TWI724645B

TWI724645B - 用於清洗及乾燥晶圓之裝置以及使用該裝置之方法

Info

Publication number: TWI724645B
Application number: TW108142584A
Authority: TW
Inventors: 尹影; 史霄; 李婷; 胡興臣; 賈若雨
Original assignee: 中國大陸商北京爍科精微電子裝備有限公司
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2021-04-11
Also published as: TW202121492A

Abstract

一種用於用於清洗及乾燥晶圓之裝置以及使用該裝置之方法，該裝置包括:一晶圓固持裝置，用於承載晶圓，該晶圓固持裝置包括複數個支臂，每一該複數個支臂的一端經由一轉軸連接一爪部，每一該複數個支臂的另一端固接至一盤狀本體；一第一驅動裝置，經由一驅動旋轉軸，驅動該晶圓固持裝置轉動；及一噴射機構，包括一噴嘴，用於對該晶圓的背面進行清洗或乾燥；其中該噴嘴經配置以由朝向該晶圓的背面的中心逐漸移動到朝向該晶圓的背面的邊緣，或由朝向該晶圓的背面的邊緣逐漸移動到朝向該晶圓中心的路徑運動。

Description

用於清洗及乾燥晶圓之裝置以及使用該裝置之方法

本發明係有關於一種用於清洗及乾燥晶圓之裝置以及使用該裝置之方法。

隨著半導體元件尺寸的不斷縮小，對晶圓製程的要求更加嚴格，對晶圓，特別是其背面的清洗和乾燥程度的要求也越來越高。在習知晶圓處理的過程中，對晶圓的背面進行清洗或乾燥處理時，一般採用多個固定的噴嘴定點噴射的方式，也就是說，噴嘴對晶圓的背面的固定位置進行噴射，以達到清洗乾燥的目的，然而採用這種清洗乾燥的方式的裝置結構複雜，並且在清洗及乾燥過程中不能覆蓋或重疊覆蓋整個晶圓的背面，從而造成清洗及/或乾燥的效果不理想。

緣是，為解決上述問題，本發明的目的之一在於提供一種用於晶圓清洗及乾燥裝置以及使用該裝置的方法，該裝置包括：一晶圓固持裝置，用於承載晶圓；一第一驅動裝置，用於驅動該晶圓固持裝置轉動；及一噴射機構，包括一噴嘴，用於對該晶圓的背面進行清洗或乾燥；其中該噴嘴經配置以由朝向該晶圓的背面的中心逐漸移動到朝向該晶圓的背面的邊緣，或由朝向該晶圓的背面的邊緣逐漸移動到朝向該晶圓中心的路徑運動。

1:支臂

2:支撐部

3:爪部

4:轉軸

5:距離檢測感測器

6:固定架

7:盤狀本體

10:晶圓清洗及乾燥裝置

20:晶圓清洗及乾燥裝置

30:晶圓清洗及乾燥裝置

40:晶圓清洗及乾燥裝置

50:晶圓清洗及乾燥裝置

71:中心孔

100:腔體

101:晶圓固持裝置

102:晶圓

103:噴嘴

104:驅動轉軸

105:連桿

106:活動塊

107:第一轉動部

108:第二轉動部

109:第二轉軸

111:環狀結構

112:固定夾

113:第三驅動裝置

114:多通電磁閥

115:樞接軸

120:腔壁

1071:凸起

1072:狹長滑槽

圖1為本發明第一實施例提供的晶圓清洗及乾燥裝置的結構示意圖；圖2為本發明第二實施例提供的晶圓清洗及乾燥裝置的結構示意圖；圖3為本發明第三實施例提供的晶圓清洗及乾燥裝置的結構示意圖；圖4為本發明第四實施例提供的晶圓清洗及乾燥裝置的結構示意圖。

圖5為本發明第五實施例提供的晶圓清洗及乾燥裝置的結構示意圖。

圖6為本發明前述實施例中之晶圓固持裝置示意圖。

參見圖1及圖6所示，本發明第一實施例提供了一種晶圓清洗及乾燥裝置10包括晶圓固持裝置101、第一驅動裝置(未顯示)及噴射機構。晶圓固持裝置101用於承載晶圓102，包括四個支臂1，每一支臂1的一端經由一轉軸4連接一爪部3以及一用於支撐晶圓102的支撐部2，且另一端固接至一盤狀本體7。該支撐部2固定於該支臂1的該端並以其一頂面支撐該晶圓102，該支撐部2位於爪部3的一中央位置處。爪部3經配置以轉軸4為中心旋轉以夾緊或者鬆開晶圓102。此外，該晶圓清洗及乾燥裝置10更包括安裝在固定架6上鄰近爪部3之距離檢測感測器5，其用以檢測爪部3處於打開或者夾緊狀態，當爪部3處於被夾緊狀態，可以確保盤狀本體7在高速旋轉時，晶圓102不會掉落，當爪部3處於打開狀態時，操作者可以機械手臂取放晶圓102。

