整合水分去除與干燥的處理設備及半導體晶片的處理方法
【專利摘要】本發明提供一種整合水分去除與干燥的處理設備及半導體晶片的處理方法，所述整合水分去除與干燥的處理設備包含：一處理室，用以在同一工藝內完成晶片表面的水分去除及干燥；一溶劑供給回收單元，經由一循環管線連接至所述處理室；一氣體供給單元，經由一進氣管線連接至所述處理室；一控制單元，與所述處理室、所述溶劑供給回收單元及所述氣體供給單元電性連結。采用本發明的整合水分去除與干燥的處理設備及半導體晶片的處理方法，可以大幅降低生產成本并縮短工藝時間。
【專利說明】
整合水分去除與干燥的處理設備及半導體晶片的處理方法
技術領域
[0001]本發明涉及晶片表面的處理技術，特別是指一種整合水分去除與干燥的處理設備及半導體晶片的處理方法。
【背景技術】
[0002]在次微米或深次微米的晶片工藝中，舉凡薄膜的沉積、高溫爐管的熱擴散或熱氧化、或蝕刻后的晶片表面處理等步驟，通常都需要用到許多高純度的化學品來清洗，隨后再用高純度的去離子水來洗滌，而且經去離子水洗滌后的晶片在進行下一道工藝之前必須去除表面水分并予以干燥，以避免晶片受到污染。
[0003]晶片的污染源一般可分為兩大類:一種是微粒子，微粒子的污染源包括硅屑、石英屑、空氣、灰塵、操作人員和工藝機臺的飛塵、以及光致抗蝕劑片、細菌等；另一種是膜，膜污染主要是圓上的異物(foreign material, FM)所引起，除此之外還包括有機溶劑殘留物(如丙酮、三氯乙烯、異丙醇、甲醇、二甲苯)、光致抗蝕劑顯影劑、以及油膜、金屬膜等。
[0004]弘塑公司所擁有的專利(TW 588434)提供一種晶片水分去除裝置，其包括一蝕刻處理槽、一純水溢流槽、一溶劑槽與一干燥槽。蝕刻處理槽用以蝕刻去除光致抗蝕劑膜，純水溢流槽用以清洗蝕刻用的化學液，溶劑槽內可置入經去離子水洗滌后的整批晶片，其中溶劑可取代晶片表面的水分，干燥槽則用以使溶劑蒸發而達到干燥目的。
[0005]進一步而言，所述晶片水分去除裝置在實際使用時，溶劑槽內的溶劑需要定期做更換以避免因溶劑中的水分蒸發而造成濃度改變，從而影響到晶片表面的水分去除，惟溶劑的消耗在生產成本中占有相當大的比重。另外，于更換溶劑，通常需要先將溶劑槽內原來的舊溶劑排空，然后清洗溶劑槽以避免污染新溶劑；然而，所述晶片水分去除裝置在此情況下無法有效執行晶片水分去除作業而閑置下來，此浪費的閑置時間會延長工藝所需時程。此外，由于待處理晶片必須先于溶劑槽內將水分去除，之后才被搬送到干燥槽內將溶劑蒸發，此浪費的傳輸時間也會延長工藝所需時程，因而降低產出速率。
[0006]因此，本發明人有鑒于常用的晶片水分去除裝置實在有其改良的必要性，遂以其多年從事相關領域的創作設計及專業制造經驗，在各方條件的審慎考量下終于開發出本發明。
【發明內容】
[0007]本發明針對現有技術存在的缺失，主要目的在于提供一種整合水分去除與干燥的處理設備，其能夠以較低的工藝成本達到更佳的洗凈及晶片表面的干燥效果。
[0008]本發明的另一目的在于提供一種半導體晶片的處理方法，其能夠在同一工藝(chamber)內完成晶片表面的水分去除及干燥，以減少作業時間進而提高生產能力。
[0009]為實現上述目的及功效，本發明采用以下技術方案:一種整合水分去除與干燥的處理設備，其包括一處理室、一溶劑供給回收單元、一氣體供給單元及一控制單元。其中，所述處理室用以在同一工藝內完成晶片上的水分去除及晶片干燥；所述溶劑供給回收單元經由一循環管線連接至所述處理室；所述氣體供給單元經由一進氣管線連接至所述處理室；所述控制單元與所述處理室、所述溶劑供給回收單元及所述氣體供給單元電性連結，用以在置入經高潔凈水清洗后的至少一晶片于所述處理室內后，控制所述溶劑供給回收單元將一溶劑供應于所述處理室以置換至少一所述晶片上殘留的水分，等待一段時間后控制所述溶劑供給回收單元將所述溶劑予以回收，然后在所述溶劑緩慢排出所述處理室的同時或在所述溶劑完全排出所述處理室后，控制所述氣體供給單元供應一干燥氣體于所述處理室以去除至少一所述晶片上殘留的溶劑。
