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TW201341059A - 用以處理晶圓狀物件之表面的設備 - Google Patents

用以處理晶圓狀物件之表面的設備 Download PDF

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TW201341059A
TW201341059A TW101148713A TW101148713A TW201341059A TW 201341059 A TW201341059 A TW 201341059A TW 101148713 A TW101148713 A TW 101148713A TW 101148713 A TW101148713 A TW 101148713A TW 201341059 A TW201341059 A TW 201341059A
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TW
Taiwan
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wafer
processing
processing chamber
plate
rotating
Prior art date
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TW101148713A
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English (en)
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TWI559984B (en
Inventor
Dieter Frank
Robert Rogatschnig
Andreas Gleissner
Original Assignee
Lam Res Ag
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Publication date
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Abstract

一種用以處理晶圓狀物件的裝置與方法包含處理室與位於該處理室中的轉動夾具。該轉動夾具適於在無實體接觸下受磁力軸承驅動。該轉動夾具包含一組夾持插銷，適於將晶圓狀物件支承在從該轉動夾具朝下懸掛的位置中。該轉動夾具更包含和該轉動夾具一起轉動的板。該板係置於該晶圓狀物件所占據的區域之上，且該板使該處理室的上表面避開在使用該轉動夾具期間從該晶圓狀物件拋出的液體。

Description

用以處理晶圓狀物件之表面的設備
本發明大體上係關於用以處理晶圓狀物件(如半導體晶圓)之表面的設備，其中一或多種處理流體在一封閉的處理室中可再回收。
半導體晶圓接受各式表面處理製程，例如蝕刻、洗淨、拋光與材料沉積。為接納此類製程，單一晶圓可相對於一或多個處理流體噴嘴而由結合有轉動載具的夾具所支撐，如美國專利第4,903,717號與第5,513,668號中所述。
或者，適於支撐晶圓而採用環形轉動器形式的夾具亦可位於封閉的處理室中並在無實體接觸的情況下受主動磁力軸承驅動，誠如國際公開案第WO 2007/101764號與美國專利第6,485,531號所述。因離心力作用驅使而從轉動的晶圓邊緣往外之處理流體係送至共同排放管以供處置。
適於在無實體接觸的情況下受磁力軸承驅動的習知轉動夾具會使晶圓的二側皆暴露在其周圍的處理室中，而本發明人已發覺這會造成多種缺點。
