TWI574335B - 處理基板表面之裝置及方法 - Google Patents

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弗洛里安 舒密德
湯瑪斯 懷瑟
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Description

處理基板表面之裝置及方法
本發明係關於一種用於如技術方案1中所主張藉助一流體(特定而言，一液體)藉由將一基板(特定而言，一晶圓)之一基板處理表面浸入至該流體中來處理該基板處理表面之裝置以及一種如技術方案11中所主張之對應方法。
在半導體工業中，晶圓表面之清潔起到一重要作用，一種類型之晶圓表面之清潔係濕化學處理，濕化學處理亦可用於聚合物之剝除。
大體而言，晶圓表面清潔藉助於施加至基板表面之液體而發生，特定而言藉由液體渦流、滴注、澆注、噴射、蒸汽沈積等。在如此做時，基板通常經旋轉或在液體施加結束時基板經旋轉以將液體甩出基板。
通常存在以下技術問題：晶圓變得愈來愈薄，此導致在晶圓之旋轉期間及/或在液體之施加中可發生損壞。均勻施加亦係一主要挑戰，以使得用於晶圓表面之處理之部分極昂貴之液體均勻且有效地施加至整個晶圓表面。而且，應避免液體之浪費。
此外，使得清潔步驟在盡可能短之一時間間隔內發生係所期望的。
因此，本發明之目標係設計一種盡可能有效地工作之裝置及一種用於處理(特定而言，清潔)一基板之一基板處理 表面之對應方法，在該方法中可確保藉助盡可能低之液體消耗進行均勻處理。
藉助技術方案1及技術方案11之特徵來達成該目標。在附屬技術方案中給出本發明之有利發展。在說明書、申請專利範圍及/或圖中給出之特徵中之至少兩者之所有組合亦屬於本發明之框架內。在給定值範圍處，位於所指示邊界內之值亦將被視為揭示為邊界值且將在任一組合中予以主張。就針對裝置所揭示之特徵亦可理解為方法之特徵而言，針對裝置所揭示之該等特徵亦應視為根據方法來揭示，且反之亦然。
本發明之理念係藉助一流體來處理一基板處理表面，以使得該基板或該基板處理表面浸入至一槽中所提供之一液體中，特定而言在基板處理表面之旋轉期間。該旋轉亦可在將基板處理表面浸入該流體中時間斷地發生。本發明之一重要特徵在於：該特定而言凹槽形槽可經旋轉以使得在基板處理表面之一或多個處理之後可藉由旋轉而自該槽移除該流體。然後可用一新流體填充該槽。特定而言，流體可係用於濕化學處理之液體。如本發明中所主張之組態達成對基板處理表面之一極均勻施加，且特定而言在浸入構件之旋轉期間，達成流體對基板處理表面之極其有效作用。而且，本發明確保流體之一最佳使用及該流體之一極簡便之更換。此外，在基板處理表面之處理期間，在處理空間中發生流體之最小可能(特定而言，完全沒有)漩渦或噴射，以使得達成一極潔淨之處理。
極薄之晶圓亦可附接至所謂的膜框架以便固定。如本發明中所主張，揭示所有類型之晶圓及晶圓固定於其處之固定件(用於穩定及/或輸送)。在整個專利中，將晶圓作為針對個別晶圓或在此等固定件上之晶圓的一同義詞使用。
根據本發明之一項有利實施例，假設將接納構件製作為一特定而言旋轉對稱性凹槽，特定而言具有沿徑向方向成角度之一個凹槽壁。該凹槽形狀可容易地生產且可以一可旋轉對稱組態容易地旋轉。一成角度凹槽壁具有流體容易排放之優點。
