TWI831627B - 晶圓處理系統 - Google Patents
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Abstract
一種晶圓處理系統包含處理槽、清洗裝置及乾燥裝置。處理槽具有懸臂式轉動裝置以及動平衡校正裝置。懸臂式轉動裝置具有固持部用以固持各種規格參數之晶圓且使得晶圓沿著懸臂式轉動裝置之轉動軸轉動。動平衡校正裝置係對懸臂式轉動裝置進行對應之動平衡校正，藉以使得懸臂式轉動裝置於轉動時處於動平衡狀態。清洗裝置之動態噴嘴單元係噴射清洗流體以清洗轉動中之晶圓。乾燥裝置則係用以乾燥轉動中之晶圓。
Description
本發明是有關於一種處理系統，特別是有關於一種晶圓處理系統。
半導體的製作需要進行相當多的製程，且時常需要進行清洗及乾燥等程序始能完成。然而現有清洗程序不僅速度緩慢且容易產生廢液，舉例而言，在微影製程中，必須將光阻層完全清洗去除，才能確保後續製程的潔淨度，但是現行的方式大都以高溫硫酸/雙氧水洗劑去除，缺點是會產生大量的廢酸且相當不環保。目前雖然有技術嚐試使用臭氧技術取代現有光阻去除劑，但是受限於臭氧溶解度、穩定度與質傳速度之限制，因此難以有效率地去除光阻。再者，半導體材料，如晶圓，雖具有高硬度，但是其高脆性卻相當容易在清洗或乾燥等程序中，因為受力不均或振動現象，而導致缺陷或甚至碎裂等問題。而且，隨著半導體集積度越來越高，元件堆疊結構之深寬比(Aspect Ratio)也隨之越來越高，因此傳統的清洗程序及乾燥程序也越難以達到預期效果。由此可知，現有半導體處理技術仍有相當多需要改善之處。
有鑑於此，本發明之一目的就是在提供一種晶圓處理系統，以解決傳統技術之問題。
為達前述目的，本發明提出一種晶圓處理系統，至少包含：至少一處理槽，具有一懸臂式轉動裝置以及一動平衡校正裝置，該懸臂式轉動裝置具有一固持部用以固持各種規格參數之晶圓且使得該晶圓沿著該懸臂式轉動裝置之一轉動軸轉動，其中該動平衡校正裝置係對該懸臂式轉動裝置進行對應之一動平衡校正，藉以使得該懸臂式轉動裝置於轉動時處於一動平衡狀態；一清洗裝置，具有至少一動態噴嘴單元，該動態噴嘴單元係依據該晶圓之該規格參數對應地調整至少一運作參數，用以於該懸臂式轉動裝置轉動時對該晶圓噴射一清洗流體以進行一清洗程序；以及一乾燥裝置，用以於該懸臂式轉動裝置轉動時對已經過該清洗程序處理之該晶圓進行一乾燥程序。
其中，該懸臂式轉動裝置之該轉動軸係以非平行於一水平面之一角度傾斜地轉動。
其中，該處理槽係經由至少一組防振腳設於一平台上，藉以使得該處理槽之至少一振動值小於一預設值。
其中，在該動平衡狀態中，該懸臂式轉動裝置於轉動時，該轉動軸之一軸心線係重合於固持有該晶圓之該懸臂式轉動裝置之一質心線。
其中，該處理槽還具有一護罩環繞該懸臂式轉動裝置。
其中，該護罩之內側具有一截流板，該截流板之一截流口係面向對該晶圓轉動時之一切線方向，用以攔截已對轉動之該晶圓進行該清洗程序之該清洗流體。
其中該動平衡校正裝置係設於該懸臂式轉動裝置之該固持部及/或該轉動軸上，用以利用一超距力作用對該懸臂式轉動裝置進行該動平衡校正，使得該懸臂式轉動裝置轉動時可保持該動平衡狀態。
其中，該動平衡校正裝置係一主動式磁浮軸承，用以對該懸臂式轉動裝置進行對應之該動平衡校正。
其中，該動平衡校正裝置係包含至少一第一磁性元件及至少一第二磁性元件，該第一磁性元件係環設於該懸臂式轉動裝置上，該第二磁性元件係非接觸式環繞該懸臂式轉動裝置，藉以利用該第一磁性元件及該第二磁性元件之間之該超距力作用，對該懸臂式轉動裝置進行對應之該動平衡校正。
其中，該動平衡校正裝置係一質心調整結構設於該懸臂式轉動裝置上，用以校正固持有該晶圓之該懸臂式轉動裝置之一質心線與該轉動軸之一軸心線之間之一重合程度。
其中，該質心調整結構係藉由樞轉、伸縮或移動對該懸臂式轉動裝置進行對應之該動平衡校正。
其中，該動平衡校正裝置係該懸臂式轉動裝置之該固持部之至少一晶圓支架，且該晶圓支架沿著該轉動軸之軸心線方向具有非等值之截面積。
其中，該清洗流體為清洗液及/或熱蒸汽。
其中，更包含一微波產生單元，該微波產生單元係藉由產生一微波將部分或全部之該清洗液加熱成為該熱蒸汽。
其中，更包含至少一輔助氣體供應源，用以供應一輔助氣體至該處理槽中。
