晶片背面或边缘的清洗装置及清洗方法
【专利摘要】本发明公开晶片背面清洗装置。上述晶片背面清洗装置利用激光束去除晶片背面的异物，上述晶片背面清洗装置包括：旋转单元，用于使上述晶片以露出晶片背面的外围部的状态进行旋转；以及激光束照射单元，用于向上述晶片背面的外围部照射脉冲波激光束，并根据上述旋转单元的旋转，以变更上述脉冲波激光束的照射位置的方式进行照射。
【专利说明】
晶片背面或边缘的清洗装置及清洗方法
技术领域
[0001]本发明涉及利用激光对固着于晶片背面和/或边缘的微细异物进行清洗的装置及清洗方法。更详细地，本发明涉及当与化学湿式清洗或等离子清洗、以往的激光清洗方法进行比较时，晶片的受损程度小，使在清洗工序中的再污染最小化，仅可对晶片背面和/或边缘区域进行局部性快速清洗的晶片背面或边缘的清洗方法及清洗装置。
【背景技术】
[0002]图1a示出在晶片背面(backside)存在异物的形态。为了在晶片的正面制造半导体，所要对晶片的正面反复执行曝光(photolithography )、蚀刻(e tch ing)、蒸镀(deposit1n)、研磨(polishing)等工序。在上述所有工序中，晶片借助真空(vacuum)或静电(electro-static)力以坚固地固定于晶片夹盘(holding chuck)的状态下，所要维持极为平坦的正面，只有这样才可对固定于晶片夹盘的晶片的正面执行更加精密的半导体工序。在反复执行上述半导体工序的过程中，在晶片的背面持续发生污染，尤其，晶片背面的外围部容易向工序环境露出，从而，与晶片背面的中央部相比，污染程度更大。如图1a所示，晶片W的背面F2，尤其，在晶片W的背面F2外围部固着有异物P的情况下，固着于晶片夹盘C的晶片正面FUfront face)的高度变得不均匀，从而发生局部性的高度偏差H。在发生上述局部性的高度偏差的状态下，若执行曝光工序，则因高度偏差，会在晶片Wl的正面Fl发生焦点不相吻合的离焦(defocussing)现象。上述离焦现象导致在半导体工序中形成不良的图案，这会降低芯片成品率(die yield)。最近，随着半导体工序逐渐变得微细化，在曝光工序中，光源的焦深(D0F，Depth OfFocus)，S卩，焦点深度允许公差降低至10nm以下。这意味着在晶片高度偏差H大于10nm的情况下，无法准确地与晶片的正面Fl的所需位置对焦。因此，在晶片W的背面F2固着有数百nm以上的异物P的情况下，在晶片W的正面Fl发生高度偏差，在上述偏差大于10nm的情况下，无法准确对焦，从而必然会伴随图案不良。因此，为了精密地形成数十nm的微细图案，需要去除存在于晶片背面的数百nm以上的微细异物P，只有这样才可在没有成品率下降的情况下制造半导体。并且，当在蒸镀工序后执行研磨工序时，借助晶片背面的异物P，在从晶片正面以高的方式突出的部分会发生局部性过多研磨(over-polishing) 的现象 ，上述情况也可导致研磨不良 ，因而可成为引起成品率下降的另一种原因。如上所述，当异物固着于晶片W的背面F2时，为了从晶片W的背面F2去除对半导体成品率产生严重的恶劣影响的微细异物P，通过喷射高压水或者使用兆声(megasonic)音波，或者以利用柔韧的旋转刷(brush)的湿式清洗方式对晶片W的背面F2执行清洗。但是，异物P以极大的接触力固着于晶片W的背面F2，且上述异物P的粒子大小极小，从而很难确保有效的清洗力。并且，也存在很难选择性或局部性地对在晶片中发生偏差最大的外围部进行清洗的缺点。因此，本发明所属技术领域需要用于解决上述多种问题的方案。
