TWI661497B - 晶圓狀物件之液體處理方法與設備 - Google Patents

Abstract

在一晶圓狀物件之處理設備中，係提供一用以支撐並旋轉晶圓狀物件之旋轉卡盤。一液體分配器包含一止回閥，其位置係用以防止處理液體自該液體分配器之排放噴嘴滴出。該止回閥之一閥座係位於相距該排放噴嘴之排放口20mm至100mm的範圍。

Description

晶圓狀物件之液體處理方法與設備

本發明係關於晶圓狀物件之液體處理方法及設備。

液體處理包含濕式蝕刻及濕式清潔兩者，其中欲處理之晶圓表面區域係以處理液體進行濕潤，接著便藉此去除晶圓的一層或藉此帶走雜質。液體處理裝置乃於美國專利第4,903,717中有所描述。在此裝置中，液體的配送可以藉由施加至晶圓的旋轉運動來協助。

蝕刻及清潔碟狀物件的技術典型上用於半導體業之生產製程(例如預光刻清洗(pre-photo clean)、後CMP清洗(post CMP-cleaning)以及後電漿清洗(post plasma cleaning)中的清洗矽晶圓之後。然而，此等方法亦可用於其他板狀物件，例如光碟、光罩、標線片、磁碟、或平板顯示器。當用於半導體業時，其亦可用於玻璃基板(例如在絕緣層上矽晶製程)、三-五價基板(例如砷化鎵)或任何其他用於生產積體電路之基板或載體。

由於形成於半導體晶圓上之裝置特徵部的尺寸持續縮小、而該等裝置特徵部的深寬比持續增加，例如美國專利第4,903,717中所描述之單一晶圓工具便必須滿足更嚴格的製程條件。且，轉換成大直徑的晶圓表示與受損的晶圓相關的經濟損失也變得更大。例如，進來的直徑450mm標準矽晶圓的面積係 比出去的直徑300mm標準矽晶圓面積大125%，而其本身就比前一代之直徑200mm標準矽晶圓面積大125%。

本發明部分係基於本發明者體認到，來自上述該類型之處理設備中所用的液體分配器的偏離液滴，可導致對工作件的嚴重傷害及更大的工作件損失。在發現此處說明之技術的功效之前，本發明者評估了各種技術嘗試找出此問題。

因此，在一態樣中，本發明係關於晶圓狀物件的處理設備，其包含一旋轉卡盤以支撐並旋轉晶圓狀物件。一液體分配器，連接至一處理液體供應部，並定位於或可被定位，俾使當晶圓狀物件定位於該旋轉卡盤上時，將該處理液體配送至晶圓狀物件的一表面上。液體分配器包含一止回閥，其定位係用以避免處理液體自該液體分配器之排放噴嘴滴出。該止回閥之一閥座係位於與該排放噴嘴之一排放口相距20mm至100mm的距離範圍。提供一控制閥，用以開啟及關閉至該液體分配器之該處理液體供應部，該控制閥係定位於該止回閥之上游。

根據本發明之設備的較佳實施例中，該控制閥係定位於該止回閥之上游至少50cm、較佳至少100cm之處。

根據本發明之設備的較佳實施例中，該止回閥係藉由一彈簧而被推向一關閉位置。

根據本發明之設備的較佳實施例中，該止回閥的構造係用以被該處理液體之供應壓力而開啟，該處理液體乃保持在該止回閥之一閥元件的一側而與該彈簧相對。

根據本發明之設備的較佳實施例中，該止回閥為一直通單向閥，其中之該彈簧係位於該閥元件之下游。

根據本發明之設備的較佳實施例中，該液體分配器包含一大致反轉的U形分配臂，其中該排放噴嘴乃下垂而朝向該旋轉卡盤，而該止回閥位於該分配臂之一朝下懸掛部中。

根據本發明之設備的較佳實施例中，該止回閥係用以在關閉至該液體分配器之該處理液體供應部時關閉。

在另一態樣中，本發明係關於用於晶圓狀物件處理設備中之液體分配器組件，其包含一液體分配器臂，用以連接至一處理液體供應部，且其定位係俾使配送處理液體至晶圓狀物件的一表面上。一止回閥，位於該液體分配器臂內或與其相鄰，以防止處理液體自該液體分配器臂之一排放噴嘴滴出。該止回閥之一閥座係位於相距該排放噴嘴之一排放口20mm至100mm的距離範圍。