[0010]在本發明的整合水分去除與干燥的處理設備的一個實施方式中，所述整合水分去除與干燥的處理設備還包括至少一溶劑預備單元，至少一所述溶劑預備單元經由一預備管線連接至所述處理室。
[0011]在本發明的整合水分去除與干燥的處理設備的另一個實施方式中，所述溶劑供給回收單元內設有一含水率感測器。
[0012]在本發明的整合水分去除與干燥的處理設備的另一個實施方式中，所述整合水分去除與干燥的處理設備還包括一震蕩單元，所述震蕩單元設置于所述處理室的底部或周緣。
[0013]在本發明的整合水分去除與干燥的處理設備的另一個實施方式中，所述處理室具有一注入端及一相對于所述注入端的排出端，所述循環管線包括一溶劑供給管及一溶劑排出管，所述溶劑供給管接設于所述注入端與所述溶劑供給回收單元之間，所述溶劑排出管接設于所述排出端與所述溶劑供給回收單元之間。
[0014]在本發明的整合水分去除與干燥的處理設備的另一個實施方式中，所述排出端進一步設置至少一快排閥件。
[0015]本發明進一步采用以下技術方案:一種半導體晶片的處理方法，包括下列步驟:首先，利用高潔凈水清洗至少一晶片上的半導體工藝的污染物；接著，將經高潔凈水清洗后的至少一所述晶片置入一處理室；然后，將一溶劑供應至所述處理室，以置換至少一所述晶片上殘留的水分；最后，等待一段時間后將所述溶劑排出所述處理室外進行回收再利用，并通入一干燥氣體于所述處理室，以去除至少一所述晶片上殘留的所述溶劑。
[0016]本發明與現有技術相比具有明顯的優點與有益效果如下:本發明的整合水分去除與干燥的處理設備通過處理室、溶劑供給回收單元與氣體供給單元之間形成的特定連結關系，可以在同一處理空間內及同一工藝步驟中來完成晶片表面的水分去除及干燥處理，進而可以有效縮短工藝時間。
[0017]再者，溶劑供給回收單元可以回收排放出處理室外的溶劑，并在回收溶劑的含水率不高的情況下再次將其供應至處理室進行重復利用，以此方式來減少生產成本。
[0018]本發明的其他目的和優點可以從本發明所公開的技術特征得到進一步的了解。為了讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例并配合所附附圖作詳細說明如下。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明第一實施例的整合水分去除與干燥的處理設備的結構示意圖。
[0020]圖2為應用本發明第一實施例的整合水分去除與干燥的處理設備的方塊圖。
[0021]圖3為本發明的處理室的側視角示意圖。
[0022]圖4為本發明的處理室的下視角示意圖。
[0023]圖5為本發明第二實施例的整合水分去除與干燥的處理設備的結構示意圖。
[0024]圖6為本發明的半導體晶片的處理方法的流程示意圖。
[0025]其中，附圖標記說明如下:
[0026]100處理設備
[0027]I 處理室
[0028]11處理室本體 111注入端
[0029]112排出端
[0030]113快排閥件
[0031]12 封蓋
[0032]13處理空間
[0033]2 溶劑供給回收單元
[0034]20循環管線
[0035]21溶劑供給
[0036]22溶劑排出管
[0037]23主進料管
[0038]24溶劑供應端
[0039]25含水率感測器
[0040]3 氣體供給單元
[0041]30進氣管線
[0042]31進氣管
[0043]32輸氣管
[0044]33干燥氣體供應端
[0045]34配管用加熱器