本發明一態樣係關於一種用以處理晶圓狀物件的裝置，包含處理室與位於該處理室中的轉動夾具。該轉動夾具適於在無實體接觸下受磁力軸承驅動。該轉動夾具包含一組夾持插銷，適於將晶圓狀物件支承在從該轉動夾具朝下懸掛的位置中。該轉動夾具更包含和該轉動夾具一起轉動 的板。當使用該轉動夾具時，該板係置於該晶圓狀物件所占據的區域之上，且在使用該轉動夾具期間，該板使該處理室的上表面避開從該晶圓狀物件拋出的液體。
在依照本發明之裝置的較佳實施例中，該板係置於和一平面平行，而該平面係為使用該轉動夾具期間，該晶圓狀物件的主要表面將存在之處，藉此以在該板與該平面之間定義預定寬度的間隔。
在依照本發明之裝置的較佳實施例中，該預定寬度約為0.1至5 mm，且最好約為0.5至2 mm。
在依照本發明之裝置的較佳實施例中，該板係置於和覆於該處理室之上的外蓋平行，藉此以在該板與該外蓋之間定義預定寬度的間隔。
在依照本發明之裝置的較佳實施例中，該預定寬度約為0.1至10 mm、而約為0.5至5 mm較佳、且約為1至3 mm更好。
在依照本發明之裝置的較佳實施例中，該處理室包含覆於該板之上的外蓋、與裝在該外蓋上的噴嘴總成，該噴嘴總成具有排放端，穿過該外蓋與該板的中心區，致使在使用該裝置期間，處理流體可透過該噴嘴總成而供應至該晶圓狀物件朝上的表面。
在依照本發明之裝置的較佳實施例中，該裝置更包含至少一個遠紅外線(IR)燈源，其置於該處理室之外且覆於該板之上。
在依照本發明之裝置的較佳實施例中，該至少一個IR燈源係置於和該處理室的外蓋相鄰，且其中該外蓋的至少一部分與該板係由可讓該至少一個IR燈源所放射的IR輻射穿透的材料形成。
在依照本發明之裝置的較佳實施例中，該處理室包含設置在該處理室中的內罩，該內罩可在第一位置與第二位置之間移動，在該第一位置中，該轉動夾具和該處理室的外壁連通，而在該第二位置中，該內罩在鄰近該轉動夾具之處密合該處理室之內表面以定義氣密的內部處理室。
在依照本發明之裝置的較佳實施例中，當該內罩在該第二位置時，其形成該內部處理室的下半部。
在依照本發明之裝置的較佳實施例中，該磁力軸承包含位於該處理室之外的定子。
本發明另一態樣係關於一種用以處理晶圓狀物件的方法，包含 在處理室中將一晶圓狀物件置於轉動夾具上，致使該晶圓狀物件係由該轉動夾具支承在從該轉動夾具朝下懸掛的位置中，以及在該晶圓狀物件的上側與該轉動夾具所帶有的板之間的間隔中形成液體薄膜，該板覆於該晶圓狀物件之上且與之平行延伸，藉此以定義預定寬度的間隔。
在依照本發明之方法的較佳實施例中，該預定寬度約為0.1至5 mm，且最好約為0.5至2 mm。
在依照本發明之方法的較佳實施例中，該轉動夾具適於在無實體接觸下受磁力軸承驅動。
在依照本發明之方法的較佳實施例中，該方法亦包含使用位在該處理室之外的至少一個遠紅外線(IR)燈源加熱該晶圓狀物件，其中該處理室的部分與覆於該晶圓狀物件之上的該板可讓該至少一個IR燈源所放射的IR輻射穿透。
1‧‧‧處理室
10‧‧‧壁
12‧‧‧下半部/軸套
14‧‧‧底壁
15‧‧‧上半部
16‧‧‧排氣口
17‧‧‧動態密封件
18‧‧‧墊片
2‧‧‧內罩
20‧‧‧基底
21‧‧‧壁
22‧‧‧中空軸
23‧‧‧排放口
24‧‧‧偏向構件
25‧‧‧排放管
26‧‧‧墊片
28‧‧‧媒介入口
30‧‧‧轉動夾具/轉動器
32‧‧‧定子
34‧‧‧壁
36‧‧‧外蓋
38‧‧‧環齒輪
40‧‧‧夾持構件
42‧‧‧噴嘴總成
44‧‧‧(媒介)入口
46‧‧‧側門
48‧‧‧腔室
52‧‧‧板
54、56、58‧‧‧導管
62‧‧‧加熱元件/IR燈源
64、66‧‧‧間隔
68‧‧‧下部
W‧‧‧晶圓
在參照隨附圖式下閱讀下述之本發明實施方式後，本發明的其他目的、特徵與優點將更為顯明，其中：圖1為依照本發明第一實施例之處理室的說明性橫剖面側視圖，其中內罩係呈現在其第一位置；圖2為依照本發明第一實施例之處理室的說明性橫剖面側視圖，其中內罩係呈現在其第二位置；圖3為依照第一實施例之外蓋與夾具的說明性橫剖面透視圖，其中晶圓係就定位；以及圖4為圖1中IV細部的放大圖。
