TWI593049B - 用以收納及安裝一晶圓之收納裝置 - Google Patents

Description

用以收納及安裝一晶圓之收納裝置

本發明依照Eastman Chemical Company與EV Group,Inc.之間之一聯合研究協議進行，該協議在該發明日期之前有效。

本發明係關於根據技術方案1之用以收納及安裝一晶圓以處理該晶圓之一收納裝置。

在半導體產業中使用亦稱為樣本固持件或卡盤之各種類型收納裝置。可整個表面或局部地被加熱之各種樣本固持件取決於各自應用程序而具有各種形式及尺寸且基於不同固持原理。用以將一晶圓固定至一收納裝置之最常用方法在於在收納裝置之安裝表面上之結構中建立真空。通常卡盤之目的尤其在於在旋轉期間充分固定住晶圓。

在一些類型之晶圓處理期間，期望將一預定液量施加至該晶圓之頂部上，但期望盡可能阻止流體接觸晶圓後部。一方面流體本身可污染後部；另一方面藉由流體被運輸至後部之產物及反應產物可能污染後部。亦常期望精確及迅速控制施加至晶圓之頂部之流體之加熱速率及溫度之空間均勻性。由於真空安裝裝置觸碰到橫置於其等頂部上之晶圓後部之表面之一相當大區域，故該等真空安裝裝置可用作一散熱器。此繼而可減慢晶圓頂部上之流體之加熱速率。此外，與真空安 裝裝置接觸之晶圓後部之區域使覆蓋晶圓之流體在對應接觸區域比未與安裝裝置接觸之面對晶圓後部之流體更冷。與晶圓之觸碰區域相對之流體區域之較慢加熱速率及在晶圓上之流體之空間溫度均勻性之兩者對諸多上部側晶圓處理(諸如光阻劑之移除、蝕刻、粒子之移除及類似處理)通常皆非所要。

在插腳及真空安裝裝置兩者中發現之一問題係，在將一固定液量傾倒在晶圓表面時，流體可自晶圓表面流下。在晶圓處理期間，此可引起晶圓之至少一部分上之流體厚度之一減小，且處理步驟可受負面影響。例如，若在光阻劑之移除期間流體厚度減小，則可能僅部分移除光阻劑。在一些情況下流體自晶圓之頂部流乾可導致該晶圓上之乾區域，其可在光阻劑移除期間施加熱之後在晶圓之區域中造成熱集中點。此繼而可在加工程序期間阻礙光阻劑之移除或以其他方式影響程序品質。

因此本發明所提出之問題係：指出一種收納裝置，其能夠使流體在溫度及/或流體分佈方面有所改良而施加流體，同時盡可能防止將流體施加於不應被施加流體之晶圓側面上。

以技術方案1之特徵解決此問題。本發明之有利發展方案係在附屬技術方案中詳細說明。再者，在說明中之至少兩個特徵之所有組合、申請專利範圍及/或圖式亦屬於本發明之範疇內。就值範圍而言，在指定界限內之該等值亦應被揭示為界限且可在任何組合中被要求。

本發明係基於一收納裝置之提供，該收納裝置特別具有適於待收納之晶圓之一特殊成形或輪廓化之一環區段、尤其是與經收納晶圓一起形成一收納空間以使流體施加至晶圓上之一圓周封閉環區段。根據本發明，可將晶圓收納於環區段內，其中字「內」意指在環內部 中。因此所形成之收納空間尤其向上敞開且向下緊緊密封。根據本發明，密封尤其在環區段之一內部圓周處，較佳在用於晶圓之收納之一圓周邊緣處及/或一凹部處及/或一安裝表面處發生。在程序中，安裝表面尤其僅接觸晶圓之一接觸表面之一小的、尤其環形的表面區段(有效接觸表面)。

環區段及/或收納裝置尤其至少主要係環形，其中收納空間較佳以環區段為中心建構。可設想合併安裝表面上之真空吸引路徑以便藉由低壓固定晶圓。然而，安裝表面亦可具有其他固定方式。例如，可設想使用靜電固定元件、黏著元件、夾鉗機構、表面研磨或類似物。

換言之或在一替代配方中，本發明說明將用於單個晶圓處理應用中之一晶圓支撐裝置，其容許將被施加至與安裝裝置接觸之一晶圓之頂部之流體之較快加熱速率且此外改良流體溫度之空間均勻性。其另外包含在晶圓之頂部上保持一發射流體之一大部分之一介質，因而可提升晶圓處理效能，否則可因自晶圓頂部之流體之流乾降低晶圓處理效能。