[0046]4 控制單元
[0047]5 震蕩單元
[0048]6 溶劑預備單元
[0049]60預備管線
[0050]61預備進料管
[0051]62預備出料管
[0052]200工藝裝置
[0053]300清洗裝置
[0054]W 晶片
[0055]C 晶片載具
【具體實施方式】
[0056]本發明從縮短整體工藝時間及高揮發性溶劑的回收再利用的角度出發，所公開的內容是關于“利用高潔凈水(DI water)將附著于晶片上的半導體污染源清洗掉，并且在同一工藝中通過溶劑的高揮發性及與水的互溶性使溶劑取代晶片表面的水分，然后揮發掉溶劑晶片表面上的殘留溶劑，以達到晶片完全干燥”的技術手段。
[0057]以下將通過特定具體實施例并配合所附附圖來說明本發明整合水分去除與干燥的處理設備的創新特征及其后續應用，使本領域普通技術人員可由本發明所公開的內容輕易了解本發明主要創新部分。應理解的是，實施例內容及附圖并非系用以限制本案，且本領域的普通技術人員在不悖離本發明的精神下所作各種修飾與變化，其皆不脫離本發明的范圍。
[0058][第一實施例]
[0059]請參考圖1，為本發明第一實施例的整合水分去除與干燥的處理設備的結構示意圖。如圖所示，本實施例的處理設備100主要包括一處理室1、一溶劑供給回收單元2及一氣體供給單元3。
[0060]請參考圖2，所述處理設備100在實際應用時，可以和工藝裝置200與清洗裝置300搭配使用。具體來說，由于工藝裝置200于處理晶片時會產生半導體工藝污染物，例如金屬雜質、有機物污染、微塵粒或天然氧化物等，而且待處理的晶片經過工藝裝置200處理后可被搬送到所述清洗裝置300 (如清洗槽)內，利用高潔凈水清除晶片表面的半導體工藝污染物，因此，必須利用處理設備100將晶片表面的水分去除，并使晶片干燥。應理解的是，以上所述只是所述處理設備100的一典型實施方式而已，本發明的后續應用能夠在不同的方式上具有各種的變化。
[0061]請一并參考圖1、圖3及圖4，圖3及圖4分別為本發明一較佳實施例的處理室的側視角及下視角示意圖。處理室I包括一處理室本體11及一封蓋12，在本實施例中，處理室本體11為一立方體狀的槽體，并且是用耐腐蝕材料，例如不銹鋼、鋁或石英等制成。處理室本體11并包圍界定一處理空間13，提供晶片W進行表面的水分去除及干燥處理等程序。而在其他實施例中，處理室本體11也可以為因應工藝需求、與揮發性溶劑和干燥氣體的供給方式而選用一非立方體狀的槽體。
[0062]更詳細地說，處理室本體11具有一注入端111及一相對于注入端111的排出端112，其中注入端111及排出端112都與處理空間13相連通，而注入端111及排出端112與溶劑供給回收單元2之間可形成閉路循環，并且注入端111可進一步提供氣體供給單元3通入干燥氣體。
[0063]封蓋12通過樞軸件而可樞轉地安裝于一固定基架(圖中未示出)上，如此，封蓋12可通過掀翻的動作而與處理室本體11的注入端111作結合，并且可以根據操作需求于一開啟位置與一蓋闔位置之間往復移動。值得注意的是，處理室本體11的排出端112設有至少一快排閥件113 (如圖4所示)，用以將處理空間13內的液體快速排盡，例如，方便操作人員對處理室I進行檢測及例行性的維護工作，但快排閥件113的應用范圍不為此限。
[0064]溶劑供給回收單元2可以是流體儲槽，例如、但不限于溶劑緩沖槽。溶劑供給回收單元2接收并儲存具高揮發性且可與水互溶的有機溶劑，例如異丙醇(IPA)、甲醇、乙醇或丙酮等，值得說明的是，這類溶劑的表面張力通常低于高潔凈水，且揮發性通常高于高潔凈水，因此，有助于帶走晶片W表面的水分。
