TWI579056B - 用以處理晶圓狀物體之裝置及方法 - Google Patents

Description

用以處理晶圓狀物體之裝置及方法

本發明係關係於用以處理晶圓狀物體(例如半導體晶圓、平面顯示器、或光碟)之裝置及方法。

半導體晶圓經歷各種表面處理製程，例如蝕刻、清潔、拋光、及材料沉積。為了進行此等製程，單一晶圓係相對於一個以上處理流體噴嘴，由和可旋轉承載座連結之夾頭所支持，如美國專利第4,903,717號和第5,513,668號所述。

美國專利第4,903,717號揭示了其旋轉夾頭可相對於周圍液體收集器上升或下降，該周圍液體收集器具有複數個液體收集層及一共同排放部，以收集來自液體收集器內部的氣體。

美國專利第7,837,803號揭示了經改善的液體及氣體收集器，其中各層的排放部可透過設置在各層的閥而獨立地控制。然而，根據在晶圓狀物體上執行的特定製程，該專利案的閥將與化學侵蝕性煙霧接觸。如此情形下，吾人將難以維持該閥於良好的工作狀態。

因此需要一種收集器結構，其較能防止來自各種介質(例如酸、鹼、有機劑)之煙霧在一共同製程腔室混合，以期預防蒸氣交錯污染。此交錯污染可能造成結晶固體沉積於精密的處理設備上以及各種安全問題。

因此，本發明在一實施態樣中係關於處理晶圓狀物體之裝置，包含： 一旋轉夾頭，用於固持晶圓狀物體且將晶圓狀物體繞一旋轉軸旋轉；及至少一分配器，用於將一液體分配至晶圓狀物體的至少一表面之上。一液體收集器圍繞該旋轉夾頭，該液體收集器係用於在旋轉期間收集被旋轉脫離基板的液體，該液體收集器具有至少二個收集器層，以在不同的收集器層獨立地收集液體。設置至少一升降裝置，其用於相對於該液體收集器將該旋轉夾頭實質上沿該旋轉軸移動。至少二個排放層自該液體收集器的內部收集氣體，且這些排放層每一者包含：至少一開口，與該液體收集器的周圍外部聯通；及一門，該門關閉及開啟該至少一開口。在該至少二個排放層其中一者的各個門，可獨立於該至少二個排放層其他者的各個門而開啟和關閉。

在根據本發明之裝置的較佳實施例中，提供各門一致動器。

在根據本發明之裝置的較佳實施例中，致動器是手動操作的。

在根據本發明之裝置的較佳的實施例中，更包含一電腦，用以自動化計算該至少兩個排放層之每一者之各個門之位置。

在根據本發明之裝置的較佳實施例中，一機動機構移動各該門到該電腦所計算出的該位置。

在根據本發明之裝置的較佳實施例中，電腦係基於該旋轉夾頭相對於該液體收集器之垂直位置，來自動化計算該至少兩個排放層的每一者的各個門之位置。

在根據本發明之裝置的較佳實施例中，電腦係基於在該液體收集器內所量測到的氣壓，來自動化計算該至少兩個排放層每一者的各個門之位置。

在根據本發明之裝置的較佳的實施例中，該排放層每一者包含在該液體收集器的周圍區域上延伸的一系列該開口，且其中該門係一板，該板具有一對應系列之相間隔的窗，該門係相對於該系列之開口可移動，以漸進地覆蓋及揭開該系列之開口。

在根據本發明之裝置的較佳的實施例中，該至少二個排放層其中至少一者係與該至少二個收集器層其中一對應者氣體聯通。

在另一實施態樣中，本發明係關於在處理晶圓狀物體的裝置之內控 制氣流之方法，包含：藉由自至少一分配器將一液體分配至一晶圓狀物體的至少一表面，濕處理位於一旋轉夾頭之上的該晶圓狀物體，該旋轉夾頭係用於固持且旋轉該晶圓狀物體，其中該旋轉夾頭被一液體收集器所圍繞，該液體收集器係用於收集在旋轉期間自該晶圓狀物體旋轉脫離的液體，該液體收集器具有用於獨立地收集液體的至少二個收集器層、及用於自該液體收集器內部獨立地收集氣體的至少二個排放層；及獨立地開啟和關閉複數門每一者，該等門係各自用以封閉在該至少二個收集器層每一者上所形成之對應的複數開口。

