TW426852B - Method and apparatus for protection of substrate surface - Google Patents

Description

A7 42685 2 B7___ 五、發明說明（1 ) t發明背景] [發明領域] 本發明係關於一種在將基板由半導體裝置生產線上一 單元製程傳送至另一單元製程時用以防止一基板裝置表面 污染及惡化之方法與裝置。 [相關技術之說明] 近年來半導體裝置之電路積體化密度已顯著增加，且 在單一單元製程中沈積至基板或由基板蝕刻之層的厚度， 亦已大幅減小。在製造如此多層的裝置中，必須在個別的 製程操作中重複地施以沈積及蝕刻處理。隨著此一操作次 數之增加’由於暴露於因化學相互作用所產生之不當環境 或惡化之結果’處理過的表面受到粒子及微粒污染的可能 性亦相對增加》 舉例來說’當純矽表面在室溫環境下暴露至空氣分子 中’即使是僅數秒’該表面便會覆蓋自然的氧化物（厚度 約為5 0 A )，以造成表面惡化或表面特性之改變，再者， 在空氣中之不同氣態物質之吸附（分子污染物），諸如n2、 〇2、C〇2等等’係會在最外側表面上產生，以及諸如有機 物、氧化物、金屬等等’係飆浮在空氣中，以造成在裝置 表面上之微粒污染物。此類基扳表面特性之惡化及改變， 以及在裝置表面上之微粒/粒子污染物，將會不利於後續 的製程，且此可視為在完成裝置中產生性能問題的主要原 因。 [發明摘要] . --------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公g ) 1 310681 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 2 685 2 A7 --------B7____ __ 五、發明說明（2 ) 本發明之目的係要提供一種將基板，諸如半導體晶 圓，在由一單元製程傳送至另一單元製程時保護該基板的 方法及裝置，係防止基板免得暴露至不當的環境而可能造 成表面污染及惡化。 此目的係可以藉由一種保護基板之方法來達成，該方 法包含：以一凝固膜覆蓋該基板之至少一部份表面。此方 法係可以在一半導體裝置之生產線上來進行，在此生產線 重複地進行形成薄臈層、蝕刻以及移除薄膜層部份之步階 式製程’其中經處理之表面狀態係暴露至大氣中，而這可 能會使裝置表面受到污染及惡化。 本發明之另一樣態係包含；以一凝固臈覆蓋該基板之 至少一部份表面’以及將該經覆蓋之基板傳送至一加工裝 置’以進行後續加工步驟。 該後續加工步驟可以是一種溼加工步驟或—種乾加工 步驟’或者係貯存加工步驟等等。該凝固膜可以由一冰膜 所構成’而該冰膜可以由去離子水或超純水所製成。該基 板可以係一種半導體晶圓或者係液晶基板。該基板最好係 能夠加以覆蓋而不會使其表面暴露至環境大氣中》該基板 係可以藉由形成在該表面上之凝固液體膜所覆蓋，而該液 體膜以形成在該基板表面上之堰堤而形成。該基板係可以 由包圍該表面之凝固蒸汽所覆蓋。 本發明之另一樣態係關於一種用以處理基板之裝置， 其包含：一覆蓋裝置，係用以將該基板之表面的至少一部 份以凝固犋來加以覆蓋、一處理裝置，係用以在基板上進 一---I------------------- C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國囤家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 2 310681 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 2 6 b c , A7 _____ B7 五、發明說明（3 ) 行一處理步驟、以及一傳送裝置，係用以將基板傳送至處 理裝置。 因此’本發明之覆蓋保護方法’係在等待於下一個單 元加工線處理之可以確保維持經處理或要處理之基板的表 面狀態’藉此防止及控制表面由於暴露至加工室大氣中所 造成之惡化及污染。 [圖式之簡單說明] 第1A圖及第1B圖表示在一欲加以保護之表面上提 供一冰覆層之步驟； 第2囷表示作用在水、基板及周圍大氣中之表面張力 的靜力平衡； 第3圖係一概要視圖’表示用以在基板表面上構成冰 覆層之裝置； 第4圖係一圖表’表示鈦之附著係數與氣體之吸附 量： 第5圖係一區塊圖，表示應用表面保護裝置於用於半 導體晶圓之加工設備上；以及 第6圖係一生產線之簡化流程圖，該生產線係提供保 護性薄膜以及基板研磨。 [較佳實施例之詳細說明] 兹將本發明之較佳實施參照第1圖至第6圖說明如 下。