TWI651779B - 晶圓狀物件之表面的處理設備 - Google Patents

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Abstract

一種用以處理晶圓狀物件的設備，設備包含提供氣密封閉的封閉處理腔室。一旋轉夾盤係設置在封閉處理腔室內，並且用以固持在其上之晶圓狀物件。一蓋件係固定在封閉處理腔室的上部，並且包含面朝腔室內部的下表面。至少一加熱元件將蓋件的下表面加熱至期望溫度，以防止處理蒸汽凝結在蓋件的面朝內之表面上。

Description

晶圓狀物件之表面的處理設備
本發明大致涉及用於處理晶圓狀物件(如半導體晶圓)之表面的設備，其中可自一封閉處理腔室內回收一或更多處理流體。
半導體晶圓係經過各種表面處理製程，例如：蝕刻、清理、拋光、及材料沉積。為符合此類製程，可藉由與可旋轉載具結合之夾盤而相對於一或更多處理流體噴嘴來支撐單一晶圓，如美國專利第4903717號及第5513668號中所描述者。
或者，可將用以支撐晶圓之環形轉子形式的夾盤設置在封閉處理腔室內，並且藉由主動式磁浮軸承來驅動而無實際接觸，如國際公開專利第WO2007/101764號及美國專利第6485531號中所描述者。
一封閉腔室單晶圓濕處理之改良式設計已描述在共同所有、共同申請中的美國公開專利案第2013/0062839號中，且其中一側門允許晶圓裝載至處理腔室內並自其移出，而處理液體及氣體可經由固定在封閉處理腔室的頂部之蓋件導入腔室內。
處理蒸汽凝結在工作件的表面上或在腔室的內表面上可能導致非預期的製程參數變動，而且凝結液體的液滴甚至可能對形成在工作件上的精細裝置結構造成影響，從而造成損壞並降低產量。
本案發明人發展出一種處理晶圓狀物件的改良方法和設備、以及與此方法和設備一起使用的改良式蓋件。
因此，本發明之一實施態樣涉及一種用以處理晶圓狀物件的設備，該設備包含一封閉處理腔室，且封閉處理腔室包含提供氣密封閉的外罩。一旋轉夾盤係設置在封閉處理腔室內，且旋轉夾盤係用以固持在其上之晶圓狀物件。一蓋件係固定在封閉處理腔室的上部，且蓋件包含面朝腔室內部的下表面、以及將下表面加熱至期望溫度的至少一加熱元件。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，至少一加熱元件係裝設在蓋件內部。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，至少一加熱元件係裝設成與蓋件呈熱接觸，以使蓋件的下表面藉由至少一加熱元件進行加熱。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，蓋件包含一下板，且下板包含該下表面並由具化學抗性之塑膠所形成。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，至少一加熱元件包含一電性加熱層。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，至少一加熱元件包含供以加熱液體的熱交換導管。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，蓋件包含上板及下板；上板係由複合強化纖維材料所形成，且下板包含該下表面並由具化學抗性之塑膠所形成；至少一加熱元件係夾在上板與下板之間。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，下板係由具化學抗性之塑膠所形成，而該具化學抗性之塑膠係選擇自由聚四氟乙烯(PTFE，polytetrafluoroethylene)、全氟烷氧基(PFA，perfluoroalkoxy)、聚伸苯基硫化物(PPS，polyphenylenesulfide)、聚醚醚酮(PEEK，polyetheretherketone)、聚苯乙烯/聚乙基苯乙烯(PS/PES，polystyrene/polyethylstyrene)、乙烯四氟乙烯(ETFE，ethylene tetrafluoroethylene)、聚亞乙烯基氟化物(PVDF，polyvinylidene fluoride)、氯三氟乙烯的均聚物(PCTFE，homopolymer of chlorotrifluoroethylene)、氟化乙烯丙烯(FEP，fluorinatedethylene propylene)、及乙烯氯三氟乙烯(ECTFE，ethylene chlorotrifluoroethylene)所組成之群組。