在根據本發明之方法的較佳實施例中，將該等門開啟和關閉，以達到在該晶圓狀物體上方和下方鄰近於旋轉中之該晶圓狀物體處實質上相同的氣壓。

在根據本發明之方法的較佳實施例中，門係由手動致動的。

在根據本發明之方法的較佳的實施例中，將該至少二個排放層每一者的各個門的位置自動化計算。

在根據本發明之方法的較佳實施例中，藉由一機動機構移動各個門到一電腦所計算出的位置

在根據本發明之方法的較佳實施例中，該電腦基於該旋轉夾頭相對於該液體收集器的垂直位置，自動化計算該至少二個排放層每一者的各個門的位置。

E1、E2、E3‧‧‧排放層

H‧‧‧升降裝置

L1、L2、L3‧‧‧收集器層

1‧‧‧裝置

2‧‧‧旋轉夾頭

3‧‧‧分配臂

4‧‧‧液體收集器

5‧‧‧齒輪馬達單元

11、12、13‧‧‧氣體收集腔室

21、22、23‧‧‧導管

21’、22’、23’‧‧‧排放孔

41、42、43‧‧‧環形導管

61、62、63‧‧‧排放管路

70‧‧‧致動器

72、74‧‧‧控制臂

81、82、83‧‧‧管路

91、92、93‧‧‧開口

91-1、91-2、91-3‧‧‧開口

92-1、92-2、92-3‧‧‧開口

101、102、103‧‧‧門

101-1、101-2、101-3‧‧‧窗

102-1、102-2、102-3‧‧‧窗

本發明的其它目的、特徵和優點在參照隨附圖式閱讀以下本發明的較佳實施例的詳細描述後，可更加明白，其中：圖1顯示根據本發明之裝置的第一實施例的示意剖面圖；圖2顯示根據本發明之裝置的第二實施例的示意剖面圖；圖3描繪用於根據本發明之裝置及方法的門結構在第一位置的實施例；圖4描繪用於根據本發明之裝置及方法的門結構在第二位置的實施 例；及圖5描繪用於根據本發明之裝置及方法的門結構在第三位置的實施例。

圖1顯示裝置1，其包含用以固持及旋轉晶圓W的旋轉夾頭2。晶圓有第一面W1及第二面W2。旋轉夾頭2連接到齒輪馬達單元5以繞軸A旋轉。分配臂3是用於分配液體至基板W的第一面W1之上。晶圓W可為例如300毫米(mm)或450mm之晶圓，其接受任何各種前端(FEOL)、中端(MOL)、或後端(BEOL)製程，包含相關的清潔及乾燥製程。

杯狀液體收集器4周向地環繞旋轉夾頭2。液體收集器較佳係安裝於框架(未顯示)上。設置升降裝置H(例如液壓千斤頂或氣缸)，以改變旋轉夾頭相對液體收集器之位置，在此實例中其係藉由升起液體收集器4來達成。因此旋轉夾頭2可以定位在三個收集器層L1、L2、及L3。

各個收集器層L1、L2、L3包含環形導管41、42、43，其收集旋轉脫離出來的製程液體。額外的防濺擋板(未顯示)可用於各個收集器層，讓旋轉脫離的液體以銳角碰撞該擋板，並接著將液體引導至環形導管。各環形導管41、42、43連接到管路81、82、83，所收集之液體係通過管路81、82、83排出。所排出之液體可立即再利用而分配至基板，或作為廢液收集。各收集器層L1、L2、L3較佳分別用於收集不同的液體。例如，L1可用於收集清洗液體(例如去離子水)；L2可用於收集酸性液體；而L3可以用於收集鹼性液體。

圖1中的虛線表示相對位置，將基板放置於該等位置，將液體旋轉脫離進入不同的收集器層。

在各收集器層L1、L2、L3上方設有實質上平行於該收集器層的排放層E1、E2、E3。旋轉夾頭2在各排放層的位置則以假想線顯示。

各排放層包含複數個內部開口環形排列的導管21、22、23。各個陣列的複數導管21，22或23分別被連接到一個獨立的環形氣體收集腔室11、12、13。

各氣體收集腔室11、12、13以各自的排放管路61、62、63連接至一排放單元，該排放單元包含風扇或相似物，以將該等排放氣體從收集器抽出而按照箭頭E所示方向排出這些氣體。各氣體收集腔室11、12、13還具有至少一個開口91、92、93，藉由該開口，在獨立於所有其他氣體收集腔室的狀況下，各氣體收集腔室可暴露至收集器的外部氛圍並與之均衡，前述係獨立於其他所有氣體收集室進行。各開口91、92、93可藉由各自的門101、102、103而被打開及關閉。各門101、102、和103可以被個別地打開及關閉，且不受其他門101、102、和103之影響。

