TW548698B - Wafer drying apparatus - Google Patents

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548698 9 6 2 2 pif . doc/008 Λ7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（丨） 本發明是有關於一種製造半導體元件中晶圓淸洗製 程的裝置，且特別是有關於一種淸洗製程中的一種晶圓乾 燥裝置。 當半導體元件的尺寸持續的微小化，相對地，晶圓 的淸洗技術也變得多樣化，且步驟顯著增加。特別是對於 具有細微結構(fine structure)的半導體元件製程，微粒附著 於乾淨的晶圓上，靜電，水紋及線型微粒會明顯影響後續 製程。因此，迫切需要的就是一種晶圓乾燥方法。 習知曾經有人提議使用一旋轉乾燥機及一 IPA氣體 乾燥機。在進行晶圓乾燥時，旋轉乾燥機係利用離心力； 而IPA氣體乾燥機則是利用一低蒸汽壓的異丙醇（isopropyl alcohol，IPA)進行乾燥。然而，這些乾燥機並無法完全去 除在晶圓表面或晶圓圖案間的水紋。Marangoni乾燥機一 直被廣泛的使用，以解決此問題。Marangoni乾燥機係利 用IPA與水之間的表面張力差異進行乾燥。 利用Marangoni效應的乾燥製程將簡述如下： 當晶圓以去離子水（de-ionized water，DIW)沖洗後， 異丙醇氣體注入沖洗槽上方的內部空間，而去離子水慢慢 被抽離。因此，水分將由晶圓表面排除。當去離子水完全 排乾，高溫的氮氣被注入以汽化殘留於晶圓表面的去離子 水。很不幸地，汽化的去離子水，及包含有微粒的去離子 水殘留無法完全排出。由於上述方法會造成沖洗槽中不規 則的流體流動（紊流turbulence)並伴隨著氮氣，以致晶圓 表面無法均勻的乾燥，且水分殘留在與晶圓導引器接觸的 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 548698 9622pif.doc/008 五、發明說明（1) 部分。另外，由於Marangoni乾燥機無法根本地防止氧在 晶圓上產生反應，所以其不能抑制氧化層的生成。 本發明的目的之一在提出一種晶圓乾燥裝置，在晶 0車乙燥的製f壬中’可以根本地防止氧與晶圓表面反應，以 抑制氧化層的生成。 本發明的另一目的係提供一種晶圓乾燥裝置，以改 善晶圓乾燥效率。 本發明的再一目的係提供一種晶圓乾燥裝置，可抑 制處理槽中的紊流。 爲達上述目的，本發明提出一種半導體基底的乾燥 裝置，其中用來乾燥的氣體自處理槽的上部很平順地流向 下部，且平順的排放，以改善晶圓乾燥的效能。此晶圓乾 燥裝置包括一噴嘴埠，用以噴入一乾燥氣體至處理槽中， 以去除晶圓上殘留的水；減壓裝置，用以將處理槽的內部 減壓；以及一排出管，噴入的乾燥氣體，及包含被乾燥的 氣體乾燥之氣體殘留物係藉此排出。排出管與一抽離管相 通，抽離管用以將充滿於處理槽的處理溶液抽離。抽離管 包括第一抽離管，用以抽離處理溶液及第二抽離管，用來 以慢於第一抽離管的速度抽離處理溶液。另一排出管連接 至上述排出管，並配置於蓋子上。 晶圓乾燥裝置還包括一密封構件，用以密封處理槽 與蓋子。密封構件可以是一 〇型環或一襯墊。 根據本發明的另一觀點，一種半導體基底乾燥裝置 包括一真空室具有一處理槽，一液體充滿其中及一蓋子配 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公餐） --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 548698 9622pif.doc/008 五、發明說明（1 ) 置於處理槽上；一氣體分配器，自處理槽的上部噴灑氣體， 以乾燥基底；一液體流系統，用以輸送一液體流進入處理 槽，以淸洗基底，並自處理槽抽離液體；減壓裝置，用以 排出真空室中的空氣，及用以排放供應至真空室的氣體之 裝置。 氣體分配器包括第一噴嘴及第二噴嘴，皆配置於蓋 子上。減壓裝置包括一排氣埠形成於蓋子上，一第一排 氣管連接排氣埠，及一開關閥用以關閉/開啓第一排氣管。 液態流體系統控制液體流動及抽離，並搭配氣體分配器以 達到Marangoni效應。本裝置還包括將輸送至真空室之氣 體強力抽離的裝置。此強力抽離裝置包括一第二排氣管連 接至抽離管，及一開關閥用以關閉/開啓第二排氣管。 爲讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易 懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下： 圖式之簡單說明： 第1圖所繪示爲依照本發明一較佳實施例的一種晶 圓乾燥裝置剖面圖。 第2圖至第6圖所繪示爲依照本發明之晶圓乾燥步 驟的剖面圖。 