其中，該清洗流體包含水溶液及/或熱蒸汽，該輔助氣體為臭氧，使得該清洗流體與該輔助氣體作用而形成臭氧水，藉以清洗該晶圓。
其中，該輔助氣體為熱氮氣，藉以輔助乾燥該晶圓。
其中，該乾燥裝置包含一熱能供應單元及/或一抽氣單元，該熱能供應單元在該乾燥程序中係供應一熱能至該處理槽中，該抽氣單元在該乾燥程序中係使得該處理槽低於一大氣壓，藉以加速乾燥該晶圓。
其中，該晶圓之該規格參數係選自於由數量、重量、位置及尺寸所組成之族群，該動態噴嘴單元之該運作參數係選自於由該動態噴嘴單元之噴射方位、該動態噴嘴單元之數量、該清洗流體之流量、該動態噴嘴單元之往復移動速度及清洗時間所組成之族群。
其中，該動態噴嘴單元之數量為複數個，該些動態噴嘴單元係彼此協同運作以共同清洗該晶圓。
其中，該動態噴嘴單元係掃描式對該晶圓噴射該清洗流體以清洗該晶圓。
其中，該懸臂式轉動裝置之一側為支承端，該懸臂式轉動裝置之另一側為自由端，該晶圓係經由該自由端可拆卸式放置在該懸臂式轉動裝置之該固持部上。
其中，該動平衡校正裝置係依據該晶圓之該規格參數、該動態噴嘴單元之該運作參數、該轉動軸之一轉動速度以及/或者一振動狀態對該懸臂式轉動裝置進行對應之該動平衡校正。
承上所述，依本發明之晶圓處理系統，具有一或多個優點或技術功效：
(1)懸臂式轉動裝置可以所需速度轉動晶圓，且能節省構件使處理槽內部更為簡潔。
(2)懸臂式轉動裝置傾斜式轉動晶圓可增加清洗及乾燥晶圓之效率，傾斜式截流板更有助於排除清洗流體，且可防止清洗流體積存在處理槽中。
(3)動平衡校正裝置可使固持各種規格參數之晶圓之懸臂式轉動裝置於轉動時保持動平衡狀態。
(4)動態噴嘴單元進行清洗程序時可依據晶圓之規格參數調整運作參數，可節省清洗流體之使用量，且能更快達到清洗效果。
(5)輔助氣體供應源所供應之輔助氣體可用於輔助清洗晶圓，也可用於輔助乾燥晶圓。
(6)乾燥裝置具有熱能供應單元可升高處理槽中的溫度，還有抽氣單元可降低處理槽的氣壓，藉以加速乾燥晶圓。
(7)採用剛性材料之防振腳可有效降低振動值。
(8)採用蒸汽臭氧剝離(VOS)技術有助於提升清洗去除光阻之效果，還能顯著減少對環境、健康和安全的任何影響。
茲為使鈞審對本發明的技術特徵及所能達到的技術功效有更進一步的瞭解與認識，謹佐以較佳的實施例及配合詳細的說明如後。
為利瞭解本創作之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本創作配合圖式，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本創作實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本創作於實際實施上的權利範圍。此外，為使便於理解，下述實施例中的相同元件係以相同的符號標示來說明。
另外，在全篇說明書與申請專利範圍所使用的用詞，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露的內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本創作的用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本創作的描述上額外的引導。
關於本文中如使用“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本創作，其僅僅是為了區別以相同技術用語描述的組件或操作而已。
其次，在本文中如使用用詞“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等，其均為開放性的用語，即意指包含但不限於。
請參閱圖1至圖8，圖1為本發明之晶圓處理系統之系統架構之前視示意圖。圖2為本發明之晶圓處理系統之運作方塊圖。圖3為本發明之晶圓處理系統之第一種實施態樣之側視示意圖。圖4為本發明之晶圓處理系統之第二種實施態樣之側視示意圖。圖5為本發明之晶圓處理系統之第三種實施態樣之側視示意圖。圖6為本發明之晶圓處理系統之第三種實施態樣尚未進行動平衡校正時之側視示意圖。圖7為本發明之晶圓處理系統之第四種實施態樣之側視示意圖。圖8為本發明之晶圓處理系統之固持部之立體結構示意圖。其中，為了更加清楚地顯示本發明之結構設計，因此圖2至圖8僅繪示出本發明之局部結構。