[0003]图1b示出存在于晶片边缘(edge)的污染物质的形态。为了在晶片的正面制造半导体，所要对晶片的正面反复执行曝光(photolithograp hy)、蚀刻(etching)、蒸镀(deposit1n)、研磨(polishing)等工序。目前，为了生产一个半导体器件，需要经过反复执行约500次的如上所述的工序来层叠数十层的膜，从而生产半导体器件。在上述反复的半导体工序中，多种蒸镀膜(amorphous-S1、poly_S1、Si02、Si3N4、TiN、A 1、Cu等)层叠于晶片上，在曝光工序中，上述蒸镀膜形成光致抗蚀剂(PR，Photo Resist)图案之后，再次经过蚀刻、蒸镀、研磨工序等。当进行上述工序时，正镀膜、光致抗蚀剂、各种蚀刻之后的残留粒子等污染物质借助表面张力以突出的方式层叠于在晶片边缘。并且，在晶片研磨工序之后，用于研磨工序的微细浆料(slurry)粒子集中分布于晶片边缘。在晶片边缘中，上述不均匀且不平坦的表面严重发生于约Im m以内的区域中，在之后进行的半导体制造工序中，上述污染物质起到粒子(particle)源(source)的作用，从而成为降低半导体制造成品率的主要原因。最近，随着半导体晶片的大小逐渐变大，为了最大程度确保有效器件的制造区域，有效去除存在于晶片边缘区域的污染粒子极为重要。为了去除存在于晶片边缘的多种污染物质而尝试了多种方法。在以往的方法中，具有通过向晶片边缘喷射强酸、强碱溶液来对晶片边缘的异物及光致抗蚀剂进行清洗、去除的化学湿式方法。但是，上述方法为喷射化学溶液的方法，因此，根本上难以仅对晶片边缘的特定区域进行选择性清洗、晶片器件的表面因药品而受损的可能性高，且难以全方位去除存在于边缘的多种物质。并且，以往的化学湿式方法必须所要经过冲洗(rinse)和干燥(dry)过程，因此还存在需要很长清洗时间的缺点。作为再一方法，具有利用等离子来对晶片边缘区域进行清洗的方法，但上述方法无法对特定区域进行精密的清洗，并且因形成强力的等离子，而存在容易对晶片器件引起电损伤(chargingeffect)的问题。作为另一技术，具有通过直接向晶片边缘部照射紫外(UV)激光束来使污染物质蒸发去除的技术。上述技术通过“UVTech”公司公开在美国专利US566979号及美国专利US7514015号。但是，所公开的技术因在激光束的清洗过程中发生强力的粉尘而存在无法防止晶片表面再次受到污染的缺点。虽然可通过强力的吸入装置捕集在激光束清洗过程中发生的粉尘粒子，但由于在激光束清洗过程中发生的粒子的脱离速度和力量过快且过大，从而无法通过捕集空气的方法完美去除在激光束照射中发生的粉尘。因此，本发明所属技术领域需要用于解决上述多种问题的方案。
【发明内容】
[0004]技术问题
[0005]本发明所要解决的技术问题在于，提供可使晶片在至少露出晶片背面的外围部的状态下进行旋转，向露出的晶片的背面外围部照射脉冲波形态的激光束，从而可对晶片背面的异物进行有效清洗的晶片背面清洗技术。
[0006]解决问题的方案
[0007]本发明一实施方式的晶片背面清洗装置包括:旋转单元，用于使上述晶片以至少露出晶片背面的外围部的状态下进行旋转;激光束照射单元，用于向上述晶片背面的外围部照射脉冲波激光束，并根据上述旋转单元的旋转，以改变上述脉冲波激光束的照射位置的方式进行照射；以及集尘单元，用于对经过上述脉冲波激光束的照射而从上述晶片背面的外围部分离的异物进行收集。
[0008]根据本发明另一实施方式的晶片背面清洗装置包括:激光束产生部，用于产生脉冲宽度(pulse width)为Ims以下的脉冲波激光束;激光束传输部，用于传输上述脉冲波激光束;激光束照射部，用于对通过上述激光束传输部接收的脉冲波激光束进行照射；以及晶片支撑部，以使上述晶片的正面朝上且背面朝下的方式支撑上述晶片，并允许上述晶片的背面清洗区域向从上述激光束照射部照射的脉冲波激光束露出。