此處，若根據另一有利實施例之凹槽具有相對於該凹槽形狀彎曲且特定而言在旋轉構件上方突出以將流體排放至一特定而言環形之流體收集槽之一周邊邊緣，則係有利的。以此方式，藉由凹槽之旋轉及在彎曲的周邊邊緣上方之流體之所得引流，以一受控方式沿流體收集槽之方向路由該流體，該周邊邊緣有利地在該流體收集槽中結束。因此，又確保流體不與除基板處理表面、接納構件及流體收集槽之外的其它組件接觸。而且，如本發明中所主張，若特定而言形成有在其底部上、特定而言在至少一個下陷區域中、較佳地在該流體收集槽之最低點處之一定子的流體收集槽具有特定而言具備一可觸發閥之至少一個排水管，則係有利的。因此，流體在自接納構件至流體收集槽之最短路徑上路由，且可經由在該流體收集槽之底部上方及底部中提供之排水管自彼處收回，且特定而言可經處理以再利用。
就接納構件(特定而言，單獨在周邊邊緣之區域中)可固定在旋轉構件(特定而言，其製作為較佳地旋轉對稱性空心主體)上而言，該接納構件係可互換的，例如在磨損/積垢或磨耗之情形中或用於流體接納容積之調適。專有地固定在周邊邊緣之區域中達成一材料節省之執行以及自下面對接納構件之接近，特定而言對於以下闡述之一加熱構件而言。
用於固持旋轉構件(其可在定子中旋轉)之特定而言製作為一較佳地旋轉對稱性空心主體之一定子達成如本發明中所主張之裝置之一空間節省及材料保護組態。
此處，如本發明中所主張，若該裝置經製作以使得旋轉構件之旋轉特定而言藉助於在該導引段與該旋轉構件之一對應導引段之間的一滾珠軸承而沿著位於定子之內周邊上之一特定而言環形之導引段發生，則係有利的。此執行導致該裝置之一穩定組態，因此如本發明中所主張，一對應高旋轉速度及流體自接納構件之快速排放係可能的。
根據如本發明中所主張之另一實施例，存在用於流體之溫度控制之加熱構件，特定而言呈具有一加熱板之一較佳地可旋轉加熱主體之形式。特定而言，該加熱構件可位於接納構件下面及/或在旋轉構件內。藉由一對應控制設備，可將加熱構件移動至其操作位置中且相應地可控制加熱構件之旋轉。如本發明中所主張之加熱構件之旋轉導致沿著接納構件之溫度曝露之均質化。加熱板或面向接納構件之加熱板之表面之一等距配置亦有助於此。較佳地，可 監視及調整加熱板至該特定而言凹槽形(凹槽)接納構件之底部的位置。在凹槽(接納構件)之底部與加熱板之頂部之間的最佳距離小於1 cm，較佳地小於1 mm，更佳地小於300 μm，最佳地小於100 μm，尤為最佳地小於50 μm。如本發明中所主張，在加熱板與凹槽之間的空間亦可藉助一氣體沖洗，該氣體較佳地具有良好熱對流性能以最佳地將熱自加熱板運輸至凹槽。該氣體可經由突出至中間空間中或位於加熱板中之噴嘴(未展示)引入。由於該加熱板可以樞轉方式安裝，因此較佳地應阻止在兩個組件之一相對旋轉中加熱板之頂部與凹槽之底部之間的接觸。若並未發生加熱板與凹槽之間的相對旋轉，則使加熱板之表面與凹槽之底部接觸以達成較快熱傳遞或預熱係可想像的。亦可想像：將加熱板位於其上之軸經由一耦合件(未展示)耦合至凹槽位於其上之空心軸，且因此藉由凹槽之旋轉實現以下闡述之離心過程。
替代加熱板，亦可想像一超音波頭，其與凹槽底部接觸地行進且將音波注入至凹槽之液體中以便(例如)加速清潔過程。亦可想像超音波頭與加熱板之一組合。若在超音波頭之表面不經由氣體空間與凹槽底部直接接觸之情況下將超音波注入至液體中應係可能的，則同樣在本文中如此揭示。