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，上板係由碳纖維強化塑膠所形成。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，碳纖維強化塑膠包含一結合聚合物，而該結合聚合物係選擇自由環氧基(epoxy)、聚酯(polyester)、乙烯酯(vinyl ester)、及尼龍(nylon)所組成之群組。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，該設備亦包括一液體分配器配置、至少一溫度感測器、以及一控制器；其中該液體分配器係配置以將液體供應至處於選擇溫度下之封閉處理腔室，該至少一溫度感測器係設置以偵測封閉處理腔室內的溫度，且該控制器係用以控制該至少一加熱元件，以將下表 面維持在一溫度，且此溫度比由液體分配器所供應之加熱液體的溫度至少高5K。
在另一實施態樣中，本發明涉及用以封閉處理腔室的蓋件，且該處理腔室係用以處理晶圓狀物件，此蓋件包含：面朝腔室內部的下表面、以及將下表面加熱至期望溫度的至少一加熱元件。
在根據本發明之蓋件的較佳實施例中，蓋件包含一下板，且下板包含該下表面並由具化學抗性之塑膠所形成。
在根據本發明之蓋件的較佳實施例中，至少一加熱元件包含一電性加熱層。
在根據本發明之蓋件的較佳實施例中，至少一加熱元件包含供以加熱液體的熱交換導管。
在根據本發明之蓋件的較佳實施例中，至少一加熱元件係裝設在蓋件內部並與蓋件呈熱接觸，以使蓋件的下表面藉由至少一加熱元件進行加熱。
在根據本發明之蓋件的較佳實施例中，蓋件包含上板及下板；上板係由複合強化纖維材料所形成，且下板包含該下表面並由具化學抗性之塑膠所形成；至少一加熱元件係夾在上板與下板之間。
在又另一實施態樣中，本發明涉及一種濕處理盤形物件的方法，此方法包含：將晶圓狀物件設置在處理腔室中，處理腔室係藉由一蓋件而封閉，且蓋件具有朝下面向處理腔室內部的下表面；將加熱液體分配至晶圓狀物件上；以及將蓋件的下表面加熱至一溫度，且此溫度比加熱液體的溫度至少高5K。
在根據本發明之方法的較佳實施例中，蓋件的下表面係藉由裝設在蓋件內的至少一電性加熱元件進行加熱。
在根據本發明之方法的較佳實施例中，於分配加熱液體期間對封閉處理腔室的內部溫度進行監測，以及基於所監測之溫度來控制蓋件的下表面之加熱步驟。
1‧‧‧腔室
2‧‧‧內蓋件
10‧‧‧壁
12‧‧‧凸部
14‧‧‧壁
15‧‧‧上部
16‧‧‧排出口
17‧‧‧動態封口
18‧‧‧襯墊
20‧‧‧基部
21‧‧‧壁
22‧‧‧中空軸
23‧‧‧排放口
24‧‧‧導流器
25‧‧‧排放導管
26‧‧‧襯墊
28‧‧‧介質入口
30‧‧‧旋轉夾盤
32‧‧‧定子
34‧‧‧壁
36‧‧‧蓋件
36'‧‧‧蓋件
38‧‧‧齒輪
40‧‧‧夾扣構件
48‧‧‧腔室
50‧‧‧上板
53‧‧‧槽孔
56‧‧‧中央開口
58‧‧‧鑽孔
60‧‧‧下板
62‧‧‧加熱元件
62'‧‧‧熱交換導管
63‧‧‧排氣口
64‧‧‧隔板
66‧‧‧環形間隔物
70‧‧‧不銹鋼板
W‧‧‧晶圓
在研讀過以下參考附圖所提出之本發明之較佳實施例的詳細描述後，本發明的其他目的、特徵、及優點將變得更為顯而易見，其中：圖1係根據本發明第一實施例之處理腔室的範例性橫剖面側視圖，而內蓋件顯示在其第一位置；圖2係根據本發明第一實施例之處理腔室的範例性橫剖面側視圖，而內蓋件顯示在其第二位置；圖3係根據本發明之蓋件實施例的剖面立體圖；及圖4係根據本發明之另一蓋件實施例的剖面立體圖。
