TWI771695B - 托爪、氣鎖室及電漿處理裝置主機平臺 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種托爪、氣鎖室及電漿處理裝置主機平臺，成對的兩個托爪與晶圓的邊緣部分接觸以承托晶圓；托爪包括軟質耐磨材料，軟質耐磨材料設置在托爪上，用於減少或避免當晶圓與托爪接觸時所產生的顆粒。本發明透過在托爪上設置軟質耐磨材料實現了托爪與晶圓的軟接觸，有效避免了晶圓與托爪硬接觸所產生的摩擦，進而能夠防止顆粒的產生，大大降低了晶圓的缺陷率。

Description

托爪、氣鎖室及電漿處理裝置主機平臺

本發明係關於半導體製造領域，特別是關於一種托爪、氣鎖室及電漿處理裝置主機平臺。

現有的電漿處理裝置內的晶圓傳送路徑中常發現有顆粒（particle）污染。顆粒污染是衡量電漿處理裝置性能的重要指標之一，顆粒掉落在晶圓上會造成製程缺陷，甚至導致晶圓作廢。

特別是氣鎖室（loadlock）內用於放置晶圓的托爪處是產生顆粒的主要污染源之一。氣鎖室在電漿處理裝置主機平臺中被用來為複數個製程模組（process module）提供未處理的晶圓以及從複數個製程模組接收處理過的晶圓。氣鎖室為腔體結構，並與傳輸模組（transfer module）相連，每一氣鎖室設置有複數個托爪用於放置晶圓。

如第1圖及第5圖所示，造成氣鎖室20內顆粒污染的原因在於，陶瓷材質的托爪22與晶圓10都非常硬且脆，晶圓10與托爪22的摩擦或碰撞容易產生顆粒污染。此外，電漿處理裝置主機平臺中的傳輸模組40內佈置有用於傳輸晶圓10的機械臂70（robot arm）。但是，當機械臂70在電漿去膠設備（plasma stripping equipment）內承托高溫的晶圓10後，機械臂70承托晶圓10處的O型圈71表面會黏上電漿去膠設備中的複合有機物而變黏，進而黏在晶圓10的下表面上。當機械臂70在氣鎖室20內放置晶圓10時，機械臂70向下移動，黏在晶圓10上的O型圈71與晶圓10的完全脫離會導致晶圓10彈跳從而與托爪22發生碰撞或摩擦，最終使得顆粒污染更為嚴重。

因此，如何減少氣鎖室內的顆粒污染源，以最佳化晶圓表面顆粒的表現，已成為業者極力發展的目標之一。

本發明的目的是提供一種托爪、氣鎖室及電漿處理裝置主機平臺，以減少氣鎖室內的顆粒污染源，最佳化晶圓表面顆粒的表現。

為達到上述目的，本發明提供了一種托爪，成對的兩個托爪與晶圓的邊緣部分接觸以承托晶圓；托爪包括軟質耐磨材料，軟質耐磨材料設置在托爪上，用於減少或避免當晶圓與托爪接觸時所產生的顆粒。

