TWI553761B - 用以處理晶圓之方法及設備 - Google Patents

Description

用以處理晶圓之方法及設備

本發明係關於一種處理晶圓狀物品(例如半導體晶圓)的方法與設備，其中晶圓狀物品被導入至一封閉的處理室且自封閉的處理室移除。

半導體晶圓會受到各種表面處理製程，例如蝕刻、清洗、拋光和材料沉積。為了適應這些製程，單一的晶圓可被一與旋轉載台相關之夾盤支撐在與一或多個處理流體噴嘴相關之處，如美國專利第4,903,717和5,513,668號所述。

另外，以環狀轉子形態且適於支撐晶圓的夾頭可被置於一封閉的處理室中，且其係經由主動磁性軸承驅動而不需要物理性的接觸，例如國際專利申請公開案第WO 2007/101764號以及美國專利第6,485,531號所述。從旋轉的晶圓邊緣因為離心力而被向外帶動的處理流體係被輸送到一共同排出口以便處理。

封閉處理室係用於容納用於晶圓處理的有害物質，以及維持一用於這些製程所需條件的超大氣壓力。然而，封閉室必然需要被打開以裝載與卸載晶圓。這會導致例如汽化異丙醇、臭氧之類的製程氣體、化學煙霧、熱蒸汽可能被釋放到工具環境中的顯著風險，其可導致顯著的安全性風險，並損害周圍的元件與工具。

室向外打開的門是不佳的，作業員與/或清潔處理區在門打開時，可能會曝露於沉積在門內側的化學殘留。滑門會使得與周圍的室壁形成一可靠的密封以及維持室中所需的超壓變的困難。傳統的向內開的門需要將室製造成實質上較大以在打開時容納門。

本發明人開發出一種改良的用於處理晶圓狀物品的封閉處理室，其中用於裝載與卸載晶圓狀物品的一開口 形成於室的側壁，此開口被一向內開啟的門封閉，當開啟時較傳統設計占用了實質上較少的室內空間。

因此，本發明於一種態樣係關於一種用於處理晶圓狀物品的裝置，包含一封閉處理室，封閉處理室包含一外殼，其具有一側壁、一夾具，其位於封閉處理室內，適於接收晶圓狀物品、以及一門，用於裝載與卸載晶圓狀物品進入與退出封閉處理室，門在一第一位置時乃阻擋封閉處理室之側壁中的一開口且密封封閉處理室之側壁的一內表面，且門係藉由一連桿(其為驅動機構的一部份)連接至封閉處理室的外部，連桿於第一位置與一第二位置之間以一非線性運動引導門，門於第二位置時係位於封閉處理室內部、以允許晶圓狀物品透過開口之裝載與卸載。在此使用的平移運動的用語並不必然意謂關門位置係絕對平行於開門位置。開門位置可與關門位置有高達20度角的不同(較佳地高達10度角)。此外，門的整個運動可為非線性平移與旋轉的組合。

在依本發明之裝置的較佳實施例中，夾具為一旋轉卡盤，其上適於固定晶圓狀物品。

在依本發明之裝置的較佳實施例中，封閉處理室更包括一內蓋，其可於一第一位置與一第二位置間移動，於第一位置處夾具與封閉處理室之側壁相連通，於第二位置處內蓋密封封閉處理室與旋轉卡盤相鄰的一內表面以界定一氣密內處理室。

在依本發明之裝置的較佳實施例中，當在第二位置時，內蓋形成內處理室的一下部。

在依本發明之裝置的較佳實施例中，連桿包含一對樞轉臂，其於第一端可樞轉地安裝於封閉處理室外部，且於第二端可樞轉地安裝於門之一面向外表面。

在依本發明之裝置的較佳實施例中，該對樞轉臂之第一端沿彼此平行但不重合的軸線樞轉，且其中該對樞轉 臂之第二端沿彼此平行但不重合的軸線樞轉。

如果對應到該對樞轉臂的第一端的軸線(接近驅動機構的軸線)與對應到該對樞轉臂的第二端的軸線(接近門的軸線)彼此之間在開啟位置如同在關閉位置具有相同的距離，那麼在開啟位置的門係與在關閉位置的門平行。如果接近門的軸線與接近驅動機構的軸線在開啟位置與在關閉位置的距離不同，則除平移分量之外，其運動需要有一旋轉分量。