氣體主要地會通過排放管路61、62、63而離開收集器，而氣體則主要從上方和下方進入收集器內，如圖1箭頭F1及F2所示。沿箭頭F1的流量通常超過沿箭頭F2之流量，導致在旋轉夾頭2上方較高的壓力和旋轉夾頭2下方較低的壓力。若沒有開口91、92、和93以及用於獨立地打開和關閉開口91、92、和93的門101、102、103，則這樣的壓力差可能會導致在不同收集器層之氣體的混合。若存在開口91、92、93，則可有沿箭頭F3.1、F3.2、F3.3之選擇性及獨立的空氣流動，從而可避免可能的夾頭下方之負相對壓力，且因此可避免交錯污染。

圖2顯示與第一實施例類似的本發明的第二實施例，其差別在於排放孔21’、22’、23’將環形導管41、42、43分別與氣體收集腔室11、12、13聯通。因此，收集器層L1、L2、L3同時作為排放層E1、E2、E3。

圖3-5顯示在三個不同組合每一者中門的可能配置。參照圖3，圖3描繪兩個收集器層，其中僅顯示收集器外部形成開口91及92的區域。要理解的是，可將門形成於環形收集器層的一給定角度範圍，例如各層的周長的約六分之一或60°，而排放單元E及其相關聯的管路61、62、63則配置於各收集器層的一不同的位置。因此，將氣體自收集器抽出之排放單元的作用，會將周圍空氣，以揭開開口91及92的程度所決定的流速，通過開口91及92抽入個別的收集器層。

具體而言，上收集器層具有五個開口91，編號91-1、91-2、91-3…。開口91部分地被門101覆蓋，門101則係具有窗101-1、101-2、101-3…之滑件或擋門之型式，窗101-1、101-2、101-3…則對應開口91的數量、尺寸、 及間距。

下收集器層具有五個開口92(僅可見於圖5)，編號92-1、92-2、92-3…。門102將開口92部分地覆蓋，門102則係具有窗102-1、102-2、102-3…之滑件或擋門之型式，窗102-1、102-2、102-3…則對應開口92的數量、尺寸、及間距。

致動器70係安裝於收集器的外部，且包含一對控制臂72、74，其中臂72連接至門101且臂74連接至門102。臂72、74可相互獨立地加以移動，且可以手動方式或自動方式致動。

在自動致動的狀況下，該裝置設有一電腦，該電腦直接自升降裝置或自偵測旋轉夾頭對液體收集器之相對位置的電子偵測器接收關於該相對位置的資訊。

在圖3中，門101已移動至一位置，在該位置開口91係與液體收集器的外部氛圍聯通。門102已移動至一位置，在該位置開口92係被完全覆蓋。在圖4中，將門101及102移動至開口91及92皆被覆蓋的位置，而在圖5中，門101及102係已移動至開口91及92皆與收集器的外部氛圍聯通的位置。

應理解的是，圖3-5中所描繪的滑動結構容許將門101及102重疊開口91及92的程度加以分別地控制，且藉此容許微調控制器層之內的壓力控制。

在圖3-5中所描繪的門101及102被以自動方式控制的狀況下，一電腦命令一適當的機構(未顯示)作用於致動器70的臂72、74。如上所述，門101及102的開啟及/或關閉以及其開啟程度，可基於旋轉夾頭對收集器的相對垂直位置而加以選擇。亦可考慮到的是，在收集器層之內設置壓力感測器，其讀數係提供至該電腦，利用該感測器讀數作為回授值，該電腦接著調整門101及102的位置以均衡在旋轉夾頭上方及下方的內部壓力。

本案發明人發現在液體收集器之內的差壓可藉由將收集器層選擇性地與液體收集器的外部氛圍配置成氣體聯通而適當地補償，此發現允許自此種裝置中省略上述習知技術的排放閥以及相關聯的控制機構。

E1、E2、E3‧‧‧排放層

H‧‧‧升降裝置

L1、L2、L3‧‧‧收集器層

1‧‧‧裝置

2‧‧‧旋轉夾頭

3‧‧‧分配臂

4‧‧‧液體收集器

5‧‧‧齒輪馬達單元

11、12、13‧‧‧氣體收集腔室

21、22、23‧‧‧導管

41、42、43‧‧‧環形導管

61、62、63‧‧‧排放管路

81、82、83‧‧‧管路

91、92、93‧‧‧開口

101、102、103‧‧‧門

Claims (15)