[0009]本发明一实施方式的晶片边缘清洗装置包括:液体喷射单元，用于喷射液体，以在晶片的表面形成液体膜；晶片旋转单元，用于使晶片旋转，使得上述液体膜扩展至晶片边缘；以及激光束照射单元，为了以与固着于晶片边缘的污染物质进行反应的方式去除污染物质，使激光束透过上述液体膜来照射固着于晶片边缘的污染物质。
[0010]发明的效果
[0011]本发明利用激光的晶片背面清洗方式可有效去除通过以往湿式清洗方法难以去除的固着性异物，并且本发明的装置被模块化，从而，若向以往湿式清洗设备供给模块形态的本发明的装置，则可去除具有甚微的晶片背面清洗力的以往湿式清洗方法的缺点。
[0012]并且，本发明利用液体膜和激光的晶片边缘清洗方式不会引起作为以往化学湿式清洗方法及等离子清洗方法所存在的问题的晶片表面器件的损伤，通过对扩展至晶片边缘的液体膜进行透过来向固着于晶片边缘的污染物质照射激光束，因此可克服作为以往激光束清洗方法所存在的问题的热损伤及再污染问题。
【附图说明】
[0013]图1a为用于说明固着于晶片背面的异物的形态和由此而引起的问题的图。
[0014]图1b为用于说明固着于晶片边缘的异物的形态和由此而引起的问题的图。
[0015]图2为用于说明本发明第一实施例的晶片背面清洗装置及利用其的晶片背面清洗方法的图。
[0016]图3为用于说明本发明第二实施例的晶片背面清洗装置及利用其的晶片背面清洗方法的图。
[0017]图4及图5为用于说明将利用激光的如上所述的晶片背面清洗技术与湿式清洗技术一同利用来更加有效地对晶片背面进行清洗的技术的图。
[0018]图6为示出借助激光去除存在于晶片背面的固着性物质的效果的照片。
[0019]图7为用于说明本发明第三实施例的晶片背面清洗装置的结构图。
[0020]图8为用于说明本发明第四实施例的晶片背面清洗装置及清洗方法的结构图。
[0021]图9为用于说明根据本发明第四实施例向晶片背面照射的激光束的脉冲波特性的图。
[0022]图10为用于说明根据本发明第四实施例取得晶片背面的异物的位置信息并利用上述位置信息执行对异物的局部清洗的结构的图。
[0023]图11为用于说明本发明第五实施例的晶片边缘清洗装置及利用其的晶片边缘清洗方法的图。
[0024]图12为主要用于说明本发明第五实施例的晶片边缘清洗装置的优选的晶片旋转单元的结构的图。
[0025]图13为用于说明本发明第六实施例的晶片边缘清洗装置的图。
[0026]图14为用于说明本发明第七实施例的晶片边缘清洗装置的图。
【具体实施方式】
[0027]以下，参照附图，说明本发明的优选实施例。
[0028]如图2所示，本发明一实施例的晶片清洗装置包括:旋转单元100，用于使晶片W在露出所要清洗的背面的外围部的状态下进行旋转;激光束照射单元123，用于向上述晶片W背面的外围部照射脉冲波激光束；以及集尘单元140，用于对经过上述脉冲波激光束的照射而从上述晶片W的背面外围部F2分离的异物进行收集。当照射激光束时，即使激光束照射单元123的位置固定于上述晶片W的背面侧，上述激光束照射单元123也可根据上述旋转单元100的旋转变更对于上述晶片W背面的上述脉冲波激光束的照射位置并照射激光束。上述旋转单元100、上述激光束照射单元123及上述集尘单元140可由一个模块构成，在本实施例中，将上述模块称为“激光清洗模块”。上述激光束照射单元123包括:激光产生部110，用于产生激光;激光传输部120，用于传输从上述激光产生部110产生的激光；以及激光束照射部130，使通过上述激光传输部120传输的激光聚焦来向上述晶片W背面F2的外围部照射。在激光产生部110振荡的激光束通过激光传输部120和激光束照射部130向晶片W的背面F2外围部引导。并且，通过光传输部120传输的激光束通过包括一个以上的镜头的激光束照射部130被调节为适当的形态和大小，从而向存在于晶片W背面F2的异物P照射。基于激光束照射的清洗区域向向晶片W中心方向移送激光束照射部130，从而可确定相当于所需要面积的清洗区域。