TWI734788B - 晶圓狀物件之處理方法及設備 - Google Patents

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Abstract

具有一旋轉夾頭與一加熱組件的一種晶圓狀物件的處理設備，當一晶圓狀物件係位於該旋轉夾頭上時，該加熱組件係面對該晶圓狀物件。一液體分配器之位置俾以將液體分配至該晶圓狀物件的一表面上，當該晶圓狀物件係位於該旋轉夾頭上時該表面係面離該旋轉夾頭。該加熱組件包含分佈於至少五個可獨立控制的族群間之複數輻射加熱元件的一陣列。該液體分配器包含一或多個分配孔口，該一或多個分配孔口係用以將一排放點自該旋轉夾頭之該較中央區域移動至該旋轉夾頭之該較外圍區域。一控制器基於該液體分配器之該排放點的一位置控制被供給至該複數輻射加熱元件之該至少五個可獨立控制的族群之每一族群的功率。

Description

晶圓狀物件之處理方法及設備
本發明係大致上關於晶圓狀物件如半導體晶圓在開放或封閉式製程室中之處理方法及設備。
半導體晶圓會受到各種表面處理製程如蝕刻、清理、研磨、及材料沉積。為了提供此類製程，如在美國專利US 4,903,717與US 5,513,668中所述，可藉由與一可旋轉載件相關的夾頭支撐單一晶圓使其與一或多個處理液體噴嘴相對。
或者如國際專利公開案WO 2007/101764及美國專利US 6,485,531中所述，適合支撐晶圓之具有環形轉子形式的夾頭可位於一封閉製程室中並經由一主動磁性軸承以不實體接觸方式驅動。因離心作用而自旋轉晶圓之邊緣被向外驅趕的處理流體係被輸送至處置用的一共用排放處。
隨著形成在此類晶圓上的裝置特徵部的佈局尺寸持續縮小、此些裝置特徵部的深寬比的伴隨增加、及此類晶圓尺寸的持續增加，在乾燥晶圓期間圖案倒塌的現象的問題愈為嚴重。避免圖案倒塌的現行技術的功效有限。
在一態樣中，本發明係關於包含一旋轉夾頭的一種晶圓狀物件的處理設備，該旋轉夾頭係用來將具有一預定直徑的一晶圓狀物件支撐於其上。該設備包含一加熱組件與一液體分配器，當該晶圓狀物件係置於該旋轉夾頭上時該加熱組件係面對該晶圓狀物件且該液體分配器係定位俾以將液體分配至該晶圓狀物件(當位於旋轉夾頭上時)之面離該該加熱組件的一表面上。該加熱組件包含分佈於至少五個可獨立控制的族群間之複數輻射加熱元件的一陣列，每個該可獨立控制的族群各別佔據自該旋轉夾頭之一較中央區域延伸至該旋轉夾頭之一較外圍區域之不同區塊。該液體分配器包含一或多個分配孔口，該一或多個分配孔口係用以將一排放點自該旋轉夾頭之較中央區域移動至該旋轉夾頭之較外圍區域。一控制器基於該液體分配器之該排放點的一位置控制被供給至該複數輻射加熱元件之該至少五個可獨立控制的族群之每一族群的功率。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，該複數輻射加熱元件之該至少五個可獨立控制的族群包含複數輻射加熱元件之至少十個可獨立控制的族群。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，該複數輻射加熱元件之該至少五個可獨立控制的族群包含該複數輻射加熱元件之至少十五個可獨立控制的族群。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，該該複數輻射加熱元件之該至少五個可獨立控制的族群包含該複數輻射加熱元件之至少二十個可獨立控制的族群。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，該複數輻射加熱元件為複數LED加熱元件。