[0065]請一并參考圖1及圖2，進一步說明溶劑供給回收單元2與處理室I的連結關系，溶劑供給回收單元2主要經由一循環管線20連接至處理室I。所述循環管線20至少包含一條溶劑供給管21與一條溶劑排出管22，其中溶劑供給管21可通過處理室本體11的注入端111與處理空間13相連通，溶劑排出管22可通過處理室本體11的排出端112與處理空間13相連通。另外，在實際應用時，溶劑供給回收單元2還經由一主進料管23與溶劑供應端24相連通，藉此，可以從溶劑供應端24補充新的溶劑。
[0066]值得說明的是，通過循環管線20的配置，溶劑供給回收單元2可供應溶劑于處理室本體11的處理空間13，使經清洗后而表面殘留有水分的晶片W完全浸泡于溶劑中，進行溶劑與高潔凈水之間的置換以帶走晶片W表面的水分；再者，待晶片W表面的水分被溶劑完全帶走后，溶劑供給回收單元2可將使用過的溶劑予以回收，并在回收溶劑的含水率不高的情況下重復再利用。
[0067]在實際應用時，溶劑供給回收單元2內可設有一含水率感測器25，用以偵測回收溶劑的含水率，而操作人員基于此，可以準確地判斷溶劑更換的時間點，避免因水分蒸發而導致組成濃度改變，使產品的良率受到影響。
[0068]進一步說明氣體供給單元3與處理室I的連結關系，氣體供給單元3可以是干燥氣體槽，并且氣體供給單元3主要經由一進氣管線30而同時連接于處理室I與干燥氣體供應端33之間。更詳細地說，所述進氣管線30包含一條進氣管31與至少一條輸氣管32，其中氣體供給單元3經由進氣管31與干燥氣體供應端33相連通，氣體供給單元3并經由輸氣管32供應干燥氣體于處理室I的處理空間13。
[0069]在實際應用時，條輸氣管32的管壁上可設有一配管用加熱器34，用以將干燥氣體加熱至一適當的特定溫度，藉此，可加快溶劑的揮發速度。附帶一提，在本實施例中，溶劑供給回收單元2所用溶劑為IPA，而氣體供給單元3所用干燥氣體為氮氣，但本發明不為此限。
[0070]值得注意的是，所述整合水分去除與干燥的處理設備100通過處理室1、溶劑供給回收單元2與氣體供給單元3之間形成的特定連結關系，可以搭配一控制單元4來實現「在同一處理空間13內、并在同一工藝步驟中去除晶片表面的水分及對晶片W進行干燥處理」的自動化操作。所述控制單元4電性連接處理室1、溶劑供給回收單元2與氣體供給單元3，其可以是個人電腦、筆記型電腦、工業用電腦、CPU或其他能進行計算的計算裝置。
[0071]在實際應用時，控制單元4能在待處理的晶片W(如經高潔凈水洗滌后的晶片)置于處理空間13時，首先令溶劑供給回收單元2供應溶劑于處理空間13，以置換晶片W表面上的水分(洗滌后殘留的水分)；接著，控制單元4能在等待一段時間后令處理室I將溶劑排出處理空間13，并控制溶劑供給回收單元2將高揮發性溶劑予以回收；之后，最重要的是，控制單元4能在溶劑緩慢排出處理空間13的同時，或是在溶劑完全排出處理空間13之后，令氣體供給單元3供應干燥氣體于處理空間13，藉此將晶片W表面的溶劑(浸泡后殘留的溶劑)蒸發掉，使晶片W完全干燥。
[0072]進一步值得注意的是，所述整合水分去除與干燥的處理設備100可進一步搭配一震蕩單元5以增進溶劑與高潔凈水間的置換速率，所述震蕩單元5可包含一超聲波裝置或多個振動器且設置于處理室本體I的底部或周緣。
[0073]在實際應用時，超聲波裝置可對處理室I施加振蕩頻率范圍介于20，OOOHz至100，OOOHz的超聲波震蕩，而振動器可對處理室I施加振蕩頻率范圍介于IKHz至20，OOOHz的聲波震蕩。通過震蕩單元5的配置，只需要I至30分鐘的時間，便可達到去除晶片W表面水分的目的。
[0074][第二實施例]
[0075]請參考圖5，為本發明第二實施例的整合水分去除與干燥的處理設備的結構示意圖。本實施例與前一實施例相比，本實施例的處理設備100還包括:溶劑預備單元6。