圖式之標示說明： 1〇〇 :晶圓乾燥裝置 110 :真空室 112 :處理槽 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ——------% (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 548698 9622pif.doc/008 Λ7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（γ ) 112a :底部 112b :側壁 113 :排出管 114 :蓋子 116 : Ο型環 120 :晶圓導引器 122a :中央支撐棒 122b :側邊支撐棒 130 :氣體分配器 132 :異丙醇噴嘴 134 :氮氣噴嘴 136a、136b :輸送管 142 :分配管 144 :噴射孔 152a :第一抽離管 152b :第二抽離管 154 :控制閥 162 :排氣埠 164 :第一排氣管 166 :開關閥 172 :第二排氣管 174 :開關閥 W :晶圓 a :空間 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 548698

五 經濟部智慧財產局員工消費合作社印 發明說明（ζ) 圭實施侈!L 一 本發明之較佳實施例及其優點配合所附圖示說明如 下，宜ψ"各圖示中相同編號代表相同的構件。 請參照第1圖，依照本發明所製成的晶圓乾燥裝置100 包括空室110，一氣體分配器130，一液態流體系統 及減壓裝置。 真空室110具有一處理槽112及一蓋子114。處理槽 112包括一底部ina，一側壁112b及一排出埠U3。處理 丰凿112提件一空間由底部112a及側壁112b包圍。排出埠 自處理槽112底部112a向外延伸。處理槽Π2的上部 具有一開口，其藉由蓋子114開啓或關閉。一 〇型環116 裝設於其間以密封舒114麵理槽112。 晶圓W於製程中係由一晶圓導引器i20(wafer guide) 支撐。圓導引器120包括至少三個支撑棒122&及122b ’ 其以垂直於晶圓w方式配置。舉例來說，晶圓導引器120 包括一中央支撐棒122a及二側邊支撐棒122b。晶圓導引 器120還可以連接^昇降器（未繪耶）’使晶圓^得以上升 或下降。 氣體分配器130裝設於蓋子114上’包括一異丙醇噴 嘴132及一氮氣噴嘴134。輸送管136a及136b分別連接 異丙醇噴嘴132及氮氣噴嘴134。無庸置疑地，輸送管136a 及l36b分別連接至異丙醇供應源（未繪示）及氮氣供應源 (未繪示）。用來乾燥晶圓的異丙醇及氮氣，透過異丙醇噴 嘴I32及氮氣噴嘴134均勻地供應至處理槽U2的空間。 8 ---*----I----· I--- - - 訂·-------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 548698 9622pif.doc/008 37 五、發明說明（G ) 氣體分配器130從處理槽112上部，輸送異丙醇及一 鈍性氣體，比如高溫或經加熱之氮氣，至處理槽112。 液態流體系統具有輸送裝置，持續輸送一液體至處 理槽112及抽離裝置以自處理槽112抽離液體。液體的水 位及抽離係由輸送裝置及抽離裝置所控制。輸送裝置包括 一分配管I42，其沿著晶圓導引器120配置，並具有多個 噴射孔I44。分配管M2透過一液體輸送管，自一外部液 體供應源接收一液體。抽離裝置包括一第一抽離管l52a 及一第一抽離管152b及一控制閥154。第一及第二抽離管 152a，152b連接處理槽112的排出埠113。控制閥154分 別裝設於抽離管152a，152b。舉例來說，第二抽離管152b 的口徑較佳是小於第一抽離管152b的口徑，以便以較慢 於第一抽離管152a的速度緩慢抽離一溶液。淸洗製程中 液體的水位係由控制閥154來進行控制。淸除步驟是用來 淸洗及沖洗晶圓W。當進行淸除步驟中的淸洗晶圓w時， 液體可以是一化學溶液，以適於淸除比如殘留於晶圓w 的微粒或自然生成氧化層。當進行淸除步驟中沖洗晶圓w 時，液體可以爲去離子水，適於淸除晶圓W上殘留的化 學溶液。 減壓裝置包括一排氣ί阜162，一*第一排氣管164連接 排氣埠162及一開關閥166用以關閉/開啓第一排氣管 164。在輸送異丙醇前，減壓裝置對真空室11〇進行減壓， 以便排放其中的空氣（尤其是氧氣）。在沖洗晶圓w後，滯 留於處理槽112與蓋子114間之空間a的空氣，將透過排 9 }紙張尺度適用中_家標準$NS)A4規格⑽X 2^57 ------------!丨丨丨丨訂---------線i^w. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 548698 9622pif ^ doc/〇〇8 ___________ B7 五、發明說明（9 ) 氣璋162排出，以避免晶圓w與空氣中的氧氣反應。因 此’其可以抑制因晶圓表面氧化作用造成的水紋之生成。 晶圓乾燥裝置100更包括將供應至真空室110中的異 丙醇及氮氣強力抽離的裝置。強力抽離裝置具有一第二排 氣管172,連接至第一抽離管152a，以及一開關閥174, 用以開啓/關閉第二排氣管172。當處理槽U2中的溶液抽 離時’開關閥174關閉；而在溶液完全抽光或當氮氣輸送 時’開關閥174開啓。