現在參照圖1，依照本發明第一實施例之一種用以處理晶圓狀物件之表面的設備包含外處理室1，其最好是由塗覆有PFA(過氟烷氧基)樹脂的鋁製成。此實施例中的處理室具有主要的圓柱形壁10、下半部12與上半部15。較窄的圓柱形壁34從上半部15延伸而由外蓋36闔上。
轉動夾具30係設置在處理室1的上半部，且被圓柱形壁34 環繞。在使用此設備的期間，轉動夾具30轉動地支撐晶圓W。轉動夾具30含有環形驅動器，其包含環齒輪38，嚙合並驅動數個偏心而可動的夾持構件40，以選擇性地接觸與鬆開晶圓W的周邊。
在此實施例中，轉動夾具30為環形轉動器，其係設置靠近圓柱形壁34的內表面。定子32係相對環形轉動器設置而靠近圓柱形壁34的外表面。轉動器30與定子32用以作為馬達，藉此環形轉動器30(及其支撐的晶圓W)就可由主動磁力軸承轉動。舉例而言，定子32可包含數個電磁線圈或繞線，其可受主動控制而透過設置在轉動器上對應的永久磁鐵來轉動驅動轉動夾具30。轉動夾具30的軸向與徑向軸承亦可藉由主動控制定子或藉由永久磁鐵來達成。因此，就可在無機械接觸的情況下浮起或轉動驅動轉動夾具30。或者，轉動器可由被動軸承支承，其中轉動器的磁鐵是由在處理室外而安排在外轉動器周邊之對應的高溫超導體(high-temperature-superconducting)磁鐵(HTS-磁鐵)支承。在此另一實施例的情況中，環形轉動器的每個磁鐵係插入至外轉動器對應的HTS-磁鐵中。因此，內轉動器可和外轉動器進行相同動作而無實體連接。
外蓋36具有裝在其外側的噴嘴總成42，其提供穿過外蓋36並在晶圓W之上朝處理室開啟的媒介入口44。當注意在此實施例中，晶圓W是由轉動夾具30朝下懸掛而由夾持構件40支撐，致使經由入口44供應的流體將沖擊晶圓W朝上的表面。
轉動夾具30亦包含板52，在使用夾具30時，板52係位於晶圓W之上。除了在板52為了允許噴嘴總成42的排放端通過而敞開處以外，板52最好覆在晶圓W的整個上表面之上。
此實施例中的外蓋36亦包含一組遠紅外線(IR)加熱元件62，其允許晶圓W透過介於外蓋36與板52之間的厚度予以快速加熱，該二者在此實施例中因而是由實質上可讓加熱元件62所放射的IR輻射穿透之材料製成，例如石英玻璃。
倘若晶圓W為半導體晶圓(例如直徑為300 mm或450 mm的晶圓)，晶圓W朝上的一側可為晶圓W的裝置側或對外側，此係由晶圓如何放置在轉動夾具30中而定，而這又是由要在處理室1中執行的特定製程所支配。
圖1的設備更包含相對處理室1為可動的內罩2。在圖1中，內罩2係呈現為在其第一(或開啟)位置，其中轉動夾具30和處理室1的外部圓柱形壁10連通。在此實施例中，內罩2大體上為杯狀，包含由直立的圓柱形壁21所環繞的基底20。內罩2更包含中空軸22，其支撐基底20並穿過處理室1的下壁14。
中空軸22被形成在主要處理室1中的軸套(下半部)12環繞，且該等元件透過動態密封件連接，其允許中空軸22相對軸套12移位而同時和處理室1保持氣密密合。
在圓柱形壁21的頂部裝附有環狀的偏向構件24，在其朝上的表面上帶有墊片26。內罩2最好包含穿過基底20的流體媒介入口28，使得處理流體與沖洗液體可被引進處理室中而至晶圓W朝下的表面上。
內罩2更包含朝排放管25開啟的製程液體排放口23。排放管25雖穩固地裝在內罩2的基底20上，但其透過動態密封件17穿過處理室1的底壁14，使得排放管可相對底壁14在軸向上滑移而同時保持氣密密合。
排氣口16穿過處理室1的壁10，而獨立分開的排氣口(未呈現)穿過外蓋36。每個排氣口係連接到合適的排氣導管(未呈現)，其最好由個別的閥門與通氣裝置來獨立控制。
圖1所繪的位置對應到晶圓W之裝載與卸載。特定而言，晶圓W可經由處理室壁10中的側門46而裝至轉動夾具30上。然而，當外蓋36就定位且側門46已關上時，處理室1就為氣密且能保持所訂定的內部壓力。