在依本發明之裝置的較佳實施例中，接近驅動機構的軸線係位於低於門所覆蓋之開口，且亦為較佳地，驅動機構本身係安裝在低於門所覆蓋之開口的高度。

這導致此優點：即使門向室的內部開啟，任何可能由驅動機構產生的粒子將由潔淨室中圍繞室的向下的空氣流向下傳送。

可藉由設置一額外的排氣到驅動機構內部，以在蓋內部提供負壓而進一步抑制驅動機構發散出的粒子。

在依本發明之裝置的較佳實施例中，當門接近第一位置，非線性平移運動具有一垂直於側壁的較大分量，且當門接近第二位置，非線性平移運動具有一平行於側壁的較大分量。若側壁為上下方向，則垂直分量是水平分量，且平行分量是上下的。

在依本發明之裝置的較佳實施例中，連桿包含至少一臂，其於一遠端可樞轉地連接於門，且於一近端被一安裝於封閉處理室外部的馬達驅動旋轉。

在依本發明之裝置的較佳實施例中，連桿包含一對縮放式鉸鏈。

在依本發明之裝置的較佳實施例中，門具有一寬度，至少為其高度的三倍，較佳地至少為其高度的四倍，且更佳地至少為其高度的五倍。

在依本發明之裝置的較佳實施例中，當在第二位 置時，門係實質上平行於側壁且與封閉處理室之側壁之內表面間隔一不大於其高度一半的距離，較佳地不大於其高度的三分之一。

本發明在另一態樣中係關於一種裝載或卸載一晶圓狀物品到一晶圓狀物品處理裝置的方法，其步驟包含：提供一封閉處理室，其具有一側壁與一位於封閉處理室中適於接受晶圓狀物品的夾具；開啟一門以裝載晶圓狀物品到封閉處理室與自封閉處理室卸載晶圓狀物品；引導門以一非線性平移運動於一第一位置與一第二位置之間移動，門在一第一位置時阻擋封閉處理室之側壁中的一開口且密封封閉處理室之側壁的一內表面，門於該第二位置時係位於封閉處理室內部；以及透過開口裝載或卸載晶圓狀物品。

