用于盤狀物的液體處理的設備的制作方法

專利名稱：用于盤狀物的液體處理的設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于盤狀物特別是晶片的主表面的限定區域上進行液體處理的設備和過程。
一塊晶片，例如一塊硅晶片，在其所有面上可以有二氧化硅之類的涂層，為隨后的操作(例如，當要施加金鍍層或多晶硅(多晶體硅)層時)，至少在晶片主表面的邊緣區上去掉已存在的涂層是需要的，并且也可以是在晶片周邊表面和/或第二主表面的區域上去掉已存在的涂層。這由蝕刻處理來完成，其中蝕刻處理主要可分為干蝕刻處理和濕蝕刻處理。此外還希望去掉一種金屬(例如，銅)，該金屬是事先電鍍到半導體基片的主表面的某些區域上的。在這種情況下，該區域可能要么是一個靠近邊緣的環形區域，要么就是前主表面(器件結構位于其上的主表面＝器件面)上的沒有器件的區域，也就是非芯片區。
另一種應用是清潔晶片，這里，至少清潔晶片主表面的邊緣區域是必須的，但也可清潔晶片圓周表面和/或第二主表面的區域，也就是要清除顆粒物和/或其它的污染物。這由濕清潔處理來完成。
另一種的液體處理是涂層的涂覆，例如，金屬的電鍍涂覆，這可以用電流或不用電流來完成，后一種情況為“無電流電鍍”。
本發明著眼于濕蝕刻，濕清潔或鍍層的濕化學應用(合起來稱為液體處理)，要處理的晶片表面區域由處理液來浸潤，并且清洗掉要除去的鍍層或者雜物，或者在該表面區域建立一鍍層。
在液體處理過程中，盤狀物可以靜止，也可以轉動(例如，繞一個軸轉動)。
在一種非控制方式下，為阻止處理液到達不需要處理的表面，EP 0316 296 B1提出一種平臺器(夾盤)，其用氣體沖刷朝向平臺器的且不需要處理的表面。這樣做之后，氣體出現在晶片邊緣和平臺器之間。
JP 09-181026 A描述了一種用于半導體晶片的平臺器，在一個環形噴管之外，該平臺器有一種特殊形狀，例如，一個向外部下降的環形臺階面，或者其邊緣的一個切削平面。該文獻也提出一種進氣孔。通過這種形狀亦即進氣孔影響(減少)在邊緣區域的流動速度。這用于使從上面提供的處理液流向晶片邊緣之外到達晶片朝向夾盤的一側，并在那里處理一個邊緣區域。
無論在EP 0316296 B1或JP 09-181026 A(英文文摘)中是否用到一種用于處理盤狀物的裝置(平臺器或夾盤)，在朝向平臺器的主表面上，一個最大為1.5毫米的邊緣區域(從晶片的外緣開始來測量)被處理。隨后，液體流回到晶片邊緣，并且該液體被甩掉。在這兩份文獻中，這種被處理的邊緣沒有特意地限定，而是一個隨機的結果，這是因為邊緣區域的大小很大程度上依賴于許多相互影響的因素，例如，表面構成(吸收層的粗糙度，類型，和厚度)，溫度，壓力和濕度等。
US4 838 289 A展示一種用于蝕刻晶片邊緣的系統，其特征是，一個噴管指向要處理的晶片表面區域，同時晶片轉動。這個系統的缺點是，要處理的區域不能準確限定，而且液體也能到達不要處理的區域。
由此，在其最總括的實施例中，本發明提出一種用于盤狀物特別是晶片的限定區域的液體處理的設備，其包括夾緊裝置，其用于夾住盤狀物；一個掩模，其形狀和大小對應于要進行液體處理的限定部分的區域；和定位裝置，其使掩模和盤狀物相互間保持限定的小間距，以便液體能由毛細作用力來限定在掩模和盤狀物上的限定區域之間。
夾緊裝置可以是其它裝置，包括真空夾緊裝置，夾住盤狀物周邊的夾緊裝置，或所謂的伯努利(Bernoull)吸盤在內。
