TWI654033B - 晶圓狀物件之表面的處理設備及使用於其中的液體收集器 - Google Patents

晶圓狀物件之表面的處理設備及使用於其中的液體收集器

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Abstract

一種用於基板之液體處理的設備，該設備包含：一基板夾持器、及圍繞該基板夾持器之液體收集器。液體收集器包含用以收集已被用來處理基板之液體的溝槽。溝槽與一排放導管呈流體連通，且液體收集器更包含從溝槽中之排放口延伸至位於溝槽下方之排放導管的入口之凹面。溝槽中之排放口具有排放導管的入口之截面積至少二倍大的截面積。

Description

晶圓狀物件之表面的處理設備及使用於其中的液體收集器
本發明大致涉及用於處理晶圓狀物件(如半導體晶圓)之表面的設備，其中可自一封閉處理腔室內回收一或更多處理流體。
半導體晶圓係經過各種表面處理製程，例如：蝕刻、清理、拋光、及材料沉積。為符合此類製程，可藉由與可旋轉載具結合之夾盤而相對於一或更多處理流體噴嘴來支撐單一晶圓，例如美國專利第4903717號及第5513668號中所描述者。
或者，可將用以支撐晶圓之環形轉子形式的夾盤設置在封閉處理腔室內，並且藉由主動式磁浮軸承來驅動而無實際接觸，例如國際公開專利第WO2007/101764號及美國專利第6485531號中所描述者。由於離心作用而自旋轉中的晶圓邊緣向外驅送之處理流體被遞送至共同排放管而棄置。
一改良之封閉處理腔室已描述在共同所有、共同申請中的美國公開專利案第2013/0062839號中。然而，本案發明人已發現使用過之處理液體並非 如該專利申請案所述般總是完全自處理腔室回收。尤其，本案發明人發現到由旋轉夾盤所產生之氣流造成聚集在環繞腔室的排放通道中之處理液體的擾流，從而導致處理液體的噴濺及使用過之處理液體的液滴附著在處理腔室的其他內表面。
因此，本發明之一實施態樣涉及一種用於基板之液體處理的設備，該設備包含：一基板夾持器、及圍繞該基板夾持器之液體收集器。液體收集器包含用以收集已被用來處理基板之液體的溝槽。溝槽與一排放導管呈流體連通，且液體收集器更包含從溝槽中之排放口延伸至位於溝槽下方之排放導管的入口之凹面。溝槽中之排放口具有排放導管的入口之截面積至少二倍大的截面積。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，夾持器及液體收集器係存在於一處理腔室內，處理腔室可於基板的液體處理期間密封。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，夾持器係一旋轉夾盤，用以夾持並旋轉晶圓狀物件。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，夾持器係由軸旋轉驅動之夾盤，且夾盤包含環形系列的栓銷，這些栓銷位於適當位置以接觸基板的邊緣區域。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，夾持器係由環繞電磁定子旋轉驅動之磁性轉子環，且該磁性轉子環包含環形系列的栓銷，這些栓銷自磁性轉子環朝下懸置並位於適當位置以接觸基板的邊緣區域。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，其中凹面包含一對伸長凹部，該對伸長凹部在排放導管的入口之相對側上沿著溝槽延伸。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，排放導管的入口不被遮蓋，且在平面圖中被溝槽中之排放口所圍繞。