第一驅動裝置用於驅動晶圓固持裝置101轉動；噴射機構用於對晶圓的背面進行清洗乾燥；噴射機構包括噴嘴103，且噴嘴103對晶圓的背面的噴射路徑由晶圓的背面的中心逐漸移動到晶圓的背面的邊緣或以相反的方向進行。具體而言，晶圓固持裝置101轉動，從而帶動其承載的晶圓轉動，該晶圓轉動的軸線與晶圓的表面相垂直，晶圓的背面的中心即晶圓的轉動軸線與晶圓的背面的交點。在該實施例中，晶圓固持裝置101安裝於驅動轉軸104上，驅動裝置帶動驅動轉軸104轉動，驅動轉軸104帶動晶圓固持裝置101轉動。在一些實施例中，第一驅動裝置為馬達。具體而言，馬達的輸出軸可以直接與驅動轉軸104相連接，馬達的輸出軸亦可以經由齒輪或同步帶來帶動驅動轉軸104轉動。該馬達可以為伺服馬達，驅動轉軸104設置於如圖6之盤狀本體之中心孔71中。

在晶圓102被轉動過程中，由於噴嘴103的噴射路徑是由晶圓的背面的中心逐漸移動到晶圓的背面的邊緣，從而便可以實現對晶圓的整個背面進行無死角的清洗。噴射機構的噴嘴103能夠噴射出溶液以對晶圓的背面進行清洗，噴嘴103還能夠噴射出氣體以清洗後的晶圓的背面進行乾燥。需要說明的是，對晶圓的背面的清洗不僅局限於溶液還可以採用氣體進行清洗。另外，噴嘴103噴射出的溶液可以是化學液或純水，化學液可以根據實現清洗過程中的需要來選取，該實施例中不再具體闡述。該實施例提供的晶圓清洗及乾燥裝置，這樣經由晶圓的旋轉及噴射機構的噴嘴103的噴射路徑的複合，便能夠實現對整個晶圓的的背面進行清洗，裝置的結構簡單，並且可以根據需要實現清洗乾燥的區域的重疊，從而達到晶圓的背面的有效清洗，改善晶圓的背面的清洗效果。

在本發明一實施例中，噴射機構進一步包括連桿105和活動塊106；噴嘴103固定於活動塊106上，連桿105與活動塊106樞接，用於在連桿105沿連桿105本身的軸向方向往復移動時，連桿105能夠帶動活動塊106運動，以改變噴嘴103的噴射方向。晶圓清洗及乾燥裝置進一步包括腔體100，晶圓固持裝置101位於腔體內，活動塊106安裝於腔體內的樞接軸115上，且活動塊106能夠繞樞接軸轉動。樞接軸經由固定桿安裝於腔體內的底部。具體而言，噴嘴103的噴射方向朝向晶圓的背面；活動塊106呈折線形；連桿105沿本身的軸向運動時，活動塊106隨連桿105發生聯動。活動塊106繞樞接軸轉動；樞接軸的軸向方向與晶圓的背面相平行。而活動塊106的轉動，便使噴嘴103也能夠發生轉動，從而使噴嘴103的噴射方向發生改變。

活動塊106包括第一轉動部107和第二轉動部108，第一轉動部107與第二轉動部108相連接。連桿105與第一轉動部107樞接，第二轉動部108安裝於樞接軸上。第一轉動部107的長度延伸方向與第二轉動部108的長度延伸方向呈夾角設置。在該實施例中，晶圓清洗及乾燥裝置進一步包括第二驅動裝置，用於使連桿105沿連桿105本身的軸向方向做往復移動，即使連桿105上下運動，以實現噴嘴103的噴射方向的改變。噴嘴安裝於第二轉動部上。具體而言，第二驅動裝置為電動推桿，經由電動推桿可以有利於對噴嘴103的噴射方向進行精確控制。

在本發明其他實施例中，設置有多個如上所描述之噴射機構，多個噴射機構均勻分佈在以驅動轉軸104為中心的同一個圓周上，也就是說，多個噴射機構沿晶圓的周向外側均勻分佈，這樣可以提高清洗效率。另外，多個噴射機構在其他實施例中可以沿設定圓的徑向佈置，如此提供不同的清洗方式，以實現不同的清洗功能。

利用上述晶圓清洗及乾燥裝置10實現晶圓背面清洗乾燥方法包括以下步驟：將晶圓安置於晶圓固持裝置101上，經由第一驅動裝置驅動晶圓固持裝置101轉動。經由第二驅動裝置帶動連桿105運動，使噴嘴103噴出的溶液先對晶圓的背面的中心清洗。第二驅動裝置逐漸使連桿105向上移動，以改變噴嘴103的噴射方向，使噴嘴103的噴射路徑由晶圓的背面的中心逐漸移動到晶圓的背面的邊緣，以完成清洗工作。當對晶圓的背面清洗完成後，再使噴嘴103噴射出氣體；第二驅動裝置再逐漸使連桿105向下移動，以使噴嘴103的噴射路徑由晶圓的背面的邊緣逐漸移動到晶圓的背面的中心，以完成對晶圓的背面的乾燥工作。