若浸入構件具有特定而言可旋轉之固定構件用於將基板固定在背對基板處理表面之一個接納表面上，且藉由在基板處理表面之處理期間基板之旋轉，因此在浸入該流體中 之一狀態下，明顯加速通常與一化學反應相關聯之處理，則係更有利的。旋轉亦可間斷地發生。而且，如本發明中所主張之固定構件之旋轉可用於在處理之後黏附至基板之流體之離心，因此在流體上面的一個位置中。就離心發生在流體表面上面的一短距離處而言，浪費盡可能少之流體，此乃因多數流體滴注或離心至接納構件中。就流體在接納構件之邊緣上方離心而言，其自動地收集在收集槽中。在基板自流體中移出時藉由將旋轉速率特定而言降低至零而進一步優化流體至接納構件中之返回，且該流體至接納構件中之返回直至那時才緩慢增加。
根據本發明之另一有利實施例，假設浸入構件具有使用一沖洗流體來沖洗一沖洗表面之沖洗構件，該沖洗表面保持在基板處理表面外側及接納表面外側。此避免了用於處理基板處理表面之流體作用在基板上除基板處理表面之外的區域上。該沖洗流體特定而言可係一惰性氣體，因此避免或阻止了與用於基板處理之流體混合。該沖洗流體亦可係液體。在晶圓前面之清潔過程期間，凹槽之清潔物質不可弄濕晶圓之背面或僅可弄濕極小量，此係決定性的。
在如本發明中所主張之方法中，根據一項有利實施例，假設旋轉構件在用於固持該旋轉構件之一定子中旋轉，該旋轉構件之旋轉沿著位於該定子之內周邊上之一特定而言環形導引段發生，特定而言藉助於在該導引段與旋轉構件之一對應導引段之間的一滾珠軸承。
根據該方法，可進一步假設至少在基板處理表面之浸入 期間流體之溫度將由用於溫度控制之加熱構件控制。
就至少在基板處理表面之浸入期間發生保持在基板處理表面與背對基板處理表面之一接納表面外側之一沖洗表面之一沖洗而言，避免或阻止了基板處理表面外側之基板之污染或曝露。
根據該方法，進一步有利地假設至少在該浸入期間該基板處理表面將藉由用於固持基板之固定構件旋轉。以此方式，處理得以加速。
如本發明中所主張之構造亦允許在不同晶圓之使用之間及/或在一個別晶圓之固定期間改變凹槽中之化學品。極通常地，一晶圓之表面將藉助不同化學品依序處理。在此方法中晶圓保持固定。特定而言，藉助該等個別化學品順序地填充該凹槽。在使用一新化學品之前，藉由如本發明中所主張之離心過程自凹槽離心出舊化學品。亦可想像將凹槽用作化學品之一混合容器以便獲得一對應新化學品。在不同化學品之使用之間，如本發明中所主張，可假設藉助一清潔劑清潔凹槽。在此情形中，將該清潔劑亦視為一化學品，但較佳地使其不與晶圓接觸。
本發明之其它優點、特徵及細節將自以下較佳例示性實施例之描述及圖示之使用變得顯而易見。
在圖中藉助相同元件符號識別相同組件或具有相同功能之組件。
在圖1及圖2中所展示之本發明之實施例中，裝置基本上 由五個主要組件組成，特定而言一定子12、可相對於定子12旋轉之一旋轉構件13及可固定於旋轉構件13上之一接納構件5。而且，一加熱構件16可在由旋轉構件13及接納構件5形成之一加熱空間15內沿著一個旋轉軸D伸展及縮回。另一重要組件係浸入構件19，其用於將固持在固定構件22上之一基板9浸入至接納構件5中所提供之一流體8中。出於此目的，使得浸入構件19能夠沿著旋轉軸D移動。
在此例示性實施例中，固定構件22係浸入構件19之一組件，且在可藉由一控制設備旋轉之一迴轉主體19r上之一個浸入側19e上藉由腹板19s附接至該等浸入構件。在迴轉主體19r與固定構件22之間存在沖洗構件11之一沖洗流體通道11k，用於自穿過迴轉主體19r之一條沖洗流體線路19f饋送一沖洗流體。該沖洗流體特定而言可係惰性氣體，藉此使得基板9可至少部分地曝露至該沖洗流體。