在圖2中，內罩2已被移至其第二(或關閉)位置，其對應到晶圓W之處理。意即在將晶圓W裝至轉動夾具30上之後，透過合適的馬達(未呈現)對中空軸22作動，內罩2會相對處理室1上移。內罩2會上移直到偏向構件24碰到處理室1上半部15的內表面為止。特定而言，偏向構件24所帶的墊片26密合上半部15的下側，而上半部15所帶的墊片18密合偏向構件24的上表面。
當內罩2如圖2所繪般抵達其第二位置時，第二個腔室48因而在封閉的處理室1中產生。內部的腔室48再以氣密的方式密合而和處理室1的其他部分隔離。此外，腔室48最好和處理室1的其他部分分開排氣， 在此實施例中，這是藉由設置獨立於排氣口16而朝腔室48開啟的排氣口達成，其中排氣口16係用在處理室1整體且在圖2的配置中則係用於處理室1其餘部份。
在處理晶圓的期間，處理流體可經噴嘴總成42引導通過板52中的中心開口而至轉動晶圓W上以執行各式製程，例如蝕刻、洗淨、沖洗、以及針對接受處理之晶圓的任何其他所需之表面處理。
在晶圓W與處理室1的頂部(外蓋)36之間提供整合於夾具30中的板52可帶來若干優點。在IR燈源用以加熱媒介(如硫酸)的情況中，板52可為石英以確保IR的穿透。
使用中的板52和夾具以相同速率一起轉動，且因而和夾具30所夾持的晶圓W以相同速率一起轉動。此設計因而用以使得所用處理流體中的亂流最少。
此外，當使用IR加熱燈源時，板52能防止殘留的熱傳，這是因為夾具30與燈源之間的間隔(也就是在板52之上、外蓋36之下的間隔)可被主動冷卻(舉例而言，透過氮及/或去離子水)。
另外，藉由以去離子水冷卻板52，就能在乾燥製程期間最小化溫差。再者，在板52的下側，由例如飛濺及/或冷凝所引起殘留在晶圓W之上的處理媒介可在前述的去離子水沖洗期間同時被沖掉、或是可在完成該製程之後再以去離子水沖掉。
由於板52將處理室內部和晶圓W朝上的一側隔開，此係用以使得背部飛濺所引起的汙染物及/或微粒最少。板52更允許強化在晶圓之上的空氣控制。再者，此設計亦允許間隔製程，意即晶圓與夾具之間的間隔充滿液體的製程。
圖3僅呈現圖1與2的外蓋36與夾具30，其中晶圓W仍在定位。IR燈源(加熱元件)62係形成為一組同心圓元件，且各可獨立控制以為晶圓W提供可調整的加熱作用。在此實施例中的噴嘴總成42包含三個分開的導管54、56、58，各連接至個別的處理流體供應源。舉例而言，導管之一可供應去離子水、另一者供應氮氣、而第三者供應例如濃縮硫酸的處理流體。
至少外蓋36的下部68(就和板52一樣)是由實質上可讓IR燈 源62的波長穿透之材料製成，在此實施例中，用於外蓋下部68與板52的一種材料範例為石英。在未使用IR燈源62的情況中，則板52與外蓋下部68二者可由其他材料製成，例如塗覆有PFA(過氟烷氧基)樹脂的鋁。
在圖4的細部視圖中可見板52和其下的晶圓W是由微小的間隔64隔開，該間隔64為大約0.1至5 mm較佳、而為大約0.5至2 mm更好。間隔64允許執行如上所提及之間隔製程，即在晶圓與夾具之間的間隔充滿液體的製程。
圖4亦呈現板52和覆於其上的外蓋下部68是由微小的間隔66隔開，該間隔66為大約0.1至10 mm較佳、而為大約0.5至5 mm更好、且為大約1至3 mm最好。間隔66允許板52及隨之而來的晶圓W可透過例如氮及/或去離子水予以主動冷卻，因而防止在已用IR燈源62加熱晶圓W過後來自晶圓W的殘留熱傳。同樣的主動冷卻技術可用以在乾燥製程期間使溫差最小。
1‧‧‧處理室
10‧‧‧壁
12‧‧‧下半部/軸套
14‧‧‧底壁
15‧‧‧上半部
16‧‧‧排氣口
17‧‧‧動態密封件
18‧‧‧墊片
2‧‧‧內罩
20‧‧‧基底
21‧‧‧壁
22‧‧‧中空軸
23‧‧‧排放口
24‧‧‧偏向構件
25‧‧‧排放管
26‧‧‧墊片
28‧‧‧媒介入口
30‧‧‧轉動夾具/轉動器
32‧‧‧定子
34‧‧‧壁
36‧‧‧外蓋
38‧‧‧環齒輪
40‧‧‧夾持構件
42‧‧‧噴嘴總成
44‧‧‧(媒介)入口
46‧‧‧側門
52‧‧‧板
62‧‧‧加熱元件/IR燈源
W‧‧‧晶圓

Claims (15)