本發明係關於一種用以保護當晶圓由一單元步驟傳送 至另一單元步驟之製程中的晶圓表面，將處理中或待處理 表面加以復蓋一冰覆層，以防止表面與環境之間形成接 __ & 裝·-------訂---------線I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用_國國家標準（CNS)A4規格⑵〇 x 297公爱） 3 310681 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 42685 2 A7 B7 五、發明說明（4 ) 而達成β此方法將以在基板表面上形成一冰覆層之基本方 法的觀點闡述如下。 (1) 該表面可以覆以一層薄水膜，然後將基板加以冷 卻以形成一冰膜》 (2) 該基板係以水蒸汽包封，然後將包括基板之整個 系統加以冷卻，將凝結在基板上之水加以冷凍，而得到一 冰膜。 首先，將方法（1)之應用參照第1Α圖、第1Β圖及第 2圖來加以說明。將由不透水之材料製成之堰堤2建構在 基板1之周緣，而將其内部空間盛滿水以形成一薄水層3， 如第1Α圖所示。接著將基板1加以冷卻，以將薄水層3 冷;東’以產生一冰膜4，如第1Β圖所示。雖然薄水層3 係容置在形成於基板1上之堪堤内部空間，然而在冷來操 作之前，薄水層3之周緣輪廓6由於作用在薄水層3(液 態）、基板1 (固態）以及大氣5 (氣態）上之表面張力（分別以 7 si、7 sg以及Tgi來表示）的靜力平衡而形成，因此便可 以得到以下之關係式。 r sg= r si + r gl cos 0 ⑴ 其中0係一接觸角’而薄水層3之形狀則係由水之重 量及密度加上由方程式（1)所表示之狀態所決定。因此， 很明顯地’薄水層3之厚度係由基板〗之材料特性以及表 面狀態所決定，而難以將厚度減小到一定之厚度。舉例來 說’當一水膜係形成在直徑為200mm之秒晶圓的乾淨表 面上時’其最小的臨界厚度經測量係大約為1 9mm。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐) ---- 4 310681 J— I ft n i 41 n n n 01 I n n n I (請先閱讀背面之;i意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 42685 2 A7 __________ B7 五、發明說明（5 ) 用以製造堰堤2之材料實際上應係那些可以輕易剝離 之材料，諸如用以製造光阻劑之樹脂或矽嗣樹脂。 用以製造冰膜之觀念（2)的應用，係表示在第3圖中。 將用以獲得水蒸汽之水源13貯存在水箱12中，而該水箱 12則配置在蒸發室π之内部，且水蒸汽15係藉由以沒 入於水源13中之加熱器14以一定之溫度蒸發水源13而 產生。 第3圊表示一冷卻室16，係鄰接配置在蒸發室u， 且基板1係放置在一冷卻板17上，而該冷卻板17則配置 在冷卻室16之内部。冷卻板17具有内部冷卻管17a，使 一具有大約-130 °C之冷卻劑通過’使得基板1可以在其被 放置在冷卻板17上時，即可以馬上加以快速地冷卻。冷 卻室16具有一蒸發管18連接至一真空泵，使得在包括蒸 發室11之整個系統中之壓力可以快速地降低，以藉由促 進水源1 3之蒸發而迅速地供應水蒸汽。 眾·所周知’氣態分子撞擊在一固趙物件之表面上的附 著率’隨著固態物件之溫度的下降而上昇。第4圖表示在 室溫（27 °C)及在-1951下可以附著在一種鈦物質表面上之 氣體量值與附著係數之比較表（參照D.J.Harra，J. V.S.T.， Jan/Feb ’ 1976) »如該表所示’附著係數以及對於c〇2、 〇2之分子吸附的密度，係隨著溫度之下降而上升。在第4 圖中’缺乏在較低溫度下對於水的吸附性結果，但根 據 ’’Anelva News”，Νο·62，p8，水在-195°C 下之吸附係數 根據報告係大約等於1 ^因此，吸附係數在低溫下係大致 I ^--- 1 ---- 1 I I-----裝·-------訂·------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 5 310681 A7 B7___ 五、發明說明（6 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 會增加’使得當基板1充份地冷卻時，水的吸附性係會相 當活潑地在基板1上產生並且瞬間地冷凍，以迅速地在基 板1上形成冰膜19。 順便一提的是’在此類之低溫工程應用中，氣態分子 之低溫凝氣栗係相當廣泛地使用在真空系統之零件上。 在第3圖所示之裝置中，有時可以在冷卻板17内部 有效地設設置一種具有特殊用途的低功率加熱器（圖上未 顯示）’以在完成冷卻程序之後’可以有助於將基板〗由 冷卻板17釋放。 再者’如上所述’冷卻室16係具有一連接至真空泵 之真空吸管18’使包括蒸發室11之整個系統可加以蒸發， 以促進水蒸汽迅速地形成°其所根據之事實是，在由一液 體成份中釋放出水蒸汽之系統中，每單位表面積之蒸發率 係隨著液體之水蒸汽的分壓（partial pressure)降低而增 加。此一關係是能以如下之關係式來加以量化表示。 