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，溝槽中之排放口具有排放導管的入口之截面積至少三倍大的截面積。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，溝槽中之排放口具有排放導管的入口之截面積至少四倍大的截面積。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，凹面在溝槽中之排放口處與溝槽形成一邊緣。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，凹面更包含一對輔助凹部，該對輔助凹部在排放導管的入口之相對側上大致沿著溝槽延伸。
在另一實施態樣中，本發明涉及一種用於基板之液體處理之設備中的液體收集器。液體收集器包含一外罩，此外罩具有用以收集被用來處理基板之液體的內部周圍溝槽。溝槽與一排放導管呈流體連通，且液體收集器更包含從溝槽中之排放口延伸至位於溝槽下方之排放導管的入口之凹面。溝槽中之排放口具有排放導管的入口之截面積至少二倍大的截面積。
在根據本發明之液體收集器的較佳實施例中，凹面包含一對伸長凹部，該對伸長凹部在排放導管的入口之相對側上沿著溝槽延伸。
在根據本發明之液體收集器的較佳實施例中，排放導管的入口不被遮蓋，且在平面圖中被溝槽中之排放口所圍繞。
在根據本發明之液體收集器的較佳實施例中，溝槽中之排放口具有排放導管的入口之截面積至少三倍大的截面積。
在根據本發明之液體收集器的較佳實施例中，溝槽中之排放口具有排放導管的入口之截面積至少四倍大的截面積。
在根據本發明之液體收集器的較佳實施例中，凹面更包含一對輔助凹部，該對輔助凹部在排放導管的入口之相對側上大致沿著該溝槽延伸。
1‧‧‧腔室
2‧‧‧內蓋件
10‧‧‧壁
12‧‧‧凸部
14‧‧‧底壁
15‧‧‧上部
16‧‧‧排出口
17‧‧‧動態封口
18‧‧‧襯墊
20‧‧‧基部
21‧‧‧壁
22‧‧‧中空軸
23‧‧‧排放口
24‧‧‧導流器
25‧‧‧排放導管
26‧‧‧襯墊
27‧‧‧溝槽
28‧‧‧介質入口
30‧‧‧旋轉式夾盤
32‧‧‧定子
34‧‧‧壁
36‧‧‧蓋件
38‧‧‧齒輪
40‧‧‧夾扣構件
42‧‧‧歧管
44‧‧‧入口
46‧‧‧排出口
48‧‧‧第二腔室
231‧‧‧輔助凹部
281、282、283、284‧‧‧液體導管
285、286、287‧‧‧氣體導管
W‧‧‧晶圓
在研讀過以下參考附圖所提出之本發明之較佳實施例的詳細描述後，本發明的其他目的、特徵、及優點將變得更為顯而易見，其中：圖1係根據本發明之第一實施例之處理腔室的說明性橫剖面側視圖，圖中顯示內蓋件位於其第一位置；圖2係根據本發明之第一實施例之處理腔室的說明性橫剖面側視圖，圖中顯示內蓋件位於其第二位置；圖3係圖1中之局部III的放大圖；圖4係圖1及2所示之實施例之液體收集器的說明性橫剖面透視圖；圖5係圖1及2所示之實施例之液體收集器的俯視立體圖；以及圖6係圖5中之局部XI的放大圖。
現在參考圖1，其係一種根據本發明之第一實施例之用以處理晶圓狀物件之表面的設備，該設備包含外處理腔室1，其係較佳地由塗有PFA(全氟 烷氧基，perfluoroalkoxy)樹脂的鋁所製成。此實施例中之腔室具有主要圓柱形壁10、下部12、及上部15。一較窄之圓柱形壁34自上部15延伸，並由蓋件36將其封閉。
旋轉式夾盤30係設置在腔室1的上部之中，並且被圓柱形壁34所圍繞。於使用設備期間，旋轉式夾盤30可旋轉地支撐晶圓W。旋轉式夾盤30包含旋轉式驅動件，其包含環形齒輪38，齒輪38嚙合並驅動用以選擇性接觸及鬆開晶圓W之周緣的複數偏心可移動式夾扣構件。