通常，固着于晶片W的背面F2的异物P集中存在于从外围边缘(或边缘部)约1mm以内的位置，因此，若将清洗区域定位在从外围边缘相隔1mm以内的位置，则可快速执行激光清洗。当然，根据需要，可扩大或缩减清洗区域。如图2所示，在本实施例中，例如，形成于旋转单元100的轴前端的夹盘C利用真空夹持晶片W的背面F2中心部来固定晶片W。因此，位于被夹盘C所遮挡的晶片W的背面中心部周边向位于其下方的激光束照射单元123露出。晶片夹盘C需要使用硬度小于晶片的硬度(hardness)的物质，这样才可在进行固定时防止晶片W受损。优选地，晶片夹盘C为真空夹盘。并且，当晶片夹具C的直径大的情况下，由于增加晶片W的背面清洗区域受到限制，因此，准备直径尽可能小的晶片夹盘C。通常，优选地，夹盘的直径为200mm以下。为了对借助夹盘C固定的晶片W的背面F2外围部整体进行激光清洗，使用旋转单元C来使晶片W向a I方向旋转。此时，优选地，旋转单元100的夹盘C转数为I OOOrpm以下。根据晶片W的旋转，实际上并不回旋的激光束照射部130能够以与对晶片W的中心部回旋相同的形态向晶片W背面照射激光束。可以均考虑在固定激光束照射部130的状态下照射激光束的方式和使激光束照射部130向晶片W的半径方向直线移动并照射激光束的方式。优选地，从激光产生部110产生的脉冲波激光束为了有效去除晶片背面F2的异物P而具有Ims以下的脉冲宽度(pulse width or pulse durat1n)，优选地，为了使晶片W的热损伤最小化，激光束的各个脉冲的能量为I OOmJ以下。并且，优选地，激光束的波长(wave I ength)为可使硅(Si)晶片有效吸收能量的紫外线至可视光线，S卩，200?SOOnm区域的波长。从激光产生部110产生的脉冲波激光束通过光传输部120向具有激光束照射部1300的晶片W的背面F2附近引导，优选地，将光纤维(optical fiber)用作上述光传输部120，从而可解决激光束的校正等问题。当然，除了光纤维，还可利用包括反射镜子(reflect1n mirror)的光传输部来向晶片W的背面附近传输脉冲波激光束。此时，作为利用于光传输部120的光纤维，若使用多模(mult1-mode)光纤维，则具有可向激光束照射部130传递能量得到均匀分布的脉冲波激光束的优点。激光束照射部130包括光传输部120，更详细地，包括:准直镜头(collimat1nlens) 1302，用于使从光纤维的末端散开的激光束平行；以及照射镜头(project1n lens)1303，用于以规定大小向晶片W的背面F2照射激光束。向晶片W的背面F2照射的最终激光束的直径d可通过变更激光束照射部130与晶片W之间的距离L来进行调节。当激光束照射部130的位置过于接近晶片W时，照射镜头1303可被在清洗过程中发生的粉尘等所受到污染，从而，优选地，将晶片之间的距离L维持在50mm以上。通常，晶片背面的去除对象异物的最大尺寸为数十um，因此，即使所照射的激光束的直径d为Imm以下，也可确保充分的清洗区域。通常，优选地，用于清洗的激光束能量密度为5J/cm2以下。在能量密度为5J/cm2以上的情况下，可在晶片的背面F2引起母材的损伤。优选地，在相同位置，向异物照射的激光束的脉冲数通常为10脉冲以下。当脉冲数为10脉冲以上时，因热量累积而还可引起晶片背面的木材受损。在清洗晶片W的背面F2的过程中发生的粉尘可污染周边光学计及装置，因而需要最大程度地捕集并去除。为此，在激光束照射区域附近配置集尘单元140。集尘单元140包括集尘部1402和粉尘吸入器1401，粉尘吸入器1401可包括可吸入粉尘的真空栗或鼓风机(fanblower)，集尘部1402用于捕集被吸入的粉尘。