掩模這樣布置，當一個盤狀物(晶片)位于平臺器上時，掩模沒有接觸盤狀物(晶片)，也就是，在晶片和掩模之間有一個間隙。垂直投影于晶片主表面之上的掩模指明要進行液體處理的晶片區域。朝向盤狀物的掩模表面的材料應選擇好，以便其由液體很好地浸潤，以致于液體由毛細作用力保持在盤狀物和掩模之間的間隙內。液體與盤狀物所夾的浸潤角和液體與掩模所夾的浸潤角的總和應小于180度，最好小于150度。當然，在預先選定掩模表面后，也可以由液體中加入的添加劑(浸潤劑)來獲得所希望的浸潤角。
本發明裝置的一個優點是，要處理的物品在要處理的區域內由處理液準確地浸潤，而沒有任何固體物接觸該區域。同時液滴被阻止到達不要處理或不應處理的區域。
在一個優選實施例中，掩模具有環的形狀。在這種情況下，該環狀掩模可以有一個內徑，其小于盤狀物的外徑；和一個外徑，其至少與盤狀物外徑大小相同。在要處理的表面同樣具有環的形狀時，上述樣式的環狀掩模是必須的，例如，當從一個半導體晶片的限定邊緣區域上清除一鍍層時的情況。
如果定位裝置使掩模和盤狀物相互間保持一個0.05到1毫米的距離，這是有好處的。當使用液體介質，象水，肥皂水或各種酸的水溶液時，這樣小的間距就容易阻止液體溢出掩模和盤狀物之間的毛細區域。
在一個實施例中，定位裝置包括夾緊件，其直接接觸盤狀物，并且直接或間接地連接到掩模上。例如，這種定位也可用一個外部的柱(間接地)或由位于盤狀物周邊的定位柱(直接地)來實現。
在另一個實施例中，掩模和夾緊裝置繞一個垂直于掩模的軸沒有相對轉動。所以掩模和夾緊裝置都不轉動，或者比如，夾緊裝置轉動，并且其上的盤狀物隨之轉動，由此掩模以同樣的速度同時轉動。當液體被限制在掩模和盤狀物間的毛細區域內時，掩模相對于盤狀物表面沒有相對運動是有好處的。在液體停留在該區域內時，其應該盡可能小地經受運動。這將阻止液體到達不要處理的區域。
定位裝置可以包括一個進氣裝置，其直接或間接地連接到掩模上，并且指向盤狀物，由此，盤狀物能保持在一層氣墊上。這種進氣裝置可以是比如一個或多個垂直于或斜向盤狀物表面的噴管，或者是一種環狀噴管。通過選擇壓力和氣體流量，對一個規定了形狀，大小和布局的進氣裝置來說，進氣裝置與盤狀物之間的距離，和掩模與盤狀物間的距離都可以準確地和可再現地調整。
此外，在本發明的一個實施例中，設備可以有變距裝置，其能增加掩模和盤狀物相互間的距離，以使液體不再由毛細作用力約束。這里，可以是一種能在垂直于盤狀物表面方向上移動夾緊裝置的運動機構，或者是一種能相應地移動掩模的運動機構。但是盤狀物也能相應地直接移動。變距裝置可以是比如一種附加的夾緊裝置(例如，匙形壓桿)或者有多個柱(升位柱)，其提升盤狀物。變距裝置也可是一種進氣裝置，其具有一種可變化的操作狀態，以便盤狀物上升或下降。
掩模和盤狀物由一種這樣的調距裝置來相互分開地移動，以便處于其間的液體可被再清除掉。要是變距裝置能將間距增到至少0.2毫米，最好是至少0.5毫米，將是有用的。
如果變距裝置這樣布置，在液體處理過程中或緊接著液體處理之后該變距裝置可以改變在掩模和盤狀物之間的距離，這將是有好處的。例如，在將進氣裝置作為變距裝置的情況下是有可能。
在一個實例中，變距裝置和定位裝置可以這樣布置，使得定位裝置的構件同時又是變距裝置的構件。如果定位裝置有帶V-形槽的定位柱，其接觸盤狀物的周邊緣，并且由此使盤狀物與掩模相距一限定的距離，當定位柱可以垂直于盤狀物的表面移動時，定位柱同時也就是變距裝置的構件。