  1. 一種用以處理晶圓狀物件的裝置，包含處理室與位於該處理室中的轉動夾具，其中該轉動夾具適於在無實體接觸下受磁力軸承驅動，該轉動夾具包含一組夾持插銷，適於將晶圓狀物件支承在從該轉動夾具朝下懸掛的位置中，該轉動夾具更包含和該轉動夾具一起轉動的板，當使用該轉動夾具時，該板係置於該晶圓狀物件所占據的區域之上，且在使用該轉動夾具期間，該板使該處理室的上表面避開從該晶圓狀物件拋出的液體。
  2. 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件的裝置，其中該板係置於和一平面平行，而該平面係為使用該轉動夾具期間，該晶圓狀物件的主要表面將存在之處，藉此以在該板與該平面之間定義具預定寬度的間隔。
  3. 如申請專利範圍第2項之用以處理晶圓狀物件的裝置，其中該預定寬度約為0.1至5 mm，且最好約為0.5至2 mm。
  4. 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件的裝置，其中該板係置於和該處理室之上覆外蓋平行，藉此以在該板與該外蓋之間定義具預定寬度的間隔。
  5. 如申請專利範圍第4項之用以處理晶圓狀物件的裝置，其中該預定寬度約為0.1至10 mm、而約為0.5至5 mm較佳、且約為1至3 mm更好。
  6. 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件的裝置，其中該處理室包含覆於該板之上的外蓋、與裝在該外蓋上的噴嘴總成，該噴嘴總成具有排放端，穿過該外蓋與該板的中心區，致使在使用該裝置期間，處理流體可透過該噴嘴總成而供應至該晶圓狀物件朝上的表面。
  7. 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件的裝置，更包含至少一個遠紅外線(IR)燈源，其置於該處理室之外且覆於該板之上。
  8. 如申請專利範圍第7項之用以處理晶圓狀物件的裝置，其中該至少一個IR燈源係置於和該處理室的外蓋相鄰，且其中該外蓋的至少一部分與該板係由可讓該至少一個IR燈源所放射的IR輻射穿透的材料形成。
  9. 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件的裝置，其中該處理室包含設置在該處理室中的內罩，該內罩可在第一位置與第二位置之間移動，在該第一位置中，該轉動夾具和該處理室的外壁連通，而在該第二位置中，該內罩在鄰近該轉動夾具之處密合該處理室之內表面以定義氣密的內部處理室。
  10. 如申請專利範圍第9項之用以處理晶圓狀物件的裝置，其中當該內罩在該第二位置時，其形成該內部處理室的下半部。
  11. 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件的裝置，其中該磁力軸承包含位於該處理室之外的定子。
  12. 一種用以處理晶圓狀物件的方法，包含在處理室中將一晶圓狀物件置於轉動夾具上，致使該晶圓狀物件係由該轉動夾具支承在從該轉動夾具朝下懸掛的位置中，以及在該晶圓狀物件的上側與該轉動夾具所帶有的板之間的間隔中形成液體薄膜，該板覆於該晶圓狀物件之上且與之平行延伸，藉此以定義具預定寬度的間隔。
  13. 如申請專利範圍第12項之用以處理晶圓狀物件的方法，其中該預定寬度約為0.1至5 mm，且最好約為0.5至2 mm。
  14. 如申請專利範圍第12項之用以處理晶圓狀物件的方法，其中該轉動夾具適於在無實體接觸下受磁力軸承驅動。
  15. 如申請專利範圍第12項之用以處理晶圓狀物件的方法，更包含使用位在該處理室之外的至少一個遠紅外線(IR)燈源加熱該晶圓狀物件，其中該處 理室的部分與覆於該晶圓狀物件之上的該板可讓該至少一個IR燈源所放射的IR輻射穿透。
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