根據本發明之液體分配器組件的較佳實施例中，該止回閥係藉由一彈簧而被推向一關閉位置。

根據本發明之液體分配器組件的較佳實施例中，該止回閥的構造係用以被該處理液體之供應壓力而開啟，該處理液體乃保持在該止回閥之一閥元件的一側而與該彈簧相對。

根據本發明之液體分配器組件的較佳實施例中，該止回閥為一直通單向閥，其中之該彈簧係位於該閥元件之下游。

根據本發明之液體分配器組件的較佳實施例中，該止回閥為一升止回閥，於其中該彈簧乃沿著一大致與處理液體通過該液體分配器組件的整體方向垂直的方向而將一活塞閥元件推向一關閉位置。

根據本發明之液體分配器組件的較佳實施例中，該液體分配器組件包含一大致反轉的U形分配臂，於其中該排放噴嘴乃往下下垂，而該止回閥位於該分配臂之一朝下懸掛部中。

在更另一態樣中，本發明係關於用於晶圓狀物件之處理設備中的噴嘴組件，其包含一具有排放出口的噴嘴體。一止回閥，位於該噴嘴體中而在該排放出口的上游，以防止處理液體自該排放出口滴出，該止回閥之一閥座係位於相距該排放出口20mm至100mm的距離。

根據本發明之噴嘴組件的較佳實施例中，該止回閥係藉由一彈簧而被推向一關閉位置。

根據本發明之噴嘴組件的較佳實施例中，該止回閥的構造係用以被該處理液體之供應壓力而開啟，該處理液體乃保持在該止回閥之一閥元件的一側上而與該彈簧相對。

根據本發明之噴嘴組件的較佳實施例中，該止回閥為一直通單向閥，其中之該彈簧係位於該閥元件之下游。

根據本發明之噴嘴組件的較佳實施例中，該噴嘴體包含含有該止回閥之一上游部以及形成該排放出口之一可拆卸式下游部。

根據本發明之噴嘴組件的較佳實施例中，該噴嘴體之一液體入口具有之一直徑係大於該排放出口之一直徑。較佳地，該出口具有之橫剖面積比該入口之橫剖面積至少小5%。

根據本發明之噴嘴組件的較佳實施例中，該噴嘴體之一上游端係用以連接至一入口管，且其中包含該排放出口之該噴嘴的一下游端並非用來連接至該排放出口下游之任何其他的管。

1‧‧‧旋轉卡盤

2‧‧‧腔室

3‧‧‧噴嘴組件

4‧‧‧液體分配器臂

5‧‧‧供應部

6‧‧‧控制閥

7‧‧‧馬達

8‧‧‧控制器

30‧‧‧噴嘴體

31‧‧‧上游體元件

32‧‧‧入口通道

33‧‧‧下游體元件

34‧‧‧出口通道

35‧‧‧切螺紋

36‧‧‧排放口

37‧‧‧閥元件

38‧‧‧閥座

39‧‧‧螺旋彈簧

d‧‧‧距離

W‧‧‧晶圓

本發明之其他目的、特徵以及優點將在閱讀下列本發明之較佳實施例的詳細說明並參照所附圖示之後變得更加明顯。其中：圖1為一示意圖，說明根據本發明之第一實施例的設備；圖2為一橫剖面圖，說明用於圖1之設備的噴嘴組件；以及圖3顯示一橫剖面圖，說明適用於圖1之設備的另一噴嘴組件。

現在請參照圖，圖1說明一旋轉卡盤，其以一預定方向支撐一晶圓W於其上，其較佳係使其主要表面水平放置或是以±20°水平放置。旋轉卡盤1可以例如是根據柏努力定律操作的卡盤，例如美國專利第4,903,717號中所描述者。或者，旋轉卡盤1可以包含一系列抓取銷而可支撐使用中之晶圓W的整個重量。

卡盤1典型上會在半導體晶圓之單一晶圓濕式處理的處理模組中出現，且可能位於或可能不位於腔室2之內。液體分配器組件係位於卡盤1上方，且包含液體分配器臂4，該臂透過一控制閥6而連接至處理液體之供應部5。液體分配器臂4在其末端包含一噴嘴組件3。液體分配器臂4及噴嘴組件3係顯示為位於旋轉卡盤1上之晶圓W上方的使用位置。然而，液體分配器臂4較佳係可樞轉 或可線性移動至一備用位置而不覆蓋於晶圓W上，而可促成旋轉卡盤1上之晶圓W的裝載及卸載。