在此實施例中，旋轉式夾盤30係設置在圓柱形壁34的內表面附近之環形轉子。定子32係設置在圓柱形壁34的外表面附近、並與環形轉子相對。轉子30及定子32作為馬達，因而環形轉子30(且因此受支撐之晶圓W)可經由主動式磁浮軸承而旋轉。例如，定子32可包含可受主動控制之複數電磁線圈或繞線，以便經由設置在轉子上的對應永久磁鐵而可旋轉地驅動旋轉式夾盤30。旋轉式夾盤30之軸向且徑向軸承亦可藉由定子的主動控制或藉由永久磁鐵來完成。因此，可使旋轉式夾盤30懸浮且受到可旋轉地驅動，而無機械接觸。選擇性地，轉子可由被動式軸承所支承，其中轉子的磁鐵係由設置在腔室外部的外轉子周圍上之對應高溫超導磁鐵(HTS磁鐵，high-temperature-superconducting magnet)所支承。在此替代實施例的情況下，環形轉子的各磁鐵係釘附至其對應的外轉子之HTS磁鐵。因此，在沒有實際連接的情況下，內轉子隨外轉子作相同運動。
蓋件36具有裝設在其外部之歧管42，歧管42提供了穿過蓋件36並開口在晶圓W上方之腔室內的介質入口44。應注意到將此實施例中之晶圓W自旋 轉式夾盤30向下懸置(由夾扣構件40支撐)，使得經由入口44所供應之流體能沖擊晶圓W的面朝上之表面。
在晶圓W為例如直徑300mm或450mm的半導體晶圓之情況下，晶圓W的面朝上側可為晶圓W的裝置側或其相對側，這決定於晶圓被如何設置在旋轉式夾盤30上(因此這是由腔室1內所執行之特定製程所指定)。
圖1的設備更包含可相對於處理腔室1移動的內蓋件2。圖1之中顯示內蓋件2位於其第一(或開啟)位置，其中旋轉式夾盤30係與腔室1的外圓柱形壁10連通。
此實施例中之蓋件2通常呈杯形，蓋件2包含被直立圓柱形壁21所圍繞之基部20，其亦一起構成用以收集使用過之處理液體的收集器。收集器包括環形溝槽27，於此收集使用過之處理液體，並將使用過之處理液體由此引導至排放導管25。蓋件2更包含中空軸22，中空軸22支撐基部20、並且穿過腔室1的下壁14。
中空軸22被形成在主腔室1中之凸部12所圍繞，且這些元件係經由動態密封件而連接，該動態密封件允許中空軸22相對於凸部12進行位移，同時與腔室1維持氣密封閉。
在圓柱形壁21的頂部處，接附著一環形導流器構件24，該導流器構件24的面朝上之表面上搭載一襯墊26。蓋件2較佳地包含至少一穿過基部20的流體介質入口28，以使處理流體及清洗液體能導入腔室內、並導至晶圓W的面朝下之表面上。
蓋件2更包括處理液體排放口23，其引導使用過之處理液體進入排出管道25內(如將結合圖3而更加充分敘述)。雖然管道25係剛性裝設在蓋件2 的基部20，但其經由動態封口17穿過腔室1的底壁14，而使此管道能相對於底壁14軸向滑動，並同時維持氣密封閉。
排出口16穿過腔室1的壁10，而獨立排出口46在旋轉式夾盤30的內表面附近穿過蓋件36。各排出口係連接至適當的排放導管(未顯示)，其係較佳地經由各別閥及排放裝置來獨立控制。
圖1所示之位置對應至晶圓W的裝載或卸載。尤其，晶圓W可經由蓋件36或更佳地經由腔室壁10中的側門(未顯示)而裝載至旋轉式夾盤30上。然而，當蓋件36已位在適當位置時、且當任何側門皆已關閉時，腔室1為氣密，並且能維持所定義之內部壓力。
在圖2中，內蓋件2已被移到其第二(或閉合)位置，此對應至晶圓W的處理。亦即，在晶圓W裝載至旋轉式夾盤30上之後，藉由作用在中空軸22上的適當馬達(未顯示)將蓋件2相對於腔室1往上移動。持續將內蓋件2往上移動直到導流器構件24與腔室1的上部15之內表面接觸為止。尤其，導流器24所搭載之襯墊26對著上部15的底面密封，而上部15所搭載之襯墊18對著導流器24的上表面密封。
