TWI611476B - 用以處理晶圓狀物件之設備 - Google Patents
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Abstract
累積在分配噴嘴之外表面上的處理流體液滴之有害影響,係透過在處理晶圓狀物件之設備上設置吹除區塊而預防,該吹除區塊在液滴可凝聚並以不受控制的方式落至工件上之前,將該等液滴吹離噴嘴之外表面。噴嘴較佳地具有拋光和錐形之外表面,以利將任何處理液體之積聚液滴從外表面吹除。
Description
本發明關於使用用以分配處理液體至物件表面上之噴嘴,以處理諸如半導體晶圓之物件表面的方法及設備。
製造積體電路期間,半導體晶圓經歷各種濕式處理階段,包含使用各種處理液體和氣體。例如,當透過濕式處理剝除光阻時,在用於進行該剝除的化學組成物中,為硫酸與過氧化氫混合之溶液,通常被稱為SPM或“Piranha”蝕刻。其它蝕刻化學品包含SOM(硫酸與臭氧的混合物)處理、以及硫酸及過碘酸之混合物,如在共同擁有的同時待審美國公開申請案第2011/0130009號中所描述。
本發明人已發現,當使用如上述之共同擁有的申請案中所描述的某些類型之化學品時,由於在處理期間之處理流體的噴濺,可能出現處理流體之小液滴累積在分配噴嘴之外表面上的情形。這些小液滴最終聚結,導致較大的液滴以隨機的方式從噴嘴往下掉落至旋轉的半導體晶圓上。這些不理想的液滴能損害形成於該半導體晶圓中之超微小元件特徵部,尤其在最壞的情況,是當一處理剛停止後而沒有進一步的液體透過噴嘴而提供時,一或更多此等液滴落下。
因此,在一實施態樣中,本發明關於一種用以處理晶圓狀物件之設備,包含一固持件,用以以預定的方向固持一晶圓狀物件;以及一分配臂,分配臂具有分配噴嘴,用以分配一流體至由該固持件所固持之一晶圓狀物件上。該分配臂在至少一分配位置及一準備位置之間為可移
動,其中該至少一分配位置在由該固持件所固持之晶圓狀物件上方。該設備更包含一吹除區塊,當該分配臂位於準備位置時該吹除區塊鄰近該分配噴嘴,該吹除區塊包含至少一氣體排放開口,當該分配臂位於準備位置時,該氣體排放開口係朝向該分配噴嘴之外表面,以便將任何所積聚液滴從該分配噴嘴之外表面吹除。
在根據本發明之設備的較佳實施例中,該分配噴嘴之外表面係為錐形,俾使該外表面從其上游端至其出口端之半徑遞減。
在根據本發明之設備的較佳實施例中,該分配噴嘴之外表面係進行拋光以利將液滴從該外表面吹除。
在根據本發明之設備的較佳實施例中,該吹除區塊為U形以使分配噴嘴可藉由橫向移動而不需垂直移動便可使該分配噴嘴進入準備位置,以使該分配噴嘴可容納於該吹除區塊中。
在根據本發明之設備的較佳實施例中,該外表面具有根據DIN ISO 1302之不大於6.3微米的粗糙度值Ra,較佳地不大於3.2微米、且更佳地不大於1.6微米。
在根據本發明之設備的較佳實施例中,一液體收集器圍繞該固持件,該液體收集器包含一預沖洗區塊,以收集來自位於準備位置之分配噴嘴的液體,且該吹除區塊係安裝於預沖洗區塊上。
在根據本發明之設備的較佳實施例中,該吹除區塊包含一通往該至少一氣體排放開口之內部氣體導管,該內部氣體導管從其上游端至下游端向下傾斜。
在根據本發明之設備的較佳實施例中,該吹除區塊包含一對相對的氣體排放開口,其每一者與一相對應的內部氣體導管連接,且每一內部氣體導管係從其上游端至其下游端向下傾斜。
在根據本發明之設備的較佳實施例中,當該分配臂從該至少一分配位置返回至該準備位置時,一微控制器供應淨化氣體至該吹除區塊。