本發明解決上文描述問題且容許複數個不同晶圓處理步驟期間之一緩慢及一迅速晶圓旋轉之兩者。可以如下方式建構晶圓安裝裝置：使晶圓安裝裝置支援在半導體、微機電組件、發光二極體、光伏打設備、晶圓級封裝之領域及其他類似領域中發現之典型晶圓形狀及尺寸。此外，本發明允許在晶圓頂部及後部進行溫度監測。

本發明之一顯著優點係可能能夠使用相比於一常見真空安裝裝置或一插腳安裝裝置可能使用之更多之一液量覆蓋一晶圓，其可幫助移除厚的乾薄膜光阻劑。在某些較佳實施例中，本發明尤其以下列方式建構：使晶圓上可收納大於0.1mm、大於1.0mm、大於1.5mm或甚至高達5mm之流體厚度。在替代較差實施例中，本發明以下列方式建構：使晶圓上可收納大於10mm或甚至大於15mm之流體厚度。 較佳根據本發明以下列方式選擇安裝裝置之尺寸：使得可收納容許在晶圓上之大於0.1mm、大於1.0mm、大於1.5mm或甚至高達5mm之一流體厚度之液量。在較差實施例中，根據本發明以下列方式選擇安裝裝置之尺寸：使得可收納容許在晶圓上之法線方向上之大於10mm或甚至大於15mm之一流體厚度之液量。

根據本發明之一有利實施例，規定根據晶圓之一圓周邊緣輪廓化圓周壁。因此，一方面確保晶圓相對於收納裝置之最佳對準。另一方面可形成環區段之內部圓周上之一密封接觸。可將晶圓建構為至少主要為環形(具有一對準凹口或一平坦區段)。在此情況下，不僅需要沿著晶圓進行對準，且在旋轉方向上亦需要進行對準。

根據本發明之一實施例之一進一步發明措施在於：使收納裝置具有與接觸平面不同之一溢流平面，該溢流平面藉由上邊緣形成，尤其與接觸平面平行。因此，可形成晶圓與一界定收納空間體積之一完全接觸及安裝。同時更容易處置收納裝置。

在程序中，若接觸平面與溢流平面之間之距離大於待收納晶圓之厚度，則其尤其為有利的。

根據本發明之一進一步有利實施例，規定收納裝置具有用於收納晶圓之藉由上邊緣及圓周壁形成之一收納開口。因此，可有效地收納晶圓且同時可經由收納開口供應流體。

藉由使收納裝置具有至少部分藉由圓周壁及/或藉由凹口或藉由至少凹口上提供之一收納突出物形成之一安裝表面，將能夠以容易處置之一方式在收納裝置上尤其密封、安裝晶圓。根據本發明，尤其可設想使用一對應的、尤其分隔開的密封組件以便確保晶圓與安裝表面之間之密封緊密性。在程序中，其較佳係一密封環。

根據本發明之另一構想在於，使安裝表面小於接觸表面之50%，尤其小於接觸表面之25%，較佳小於接觸表面之10%。因此傳導至晶 圓與收納裝置之間之主要有效接觸表面之熱量變得更一致，使得沿著晶圓表面僅存在微小熱波動/差異。對應地，晶圓較少變形。對應地，選擇具有最佳熱傳導性之一材料，較佳具有最小可能熱傳導性以便減小或盡可能阻止對流熱傳導。

由於提供鄰接凹口之接觸元件(尤其較佳在收納裝置中心處以一支撐件形式提供，甚至更佳為放射狀的、會聚的接觸元件)，收納裝置之穩定性、尤其硬度根據本發明被改良。

若在圓周壁上提供至少一突出物以在一旋轉方向上固定晶圓，則能夠以簡單且牢固之方式旋轉晶圓。

若使用額外設備以延伸所揭示實施例之一者，則可大大地增加清潔晶圓表面之效率。

一第一延伸將係在晶圓被旋轉時接觸晶圓表面之一機械電刷。電刷可具有任何形狀但將具有最佳一圓柱形狀。電刷之圓柱軸與晶圓之表面平行。就一平坦、旋轉對稱電刷而言，旋轉軸必定垂直於晶圓表面。就一平坦、全區電刷而言，電刷之對稱軸甚至與晶圓之垂直對稱軸重合(假設晶圓不具有凹口或平邊以具有完全旋轉對稱)。就一小於晶圓之平坦、區域電刷而言，電刷可圍繞晶圓執行平移運動。電刷本身可一直圍繞其對稱軸旋轉。

