单晶圆洁净设备与其监控方法与流程

1.本发明是关于一种晶圆洁净设备与其监控方法。


背景技术：

2.在半导体工艺中，于处理步骤后，通常会在晶圆上留下反应的残留物。举例而言，于蚀刻步骤后，常于晶圆上残留有高分子聚合物等物质。为了避免这些工艺残余物影响后续工艺的进行，并防止反应室与其他晶圆受到工艺残余物的污染，目前大都在完成处理步骤后，对处理后的晶圆进行清洗，借以移除粘附于晶圆上的工艺残余物，来确保工艺可靠度。
3.晶圆的湿式蚀刻(etching)和湿式洁净(cleaning)通常借由将批次的晶圆浸渍于液体中来达成，有时也借由将液体喷洒在批次的晶圆上来达成。然而，批次的晶圆的标准洁净循环的全部耗时较久，因此需要一种快速的单晶圆洁净工艺。


技术实现要素：

4.本发明的一实施方式是关于一种单晶圆洁净设备，包含平台、用以固持晶圆的晶圆支撑件，以及距离感测器。晶圆支撑件使晶圆相对于平台旋转。距离感测器设置于晶圆支撑件上，用以量测距离感测器与晶圆支撑件的外缘之间的距离。
5.在一些实施例中，单晶圆洁净设备还包含处理单元，处理单元连接距离感测器，以在判断晶圆支撑件异常运作之后，发出警示信号。
6.在一些实施例中，距离感测器包含激光源以及接收器，激光源的发射方向与接收器的接收方向实质上垂直于晶圆支撑件。
7.在一些实施例中，晶圆支撑件包含抓取指，用以夹持晶圆，距离感测器设置为对准抓取指。
8.在一些实施例中，单晶圆洁净设备还包含液体喷嘴，用以喷洒清洁溶液于晶圆上。
9.在一些实施例中，单晶圆洁净设备还包含气体喷嘴，用以提供气体通过晶圆的上表面。
10.本发明的另一实施方式是关于一种单晶圆洁净设备的监控方法，包含侦测晶圆支撑件与距离感测器之间的距离；判断该距离的变化量是否大于预设值；判断该距离的变化量大于预设值的持续时间是否大于预设时间；以及当晶圆支撑件与距离感测器之间的该距离的变化量大于预设值，且该距离的变化量大于预设值的持续时间也大于预设时间时，发出警示信号。
11.在一些实施例中，侦测晶圆支撑件与距离感测器之间的该距离的步骤是在晶圆支撑件固持晶圆旋转的同时进行。
12.在一些实施例中，侦测晶圆支撑件与距离感测器之间的该距离的步骤包含侦测晶圆支撑件的抓取指与距离感测器之间的距离。
13.在一些实施例中，单晶圆洁净设备的监控方法还包含在发出警示信号之后，进行
停机维修。
14.上述的单晶圆洁净设备与其监控方法可以在进行单晶圆洁净工艺的过程中实时地监控晶圆支撑件的运作状态，并在晶圆支撑件出现异常运作的时候发出警示信号，以在执行下一个晶圆的洁净处理之前排除晶圆支撑件异常运作的状况，借此提升晶圆的制造良率。
附图说明
15.为让本发明的目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的详细说明如下：
16.图1为本发明的一种单晶圆洁净设备的一实施例的侧视示意图。
17.图2为本发明的单晶圆洁净设备的一实施例运作时的俯视示意图。
18.图3a与图3b分别为本发明的单晶圆洁净设备一实施方式中，晶圆支撑件平稳运作与异常运作的距离-时间的图表。
19.图4为本发明的单晶圆洁净设备的监控方法的一实施例的流程图。
具体实施方式
20.以下将以图式及详细说明清楚说明本发明的精神，任何所属技术领域中技术人员在了解本发明的较佳实施例后，当可由本发明所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明的精神与范围。
21.在单晶圆洁净(single wafer cleaning)工艺中，晶圆上的高分子聚合物的移除可在旋转型机台上进行。旋转型机台可提供自动化单片式化学洁净工艺，适用于晶圆正面、背面及边缘的处理。在使用旋转型机台清洗晶圆上的高分子聚合物时，包含在晶圆旋转的同时，从晶圆上方将清洗溶液施放在晶圆上。借由旋转所产生的离心力，使清洗溶液布满整个晶圆而使清洗溶液与残余物反应，再借由离心力将清洗的反应物从晶圆表面上移除。接着，利用干燥气体吹拂晶圆的方式，来干燥晶圆，而完成循环的晶圆清洗。若此时晶圆的洁净度仍未达工艺标准时，可依上述步骤重复清洗晶圆，直至晶圆的洁净度已达工艺标准为止。