在依本發明之方法的較佳實施例中，夾具為一旋轉卡盤，其上適於固定晶圓狀物品。

在依本發明之方法的較佳實施例中，門在非線性平移運動中係藉由一連桿來引導，連桿連接於門的一外表面以及封閉處理室的一外部。

在依本發明之方法的較佳實施例中，連桿包含至少一縮放式鉸鏈。

1‧‧‧外處理室

2‧‧‧內蓋

10‧‧‧主圓筒壁

12‧‧‧套筒

14‧‧‧下壁

15‧‧‧上部

16‧‧‧排氣開口

17‧‧‧動態密封件

18‧‧‧墊片

20‧‧‧底座

21‧‧‧直立圓筒壁

22‧‧‧中空軸

23‧‧‧工作液體排出開口

24‧‧‧導流件

25‧‧‧排出管

26‧‧‧墊片

28‧‧‧介質入口

30‧‧‧旋轉卡盤

32‧‧‧定子

34‧‧‧圓筒壁

36‧‧‧蓋

38‧‧‧環形齒輪

40‧‧‧夾持件

42‧‧‧歧管

44‧‧‧介質入口

46‧‧‧排氣開口

48‧‧‧內室

50‧‧‧側門

51‧‧‧安裝板

52‧‧‧開口

53‧‧‧墊片

54‧‧‧主臂

55‧‧‧馬達

56‧‧‧從動臂

57‧‧‧支架

58‧‧‧軸

59‧‧‧支架

60‧‧‧蓋

62‧‧‧樞轉點

64‧‧‧樞轉點

66‧‧‧第二支架處

W‧‧‧晶圓

本發明的其它目的、特徵與優點在讀取以下的本發明較佳實施例詳細說明及參照隨附的圖式後將更明顯，其中：圖1為一依本發明第一實施例之處理室的說明性截面側視圖，其顯示側門於其第二位置，且顯示內蓋於其第一位置；圖2為一依本發明第一實施例之處理室的說明性截面側視圖，其顯示側門於其第一位置，且顯示內蓋於其第二位置；圖3為一放大視圖，詳細顯示圖1中的III；圖4為一放大視圖，詳細顯示圖2中的IV； 圖5為一透視圖，顯示本發明第一實施例的側門機構，其從處理室的上方與外側觀之；且圖6為一透視圖，顯示本發明第一實施例的側門機構，其從處理室的上方與內側觀之。

現在參照圖1，一種如本發明第一實施例的處理晶圓狀物體表面的設備包括一外處理室1，其較佳地以塗覆有全氟烷氧基(perfluoroalkoxy，PFA)樹脂的鋁製成。本實施例中的室具有一主圓筒壁10、下部12和上部15。從上部15延伸有更窄的圓筒壁34，其係由一蓋36封閉。

一旋轉卡盤30被設置在室1的上部，且被圓筒壁34圍繞。在使用設備時，旋轉卡盤30可旋轉地支撐晶圓W。旋轉卡盤30結合一旋轉驅動器，包括環形齒輪38，其嚙合並驅動複數個偏心可動夾持件，以選擇性地接觸與釋放晶圓W的週緣。

在本實施例中，旋轉卡盤30為一相鄰於圓筒壁34內表面設置的環形轉子。一定子32係相對於環形轉子而設置相鄰於圓筒壁34的外表面。轉子30與定子32係作為一馬達，其中環形轉子30(以及從而被支撐的晶片W)可透過一主動磁性軸承而旋轉。例如，定子32可包括複數個電磁線圈或繞組，其可主動地被控制，以透過設置在轉子上的相對應永久磁鐵而可旋轉地驅動旋轉卡盤30。旋轉卡盤30的軸向與徑向軸承也可以藉由定子的主動控制，或藉由永久磁鐵來實現。因此，旋轉卡盤30可以被懸浮且旋轉地驅動而不需機械接觸。或者，轉子可藉由一被動軸承而固定，其中轉子的磁鐵被對應的高溫超導磁鐵(high-temperature-superconducting magnets，HTS-magnet)固定，其環繞設置於室外部的一外轉子上。以此實施例，環形轉子的各磁鐵係固定到其相對應的外轉子的高溫超導磁鐵。因此，內轉子與外轉子作相同的運動而沒有物理性的連接。

蓋36具有一安裝在其外部的歧管42，其供應一介質入口44，其穿過蓋36並在晶圓W的上方打開進入室。需注意者，在本實施例中的晶圓W從旋轉卡盤W向下吊掛，由夾持件40支撐，使得從入口44供應的流 體會沖到晶圓W面向上的表面。

在晶圓W是一半導體晶圓的情況中，例如直徑300公釐或450公釐，晶圓W面向上的表面可為晶圓W的裝置側或反面側，其取決於晶圓是如何被定位在旋轉卡盤30上，而這又是取決於室1中進行的特定製程。

圖1的設備更包括一內蓋2，其可相對於處理室1移動。內蓋2在圖1中係顯示位於其第一位置，或開啟位置，其中旋轉卡盤30係與室1的外圓筒壁10相連通。在本實施例中，蓋2係概略呈一杯狀，包括一被一直立圓筒壁21圍繞的底座20。蓋2更包括一中空軸22，其支撐底座20且穿過室1的下壁14。

中空軸22被一形成於主室1中的套筒12(即下部12)圍繞，且這些元件係藉由一動態密封件連接，其容許中空軸22相對於套筒12位移，同時保持室1的氣密密封。

在圓筒壁21的頂部安裝有一環形導流件24，其面向上的表面帶有一墊片26。蓋2較佳地包括一流體介質入口28，其穿過底座20，使工作流體和沖洗液體可以被導入到室中晶圓W面向下的表面上。