更明確而言，就是在溶液被完全抽 離，而氮氣經由設置於蓋子114的氮氣噴嘴134噴入時。 當真空排氣經由排出埠113進行時，在處理槽112中產生 一由上至下的流動。此由上至下的流動使得蒸汽，具有微 粒的殘留物及氮氣快速地排放，並經由排出埠113排至第 二排氣管172。 根據本發明的一種晶圓乾燥方法，請參照第2圖至 第6圖，並詳述如下。 晶圓W裝載於處理槽Π2中。去離子水經由分配管 142輸送至處理槽112內。去離子水透過供應裝置持續輸 送，並透過抽離裝置持續抽離，以進行晶圓W之沖洗(參 照第2圖）。在沖洗晶圓W後，真空室110進行減壓，以 排出其中的空氣（參照第3圖）。也就是，利用減壓裝置， 將包含去離子水的處理槽112及蓋子114間的空間a所滯 留的空氣排出。氮氣輸送至以排除空氣之空間a中（參照第 4圖）。在此情況中，氮氣的增壓及減壓係同時完成。在氮 氣充滿空間a後’異丙醇及氮氣輸送至處理槽112中去離 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 548698 9622pif.d〇c/〇〇8 五、發明說明（§ ) 子水的上部。同時地，去離子水慢慢地經由第二抽離管152b 抽離(參照第5圖）。因此，去除殘留於晶圓W表面之去離 子水的乾燥製程已完成。更具體地來說，部分的異丙醇滲 透去離子水的表面，以降低其表面張力。更淸楚地說，在 乾燥製程中，當晶圓W上升或去離子水水位降低時，在 晶匱1 W與去離子水接觸的部分會形成一新月形的液體表 ® °在此情況下，當異丙醇滲透去離子水表面，接觸部分 的表面張力小於其他部分的表面張力。殘留於晶圓W表 面的液體’也就是去離子水會流向表面張力較高的部分。 因此’根據Marangoni效應，去離子水將從晶圓W表面幾 近最大可能地去除。無庸置疑地，甲醇或乙醇亦可以用以 取代異丙醇。當去離子水的水位低於晶圓W，第二抽離管 152b將關閉，而第一抽離管152a開啓，以迅速抽離殘留 於處理槽II2中的去離子水。第一抽離管〗52a抽離溶液 係利用重力的方法。當去離子水自處理槽112完全抽離時， 隨後進行之步驟爲最後晶圓乾燥步驟。請參照第5圖，最 後晶圓乾燥步驟係利用加熱之氮氣以去除晶圓表面殘留的 微粒狀去離子水。更具體來說，加熱之氮氣透過氮氣噴嘴 134輸送至處理槽112。用以乾燥晶圓的氮氣、骞丙醇及 3有微松煙霧之殘留物’透過處理槽112之排出ί阜113， 強力抽離至第二排氣管I72。在處理槽U2中產生一由上 至下的氣流5以至於殘留物，氮氣及異丙醇可以確實而快 速地透過排出埠113抽離至第二排氣管172。因此，此方 法可以防止處理槽11 2中產生紊流。也就是說，處理槽1 J 2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----------------- - - -訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 548698 9622pif.doc/008 五、發明說明（0 ) 中可以穩定維持一氣流。若處理槽112中產生比如渦流之 不穩定氣流，則藉由在晶圓表面噴射高溫氮氣，欲達成的 晶圓微粒乾燥效應，則很難達成。因此，在晶圓乾燥步驟 中，處理槽112中維持一穩定而快速抽離的氣流是十分重 要的。所以，在晶圓乾燥步驟中，氮氣及殘留物快速地抽 離至第一排出管172。另外，新的氮氣輸送至晶圓表面， 可以減少因殘留物造成的晶圓污染，並可以提高晶圓表面 水微粒去除效應。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非 用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之 精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之 保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 548698 9622pif.doc/008 A8 R8 C8 D8 、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 申請專利範圍 1. 一種晶圓乾燥裝置，具有一處理槽，一晶圓導引器 放置其中，及一蓋子，用以覆蓋該處理槽，該晶圓乾燥裝 置包括： 一噴嘴埠，用以噴射一乾燥氣體進入該處理槽以去 除殘留於一晶圓上之水分； 一減壓裝置，用以對該處理槽進行減壓；以及 一排氣管，該噴入之該乾燥氣體及包含被乾燥氣體 乾燥後之殘留氣體均藉此排出。 2. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓乾燥裝置，其中 該排氣管與一抽離管通連，該抽離管用以抽離充滿於該處 理槽的一處理溶液。 3. 如申請專利範圍第2項所述之晶圓乾燥裝置，其中 該抽離管包括一第一抽離管，用以抽離該處理溶液，及一 第二抽離管，用以抽離該處理溶液，但較慢於該低一抽離 管，且其中該排氣管連接至該第一抽離管。 4. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓乾燥裝置，其中 該排氣管配置於該蓋子上。 5. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓乾燥裝置，更包 括一密封構件，用以密封該處理槽與該蓋子。 6. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓乾燥裝置，其中 該密封構件係爲一 〇型環及一襯墊二者擇一。 7. —種半導體基底乾燥裝置，包括： 一真空室，具有一處理槽，一液體充滿其中，及一 蓋子配置於該處理槽上； 13 _____________—m (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _____ί I 泉 ^· n n ϋ n βϋ Βϋ ϋ I n I I n i_i ϋ 1 n i_i 1_1 ϋ— l ϋ n n ϋ «ϋ i-ϋ .^1 · 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2】〇χ 297公S ) 548698 9622pif.doc/008 A8 R8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 一氣體分配器，用以自該處理槽的上部噴灑一氣體， 以乾燥該基底； 一液態流體系統，用以輸送一液態流體至該處理槽 以淸洗該基底，並用以自該處理槽抽離一液體；以及 複數個減壓裝置，用以排放該真空室中的空氣。 8. 如申請專利範圍第7項所述之半導體基底乾燥裝 置，更包括複數個裝置，用以將輸送至該真空室的氣體抽 離。 9. 如申請專利範圍第7項所述之半導體基底乾燥裝 置，其中該氣體分配器包括一第一噴嘴及一第二噴嘴，配 置於該蓋子上。 10. 如申請專利範圍第7項所述之半導體基底乾燥裝 置，其中該些減壓裝置包括： 一排氣埠，形成於該蓋子上； 一第一排氣管，連接該排氣埠；以及 一開關閥，用以關閉/開啓該第一排氣管。 11. 如申請專利範圍第7項所述之半導體基底乾燥裝 置，其中該液態流體控制系統控制該液體流動及抽離，並 搭配該氣體分配器以達到Marangoni效應。 12. 如申請專利範圍第7項所述之半導體基底乾燥裝 置，其中該液態流體系統具有用來自該處理槽持續抽離該 液體的裝置，及用來持續輸送該液體至處理槽的裝置，以 控制該處理槽中該液體的水位及抽離。 13. 如申請專利範圍第12項所述之半導體基底乾燥裝 14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐） — — — — — — — — — — — I — I I I I I I I ,1^ — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 548698 9622pif.doc/008 A8 R8 C8 D8 六、申請專利範圍 置，其中用來持續抽離該液體的裝置包括一抽離管連接該 處理槽的該排出埠及一控制閥，配置於該抽離管，且該液 體的水位由該控制閥控制。 14. 如申請專利範圍第13項所述之半導體基底乾燥裝 置，更包括用來強力抽離輸送至該真空室之該氣體的裝 置，其中該強力抽離裝置包括； 一第二排氣管連接該抽離管；以及一開關閥，設置 於該第二排氣管，且當該液體抽離過程中，該開關閥關閉， 而在該液體完全被抽離後，該開關閥開啓。 15. 如申請專利範圍第14項所述之半導體基底乾燥裝 置，其中該抽離管包括一第一抽離管及一第二抽離管，而 該第二抽離管的口徑小於該第一抽離管的口徑，以致其抽 離該溶液的速度慢於該第一抽離管。 16. 如申請專利範圍第15項所述之半導體基底乾燥裝 置，其中該第二抽離管連接至該第一抽離管。 17. 如申請專利範圍第7項所述之半導體基底乾燥裝 置，更包括一導引器，在該處理槽中，用以支撐該基底， 其中用來持續輸送該液體的裝置包括一分配管，其沿著該 導引器配置，並具有複數個噴射孔。 18. 如申請專利範圍第7項所述之半導體基底乾燥裝 置，更包括一密封構件，密封於該處理槽與該蓋子之間， 其中該密封構件係爲一 〇型環及一襯墊二者擇一。 19. 如申請專利範圍第7項所述之半導體基底乾燥裝 置，其中該液體爲去離子水，且該氣體爲異丙醇及氮氣二 15 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 β---------_____________^___________ 548698 A8 R8 C8 9622pif.doc/008 ⑽ 六、申請專利範圍 者擇一。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6 ί 礞 I I I I I I I I .1^ 1 — — —— — 1· I — — — — — — — — — I _________ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2】0 X 297公釐〉