圖2顯示本發明一種晶圓清洗及乾燥裝置20的第二實施例，其中噴射機構包括活動塊106和噴嘴103；噴嘴103安裝於活動塊106上，活動塊106安裝於第二轉軸109上，第二轉軸109經由齒輪或同步帶與第四驅動裝置傳動，第四驅動裝置可以為馬達；馬達轉動，以使第二轉軸109發生角度的改變，從而使活動塊106發生偏轉，活動塊106的運動帶動噴嘴103的噴射角度發生改變，從而實現噴嘴103的噴射路徑的改變。第二實施例的其他部分，例如晶圓固持裝置101與第一實施例相同，在此不贅述。

本發明第三實施例之晶圓清洗及乾燥裝置30詳如圖3所示，該實施例中，晶圓固持裝置101包括環狀結構111和多個固定夾112，多個固定夾112沿環狀結構111的周向均勻分佈；環狀結構111經由設置於環狀結構111的外側的第三驅動裝置113驅動，且第三驅動裝置113經由齒輪傳動的方式帶動環狀結構111轉動。第三驅動裝置113為馬達。噴射機構位於環狀結構111的圈內。環狀結構的底部限位於限位槽中，且環狀結構與限位槽之間具有滾珠，這樣可以減少摩擦。經由馬達帶動環狀結構111轉動，這樣當噴射機構的噴嘴103對晶圓噴射時，可以實現噴射出的溶液或氣體無阻擋的噴向晶圓，提高清洗或乾燥的效果。

本發明第四實施例之晶圓清洗及乾燥裝置40詳如圖4所示，該實施例中，噴嘴103經由管道與多通氣動閥114相連通。經由多通氣動閥114可以實現噴嘴103噴出的不同流體的切換，如實現溶液與氣體的切換，當切換成噴射出溶液時，以對晶圓進行清洗；當切換成噴射出氣體時，以對晶圓進行乾燥。需要說明的是，該實施例中，多通氣動閥還可以用多動電磁閥替換。本第四實施例中的晶圓清洗及乾燥裝置是在第一實施例的基礎上的改進，並包含如第一實施例晶圓固持裝置101，在此不贅述。

本發明第五實施例之晶圓清洗及乾燥裝置50詳如圖5所示，該實施例中，噴射機構進一步包括連桿105和活動塊106；噴嘴103固定於活動塊106上，連桿105與活動塊106連接，用於在連桿105沿連桿105本身的軸向方向往復移動時，連桿105能夠帶動活動塊106運動，以改變噴嘴103的噴射方向。活動塊106包括第一轉動部107和第二轉動部108，第一轉動部107與第二轉動部108相連接。連桿105與第一轉動部107樞接，第二轉動部108安裝於樞接軸上。第一轉動部107的長度延伸方向與第二轉動部108的長度延伸方向呈夾角設置。晶圓清洗及乾燥裝置50進一步包括第二驅動裝置，用於使連桿105沿連桿105本身的軸向方向做往復移動，即使連桿105上下運動，以實現噴嘴103的噴射方向的改變。噴嘴安裝於第二轉動部108上。具體而言，第二驅動裝置為電動推桿，採用電動推桿可以有利於對噴嘴103的噴射方向進行精確控制。晶圓清洗及乾燥裝置進一步包括由一腔壁120環繞而形成的腔體100，晶圓固持裝置101位於腔體100內。連桿105上具有一凸起1071且活動塊106具有一狹長滑槽1072於其中。活動塊106透過連桿105上之凸起1071以及活動塊106之狹長滑槽1072的配合，可橫向相對於驅動轉軸104移動，藉此活動塊106可透過連桿105的升降進行重直方向的移動，並且藉由連桿105上之凸起1071以及活動塊106之狹長滑槽1072的配合進行橫向方向的移動。

本文中的用語「一」或「一種」係用以敘述本創作之元件及成分。此術語僅為了敘述方便及給予本創作之基本觀念。此敘述應被理解為包括一種或至少一種，且除非明顯地另有所指，表示單數時亦包括複數。於申請專利範圍中和「包含」一詞一起使用時，該用語「一」可意謂一個或超過一個。此外，本文中的用語「或」其意同「及/或」。

除非另外規定，否則諸如「上方」、「下方」、「向上」、「左邊」、「右邊」、「向下」、「本體」、「底座」、「垂直」、「水平」、「側」、「較高」、「下部」、「上部」、「上方」、「下面」等空間描述係關於圖中所展示之方向加以指示。應理解，本文中所使用之空間描述僅出於說明之目的，且本文中所描述之結構之實際實施可以任何相對方向在空間上配置，此限制條件不會改變本發明實施例之優點。舉例來說，在一些實施例之描述中，提供「在」另一元件「上」之一元件可涵蓋前一元件直接在後一元件上(例如，與後一元件實體接觸)的狀況以及一或複數個介入元件位於前一元件與後一元件之間的狀況。

如本文中所使用，術語「大致」、「實質上」、「實質的」及「約」用以描述及考慮微小之變化。當與事件或情形結合使用時，該等術語可意指事件或情形明確發生之情況以及事件或情形極近似於發生之情況。

以上所述之實施例僅係為說明本創作之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本創作之內容並據以實施，當不能以之限定本創作之專利範圍，依本創作所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本創作之專利範圍內。