TWI427730B - 用於在微電子元件製造的期間塗覆基板的外部邊緣之裝置 - Google Patents

Description

用於在微電子元件製造的期間塗覆基板的外部邊緣之裝置

本發明大體上係關於一種在微電子元件製造的期間有助於將塗覆組合物導向基板邊緣並使塗覆組合物遍及基板邊緣之擋板。

微電子元件，像是積體電路和微機電(MEMs)元件典型上是藉由將塗層施用於基板上，並使這些層形成特定元件設計所需的形狀和大小所形成的。典型上這些層是藉由將液體組合物旋塗於基板上所形成的，然而，塗層典型上不會流動到基板邊緣並遍及基板邊緣，因而使得基板邊緣未受到保護。這些基板後續會進行蝕刻與研磨程序，這些是相當嚴峻的程序。結果，這些塗層在它們的邊緣時常會遭遇掀離的問題，亦即塗層的邊緣從基板扯掉。這使得基板的邊緣未受到保護，而且容易受到後續製程條件的傷害。基板將會時常變得更薄，而且容易龜裂和破碎。這使得晶圓產率降低，成本因而增加。

本發明藉由廣泛地提供一種用以在將組合物塗覆到基板的期間，影響組合物的流動、並將此流動引導至遍及基板邊緣、以及可能地遍及背面之新穎擋板來克服這些問題。

更詳細地，此擋板較佳為包括架構上為環狀的主體，而且包含界定一個開口、並建構用以將組合物的流動引導至基板邊緣的內部邊壁。此邊壁將包含一個垂直表面、一與該垂直表面連接之彎曲側壁、以及一與該彎曲側壁連接之唇部。

在使用上，將擋板和基板定位為使得基板邊緣鄰接擋板邊壁、但較佳為不與擋板邊壁接觸。之後藉由典型的旋塗程序將組合物塗覆到基板上，其中離心力致使組合物流到基板的外部周圍，並因而流向擋板，擋板邊壁致使組合物覆蓋基板的邊緣，然後可使晶圓進行其他的處理程序(如烘烤/硬化、蝕刻、其他塗層的塗覆等等)。

圖1說明依據先前技藝之程序。提供具有邊緣12的基板10。經由配給噴嘴16將保護材料14塗覆於基板10上，並經由旋塗程序形成薄膜18。之後於加熱板20上加熱基板10，並使基板10進行其他處理程序。如圖1所示，薄膜18並未覆蓋邊緣12，因而使其於後續處理步驟，像是濕蝕刻期間未受到保護。

依據本發明之擋板以其新穎的設計克服了這個問題。請參照圖2和3，提供一個擋板22。擋板22包括環狀的底部24和支撐元件26。環狀的底部24包含上和下表面28,30與周圍的外部和內部邊緣32,34。上表面28往邊緣34靠近時稍微往表面30傾斜。

內部邊緣或邊壁34界定了開口36。邊緣34包含垂直表面38和下方唇部40。垂直表面38和外部邊緣32大體上互相平行。垂直表面38和唇部40經由寬緩彎曲或彎曲側壁42連接。吾人將察知下方唇部40延伸越過垂直表面38，然而，應限制此距離以容許於彎曲側壁42內收集組合物，但仍容許組成物經過下方唇部40排放。因此，”L”的長度應為”l”長度的約1.5－4倍、且更佳為約2－3倍，其中”l”為從彎曲側壁42中最內部的點(亦即頂點)到從垂直表面38垂直地往下表面30延伸的直線44之最短距離，而”L”為從直線44到下方唇部40的末端46之距離，如圖3所示。

唇部40包括上唇表面48，其較佳為在向下的方向往下表面30傾斜。上唇表面48的傾斜角度較佳約為1－15°，且甚至更佳地為約2－10°，其中理想的水平線為斜率0。

擋板22的支撐元件26包含直立元件50和凸緣52，其中凸緣52較佳為大體上與直立元件50垂直。在較佳的具體實例中，凸緣52將包含至少2個、較佳為至少3個調平元件54。較佳的元件54含有由其延伸出的突出物56，其中這些突出物56中的每一個含有開口58，其係裝配用以安裝可調整的緊固件(fastener)，像是當需要時可用以調整擋板22的螺絲組(未顯示)。吾人將察知上述說明可容許依特定程序條件(如基板尺寸、使用的設備等等)來製作擋板的尺寸，使得本發明之擋板是相當多方面適用的。

