TWI567847B - 晶圓清洗裝置及晶圓清洗方式 - Google Patents

Description

晶圓清洗裝置及晶圓清洗方式

本發明提供一種晶圓清洗裝置和清洗方式，尤指一種使用不同流速之清洗液來分別沖洗晶圓中心和晶圓外圍的清洗裝置和清洗方式。

半導體裝置乃是由半導體晶圓經歷數個處理操作而製得。這些操作包含有諸如摻質植入、閘極氧化物產生、層間介電層形成、金屬化沉積、線路圖案化、蝕刻操作、化學機械化研磨(CMP)等等。通常在化學機械化研磨、蝕刻、或光阻顯影之後，晶圓表面會有殘留物餘留，如化學液體成分或是化學聚合物，因此，為了保持晶圓表面之清潔，需要適當地對晶圓施予洗淨處理。通常係利用液體噴灑裝置，使用一沖洗液體，如特定之洗淨液或是去離子水進行沖洗處理的程序，以移除停留在晶圓上的化學液體成分或是化學聚合物，並且經由旋轉將晶圓表面的殘留物和沖洗液體甩離晶圓表面。

習知晶圓清洗裝置包含有一殼體內含液體噴灑設備，一液體供給系統內含複數個輸送線以及設於其下側之複數個直線型噴嘴(straight nozzle)，一驅動裝置用來帶動噴灑運動。然而，習知清洗裝置一面旋轉晶圓且一面從直線型噴嘴供給清洗液以進行洗淨之方法中，會使位於外圍的晶圓表面上的清洗液產生亂流，造成於晶圓中心被洗淨去除之物質殘留於外圍的晶圓表面上之問題，並且於晶圓外圍產缺陷或是水痕。

因此導致該清洗製程的效果大打折扣，勢必連帶影響到後續各項製程的良率，是以如何完全洗淨晶圓，避免殘留物以及缺陷和水痕，實為一刻不容緩的重要課題。

根據本發明之一較佳實施例，本發明提供一種晶圓清洗裝置，包含：一平台，用以承載一晶圓，晶圓具有一待洗表面、一第一噴嘴設於晶圓之上方，前述之第一噴嘴與晶圓之待洗表面之間具有一第一高度以及一第二噴嘴設於晶圓之上方，第二噴嘴與晶圓之待洗表面之間具有一第二高度，其中第一高度小於第二高度。

根據本發明之另一較佳實施例，本發明提供一種晶圓清洗裝置，包含：一平台，用以承載一晶圓以及一噴嘴設於晶圓之上方，前述之噴嘴包含複數個開口，其中各該開口和前述之晶圓之一待洗表面之距離隨著各該開口相對於晶圓的位置而改變。

根據本發明之又一較佳實施例，本發明提供一種晶圓清洗方式：首先提供一晶圓包含一待洗表面和至少一噴嘴位於晶圓上方，然後旋轉晶圓，並且藉由噴嘴噴灑一清洗液沖洗前述之待洗表面，噴嘴具有一噴灑參數，噴灑參數為噴嘴相對於晶圓之位置之函數。

根據本發明之再一較佳實施例，本發明提供一種晶圓清洗方式：一種晶圓清洗方式：首先，提供一晶圓包含一待洗表面和一噴嘴包含複數個開口位於晶圓上方以及旋轉晶圓，並且藉由各該開口各噴灑一清洗液沖洗待洗表面，各該開口各具有一噴灑參數，噴灑參數為各該開口相對於該晶圓之位置之函數。

本發明的特徵在於噴嘴具有一噴灑參數，此噴灑參數為噴嘴相對於晶圓之位置之函數或是噴嘴上之開口相對於晶圓之位置之函數，舉例而言，當噴嘴在水平方向的位置不同時，由各個噴嘴噴出的清洗液之流速、清洗液之種類、清洗液和氣體混合之比例和清洗液之濃度之其中一會不相同。例如，當晶圓進入清洗時，晶圓中心和晶圓邊緣所接受到噴嘴噴出清洗液，其流速不同，則清洗液在沖洗殘留物之後，可較順利地連同殘留物一起離開晶圓表面。

