TWI595582B - 用以處理晶圓狀物件之方法及設備 - Google Patents

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TWI595582B
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卡爾 海茲 霍罕瓦特
萊霍 史沃森巴契
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蘭姆研究股份公司
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Description

用以處理晶圓狀物件之方法及設備
本發明係關於用以處理像是半導體晶圓、平面顯示器或光碟之晶圓狀物件之裝置與方法。
半導體晶圓會經歷不同表面處理製程，像是：蝕刻、清洗、拋光及材料沉積。為了幫助如此製程，單一晶圓可相關於一或更多處理液體噴嘴藉由與可旋轉載具相連之夾頭來支撐，如例如美國專利第4903717號及第5513668號中所描述。
美國專利第4903717號揭露其旋轉夾頭可相對於環繞之液體收集器上升或下降，該環繞之液體收集器具有用以收集來自該液體收集器內部的氣體之複數液體收集階層及共同排放口。
美國專利第7837803號揭露其中可透過每一階層所設置的閥個別控制每一階層的排放口之改良的液體與氣體收集器。然而，取決於晶圓狀物件上所進行之特定製程，該專利案中的閥會與化學腐蝕性煙霧接觸。在如此條件之下可能難以將如此閥維持在良好工作狀態。
因此係存在著對於能夠更好地防止來自各種介質(例如：酸、鹼、有機物)之煙霧在同一處理室中相混合俾以預防蒸氣交叉污染之收集器結構之需要。如此交叉污染可能導致在精密的處理設備上沉積結晶性固體以及各種安全性課題。
本發明在一實施態樣中因而關於用以處理晶圓狀物件之設備，其包含用以固持晶圓狀物件及使其繞著旋轉軸旋轉之旋轉夾頭。旋轉夾頭 係可沿著旋轉軸在至少二位置之間移動。至少一液體分配器在晶圓狀物體固定在旋轉夾頭上時向旋轉之晶圓狀物體供應液體。收集器環繞旋轉夾頭，且具有用以自收集器內部排放氣體之至少二排放階層，該至少二排放階層對應至旋轉夾頭之該至少二位置。氣體供應系統向收集器內部供應氣體，且包含風道，用以分別在旋轉夾頭定位於其至少二位置之一者時向旋轉夾頭上方之第一內部區域供應氣體、且在旋轉夾頭定位於其至少二位置之相同者時向旋轉夾頭下方之第二內部區域供應氣體。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，風道包含可分別控制的閥使得通往第一及第二內部區域之氣流可彼此獨立受控制。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，旋轉夾頭可沿著該旋轉軸在至少三位置之間移動，且其中該收集器具有對應到該旋轉夾頭之該至少三位置的至少三排放階層。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，該旋轉夾頭可沿著該旋轉軸在至少四位置之間移動，且其中該收集器具有對應到該旋轉夾頭之該至少四位置的至少四排放階層。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，收集器包含定位在旋轉夾頭上方且覆蓋在其上之氣體分配板。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，該等閥係手動控制。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，該等閥係自動控制。