240:晶圓接收器
242:晶圓/試件/基板
244:光分解材料分配系統/分配器
250:光學輻射源
252:光學輻射
254:處理信號

Claims (40)

  1. 一種光增強晶圓處理系統，其包含： 處理本體，其具有配置以支撐及選擇性地旋轉至少一個晶圓之可旋轉夾具； 至少一個處理頭，其與至少一種光分解材料之至少一個源連通，該處理頭配置以選擇性地使該至少一種光分解材料流動至該至少一個晶圓之一表面上；及 至少一個光學輻射源，其配置以將光學輻射提供至該至少一個晶圓之至少一部分，該至少一個晶圓具有施加至其上之至少一種光分解材料，該光學輻射配置以使得形成與施加至該至少一個晶圓之至少一種材料具有增強之反應性的光學誘導之自由基。
  2. 如請求項1之光增強晶圓處理系統，其中該至少一個處理頭可相對於該可旋轉夾具移動。
  3. 如請求項2之光增強晶圓處理系統，其中該至少一個處理頭可選擇性地接近於該至少一個晶圓而定位且選擇性地自該至少一個晶圓向遠端縮回。
  4. 如請求項1之光增強晶圓處理系統，其中該至少一個處理頭配置以在該至少一個晶圓之一表面上產生該至少一種光分解材料之至少一個擾流。
  5. 如請求項1之光增強晶圓處理系統，其中該至少一個處理頭配置以在該至少一個晶圓之一表面上產生該至少一種光分解材料之至少一個層流。
  6. 如請求項1之光增強晶圓處理系統，其中該至少一種光分解材料包含臭氧化去離子水。
  7. 如請求項6之光增強晶圓處理系統，其中該臭氧化去離子水之濃度為30 ppm至300 ppm。
  8. 如請求項1之光增強晶圓處理系統，其中該至少一種光分解材料包含氣態臭氧。
  9. 如請求項8之光增強晶圓處理系統，其中該氣態臭氧之濃度為10 g/m³至600 g/m³。
  10. 如請求項1之光增強晶圓處理系統，其中該至少一種光分解材料包含臭氧化去離子水及氣態臭氧。
  11. 如請求項1之光增強晶圓處理系統，其中該至少一個光學輻射源配置以輸出具有200 nm至300 nm之波長的光學輻射。
  12. 如請求項1之光增強晶圓處理系統，其中該至少一個光學輻射源配置以輸出具有250 nm至275 nm之波長的光學輻射。
  13. 如請求項1之光增強晶圓處理系統，其中該至少一個光學輻射源配置以輸出具有1 W至30 W之功率的光學輻射。
  14. 如請求項1之光增強晶圓處理系統，其中該至少一個光學輻射源配置以輸出具有6 W至10 W之功率的光學輻射。
  15. 如請求項1之光增強晶圓處理系統，其中該至少一個光學輻射源包含配置以輸出具有250 nm至275 nm之波長的光學輻射之至少一個二極體泵固態雷射。
  16. 如請求項1之光增強晶圓處理系統，其中該至少一個光學輻射源包含配置以輸出具有250 nm至275 nm之波長的光學輻射之一或多個雷射二極體。
  17. 如請求項1之光增強晶圓處理系統，其中該至少一個光學輻射源包含配置以輸出具有250 nm至275 nm之波長的光學輻射之一或多個LED。
  18. 如請求項1之光增強晶圓處理系統，其中該至少一個光學輻射源包含配置以輸出具有250 nm至275 nm之波長的光學輻射之一或多個光纖雷射。
  19. 如請求項1之光增強晶圓處理系統，其進一步包含配置以選擇性地將該光學輻射之至少一部分引導至該至少一個晶圓的至少一個掃描頭。
  20. 如請求項1之光增強晶圓處理系統，其中這些光學誘導之自由基與施加至該至少一個晶圓之至少一種光阻材料具有增強之反應性。