上述的托爪，其中，軟質耐磨材料為覆蓋在托爪表面的軟質耐磨塗層。

上述的托爪，其中，軟質耐磨塗層的厚度為10μm-120μm。

上述的托爪，其中，軟質耐磨塗層透過噴塗處理得到。

上述的托爪，其中，軟質耐磨材料為嵌入或貼合設置在托爪上的軟質耐磨件。

上述的托爪，其中，軟質耐磨件與托爪可拆卸連接。

上述的托爪，其中，軟質耐磨材料為聚合物。

上述的托爪，其中，聚合物為特氟龍。

本發明進一步提供了一種氣鎖室，氣鎖室包括氣鎖室腔體及設置在氣鎖室腔體內的複數個上述的托爪，其中，成對的兩個托爪與晶圓的邊緣部分接觸以承托晶圓。

本發明更進一步提供了一種電漿處理裝置主機平臺，其包括上述的氣鎖室、設備前端模組、傳輸模組及製程模組。

上述的電漿處理裝置主機平臺，其中，傳輸模組內安裝有機械臂，用於在氣鎖室與製程模組之間傳輸晶圓，機械臂上設置有O型圈以承載晶圓。

上述的電漿處理裝置主機平臺，其中，製程模組是電漿去膠設備。

相對於現有技術，本發明具有以下有益效果：

本發明透過在托爪上設置軟質耐磨材料（例如特氟龍等材料）實現了托爪與晶圓的軟接觸，有效避免了晶圓與托爪直接硬接觸所產生的摩擦及碰撞，進而能夠防止顆粒的產生，大大最佳化了晶圓表面顆粒的表現。本發明可以利用噴塗等方法將軟質耐磨塗層覆蓋在氣鎖室內托爪的表面，也可以透過製作獨立的軟質耐磨件嵌入或貼合設置在托爪上，製程簡單，易於實現。

下文將結合示意圖對本發明的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述及申請專利範圍，本發明的優點及特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

為了清楚，不描述實際一實施例的全部特徵。在下列描述中，不詳細描述公知的功能及結構，因為它們會使本發明由於不必要的細節而混亂。應當認為在任何實際一實施例的開發中，必須作出大量實施細節以實現開發者的特定目標，例如按照有關系統或有關商業的限制，由一個實施例改變為另一個實施例。另外，應當認為這種開發工作可能是複雜及耗費時間的，但是對於發明所屬技術領域通常知識者來說僅僅是常規工作。

需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明一實施例的目的。

如第2圖所示，本發明提供了一種氣鎖室20，其包括氣鎖室腔體21及設置在其內的多對托爪22，成對的兩個托爪與晶圓的邊緣部分接觸以承托晶圓；托爪22包括軟質耐磨材料，軟質耐磨材料設置在托爪上，用於減少或避免當晶圓與托爪接觸時所產生的顆粒。在該實施例中，氣鎖室腔體21內設置有4對托爪22，可以用來在電漿處理裝置主機平臺的設備前端模組30與氣鎖室20之間以及氣鎖室20與傳輸模組40之間傳遞晶圓10時的臨時放置。氣鎖室腔體21還與真空泵23相連，用於為氣鎖室20內提供真空環境，以實現氣鎖室20內及傳輸模組40內的晶圓10可以進行交換。

托爪22的材質為陶瓷等硬質材料，以具有足夠強度對晶圓10進行支撐放置，但也相應造成了與晶圓10的硬接觸，進而導致了顆粒污染。透過在托爪22上設置軟質耐磨材料，以避免晶圓10與托爪22直接接觸，可以在不影響現有操作的情況之下實現晶圓10及托爪22的軟接觸，進而減少顆粒污染，最佳化晶圓10表面顆粒的表現，防止製程缺陷的發生。

在本發明所提供的能夠減少顆粒污染的氣鎖室20中，軟質耐磨材料在托爪22上的設置方式可以採用不同的實施方式，只要能夠避免托爪22及晶圓10直接硬接觸，透過設置在托爪22與晶圓10之間並與晶圓10軟接觸即可。

鑒於本發明所要解決的技術問題，所選擇的軟質耐磨材料只要滿足軟質耐磨特點，即實現軟質耐磨材料與晶圓10的軟接觸的一類材料皆可。例如，軟質耐磨材料可以選擇為具有軟質耐磨特點的聚合物。更進一步地，該聚合物可以選擇為價格低廉的特氟龍。具有軟質耐磨特點的特氟龍與矽片摩擦後不會產生顆粒，實驗證明晶圓10表面的顆粒數量明顯降低，達到了本發明預期的目的。

軟質耐磨材料可以選擇為覆蓋在托爪22表面的軟質耐磨塗層。在如第3圖所示的實施例中，該軟質耐磨塗層可以較佳為特氟龍塗層221。該塗層可以覆蓋整個托爪22的表面，也可以是覆蓋在與晶圓10接觸的上表面，亦或者是僅在托爪22上表面僅與晶圓10接觸到的地方設置一層軟質耐磨塗層。以上方式均能達到本發明所能實現的技術效果，但是在實際加工過程中，將整個托爪22的表面覆蓋軟質耐磨塗層是更為簡便易行的方式，且在成本上的增加可以忽略不計。