固定構件22係一夾盤，其特定而言經由未展示之真空路徑使用以將基板9固定及固持在一個接納表面9a上。該等真空路徑可以類似於沖洗流體線路19f之方式或透過腹板19s連接至一真空設備。基板9與固定構件22係以習用方式固持。
定子12由具有一圓環形周邊壁2w之一可旋轉對稱底部部分2組成。在一個底部2u上，一圓環形環形凸肩2r自周邊壁2w延伸，徑向伸展至內側。一軸承環21自環形凸肩2r平行於周邊壁2w伸展。為形成一導引段12f作為一滾珠軸承3之一組件，可將可附接至軸承環21之一軸承蓋23固定在軸 承環21上。
在製作為空心主體之旋轉構件13之周邊上提供滾珠軸承3之一對應導引段13f。旋轉構件13在定子12上之安裝藉由導引段12f與13f之對準而發生，當滾珠軸承3之滾珠3k插入至滾珠軸承中時軸承蓋23首先附接在軸承環21上。藉由固定軸承蓋23而完備滾珠軸承3。
在一個上部端側13s上之旋轉構件13在軸承蓋23之一個頂部230上方突出，以使得儘管周邊邊緣5r具有一直的、徑向延展之頂部邊緣50，但位於具有一個周邊邊緣5r之端側13s上之接納構件5仍位於距軸承蓋23一距離處。
周邊邊緣5r不僅在軸承蓋23上方延展，而且亦在平行於旋轉軸D延展之一環形段5a中之軸承環21上方突出。環形段5a距軸承環21及軸承蓋23一距離地延展且在一流體收集槽21中結束。流體收集槽21由軸承環21、環形凸肩2r及周邊壁2w形成，流體收集槽21之一個底部21b由環形凸肩2r形成。
因此，藉由位於旋轉構件13上且可由一驅動馬達驅動之驅動構件14，旋轉構件13可藉由滾珠軸承3相對於經固定之定子12旋轉，該驅動馬達特定而言附接至定子12、並未展示且由未展示之一控制設備控制。
驅動構件14提供在旋轉構件13之一空心主體4上在一下部段上，而導引段13f位於空心主體4之一上部段上。使得接納構件5在周邊邊緣5r內為凹槽形，毗連周邊邊緣5r延展至一凹槽底部5b之一個凹槽壁5w並不平行於旋轉軸D，而 是以在15度與75度之間、特定而言在30度與70度之間的一凹槽壁角W與旋轉軸D成角度。凹槽壁5w與凹槽底部5b形成接納構件5之一凹槽形浸入開口5e。
可經由一流體線路用流體8填充接納構件5，該流體線路未展示且特定而言可自由移動，較佳地由控制設備控制地移動。接納構件5經調整尺寸以使得基板9可至少將定位成與接納表面9a相對之基板處理表面9o浸入至流體8中。
接納表面9a特定而言至少大部分地由固定構件22隱藏且不曝露至彼處之流體8。
最後當基板9浸入至流體8中時，沖洗流體藉由沖洗構件11沿著在接納表面9a外側及基板處理表面9o外側提供之一沖洗表面9s沖洗。沖洗表面圍繞接納表面9a環形地伸展，且藉助沖洗流體之沖洗導致曝露至流體8之沖洗表面9s(亦)盡可能地少。
只要基板處理表面9o浸入至流體8中，基板9即藉由浸入構件19之旋轉而旋轉，以使得流體8之作用加速。
另外，流體8對基板處理表面9o之作用可藉由將加熱構件16移動至由接納構件5與旋轉構件13形成之加熱空間15中並將其啟動而加速。加熱構件16包括面向凹槽底部5b之一加熱板17，以及固持該加熱板且使得能夠旋轉以致使加熱作用均勻之一加熱主體18。
只要基板處理表面9o之處理已完成，浸入構件19之旋轉速率即降低且將基板9自流體8拉出至圖1中所展示之位置中。在此位置中，再次加速基板9之旋轉以使得黏附至基 板9之任何流體8首先滴落且然後被甩出。滴注或經離心之多數流體8將保持在接納構件5中，而一部分(較佳地少於10%)越過周邊邊緣5r被甩出且在流體收集槽21中被捕獲。