在一個實施例中，在基本上垂直于盤狀物的主表面上，有一些導向構件，其界定盤狀物的周邊的位置。在這方式中，盤狀物的位置正對著掩模相隔一段間距地固定，導向構件相對于盤狀物中心的距離可以變化。
這個距離也可減至如此小，以致導向構件能夾住盤狀物，而且從這方面來看，它們也是夾緊裝置的構件。夾緊裝置不僅由導向件構成，并且還可由一種進氣裝置構成。
一種按權利要求8所述的設備，其中，變距裝置包括一種進氣裝置，其直接或間接地連接到掩模，而且指向盤狀物的主表面，由此，盤狀物可以由一氣墊來支撐。這里，進氣裝置不必同時又是定位裝置，因為定位裝置可以是一種簡單機械支承裝置(例如，定位柱，定位環)，而且，當盤狀物被提升時，進氣裝置僅流過氣體。
但是，定位裝置和變距裝置基本上也可以是同樣的進氣裝置，其中設有能使進氣裝置至少能切換兩種不同操作狀態的裝置。通過這些至少具有兩種不同操作狀態的裝置，在盤狀物和掩模之間可以設置至少兩種不同的距離。這些裝置比如是可以改變壓力和/或提供給進氣裝置的氣體流量的裝置。這些裝置比如是減壓閥或開關進氣裝置的附加噴頭的閥。在高流量時，盤狀物就處于比在低流量時距掩模較遠的位置，其它裝置可以改變進氣裝置的大小，形狀，和/或其布局。如果用到比如可移動的噴管，盤狀物舉得越高，在噴管和噴管指向的盤狀物表面之間角度(0°到90°度)就要選擇越大。
變距裝置和定位裝置也可以是兩個相互獨立工作的進氣裝置。
在一個實施例中，夾緊裝置可以轉動，由此盤狀物隨之轉動。即使不需要這種轉動，但這就是優點，因為處理液能從平臺器和晶片邊緣甩出。
在該實施例中，掩模和盤狀物間的間隙是0.05到1毫米，最好為0.1到0.5毫米，因此，在晶片和進氣導向的設備之間，形成一種毛細作用力，由此，晶片邊緣周圍的液體被吸進入。朝向進氣導向裝置并且由液體浸潤的盤狀物表面的內徑小于進氣導向裝置的環形表面的內徑。
其優點是，當氣體導向裝置朝向盤狀物的表面平行于盤狀物主表面時，在盤狀物(晶片)和氣體導向裝置之間的間隙因此是與整個邊緣區域大小相同。
一個實施例要求平臺器能轉動，即使不需要，這還是有好處，因為處理液能從平臺器和晶片邊緣甩出去。在液體處理過程中，如果平臺器不轉動，液體可由氣流(來自進氣裝置)來吹掉。
另外，裝置有一個液體流道，其指向盤狀物朝向掩模的表面。在這種方式下，其第一限定區域用第一種液體處理的表面，也可用第二種液體處理，而且在第二區域內，它不同于第一區域。該第二區域可以有更大的表面，而且也可全部覆蓋第一區。如果第一種液體是一種蝕刻液體，通過使用第二種液體(例如，去離子水)，該蝕刻液體能被清洗掉，而沒有停留在朝向掩模的表面。同時掩模也被清洗，或液體可以從其上清除。


圖1到圖5示意性地顯示本發明的五個實施例的軸向部分。
圖6到圖8顯示在不同操作狀態下的圖1所示實施例的軸向部分示意圖。
圖1顯示一個本發明的設備1的實施例。設備1包括一個圓形底座體4，其上同中心地固定著掩模2，在這里，掩模2具有環的形狀。但是環形掩模也可以是底座體上切削出來的加工面。環形掩模有一個直徑較大的外徑和一個比盤狀物外徑小的內徑。定位柱3安裝在環形掩模4之上，用來夾住盤狀物W的邊緣。定位柱3有一道V形凹槽31，其扣入盤狀物邊緣，并且由此使晶片保持在一個限定的水平位置上。帶V形凹槽31的定位柱3相當于對掩模2的定位裝置。在掩模2和晶片表面Wf之間形成一限定的間隙15。為了穩固地夾住晶片，和再移去或提升晶片來松開它，通過圖中沒有顯示的一種機械裝置的作用，定位柱3相對于軸A移動。在底座體4中，有一個提升機械裝置5(變距裝置)，其能改變晶片W和掩模2之間的距離，并沿箭頭所示的方向L上下移動，提升機械裝置包括一個平臺器，其有一個相當平整的表面，該表面平行于晶片，并朝向晶片，當平臺器上升時，該表面僅接觸晶片的下表面，然后提升晶片，整個設備1和其上的晶片能繞晶片軸A轉動。