上述實施例中軟質耐磨層的厚度並不會對本發明所能實現的技術效果產生根本性的影響。但是考慮到具體製程的限制以及實際效果與成本的平衡，軟質耐磨塗層的厚度為10μm-120μm是一個更為適宜的方案。

對於實際加工製程而言，軟質耐磨塗層透過噴塗處理得到。在一實施例中，可以選擇在氣鎖室20內的托爪22表面噴塗一層特氟龍塗層221，以減少晶圓10表面的顆粒數量。具體可以採用以下製程步驟：

（1）托爪22的處理

為了使托爪22表層獲得足夠的表面附著力，必須先除去待塗表面的全部油脂。具體步驟為：首先，使用有機溶劑溶解油脂並加溫至約400度使其完全揮發；然後，清潔托爪22表面，可以進一步透過應用黏接助劑（底漆）的方式來改善特氟龍塗層221同工件表層的結合能力。

（2）特氟龍塗層221噴塗

首先特氟龍塗層221材料均勻地分佈在溶劑中形成分散液，再將這種混合物透過高壓空氣霧化噴塗於托爪22表面。噴塗塗層材料須均勻一致。

（3）乾燥

在烘爐中將濕的特氟龍塗層221加熱，溫度控制在100度以下，直至大部分的溶劑已蒸發。

（4）燒結

將乾燥後的托爪22加熱至一個較高的溫度，直至一個不可逆的反應發生：特氟龍塗層221材料熔融，同黏接助劑形成網狀結構。

透過上述方法即可獲得具有特氟龍塗層221的托爪22，有效避免晶圓10與托爪22直接接觸。且該特氟龍塗層221可以進一步透過改性處理以提高其在實際應用過程的耐磨性。

軟質耐磨材料可以選擇設計為一個具有一定形狀結構的立體單獨部件，該軟質耐磨件可以透過嵌入或貼合等方式設置在托爪22上。在如第4圖所示的實施例中，在托爪22上插入一個軟質耐磨件222，該軟質耐磨件222頂端從托爪22上端面凸出以與晶圓10直接接觸並對其支撐。可選地，該軟質耐磨件222是特氟龍件。該方法製作比較簡單，不需要將整個托爪22零件進行鍍層。

例如，可以在托爪22上開設一凹槽結構，將形狀與該凹槽配合的軟質耐磨件插入該凹槽中並與托爪22固定連接，同時該軟質耐磨件的一部分從凹槽中凸出出來以對晶圓10進行支撐，因而可以避免該托爪22與晶圓10的直接接觸。

又例如，可以將軟質耐磨件黏貼或貼合固定在托爪22的表面，以使托爪22不與晶圓10直接接觸。進一步地，為了在使用一段時間後的更換，所述軟質耐磨件與托爪22可拆卸連接。

根據本發明的技術概念，可以將本發明所提出的解決氣鎖室20內顆粒污染的技術思路應用於整個電漿處理裝置主機平臺的其他位置中，只要是由於摩擦或碰撞導致的顆粒污染源，在設置軟質耐磨材料後仍能滿足原始技術要求，均可以採用本發明所提供的技術思路實現。

如第5圖所示，本發明還進一步提供了一種包含上述氣鎖室20的電漿處理裝置主機平臺，該主機平臺包括設備前端模組30、氣鎖室20、傳輸模組40以及複數個製程模組50，例如製程模組50是電漿去膠設備。晶圓10被送入大氣環境中並被放置在設備前端模組30上。隨後，晶圓10需要被傳送到氣鎖室20中，氣鎖室20的功能是從大氣環境向真空環境傳送晶圓10或者反向傳送。維持在真空環境下的傳輸模組40內安裝有機械臂70，該機械臂70用於將待處理晶圓10從氣鎖室20內取出，並透過位於傳輸模組40與各個處理腔50之間的門閥60將晶圓10加載到複數個製程模組50中，對待處理晶圓10進行處理（例如蝕刻/光刻膠剝除/化學氣相沉積等）。待晶圓10處理完成後，機械臂70再把處理完的晶圓10從製程模組50內取出，將其透過氣鎖室20傳送到外界大氣環境中。