第1圖繪示的是根據本發明之第一較佳實施例繪示的晶圓清洗裝置。如第1圖所示，一晶圓清洗裝置10包含一殼體12其包含一內艙14，在內艙14之底部設有一平台16，用以承載並旋轉一晶圓18，其中晶圓18具有一待洗表面20；內艙14可為溫度、壓力等參數受到控制的環境或為一開放式空間，而平台16可利用真空吸引、靜電吸引或機械捉取方式將晶圓18固定於平台16上。一第一輸送管22，設於內艙14之上側，一第一噴嘴24設於第一輸送管22之末端並且較靠近晶圓18中心之上方，一第二輸送管26，亦設於內艙14之上側，一第二噴嘴28設於第二輸送管26之末端並且相對地較第一噴嘴24遠離晶圓18中心。第一噴嘴24與晶圓18之待洗表面20之間具有一第一高度D₁；第二噴嘴28與晶圓之待洗表面20之間具有一第二高度D₂，值得注意的是：第一高度D₁小於第二高度D₂，較佳者，第一高度D₁較第二高度D₂小1公分，如此一來，在兩者噴灑之流體具有相同的流速之下，可使得由第一噴嘴24噴出之一第一清洗液30，較第二噴嘴28噴出之一第二清洗液32先到達待洗表面20。使得晶圓18中心部分之表面殘留物可以先被第一清洗液30沖開，接著，第二清洗液32則沖洗晶圓18邊緣的部分，並且可以將晶圓18中心已被第一清洗液30沖開之表面殘留物帶往晶圓18周邊，再利用晶圓18旋轉造成的離心力將殘留物和清洗液一起甩出。此外，為了加強清洗效果，可以藉由加壓的方式，再使第一清洗液30之流速較第二清洗液32之流速大0.1公升/分鐘。雖然在此實施例中第一輸送管22與第二輸送管26分別供給第一噴嘴24與第二噴嘴28，但在本發明的其他實施例中第一噴嘴24與第二噴嘴28可由相同的輸送管供給相同的清洗液。

第2圖是根據本發明之第一較佳實施例所繪示的晶圓旋轉方向及清洗液沖洗方式之上視圖。如第1圖和第2圖所示，在第一清洗液30噴出時會形成一第一噴灑面積A₁覆蓋部分之待洗表面20，而第二清洗液32噴出時會形成一第二噴灑面積A₂覆蓋部分之待洗表面20，第一噴灑面積A₁和第二噴灑A₂面積之大小可個別獨立地調整。較佳的情況下，第一噴灑面積A₁和第二噴灑面積A₂為前後交錯設置，也就是說，第一噴灑面積A₁和第二噴灑面積A₂不在晶圓18之同一半徑。此外，第一噴灑面積A₁同時亦覆蓋圓心周圍。當晶圓18旋轉時，第一噴灑面積A₁會在晶圓18旋轉一圈之後，於晶圓18上形成一個圓形的第一清洗面B₁，而第二噴灑面積A₂在晶圓18上形成一個環形的第二清洗面B₂。

在進行清洗時，晶圓18可以向一預定方向34，例如順時針或逆時針旋轉，當旋轉時，晶圓18之待洗表面20上之一給定點Q會先經過第一噴灑面積A₁，再經過第二噴灑面積A₂。如此設計的目的是要讓晶圓18在旋轉時，位於晶圓18上同一條半徑上的各點，較靠近晶圓18中心的點會較離晶圓18中心較遠的點先被第一清洗液30沖洗。之後，晶圓18中心的殘留物混合著第一清洗液30會順著離心力的方向流動一段距離，接著，殘留物和第一清洗液30會被後續沖洗的第二清洗液32被帶往晶圓18周邊，如此，第一清洗液30和第二清洗液32的流動方向即不會形成紊流，可以順利地將殘留物甩離晶圓18表面。