1. 一種處理晶圓狀物體的裝置，包含：一旋轉夾頭，用於固持晶圓狀物體且將晶圓狀物體繞一旋轉軸旋轉；至少一分配器，用於將一液體分配至晶圓狀物體的至少一表面之上；圍繞該旋轉夾頭的一液體收集器，用於在旋轉期間收集被旋轉脫離晶圓狀物體的液體，該液體收集器具有至少二個收集器層，以在不同的收集器層獨立地收集液體；至少一升降裝置，用於相對於該液體收集器將該旋轉夾頭實質上沿該旋轉軸移動；至少二個排放層，用於自該液體收集器的內部收集氣體，其中該等排放層每一者透過一管路而與一排放部聯通；其中該等排放層每一者更包含：至少一開口，與該液體收集器的周圍外部聯通；及一門，該門關閉及開啟該至少一開口；其中在該至少二個排放層其中一者的各該門，係獨立於該至少二個排放層其他者的各該門而開啟和關閉。
2. 如申請專利範圍第1項的處理晶圓狀物體的裝置，更包含對於各該門的一致動器。
3. 如申請專利範圍第2項的處理晶圓狀物體的裝置，其中該致動器係手動操作。
4. 如申請專利範圍第1項的處理晶圓狀物體的裝置，更包含一電腦，該電腦自動化計算該至少二個排放層每一者的各個門的位置。
5. 如申請專利範圍第4項的處理晶圓狀物體的裝置，更包含一機動機構，該機動機構將各該門移動至該電腦所計算出的該位置。
6. 如申請專利範圍第4項的處理晶圓狀物體的裝置，其中該電腦基於該旋轉夾頭相對於該液體收集器的垂直位置，自動化計算該至少二個排放層每一者的各個門的位置。
7. 如申請專利範圍第4項的處理晶圓狀物體的裝置，其中該電腦基於所測得該液體收集器之內的氣壓，自動化計算該至少二個排放層每一者的各個門的位置。
8. 如申請專利範圍第1項的處理晶圓狀物體的裝置，其中該排放層每一者包含在該液體收集器的周圍區域上延伸的一系列該開口，且其中該門係一板，該板具有一對應系列之相間隔的窗，該門係相對於該系列之開口可移動，以漸進地覆蓋及揭開該系列之開口。
9. 如申請專利範圍第1項的處理晶圓狀物體的裝置，其中該至少二個排放層其中至少一者係與該至少二個收集器層其中一對應者氣體聯通。
10. 一種氣流控制方法，用以在用於處理晶圓狀物體的一裝置之內控制氣流，該方法包含：藉由自至少一分配器將一液體分配至一晶圓狀物體的至少一表面，濕處理位於一旋轉夾頭之上的該晶圓狀物體，該旋轉夾頭係用於固持且旋轉該晶圓狀物體，其中該旋轉夾頭被一液體收集器所圍繞，該液體收集器係用於收集在旋轉期間自該晶圓狀物體旋轉脫離的液體，該液體收集器具有用於獨立地收集液體的至少二個收集器層、及用於自該液體收集器內部獨立地收集氣體的至少二個排放層，其中該等排放層每一者透過一管路而與一排放部聯通；及獨立地開啟和關閉複數門每一者，該等門係各自用以封閉在該至少二個收集器層每一者上所形成之對應的複數開口，其中對應的該複數開口每一者與該液體收集器的周圍外部聯通。
11. 如申請專利範圍第10項的氣流控制方法，其中將該等門開啟和關閉，以達到在該晶圓狀物體上方和下方鄰近於旋轉中之該晶圓狀物體處實質上相同的氣壓。
12. 如申請專利範圍第10項的氣流控制方法，其中該等門係手動地加以致動。
13. 如申請專利範圍第10項的氣流控制方法，更包含自動化計算該至少二個排放層每一者的各個門的位置。
14. 如申請專利範圍第10項的氣流控制方法，更包含移動各該門至由一電腦所計算出的位置。
15. 如申請專利範圍第14項的氣流控制方法，其中該電腦基於該旋轉夾頭相對於該液體收集器的垂直位置，自動化計算該至少二個排放層每一者的各個門的位置。