22.参照图1，其为本发明的一种单晶圆洁净设备的一实施例的侧视示意图。单晶圆洁净设备100包括平台110、晶圆支撑件120、至少一个喷嘴130，以及距离感测器140。晶圆200保持在晶圆支撑件120上，且晶圆支撑件120可使晶圆200围绕其中心轴以预定的速率相对于平台110旋转。
23.在一些实施例中，晶圆支撑件120可设计成根据白努利定律在平衡的下伏的流体上在所欲的方向固持晶圆200。或者，在另一些实施例中，晶圆支撑件120可配合啮合晶圆200的周围边缘的抓取指(gripping fingers)122以机械式地固持晶圆200。抓取指122的尺寸为对应于晶圆直径而设计，其中以300mm为目前使用中最普遍的晶圆直径。
24.在一些实施例中，平台110包含有多个声波转换器112，声波转换器112较佳为可产生频率范围为350khz以上的超高声波(megasonic)，其特定的频率视晶圆200的厚度而定。声波转换器112可以是压电装置，能够在垂直于晶圆200表面的方向产生声波或音波，以移除晶圆200表面的微粒。
25.在一些实施例中，经由通道114提供去离子水(de-ion water；diw)且充填满晶圆200背面与平台110间的间隙，如此声波转换器112所产生的声波可传递至晶圆200。较佳地，填充于晶圆200与晶圆200间的去离子水为已去除过气体的，如此声波较强且借此降低会损坏晶圆200的可能性。
26.喷嘴130包含液体喷嘴132，液体喷嘴132用以供应清洁用的化学物或冲洗用水(如去离子水)于晶圆200的上表面，如此当晶圆支撑件120固持着晶圆200旋转的时候，可以在晶圆200的上表面上形成液体涂层。
27.举例而言，洁净程序可包含hf－sc1－sc2等阶段。氢氟酸(hydrofluoric acid，hf)是一种用于蚀刻氧化物薄层的溶液，而后接着的是由nh4oh、h2o2和h2o的混合物所组成的标准洁净1溶液(sc1溶液)。sc1溶液主要用于移除微粒和残留的有机污染。最后是一种含有hcl、h2o2和h2o的混合物的标准洁净2溶液(sc2溶液)。sc2溶液主要是用于移除金属污染。去离子水冲洗(rinse)步骤会安插在hf、sc1与sc2溶液之间，通常在sc2溶液后会再次以去离子水冲洗并进行晶圆干燥。
28.在一些实施例中，液体喷嘴132可以是定点地(如在晶圆200的中心)喷洒清洁溶液。或者，在其他的一些实施例中，液体喷嘴132可以是以扫描的方式在晶圆200上来回地喷洒清洁溶液。液体喷嘴132为进一步通过管路连接至各个溶液/去离子水供应源。
29.除此之外，喷嘴130可还包含有气体喷嘴134，而在冲洗和/或干燥步骤时，用于将氮气和/或异丙醇的气体通过晶圆200的上表面，以快速地带离水气而干燥晶圆200的表面。除此之外，借由晶圆支撑件120所保持的晶圆200与平台110的距离增加，例如借由移动晶圆支撑件120或平台110，使得晶圆200的背面不再受到充满液体的间隙的拘束，借此使得晶圆200可在例如干燥作业时以非常高的速度旋转。
30.由于晶圆支撑件120旋转时的稳定性会影响到清洁溶液分布的均匀性，甚至会因而导致晶圆200上的缺陷产生，因此而为了确保晶圆支撑件120在运作时的稳定性，单晶圆洁净设备100使用距离感测器140实时性地观测晶圆支撑件120的运作状态。
31.请同时参照图1与图2，其中图2为本发明的单晶圆洁净设备100的一实施例运作时的俯视示意图。当进行单晶圆洁净工艺时，晶圆支撑件120的抓取指122夹持晶圆200的周围，让晶圆200被固持在晶圆支撑件120上。距离感测器140则是设置在晶圆支撑件120的正面方向，以从晶圆200的垂直方向上感测距离感测器140与晶圆支撑件120之间的距离。
32.更具体地说，由于晶圆支撑件120若是出现不正常运作的时候，往往会是在晶圆支撑件120的最外缘处的晃动幅度最大，因此，距离感测器140较佳地为设置于对准晶圆支撑件120的最外缘，如对准晶圆支撑件120的抓取指122，以提升判读的准确性。