如圖2所示，當內蓋件2到達其第二位置時，從而在封閉處理腔室1內產生第二腔室48。內腔室48更別於腔室1的其餘部份而以氣密方式呈封閉狀態。此外，腔室48係較佳地與腔室1的其餘部份各別排氣，這在此實施例中係藉由設置開口在腔室48內的排氣口46而實現，排氣口46係獨立於圖2配置中之一般供腔室1及腔室1的其餘部份使用之排氣口16。
於晶圓處理期間，為了執行各種製程(如：蝕刻、清理、清洗、及任何其他所期望之正在進行處理中之晶圓的表面處理)，可將處理流體經由介質入口44及/或28引導至旋轉晶圓W。
在替代實施例中，蓋件2可設有可垂直移動之防濺板及複數同心排放溝槽(如共同所有、共同申請中之美國公開專利案第2013/0062839號的圖3-6中所示)。在另一替代實施例中，可用軸驅動夾盤(如共同所有、共同申請中之美國公開專利案第2013/0062839號的圖7-10中所示)取代磁性轉子夾盤30。
現參考圖3，其中顯示轉變凹面將溝槽27連接至排放導管25。尤其，溝槽27(在此實施例中，其橫剖面近似部份圓形)具有形成於其中之開口23，開口23經由向內傾斜之凹面而導向排放導管25的入口。排放口23的截面積實質上大於排放導管25；尤其，排放口23的截面積為排放導管25的截面積至少二倍大、較佳地為至少三倍大、且更佳地為至少四倍大。
此外，位於溝槽27下方且位於排放導管25上方之凹部容積係藉由一對槽孔或輔助凹部231而進一步增大，該對槽孔或輔助凹部231係形成在排放導管兩側、且延伸在大致垂直於圖3之圖式平面的方向上，且圖3之中僅能看見該輔助凹部231的其中一者。
從溝槽27的底部到排放導管25的入口之距離係較佳地至少為3mm(垂直測量)。
此結構用以提供一收集使用過之處理液體之輔助收集貯槽，其位在溝槽27的下游且位在排放導管25的上游。重要的是，此凹部容積更加受到保護而不受到由快速旋轉之夾盤所產生之通常強勁的空氣或氣體流動影響。因 此，此結構能有效防止如可能發生在上述先前專利申請案中之使用過之處理液體的噴濺，並且使用過之處理液體反而順暢地從溝槽27流入排放導管25中。
如圖4所示，收集器結構較佳地包括多數液體導管281、282及氣體導管285，以便將各種化學組成物、清洗液體、以及惰性氣體供應至晶圓W的面朝下之一側。由圖5更容易看見這些元件，例如：液體導管281-284、以及氣體導管285-287。
圖6更完整顯示根據此實施例之轉變凹面的輪廓、及由此所定義之凹部容積。溝槽27的底部通常與環面的下半部一致。凹面在排放口23處結合溝槽27的底部，以此方式使這些表面突然改變方向，以便在排放口處形成相當陡峭的邊緣。
此陡峭的邊緣促進了沿著溝槽27的環形表面的氣流之流量，並使進入凹部容積內的氣流降到最低。提供了凹面的輔助凹部231以便增加可供使用過之處理液體使用的總容積(位在溝槽27下方且位在排放導管25上方)；如此之輔助凹部231在溝槽27的圓周方向上有更多空間，但在其徑向方向上則較前者少很多。
這結構因此減輕與先前設計所述相關之噴濺問題、改善從收集器回收使用過之處理流體、以及改善處理液體通過收集器的流速。
亦應注意到，雖然根據本發明之使用過之處理液體的改良處理係較佳地應用在如附圖所示之封閉處理腔室，但其亦可應用在開放處理單元，例如美國專利第4903717號所描述之被具有垂直疊置之處理高度的開放收集器所圍繞之旋轉夾盤。
雖然本發明已結合其各種較佳實施例加以描述，惟應瞭解到這些實施例僅供例示說明本發明，且不應被作為限制隨附申請專利範圍的真正範圍及精神所賦予之保護範圍的藉口。

Claims (15)

  1. 一種用於基板之液體處理的設備，該設備包含：一基板夾持器、及圍繞該基板夾持器之液體收集器，該液體收集器包含用以收集已被用來處理基板之液體的溝槽，該溝槽與一排放導管呈流體連通，該液體收集器更包含從該溝槽中之排放口延伸至位於該溝槽下方之該排放導管的入口之凹面，其中該溝槽中之該排放口具有該排放導管的該入口之截面積至少二倍大的截面積，其中該凹面包含一對伸長凹部，該對伸長凹部在該排放導管的該入口之相對側上沿著該溝槽延伸。