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，壓力感測器係定位在該第一及第二區域內，該等閥係根據該壓力感測器的讀值自動控制。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，檔門係定位在該收集器之最上方的排放階層中。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，該檔門係自動控制，俾以回應該旋轉夾頭移動至該最上方的排放階層而開啟，且在該旋轉夾頭移動到該收集器之較低排放階層時關閉。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，該等閥之每一者包含至少三流動設定。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，控制該等閥使得當該旋轉夾頭定位在該至少二排放階層之較低者時向該第一區域提供相對較大之 氣流且向該第二區域提供相對較小之氣流；且當該旋轉夾頭定位在該至少二排放階層之較高者時向該第一區域提供相對較小之氣流且向該第二區域提供相對較大之氣流。
在另一實施態樣中，本發明係關於用以處理晶圓狀物件之方 法，包含將晶圓狀物件定位於由收集器所環繞之旋轉夾頭上；垂直移動該旋轉夾頭俾以使旋轉夾頭及晶圓狀物件定位在該收集器內之第一階層；於該收集器內部分別在晶圓狀物件上方之第一區域以第一流率及在晶圓狀物件下方之第二區域以第二流率供應氣體；垂直移動旋轉夾頭俾以將旋轉夾頭移動到位於第一階層上方之收集器內的第二階層；且於該收集器內部分別在晶圓狀物件上方之第三區域以第三流率及在晶圓狀物件下方之第四區域以第四流率供應氣體，其中該第一流率大於該第三流率，且其中該第二流率小於該第四流率。
在根據本發明之方法的較佳實施例中，於第一及第二區域之每 一者內量測周圍壓力，且控制第一及第二流率使得該第一及第二區域之間的壓力差值維持在小於預定值。
在根據本發明之方法的較佳實施例中，係於收集器之最上方階 層裝載及卸載晶圓狀物件，同時使設置於收集器之最上方階層之檔門保持開啟。
在根據本發明之方法的較佳實施例中，監測收集器外部之周圍 壓力，且控制第一及第二流率使得收集器外部之周圍壓力及該第一及第二區域之每一者的周圍壓力之間的壓力差值維持在小於預定值。
1‧‧‧夾頭
10‧‧‧夾頭
13‧‧‧軸
15‧‧‧馬達
20‧‧‧收集器
22‧‧‧液體分配器
25‧‧‧風道
26‧‧‧風道
27‧‧‧風道
32‧‧‧出口
40‧‧‧收集器
41‧‧‧排液口
42‧‧‧階層
43‧‧‧排液口
44‧‧‧階層
45‧‧‧排液口
46‧‧‧階層
47‧‧‧排液口
48‧‧‧階層
49‧‧‧液體分配器
50‧‧‧氣體供應系統
51‧‧‧過濾風扇單元
52‧‧‧氣體噴淋頭
53‧‧‧風道
54‧‧‧側向分配板
55‧‧‧風道
56‧‧‧檔門
57‧‧‧閥
58‧‧‧壓力分配室
59‧‧‧閥
61‧‧‧壓力感測器
63‧‧‧壓力感測器
65‧‧‧壓力感測器
F1‧‧‧箭號
F2‧‧‧箭號
F3‧‧‧箭號
P1‧‧‧壓力
P2‧‧‧壓力
W‧‧‧晶圓
在參照隨附圖式的前提下，本發明之其它目的、特徵及優點將在閱讀以下本發明之較佳實施例之詳細描述後變得更為明顯，其中：圖1顯示根據習知技術之設備的示意側視圖，且夾頭處在第一位置；圖2顯示圖1之設備的示意側視圖，且夾頭處在第二位置；圖3顯示根據本發明之較佳實施例的設備之示意側視圖，且夾頭處在第一位置； 圖4顯示根據本發明之較佳實施例的設備之示意側視圖，且夾頭處在第二位置；圖5顯示根據本發明之較佳實施例的設備之示意側視圖，且夾頭處在第三位置；及圖6顯示根據本發明之較佳實施例的設備之示意側視圖，且夾頭處在第四位置。