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，該複數LED加熱元件發射之輻射所具有的一最大強度係落在自380 nm至650 nm的一波長範圍內。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，該複數LED加熱元件發射之輻射的一波長範圍係自380 nm至650 nm。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，該加熱組件係相對於該旋轉夾頭而定位俾以只自一側且以不接觸該晶圓狀物件的方式加熱被支撐在該旋轉夾頭上的該晶圓狀物件。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，該加熱組件係位於該旋轉夾頭上方且位於該旋轉夾頭與該晶圓狀物件之一表面之間，當該晶圓狀物件被支撐於該旋轉夾頭上時該表面面對該旋轉夾頭。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，該液體分配器包含一臂，該臂可相對於該旋轉夾頭自該旋轉夾頭的一較中央區域移動至該旋轉夾頭的一較外圍區域。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，對於該複數輻射加熱元件所發射之輻射為透明的一板係安裝以與該旋轉夾頭一起旋轉，且當該晶圓狀物件係位於該旋轉夾頭上時該板係位於該加熱組件與該晶圓狀物件之間。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，該板係由石英或藍寶石所製成。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，該複數輻射加熱元件之該至少五個可獨立控制的族群的每一族群在該晶圓狀物件係位於該旋轉夾頭上時能夠施加至少2 W/cm2 的一功率強度至該晶圓狀物件。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，該複數輻射加熱元件之該至少五個可獨立控制的族群的每一族群在該晶圓狀物件係位於該旋轉夾頭上時能夠施加至少4 W/cm2 的一功率強度至該晶圓狀物件。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，該複數輻射加熱元件之該至少五個可獨立控制的族群係繞著該旋轉夾頭的一旋轉軸同心配置。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，該控制器係用以供應一全功率至該至少五個可獨立控制的族群的一族群，以回應該液體分配器的該排放點與該至少五個可獨立控制的族群的該一族群軸向對準。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，該控制器係用以將少於該全功率的一內中間功率供應至該至少五個可獨立控制的族群的另一族群，以回應該液體分配器的該排放點與該至少五個可獨立控制的族群的該一族群軸向對準，該至少五個可獨立控制的族群的該另一族群係與該至少五個可獨立控制的族群的該一族群相鄰且位於其徑向內側。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，該控制器係用以將少於該全功率的一外中間功率供應至該至少五個可獨立控制的族群的更另一族群，以回應該液體分配器的該排放點與該至少五個可獨立控制的族群的該一族群軸向對準，該至少五個可獨立控制的族群的該更另一族群係與該至少五個可獨立控制的族群的該一族群相鄰且位於其徑向外側。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，該外中間功率係大於該內中間功率。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，該加熱組件包含與具有該預定直徑之該晶圓狀物件實質上共同延伸之複數發光二極體(LED)的一陣列。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，該旋轉夾頭包含圍繞一中央固定柱之一可旋轉的夾頭體，且該加熱組件係安裝至該中央固定柱的一上端。