第一清洗液30和第二清洗液32可以為相同或是不同的清洗液，第一清洗液30和第二清洗液32可以獨立的選自去離子水、氨水或其它化學清洗液。第一清洗液30在噴出之前可以先與一氣體36混合，例如與氮氣或二氧化碳混合，第二清洗液32在噴出之前亦可以先與氣體36混合。換句話說，本較佳實施例在操作時，即可以利用混合氣體來分別加壓第一清洗液30和第二清洗液32，以調控清洗液的流速，因此，第一清洗液30和氣體36的混合比例可以和第二清洗液32與氣體36的混合比例不相同，其流速可以不相同，較佳者，第一清洗液30之流速較第二清洗液32之流速大0.1公升/分鐘。值得注意的是加壓用氣體，較佳為不參與清洗反應之氣體成分例如氮氣，或者可使用會與清洗反應之氣體成分，藉以加壓的同時更提升清洗效果。此外，在第一清洗液30和第二清洗液32為相同化學溶液的情況下，其濃度可以不相同，例如，第一清洗液30可以為15%的氨水，第二清洗液32可以為17%的氨水。

除此之外，第3圖是根據本發明之第一較佳實施例所繪示的晶圓旋轉方向及清洗液沖洗方式之變化型之上視圖。如第3圖所示，第一噴灑面積A₁和第二噴灑面積A₂可調整為共同覆蓋晶圓之一半徑。其餘的操作條件可依第2圖中的操作條件施行。

前述之待洗表面20可以晶圓18之正面，例如晶圓18之主動面或晶圓18之背面。而晶圓18可以是經過化學機械研磨製程後、蝕刻製程後或光阻顯影製程後以上述的晶圓清洗裝置進行清洗。依據不同的需求，可以將第一噴嘴24和第二噴嘴28固定在同一支架38上，也就是說，固定第一噴嘴24和第二噴嘴28彼此之間的相對位置，使得在清洗時，除了晶圓18往預定方向34旋轉之外，支架38也可以掃描(scan)方式來回水平移動，而同時平移第一噴嘴24和第二噴嘴26。

綜上所述，第一實施例特色在於各噴嘴具有一噴灑參數，其中噴灑參數為噴嘴在水平方向相對於晶圓之位置之函數，例如噴灑參數包含噴嘴和待洗表面之間的距離、清洗液之流速、清洗液之種類、清洗液和氣體混合之比例和清洗液之濃度，換句話說，清洗液之流速、清洗液之種類、清洗液和氣體混合之比例和清洗液之濃度等均會隨著噴嘴在水平方向相對於晶圓之位置而改變。就前述第一較佳實施例來看，第一噴嘴24和第二噴嘴26相對於晶圓18的位置不同，而其清洗液之流速、清洗液之種類、清洗液和氣體混合之比例和清洗液之濃度中，至少其中之一會相異。

第4圖繪示的是根據本發明之第二較佳實施例繪示的晶圓清洗裝置。如第4圖所示，一晶圓清洗100裝置包含一殼體112其包含一內艙114，在內艙114之底部設有一平台116，用以承載並旋轉一晶圓118，其中晶圓118具有一待洗表面120。一輸送管122，設於內艙114之上側，一噴嘴124設於輸送管122之末端且位於晶圓118之上方，並且噴嘴124包含複數個開口，如開口150、152、154、156、158，各個開口和待洗表面120之高度隨著各個開口相對於晶圓118的位置而改變，例如，開口150和待洗表面120之間的高度D₃，和開口158和待洗表面120之間的高度D₄不同。根據本發明之較佳實施例，相對位於晶圓118中心上方的開口，如開口150會離待洗表面120較近，而位於晶圓118邊緣的開口，如開口158則會離待洗表面120較遠。如此一來，在相同的流速之下，可使得由開口150噴出之清洗液，較開口158出之清洗液先到達待洗表面120。此外，各開口彼此間的間距亦可相同或不同，例如開口154與其相鄰之開口152、156分別具有一第一間距P₁和一第二間距P₂，其中第一間距P₁和第二間距P₂不同。