蓋2還包括一工作液體排出開口23，其通向一排出管25。由於管25剛性地安裝到蓋2的底座20，其經由一動態密封件17穿過室1的下壁14，使得管可以相對於下壁14軸向地滑動，同時保持氣密密封。

一排氣開口16穿過室1的壁10，而一分開的排氣開口46穿過接近旋轉卡盤30的內表面的蓋36。各排氣開口被連接到適當的排氣導管(未顯示)，其較佳地透過各自的閥與通風裝置獨立地控制。

圖1所示的位置對應到晶圓W的裝載與卸載。特別地，一晶圓W可透過側門50被裝載到旋轉卡盤30上，側門50在圖1中係顯示其位於開啟、或第二位置，以便允許晶圓W的裝載與卸載。

在圖2中，內蓋2被移動到其第二位置、或關閉位置，其對應於晶圓W的處理。也就是說，在晶圓W被裝載到旋轉卡盤30上之後，門50被移動到如圖2所示的關閉位置、或第一位置，且蓋2透過一作用在中空軸22上的適當的馬達(未顯示)而相對於室1向上移動。內蓋2的向上運動持續到導流件24與室1的上部15的內表面接觸。特別地，導流件 24所帶的墊片26密封上部15的下側，而上部15所帶的墊片18密封導流件24的上表面。

當內蓋2到達其如圖2所示的第二位置時，在封閉處理室1之內製造出了一第二室48。內室48更以氣密的方式被密封隔絕於室1的其它部份。此外，室48較佳地與室1的其它部份分開通風，其在本實施例中係藉由設置一個開入室48的排氣開口46來達成，其係獨立於室1的排氣埠16，以及室1在圖2組態中的其餘部份。

在處理晶圓時，工作流體可被引導流過介質入口44與/或28到一旋轉晶圓W，以進行各種處理，例如蝕刻、清洗、沖洗、以及其它晶圓進行中的製程所需的表面處理。

現在參照圖3與4，更詳細地描述側門50的結構與機構。在這些圖中，為了易於理解，圖1與2所示的蓋60已被移除。當門50如圖3所示在其開啟，或第二位置時，門50整個位於外室1的內部空間中。門50沿其面向外側的週緣包括一墊片53，且當門50關閉時，其密封側壁10的內表面。

在本實施例中，側壁10包括一安裝板51，其上可安裝門50的開關機構。在本實施例中的機構包括一氣動馬達55，其驅動一軸58在一角度範圍內旋轉，此旋轉對應到門50開啟與關閉位置之間的角度的運動。

軸58係可旋轉地由一對安裝在板51上的支架57支撐，各支架57的位置接近軸58的各端。在圖3跟4中，只有一個支架57是可見的，這些圖的選擇係取自沿軸58的長度大約一半處。門50係藉由一約為U形的臂54連接到軸58，臂54的近端係楔接於軸58，且臂54的遠端係可樞轉地安裝於門50。一從動臂56的遠端亦可樞轉地安裝在門50，而其近端係安裝以在第二支架中沿一軸線樞轉運動，此軸線係自軸58的旋轉軸偏移且平行。

開口52被形成在板51中，以允許當門50在如圖3所示的開啟位置時，在卡盤30上裝載與卸載晶圓狀物品。如果晶圓狀物品為一300公釐的半導體晶圓，開口52的寬度會稍微大於300公釐。開口52的寬度較佳地至少是其高度的三倍，且較佳地至少為其高度的五倍。因此，在一300公釐的半導體晶圓的情況中，開口52將具有一較佳為不大於100公釐的高 度，且較佳地不大於60公釐。

現在參照圖4，門50已移動到其關閉、或第一位置，如同在晶圓狀物品W已被裝載到室1或自室1移除後所發生者。特別是，氣動馬達55已被啟動以在角度運動範圍內移動軸58，在本實施例中為大約80度。墊在門50的面向外表面的墊片53，現在在開口52的周圍區域中，墊在側壁10/板51的內部。

藉由氣動馬達55的作用，且/或藉由室1中的超壓，門可以固定在其關閉位置。門50可較佳地承受至少為2巴的超壓。在這方面，作為塞門的門50的設計有助於其承受室1內的升高壓力的能力。