在另一態樣中，本發明係關於一種晶圓狀物件的處理方法，其包含以文中所述的方式使用具有上述特徵之一或多者的設備。
現在參考圖1，形成在半導體晶圓2上的裝置特徵部1可為摻雜矽的鰭結構或在半導體裝置製造期間所形成或使用之任何其他結構或材料。在處理期間，晶圓2受到沖洗，通常是先受到水洗然後受到異丙醇IPA，在圖1a中異丙醇IPA被顯示為圍繞鰭結構1的3。當晶圓受到乾燥時，IPA 3蒸發；然而，由於表面張力及鰭結構1的高深寬比，IPA 3以更慢的方式從鰭結構之間的空間被驅離，這導致圖1b中之M處所顯示之彎液面的形成。隨著晶圓持續乾燥，如圖1c 中所示IPA 3的表面張力將鰭結構1朝向彼此拉近，這可妨害或避免相關半導體裝置的正確運作。
緩和圖案倒塌現象的傳統技術包含使用表面張力低於去離子水的沖洗液體(IPA為首選)及使用在較高溫度下的此類沖洗液體；然而，如上所述，此類技術在減少圖案倒塌上僅具有有限的效果。
本發明人發現沿著一移動面快速地局部加熱晶圓可具有充分快速蒸發沖洗液體的作用俾使圖1b中所示的彎液面不形成，藉此避免圖1c中所示的伴隨圖案倒塌。
圖2顯示設備的第一實施例，設備係被設計實施該發現，其中旋轉夾頭10被設計用以支撐及旋轉具有預定直徑如300mm或450mm的一晶圓W。晶圓W係受到沿圓形配置的複數抓取銷16所支撐，在此實施例中有六個抓取銷16。銷16通過由石英或藍寶石所製成之透明板25中的複數孔洞。板25係藉由複數螺絲26而固定至夾頭10並可與夾頭10一起旋轉。當晶圓W係放置在夾頭上時，其被支撐於板25的上方俾使晶圓的下表面平行於板25並與板距離一小間隙。
透明板25的下方安裝了輻射加熱組件50，後面會更詳細地說明輻射加熱組件50。
與夾頭10相鄰的是搖擺吊臂30，搖擺吊臂30被安裝用於繞著其驅動馬達34樞軸移動。處理及/或沖洗液體被供給予臂30，然後通過臂30的排放噴嘴32向下排放。搖擺吊臂30可在圖2中實線所示的準備位置與虛線所示的中央位置之間移動。因此，排放噴嘴32可掃越晶圓W的整個半徑，且當以夾頭10旋轉晶圓W時，排放噴嘴32藉此將液體分配至晶圓的整個面向上表面上。
現在回到圖3，可見旋轉夾頭10係由下夾頭體12與上夾頭體14所組成，下夾頭體12與上夾頭體14係固定至彼此且繞著中央固定柱20旋轉。在此實施例中複數銷16與透明板25亦與夾頭10一起旋轉，環形齒輪18亦與夾頭10一起旋轉，環形齒輪18係藉由設置在抓取銷16之底部處的齒輪持續地與每一抓取銷16嚙合。在某個限度上環形齒輪18亦可相對於夾頭 10旋轉，藉此以本身已知的方式使複數銷16繞著其相對的軸旋轉並使複數最上的偏心抓取部在其開位置與閉位置之間移動。
固定柱20係設置在設備的機框40上，定子44亦設置在設備的機框40上，轉子42係固定至下夾頭體12，定子44與轉子42構成可驅動夾頭旋轉的磁性馬達。整體夾頭結構的其他特定細節係例如載於共有的美國專利US 9,245,777中。
此實施例的輻射加熱組件50係安裝在固定柱20上因此不旋轉，但其係受到包含元件25、14、16之夾頭的旋轉結構的包覆。輻射加熱組件50在此實施例中包含安裝面對複數透明板25的複數藍光LED 51及控制器52(如設置在加熱組件50之底側上的板上控制器(未顯示))。控制器52控制複數藍光LED 51的開啟與關閉以及功率，且與搖擺吊臂30的馬達34無線通訊。