在根據本發明之設備的較佳實施例中,該吹除區塊包含一後壁、連結至該後壁之相對的複數側壁、和一開端,該開端界定一具有比該分配噴嘴之寬度更大的寬度之開口,藉此當該分配臂位於準備位置時,
該分配噴嘴可進入該等側壁之間的吹除區塊內。
在根據本發明之設備的較佳實施例中,該固持件為在用於半導體晶圓的單片晶圓濕式處理之處理模組中的旋轉夾盤,且該分配噴嘴係相對於該旋轉夾盤設置,以便以自由流動的方式向下分配一處理流體至一半導體晶圓之向上表面上。
在另一實施態樣中,本發明關於一種用以改裝至用以處理晶圓狀物件之設備上的噴嘴吹除套件,該套件包含一替換分配噴嘴及一吹除區塊,其中該替換分配噴嘴具有錐形外表面,俾使該外表面從其上游端至其出口端之半徑遞減,該吹除區塊係用以安裝至用以處理晶圓狀物件之設備的預沖洗區塊上。該吹除區塊包含至少一氣體供應入口和至少一氣體排放開口,以便將任何所積聚液滴從替換分配噴嘴之外表面吹除。該吹除區塊亦包含一開口,該開口之尺寸設定為容納在一位置的替換分配噴嘴,在該位置時,該至少一氣體排放開口係朝向該替換分配噴嘴之外表面。
在根據本發明之套件的較佳實施例中,該分配噴嘴之外表面係經拋光的,以利將液滴從該外表面吹除。
在根據本發明之套件的較佳實施例中,該外表面具有根據DIN ISO 1302之不大於6.3微米的粗糙度值Ra,較佳地不大於3.2微米、且更佳地不大於1.6微米。
在根據本發明之套件的較佳實施例中,該吹除區塊包含一通往該至少一氣體排放開口之內部氣體導管,該內部氣體導管從其上游端至下游端向下傾斜。
在根據本發明之套件的較佳實施例中,該吹除區塊包含一對相對的氣體排放開口,其每一者與一相對應的內部氣體導管連接,且每一內部氣體導管係從其上游端至其下游端向下傾斜。
c‧‧‧處理腔室
w‧‧‧晶圓
1‧‧‧旋轉夾盤
3‧‧‧分配臂
3-1‧‧‧分配臂
4‧‧‧分配噴嘴
5‧‧‧進料管線
6‧‧‧進料管線
7‧‧‧混合點
8‧‧‧液體供應器
9‧‧‧氣體供應器
11‧‧‧預沖洗區塊
12‧‧‧吹除區塊
12-1‧‧‧吹除區塊
12-2‧‧‧吹除區塊
13‧‧‧分配臂
13-1‧‧‧分配臂
13-2‧‧‧分配臂
14‧‧‧流體收集器
15‧‧‧氣體分離器
16‧‧‧循環系統
19‧‧‧微控制器
31‧‧‧入口孔口
32‧‧‧側壁
33‧‧‧出口孔口
34‧‧‧側壁
35‧‧‧安裝槽
36‧‧‧位置
37‧‧‧後壁
38‧‧‧內部導管
39‧‧‧排放孔口
41‧‧‧外表面
43‧‧‧入口開口
45‧‧‧出口孔口
本發明之其它目標、特徵及優點將於閱讀以下關於本發明之較佳實施例的詳細描述、參照隨附圖式後變得更加明顯,其中:圖1為一示意圖,顯示根據本發明之一實施例的用以處理晶圓狀物件之設備;
圖2為一橫剖面圖,顯示根據本發明之設備的實施例,包含一圍繞的液體收集器;圖3為圖2之實施例的俯視圖;圖4為位於準備位置之分配臂及噴嘴的局部透視圖;圖5是適合用於本發明之各種實施例中的分配噴嘴之透視圖;圖6為圖5之噴嘴的軸向剖面圖;圖7為從適合用於本發明之各種實施例中之吹除區塊頂部的透視圖;圖8為類似圖7之視圖,顯示容納於吹除區塊中之位於準備位置的分配噴嘴;圖9為從圖7之吹除區塊的下方所見之透視圖;圖10為圖7之吹除區塊的俯視圖;圖11為沿著圖10之線XI-XI的剖面圖;圖12為圖7之吹除區塊的正視圖,以及;圖13為沿著圖12之線XIII-XIII的剖面圖。
在圖1中,一直徑為300mm的半導體晶圓係由旋轉夾盤1固持在一周圍的處理腔室C中,用以進行單一晶圓的濕式處理。此等旋轉夾盤可設計成根據貝努利原理操作,例如如在共同擁有的美國專利第4,903,717號中所描述,或者,可替代地,此等夾盤可透過一環形系列之夾持銷支撐晶圓W,例如如在共同擁有的美國專利第6,536,454號中所描述者。