旋轉卡盤1係透過一下軸而旋轉，而該下軸則是由馬達7所驅動。控制器8控制了旋轉卡盤1的整體運作，包含協調馬達7的動作以旋轉該卡盤以及閥6的動作以開啟及關閉來自供應部5的處理液體流。

現在參照圖2，本實施例中之圖1的噴嘴組件3包含一噴嘴體，其由透過切螺紋35與下游體元件33連結的上游體元件31所組成。一止回閥乃位於該噴嘴組件內，且包含一閥元件37，該閥元件37乃藉由螺旋彈簧39而被推向抵住閥座38的關閉位置。閥座38係與上游體元件31一體形成，且圖2中顯示之每一元件31、33、37及39較佳係以化學惰性塑膠材料製成。

閥座38係位於與噴嘴之排放口36相距d的距離，距離d較佳在20mm到100mm的範圍內。

且，圖1之控制閥較佳係定位於該止回閥之上游至少50cm、更佳係至少100cm之處。

形成於上游體元件31內的入口通道32較佳具有比形成於下游體元件33內之出口通道34更大的橫剖面積。且出口通道34的橫剖面積較佳係比入口通道32之橫剖面積至少小5%。

其中元件31之上游端係用以連接至一入口管，元件33之下游端(其包含排放口36)較佳不用以連接至任何其他的下游管。

元件31、33的可拆卸式特性便於將下游元件替換成一個具有不同直徑的排放口36，以適應對不同黏性之處理液體的噴嘴性能。或者，整個噴嘴組件3亦可輕易地自分配器臂4拆卸下。

在使用上，晶圓W係位於旋轉卡盤1上，而控制器8給予馬達7信號而以所選之轉速rpm來旋轉該晶圓。控制器8接著給予控制閥6信號，以開啟至分配器臂4的處理液體供應部5。

當處理液體透過形成於上游體元件31內之入口通道32進入噴嘴組件3時，其便到達閥元件37，在此之前閥元件37一直位於圖2所示之關閉位置。本實施例中之處理液體的供應壓力係足以將閥元件37向下移動而脫離閥座38，故處理液體可以繼續流經出口通道34且排放通過排放口36到達晶圓W上。

在以處理液體進行所需之晶圓W處理的結尾處，控制器8會給予控制閥6信號而關閉。當噴嘴組件中之處理液體的壓力下降時，閥元件37便被彈簧39推回，以便回復至其抵向閥座38的關閉位置。

在圖3中，係說明噴嘴組件3之另一選擇性結構，其中噴嘴體30的構造係俾使閥座38的方向係大致垂直於整體流向。距離d再一次如同圖2所描述的，且本實施例之止回閥係如同圖2所描述方式操作。

吾人已經發現上述之設備、液體分配器組件以及噴嘴組件可以令人滿意的方式解決許多半導體晶圓製程在單一晶圓工具上之前無法解決的問題。尤其是在以具有低表面張力之處理液體進行之處理中，處理液體易於在流動開始以及結束時、以及當分配器臂移動至起始位置時滴出。當處理液體因重力而慢慢滴落，空氣亦會進入該化學管路。

如此可導致處理晶圓上的缺陷而引起晶圓損耗。當持續流動步驟產生不一致流動而因濺射效果促成飛濺液體，進入管路的空氣亦會造成問題。

有各種技術探討這些問題，包含在處理結尾時使用吸力來「吸回」處理液體，以防止其自噴嘴滴出；使用正壓來吹掉來自噴嘴的多餘處理液體；縮小 管路直徑以便產生增大的內部表面壓力；以及在接近噴嘴出口處放置受控制的開/關閥。然而，那些技術中沒有任何一個可適當的解決上述問題。

另一方面，根據本發明之設備、液體分配器組件以及噴嘴組件已被發現可解決上述問題，因為在使用點處有一個止回閥僅在流動容許時開啟。該止回閥在流動停止後立刻關閉，且不容許處理液體在分配器臂移動期間滴出。此處所描述之止回閥的另一優點是空氣在流動停止後不會進入分配器臂。

雖然本發明係以其各種較佳實施例來加以說明，吾人應理解這些實施例僅為了說明本發明，不應用來當作限制保護範圍的藉口，該保護範圍係由所附申請專利範圍之真實範圍及精神所賦予。

Claims (20)