如圖4中所示，輻射加熱組件50包含鋁基板，鋁基板係由硬焊在一起的上件54與下件55所構成，鋁基板具有避免複數藍光LED元件51下方之結構過度加熱之散熱器的作用。印刷電路板53係安裝在上件54的上部上，印刷電路板53上形成有LED元件用的線路且LED元件51係安裝在印刷電路板53上。
板上晶片56係安裝在固定至下件55之下側之印刷電路板60上。內連板上晶片56之輸出接腳與形成在PCB 53上之線路之輸出終端的電線58係被容納於貫穿鋁基板53與54之袋狀物57中。
如圖5中所示，此實施例的PCB 53係形成在四個象限中並藉由連接件59相互連接。複數LED元件51形成在十六個族群中，即複數板上晶片56、自此些晶片至PCB 53的連接、以及板上控制器52的配置使吾人能以多至十六個族群的方式對複數LED獨立供能。
在圖5中可見，複數LED 51係配置於二十個同心圓中，每一圓中的LED的數目為十六的倍數。是以，藉由上述配置的優點，每一同心圓可作為一獨自的加熱區受到獨立控制。
複數藍光LED燈51所具有之最大強度係位於約450 nm波長處。可使用其他輻射源，但較佳地使用最大強度落在自390 nm至550 nm之波長範圍內的輻射源，更較佳地使用最大強度落在自400 nm至500 nm之波長範圍內的輻射源。
具有該波長特徵的輻射可大部分傳輸通過板25，相同的輻射可大部分被晶圓W的半導體材料吸收尤其當晶圓W為矽材時。
此配置讓晶圓W得以極快速地局部加熱俾使沖洗液體在會造成損傷之彎液面有機會形成之前便蒸發。例如，每一LED 51 可具有10W的功率消耗且提供3W的光功率，此程度的光功率可在近乎瞬間產生。此外，當期望時，可藉著例如以例如500Hz的頻率脈動供給至選定之LED 51的功率，以本身已知的方式針對選定的LED 51產生較少的光功率。
圖6a與6b顯示此實施例之設備之操作的一較佳實例。晶圓W可被視為是分成N個區塊1、2、3、4...N，N個區塊係對應至加熱組件50之可獨立控制之區塊的數目，圖6b中的橫座標代表區塊的數目及自晶圓中央至邊緣的徑向距離。
在圖6a中所示的區域A中，液體L留在晶圓W的表面上，目標為將液體L(在此實例中為異丙醇(IPA))加熱至已昇高但不會造成晶圓W過早乾燥的溫度。此溫度係對應至區塊4至區塊N中的加熱器的熱通量被維持在圖6b 中之縱座標上的位準2處。
另一方面，在區域B(對應至射加熱組件50的區塊3)中，晶圓W的溫度提升俾使IPA的蒸發速率充分地高而在緊密相鄰的裝置特徵部之間無彎液面(即平的或90°彎液面)，以避免上述的圖案倒塌。在區域C(對應加熱器區塊1與2)內，已乾燥的晶圓被維持在較低但仍經昇高的溫度，以確保沖洗液體的完全蒸發並避免已乾燥之晶圓表面上的凝結。
應明白，被供給至加熱組件之各種同心區塊之功率的控制係對應至沖洗液體之排放噴嘴32的徑向位置，因此控制器52可基於排放噴嘴的徑向位置控制相關區塊之複數LED 51的功率供給。
圖7與8顯示一替代性實施例，在此實施例中夾頭為位於一密閉腔室80內的磁性環形轉子70，其係藉由位於腔室80外之定子72之驅動而旋轉。晶圓W係受到自環形轉子70向下突伸的抓取元件71所支撐。
如圖8中所示，腔室80可開啟以加載及移除晶圓W。加熱組件50’被包含於外殼80的下部中且類似於前面實施例所述者，但在此實施例中透明板25’為固定的而不會與磁性轉子70一起旋轉。
又，在此實施例中，提供由歧管73饋給之一系列固定的液體分配噴嘴74來代替可徑向移動的液體分配器 30。可依序將沖洗液體供給至此些噴嘴74，從最中央的開始並繼續供給至最外圍的，俾以近似前面實施例之搖擺吊臂30的分配動作。因此在此情況中，控制器52基於哪一噴嘴74正在分配液體而控制供給至選定LED 51族群的功率。