dN/dt= {a/(2 7T mkt) 1/2}(Pe-P) ⑺ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其中dN係在一時間區段dt中由液體之單位表面所蒸 發之水蒸汽分子的數量，m係表示分子量，a係表示蒸發 係數而k係波茲曼（Boltzmann)常數。 如方程式（2)所示，當水蒸汽分壓P降低時，dN/dt 便會增加，而使得藉由蒸發如第3圖所示之整個系統而降 低水之分壓’可以使水蒸汽供應至基板1之數量大大地增 加。 本發明可以應用之範圍係相當地廣泛。兹將本發明之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 X 297公釐） 6 310681 、 A7 42685 2 五、發明說明（7 ) 應用的一實例說明如下。 第5圖表示一種基板表面保護裝置之概要視圖，此裝 置係應用於一種包括藉由歷式加工薄膜成形以及渔式研磨 加工之半導體晶圓生產線上的設備中β如第5圖所示，中 央機器臂21由屋式薄膜成型室22所包圍，該成型室22 係用以一次將薄膜形成在複數個基板上；貯存室23，用 以貯存複數個基板；一溼式加工研磨室24; 一備用室25 ’ 用以暫時地容置基板；以及一冰膜塗覆室26，用以在基 板表面上形成一冰膜，該冰膜塗覆室26係本發明之表面 保護裝置。 為了保護晶圓在溼式薄膜成型室22中之濕式加工之 後的表面狀態’或在溼式加工研磨室24中研磨之後能保 有適當之表面狀態，將經過加工之晶圓在冰膜塗覆室26 中加以處理以塗覆一層冰膜。此一處理係藉由防止處理過 的表面暴露至周圍大氣中造成表面之惡化及污染，而提供 加工過之表面的保護，藉此使得經過一定加工程序之加工 過而到一定程度的表面狀態保持具表面狀態。 用以保護表面之材料係應該加以選擇，使得塗覆層可 以避免與加工室大氣接觸，但塗覆層亦不應該與基板材料 產生化學反應，且不會損害到結構性，且可以相當容易溶 解及移除《由這些觀點可知，水係符合上述所有之條件， 且沉浸在溫水中則可以瞬間移除該冰膜，因此水係 想的材料。 在第<5囷中所表示之流程圓係使用第5圖所示之設備 本讎^度適財_標準（CNS)A4規格⑵Q χ挪公楚 ' 310681 裝--------訂---------線 <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4?Θ852 Α7 --------------Β7_____ 五、發明說明（8 ) f靖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 之一實例°複數個基板可以在溼式薄膜成型室22中同時 地處理（步驟1)，接著藉由在冰膜塗復室26中之處理，將 基板以冰膜來加以包封（步驟2),而將覆有冰膜之晶圓玫 置在備用室中’以暫時地加以貯存。在溼式加工研磨室 中’一次研磨一個晶圓（步驟4)，且經研磨之晶圓係貯存 在貯存室23中（步驟5) β在某些例子中，視裝置之製造程 序而定’在步驟3中所貯存之晶圓係可以被送回至冰瞑塗 覆室26中，以將其以冰膜來加以塗覆，然後再將其送入 渥式薄膜成型室22中做進一步之處理。再者，在步驟4 t研磨過的晶圓，亦可以輸送至冰膜塗覆室26中以冰膜 加以包覆之’且亦可以暫時地貯存在備用室25中β 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 該晶圓通常會因為加工因素上之不同而需要花費某些 時間來等待下一個處理步驟，這些加工因素有諸如薄膜成 型以及研磨加工之時間 '一次可以處理之晶圓數量以及產 能。因為加工係在加工室環境中來實施’因此，傳統上之 等待方式係會增加晶圓暴露在大氣環境中之時間長度β然 而，採用在第6圖中所示之方法，表面當有需要時係可以 藉由冰覆層來加以保護，使得由於接觸到環境大氣所造成 之惡化及污染，會大幅降低。 在此亦應說明的是，上述說明之方法（1)係會消耗相 當高的能量以及較長的加工時間，這係因為藉由自然條件 來形成較厚水層之特性所致。在另一方面，雖然方法（2) 係需要較複雜的裝置，然而其優點係在於薄膜厚度可以較 薄’且加工時間係非常地短。因此，兩個方法可以交替地 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 8 310681 42685 2 A7 B7 五、發明說明（1 2 ) 使用，以配合加工條件’而使得表面保護可以進行來配合 主要加工程序之需要。 使用於本發明中之水的品質’應加以選擇，以配合基 板材料的用途及特性。尤其是’就用以保護半導體裝置之 用途而言，通常係選用超純水。另外’本發明最適用於在 正常的加工環境下而非在真空加工環境下，來進行溼式加 工薄膜成型以及研磨加工。 I,------------裝--------訂------I--線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐）--- 2