可以使用許多不同的材料來形成擋板22，端視其將暴露於其中的設備、程序條件等等而定。然而，以可抵抗(亦即將不與其反應或為其所腐蝕的)典型用於微機電元件製造期間的溶劑之合成樹脂組合物所形成的擋板是較佳的。這樣的溶劑包括這些選自由丙二醇單甲醚乙酸酯、丙二醇單甲醚、乳酸乙酯、甲基異戊酮、N－甲基砒咯烷酮、和異丙醇所組成之群組者。

以非金屬材料形成擋板22也是較佳的。亦即形成擋板22的材料可包含以將擋板的總重量當作100重量%為基礎，低於約5重量%、較佳為低於約1重量%、且更佳為0重量%的金屬。

尤其較佳的、可形成擋板22的材料包括這些選自由聚四氟乙烯(TEFLON)、聚乙烯(較佳為高密度的)、聚丙烯、聚苯硫、乙縮醛、聚醚醚酮(可從Tangram Technology Ltd.、名稱為PEER取得)、及其混合物所組成之群組者。

圖4顯示本發明擋板22之使用。首先，將基板10定位於旋塗裝置之夾盤(未顯示)內。典型基板10的範例包括這些選自由矽、二氧化矽、氮化矽、砷化鋁鎵、磷化鋁銦鎵(aluminum indium gallium phosphide)、氮化鎵、砷化鎵、磷化銦鎵、氮化銦鎵、砷化銦鎵、氧化鋁(藍寶石)、玻璃、石英、聚碳酸酯、聚酯、丙烯酸類、聚氨酯、紙、陶瓷、和金屬(如銅、鋁、金)所組成之群組者。

之後將本發明的擋板22放置於裝置中，以使凸緣52停留在裝置(未顯示)的表面上，而且使得基板10的邊緣12大致集中鄰接於開口36內的彎曲側壁42。當有需要時經由高度調整元件54(未顯示於圖4)調整擋板22，以使擋板22成水平並且基板10適當地置中。將擋板的大小製作成使得從彎曲側壁42中最內部點或頂點到基板邊緣12的距離”D”為從約0.85－4 mm、且更佳為從約0.85－2 mm的距離是較佳的。因此，基板和擋板較佳為不互相接觸。

在適當地定位擋板22和基板10之後，旋轉基板，同時經由配給噴嘴16配給材料14。然而，不像先前技藝的程序，材料14將會累積在擋板22中由彎曲側壁42所形成的凹處內，而且材料14將會被導引往基板邊緣12，甚至被導引到背面60，如區域62所示。因此，基板邊緣12和至少部分的背面60將會被保護薄膜18所覆蓋，以保護基板10遠離蝕刻、變薄、以及其他在後續處理步驟期間的破壞。尤其，當使用本發明的擋板時，至少約90%、較佳至少約95%、且甚至更佳約100%的基板邊緣12之表面區域將為塗覆於基板的組合物所覆蓋。

實施例

以下實施例提出依據本發明之較佳方法。然而，吾人將瞭解這些實施例是提供用來說明，而且其中沒有什麼事物應被認為是對本發明之整體範疇造成限制。

實施例1 比較實施例

實施先前技藝的程序而不使用本發明的擋板，以說明先前技藝程序的缺點。

原始矽晶圓具有平滑、圓形的邊緣。圖5為描繪這樣的邊緣之SEM照片。使用標準的旋塗程序將含有ProTEK底料和ProTEK B(可從Brewer Science Inc.取得)的蝕刻保護薄膜旋塗於原始矽晶圓上。圖6a顯示晶圓上的蝕刻保護薄膜。如圖6b所示，邊緣並未被完全覆蓋。之後讓矽晶圓進行使用氫氧化鉀的濕蝕刻程序。如圖7所示，蝕刻程序在晶圓邊緣產生了”刀刃”。蝕刻程序產生薄膜掀離，因而提供了晶圓邊緣不良的保護。這樣薄的晶圓邊緣表示明顯處理上的困難，因為其通常會導致晶圓上產生龜裂的結果，導致破損與產率降低。這個問題在薄晶圓處理上甚至更明顯。

實施例2 使用本發明的擋板

重複實施例1中所描述的程序，其不同之處僅在於使用依據本發明、依造晶圓尺寸來製作大小的擋板。在旋轉期間，擋板會收集過多的蝕刻保護材料並將其塗覆於晶圓邊緣和背面。結果，蝕刻保護材料塗覆於晶圓表面、邊緣、和底面邊緣，因而包覆晶圓及其邊緣，並防止晶圓邊緣的薄膜掀離。