在此實施例中,處理流體的分配器包含一具有分配噴嘴4的分配臂3,其中該分配噴嘴4係用以將處理流體以自由流動的方式分配至半導體晶圓上。
處理流體之產生,係藉由將來自各自的進料管線5和6之加熱的無機酸(較佳地硫酸)以及氧化氣體(較佳地氣態臭氧)進料於混合點7結合而為之。無機酸係由適用以供應液體至混合站之液體供應器8所
饋入,且氧化氣體係由適用以供應氣體至混合站之氣體供應器9所饋入。本實施例中之分配噴嘴4較佳地具有一出口孔口,該出口孔口之截面積係介於3至300mm2之範圍內,且更佳地為10至100mm2之範圍內。
分配臂3係顯示為位於分配位置,於該處分配臂係位於晶圓W上方。如以下所更詳細描述,分配臂可移動至一準備位置,於該處分配臂相鄰於預沖洗區塊11及吹除區塊12,此這兩者皆示意性地顯示於圖1中。該設備之操作係透過微控制器19以電腦進行控制,在此實施例中,當該微控制器偵測到分配臂3已返回至準備位置時,使吹除區塊12噴射出惰性氣體至噴嘴4的外表面上。
本實施例之設備亦包含如在本領域中眾所周知的流體收集器14、氣體分離器15,其中當流體被旋轉出旋轉之晶圓W後可被流體收集器所收集,且其中過量的氣體係從氣體分離器15排出,本實施例之設備亦包含循環系統16,其中剩餘的液體係返回至處理槽,並於該處供應至製備氣體/液體混合物的混合點7。
當處理流體被分配至晶圓W上時,晶圓W係較佳地旋轉,且其旋轉速度係介於0-1000rpm之範圍內,較佳地30-300rpm之範圍內,該速度係較佳地隨時間變化。
分配臂3可用以作為一轉臂擺動,並因此相對於旋轉之晶圓及越過該旋轉之晶圓水平移動,如圖2和3所示。轉臂擺動運動之速度和範圍係夠寬且夠快,以利處理流體在整個晶圓表面上的溫度分佈平均,從而提高在晶圓表面上之處理的均勻性。
如圖2所示,收集器14可包含數個層,其中夾盤1和收集器14可沿著夾盤1的旋轉軸相對於彼此移動,以將夾盤如期望地放置在每層。此放置可透過移動夾盤或移動收集器14,例如透過其上安裝收集器之液壓千斤頂而達成。
在圖3中,該設備包含兩個分配臂13-1和13-2,其在結構上相同但被供應不同的處理流體並設置在圍繞收集器14之周邊的不同位置。每一分配臂係可沿著如圖3中的虛線所示之一弧形路徑移動,從收集器14的週緣之準備位置至一列工作位置上,在該等工作位置上分配噴嘴4係放置在晶圓W上方。在準備位置時,每一分配臂3-1、3-2係容納於各
自之吹除區塊12-1、12-2中。
在圖4之細部中,分配臂3-1係顯示為位於其準備位置,其中噴嘴4係被引導朝向收集器14中的排水管或再循環通道。吹除區塊12-1係從該視圖中省略,以便於理解。
如圖5所示,噴嘴4設置錐形外表面41,俾使其從靠近噴嘴4的入口開口43之上端至出口孔口45之直徑遞減。然而,如在圖6之軸向剖面可看出,噴嘴4之內部構造不需為錐形。
外表面41除了如所述地為錐形之外,係較佳地經抛光的,以利去除累積之液滴以及由吹除區塊12噴出的氣體噴出物。噴嘴4係較佳地由塑膠材料所製成,該材料為高度抗腐蝕性化學品,且高度耐受在半導體晶圓的濕式處理中常見的高溫。合適的材料包含,例如,聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、和聚三氟氯乙烯(PCTFE),且PCTFE係特別較佳。
噴嘴4之外表面41的抛光,根據DIN ISO 1302,係較佳地以能賦予不大於6.3微米之表面粗糙度值Ra、較佳地不大於3.2微米、且更佳地不大於1.6微米,而根據DIN 4768,Ra為表面粗糙度之曲線圖的中心線平均高度。