[0076]所述溶劑預備單元6可以是流體儲槽，例如但不限于溶劑預備槽，溶劑預備單元6接收并儲存一具高揮發性且可與水互溶的有機溶劑，例如異丙醇(IPA)、甲醇、乙醇或丙酮。另外，在實際應用時，溶劑預備單元6內的溶劑可以和溶劑供給回收單元2內的溶劑相同或不相同。
[0077]進一步說明溶劑預備單元6與其他裝置間的連結關系，溶劑預備單元6主要經由一預備管線60而連接于處理室I與干燥氣體供應端24之間。更詳細地說，所述預備管線60至少包含一條預備進料管61與一條預備出料管62，其中預備進料管61連接至主進料管23，預備出料管62連接至溶劑供給管21。藉此，溶劑預備單元6可經由預備進料管61及主進料管23、進而與溶劑供應端24相連通，并可經由預備出料管62及溶劑供給管21、進而與處理空間13相連通。
[0078]在實際應用時，控制單元4進一步電性連接溶劑預備單元6，且控制單元4能在處理設備100因其溶劑供給回收單元2進行排放廢棄溶劑及更換新的溶劑而發生閑置時，令溶劑預備單元6供應溶劑于處理空間13，以置換晶片W表面上的水分(洗滌后殘留的水分)，藉此提升整體性工藝效率。
[0079]請一并參考圖1及圖6，本發明整合水分去除與干燥的處理設備的特征、優點及所能達成的功效已具體說明如上，接下來將進一步介紹其應用。如圖6所示，本發明較佳實施例提供一種應用所述處理設備的半導體晶片的處理方法，包括如下步驟:
[0080]首先，執行步驟S100，利用高潔凈水清洗至少一晶片W上的半導體工藝的污染物。于具體施行時，表面附著半導體工藝污染物的晶片W可承載于晶片載具C上，并連晶片載具C一同被搬送到清洗裝置(圖中未顯示)內，然后以高潔凈水、并通過浸泡或沖洗的方式洗凈晶片W表面的半導體工藝污染物。在其他的實施例中，本步驟所用高潔凈水可以在達到某一特定溫度時才開始進行晶片W表面的洗凈。
[0081]接著，執行步驟S102，將經高潔凈水清洗后的至少一所述晶片W置入一處理室I。于具體施行時，經過清洗而表面殘留高潔凈水的晶片W可承載于晶片載具C上，并連晶片載具C 一同被搬送到處理室I的處理空間13內，而后使封蓋12處于蓋闔位置以與處理室本體11的注入端111結合。
[0082]然后，執行步驟S104，將一溶劑供應至所述處理室1，以置換至少一所述晶片W上殘留的高潔凈水。于具體施行時，溶劑供給回收單元2能根據控制單元4所發出的控制命令，供應高揮發性溶劑于處理空間13，使表面上仍殘留有相當數量高潔凈水的晶片W浸泡于溶劑中，以進行溶劑與高潔凈水間的置換，帶走晶片W表面的水分。較佳地，于置換程序中可通過震蕩單元5所施加的超聲波聲波震蕩或聲波震蕩來增進高揮發性溶劑與高潔凈水間的置換速率。
[0083]最后，執行步驟S106，等待一段時間后將所述溶劑排出所述處理室I外進行回收再利用，同時通入一干燥氣體于所述處理室1，以去除至少一所述晶片W上殘留的所述溶劑。于具體施行時，處理室I能根據控制單元4所發出的控制命令，將高揮發性溶劑排出處理空間13外，而后氣體供給單元3能根據控制單元4所發出的另一控制命令，將干燥氣體通入處理室1，進而干燥噴吹于晶片W表面，藉以將晶片W表面的高揮發性溶劑蒸發掉，達到晶片完全干燥的效果。
[0084]更進一步值得注意的是，為了因應更復雜的工藝及品質要求，所述干燥氣體可于排出高揮發性溶劑的同時注入處理空間13，以同時進行晶片W表面的水分去除及晶片干燥；或者，所述干燥氣體也可于高揮發性氣體完全排出處理空間13之后始注入處理空間13。
[0085]綜上所述，相較于現有技術是在不同的處理空間內及不同的工藝步驟中來進行晶片表面的水分去除及晶片干燥處理，本發明至少具有下列的優點:
[0086]1.首先，本發明的整合水分去除與干燥的處理設備通過處理室、溶劑供給回收單元與氣體供給單元之間形成的特定連結關系，可以在同一處理空間內及同一工藝步驟中來完成晶片表面的水分去除及干燥處理，進而可以有效縮短工藝時間。