在圖4中，支架59為可見的，其剛性安裝到門50面向外的表面。臂54和56的遠端分別安裝到支架59的樞轉點62與64，且關於從動臂56，其遠端係較佳地在支架59中被容納在一槽中，以同時允許有限範圍的滑動運動。

從動臂56的近端可樞轉地在66安裝於一第二支架，且因此從動臂56的近端與遠端所沿著旋轉的軸線係平行且從主臂54的近端與遠端相對應的旋轉軸線偏移。

臂54與56，如同支架57與59，係較佳地成對靠近軸58的另一端，其如上所述在這些圖中是不可見的。亦可設置一第二馬達55在軸58的相對端。

比較圖3和圖4，可以看出側門50的開啟與關閉機構會使得門50在其第一與第二位置之間移動時，會沿一非線性的路徑進行平移運動。

此外，臂54的形狀使得當門50從圖4所示的關閉位置離開時，門50的運動具有更大的水平分量；然而，隨著門50的開啟持續，其運動的垂直分量持續地增加，使得門50接近圖3所示的位置時，其運動可幾乎完全或完全是垂直的，且因此與側壁10平行。

事實上，取決於臂54特定的形狀與安裝，門50可以在從其關閉到開啟位置的過程中，在到達圖3所示的位置之前，達到最大向內位移的位置，並隨後略為向外移動，直到到達圖3所示的位置。

從圖3中，可以理解到依本實施例的側門，向室1的內部 體積的突入的程度比傳統設計小很多。特別是，當側門在完全開啟位置時，其實質上平行於室1的側壁，且從側壁10的內表面間隔一段不大於其高度一半的距離，且較佳地不大於其高度的三分之一。

在另一實施例中，馬達55可被省略，且軸58可在支架57中自由轉動。在這種情況下，此對臂54與56將沿著相同的非線性平移路徑，以縮放式鉸鏈的方式引導門50。一栓鎖可被設置以寬鬆地在第一位置固定門50，直到室的超壓將墊片53緊貼固定在側壁10/板51的內表面。

在圖5與6中，顯示了整個門機構。此處，設置了一對馬達55以及一對支架57與59。然而，雖設置了兩臂54，只設置了一個臂56，實務中單一從動臂通常就足以確保門50在運動範圍內會保持實質上平行於室側壁10。

門50與臂54、56較佳地以抗高溫與抗處理室中可能使用的高腐蝕材料的材料製成。例如，臂可由塑膠，例如聚醚醚酮(polyetheretherketone，PEEK)製成。且門50可由高溫且抗化學性的聚亞醯胺樹脂製成，例如以商品名VESPEL®出售者。

1‧‧‧外處理室

2‧‧‧內蓋

10‧‧‧主圓筒壁

12‧‧‧套筒

14‧‧‧下壁

15‧‧‧上部

16‧‧‧排氣開口

17‧‧‧動態密封件

18‧‧‧墊片

20‧‧‧底座

21‧‧‧直立圓筒壁

22‧‧‧中空軸

23‧‧‧工作液體排出開口

24‧‧‧導流件

25‧‧‧排出管

26‧‧‧墊片

28‧‧‧流體介質入口

30‧‧‧旋轉卡盤

32‧‧‧定子

34‧‧‧圓筒壁

36‧‧‧蓋

38‧‧‧環形齒輪

40‧‧‧夾持件

42‧‧‧歧管

44‧‧‧介質入口

46‧‧‧排氣開口

50‧‧‧側門

60‧‧‧蓋

W‧‧‧晶圓

Claims (18)