吹除區塊12之較佳實施例係顯示於圖7-13中,其中在圖7可見用以附接一氣體供應管線的入口開口31,以及一較小的出口孔口33,用以噴射氣體,較佳地如N2之惰性氣體,至噴嘴4之錐形外表面41上。在圖8中,吾人可看出在準備位置的噴嘴4可放入由噴嘴4所界定的主開口內。
在圖9中,從下方的視圖繪示吹除區塊12在此實施例中係設置L型安裝槽35,該安裝槽係設計為使吹除區塊12將容易地裝配至已存在於分配臂3之準備位置上的預沖洗區塊上。以此設計之吹除區塊12連同如前所述之替換噴嘴4可結合於一套件中,該套件係用於改裝具有上述的轉臂擺動分配臂3之現有旋轉夾盤。
從圖10的頂部視圖中顯而易見地,本實施例的吹除區塊12包含由後壁37所連接之一對相對的側壁32、34,而吹除區塊12的前面在位置36處打開以當噴嘴4返回其準備位置時容納噴嘴4。在圖11中吾人可
看出,吹除區塊12設置兩個排放孔口39,每一側壁32、34中各有一個。此外,這些孔口與內部導管38連接,內部導管係導向下並通常朝向彼此。
當氣體被供應至吹除區塊12時,相對之向下的氣體噴出物,以及噴嘴4的形狀和平滑度,係用以在任何已向上濺射到噴嘴4之外表面41上的液滴有時間凝聚並落下至正在接受處理的晶圓前,將之消除。
吹除區塊亦較佳地由高度耐化學品及耐高溫之塑料所形成,其範例包含上述連同噴嘴4所描述者、以及其他塑料,如「天然」聚丙烯,即,實質上不含填料、著色劑、增塑劑或潤滑劑之聚丙烯。
最後,圖12和13更佳地繪示吹除區塊12之入口孔口31。
雖然本發明已結合其各種較佳地實施例進行說明,但吾人應理解,這些實施例係僅為了說明本發明而提供,並且不應該被用以作為藉口而限制由隨附請求項之真正範圍及精神所賦予的範圍。
c‧‧‧處理腔室
w‧‧‧晶圓
1‧‧‧旋轉夾盤
3‧‧‧分配臂
4‧‧‧分配噴嘴
5‧‧‧進料管線
6‧‧‧進料管線
7‧‧‧混合點
8‧‧‧液體供應器
9‧‧‧氣體供應器
11‧‧‧預沖洗區塊
12‧‧‧吹除區塊
14‧‧‧流體收集器
16‧‧‧循環系統
19‧‧‧微控制器
Claims (16)
- 一種用以處理晶圓狀物件之設備,包含:一固持件,用以在一預定的方向固持一晶圓狀物件;一分配臂,具有一分配噴嘴,用以分配一流體至由該固持件所固持之一晶圓狀物件上,該分配臂在至少一分配位置及一準備位置之間係為可移動,其中該至少一分配位置在由該固持件所固持之該晶圓狀物件上方;及一吹除區塊,當該分配臂位於該準備位置時該吹除區塊鄰近該分配噴嘴,該吹除區塊包含至少一氣體排放開口,當該分配臂位於該準備位置時,該氣體排放開口係導向該分配噴嘴之外表面,以便將任何所積聚液滴從該分配噴嘴之該外表面吹除,其中該吹除區塊為U形,且包含一橫向開口,該橫向開口面向該固持件之中央區域,俾使在不垂直移動該分配噴嘴的情況下,藉由使該分配噴嘴橫向移動進入該準備位置而使該分配噴嘴可容納於該吹除區塊中。
- 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件之設備,其中該分配噴嘴之該外表面係為錐形,俾使該外表面從其上游端至其出口端之半徑遞減。
- 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件之設備,其中該分配噴嘴之該外表面係經拋光的以利將液滴從該外表面吹除。
- 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件之設備,更包含一圍繞該固持件之液體收集器,該液體收集器包含一預沖洗區塊,以收集來自位於準備位置之該分配噴嘴的液體,且其中該吹除區塊係安裝於該預沖洗區塊上。