圖1顯示如美國專利第4903717號之圖3者之裝置。收集器20內的氣體係透過風道25、26、27經過共同出口32抽出。當夾頭1如圖1所繪處在其最低位置時，此並不會構成特定問題，因為氣體係從夾頭1上方以箭號F1、F2及F3的方向抽出，且存在於夾頭上方之壓力P1傾向於和存在於夾頭下方之壓力P2互相平衡。
然而，當夾頭1如圖2所示升到其上方階層位置之一時，已發現不僅在夾頭上方沿著箭號F1還有在夾頭下方沿著箭號F2及F3之連續排氣造成存在於夾頭1下方的壓力P2變得比存在於夾頭1上方的壓力P1明顯要小。該壓力差值激起從夾頭之目前階層往一或更多較低階層之非期望的氣流，如箭號F4所示意顯示。該非期望的氣流可因此挾帶透過液體分配器22所分配之處理液體或於當前處理階層所利用之蒸氣，引起一或更多較低處理階層之交叉污染。
現在轉到圖3，在根據本發明之方法與設備的較佳實施例中，旋轉夾頭10係受到收集器40所環繞。收集器40在此實施例中具有四排放階層42、44、46及48，其中階層42、44及46係處理階層而階層48係用以裝載晶圓W至夾頭10上及從該處卸載已處理晶圓。在每一這些排放階層較佳地有用以從晶圓W表面回收處理液體之相對應的排液口41、43、45、47。收集器之排液口及氣體排放口的佈置可如像是共同持有且共同待審中之美國公開專利申請案第2012/0103522 A1號中所進一步描述。
晶圓W較佳地為半導體晶圓，且夾頭10較佳地為針對如此半導體晶圓之單一晶圓濕處理工具之構件。如熟悉本技藝者所認知的，如此夾頭係為容納具例如200mm、300mm及450mm之特定直徑之晶圓所設計。
旋轉夾頭10係顯示為藉由馬達15透過軸13來旋轉，且此驅動 組亦用以使旋轉夾頭10軸向地在四收集階層各者之間移動。如此之夾頭可包含一系列用以在晶圓W之邊緣固持晶圓W之抓持銷(未顯示)，或是可如美國專利第4903717號所述藉由實行白努力定律使晶圓W支撐在流動氣體的緩衝上。夾頭10可替代性地採用透過環繞之定子來旋轉及軸向地移動之磁轉子的形式，同例如在共同持有且共同待審中之美國公開專利申請案第2012/0018940號中所描述。
設置至少一液體分配器49。在此實施例中，於三處理階層個別 設置一液體分配器，然而為了便於理解在圖3中僅畫出最下方之液體分配器49。每一液體分配器49係較佳地可在不妨礙旋轉夾頭10在收集階層間的垂直運動之起始位置及如圖3中所示之分配位置之間行樞紐運動。此類型的液體分配器係進一步描述於例如共同持有且共同待審之美國公開專利申請案第2012/0103522 A1號中。
此實施例之設備亦包含氣體供應系統50，其係較佳地基於設計 成向收集器40內部提供無微粒空氣(或超低微粒量空氣)之過濾風扇單元51。可透過過濾風扇單元51供應空氣以外的其它氣體，例如氮或富含氮且相應地缺乏氧之空氣。於過濾風扇單元51之下游，氣流在上方風道53與下方風道55之間分開。個別的控制閥57、59係連接至這些風道53、55之各自者。元件57、59可為例如蝶形閥。尤有甚者，雖然元件57、59在此係稱為「閥」，但應理解在此背景條件下該用語囊括用以控制通往風道53、55之氣流速率的其它結構，像是：可調式檔門、通風口及類似者。
風道53較佳地終止於氣體噴淋頭52內，像是例如美國專利第 6715943號內所描述者。風道55通入環形壓力分配室58，氣體自該處經由側向分配板54被送進晶圓周圍。圖3中亦可見設置於收集器40的最上方排放階層48之檔門56，作為裝載及卸載階層而非處理階層的排放階層48毋須裝備排放風道。
旋轉夾頭10在圖3中係處在其最下方的位置，在該位置時壓力 P1及P2會類似有關圖1所描述的情況而傾向於互相平衡。然而根據本發明之此實施例，該壓力平衡係藉由適當選擇通過閥57及59之氣體流率所促成。特別是，在如圖3所示的位置中，上方閥57係較佳地全開，而下方閥 59則係較佳地幾近關閉。檔門56在此配置中係完全關閉。該等閥位置之組合將最佳地分別促成夾頭10上方與下方周圍壓力P1及P2之間的近似平衡。