本發明之晶圓處理系統100包含至少一處理槽10、清洗裝置40及乾燥裝置60。處理槽10具有懸臂式轉動裝置20以及動平衡校正裝置30。懸臂式轉動裝置20具有固持部22及轉動軸24。固持部22係用以可拆卸式固持裝載有各種規格參數之晶圓80之晶圓盒90(如圖2至圖8所示)，甚至可例如直接可拆卸式固持各種規格參數之晶圓80(如圖1所示)。晶圓80之規格參數係例如選自於由數量、重量、位置及尺寸所組成之族群。轉動軸24則用以驅使固持部22轉動，藉以使得晶圓80以轉動軸24之軸心線作為轉軸而沿著轉動軸24轉動，例如順時針方向或逆時針方向R(如圖1所示)。本發明之轉動軸24可依據實際需求而具有各種轉動速度，轉動速度之範圍例如，但不限於，從大於0 rpm至高達約1萬2千rpm。清洗裝置40至少包含流體供應槽43及至少一動態噴嘴單元42，流體供應槽43係用以儲存清洗流體，動態噴嘴單元42則係連通流體供應槽43，用以於懸臂式轉動裝置20轉動晶圓80時對晶圓80噴射清洗流體以進行清洗程序。乾燥裝置60則係用以於懸臂式轉動裝置20轉動晶圓80時對已經過上述之清洗程序處理之晶圓80進行乾燥程序。
由於懸臂式轉動裝置20固持不同數量及重量之晶圓80之後，將會使得原本處於重合狀態之整體質心線之位置有不同程度的改變，所以會造成各個結構(如固持部22、轉動軸24或晶圓80)在相距轉動軸24之軸心線24a相同距離之不同位置受到不同程度之離心力，因此本發明之動平衡校正裝置30係例如依據晶圓80之規格參數、動態噴嘴單元42之運作參數、轉動軸24之轉動速度以及/或者振動狀態之一者或多者對懸臂式轉動裝置20進行對應之動平衡校正，使得懸臂式轉動裝置20在固持有不同數量及重量之晶圓80之後，於轉動時仍可處於動平衡狀態。
處理槽10例如具有護罩12環繞於懸臂式轉動裝置20之外側，使得處理槽10之內部形成密閉式或氣密式腔室。其中，護罩12例如具有蓋體15，藉以選擇性開啟或關閉處理槽10之腔室。在懸臂式轉動裝置20轉動時，處理槽10係保持固定不動。清洗裝置40及乾燥裝置60例如設於護罩12上，或位於晶圓80與護罩12之間的空間，用以分別對晶圓80進行清洗程序及乾燥程序。護罩12例如具有截流板14，截流板14例如位於護罩12之內側且由護罩12底部往上延伸，截流板14之截流口16係面對晶圓80轉動時之切線方向，藉此可攔截已完成對轉動之晶圓80進行清洗程序之清洗流體 (如廢液及/或廢氣等混合流體)。截流板14之剖面若為弧形或半圓形等頂側形成擋片之外型，還可減少攔截清洗流體時所導致之清洗流體噴濺現象，並防止這些已進行清洗程序之清洗流體重複汙染清洗當中的晶圓80。所以，本發明藉由在護罩12上設置截流板14可縮短整體進行清洗程序所需之時間。而且，若護罩12之截流板14呈傾斜狀(由護罩12一側往另一側降低高度)，即延伸方向非平行於水平面，則還可提供導流之功效，以便藉由重力將清洗流體快速且完整地排出至處理槽10之外部。其中，本發明還例如更包含排液系統18，例如抽水幫浦，排液系統18係經由輸出管件19，如輸出管19a及控制閥19b，連通至處理槽10，且位於截流板14高度較低之另一側。
本發明之處理槽10還可選擇性經由至少一防振腳72設於平台70上，護罩12可例如具有底座13，且例如包含至少一防振腳72位於護罩12之底座13與平台70之間，有助於使得處理槽10之至少一振動值進一步小於一預設值，此預設值約為10 mm/s。上述之防振腳72之數量並無限制，其係例如為任何大於1之數值，例如2、4、6或8，且例如由剛性材料(如不鏽鋼等金屬)組成，剛性材料之剛性係數(k)例如約大於100。本發明使用剛性材料之防振腳72可改變共振頻率以降低振動值。以懸臂式轉動裝置20分別固持裝載有1~22片GaAs材質之晶圓80之晶圓盒90且使用6個防振腳72為例，其中在轉速由200 rpm增加至1300 rpm時，傳統使用包覆橡膠材質之金屬防振腳(剛性係數為100)所得之三個方向(例如x軸、y軸、z軸方向，即兩個垂直之徑向方向及一個垂直於徑向方向之軸向方向)之振動值會由原本的約2 mm/s分別增加約6~25倍不等之振動值。然而本發明使用由剛性材料組成之防振腳72(剛性係數為412)所得之三個方向之振動值皆低於6 mm/s，甚至當晶圓80之數量為22片時，三個方向之振動值皆可維持在約0.3 mm/s ~1.96 mm/s之間，顯見本發明採用剛性材料之防振腳72確實具有傳統技術所無法達成之技術功效。此外，本發明之處理槽10之數量可為一個或者是多個，且材質可例如為不鏽鋼等抗酸鹼材質，但不限於此。以多個(例如兩個)處理槽10位於同一平台70為例，這兩個處理槽10藉由彼此抵靠，甚至還可達到降低振動值之效果。本發明所適用之平台70並無特別限定，其可例如為基座、框架、工作臺或甚至為地面等任何可放置處理槽10之物件。