圖8a顯示蝕刻保護材料包裹並覆蓋晶圓邊緣周圍，而且延續到晶圓背面。圖8b進一步說明來自晶圓背面上邊緣的蝕刻保護塗層邊緣是好的。

之後使帶有在適當位置的保護塗層之晶圓進行使用氫氧化鉀的濕式化學蝕刻程序。圖9描繪化學蝕刻之後的晶圓，而且晶圓的邊緣完整無缺的。

實施例3 使用本發明具背面配給的擋板

重複實施例2的程序，其不同之處僅在於一種背面配藥添加在旋轉碗上以於晶圓上產生更大面積的、抵抗濕式化學蝕刻的保護。以實施例2所描述的保護材料塗覆晶圓。使用了背面配藥，保護材料可被塗覆於晶圓背面從邊緣到距離晶圓邊緣5 mm處。圖10顯示在本實施例中已被塗覆後的矽晶圓背面。

之後使塗覆好的晶圓進行使用氫氧化鉀的濕蝕刻程序。圖11和12說明蝕刻之後的晶圓。保護材料在距離塗層邊緣小於1 mm處掀離。然後將保護材料從晶圓移除，並取得圖13的晶圓背面SEM照片。晶圓的整個外環未遭受蝕刻，而且仍為完整無缺的。

10．．．基板

12．．．邊緣

14．．．保護材料

16．．．配給噴嘴

18．．．薄膜

20．．．加熱板

22．．．檔板

24．．．底部

26．．．支撐元件

28．．．上表面

30．．．下表面

32．．．外部邊緣

34．．．內部邊緣

36．．．開口

38．．．垂直表面

40．．．唇部

42．．．側壁

46．．．末端

48．．．上唇表面

50．．．直立元件

52．．．凸緣

54．．．調平元件

56．．．突出物

58．．．開口

60．．．背面

62．．．區域

圖1為描繪有關先前技藝程序的問題之示意圖；圖2為依據本發明之擋板立體圖；圖3為沿著圖2的擋板中之線3－3之剖視圖；圖4為說明利用本發明擋板之塗覆程序示意圖；圖5為描繪觀看原始矽晶圓的邊緣之掃瞄電子顯微鏡(SEM)照片；圖6a為顯示被依據先前技藝程序塗覆保護材料之後的矽晶圓之邊緣SEM；圖6b為圖6a之邊緣放大圖；圖7為描繪在圖6a之晶圓進行濕蝕刻程序之後所得之”刀刃”SEM；圖8a為說明在塗覆保護材料、同時使用本發明的擋板之後的矽晶圓邊緣SEM；圖8b為圖8a之放大圖，其顯示晶圓上保護塗層之邊緣；圖9為顯示圖8a之晶圓進行濕蝕刻程序之後其邊緣之SEM；圖10為說明晶圓被塗覆保護材料之後其背面之SEM；圖11為圖10之晶圓進行濕蝕刻程序之後，此晶圓之SEM；圖12為圖11之SEM放大圖；以及圖13為說明蝕刻之後與移除保護塗層之後，圖9－12的晶圓背面之SEM照片。

22．．．檔板

24．．．底部

26．．．支撐元件

32．．．外部邊緣

34．．．內部邊緣

36．．．開口

50．．．直立元件

52．．．凸緣

54．．．調平元件

56．．．突出物

58．．．開口

Claims (32)