因此，閥57、59較佳地個別具有對應到低、中及高流率之至少 三開啟位置，或是以不同方式表示：幾近關閉、部分開啟及完全開啟。在某些實施例中可手動改變閥57、59的狀態，然而在更佳的實施例中，閥57、59係根據偵測夾頭10在所處四排放階層之一者的位置、或根據周圍壓力的量測值、或根據這些參數的組合而自動設定。
可藉由使用個別偵測收集器40內部之夾頭上方與下方區域的周圍壓力之壓力感測器61、63而在控制壓力P1及P2上達到進一步的準確度。假如所偵測到的壓力彼此差異大於例如大約5Pa之預定門檻值，則調整通過閥57、59之一或兩者的流率直到壓力差落在該門檻值之下，且持續進行之周圍壓力P1及P2的監測與相關之閥57、59的控制使壓力差值維持在所選門檻值之下。
該設備亦可裝備外部周圍壓力感測器65，在閥57、59受控制之情況下使壓力P1及P2之各自者與外部周圍壓力之間的差異維持在例如大約5Pa之預定限度以內。
在使用壓力感測器61、63及選擇性地使用壓力感測器65的案例中，閥57、59較佳地具有更多位置，包含其開啟程度為連續可變之閥。
現在參照圖4，旋轉夾頭10已從排放階層42上升到排放階層44。在此位置下，壓力P1及P2係藉由相對於圖3中夾頭處在排放階層42時閥59及57的位置將閥59更加完全地開啟且將閥57略為關閉而最佳地互相平衡。特別是，閥57及59較佳地回應旋轉夾頭自排放階層42移動到排放階層44而變更為其個別之中流動設定，之後如果需要，可透過以壓力感測器61、63及選擇性以壓力感測器65進行監測與其反饋達成壓力P1及P2更準確的控制。當旋轉夾頭10處在此位置時，檔門56保持關閉。
在圖5中，旋轉夾頭10已從排放階層44上升到排放階層46。在此位置下，壓力P1及P2係藉由相對於圖4中夾頭處在排放階層44時閥59及57的位置將閥59開啟至其完全開啟或高流動設定、且更大程度地關閉閥57至其低流量位置而最佳地互相平衡。閥57及59較佳地回應旋轉夾頭自排放階層44移動到排放階層46而各自自動變更為該等設定，之後如果 需要，可透過以壓力感測器61、63及選擇性以壓力感測器65進行監測與其反饋達成壓力P1及P2更準確的控制。當旋轉夾頭10處在此位置時，檔門56保持關閉。
最後，在圖6中，旋轉夾頭10已從排放階層46上升到裝載/卸載階層48。在此位置下，壓力P1及P2係藉由將閥59保持在其完全開啟或高流動設定、且將閥57保持在其低流量位置(亦即在與圖5中相同或幾近相同的位置)，而最佳地互相平衡。不過，在此案例中，檔門56係如圖6所示開啟。其後，如果需要，可透過以壓力感測器61、63及選擇性以壓力感測器65進行監測與其反饋達成壓力P1及P2更準確的控制。
儘管在先前描述中本發明已相關於若干較佳實施例來描述，但熟悉本技藝者將察知，在不偏離如在此所揭露及於隨附申請專利範圍中提出之本發明的真實範圍及精神的情況下，各種變更係屬可能。
10‧‧‧夾頭
13‧‧‧軸
15‧‧‧馬達
40‧‧‧收集器
41‧‧‧排液口
42‧‧‧階層
43‧‧‧排液口
44‧‧‧階層
45‧‧‧排液口
46‧‧‧階層
47‧‧‧排液口
48‧‧‧階層
49‧‧‧液體分配器
50‧‧‧氣體供應系統
51‧‧‧過濾風扇單元
52‧‧‧氣體噴淋頭
53‧‧‧風道
54‧‧‧側向分配板
55‧‧‧風道
56‧‧‧檔門
57‧‧‧閥
58‧‧‧壓力分配室
59‧‧‧閥
61‧‧‧壓力感測器
63‧‧‧壓力感測器
65‧‧‧壓力感測器
P1‧‧‧壓力
P2‧‧‧壓力
W‧‧‧晶圓

Claims (14)