33.在一些实施例中，距离感测器140可以为激光感测器，距离感测器140可以包含有激光源142发射激光光束l1于晶圆200上，反射光束l2的位置由接收器144所侦测，其中激光源142与接收器144之间的夹角极小，激光源142的发射方向与接收器144的接收方向实质上为垂直于晶圆支撑件120，而激光光束l1与反射光束l2几乎可视为平行光。
34.距离感测器140进一步连接至处理单元150。当晶圆200转动时，距离感测器140可定点地发射激光光束l1于晶圆支撑件120的外缘，如抓取指122上，以实时地量测晶圆支撑件120与距离感测器140之间的距离并回传至处理单元150，借以监控晶圆支撑件120是否在晶圆200转动时维持平稳地运作，并使处理单元150在判断晶圆支撑件120异常运作之后，发
出警示信号以提醒操作人员晶圆支撑件120需要进行维修。
35.如图3a与图3b所示，其分别为本发明的单晶圆洁净设备一实施方式中，晶圆支撑件平稳运作与异常运作的距离-时间的图表。若是晶圆支撑件平稳运作，则如图3a所示，晶圆支撑件与距离感测器之间的距离大致上会是维持定值，而若是晶圆支撑件异常运作，则如图3b所示，晶圆支撑件与距离感测器之间的距离会出现较明显的振幅，并且此振幅为具有一定的规律性。因此，当晶圆支撑件与距离感测器之间的距离的振幅大于预设值，如大于正负0.2公分，且维持一段时间，如超过五秒钟，则表示晶圆支撑件出现异常，需停机进行维修。
36.参照图4，其为本发明的单晶圆洁净设备的监控方法的一实施例的流程图。首先，步骤402为侦测晶圆支撑件与距离感测器之间的距离，其中距离感测器可以为激光源与接收器的组合，并且距离感测器在晶圆支撑件的垂直方向上侦测晶圆支撑件与距离感测器之间的距离。步骤402是在晶圆固持于晶圆支撑件上并在进行单晶圆洁净的同时进行。
37.接着，步骤404为判断该距离的变化量(即振幅)是否大于预设值，若是该距离的变化量大于预设值，如大于正负0.2公分，则接着进入步骤406，判断该距离的变化量大于预设值的持续时间是否大于预设时间，如大于五秒钟。由于前述的步骤402是在晶圆固持于晶圆支撑件上并在进行单晶圆洁净的同时进行，有时实务上会因为晶圆支撑件表面上的流体或是晶圆支撑件的抓取指的表面形貌让该距离出现些微的变化，为了排除这些变化，本发明的实施例在步骤404与步骤406中的判断值会是经过安排的。
38.若是步骤404与步骤406中，晶圆支撑件与距离感测器之间的距离的变化量大于预设值，且该距离的变化量大于预设值的持续时间也大于预设时间，则表示晶圆支撑件出现异常运作。接着进入步骤408，发出警示信号提示人员，而后进入步骤410，进行停机维修。
39.步骤410的停机维修动作可以设定为等待跑完当次的晶圆洁净处理，或是设定为在发出警报的同时就直接停机。不管是上述哪种情况，都可以在执行下一个晶圆的洁净处理之前排除晶圆支撑件异常运作的状况，能够借此提升晶圆的制造良率。
40.本发明的一实施方式中所提供的单晶圆洁净设备与其监控方法，可以在进行单晶圆洁净工艺的过程中实时地监控晶圆支撑件的运作状态，并在晶圆支撑件出现异常运作的时候发出警示信号，以在执行下一个晶圆的洁净处理之前排除晶圆支撑件异常运作的状况，借此提升晶圆的制造良率。
41.虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
42.【符号说明】
43.100:单晶圆洁净设备
44.110:平台
45.112:声波转换器
46.114:通道
47.120:晶圆支撑件
48.122:抓取指
49.130:喷嘴
50.132:液体喷嘴
51.134:气体喷嘴
52.140:距离感测器
53.142:激光源
54.144:接收器
55.150:处理单元
56.200:晶圆
57.l1:激光光束
58.l2:反射光束
59.402:步骤
60.404:步骤
61.406:步骤
62.408:步骤
63.410:步骤。