1. 一種用於在將組合物塗覆到具有最大截面基板尺寸與邊緣的基板期間影響組合物的流動之擋板，其改良為包括：具有上和下表面的環狀開底式的底部，該底部包含連續內部邊壁，其與該上和下表面交叉而界定在介於與通過該上表面和下表面連續延伸的底部開口，以致於該擋板在下表面為開啟的，該底部開口呈現直立開口軸，其開口具有至少沿著部分該軸變化的截面尺寸，該邊壁係建構以將組合物的流動引導至基板邊緣，該邊壁包括：彎曲側壁，該開口沿著該彎曲側壁具有截面邊壁尺寸，該側壁尺寸在軸上變化，其具備至少一軸位置呈現經建構以大於該基板尺寸的側壁尺寸，以及與該彎曲側壁連接而位於該側壁之下而與該側壁鄰接之唇部，該唇部對內以放射狀突出以界定最內部末端，其具有在最內部末端經建構以小於該基板尺寸的截面唇部尺寸的開口，以致於該唇部尺寸位於該基板邊之下而界定開口為以其他方式與基板共同延伸，其中當基板位於該擋板內，該擋板在基板之下為開啟的，對唇部除外，該擋板包含合成樹脂組合物。
2. 如申請專利範圍第1項之擋板，其中該合成樹脂組合物係選自由聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯硫、乙縮 醛、聚醚醚酮及其混合物所組成之群組者。
3. 如申請專利範圍第1項之擋板，其中該唇部具有上和下表面，且該上表面沿著遠離該彎曲側壁之方向往該下表面傾斜。
4. 如申請專利範圍第3項之擋板，其中該傾斜為距離水平位置為約1-15°的斜率。
5. 如申請專利範圍第1項之擋板，其中以將該擋板的總重量當作100重量%為基礎，該擋板含有低於約5重量%的金屬。
6. 如申請專利範圍第1項之擋板，其中該底部呈現旋轉對稱軸。
7. 如申請專利範圍第6項之擋板，其中該邊壁呈現圓形截面形狀，以致於該截面基板尺寸、側壁尺寸與唇部尺寸為直徑。
8. 如申請專利範圍第1項之擋板，其中該底部呈現對準該開口軸的幾何中心。
9. 如申請專利範圍第1項之擋板，其中該唇部從下表面延伸。
10. 如申請專利範圍第1項之擋板，其中該邊壁包括與該彎曲側壁連接之垂直表面，以位於該側壁之上且與該側壁鄰接。
11. 如申請專利範圍第10項之擋板，其中：該彎曲側壁具有頂點，該頂點係內凹距離”l ”，其係定義為從該頂點至沿著與該垂直表面相同平面所作直線之距 離；以及該唇部延伸遠離該頂點，該唇部具有長度”L”，其係定義為從沿著該垂直表面平面所作直線至該最內部末端之距離，其中該長度”L”為該長度”l ”之約1.5-4倍。
12. 一種在將組合物塗覆到具有最大截面基板尺寸與邊緣的基板期間影響組合物的流動之擋板，其改良為包括：具有上和下表面的環狀開底式的底部，該底部包含連續內部邊壁，其與該上和下表面交叉而界定在介於與通過該上表面和下表面連續延伸的底部開口，以致於該擋板在下表面為開啟的，該底部開口呈現直立開口軸，其開口具有至少沿著部分該軸變化的截面尺寸，該邊壁係建構用以將組合物的流動引導至基板邊緣，該邊壁包括：彎曲側壁，該開口沿著該彎曲側壁具有截面邊壁尺寸，該側壁尺寸在軸上變化，其具備至少一軸位置呈現經建構以大於該基板尺寸的側壁尺寸，以及與該彎曲側壁連接而位於該側壁之下而與該側壁鄰接之唇部，該唇部對內以放射狀突出以界定最內部末端，其具有在最內部末端經建構以小於該基板尺寸的截面唇部尺寸的開口，以致於該唇部尺寸位於該基板邊之下而界定開口為以其他方式與基板共同延伸，其中當基板位於該擋板內，該擋板在基板之下為開啟的，對唇部除外，以將該擋板的總重量當作100重量%為基礎，該擋板含 有低於約5重量%的金屬。
13. 如申請專利範圍第12項之擋板，其中以將該擋板的總重量當作100重量%為基礎，該擋板含有約0重量%的金屬。
14. 如申請專利範圍第12項之擋板，其中該唇部呈現上和下表面，且該上表面沿著遠離該彎曲側壁之方向往該下表面傾斜。
15. 如申請專利範圍第14項之擋板，其中該傾斜為距離水平位置為約1-15°的斜率。
16. 如申請專利範圍第12項之擋板，其中該邊壁包括與該彎曲側壁連接之垂直表面，以位於該側壁之上且且與該側壁鄰接。
17. 如申請專利範圍第16項之擋板，其中：該彎曲側壁具有頂點，該頂點係內凹距離”l ”，其係定義為從該頂點至沿著與該垂直表面相同平面所作直線之距離；以及該唇部延伸遠離該頂點，該唇部具有長度”L”，其係定義為從沿著該垂直表面平面所作直線至該最內部末端之距離，其中該長度”L”為該長度”l ”之約1.5-4倍。