  1. 一種處理晶圓狀物件之設備，包含：一旋轉夾頭，用以固持晶圓狀物件及使其繞著一旋轉軸旋轉，該旋轉夾頭可沿著該旋轉軸在至少二位置之間移動；至少一液體分配器，用以在晶圓狀物體固定在該旋轉夾頭上時向旋轉之該晶圓狀物體供應液體；一收集器，其環繞該旋轉夾頭，該收集器具有用以從該收集器之內部排放氣體之至少二排放階層，該至少二排放階層對應至該旋轉夾頭之該至少二位置；及一氣體供應系統，用以向該收集器之內部供應氣體，該氣體供應系統包含風道，用以分別在該旋轉夾頭定位於該至少二位置之一者時向該旋轉夾頭上方之一第一內部區域供應氣體、且在該旋轉夾頭定位於該至少二位置之該者時向該旋轉夾頭下方之一第二內部區域供應氣體，其中該風道包含可分別控制的複數閥，使通往該第一及第二內部區域之氣流得以彼此獨立受控制。
  2. 如申請專利範圍第1項之處理晶圓狀物件之設備，其中該旋轉夾頭可沿著該旋轉軸在至少三位置之間移動，且其中該收集器具有對應到該旋轉夾頭之該至少三位置的至少三排放階層。
  3. 如申請專利範圍第1項之處理晶圓狀物件之設備，其中該收集器包含定位在該旋轉夾頭上方且覆蓋在其上之一氣體分配板。
  4. 如申請專利範圍第1項之處理晶圓狀物件之設備，其中該等閥係手動控制。
  5. 如申請專利範圍第1項之處理晶圓狀物件之設備，其中該等閥係自動控制。
  6. 如申請專利範圍第5項之處理晶圓狀物件之設備，更包含定位在該第一及第二區域內之壓力感測器，該等閥係根據該壓力感測器的讀值自動控制。
  7. 如申請專利範圍第1項之處理晶圓狀物件之設備，更包含定位在該收集器之一最上方的排放階層中之一檔門。
  8. 如申請專利範圍第7項之處理晶圓狀物件之設備，其中該檔門係自動控制，俾以回應該旋轉夾頭移動至該最上方的排放階層而開啟，且當該旋轉夾頭移動到該收集器之一較低排放階層時關閉。
  9. 如申請專利範圍第1項之處理晶圓狀物件之設備，其中該等閥之每一者包含至少三流動設定。
  10. 如申請專利範圍第1項之處理晶圓狀物件之設備，其中控制該等閥使得當該旋轉夾頭定位在該至少二排放階層之一較低者時，向該第一區域提供相對較大之氣流且向該第二區域提供相對較小之氣流；且當該旋轉夾頭定位在該至少二排放階層之一較高者時，向該第一區域提供相對較小之氣流且向該第二區域提供相對較大之氣流。
  11. 一種處理晶圓狀物件之方法，包含：將一晶圓狀物件定位於由一收集器所環繞之一旋轉夾頭上；垂直移動該旋轉夾頭俾以使該旋轉夾頭及該晶圓狀物件定位在該收集器內之一第一階層；於該收集器內部分別在該晶圓狀物件上方之一第一區域以一第一流率及在該晶圓狀物件下方之一第二區域以一第二流率供應氣體；垂直移動該旋轉夾頭俾以將該旋轉夾頭移動到位於該第一階層上方之該收集器內的一第二階層；且於該收集器內部分別在該晶圓狀物件上方之一第三區域以一第三流率及在該晶圓狀物件下方之一第四區域以一第四流率供應氣體； 其中該第一流率大於該第三流率，且其中該第二流率小於該第四流率。
  12. 如申請專利範圍第11項之處理晶圓狀物件之方法，更包含於該第一及該第二區域之每一者內量測周圍壓力，且控制該第一及該第二流率使得該第一及該第二區域之間的一壓力差值維持在小於一預定值。
  13. 如申請專利範圍第11項之處理晶圓狀物件之方法，更包含於該收集器內之一最上方階層裝載及卸載該晶圓狀物件，同時使該收集器之該最上方階層所設置之一檔門保持開啟。
  14. 如申請專利範圍第11項之處理晶圓狀物件之方法，更包含監測該收集器外部之一周圍壓力，且控制該第一及該第二流率使得該收集器外部之該周圍壓力及該第一及該第二區域之個別周圍壓力之間的一壓力差值維持在小於一預定值。
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