本發明之懸臂式轉動裝置20之轉動軸24係單臂式懸空轉動，且係例如以非平行於水平面之一角度傾斜地轉動。尤其對於傳統較難清洗且容易有殘留現象之具有高深寬比之元件堆疊結構之晶圓80而言，本發明可達到較佳清潔效果，且能改善清洗流體殘留現象。在一實施態樣中，上述之角度為約10度，即轉動軸24之軸心線24a與水平面之夾角α為10度。惟，本發明之不限於此，上述之角度之範圍亦可例如為介於約0度至約90度之間。甚至，本發明之懸臂式轉動裝置20之轉動軸24亦可依據使用需求而例如為平行於(如圖7所示)或垂直於水平面轉動。本發明之一項特色在於可利用動平衡校正裝置30依據晶圓80之規格參數、清洗流體之流量、轉動軸24之轉動速度以及/或者振動狀態(如各方向上之振動值)對懸臂式轉動裝置20進行動平衡校正，亦即校正固持有晶圓80之懸臂式轉動裝置20之質心線24b與轉動軸24之軸心線24a之間之重合程度(如圖5及圖6所示)，亦即使得懸臂式轉動裝置20於轉動時處於動平衡狀態。當質心線24b與軸心線24a之重合程度越高，則轉動軸24之圓周上不同位置所受之離心力則會越接近。因此，縱使固持部22固持有各種規格參數之晶圓80，本發明皆可利用動平衡校正裝置30使得上述之質心線24b重合於轉動軸24之軸心線24a，即同一結構(如固持部22、轉動軸24或晶圓80)在相距轉動軸24之軸心線24a相同距離之不同位置可受到相同程度之離心力。所以，本發明還可降低晶圓80於轉動過程中因受力不均所導致之缺陷或破裂現象。
本發明之轉動軸24可例如為滾珠式軸承或磁浮式軸承，藉此轉動軸24可例如分別藉由驅動組件29接觸式(如馬達)驅使轉動軸24轉動或者是非接觸式(如電磁力)驅使轉動軸24懸浮並轉動。以轉動軸24為藉由電磁力驅動之磁浮式軸承為例，轉動軸24可為主動式磁浮軸承、被動式磁浮軸承或混合式(由主動式磁浮組件及被動式磁浮組件組合而成)磁浮軸承。
本發明之懸臂式轉動裝置20為單臂式轉動機構，亦即一側為支承端21a，而另一側為自由端21b。詳言之，懸臂式轉動裝置20包含連接之轉動軸24及固持部22，其中轉動軸24之一端位於上述之支承端21a，固持部22之一端連接於轉動軸24之另一端，而固持部22之另一端則位於上述之自由端21b。固持部22係經構形(configured)以可拆卸式固持各種規格參數之晶圓80，或可拆卸式固持裝載有各種規格參數之晶圓80之晶圓盒90。固持部22例如為具有多個晶圓支架23及兩連接板25a、25b，兩連接板25a、25b係分別位於晶圓支架23之兩端，藉以構成具有定位槽26之框體。其中，位於上述之自由端21b之連接板25b具有開口27連通至上述之定位槽26，因此晶圓80係經由位於自由端21b之開口27可拆卸式放置在懸臂式轉動裝置20之固持部22之定位槽26中。固持部22及其定位槽26之形狀或尺寸並無特別限定，只要可用以固持晶圓80或承載有晶圓80之晶圓盒90，並防止鬆動或脫落，均可適用於本發明中。舉例而言，晶圓盒90可例如為市售各種尺寸晶圓盒，晶圓80可為各種尺寸、數量、重量或材質，例如Si、SiC、SiGe、Ge、GaAs、GaN或InP等，且可例如為經過任何半導體製程處理而具有各種重量及元件堆疊結構，固持部22之定位槽26之形狀或尺寸則係對應於晶圓80或承載有晶圓80之晶圓盒90。
本發明之處理槽10之動平衡校正裝置30係例如設於懸臂式轉動裝置20之固持部22、轉動軸24或者是固持部22與轉動軸24上，用以自動及/或手動對轉動中及/或轉動前之懸臂式轉動裝置20進行動平衡校正，使得懸臂式轉動裝置20轉動時可保持動平衡狀態。動平衡校正裝置30之數量並無特別限定，可為一個或複數個，只要可進行動平衡校正，即可適用於本發明中。