在已相應地處理至少一個基板9(但較佳地數個基板9)之後，必須更換流體8。為進行此操作，在浸入構件19伸展時，藉由驅動構件14驅動旋轉構件13，結果藉助於對流體8起作用之離心力沿著凹槽底部5b及凹槽壁5r將流體8自旋轉軸D徑向向外至外側越過周邊邊緣5r排放至流體收集槽21中。
在底部21b上或在其最低點處，特定而言在一下陷區域21a中，在環形凸肩2r之周邊上存在以一分散方式配置之數個排水管6，藉此流體8可以一受控方式、特定而言經由可由控制設備觸發之一閥收回，且可經供應以進行處理。
為在流體收集槽21中盡可能完全地捕獲流體8，在底部部分2上存在一頂部部分1，其具有對應於周邊壁2w之一周邊壁1w及徑向地指向內側之一環形凸肩1r。頂部部分1經組態以使得在由周邊壁1w與環形凸肩1r形成之L形內壁上捕獲已沿著凹槽壁5w自接納構件5離心至外側之流體8，並自彼處滴注至流體收集槽21中或沿著周邊壁2w流至流體收集槽21中。
環形凸肩1r形成一開口20，藉此可將浸入構件19移動至接納構件5。因為開口20具有小於在環形段5a上之接納構件之直徑的一開口直徑，所以將頂部部分1製作為一單獨組件。
1‧‧‧頂部部分
1k‧‧‧沖洗流體通道
1r‧‧‧環形凸肩
1w‧‧‧周邊壁
2‧‧‧底部部分
21‧‧‧軸承環
2r‧‧‧環形凸肩
2u‧‧‧底部
2w‧‧‧周邊壁
3‧‧‧軸承
3k‧‧‧滾珠
4‧‧‧空心主體
5‧‧‧接納構件
5a‧‧‧環形段
5b‧‧‧凹槽底部
5e‧‧‧浸入開口
5o‧‧‧頂部邊緣
5r‧‧‧周邊邊緣
5w‧‧‧凹槽壁
6‧‧‧排水管
8‧‧‧流體
9‧‧‧基板
9a‧‧‧接納表面
9o‧‧‧基板處理表面
9s‧‧‧沖洗表面
11‧‧‧沖洗構件
12‧‧‧定子
12f‧‧‧導引段
13‧‧‧旋轉構件
13f‧‧‧導引段
13s‧‧‧端側
14‧‧‧驅動構件
15‧‧‧加熱空間
16‧‧‧加熱構件
17‧‧‧加熱板
18‧‧‧加熱體
19‧‧‧浸入構件
19e‧‧‧浸入側
19f‧‧‧沖洗流體線路
19r‧‧‧迴轉主體
19s‧‧‧腹板
20‧‧‧開口
21‧‧‧流體收集槽
21a‧‧‧下陷區域
21b‧‧‧底部
22‧‧‧固定構件
23‧‧‧軸承蓋
23o‧‧‧頂部
D‧‧‧旋轉軸
W‧‧‧凹槽壁角
圖1展示如本發明中所主張之裝置之一項實施例之一示意性剖面圖，且圖2展示根據圖1之示意圖之一分解說明。
1‧‧‧頂部部分
1r‧‧‧環形凸肩
1w‧‧‧周邊壁
2‧‧‧底部部分
3k‧‧‧滾珠
4‧‧‧空心主體
5‧‧‧接納構件
5a‧‧‧環形段
5r‧‧‧周邊邊緣
6‧‧‧排水管
8‧‧‧流體
9‧‧‧基板
9o‧‧‧基板處理表面
11‧‧‧沖洗構件
15‧‧‧加熱空間
19‧‧‧浸入構件
19r‧‧‧迴轉主體
20‧‧‧開口
21‧‧‧流體收集槽
23‧‧‧軸承蓋
D‧‧‧旋轉軸

Claims (14)

  1. 一種用於藉助一流體(8)藉由將一基板(9)之一基板處理表面(9o)浸入至該流體(8)中來處理該基板處理表面(9o)之裝置，該裝置具有以下特徵：- 接納構件(5)，其用於藉助一浸入開口(5e)來接納該流體(8)，及- 浸入構件(19)，其用於將該基板處理表面(9o)穿過該浸入開口(5e)浸入至該接納構件(5)中，其特徵在於：該浸入構件(19)具有用於將該基板(9)固定在一接納表面(9a)上之固定構件(22)，該接納表面(9a)背對該基板處理表面(9o)，及旋轉構件(13)用於該接納構件(5)之旋轉用於該流體(8)自該接納構件(5)之至少大部分排放。