技术特征：
1.一种单晶圆洁净设备，其特征在于，包含：平台；晶圆支撑件，用以固持晶圆，使该晶圆相对于该平台旋转；以及距离感测器，设置于该晶圆支撑件上，用以量测该距离感测器与该晶圆支撑件的外缘之间的距离。2.根据权利要求1所述的单晶圆洁净设备，其中，还包含：处理单元，连接该距离感测器，以在判断该晶圆支撑件异常运作之后，发出警示信号。3.根据权利要求1所述的单晶圆洁净设备，其中该距离感测器包含激光源以及接收器，该激光源的发射方向与该接收器的接收方向实质上垂直于该晶圆支撑件。4.根据权利要求1所述的单晶圆洁净设备，其中该晶圆支撑件包含抓取指，用以夹持该晶圆，该距离感测器设置为对准该抓取指。5.根据权利要求1所述的单晶圆洁净设备，其中，还包含液体喷嘴，用以喷洒清洁溶液于该晶圆上。6.根据权利要求1所述的单晶圆洁净设备，其中，还包含气体喷嘴，用以提供气体通过该晶圆的上表面。7.一种单晶圆洁净设备的监控方法，其特征在于，包含以下步骤：侦测晶圆支撑件与距离感测器之间的距离；判断该距离的变化量是否大于预设值；判断该距离的该变化量大于该预设值的持续时间是否大于预设时间；以及当该晶圆支撑件与该距离感测器之间的该距离的该变化量大于该预设值，且该距离的该变化量大于该预设值的该持续时间也大于该预设时间时，发出警示信号。8.根据权利要求7所述的单晶圆洁净设备的监控方法，其中侦测该晶圆支撑件与该距离感测器之间的该距离的步骤是在该晶圆支撑件固持晶圆旋转的同时进行。9.根据权利要求7所述的单晶圆洁净设备的监控方法，其中侦测该晶圆支撑件与该距离感测器之间的该距离的步骤包含侦测该晶圆支撑件的抓取指与该距离感测器之间的垂直距离。10.根据权利要求7所述的单晶圆洁净设备的监控方法，其中，还包含在发出该警示信号之后，进行停机维修。

技术总结
一种单晶圆洁净设备，包含平台、用以固持晶圆的晶圆支撑件，以及距离感测器。晶圆支撑件使晶圆相对于平台旋转。距离感测器设置于晶圆支撑件上，用以量测距离感测器与晶圆支撑件的外缘之间的距离。一种单晶圆洁净设备的监控方法也在此揭露。单晶圆洁净设备与其监控方法可以在进行单晶圆洁净工艺的过程中实时地监控晶圆支撑件的运作状态，并在晶圆支撑件出现异常运作的时候发出警示信号，以在执行下一个晶圆的洁净处理之前排除晶圆支撑件异常运作的状况，借此提升晶圆的制造良率。借此提升晶圆的制造良率。借此提升晶圆的制造良率。


技术研发人员：蔡奉儒 董学儒
受保护的技术使用者：南亚科技股份有限公司
技术研发日：2022.03.11
技术公布日：2023/8/28