1. 一種用於處理晶圓的裝置，包含一封閉處理室，該封閉處理室包含一外殼，其具有一側壁；一夾具，其位於該封閉處理室內，適於接收該晶圓；以及一門，用於裝載與卸載該晶圓進入與退出該封閉處理室，該門在一第一位置阻擋該封閉處理室之該側壁中的一開口且密封該封閉處理室之該側壁的一內表面，且該門係藉由一連桿連接至該封閉處理室的一外部，該連桿於該第一位置與一第二位置之間以一非線性運動引導該門，該門於該第二位置時係位於該封閉處理室內部，以允許該晶圓透過該開口之裝載與卸載。
2. 如申請專利範圍第1項所述的用於處理晶圓的裝置，其中該封閉處理室更包括一內蓋，其可於一內蓋第一位置與一內蓋第二位置間移動，於該內蓋第一位置時，該夾具與該封閉處理室之該側壁相連通，於該內蓋第二位置時，該內蓋密封該封閉處理室與該夾具相鄰的一內表面以界定一氣密內處理室。
3. 如申請專利範圍第2項所述的用於處理晶圓的裝置，其中當在該內蓋第二位置時，該內蓋形成該內處理室的一下部。
4. 如申請專利範圍第1項所述的用於處理晶圓的裝 置，其中該連桿包含一對樞轉臂，其於第一端可樞轉地安裝於該封閉處理室外部，且於第二端可樞轉地安裝於該門之一面向外表面。
5. 如申請專利範圍第4項所述的用於處理晶圓的裝置，該對樞轉臂之該些第一端沿著彼此平行但不重合的軸線樞轉，且其中該對樞轉臂之該些第二端沿著彼此平行但不重合的軸線樞轉。
6. 如申請專利範圍第1項所述的用於處理晶圓的裝置，其中該門之該連桿係位於低於該門所覆蓋之該開口。
7. 如申請專利範圍第1項所述的用於處理晶圓的裝置，其中當該門接近該第一位置，該非線性運動的平移部分具有一垂直於該側壁的較大分量，且當該門接近該第二位置，該非線性運動的平移部分具有一平行於該側壁的較大分量。
8. 如申請專利範圍第1項所述的用於處理晶圓的裝置，其中該連桿包含至少一臂，其於一遠端可樞轉地連接於該門，且於一近端被一安裝於該封閉處理室外部的馬達驅動旋轉。
9. 如申請專利範圍第1項所述的用於處理晶圓的裝置，其中該連桿包含一對縮放式鉸鏈。
10. 如申請專利範圍第1項所述的用於處理晶圓的裝置，其中該門具有一寬度，至少為其高度的三倍。
11. 如申請專利範圍第1項所述的用於處理晶圓的裝置，其中該門具有一寬度，其較佳地至少為其高度的四倍。
12. 如申請專利範圍第1項所述的用於處理晶圓的裝置，其中該門具有一寬度，其更佳地至少為其高度的五倍。
13. 如申請專利範圍第1項所述的用於處理晶圓的裝置，其中當在該第二位置時，該門係實質上平行於該側壁且與該封閉處理室之該側壁之該內表面間隔一不大於其高度一半的距離。
14. 如申請專利範圍第1項所述的用於處理晶圓的裝置，其中當在該第二位置時，該門係實質上平行於該側壁且與該封閉處理室之該側壁之該內表面較佳地間隔一不大於其高度的三分之一的距離。
15. 一種裝載或卸載晶圓到用於處理晶圓之裝置的方法，其步驟包含：提供一封閉處理室，其具有一側壁與一位於該封閉處理室中適於接受該晶圓的夾具； 開啟一門以裝載該晶圓到該封閉處理室與從該封閉處理室卸載該晶圓；引導該門以一非線性平移運動於一第一位置與一第二位置之間移動，該門在該第一位置時阻擋該封閉處理室之該側壁中的一開口且密封該封閉處理室之該側壁的一內表面，該門於該第二位置時係位於該封閉處理室內部；以及透過該開口裝載或卸載該晶圓。
16. 如申請專利範圍第15項的裝載或卸載晶圓到用於處理晶圓之裝置的方法，其中該夾具為一旋轉卡盤，其上適於固定該晶圓。
17. 如申請專利範圍第15項的裝載或卸載晶圓到用於處理晶圓之裝置的方法，其中該門在該非線性平移運動中係藉由一連桿來引導，該連桿連接於該門的一外表面以及該封閉處理室的一外部。
18. 如申請專利範圍第17項的裝載或卸載晶圓到用於處理晶圓之裝置的方法，其中該連桿包含至少一縮放式鉸鏈。