具體地，氣鎖室20具有兩個不會同時打開的門閥60，其中一個門閥60與設備前端模組30連通，另一個門閥60與傳輸模組40連通。當設備前端模組30側的門閥60打開時，氣鎖室20維持在大氣環境，氣鎖室20內及設備前端模組30內的晶圓10可以進行交換。當傳輸模組40側的門閥60打開時，氣鎖室20透過真空泵23維持在真空環境，氣鎖室20內及傳輸模組40內的晶圓10可以進行交換。

本發明所提供的電漿處理裝置主機平臺中的氣鎖室20內用於放置晶圓10的托爪22表面設置軟質耐磨材料，以避免晶圓10與托爪22直接接觸。透過在托爪22上設置軟質耐磨材料（例如特氟龍等材料）實現了托爪22與晶圓10的軟接觸，有效避免了晶圓10與托爪22硬接觸所產生的摩擦，進而能夠防止顆粒的產生，大大最佳化晶圓10表面顆粒的表現。此外，也避免了機械臂70從離子體去膠設備內承托高溫的晶圓10後，機械臂70承托晶圓10處的O型圈71變黏加重晶圓10與托爪22之間摩擦及碰撞的問題。

儘管本發明的內容已經透過上述較佳實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在發明所屬技術領域通常知識者閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改及替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附之申請專利範圍來界定。

10:晶圓 20:氣鎖室 21:氣鎖室腔體 22:托爪 221:特氟龍塗層 222:軟質耐磨件 23:真空泵 30:設備前端模組 40:傳輸模組 50:製程模組 60:門閥 70:機械臂 71:O型圈

第1圖為現有的電漿處理裝置的氣鎖室出現顆粒污染的原理示意圖； 第2圖為本發明氣鎖室一較佳實施例的結構示意圖； 第3圖為本發明托爪上軟質耐磨材料設置方式的一較佳實施例的結構示意圖； 第4圖為本發明托爪上軟質耐磨材料設置方式的另一較佳實施例的結構示意圖； 第5圖為本發明電漿處理裝置主機平臺的一較佳實施例的結構示意圖。

22:托爪

221:特氟龍塗層

Claims (11)

1. 一種氣鎖室，該氣鎖室包括一氣鎖室腔體及設置在該氣鎖室腔體內的複數個托爪，其中，成對的兩個該托爪與一晶圓的邊緣部分接觸以承托該晶圓；該托爪包括一軟質耐磨材料，該軟質耐磨材料設置在該托爪上，用於減少或避免當該晶圓與該托爪接觸時所產生的顆粒。
2. 如請求項1所述之氣鎖室，其中該軟質耐磨材料為覆蓋在該托爪表面的一軟質耐磨塗層。
3. 如請求項2所述之氣鎖室，其中該軟質耐磨塗層的厚度為10μm-120μm。
4. 如請求項2所述之氣鎖室，其中該軟質耐磨塗層透過噴塗處理得到。
5. 如請求項1所述之氣鎖室，其中該軟質耐磨材料為嵌入或貼合設置在該托爪上的一軟質耐磨件。
6. 如請求項5所述之氣鎖室，其中該軟質耐磨件與該托爪可拆卸連接。
7. 如請求項1所述之氣鎖室，其中該軟質耐磨材料為一聚合物。
8. 如請求項7所述之氣鎖室，其中該聚合物為特氟龍。
9. 一種電漿處理裝置主機平臺，其包括如請求項1~8中任一項所述之一氣鎖室、一設備前端模組、一傳輸模組及一製程模組。
10. 如請求項9所述之電漿處理裝置主機平臺，其中該傳輸模組 內安裝有一機械臂，用於在該氣鎖室與該製程模組之間傳輸一晶圓，該機械臂上設置有一O型圈以承載該晶圓。
11. 如請求項9所述之電漿處理裝置主機平臺，其中該製程模組包括一電漿去膠設備。

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