  21. 一種光增強晶圓處理系統，其包含： 處理本體，其具有配置以支撐及選擇性地旋轉至少一個晶圓之可旋轉夾具； 至少一個處理頭，其具有與至少一種光分解材料之至少一個源連通的至少一個分配器本體，該至少一個分配器本體配置以將至少一種光分解材料選擇性地流動至該至少一個晶圓之一表面上；及 至少一個光學輻射源，其配置以將光學輻射提供至該至少一個晶圓之至少一部分，該至少一個晶圓具有施加至其上之光分解材料，該光學輻射配置以使得形成與施加至該至少一個晶圓之至少一種材料具有增強之反應性的光學誘導之自由基。
  22. 如請求項21之光增強晶圓處理系統，其中該至少一個處理頭可相對於該可旋轉夾具移動。
  23. 如請求項22之光增強晶圓處理系統，其中該至少一個處理頭可選擇性定位成接近於該至少一個晶圓且選擇性地自該至少一個晶圓向遠端縮回。
  24. 如請求項21之光增強晶圓處理系統，其進一步包含形成於該至少一個分配器本體內之至少一個本體接收器，該至少一個本體接收器配置以使該光學輻射在其中傳播。
  25. 如請求項21之光增強晶圓處理系統，其進一步包含形成於該至少一個分配器本體內之至少一個本體接收器，該至少一個本體接收器配置以具有定位於其中之該至少一個光學輻射源。
  26. 如請求項21之光增強晶圓處理系統，其中該處理頭配置以在該至少一個晶圓之一表面上產生光分解材料之至少一個擾流。
  27. 如請求項21之光增強晶圓處理系統，其中該光分解材料包含臭氧化去離子水。
  28. 如請求項27之光增強晶圓處理系統，其中該臭氧化去離子水之濃度為30 ppm至300 ppm。
  29. 如請求項21之光增強晶圓處理系統，其中該光分解材料包含氣態臭氧。
  30. 如請求項29之光增強晶圓處理系統，其中氣態臭氧之濃度為10 g/m³至600 g/m³。
  31. 如請求項21之光增強晶圓處理系統，其中該光分解材料包含臭氧化去離子水及氣態臭氧。
  32. 如請求項21之光增強晶圓處理系統，其中該光學輻射源配置以輸出具有250 nm至275 nm之波長的光學輻射。
  33. 如請求項21之光增強晶圓處理系統，其中該光學輻射源配置以輸出具有6 W至10 W之功率的光學輻射。
  34. 如請求項21之光增強晶圓處理系統，其中該光學輻射源包含配置以輸出具有250 nm至275 nm之波長的光學輻射之二極體泵固態雷射。
  35. 如請求項21之光增強晶圓處理系統，其中該光學輻射源包含配置以輸出具有250 nm至275 nm之波長的光學輻射之一或多個雷射二極體。
  36. 如請求項21之光增強晶圓處理系統，其中該光學輻射源包含配置以輸出具有250 nm至275 nm之波長的光學輻射之一或多個LED。
  37. 如請求項21之光增強晶圓處理系統，其中該光學輻射源包含配置以輸出具有250 nm至275 nm之波長的光學輻射之一或多個光纖雷射。
  38. 如請求項21之光增強晶圓處理系統，其中該光學輻射源包含配置以輸出具有250 nm至275 nm之波長的光學輻射之一或多個二極體雷射。
  39. 如請求項21之光增強晶圓處理系統，其中這些光學誘導之自由基與施加至該至少一個晶圓之至少一種光阻材料具有增強之反應性。
  40. 一種光增強臭氧晶圓處理系統，其包含： 可旋轉夾具，其配置以支撐及選擇性地旋轉至少一個晶圓； 至少一個分配器本體，其配置以將至少一種光分解材料選擇性地流動至該至少一個晶圓之一表面上；及 至少一個光學輻射源，其配置以將光學輻射提供至該至少一個晶圓之至少一部分，該至少一個晶圓具有施加至其上之光分解材料，該光學輻射配置以使得形成與施加至該至少一個晶圓之至少一種材料具有增強之反應性的光學誘導之臭氧自由基。
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