雖然已參考較佳實施例說明本發明，但應瞭解，該些實施例僅提供用於例示本發明，本發明不限於此些實施例而是包含申請專利範圍之真正範疇與精神所包含者。
1‧‧‧裝置特徵部/鰭結構2‧‧‧半導體晶圓3‧‧‧異丙醇IPA10‧‧‧旋轉夾頭12‧‧‧下夾頭體14‧‧‧上夾頭體16‧‧‧抓取銷18‧‧‧環形齒輪20‧‧‧固定柱25‧‧‧板25’‧‧‧板26‧‧‧螺絲30‧‧‧搖擺吊臂/液體分配器32‧‧‧排放噴嘴34‧‧‧驅動馬達40‧‧‧機框42‧‧‧轉子44‧‧‧定子50‧‧‧輻射加熱組件50’‧‧‧加熱組件51‧‧‧LED52‧‧‧控制器53‧‧‧印刷電路板54‧‧‧上件55‧‧‧上件56‧‧‧晶片57‧‧‧袋狀物59‧‧‧連接件70‧‧‧環形轉子71‧‧‧抓取元件72‧‧‧定子73‧‧‧歧管74‧‧‧液體分配噴嘴80‧‧‧腔室
在參考附圖閱讀本發明之較佳實施例的下列詳細說明後，當更瞭解本發明的其他目的、特徵、及優點，其中：
圖1a、1b、及1c為圖案倒塌之現象的解釋性例示；
圖2為根據本發明第一實施例之設備的平面圖；
圖3為沿著圖2中之線III-III所取的橫剖面圖；
圖4為圖3中細節IV的放大圖；
圖5為此實施例之加熱組件的平面圖；
圖6a與6b顯示使用圖1-5之實施例用的複數較佳處理條件；
圖7顯示根據本發明之第二實施例之在使用位置的設備；及
圖8顯示在加載與卸載位置之圖7的實施例。
12‧‧‧下夾頭體
14‧‧‧上夾頭體
16‧‧‧抓取銷
18‧‧‧環形齒輪
20‧‧‧固定柱
25‧‧‧板
30‧‧‧搖擺吊臂
32‧‧‧排放噴嘴
34‧‧‧驅動馬達
40‧‧‧機框
42‧‧‧轉子
44‧‧‧定子
50‧‧‧輻射加熱組件
51‧‧‧LED
52‧‧‧控制器

Claims (21)

  1. 一種晶圓狀物件的處理設備，包含：一旋轉夾頭，係用來將具有一預定直徑的一晶圓狀物件支撐於其上；一加熱組件，當該晶圓狀物件係位於該旋轉夾頭上時該加熱組件係面對該晶圓狀物件；及一液體分配器，其係定位俾以將液體分配至該晶圓狀物件的一表面上，當該晶圓狀物件係位於該旋轉夾頭上時該表面係面離該加熱組件，該加熱組件包含分佈於至少五個可獨立控制的族群間之複數輻射加熱元件的一陣列，每個該可獨立控制的族群各別佔據自該旋轉夾頭之一較中央區域延伸至該旋轉夾頭之一較外圍區域的不同區塊，該液體分配器包含一排放噴嘴、並且用以當該排放噴嘴排放液體時將該排放噴嘴自該旋轉夾頭之該較中央區域移動至該旋轉夾頭之該較外圍區域，並且一控制器用以當該排放噴嘴排放液體時該液體分配器將該排放噴嘴自該旋轉夾頭之該較中央區域移動至該旋轉夾頭之該較外圍區域時，基於該排放噴嘴的一徑向位置而控制被供給至該複數輻射加熱元件之該至少五個可獨立控制的族群之每一族群的功率。
  2. 如申請專利範圍第1項之晶圓狀物件的處理設備，其中該複數輻射加熱元件之該至少五個可獨立控制的族群包含複數輻射加熱元件之至少十個可獨立控制的族群。
  3. 如申請專利範圍第1項之晶圓狀物件的處理設備，其中該複數輻射加熱元件之該至少五個可獨立控制的族群包含複數輻射加熱元件之至少十五個可獨立控制的族群。
  4. 如申請專利範圍第1項之晶圓狀物件的處理設備，其中該複數輻射加熱元件之該至少五個可獨立控制的族群包含複數輻射加熱元件之至少二十個可獨立控制的族群。
  5. 如申請專利範圍第1項之晶圓狀物件的處理設備，其中該複數輻射加熱元件為複數LED加熱元件。
  6. 如申請專利範圍第5項之晶圓狀物件的處理設備，其中該複數LED加熱元件發射之輻射所具有的一最大強度係落在自380nm至650nm的一波長範圍內。