舉例而言，本發明之處理槽10之動平衡校正裝置30係例如為主動式磁浮軸承等可利用超距力作用非接觸式對懸臂式轉動裝置20進行動平衡校正之元件。以主動式磁浮軸承為例，動平衡校正裝置30係例如包含至少一第一磁性元件32a及至少一第二磁性元件32b等磁力校正環組件，第一磁性元件32a係環設於懸臂式轉動裝置20之轉動軸24(如圖3所示)或固持部22(如圖5及6所示)上，第二磁性元件32b係非接觸式環繞懸臂式轉動裝置20，例如設於護罩12或其他位置上，藉以利用第一磁性元件32a及第二磁性元件32b之間之超距力作用，使用非接觸式方式對懸臂式轉動裝置20進行動平衡校正。第一磁性元件32a係例如為鐵片或磁鐵等磁吸元件，第二磁性元件32b則例如為可調整磁力之電磁鐵，藉以構成徑向磁浮軸承。其中，本發明之徑向磁浮軸承按結構型式可例如分為三極式、四極式、八極式、十六極式或依此類推。以八極式為例，八個磁極分成四對，形成四組獨立磁路，分別成對控制兩個方向。動平衡校正裝置30還可選擇性包含位置感測器33及控制器35。位置感測器33係用以即時感測懸臂式轉動裝置20於徑向之位置，控制器35則係依據位置感測器33之感測結果產生對應之控制訊號以即時控制徑向磁浮軸承之磁極，藉以對懸臂式轉動裝置20進行動平衡校正，直至達到所需之動平衡狀態。
此外，本發明之動平衡校正裝置30亦可例如為配重塊等質心調整結構36(如圖4所示)。以配重塊為例，質心調整結構36係例如固定式或可動式設於懸臂式轉動裝置20上，且可例如藉由樞轉、伸縮或移動對懸臂式轉動裝置20進行對應之動平衡校正。舉例而言，配重塊係例如固定式設於固持部22之晶圓支架23上，且晶圓支架23沿著轉動軸24之軸心線方向具有非等值之截面積(即粗細不同)，藉以達到動平衡校正之效果。配重塊亦可例如為可動式設於固持部22之晶圓支架23上，且可沿著轉動軸24之軸心線方向在晶圓支架23上移動位置或進行伸縮，藉以達到動平衡校正之效果。或者是，配重塊係例如樞轉式設於固持部22之晶圓支架23上，且可在晶圓支架23上進行轉動，藉由偏心作用以達到動平衡校正之效果。由於本發明所屬技術領域中具有通常知識者，基於本發明之前述揭示內容，應當明瞭如何藉由配重塊達成前述動平衡校正之功效及其所需搭配之結構與輔助構件，故此處不另贅述。
本發明之清洗裝置40具有至少一動態噴嘴單元42。動態噴嘴單元42可例如依據晶圓80之至少一規格參數自動及/或手動對應地調整至少一運作參數，用以於懸臂式轉動裝置20轉動晶圓80時對晶圓80噴射清洗流體以進行清洗程序。動態噴嘴單元42例如為於懸臂式轉動裝置20轉動晶圓80時對晶圓80掃描式(或稱往復式)噴射清洗流體以進行清洗程序，藉此可減少清洗程序所需之清洗流體之使用量。由於本發明所屬技術領域中具有通常知識者，基於本發明之前述揭示內容，應當明瞭動態噴嘴單元42如何達成前述功效及其所需搭配之結構與輔助構件，故此處不另贅述。晶圓80之規格參數係選自於由數量、重量、位置及尺寸所組成之族群，動態噴嘴單元42之運作參數係選自於由動態噴嘴單元42之噴射方位、動態噴嘴單元42之數量、清洗流體之流量、動態噴嘴單元42之往復移動速度及清洗時間所組成之族群。動態噴嘴單元42之數量例如為複數個，且例如為彼此間隔一段距離，這些動態噴嘴單元42可選擇性各自獨立運作且這些動態噴嘴單元42也可選擇性彼此協同運作以共同清洗晶圓80。其中，動態噴嘴單元42彼此協同運作之方式例如為針對一片或多片待清洗之晶圓80以相同或互補之清洗模式同時、依序或交錯地進行清洗程序，藉此可改善清洗效果並節省清洗流體之使用量。清洗流體之類型係對應於待清洗之晶圓80，且不限於液體及/或氣體。以清洗具有光阻成分之晶圓80為例，動態噴嘴單元42噴射出之清洗流體例如為清洗液(如去離子水或臭氧水等水溶液)及/或熱蒸汽(如汽化水)，或者也可為任何合適之光阻洗滌流體，甚至可依據待清洗或去除之物質而為對應之清洗流體。本發明可達到較佳清潔效果，且能改善清洗流體殘留現象，尤其是傳統較難清洗且容易有殘留現象之具有高深寬比之元件堆疊結構之晶圓80。此外，本發明所屬技術領域中具有通常知識者應當可理解，本發明之動態噴嘴單元42之運作方式並不侷限於上述內容，任何運作方式只要可達到清洗晶圓80之效果，均可適用於本發明中。