[0029]参照图3，本发明第二实施例的晶片背面清洗装置包括旋转单元，上述旋转单元使晶片W在露出晶片背面的状态下进行旋转，上述旋转单元包括第一支撑部10a和第二支撑部100a。上述第一支撑部10a与包括马达的驱动单元相连接，由此自身相对于Xl向a2方向旋转并驱动，上述第一支撑部10a由辊子形成，上述转子在支撑晶片W的一侧边缘或边缘部的状态下，借助驱动单元直接旋转，上述第二支撑部10b由空转(idle)型辊子构成，上述空转型辊子在支撑晶片w的另一侧边缘或边缘部的状态下进行空转。由于上述第二支撑部10b未与驱动单元相连接，因此自身无法旋转并驱动，而是依赖于借助第一支撑部10a旋转的晶片W的旋转力来旋转。例如，第一支撑部10a和第二支撑部10b可分别在外周面具有呈V形状的支撑槽，以可支撑晶片W的边缘部Wel、We2。实际上，由于整个晶片的背面F2露出，因此，上述方式的旋转单元具有可使晶片背面F2的全部面积得到清洗的优点。但是，若利用本实施例的旋转单元，则存在在各个第一支撑部10a和第二支撑部10b和晶片W的边缘接触面之间重新生成微细异物的隐患，因此，作为预防上述情况的方法，作为上述第一支撑部10a及第二支撑部10b的材料，选择可使因与晶片W发生接触摩擦而产生的异物最小化的材料并加以利用。
[0030]参照图4，晶片的背面清洗方法大致包括第一步骤、第二步骤及第三步骤。第一步骤包括通过向上述晶片背面照射激光来去除存在于晶片背面F2，尤其，存在于晶片背面F2的外围部的固着性大型物质的步骤。此时，使晶片旋转并向晶片背面F2照射激光束，由此可向晶片背面F2的几乎整个面积照射激光束。若在晶片不旋转的状态下照射激光束，则激光束的照射区域被确定为光斑形态，因此难以对整个晶片背面F2进行激光束清洗。如上所详述，利用集尘单元最大程度去除因激光束而从晶片背面F2分离的异物粉尘。第一步骤的激光束清洗利用在上述第一实施例或实施例2中说明的清洗装置的要素被模块化的激光清洗模块。第二步骤包括在利用激光束对晶片背面清洗处理之后，通过湿式清洗去除可形成于晶片背面或侧面的微粒大小的微细残渣的步骤。通常，即使使用充分强有力的集尘装置，在经过激光清洗之后，Ium以下的微粒(particle)性残渣仍存在于清洗区域周边。并且，如图3所示的第二实施例，在夹持晶片W的边缘部We 1、We2来使晶片W旋转的情况下，因晶片W的侧面与支撑部相接触而会生成并附着微细的受污染离子。若通过以往众所周知的湿式清洗(包括水射流、兆声、刷洗功能)对在上述激光清洗工序中发生的微细污染粒子进行收尾处理，则可完全去除在激光清洗后可能发生的极微细粒子。在包括激光清洗模块的设备内，上述第二步骤的湿式清洗可在与上述激光清洗模块相分离或相隔离的湿式模块中执行，如上所述，上述湿式清洗模块可包括以往湿式清洗(包括水射流、兆声、刷洗功能)。最后，第三步骤为在第二步骤之后，即，在湿式清洗之后对晶片进行冲洗并干燥的步骤。冲洗和干燥方式可使用在一般的湿式清洗工序中执行的旋转方式。参照图5，晶片清洗系统1000包括晶片装载端口部1、晶片移送部2及晶片清洗部3。在晶片装载端口部I放置有收容有多个晶片的晶片载体O。在晶片移送部2配置有晶片移送机器人20，若放置于晶片装载端口部I的晶片载体O的门被开启，则上述晶片移送机器人20从晶片载体O取出晶片并向上述清洗部3传递晶片。清洗部3为依次对从晶片移送机器人20接收的晶片进行激光清洗和湿式清洗的部分，清洗部3包括晶片分配单元31、第一清洗模块32a及第二清洗模块32b、第一湿式清洗模块33a及第三湿式清洗模块33b。上述晶片分配单元31可执行接收晶片并向第一清洗模块32a及第二清洗模块32b装载晶片的作业和从第一清洗模块32a及第二清洗模块32b卸载背面经过清洗的晶片。优选地，为了清洗晶片的背面，若第一个晶片进入，则上述晶片分配单元31第一次向向第一激光清洗模块32a供给晶片来使第一激光清洗模块32a执行激光清洗。