同樣地，在清洗晶圓118時，晶圓118可以往順時針或逆時針方向旋轉，此時各個開口所噴出的清洗液會分別形成一噴灑面積，如開口156噴出的清洗液形成噴灑面積A₃，開口158噴出的清洗液形成噴灑面積A₄，所有開口所形成的各個噴灑面積共同覆蓋晶圓118之半徑。另外，輸送管122可以包含複數個歧管，分別對應連通各個開口，因此由各個開口所噴出的清洗液可以為相同或是不同的清洗液，清洗液可以為去離子水、氨水或其化學清洗液等。在清洗液由各開口在噴出之前可以先與一氣體136混合，例如與氮氣或二氧化碳混合。在操作時，可以利用混合氣體來分別加壓清洗液，以調控清洗液的流速，因此，由於各個開口噴出的清洗液和氣體的混合比例可以不相同，其流速也可不相同。此外，各個開口噴出的清洗液其濃度可以不相同，例如，由開口150噴出的清洗液可以為15%的氨水，由開口158噴出的清洗液可以為17%的氨水。

當然，雖然第4圖中只繪示了一個具多開口之噴嘴124，根據不同的操作需求，亦可以同時設置複數個噴嘴，增加清洗能力。

第5圖繪示的是本發明之第二實施例的變化型，其中相同功能的元件將使用第4圖中之標號，如第5圖所示，噴嘴124可呈一V型，其上亦可以設有複數個開口，和第4圖中之噴嘴的不同之處在於，由第5圖中的噴嘴之各開口所噴出的清洗液所形成的各個噴灑面積，共同覆蓋晶圓之一直徑。

在第4圖和第5圖的實施例中，晶圓118的待洗表面可以晶圓118之正面，例如晶圓118之主動面或晶圓118之背面。而晶圓118可以是經過化學機械研磨製程後、蝕刻製程後或光阻顯影製程後以上述的晶圓清洗裝置進行清洗。在清洗時，除了晶圓118往預定方向旋轉之外，噴嘴124也可以掃描(scan)方式來回水平移動。

綜上所述，第二實施例和其變化型之特色在於噴嘴具有一噴灑參數，其中噴灑參數為噴嘴上的各個開口在水平方向相對於晶圓之位置之函數，噴灑參數包含開口和待洗表面之間的距離、清洗液之流速、清洗液之種類、清洗液和氣體混合之比例和清洗液之濃度，換句話說，開口和待洗表面之間的距離、清洗液之流速、清洗液之種類、清洗液和氣體混合之比例和清洗液之濃度會隨著開口相對於晶圓之位置而改變，就前述第二較佳實施例來看，開口150和開口158在水平方向相對於晶圓118的位置不同，而其開口和待洗表面之間的距離、清洗液之流速、清洗液之種類、清洗液和氣體混合之比例和清洗液之濃度中，至少其中之一會相異。如此，可使晶圓表面由中心邊緣，依據不同需求，調整清洗條件，例如，在晶圓的中心用流速較快的清洗液，在晶圓的邊緣，用流速較慢的清洗液清洗。因此，在清洗晶圓可以避免晶圓清洗後發生殘留物殘留於晶圓上之問題。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10、100．．．晶圓清洗裝置

12、112．．．殼體

14、114．．．內艙

16、116．．．平台

18、118．．．晶圓

20、120．．．待洗表面

22．．．第一輸送管

24．．．第一噴嘴

26．．．第二輸送管

28．．．第二噴嘴

30．．．第一清洗液

32．．．第二清洗液

34．．．預定方向

36、136．．．氣體

38．．．支架

122．．．輸送管

124．．．噴嘴

150、152、154、156、158．．．開口

第1圖繪示的是根據本發明之第一較佳實施例繪示的晶圓清洗裝置。

第2-3圖繪示的晶圓旋轉方向及清洗液沖洗方式之上視圖。

第4圖繪示的是根據本發明之第二較佳實施例繪示的晶圓清洗裝置。

第5圖繪示的是本發明之第二實施例的變化型。

10．．．晶圓清洗裝置

12．．．殼體

14．．．內艙

16．．．平台

18．．．晶圓

20．．．待洗表面

22．．．第一輸送管

24．．．第一噴嘴

26．．．第二輸送管

28．．．第二噴嘴

30．．．第一清洗液

32．．．第二清洗液

36．．．氣體

38．．．支架

Claims (20)