現在參考圖1，其係根據本發明第一實施例之用以處理晶圓狀物件之表面的設備，此設備包含外處理腔室1，其係較佳地由塗有PFA(全氟烷氧基，perfluoroalkoxy)樹脂的鋁所製成。此實施例中之腔室具有主要圓柱形壁10、下部12、及上部15。一較窄之圓柱形壁34自上部15延伸，並由蓋件36將其封閉。
旋轉夾盤30係設置在腔室1的上部之中，並且被圓柱形壁34所圍繞。於使用設備期間，旋轉夾盤30可旋轉地支撐晶圓W。旋轉夾盤30包含旋轉 驅動件，其包含環形齒輪38，且齒輪38嚙合並驅動用以選擇性接觸及鬆開晶圓W之周緣的複數偏心可移動式夾扣構件。
在此實施例中，旋轉夾盤30係設置在圓柱形壁34的內表面附近之環形轉子。定子32係設置在圓柱形壁34的外表面附近、並與環形轉子相對。轉子30及定子32作為馬達，故環形轉子30(且因此受其支撐之晶圓W)可經由主動式磁浮軸承而旋轉。舉例而言，定子32可包含可受主動控制之複數電磁線圈或繞線，以便經由設置在轉子上的對應永久磁鐵而可旋轉地驅動旋轉夾盤30。旋轉夾盤30之軸向且徑向軸承亦可藉由定子的主動控制或藉由永久磁鐵來完成。因此，可使旋轉夾盤30懸浮且受到可旋轉地驅動，而無機械接觸。選擇性地，轉子可由被動式軸承所支承，其中轉子的磁鐵係由設置在腔室外部的外轉子周圍上之對應高溫超導磁鐵(HTS磁鐵，high-temperature-superconducting magnet)所支承。在此替代實施例的情況下，環形轉子的各磁鐵係釘附至其對應的外轉子之HTS磁鐵。因此，在沒有實際連接的情況下，內轉子隨外轉子作相同運動。
蓋件36為改良式設計，並且包含上板50及下板60；上板50係由複合強化纖維材料所形成，且下板60面朝處理腔室內部並由具化學抗性的塑膠(在此實施例中為ECTFE)所形成。在此實施例中，加熱元件62係夾在上板50與下板60之間(如圖3更清楚顯示)。
加熱元件62較佳地為電性加熱層，其用以將下板60加熱至一溫度，以防止處理蒸汽在面朝處理腔室內部的板60之表面上發生凝結。電性加熱層較佳地為矽氧橡膠加熱器。
蓋件36包含中央開口56，處理液體或清洗液體可在一選擇溫度下、通過中央開口56而分配至晶圓W上。設置溫度感測器63以便偵測封閉處理腔室內的溫度，並將其輸出提供至一控制器(未顯示)以便控制加熱元件62，從而將下板60之面朝內的下表面維持在一溫度，且此溫度比由液體分配器所供應之加熱液體的溫度至少高5K。
選擇性地，由於加熱液體會被供應至處理腔室內，故可藉由監測加熱液體本身的溫度來控制加熱元件62，從而將下板60之面朝內的下表面維持在一溫度，且此溫度比由液體分配器所供應之加熱液體的溫度至少高5K。
隔板64的作用為壓住加熱器層(加熱元件62)，以維持加熱器層(加熱元件62)與下板60接觸；環形間隔物66(較佳地由不銹鋼所形成)亦然。
此配置能有效防止加熱過的處理蒸汽凝結在面朝處理腔室內部之蓋件36的表面上，從而防止所產生之液滴的不利影響。
應瞭解在藉由上述方式對蓋件之面朝內的表面進行加熱的情況下，加熱元件62並不對晶圓加熱；因此，若需要時，晶圓的溫度可藉由裝設在處理腔室內部的不同加熱器進行獨立控制。
選擇性不銹鋼板70的作用為進一步在蓋件被伸長槽孔53所穿過的區域中增強蓋件36的剛性。
蓋件36可藉由穿過鑽孔58之螺栓(未顯示)而固定在處理腔室。
應注意到此實施例中的晶圓W係藉由夾扣構件40予以支撐而自旋轉夾盤30朝下懸置，以使經由入口(中央開口56)所供應之流體能沖擊晶圓W的面朝上之表面。
在晶圓W為例如直徑300mm或450mm的半導體晶圓之情況下，晶圓W的面朝上之一側可為晶圓W的裝置側或其相對側，這決定於晶圓被如何設置在旋轉夾盤30上(因此這是由腔室1內所執行之特定製程所指定)。
圖1的設備更包含可相對於處理腔室1移動的內蓋件2。圖1之中顯示內蓋件2位於其第一(或開啟)位置，其中旋轉夾盤30係與腔室1的外圓柱形壁10連通。此實施例中之內蓋件2通常呈杯形，並且包含被直立圓柱形壁21所圍繞之基部20。內蓋件2更包含中空軸22，中空軸22支撐基部20、並且穿過腔室1的下壁14。
中空軸22被形成在主腔室1中的凸部12所圍繞，且這些元件係經由動態密封件而連接，動態密封件允許中空軸22相對於凸部12進行位移，同時與腔室1維持氣密封閉。