處理液可通過噴管7來提供，噴管7安裝在晶片邊緣附近外，處理液也可通過一個噴管6來提供，噴管6正對著背向掩模2的晶片表面。在第一種情況下(噴管7)，一定量的液體20直接提供給晶片邊緣附近的掩模2。然后，液體由毛細狀間隙15拉入，接著準確地浸潤晶片表面Wf的區域，這些區域配屬于掩模2，而且與之疊合。在第二種情況下(噴管6)，一定量的液體18提供給背向掩模2的晶片表面Wf，例如，在其中心位置，然后液體徑向地流到晶片邊緣外，這種操作可由晶片轉動來協助完成。這樣，液體沿晶片邊緣流動，而且由凹槽15拉入。在這兩種情況下，在整個液體處理(R)過程中，晶片可以轉動；這有一個優點，沒有滲入間隙15的過量液體不會無控制地流出面層2，而是以一種可控方式被甩出去。然后，第二種液體(例如，去離子水)由一個液體流道28提供給朝向掩模的晶片表面，以此同時，平臺器4轉動，這樣，第二種液體取代位于間隙15中的液體，以此同時，在此前或甚至之后，晶片由提升機械裝置5來舉起。
圖2顯示另一個實施例，環形掩模由底盤8支撐，晶片W由一個轉動的真空吸盤吸住其背離掩模的表面Wb。這有一個優點，它既沒有接觸晶片邊緣，也沒有接觸朝向掩模的晶片表面Wf。吸住晶片W的吸盤13和掩模2都繞同樣的軸A轉動，吸盤沿方向RW轉動而掩模沿方向Rm轉動。如果使它們以同樣的速度和同樣的方向轉動(RW＝Rm)，掩模和晶片不會相對運動。吸盤13和掩模2通過變距裝置5來相互連接，而且通過它來完成它們之間的相向和相反方向的移動(箭頭L)。該變距裝置5可以是一個氣缸或一個蝸桿。使用這種變距裝置5，能準確地設定晶片和掩模之間的間隙15的大小，所以其同時相當于一個定位裝置。噴管7將定量液體直接提供給晶片附近的掩模2，然后，液體由毛細狀間隙15拉入。
圖3顯示第三個實施例，設備1包括一個槽箱27，其內有一個罐形平臺器24。平臺器內的空腔23相對槽26封閉，該槽26位于平臺器和槽箱之間。使用提升機械裝置，平臺器24可以從槽26中舉出。平臺器的上邊緣具有環2的形狀，其相當于掩模，其具有一個朝向晶片W的表面，該環形平面平行于晶片表面Wf。在該環2(掩模)上，有多個帶V形凹槽的定位柱3，該定位柱使晶片與掩模相距一限定的距離，由此形成一個間隙15。平臺器2和位于其上的晶片下降進入液箱(L1)直至液位到達形環掩模之上某一位置，以致剛好浸潤晶片邊緣。液體由毛細作用力拉入晶片和掩模之間的間隙15中。為了阻止液體因平臺器內的空間23內為負壓而滲入空間23，空間23由管道25連接到環境中。通過這根管道25也可以在平臺器的空腔23內建立輕微的高壓，而且平臺器再次從槽箱(L1)升出。在液體處理過程之后，使用更強的高壓，徑向地迫使位于間隙15內的液體離開，該高壓由通過管道25提供的氣體來建立。間隙15也能由變距裝置5來增大。這里，顯示出四個能上下移動的定位柱5，其可以在掩模2內接觸朝向掩模的晶片表面，并且可以垂直地提升晶片。