本發明之晶圓處理系統100例如更選擇性包含微波產生單元44，微波產生單元44係產生微波，用以將流體供應槽43所提供之部分或全部之清洗液(如水或臭氧水)快速且即時地加熱成為熱蒸汽，並藉由動態噴嘴單元42將熱蒸汽噴射至晶圓80上。如同上述，本發明之晶圓處理系統100例如更選擇性包含輔助氣體供應源46，用以於進行清洗程序及/或乾燥程序時，供應輔助氣體至處理槽10中。其中，輔助氣體供應源46不限於共用上述噴射出清洗流體之動態噴嘴單元42供應輔助氣體至處理槽10中，輔助氣體供應源46亦可例如經由獨立之動態噴嘴單元42供應輔助氣體至處理槽10中，或者是通過一般的氣體輸入埠17供應輔助氣體至處理槽10中，只要可供應輔助氣體至處理槽10中，即可適用於本發明中。本發明之輔助氣體供應源46例如包含臭氧供應源46a及/或熱氮氣供應源46b。同理，本發明並不侷限於上述舉例，任何合適之方式只要能提供上述之熱蒸汽及輔助氣體，均可適用於本發明中。
以清洗程序為例，若待清洗之晶圓80具有待清洗之光阻成分，則動態噴嘴單元42噴射出之清洗流體例如為水溶液及/或熱蒸汽，輔助氣體供應源46係以臭氧供應源46a供應臭氧(O
3)等輔助氣體，使得清洗流體與輔助氣體作用而即時形成臭氧水，藉以清洗晶圓80。這些水溶液及/或熱蒸汽在噴射至旋轉(如高速傾斜旋轉)之晶圓80的過程中，會先高速撞擊輔助氣體供應源46所提供之輔助氣體(臭氧氣體)而形成能夠去除光阻之臭氧水(即，蒸汽臭氧剝離(VOS)技術)，隨即接觸旋轉之晶圓80，因此可降低臭氧水與光阻間之界面擴散層之厚度，並加快臭氧水在光阻上的擴散速率。而且，本發明藉由水及/或熱蒸汽高速撞擊臭氧氣體時之高壓力，可大幅提高臭氧溶解度，故可大幅度改善傳統浸泡式光阻去除技術的低效率。本發明可有效提升臭氧水濃度，還可防止臭氧水在清洗晶圓80的過程中因半衰期或溶解度不佳而降低濃度。此外，本發明不限於此，本發明亦可例如直接以動態噴嘴單元42噴射出臭氧水或者是臭氧氣體至處理槽10中，或者另以任何其他合適方式(如經由氣體輸入埠17)提供臭氧氣體至處理槽10中。以乾燥程序為例，輔助氣體供應源46係例如以熱氮氣供應源46b供應熱氮氣(N
2)等輔助氣體至處理槽10中，藉以輔助乾燥晶圓80。由此可知，本發明藉由供應臭氧或熱氮氣等輔助氣體可縮短整體進行清洗程序或乾燥程序所需之時間。
本發明之乾燥裝置60用以於懸臂式轉動裝置20轉動晶圓80時對已經過上述之清洗程序處理之晶圓80進行乾燥程序。乾燥裝置60例如選擇性包含熱能供應單元62及/或抽氣單元64。熱能供應單元62用以在乾燥程序中供應熱能至處理槽10中，有助於加速揮發清洗流體中之清洗液，以便加速乾燥晶圓80。其中，熱能供應單元62係例如為可產生紅外光線之紅外光(IR)產生源，但不限於此。紅外光產生源可藉由發出紅外光線提供熱能至處理槽10。另外，若紅外光線之波長與清洗流體之成分產生共振而升高溫度，還可加速乾燥程序之進行。亦即，本發明不僅可藉由懸臂式轉動裝置20轉動甩出晶圓80上之清洗流體，還能藉由熱能或降低氣體壓力以便使晶圓80加速乾燥。同理，本發明亦可選擇性在進行清洗程序時，利用乾燥裝置60之熱能供應單元62(如紅外光產生源)提供熱能至處理槽10，以加速清洗程序之進行。本發明亦可選擇性在進行乾燥程序時，利用氣體輸入埠17輸出熱氮氣供應源46b所供應之熱氮氣或者是利用動態噴嘴單元42噴出熱氮氣供應源46b所供應之熱氮氣，亦即本發明藉由持續通入熱氮氣並排出熱氮氣，就可使得清洗流體從晶圓80之表面離開並排出至處理槽10之外部，故可達到乾燥晶圓80之效果。另外，熱氮氣還有助於使得清洗程序中所使用之臭氧或臭氧水加速分解成氧氣與水，故可達到潔淨排放之效果。
本發明之乾燥裝置60之抽氣單元64例如為抽氣幫浦，且例如經由輸出管件19，如輸出管19d及控制閥19c連通至處理槽10。惟，抽氣單元64連通至處理槽10之方式不限於上述舉例，只要可降低處理槽10之氣體壓力，均可適用於本發明中。在進行乾燥程序時，本發明使用抽氣單元64對處理槽10進行抽氣以降低處理槽10之氣體壓力至低於一大氣壓(760 torr)，有助使清洗流體中之清洗液加速揮發以達到加速乾燥的效果。而且，對於傳統較難乾燥之具有高深寬比之元件堆疊結構之晶圓80而言，本發明之乾燥裝置60更可縮短整體進行乾燥程序所需之時間。本發明之抽氣單元64所需提供之真空度並無限制，其範圍可從低真空度至超高真空度，只要有助於加速乾燥晶圓80，均可適用於本發明中。