  2. 如請求項1之裝置，其中該接納構件(5)製作為一特定而言旋轉對稱性凹槽，特定而言具有沿徑向方向成角度之一個凹槽壁(5w)。
  3. 如請求項2之裝置，其中該凹槽具有一周邊邊緣(5r)，該周邊邊緣相對於該凹槽形狀彎曲且特定而言在該旋轉構件(13)上方突出以將該流體(8)排放至一特定而言環形之流體收集槽(21)。
  4. 如請求項3之裝置，其中該流體收集槽(21)具有特定而言具備一可觸發閥之至少一個排水管(6)，該流體收集槽特定而言形成有在其底部(21b)上、特定而言在至少一個下陷區域(21a)中、在該流體收集槽(21)之最低點處之一定 子(12)。
  5. 如請求項3或4中之裝置，其中特定而言單獨地在該周邊邊緣(5r)之區域中之該接納構件(5)可固定在製作為一旋轉對稱性空心主體(4)之該旋轉構件(13)上。
  6. 如請求項4中之裝置，其中存在一定子(12)，該定子製作為一旋轉對稱性空心主體，用於固持可在該定子(12)中旋轉之該旋轉構件(13)。
  7. 如請求項6之裝置，其中該裝置經製作以使得該旋轉構件(13)之旋轉沿著位於該定子(12)之內周邊上之一特定而言環形之導引段(12f)發生，特定而言藉助於在該導引段(12f)與該旋轉構件(13)之一對應導引段(13f)之間的一滾珠軸承(3)。
  8. 如請求項1或2之裝置，其中存在用於該流體(18)之溫度控制之加熱構件(16)，特定而言呈具有一加熱板(17)之一可旋轉之加熱主體(18)之形式。
  9. 如請求項1至4之任一者之裝置，其中該浸入構件(19)具有用於使用一沖洗流體沖洗一沖洗表面(9s)之沖洗構件(11)，該沖洗表面保持在該基板處理表面(9o)及該接納表面(9a)外側。
  10. 一種用於藉助一流體(8)按以下步驟來處理一基板(9)之至少一個基板處理表面(9o)之方法，特定而言按以下序列：- 藉助於浸入構件(19)將該基板(9)固定且接納在一接納表面(9a)上，該接納表面(9a)背對該基板處理表面(9o)， - 將該(等)基板處理表面浸入至該流體(8)中，該流體(8)固持在用於接納該流體(8)之一接納構件(5)中，且- 旋轉該接納構件(5)用於將該流體自該接納構件(5)清空。
  11. 如請求項10之方法，其中一旋轉構件(13)經固持以能夠在一定子(12)中旋轉，該旋轉構件(13)之該旋轉沿著一特定而言環形之導引段(12f)發生，該導引段位於該定子(12)之內周邊上，特定而言藉助於在該導引段(12f)與該旋轉構件(13)之一對應導引段(13f)之間的一滾珠軸承(3)。
  12. 如請求項10或11中任一項之方法，其中至少在該基板處理表面(9o)之該浸入期間藉由用於溫度控制之加熱構件(16)來控制該流體(8)之溫度。
  13. 如請求項10或11中任一項之方法，其中在該基板處理表面(9o)之該浸入期間發生一沖洗表面(9s)之一沖洗，該沖洗表面保持在該基板處理表面(9o)外側及在背對該基板處理表面(9o)之該接納表面(9a)外側。
  14. 如請求項10或11中任一項之方法，其中該基板處理表面(9o)藉由固定構件(22)旋轉，用於至少在該浸入期間接納該基板(9)。
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