圖4顯示第四個實施例。該設備包括一個平臺器11和槽14，該槽內盛有處理液，而且其可以上下移動(箭頭L1方向)。平臺器11包括一個底座體4和一個環2，該環2鑄造在底座體4的下面。帶有V形槽的定位柱3制造在環2的下表面，并在相對于環的一限定間隙距處夾住晶片W的外緣，以便水平位置上的晶片懸在平臺器之下。平臺器11連同晶片W一起浸入槽27中，直至液位浸潤環2，并且背朝環的晶片表面Wb和晶片邊緣外沿由此完全被浸潤。液體滲入晶片和環之間的間隙。在處理過程完成后，平臺器11被舉出槽。一個真空吸盤安裝在平臺器內，其向下移動以便接觸并吸住朝向掩模的晶片表面Wf。此后，晶片隨吸盤進一步向下移動，克服將液體限制在間隙15內的毛細作用力。通過旋轉吸盤，殘留在晶片上的液體被甩出。
圖5顯示一個實施例。該設備包括一個平臺器11，其有一個底座體4和一個環2，該環通過定位裝置41離底座體一定距離地連于底座體之上。環是在定位部件41之上。在環2上安裝定位柱53，該定位柱能相對于平臺器轉軸A能徑向地向外移動，并能圍繞晶片的外緣。定位柱53具有一種小圓柱的形狀，其軸垂直于晶片表面。氣道44和45加工在底座4之內，而且它們裝在氣噴管46和49之內，該噴管46和49指向朝向平臺器11的晶片表面。噴管46和49傾斜地通向外面，靠內的噴管49布置的傾斜度小于靠外的噴管46的傾斜度，也就是，進入靠外的噴管46的氣流G1以一個比進入靠內的噴管49的氣流G2更平的角度噴向晶片表面。在位于內外噴管49和46之間的區域48上的底座體4到晶片W的距離，小于位于外噴管46之外的區域47上的這種距離。靠內的噴管49和靠外的噴管46都可以選擇一種安排在一個圓上的多個噴管的形式或者是一種環形噴管的形狀。
該設備主要以兩種不同的方式操作。在第一種操作方式下，外氣流G1和內氣流G2相互獨立地開放與關閉。如果僅打開第一組氣流G1，該組氣流僅溢向區域47。晶片W僅稍微提升，由此，在掩模2和晶片之間形成一個小的毛細狀間隙15。如果在第一種操作狀態下，用到的是圖1的描述所述的液體，該液體就被拉入間隙15。如果在這種情況下，除氣流G1之外，或者代替氣流G1，氣流G2被打開，氣流不僅溢過在外層噴管46之外的區域47，而且也溢過靠內層和外層噴管之間的區域48。通過這第二種操作狀態，晶片W被舉得更高，如圖虛線所示，晶片沿定位柱的圓柱表面滑動。晶片的這個輕微的提升足夠讓在掩模和晶片間的間隙的液體不再由毛細作用力來約束。液體可以從這區域上清除出去。這種清除可由氣流來完成，例如，小液滴被徑向吹掉。液體的清除可由整個平臺器11和其上的晶片旋轉來協助完成。另外，通過一個由液體流道28提供的噴管的方法，甩掉的液體可經由底座體4流向朝向平臺器的晶片表面，由此，在間隙15內的液體也被清掉。當然，此被甩掉的液體出于自身的原因必須再次被清除。
在第二種操作方式下，兩組氣流G1和G2相互連通，在第一個操作狀態下的氣體流量小于在第二個操作狀態下的氣體流量，由此，在第二操作狀態下的晶片處于這樣一個位置，其離掩模2的距離大于在第一種操作狀態下的距離。例如，在第一操作狀態下，晶片W至掩模2間的距離為0.5毫米，則在第二狀態下，其為0.8毫米。
通過圖5到圖8來描述本發明裝置的操作模式，其按圖1所示實施例來處理。首先，晶片W移到掩模2附近，由此構成間隙15，在掩模2和晶片間的限定距離由定位裝置來保證，這里定位裝置是帶V形槽的定位柱(圖6)。在這種情況下，液體可提供給背向掩模的晶片表面，也可直接提供給晶片的邊緣。液體部分地進入間隙15(F2)。當掩模和/或晶片旋轉時，多余部分的液體F1流向下并被甩掉。液體不可能流得比掩模2的內輪廓線更向內，也就是，其僅能夠到P點處。在掩模2和晶片之間的距離被安排得如此小，以致液體由毛細作用力限制在間隙15內，而且就處理那里的晶片表面。這時，一個提升機械裝置5與朝向掩模2的晶片表面接觸，定位柱這時被打開(B)，并且提升機械裝置5提升晶片，以致在間隙內的液體膜被撕破，而且只有一些液滴16殘留在掩模和/或晶片表面。這時，這些液滴16能被清掉，吹掉和/或甩掉。