1. 一種晶圓清洗裝置，包含：一平台，用以承載一晶圓，該晶圓具有一待洗表面；一第一噴嘴設於該晶圓之上方，該第一噴嘴與該晶圓之該待洗表面之間具有一第一高度；以及一第二噴嘴設於該晶圓之上方，該第二噴嘴與該晶圓之該待洗表面之間具有一第二高度，其中該第一高度小於該第二高度。
2. 如申請申利範圍第1項所述之晶圓清洗裝置，其中由該第一噴嘴噴出之一第一清洗液在該晶圓之該待洗表面上方形成一第一噴灑面積，且由該第二噴嘴噴出之一第二清洗液在該晶圓之該待洗表面上方形成一第二噴灑面積。
3. 如申請申利範圍第2項所述之晶圓清洗裝置，其中該待洗表面上具有一給定點，並且該晶圓向一預定方向旋轉。
4. 如申請申利範圍第3項所述之晶圓清洗裝置，其中該預定方向選自順時針方向和逆時針方向。
5. 如申請申利範圍第3項所述之晶圓清洗裝置，其中當該晶圓向該預定方向旋轉時，該給定點先經過該第一噴灑面積，再經過該第二噴灑面積。
6. 如申請申利範圍第2項所述之晶圓清洗裝置，其中該第一噴灑面積和該第二噴灑面積係為交錯。
7. 如申請申利範圍第2項所述之晶圓清洗裝置，其中該第一噴灑面積之大小可調整。
8. 如申請申利範圍第2項所述之晶圓清洗裝置，其中該第二噴灑面積之大小可調整。
9. 如申請申利範圍第2項所述之晶圓清洗裝置，其中該第一清洗液之流速較該第二清洗液之流速大0.1公升/分鐘。
10. 如申請申利範圍第2項所述之晶圓清洗裝置，其中該第一清洗液和該第二清洗液為相同之清洗液。
11. 如申請申利範圍第1項所述之晶圓清洗裝置，其中該第一高度較該第二高度小1公分。
12. 如申請申利範圍第1項所述之晶圓清洗裝置，其中該待洗表面選自晶圓之正面和晶圓之背面。
13. 一種晶圓清洗裝置，包含：一平台，用以承載一晶圓；以及 一噴嘴設於該晶圓之上方，該噴嘴包含複數個開口，其中各該開口和該晶圓之一待洗表面之高度隨著各該開口相對於該晶圓的位置而改變。
14. 如申請申利範圍第13項所述之晶圓清洗裝置，其中至少一各該開口與其相鄰之二各該開口分別具有一第一間距和一第二間距，其中該第一間距和該第二間距不同。
15. 如申請申利範圍第13項所述之晶圓清洗裝置，其中各該開口所噴出的清洗液不同。
16. 如申請申利範圍第13項所述之晶圓清洗裝置，其中由各該開口所噴出的清洗液，分別形成一噴灑面積，各該噴灑面積共同覆蓋該晶圓之一直徑。
17. 如申請申利範圍第13項所述之晶圓清洗裝置，其中由各該開口所噴出的清洗液，分別形成一噴灑面積，各該噴灑面積共同覆蓋該晶圓之一半徑。
18. 如申請申利範圍第13項所述之晶圓清洗裝置，另包含複數個該噴嘴設於該晶圓之上方。
19. 如申請申利範圍第13項所述之晶圓清洗裝置，其中該待洗表面 選自晶圓之正面和晶圓之背面。
20. 如申請申利範圍第13項所述之晶圓清洗裝置，其中該待洗表面選自化學機械研磨製程後之表面、蝕刻製程後之表面和光阻顯影製程之後之表面。