一第二延伸將係將一氣體及/或液體施加至晶圓之表面上之一噴嘴。可使用外部硬體及/或軟體控制器精確地控制氣體及/或液體之壓力及/或速度。此外，可調整晶圓之法線與自噴嘴之氣體及/或液體之噴射之間之角度。

一第三延伸將係一音波儀器，最有可能係接觸至少濕潤晶圓及/或晶圓之表面之液體之一超音波裝置。超音波裝置形狀像一圓餅或係一全區裝置。

所有延伸可在濕潤晶圓表面之前、同時及之後使用以改良及加 速晶圓表面之清潔。

1‧‧‧收納裝置

2、2'、2"、2'''‧‧‧安裝表面

3‧‧‧晶圓

3a‧‧‧接觸表面

3k‧‧‧圓周邊緣

3o‧‧‧頂部

4‧‧‧環區段

5‧‧‧上邊緣

6‧‧‧凹部

7‧‧‧圓周壁

8‧‧‧收納空間

9‧‧‧流體

10‧‧‧收納開口

12‧‧‧接觸元件/收納元件

13、13'、13"‧‧‧突出物/支撐元件

d‧‧‧晶圓厚度

D‧‧‧距離

A‧‧‧接觸平面

C‧‧‧溢流平面

R‧‧‧旋轉方向

B₁‧‧‧圓環直徑

B₂‧‧‧內直徑

H₁,H₂,H₃‧‧‧高度

本發明之額外優點、特徵及細節將從較佳例式性實施例之描述及圖式之幫助下產生。圖式展示下列各項：圖1a 發明收納裝置之一第一實施例之一視圖，圖1b 具有安裝晶圓之根據圖1a之收納裝置之沿著圖1a中之橫斷線A-A之一剖面局部側視圖，圖2a 發明收納裝置之一第二實施例之一視圖，圖2b 具有安裝晶圓之根據圖1a之收納裝置之沿著圖2a中之橫斷線B-B之一剖面局部側視圖，圖3a 發明收納裝置之一第三實施例之一視圖，圖3b 具有安裝晶圓之根據圖1a之收納裝置之沿著圖3a中之橫斷線C-C之一剖面局部側視圖，圖4a 發明收納裝置之一第四實施例之一剖面局部側視圖及圖4b 具有安裝晶圓之根據圖4a之收納裝置之沿著圖4a中之橫斷線D-D之一剖面局部側視圖。

在圖式中相同組件或滿足相同功能之組件由相同參考數字標示。

圖式展示用於收納及安裝一晶圓3之一收納裝置1之不同實施例。晶圓3之收納係藉由一安裝表面2、2'、2"、2'''上之晶圓3之一接觸表面3a之接觸(例如藉由在圖式中未顯示之自一晶圓堆疊或一晶圓盒拿取晶圓3且將其放置於安裝表面2上之機械手臂)而發生。

一至少主要為環狀環區段4具有至少兩個彼此不同之平面，即其上收納及固定(若必要)晶圓3之一接觸平面A。在該程序中，可規定僅觸碰晶圓3之接觸表面3a之一部分，尤其一較佳環狀、圓周壁(晶圓3 與收納裝置1之間之接觸表面)。

可存在晶圓中之圍繞凹部或平坦位置之後部邊界被視為邊界且將尤其同樣地觸碰接觸平面A。晶圓3之一圓周邊緣3k可尤其與一圓周壁7接觸。圓周壁7可與晶圓3之接觸平面A垂直或與晶圓主平面(接觸表面3a)成一角度。圓周壁7相對於接觸平面A之高度之一圓環直徑B₁大於或等於晶圓3之一晶圓直徑，而環區段4之一內直徑B₂小於晶圓直徑。此類似地適用於輪廓化實施例，尤其在晶圓3之一非環形設計情況下之一平邊或凹口。因此，圓環直徑B₁較佳具有由1"、2"、3"、4"、5"、6"、8"、12"或18"之產業標準判定之一晶圓直徑。然而，圓環直徑B₁亦可具有自此產業標準偏離之一直徑。