權利要求
1.用于一種盤狀物(W)上限定區域的液體處理的設備，其包括1.1夾緊裝置(3，53)，用于夾住盤狀物品；1.2一個掩模(2)，其形狀和大小都對應于要進行液體處理的限定部分的區域；1.3定位裝置(3，31，45，41)，其使掩模和盤狀物相互間保持一限定的短距離，以便液體可以由毛細作用力限制在掩模和盤狀物(15)的限定區域之間。
2.按權利要求1所述的設備，其特征是，掩模(2)具有一個環的形狀。
3.按權利要求2所述的設備，其特征是，該環有一個比盤狀物外徑稍小的內徑，和一個與盤狀物外徑至少相同的外徑。
4.按權利要求1所述的設備，其特征是，定位裝置使掩模與盤狀物之間保持0.05到1毫米的距離(a1)
5.按權利要求1所述的設備，其特征是，定位裝置包括夾緊件(3，53)，其直接接觸盤狀物，并且直接或間接地連接到掩模(2)上。
6.按權利要求1所述的設備，其特征是，掩模和夾緊裝置繞垂直于掩模的軸(A)沒有相對轉動。
7.按權利要求1所述的設備，其特征是，定位裝置包括一個進氣裝置(45，46)，其直接或間接地連接到掩模(2)上，而且指向盤狀物，由此，盤狀物保持在氣墊上。
8.按權利要求1所述的設備，其特征是，它有變距裝置(5，44，49)，該變距裝置能增加(a2)掩模和盤狀物相互間的距離(a1)，以便位于掩模和盤狀物之間的液體不再由毛細作用力來約束。
9.按權利要求8所述的設備，其特征是，變距裝置布置成，使在液體處理期間或之后能改變掩模和盤狀物間的距離。
10.按權利要求8所述的設備，其特征是，定位裝置的構件同時也是變距裝置的構件。
11.按權利要求1所述設備，其特征是，具有導向構件(3，63)，其界定盤狀物的邊緣位置，而且基本上垂直于盤狀物的主表面。
12.按權利要求11所述的設備，其特征是，夾緊裝置包括導向件(63)和一個進氣裝置(45，46)。
13.按權利要求10所述的設備，其特征是，變距裝置包括一個進氣裝置(44，49)，該進氣裝置直接地或間接地連接到掩模(2)上，并指向盤狀物的主表面(Wf)，由此，盤狀物可以保持在一氣墊之上。
14.按權利要求1所述的設備，其特征是，定位裝置和變距裝置基本上是同樣的進氣裝置(44，45，46，49)，以及，設有使進氣裝置至少可變換兩種不同操作狀態的裝置，通過該裝置，能調整位于盤狀物和掩模之間的兩種不同距離。
15.按權利要求1所述的設備，其特征是，夾緊裝置能夠轉動(R)。
16.按權利要求1所述的設備，其特征是，具有一個液體流道(26)，其指向朝著掩模的盤狀物表面。
全文摘要
本發明涉及一種用于盤狀物特別是晶片上特定區域的液體處理的設備,其特征是,一個掩模與盤狀物相距一限定的短距離,以致于液體可由毛細作用力限制在掩模和盤狀物的限定區域之間。
文檔編號H01L21/304GK1351368SQ0113770
公開日2002年5月29日 申請日期2001年10月31日 優先權日2000年10月31日
發明者菲利普·恩格塞 申請人:Sez半導體－附件制造股份公司