  2. 如申請專利範圍第1項之用於基板之液體處理的設備，其中該夾持器及該液體收集器係存在於一處理腔室內，該處理腔室可於基板的液體處理期間密封。
  3. 如申請專利範圍第1項之用於基板之液體處理的設備，其中該夾持器係一旋轉夾盤，用以夾持並旋轉晶圓狀物件。
  4. 如申請專利範圍第1項之用於基板之液體處理的設備，其中該夾持器係由軸旋轉驅動之夾盤，且其中該夾盤包含環形系列的栓銷，該等栓銷位於適當位置以接觸基板的邊緣區域。
  5. 如申請專利範圍第1項之用於基板之液體處理的設備，其中該夾持器係由環繞電磁定子旋轉驅動之磁性轉子環，其中該磁性轉子環包含環形系列 的栓銷，該等栓銷自該磁性轉子環朝下懸置並位於適當位置以接觸基板的邊緣區域。
  6. 如申請專利範圍第1項之用於基板之液體處理的設備，其中該排放導管的該入口不被遮蓋，且在平面圖中被該溝槽中之該排放口所圍繞。
  7. 如申請專利範圍第1項之用於基板之液體處理的設備，其中該溝槽中之該排放口具有該排放導管的該入口之截面積至少三倍大的截面積。
  8. 如申請專利範圍第1項之用於基板之液體處理的設備，其中該溝槽中之該排放口具有該排放導管的該入口之截面積至少四倍大的截面積。
  9. 如申請專利範圍第1項之用於基板之液體處理的設備，其中該凹面在該溝槽中之該排放口處與該溝槽形成一邊緣。
  10. 一種用於基板之液體處理的設備，該設備包含：一基板夾持器、及圍繞該基板夾持器之液體收集器，該液體收集器包含用以收集已被用來處理基板之液體的溝槽，該溝槽與一排放導管呈流體連通，該液體收集器更包含從該溝槽中之排放口延伸至位於該溝槽下方之該排放導管的入口之凹面，其中該溝槽中之該排放口具有該排放導管的該入口之截面積至少二倍大的截面積，其中該凹面更包含一對輔助凹部，該對輔助凹部在該排放導管的該入口之相對側上大致沿著該溝槽延伸。
  11. 一種用於基板之液體處理之設備中的液體收集器，該液體收集器包含一外罩，該外罩具有用以收集被用來處理基板之液體的內部周圍溝槽，該溝槽與一排放導管呈流體連通，該液體收集器更包含從該溝槽中之排放口延伸至位於該溝槽下方之該排放導管的入口之凹面，其中該溝槽中之該排放口具有該排放導管的該入口之截面積至少二倍大的截面積，其中該凹面包含一對伸長凹部，該對伸長凹部在該排放導管的該入口之相對側上沿著該溝槽延伸。
  12. 如申請專利範圍第11項之用於基板之液體處理之設備中的液體收集器，其中該排放導管的該入口不被遮蓋，且在平面圖中被該溝槽中之該排放口所圍繞。
  13. 如申請專利範圍第11項之用於基板之液體處理之設備中的液體收集器，其中該溝槽中之該排放口具有該排放導管的該入口之截面積至少三倍大的截面積。
  14. 如申請專利範圍第11項之用於基板之液體處理之設備中的液體收集器，其中該溝槽中之該排放口具有該排放導管的該入口之截面積至少四倍大的截面積。
  15. 一種用於基板之液體處理之設備中的液體收集器，該液體收集器包含一外罩，該外罩具有用以收集被用來處理基板之液體的內部周圍溝槽，該溝槽與一排放導管呈流體連通，該液體收集器更包含從該溝槽中之排放口延伸至位於該溝槽下方之該排放導管的入口之凹面，其中該溝槽中之該排放口具有該排放導管的該入口之截面積至少二倍大的截面積，其中該凹面更包含一對輔助凹部，該對輔助凹部在該排放導管的該入口之相對側上大致沿著該溝槽延伸。
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