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Claims (1)

1. Α8 Β8 C8 D8 4268 5 2 六、申請專利範圍 1. 一種處理基板之方法，其包含： 以一凝固膜覆蓋該基板之至少一部份表面；以及 將該經覆蓋之基板傳送至—加工裝置，以進行後 續加工步驟β 2. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該後續加工步 驟係一種漫式加工步驟。 3. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該後續加工步 驟係一貯存步稀。 4. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該凝固膜係由 一冰膜所構成。 5. 根據申請專利範圍第4項之方法，其中該冰膜係以去 離子水或超純水所製成》 6. 根據申請專利範園第1項之方法，其中該基板係一種 半導鱧晶圓。 7. 根據申請專利範圍第丨項之方法，其中該基板係被覆 蓋而不會使其表面暴露至環境大氣中。 8·根據申請專利範圍第丨項之方法，其中該基板係藉由 形成在該表面上之凝固液體膜所覆蓋。 9. 根據申請專利範圍第8項之方法，其中該液體膜係形 成在該表面上之堪堤之内部空間形成。 10. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該基板係由包 圍該表面之凝固水蒸汽所覆蓋。 11 ‘根據申請專利範圍第1項之方法，其中在該凝固期間， 環境大氣壓力係在減壓狀態》 I Κ-------------裝-------1 訂------I--, (請先閱讀背面之泫意事項再势寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 10 310681 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 426852 六、申請專利範圍 12.—種用以處理一基板之裝置，包含： 一覆蓋裝置’用以將該基板之表面的至少一部份 以一凝固膜來加以復蓋；以及 一傳送裝置’用以將該基板傳送至後續加工步驟。 1 3 _根據申請專利範圍第12項之裝置，其中該後績加工步 驟係一種溼式加工步驟。 14. 根據申請專利範圍第12項之裝置，其中該後績加工步 棘係一貯存步驟》 15. 根據申請專利範圍第π項之裝置，其中該凝固膜係由 一冰膜所構成。 16. 根據申請專利範圍第15項之裝置，其中該冰膜係以去 離子水或超純水所製成。 17. 根據申請專利範圍第12項之裝置，其中該基板係一種 半導體晶圓。 18. 根據申請專利範圍第12項之裝置，其令該基板係被覆 蓋而不會使其表面暴露至環境大氣中。 19. 根據申請專利範圍第12項之裝置，其中該基板係藉由 形成在該表面上之凝固液體膜所覆蓋。 2 0.根據申請專利範圍第19項之裝置，其中該液體膜係在 形成在該表面上之堰堤内形成β 21. 根據申請專利範圍第12項之裝置，其中該基板係由包 圍該表面之凝固水蒸汽所覆蓋。 22. 根據申請專利範圍第12項之裝置，其中在該凝固期 間’環境大氣壓力係在減壓狀態。 --------------農--------訂---------線 (請先閱讀背面之泫意事項再^^本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 11 310681 A8B8C8D8 42685 2 六、申請專利範圍 23. —種用以保護基板之方法，包含： 將該基板之表面的少一部份以一凝固膜加以覆 蓋。 24. 種用以貯存基板之方法纟中該基板係以將該基板 之表面的至少一部份以一凝固膜加以覆蓋之狀態下， 而貯存在一貯存部位中β 25. —種用以傳送一基板之方法，其中該基板係以將該基 板之表面的至少一部份以一凝固膜加以覆蓋之狀態 下’來加以傳送。 26. —種保護基板之裝置，包含： 一覆蓋裝置’用以將該基板之表面的至少—部份 以一凝固膜來加以覆蓋。 27·—種貯存基板之裝置，包含： 一覆蓋裝置’用以將該基板之表面的至少一部份 以一凝固膜來加以覆蓋；以及 一貯存部’用以貯存該經覆蓋之基板β 28.—種用以傳送一基扳之裝置，包含： 覆蓋裝置’用以將該基板之表面的至少一部份 以一凝固膜來加以覆蓋；以及 一傳送部，用以傳送該經覆蓋之基板。 - --------；------裝--------訂---------線、 (請先閱讀背面之注意事項再ir爲本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 12 310681