在圓柱形壁21的頂部處，接附著一環形導流器構件24，該導流器構件24的面朝上之表面上搭載一襯墊26。內蓋件2較佳地包含一穿過基部20的流體介質入口28，以使處理流體及清洗液體能導入腔室內、並導至晶圓W的面朝下之表面上。
內蓋件2更包括處理液體排放口23，其開口在排放導管25內。雖然導管25係剛性裝設在內蓋件2的基部20，但其經由動態封口17穿過腔室1的底壁14，以使此導管能相對於底壁14進行軸向滑動，並同時維持氣密封閉。
排出口16穿過腔室1的壁10，並且連接至適當的排放導管。
圖1所示之位置對應至晶圓W的裝載或卸載。具體而言，晶圓W可經由蓋件36或更佳地經由腔室壁10中的側門(未顯示)而裝載至旋轉夾盤30上。 然而，當蓋件36已位在適當位置時、且當任何側門皆已關閉時，腔室1為氣密狀態，並且能維持所定義之內部壓力。
在圖2中，內蓋件2已移動到其第二(或閉合)位置，此對應至晶圓W的處理。亦即，在晶圓W裝載在旋轉夾盤30上之後，藉由作用在中空軸22上的適當馬達(未顯示)將內蓋件2相對於腔室1往上移動。持續將內蓋件2往上移動，直到導流器構件24與腔室1的上部15之內表面接觸為止。具體而言，導流器24所搭載之襯墊26對著上部15的底面密封，而上部15所搭載之襯墊18對著導流器24的上表面密封。
如圖2所示，當內蓋件2到達其第二位置時，藉此在封閉處理腔室1內產生第二腔室48。腔室48有別於腔室1的其餘部份而以氣密方式呈更為密封狀態。此外，腔室48係較佳地與腔室1的其餘部份各別排氣，這在此實施例中係藉由設置開口在腔室48內的排氣口63而實現，排氣口63係獨立於供一般腔室1和圖2配置中的腔室1之其餘部份所使用的排氣口16。
於晶圓處理期間，為了執行各種製程(如：蝕刻、清理、清洗、及任何其他所期望之正在進行處理中之晶圓的表面處理)，可將處理流體經由介質入口(中央開口56)及/或28引導至旋轉中的晶圓W。
將腔室48設置在整個處理腔室1內的情況下，由於允許用於晶圓處理的氣體及液體與處理腔室的外部環境更適當地隔離，因而增進了封閉腔室環境的安全性，並且降低了處理氣體、化學煙氣、熱蒸氣(例如蒸發之異丙醇)、臭氧、及其類似者釋放至工具環境的風險。
在圖4中，其顯示了一種選擇性蓋件結構36'，其中蓋件36'不具有先前實施例的夾層結構，反而是由單一主要材料所形成，例如：塗有全氟烷氧 基(PFA)的不銹鋼、或塗有全氟烷氧基(PFA)的複合強化纖維材料、或如以上所述之具有化學抗性的塑膠。此實施例之蓋件結構可作為先前實施例中所述之蓋件結構的替代物，反之亦然。
同樣在此實施例中，該至少一加熱元件的形式為供以熱交換液體的熱交換導管62'。雖然未顯示先前實施例的其餘特徵部(如溫度感測器及相關控制)與此實施例有關，但應瞭解其亦可包括這些特徵。
應瞭解到於此所示之以上敘述及特定實施例僅作為說明本發明及其原理、以及本領域中具有通常知識者可在不離開本發明的精神和範圍之情況下輕易完成修改和增加，因此應瞭解本發明的範圍僅由隨附之申請專利範圍所限定。

Claims (16)

  1. 一種用以處理晶圓狀物件的設備，該設備包含一封閉處理腔室、一旋轉夾盤、及一蓋件；其中該封閉處理腔室包含提供氣密封閉的外罩，該旋轉夾盤係設置在該封閉處理腔室內，該旋轉夾盤係用以固持在其上之晶圓狀物件，該蓋件係固定在該封閉處理腔室的上部，且該蓋件包含面朝該腔室內部的下表面、以及將該下表面加熱至期望溫度的至少一加熱元件，其中該蓋件包含上板及下板；該上板係由複合強化纖維材料所形成，且該下板包含該下表面並由具化學抗性之塑膠所形成；該至少一加熱元件係夾在該上板與該下板之間。
  2. 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件的設備，其中該至少一加熱元件係裝設在該蓋件內部。
  3. 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件的設備，其中該至少一加熱元件係裝設成與該蓋件呈熱接觸，以使該蓋件之該下表面藉由該至少一加熱元件進行加熱。