  7. 如申請專利範圍第5項之晶圓狀物件的處理設備，其中該複數LED加熱元件發射之輻射的一波長範圍係自380nm至650nm。
  8. 如申請專利範圍第1項之晶圓狀物件的處理設備，其中該加熱組件係相對於該旋轉夾頭而定位俾以只自一側且以不接觸該晶圓狀物件的方式加熱被支撐在該旋轉夾頭上的該晶圓狀物件。
  9. 如申請專利範圍第1項之晶圓狀物件的處理設備，其中該加熱組件係位於該旋轉夾頭上方且位於該旋轉夾頭與該晶圓狀物件之一表面之間，當該晶圓狀物件被支撐於該旋轉夾頭上時該表面面對該旋轉夾頭。
  10. 如申請專利範圍第9項之晶圓狀物件的處理設備，其中該液體分配器包含一臂，該臂可相對於該旋轉夾頭自該旋轉夾頭的該較中央區域移動至該旋轉夾頭的該較外圍區域。
  11. 如申請專利範圍第1項之晶圓狀物件的處理設備，更包含一板，該板對於該複數輻射加熱元件所發射之輻射為透明的且係安裝以與該旋轉夾頭 一起旋轉，且當該晶圓狀物件係位於該旋轉夾頭上時該板係位於該加熱組件與該晶圓狀物件之間。
  12. 如申請專利範圍第11項之晶圓狀物件的處理設備，其中該板係由石英或藍寶石所製成。
  13. 如申請專利範圍第1項之晶圓狀物件的處理設備，其中該複數輻射加熱元件之該至少五個可獨立控制的族群的每一族群在該晶圓狀物件係位於該旋轉夾頭上時能夠施加至少2W/cm2的一功率強度至該晶圓狀物件。
  14. 如申請專利範圍第1項之晶圓狀物件的處理設備，其中該複數輻射加熱元件之該至少五個可獨立控制的族群的每一族群在該晶圓狀物件係位於該旋轉夾頭上時能夠施加至少4W/cm2的一功率強度至該晶圓狀物件。
  15. 如申請專利範圍第1項之晶圓狀物件的處理設備，其中該複數輻射加熱元件之該至少五個可獨立控制的族群係繞著該旋轉夾頭的一旋轉軸同心配置。
  16. 如申請專利範圍第1項之晶圓狀物件的處理設備，其中該控制器係用以供應一全功率至該至少五個可獨立控制的族群其中的一族群，以回應該排放噴嘴的該徑向位置與該至少五個可獨立控制的族群其中的該族群軸向對準。
  17. 如申請專利範圍第16項之晶圓狀物件的處理設備，其中該控制器係用以將少於該全功率的一內中間功率供應至該至少五個可獨立控制的族群其中的另一族群，以回應該排放噴嘴的該徑向位置與該至少五個可獨立控制的族群其中的該族群軸向對準，該至少五個可獨立控制的族群其中的該另一族群係與該至少五個可獨立控制的族群其中的該族群相鄰且位於其徑向內側。
  18. 如申請專利範圍第16項之晶圓狀物件的處理設備，其中該控制器係用以將少於該全功率的一外中間功率供應至該至少五個可獨立控制的族群其中的另一族群，以回應該排放噴嘴的該徑向位置與該至少五個可獨立控制的族群其中的該族群軸向對準，該至少五個可獨立控制的族群其中的該另一族群係與該至少五個可獨立控制的族群其中的該族群相鄰且位於其徑向外側。
  19. 如申請專利範圍第18項之晶圓狀物件的處理設備，其中該控制器係用以將少於該全功率的一內中間功率供應至該至少五個可獨立控制的族群其中的又另一族群，以回應該排放噴嘴的該徑向位置與該至少五個可獨立控制的族群其中的該族群軸向對準，該至少五個可獨立控制的族群其中的該又另一族群係與該至少五個可獨立控制的族群其中的該族群相鄰且位於其徑向內側，且其中該外中間功率係大於該內中間功率。
  20. 如申請專利範圍第1項之晶圓狀物件的處理設備，其中該加熱組件包含與具有該預定直徑之該晶圓狀物件共同延伸之複數發光二極體的一陣列。
  21. 如申請專利範圍第1項之晶圓狀物件的處理設備，其中該旋轉夾頭包含圍繞一中央固定柱之一可旋轉的夾頭體，且該加熱組件係安裝至該中央固定柱的一上端。
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