- 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件之設備,其中該吹除區塊包含一通往該至少一氣體排放開口之內部氣體導管,該內部氣體導管從其上游端至其下游端向下傾斜。
- 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件之設備,其中該吹除區塊包含一對相對的氣體排放開口,每一氣體排放開口與一相對應的內部氣體導管連接,且其中該每一內部氣體導管係從其上游端至其下游端向下傾斜。
- 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件之設備,更包含一微控制器,當該分配臂從該至少一分配位置返回至該準備位置時,該微控制器供應淨化氣體至該吹除區塊。
- 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件之設備,其中該吹除區塊包含一後壁、連結至該後壁之相對的複數側壁、和一開端,該開端界定一具有比該分配噴嘴之寬度更大的寬度之開口,藉此當該分配臂位於該準備位置時,該分配噴嘴可進入該等側壁之間的該吹除區塊內。
- 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件之設備,其中該固持件為一在半導體晶圓的單片晶圓濕式處理用之處理模組中的旋轉夾盤,且其中該分配噴嘴係相對於該旋轉夾盤設置以便將一處理流體以自由流動的方式向下分配至該半導體晶圓之朝上的表面上。
- 一種用以改裝至用於處理晶圓狀物件之設備上的噴嘴吹除套件,包含:一替換分配噴嘴,具有錐形外表面,俾使該外表面從其上游端至其出口端之半徑遞減;及一吹除區塊,用以安裝至用於處理晶圓狀物件之設備的預沖洗區塊上,該吹除區塊包含至少一氣體供應入口和至少一氣體排放開口,以便將任何所積聚液滴從該替換分配噴嘴之外表面吹除;其中該吹除區塊包含一橫向開口,該橫向開口之尺寸設定為容納該替換分配噴嘴在一位置,其中該至少一氣體排放開口係朝向該替換分配噴嘴之該外表面。
- 如申請專利範圍第10項之用以改裝至用於處理晶圓狀物件之設備上的噴嘴吹除套件,其中該分配噴嘴之該外表面係經拋光的,以利將液滴從該外表面吹除。
- 如申請專利範圍第11項之用以改裝至用於處理晶圓狀物件之設備上的噴嘴吹除套件,其中該外表面具有根據DIN ISO 1302之不大於6.3微米的粗糙度值Ra。
- 如申請專利範圍第11項之用以改裝至用於處理晶圓狀物件之設備上的噴嘴吹除套件,其中該外表面具有根據DIN ISO 1302之不大於3.2微米的粗糙度值Ra。
- 如申請專利範圍第11項之用以改裝至用於處理晶圓狀物件之設備上的噴嘴吹除套件,其中該外表面具有根據DIN ISO 1302之不大於1.6微米的粗糙度值Ra。
- 如申請專利範圍第10項之用以改裝至用於處理晶圓狀物件之設備上的噴嘴吹除套件,其中該吹除區塊包含一通往該至少一氣體排放開口之內部氣體導管,該內部氣體導管從其上游端至其下游端向下傾斜。
- 如申請專利範圍第10項之用以改裝至用於處理晶圓狀物件之設備上的噴嘴吹除套件,其中該吹除區塊包含一對相對的氣體排放開口,其每一者與一相對應的內部氣體導管連接,且其中每一內部氣體導管係從其上游端至其下游端向下傾斜。
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