1. 一種晶圓狀物件的處理設備，其包含：一旋轉卡盤，用以支撐並旋轉一晶圓狀物件；一液體分配器，連接至一處理液體供應部，並定位於或可被定位，俾使當定位於該旋轉卡盤上時，將該處理液體配送至該晶圓狀物件的一表面上；其中該液體分配器包含一止回閥，其定位係用以避免處理液體自該液體分配器之排放噴嘴滴出，該止回閥之一閥座係位於與該排放噴嘴之一排放口相距20mm至100mm的距離範圍，其中該止回閥及該閥座包含化學惰性塑膠材料；且一控制閥，用以開啟及關閉至該液體分配器之該處理液體供應部，該控制閥係定位於該止回閥之上游。
2. 如申請專利範圍第1項之晶圓狀物件的處理設備，其中該控制閥係定位於該止回閥之上游至少100cm之處。
3. 如申請專利範圍第1項之晶圓狀物件的處理設備，其中該止回閥係藉由一彈簧而被推向一關閉位置。
4. 如申請專利範圍第3項之晶圓狀物件的處理設備，其中該止回閥的構造係用以被該處理液體之供應壓力而開啟，該處理液體乃保持在該止回閥之一閥元件的一側而與該彈簧相對。
5. 如申請專利範圍第4項之晶圓狀物件的處理設備，其中該止回閥為一直通單向閥，其中之該彈簧係位於該閥元件之下游。
6. 如申請專利範圍第1項之晶圓狀物件的處理設備，其中該液體分配器包含一大致反轉的U形分配臂，其中該排放噴嘴乃下垂而朝向該旋轉卡盤，而該止回閥位於該分配臂之一朝下懸掛部中。
7. 如申請專利範圍第1項之晶圓狀物件的處理設備，其中該止回閥係用以在關閉至該液體分配器之該處理液體供應部時關閉。
8. 一種液體分配器組件，用於一晶圓狀物件之處理設備中，其包含：一液體分配器臂，用以連接至一處理液體供應部，且其定位係俾使配送處理液體至該晶圓狀物件的一表面上；以及一止回閥，位於該液體分配器臂內或與其相鄰，以防止處理液體自該液體分配器臂之一排放噴嘴滴出，該止回閥之一閥座係位於相距該排放噴嘴之一排放口20mm至100mm的距離範圍，其中該止回閥及該閥座包含化學惰性塑膠材料。
9. 如申請專利範圍第8項之液體分配器組件，其中該止回閥係藉由一彈簧而被推向一關閉位置。
10. 如申請專利範圍第9項之液體分配器組件，其中該止回閥的構造係用以被該處理液體之供應壓力而開啟，該處理液體乃保持在該止回閥之一閥元件的一側而與該彈簧相對。
11. 如申請專利範圍第10項之液體分配器組件，其中該止回閥為一直通單向閥，其中之該彈簧係位於該閥元件之下游。
12. 如申請專利範圍第10項之液體分配器組件，其中該止回閥為一升止回閥，於其中該彈簧乃沿著一大致與處理液體通過該液體分配器組件的整體方向垂直的方向而將一活塞閥元件推向一關閉位置。
13. 如申請專利範圍第8項之液體分配器組件，其中該液體分配器組件包含一大致反轉的U形分配臂，其中該排放噴嘴乃朝下下垂，而該止回閥位於該分配臂之一朝下懸掛部中。
14. 一種噴嘴組件，用於一晶圓狀物件之處理設備中，其包含：一噴嘴體，具有一排放出口；以及一止回閥，位於該噴嘴體中而在該排放出口的上游，以便防止處理液體自該排放出口滴出，該止回閥之一閥座係位於相距該排放出口20mm至100mm的距離，其中該止回閥及該閥座包含化學惰性塑膠材料。
15. 如申請專利範圍第14項之噴嘴組件，其中該止回閥係藉由一彈簧而被推向一關閉位置。
16. 如申請專利範圍第15項之噴嘴組件，其中該止回閥的構造係用以被該處理液體之供應壓力而開啟，該處理液體乃保持在該止回閥之一閥元件的一側而與該彈簧相對。
17. 如申請專利範圍第15項之噴嘴組件，該止回閥為一直通單向閥，其中之該彈簧係位於該閥元件之下游。
18. 如申請專利範圍第14項之噴嘴組件，其中該噴嘴體包含含有該止回閥之一上游部以及形成該排放出口之一可拆卸式下游部。
19. 如申請專利範圍第14項之噴嘴組件，其中該噴嘴體之一液體入口具有之一直徑係大於該排放出口之一直徑。
20. 如申請專利範圍第14項之噴嘴組件，其中該噴嘴體之一上游端係用以連接至一入口管，且其中包含該排放出口之該噴嘴的一下游端並非用來連接至該排放出口下游之任何其他的管。