綜上所述，本發明之晶圓處理系統，具有一或多個優點或技術功效：
(1)懸臂式轉動裝置可以所需速度轉動晶圓，且能節省構件使處理槽內部更為簡潔。
(2)懸臂式轉動裝置傾斜式轉動晶圓可增加清洗及乾燥晶圓之效率，傾斜式截流板更有助於排除清洗流體，且可防止清洗流體積存在處理槽中。
(3)動平衡校正裝置可使固持各種規格參數之晶圓之懸臂式轉動裝置於轉動時保持動平衡狀態。
(4)動態噴嘴單元進行清洗程序時可依據晶圓之規格參數調整運作參數，可節省清洗流體之使用量，且能更快達到清洗效果。
(5)輔助氣體供應源所供應之輔助氣體可用於輔助清洗晶圓，也可用於輔助乾燥晶圓。
(6)乾燥裝置具有熱能供應單元可升高處理槽中的溫度，還有抽氣單元可降低處理槽的氣壓，藉以加速乾燥晶圓。
(7)採用剛性材料之防振腳可有效降低振動值。
(8)採用蒸汽臭氧剝離(VOS)技術有助於提升清洗去除光阻之效果，還能顯著減少對環境、健康和安全的任何影響。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
10:處理槽
12:護罩
13:底座
14:截流板
15:蓋體
16:截流口
17:氣體輸入埠
18:排液系統
19:輸出管件
19a、19d:輸出管
19b、19c:控制閥
20:懸臂式轉動裝置
21a:支承端
21b:自由端
22:固持部
23:晶圓支架
24:轉動軸
24a:軸心線
24b:質心線
25a、25b:連接板
26:定位槽
27:開口
29:驅動組件
30:動平衡校正裝置
32a:第一磁性元件
32b:第二磁性元件
33:位置感測器
35:控制器
36:質心調整結構
40:清洗裝置
42:動態噴嘴單元
43:流體供應槽
44:微波產生單元
46:輔助氣體供應源
46a:臭氧供應源
46b:熱氮氣供應源
60:乾燥裝置
62:熱能供應單元
64:抽氣單元
70:平台
72:防振腳
80:晶圓
90:晶圓盒
100:晶圓處理系統
x、y、z:方向
R:方向
α:夾角
圖1為本發明之晶圓處理系統之系統架構之前視示意圖。
圖2為本發明之晶圓處理系統之運作方塊圖。
圖3為本發明之晶圓處理系統之第一種實施態樣之側視示意圖。
圖4為本發明之晶圓處理系統之第二種實施態樣之側視示意圖。
圖5為本發明之晶圓處理系統之第三種實施態樣之側視示意圖。
圖6為本發明之晶圓處理系統之第三種實施態樣尚未進行動平衡校正時之側視示意圖。
圖7為本發明之晶圓處理系統之第四種實施態樣之側視示意圖。
圖8為本發明之晶圓處理系統之固持部之立體結構示意圖。
10:處理槽
12:護罩
13:底座
14:截流板
16:截流口
17:氣體輸入埠
18:排液系統
19:輸出管件
19a、19d:輸出管
19b、19c:控制閥
20:懸臂式轉動裝置
22:固持部
24:轉動軸
26:定位槽
30:動平衡校正裝置
42:動態噴嘴單元
43:流體供應槽
44:微波產生單元
46:輔助氣體供應源
46a:臭氧供應源
46b:熱氮氣供應源
62:熱能供應單元
64:抽氣單元
70:平台
72:防振腳
80:晶圓
100:晶圓處理系統
x、y、z:方向
R:方向
Claims (23)
- 一種晶圓處理系統，至少包含： 至少一處理槽，具有一懸臂式轉動裝置以及一動平衡校正裝置，該懸臂式轉動裝置係具有一固持部用以固持各種規格參數之晶圓且使得該晶圓沿著該懸臂式轉動裝置之一轉動軸轉動，其中該動平衡校正裝置係對該懸臂式轉動裝置進行對應之一動平衡校正，藉以使得該懸臂式轉動裝置於轉動時處於一動平衡狀態； 一清洗裝置，具有至少一動態噴嘴單元，該動態噴嘴單元係依據該晶圓之該規格參數對應地調整至少一運作參數，用以於該懸臂式轉動裝置轉動時對該晶圓噴射一清洗流體以進行一清洗程序；以及 一乾燥裝置，用以於該懸臂式轉動裝置轉動時對已經過該清洗程序處理之該晶圓進行一乾燥程序。
- 如請求項1所述之晶圓處理系統，其中該懸臂式轉動裝置之該轉動軸係以非平行於一水平面之一角度傾斜地轉動。
- 如請求項1所述之晶圓處理系統，其中該處理槽係經由至少一組防振腳設於一平台上，藉以使得該處理槽之至少一振動值小於一預設值。
- 如請求項1所述之晶圓處理系統，其中在該動平衡狀態中，該懸臂式轉動裝置於轉動時，該轉動軸之一軸心線係重合於固持有該晶圓之該懸臂式轉動裝置之一質心線。