18. 一種在將組合物塗覆到具有最大截面基板尺寸與邊緣的基板期間影響組合物的流動之擋板，其改良為包括：具有上和下表面的環狀開底式的底部，該底部包含連續內部邊壁，其與該上和下表面交叉而界定在介於與通過該上表面和下表面連續延伸的底部開 口，以致於該擋板在下表面為開啟的，該底部開口呈現直立開口軸，其開口具有至少沿著部分該軸變化的截面尺寸，該邊壁係建構用以將組合物的流動引導至基板邊緣，該邊壁包括：垂直表面；具有頂點之彎曲側壁，該頂點係內凹距離”l ”，其係定義為從該頂點至沿著與該垂直表面相同平面所作直線之距離；該開口具有沿著該彎曲側壁的截面側壁尺寸，該側壁尺寸在軸上變化，其具備至少一軸位置呈現經建構以大於該基板尺寸的側壁尺寸，以及與該彎曲側壁連接而位於該側壁之下而與該側壁鄰接之唇部，該唇部其延伸遠離該頂點並呈現最內部末端，該唇部具有長度”L”，其係定義為從沿著該垂直表面平面所作直線至該最內部末端之距離，其中該長度”L”為該長度”l ”之約1.5-4倍，該開口具有在最內部末端經建構以小於該基板尺寸的截面唇部尺寸，以致於該唇部尺寸位於該基板邊之下而界定開口為以其他方式與基板共同延伸，其中當基板位於該擋板內，該擋板在基板之下為開啟的，對唇部除外。
19. 如申請專利範圍第18項之擋板，其中該唇部呈現上和下表面，且該上表面沿著遠離該彎曲側壁之方向往該下表面傾斜。
20. 如申請專利範圍第19項之擋板，其中該傾斜為距離水平位置為約1-15°的斜率。
21. 一種用於將組合物施用於基板上的組合，該組合包括：具有最大截面尺寸與邊緣的基板；以及在將組合物塗覆到基板期間影響組合物的流動之開底式的擋板，該擋板包括具有上和下表面的環狀底部，該底部包含連續內部邊壁，其與該上和下表面交叉而界定在介於與通過該上表面和下表面連續延伸的底部開口，以致於該擋板在下表面為開啟的，該底部開口呈現直立開口軸，其開口具有至少沿著部分該軸變化的截面尺寸，該邊壁係建構用以將組合物的流動引導至基板邊緣，該邊壁包括：彎曲側壁，該開口具有沿著該彎曲側壁截面邊壁尺寸，該側壁尺寸在軸上變化，該基板係位於該開口內而鄰接於該彎曲側壁，但不與該擋板接觸，以及與彎曲側壁連接之唇部而位於該側壁之下且與該側壁鄰接，該唇部對內以放射狀突出以界定最內部末端，其具有在最內部末端經建構以小於該基板尺寸的截面唇部尺寸的開口，以致於該唇部尺寸位於該基板邊之下而界定開口為以其他方式與基板共同延伸，其中該擋板在基板之下為開 啟的，對唇部除外。
22. 如申請專利範圍第21項之組合，該擋板包含合成樹脂組合物。
23. 如申請專利範圍第21項之組合，該基板為微電子基板。
24. 如申請專利範圍第23項之組合，該基板係選自由矽、二氧化矽、氮化矽、砷化鋁鎵、磷化鋁銦鎵(aluminum indium gallium phosphide)、氮化鎵、砷化鎵、磷化銦鎵、氮化銦鎵、砷化銦鎵、氧化鋁、玻璃、石英、聚碳酸酯、聚酯、丙烯酸類、聚氨酯、紙、陶瓷和金屬基板所組成之群組者。
25. 一種將組合物塗覆到基板之方法，該方法包括以下步驟：提供：包含具有邊壁的主體之擋板，該邊壁具有彎曲側壁；以及具有表面、背表面和邊緣之基板；定位該擋板和該基板以使該基板與該邊壁有間隔；將組合物塗覆到該基板表面；使該基板旋轉，以致於在旋轉時，該組合物累積於該彎曲側壁內，以將組合物引導至周圍且與基板接觸以及至基板的背表面。
26. 如申請專利範圍第25項之方法，該邊壁包括：垂直表面，該彎曲側壁係與該垂直表面連接；以及 與該彎曲側壁連接之唇部，該定位步驟包含定位該基板與該擋板，以使該基板鄰接該彎曲側壁。
27. 如申請專利範圍第25項之方法，其中該定位步驟使得該基板鄰接該邊壁但不與該擋板接觸。
28. 如申請專利範圍第25項之方法，其中該主體與該邊壁之形狀為環狀的。
29. 如申請專利範圍第25項之方法，該邊壁界定開口，且於該定位步驟期間該基板係位於該開口內。
30. 如申請專利範圍第25項之方法，該擋板包含一合成樹脂組合物。
31. 如申請專利範圍第25項之方法，該基板為一微電子基板。
32. 如申請專利範圍第31項之方法，該基板係選自由矽、二氧化矽、氮化矽、砷化鋁鎵、磷化鋁銦鎵(aluminum indium gallium phosphide)、氮化鎵、砷化鎵、磷化銦鎵、氮化銦鎵、砷化銦鎵、氧化鋁、玻璃、石英、聚碳酸酯、聚酯、丙烯酸類、聚氨酯、紙、陶瓷、和金屬基板所組成之群組者。