第二平面(溢流平面C)可終止為與晶圓表面之一頂部3o齊平或較佳超過晶圓表面之一頂部3o而突出使得可收納晶圓3上之一流體9而該流體不會大規模流至收納裝置1之上方。流體9係收納於藉由晶圓3及環區段4形成之一收納空間8中，其中可藉由一分配裝置(在圖式中未顯示)經由一收納開口10(例如自上方)將流體9供應至收納空間8。晶圓3之接觸不僅在凹部6上，而且更尤其額外地在接觸元件12上發生，其放射狀地或自收納裝置1之一中心呈一星狀模式地與凹部6接合。在程序中，其係有利地若將收納元件12提供在三與九(較佳六)之間使得至少主要曝露晶圓3之接觸表面3a且因此經由收納裝置1可能發生最少熱消散。在特殊實施例中，接觸元件12亦可定位於凹部6下方使得其表面不與晶圓接觸，且因此根據本發明發生一進一步熱絕緣。

接觸平面A與溢流平面C之間之一距離D指示第一與第二平面(接觸平面A與溢流平面C)之間之分隔距離且與可由收納裝置1收納進收納空間8中之液量成比例。就此，應扣除具有厚度d之晶圓3之體積。距離D經特別選擇為大於晶圓3之厚度d。

接觸平面A係由安裝表面2、2'、2"、2'''形成。此外，環區段具 有與圓周壁7接合之一凹部6。另一方面溢流平面C係藉由使一上邊緣5接合在圓周壁之相對端部而形成，其中圓周壁7至上邊緣5可具有一圓角轉接部。

指向晶圓3之方向，尤其圓周壁7之區域之一放射狀陣式(在圖式中未顯示)可在旋轉時固持晶圓使得晶圓之速度與收納裝置1之速度一致，因此晶圓3在收納裝置1中不偏移。

收納裝置1至少部分地、較佳主要地由聚合體、金屬、陶瓷或其他材料或材料組合製成。可塗覆一些表面，尤其可與處理流體接觸之表面而使該等表面係耐化學藥品性的或其等之表面能被轉變。收納裝置1之個別組件可由數個該等材料組成。因此，可使用最佳地適於系統之具有界定物理及/或化學特性之組件。例如，經由不同材料之組合，可最小化熱傳導率及熱量之傳輸。

根據圖1a及圖1b之本發明之第一實施例之特點在於，收納裝置1在此包括恰好兩個平面(接觸平面A及溢流平面C)。在此實施例中，接觸平面A係藉由凹部6形成。因此，可容易地具成本效率地產生本發明之此實施例。

圖2a及圖2b展示本發明之一第二實施例。此實施例具有以下之特徵：接觸平面A係由自凹部6突出之至少三個、較佳(此處)六個突出物13(支撐元件)之頂部，尤其尖頂所界定。較佳將支撐元件建構為成圓錐形狀的插腳。晶圓3經配置而在支撐元件上對準。因此，此實施例具有恰好三個平面(接觸平面A、溢流平面C且由凹部6界定)。突出物13具有一高度H₁，該高度H₁與晶圓3之厚度d之總和小於距離D。

圖3a及圖3b展示一第三且較佳實施例。在此實施例中，接觸平面A如第一實施例中一樣係藉由凹部6形成。然而，第三實施例展示以下之特殊特徵：自凹部6突出之至少三個，較佳(此處)六個突出物13’經配置為同心地分佈在圓周上。此等被用以相對於收納裝置1定位晶 圓3，尤其藉由觸碰晶圓3之圓周邊緣3k。突出物13’可被固定在其等之位置或被偏離中心地安裝使得可調整藉由其等形成之內部尺寸。突出物13’具有尤其大於晶圓3之厚度d及/或小於距離D之一高度H₂。

在突出物13’之至少一者上之指向晶圓3之方向之一放射狀陣式可在旋轉時固持晶圓3使得晶圓3之速度與收納裝置1之速度一致。取代一陣式，突出物13’之一者亦可在收納晶圓3之後藉由放射狀地向內，即在晶圓3之方向上偏移該突出物而呈現該功能。

在圖4a及圖4b中可見一第四且同樣較佳實施例。此實施例實質上對應於第三實施例，其中之差異在於此處之突出物13"配置在圓周壁7至凹部6之轉接部上，尤其作為環區段4之陣式。較佳將突出物建構為旋轉層。突出物13"具有尤其大約等於晶圓3之厚度d及/或小於距離D之一高度H₃。