  4. 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件的設備，其中該至少一加熱元件包含一電性加熱層。
  5. 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件的設備，其中該至少一加熱元件包含供以加熱液體的熱交換導管。
  6. 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件的設備，其中該下板係由具化學抗性之塑膠所形成，而該具化學抗性之塑膠係選擇自由聚四氟乙烯(PTFE，polytetrafluoroethylene)、全氟烷氧基(PFA，perfluoroalkoxy)、聚伸苯基硫化物(PPS，polyphenylenesulfide)、聚醚醚酮(PEEK，polyetheretherketone)、聚苯乙烯/聚乙基苯乙烯(PS/PES， polystyrene/polyethylstyrene)、乙烯四氟乙烯(ETFE，ethylene tetrafluoroethylene)、聚亞乙烯基氟化物(PVDF，polyvinylidene fluoride)、氯三氟乙烯的均聚物(PCTFE，homopolymer of chlorotrifluoroethylene)、氟化乙烯丙烯(FEP，fluorinated ethylene propylene)、及乙烯氯三氟乙烯(ECTFE，ethylene chlorotrifluoroethylene)所組成之群組。
  7. 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件的設備，其中形成該上板的該複合強化纖維材料係碳纖維強化塑膠。
  8. 如申請專利範圍第7項之用以處理晶圓狀物件的設備，其中該碳纖維強化塑膠包含一結合聚合物，而該結合聚合物係選擇自由環氧基(epoxy)、聚酯(polyester)、乙烯酯(vinyl ester)、及尼龍(nylon)所組成之群組。
  9. 如申請專利範圍第1項之用以處理晶圓狀物件的設備，更包含一液體分配器配置，該液體分配器係配置以將液體供應至處於選擇溫度下之該封閉處理腔室；該設備更包含至少一溫度感測器及一控制器，其中該至少一溫度感測器係設置以偵測該封閉處理腔室內的溫度，且該控制器係用以控制該至少一加熱元件，以將該下表面維持在一溫度，且該溫度比由該液體分配器所供應之加熱液體的溫度至少高5K。
  10. 一種用以封閉處理腔室的蓋件，該處理腔室係用以處理晶圓狀物件，該蓋件包含：面朝該腔室內部的下表面、以及將該下表面加熱至期望溫度的至少一加熱元件，其中該蓋件包含上板及下板；該上板係由複合強化纖維材料所形成，且該下板包含該下表面並由具化學抗性之塑膠所形成；該至少一加熱元件係夾在該上板與該下板之間。
  11. 如申請專利範圍第10項之用以封閉處理腔室的蓋件，其中該至少一加熱元件包含一電性加熱層。
  12. 如申請專利範圍第10項之用以封閉處理腔室的蓋件，其中該至少一加熱元件包含供以加熱液體的熱交換導管。
  13. 如申請專利範圍第10項之用以封閉處理腔室的蓋件，其中該至少一加熱元件係裝設在該蓋件內部並與該蓋件呈熱接觸，以使該蓋件之該下表面藉由該至少一加熱元件進行加熱。
  14. 一種濕處理盤形物件的方法，該方法包含：將晶圓狀物件設置在處理腔室中，該處理腔室係藉由一蓋件而封閉，該蓋件具有朝下面向該處理腔室內部的下表面；將加熱液體分配至該晶圓狀物件上；及將該蓋件之該下表面加熱至一溫度，且該溫度比該加熱液體的溫度至少高5K。
  15. 如申請專利範圍第14項之濕處理盤形物件的方法，其中該蓋件之該下表面係藉由裝設在該蓋件內的至少一電性加熱元件進行加熱。
  16. 如申請專利範圍第14項之濕處理盤形物件的方法，更包含於分配該加熱液體期間對該處理腔室的內部溫度進行監測，以及基於所監測溫度來控制該蓋件之該下表面的加熱步驟。
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