[0087]2.承上述，溶劑供給回收單元可以回收排放出處理室外的溶劑，并在回收溶劑的含水率不高的情況下再次將其供應至處理室進行重復利用，以此方式來減少生產成本。
[0088]3.其次，所述整合水分去除與干燥的處理設備可以搭配至少一溶劑預備單元，藉此在需要進行溶劑供給回收單元內的溶劑更換時，通過溶劑預備單元來供應新的溶劑至處理室，以避免處理室發生閑置，進而可以提升整體性工藝效率。
[0089]4.再者，所述整合水分去除與干燥的處理設備可以確實降低晶片上的缺陷，增加了設備維護保養的時間間隔，并使產能得到有效提升。
[0090]惟以上所述僅為本發明的較佳實施例，非意欲局限本發明的專利保護范圍，故舉凡運用本發明說明書及附圖內容所為的等效變化，均同理皆包含于本發明的權利保護范圍內，合予陳明。
【主權項】
1.一種整合水分去除與干燥的處理設備，其特征在于，包括: 一處理室，用以在同一工藝內完成晶片上的水分去除及晶片干燥； 一溶劑供給回收單元，經由一循環管線連接至所述處理室； 一氣體供給單元，經由一進氣管線連接至所述處理室；及 一控制單元，與所述處理室、所述溶劑供給回收單元及所述氣體供給單元電性連結，用以在置入經高潔凈水清洗后的至少一晶片于所述處理室內后，控制所述溶劑供給回收單元將一溶劑供應于所述處理室以置換至少一所述晶片上殘留的水分，等待一段時間后控制所述溶劑供給回收單元將所述溶劑予以回收，然后在所述溶劑緩慢排出所述處理室的同時或在所述溶劑完全排出所述處理室后，控制所述氣體供給單元供應一干燥氣體于所述處理室以去除至少一所述晶片上殘留的溶劑。2.根據權利要求1所述的整合水分去除與干燥的處理設備，還包括至少一溶劑預備單元，至少一所述溶劑預備單元經由一預備管線連接至所述處理室。3.根據權利要求2所述的整合水分去除與干燥的處理設備，其中所述溶劑供給回收單元內設有一含水率感測器。4.根據權利要求1所述的整合水分去除與干燥的處理設備，還包括一震蕩單元，所述震蕩單元設置于所述處理室的底部或周緣。5.根據權利要求1所述的整合水分去除與干燥的處理設備，其中所述處理室具有一注入端及一相對于所述注入端的排出端，所述循環管線包括一溶劑供給管及一溶劑排出管，所述溶劑供給管接設于所述注入端與所述溶劑供給回收單元之間，所述溶劑排出管接設于所述排出端與所述溶劑供給回收單元之間。6.根據權利要求5所述的整合水分去除與干燥的處理設備，其中所述排出端進一步設置至少一快排閥件。7.一種半導體晶片的處理方法，其特征在于，包括下列步驟: 利用高潔凈水清洗至少一晶片上的半導體工藝的污染物； 將經高潔凈水清洗后的至少一所述晶片置入一處理室； 將一溶劑供應至所述處理室，以置換至少一所述晶片上殘留的水分；及 等待一段時間后將所述溶劑排出所述處理室外進行回收再利用，并通入一干燥氣體于所述處理室，以去除至少一所述晶片上殘留的所述溶劑。8.根據權利要求7所述的半導體晶的圓處理方法，其中在通入一干燥氣體于所述處理室的步驟中，所述干燥氣體是在排出所述溶劑的同時通入于所述處理室。9.根據權利要求7所述的半導體晶片的處理方法，其中在通入一干燥氣體于所述處理室的步驟中，所述干燥氣體是在完全排出所述溶劑后始通入于所述處理室。10.根據權利要求7所述的半導體晶片的處理方法，其中所述溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇或丙酮。
【文檔編號】H01L21/02GK105895552SQ201510038219
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年1月26日
【發明人】黃立佐, 吳進原, 姜瑞豐, 葉蔭晟
【申請人】弘塑科技股份有限公司