- 如請求項1所述之晶圓處理系統，其中該處理槽還具有一護罩環繞該懸臂式轉動裝置。
- 如請求項5所述之晶圓處理系統，其中該護罩之內側具有一截流板，該截流板之一截流口係面向對該晶圓轉動時之一切線方向，用以攔截已對轉動之該晶圓進行該清洗程序之該清洗流體。
- 如請求項1所述之晶圓處理系統，其中該動平衡校正裝置係設於該懸臂式轉動裝置之該固持部及/或該轉動軸上，用以利用一超距力作用對該懸臂式轉動裝置進行該動平衡校正，使得該懸臂式轉動裝置轉動時可保持該動平衡狀態。
- 如請求項7所述之晶圓處理系統，其中該動平衡校正裝置係一主動式磁浮軸承，用以對該懸臂式轉動裝置進行對應之該動平衡校正。
- 如請求項7所述之晶圓處理系統，其中該動平衡校正裝置係包含至少一第一磁性元件及至少一第二磁性元件，該第一磁性元件係環設於該懸臂式轉動裝置上，該第二磁性元件係非接觸式環繞該懸臂式轉動裝置，藉以利用該第一磁性元件及該第二磁性元件之間之該超距力作用，對該懸臂式轉動裝置進行對應之該動平衡校正。
- 如請求項1所述之晶圓處理系統，其中該動平衡校正裝置係一質心調整結構設於該懸臂式轉動裝置上，用以校正固持有該晶圓之該懸臂式轉動裝置之一質心線與該轉動軸之一軸心線之間之一重合程度。
- 如請求項10所述之晶圓處理系統，其中該質心調整結構係藉由樞轉、伸縮或移動對該懸臂式轉動裝置進行對應之該動平衡校正。
- 如請求項1所述之晶圓處理系統，其中該動平衡校正裝置係該懸臂式轉動裝置之該固持部之至少一晶圓支架，且該晶圓支架沿著該轉動軸之軸心線方向具有非等值之截面積。
- 如請求項1所述之晶圓處理系統，其中該清洗流體為清洗液及/或熱蒸汽。
- 如請求項13所述之晶圓處理系統，更包含一微波產生單元，該微波產生單元係藉由產生一微波將部分或全部之該清洗液加熱成為該熱蒸汽。
- 如請求項1或13所述之晶圓處理系統，更包含至少一輔助氣體供應源，用以供應至少一輔助氣體至該處理槽中。
- 如請求項15所述之晶圓處理系統，其中該清洗流體包含水溶液及/或熱蒸汽，該輔助氣體為臭氧，使得該清洗流體與該輔助氣體作用而形成臭氧水溶液，藉以清洗該晶圓。
- 如請求項15所述之晶圓處理系統，其中該輔助氣體為熱氮氣，藉以輔助乾燥該晶圓。
- 如請求項15所述之晶圓處理系統，其中該乾燥裝置包含一熱能供應單元及/或一抽氣單元，該熱能供應單元在該乾燥程序中係供應一熱能至該處理槽中，該抽氣單元在該乾燥程序中係使得該處理槽低於一大氣壓，藉以加速乾燥該晶圓。
- 如請求項1所述之晶圓處理系統，其中該晶圓之該規格參數係選自於由數量、重量、位置及尺寸所組成之族群，該動態噴嘴單元之該運作參數係選自於由該動態噴嘴單元之噴射方位、該動態噴嘴單元之數量、該清洗流體之流量、該動態噴嘴單元之往復移動速度及清洗時間所組成之族群。
- 如請求項1所述之晶圓處理系統，其中該動態噴嘴單元之數量為複數個，該些動態噴嘴單元係彼此協同運作以共同清洗該晶圓。
- 如請求項1所述之晶圓處理系統，其中該動態噴嘴單元係掃描式對該晶圓噴射該清洗流體以清洗該晶圓。
- 如請求項1所述之晶圓處理系統，其中該懸臂式轉動裝置之一側為支承端，該懸臂式轉動裝置之另一側為自由端，該晶圓係經由該自由端可拆卸式放置在該懸臂式轉動裝置之該固持部上。
- 如請求項1所述之晶圓處理系統，其中該動平衡校正裝置係依據該晶圓之該規格參數、該動態噴嘴單元之該運作參數、該轉動軸之一轉動速度以及/或者一振動狀態對該懸臂式轉動裝置進行對應之該動平衡校正。
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|---|---|
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| TW202303835A (zh) * | 2021-07-13 | 2023-01-16 | 大陸商盛美半導體設備（上海）股份有限公司 | 翻轉裝置 |
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2023
- 2023-02-24 TW TW112107000A patent/TWI831627B/zh active
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