儘管所有前文所描述之實施例皆係放射狀對稱，但顯然實施例可具有一任意形狀(例如，可係矩形)。因此亦應揭示具有相同功能特徵之矩形實施例。

1‧‧‧收納裝置

2‧‧‧安裝表面

3‧‧‧晶圓

3a‧‧‧接觸表面

3k‧‧‧圓周邊緣

3o‧‧‧頂部

4‧‧‧環區段

5‧‧‧上邊緣

6‧‧‧凹部

7‧‧‧圓周壁

9‧‧‧流體

10‧‧‧收納開口

d‧‧‧晶圓厚度

D‧‧‧距離

A‧‧‧接觸平面

C‧‧‧溢流平面

Claims (12)

1. 一種系統包含一晶圓(3)及一收納裝置用以收納及安裝該晶圓(3)以將流體(9)施加至該晶圓(3)之一頂部(3o)之收納裝置，其具有以下特徵部：- 一旋轉環區段(4)，其具有：a)一旋轉上邊緣(5)，b)一旋轉凹部(6)及c)一圓周壁(7)，其自該上邊緣(5)延伸至該凹部(6)，- 一接觸平面(A)，其配置在該環區段(4)內用以在該晶圓(3)之一接觸表面(3a)上收納該晶圓(3)，其中藉由該晶圓(3)之收納，該環區段(4)與該晶圓形成用以收納該流體(9)之一收納空間(8)，其中於該環區段(4)之內圓周形成一密封。
2. 根據請求項1之系統，其中該圓周壁(7)係根據該晶圓(3)之一圓周邊緣(3k)輪廓化。
3. 根據請求項1之系統，其中其具有與該接觸平面(A)不同之一溢流平面(C)，該溢流平面(C)係藉由該上邊緣(5)形成，尤其與該接觸平面(A)平行。
4. 根據請求項3之系統，其中該接觸平面(A)與該溢流平面(C)之間之距離(D)大於待收納之該晶圓(3)之厚度d。
5. 根據請求項1之系統，其中其具有藉由該上邊緣(5)及該圓周壁(7)形成之一收納開口(10)以用於收納該晶圓(3)。
6. 根據請求項1之系統，其中其具有一安裝表面(2)，該安裝表面(2)至少部分藉由以下各者形成：- 該圓周壁(7)及/或 - 該凹部(6)或- 在該凹部(6)上提供之至少一收納突出物(11)。
7. 根據請求項6之系統，其中該安裝表面(2)建構為小於該接觸表面(3a)之50%，尤其小於該接觸表面(3a)之25%，較佳小於該接觸表面(3a)之10%。
8. 根據請求項1之系統，其中該環區段(4)係建構為圓周封閉的。
9. 根據請求項1之系統，其中與該凹部(6)接合地提供接觸元件(12)，尤其較佳在該收納裝置(1)之一中心會聚地以一支撐件形式提供。
10. 根據請求項1之系統，其中將至少一突出物(13)提供在該圓周壁(7)上以在一旋轉方向(R)上固定該晶圓(3)。
11. 一種收納及安裝一晶圓(3)以將流體(9)施加至該晶圓(3)之一頂部(3o)之方法，其具有以下特徵：- 使一旋轉環區段(4)具有下列元件：a)一旋轉上邊緣(5)，b)一旋轉凹部(6)及c)一圓周壁(7)，其自該上邊緣(5)延伸至該凹部(6)，- 將該晶圓(3)之一接觸平面(3a)收納於位於該環形區段(4)內之一接觸平面(A)上，其中藉由收納該晶圓(3)，該環區段(4)與該晶圓(3)形成用以收納該流體(9)之一收納空間(8)，並且於該環區段(4)之一內圓周形成一密封。
12. 一種用以收納及安裝一晶圓(3)以將流體(9)施加至該晶圓(3)之一頂部(3o)之收納裝置，其具有以下特徵部：- 一旋轉環區段(4)，其具有：a)一旋轉上邊緣(5)，b)一旋轉凹部(6)及 c)一圓周壁(7)，其自該上邊緣(5)延伸至該凹部(6)，- 一接觸平面(A)，其配置在該環區段(4)內用以在該晶圓(3)之一接觸表面(3a)上收納該晶圓(3)，其中藉由該晶圓(3)之收納，該環區段(4)與該晶圓形成用以收納該流體(9)之一收納空間(8)；其中，該系統更具有：- 一安裝表面(2)，該安裝表面(2)至少部分藉由以下各者形成：a)該圓周壁(7)及/或b)該凹部(6)或c)在該凹部(6)上提供至少一收納突出物(11)，其中該安裝表面(2)建構為小於該接觸表面(3a)之50%，尤其小於該接觸表面(3a)之25%，較佳小於該接觸表面(3a)之10%。