在第一激光清洗模块32a对晶片背面进行激光清洗期间，会及时供给第二个晶片，晶片分配单元31向激光清洗模块32b供给上述第二个晶片来使激光清洗模块32b执行激光清洗。如上所述，在清洗部3形成两个以上的激光清洗模块，由此可提高清洗处理速度(throughput)。在第一激光清洗模块32a或第二激光清洗模块32b对坚固地固着于晶片背面的异物进行去除之后，在需要对微细粒子粉尘，尤其，需要对在激光清洗过程中产生的粉尘进行更加精密的清洗的情况下，上述晶片分配单元31向位于第一激光清洗模块32a或第二激光清洗模块32b的对侧的第一湿式清洗模块33a或第二湿式清洗模块33b传递上述粉尘。第一湿式清洗模块33a及第二湿式清洗模块33b可利用水、水射流、兆声、刷洗等方式对晶片的前部面和后部面均进行清洗处理。当然，作为以干式处理的激光清洗的追加工序，可在需要极限的晶片清洁度的情况下，上述湿式清洗可作为选项来使用。并且，相反，在以往湿式清洗装置安装激光清洗模块，由此，当需要去除极为强力的固着性粒子时，也可将激光清洗作为选项来使用。形成两个以上湿式清洗模块的原因也在于用于提高清洗处理速度。图6示出存在于晶片背面的固着性异物借助激光而得到有效去除的状态。上述固着性异物为无法通过以往湿式清洗方法进行去除的异物。最终，根据本发明，本发明提供使用激光来有效去除存在于晶片背面的固着性异物的方法，由此具有可进行快速清洗、清洗工序简单、还可制成小尺寸的清洗装置、可从晶片外围仅对一部分区域进行局部性的快速清洗的优点。并且，若以激光清洗模块的形态适用于晶片清洗装置，则可克服对晶片背面固着性异物的去处力甚微的以往湿式清洗方式的缺点。
[0031]参照图7，本发明第三实施例的晶片背面清洗装置包括:旋转单元，用于使晶片W在向上露出所要清洗的背面F2的状态下进行旋转；以及激光束照射单元123，用于在上述晶片背面F2的上方照射脉冲波激光束。本实施例的晶片背面清洗装置代替以使晶片的背面向下方露出的方式支撑晶片并使其旋转的上述实施例的旋转单元，使包括第一支撑部100a’和第二支撑部100b’的旋转单元以使晶片背面F2向上方露出的方式支撑上述晶片W的状态下使晶片旋转。在此情况下，从晶片背面F2分离的大部分异物以粉尘状态残留在晶片的背面F2。因此，本实施例的晶片背面清洗装置还包括向晶片背面F2喷射高压液体来去除存留在晶片背面F2的异物的液体喷射单元150。上述液体喷射单元150可包括从晶片背面F2上方移动的液体喷射喷嘴，优选地，上述液体喷射喷嘴可沿着上述晶片W的直径方向进行直线往复移动。随着本实施例的晶片背面清洗装置利用液体喷射单元150，可省略在上述实施例中以捕集的方式去除异物粉尘的集尘单元。并且，液体喷射单元150可通过湿式方式去除残留在晶片背面的异物，因此，根据液体喷射单元150的液体喷射条件及液体的种类，在进行激光清洗之后，可考虑省略或简化额外的湿式清洗。本实施例中未具体说明的结构可按原状适用上述实施例。
[0032]以下，将对本发明第四实施例的晶片背面清洗装置及清洗方法进行说明。以下，在说明本实施例的过程中，会详细说明与上述实施例不同的内容，但是对类似或相同内容，为了防止重复而省略对其的说明。参照图8，图中可以观察到通过激光束对固着于晶片W背面的微细异物R进行干式清洗的装置，即，晶片背面干式清洗装置I。上述晶片背面干式清洗装置I包括:激光束产生部2，用于产生脉冲波激光束;激光束照射部4，用于向晶片W的背面照射上述脉冲波激光束;激光束传输部3，用于向上述激光束照射部4传输从上述激光束产生部2产生的激光束；以及晶片支撑部5，用于支撑上述晶片W并使上述晶片W的背面向从上述激光束照射部4照射的脉冲波激光束露出。在说明本实施例的过程中，应当注意，术语“露出”表示脉冲波激光束到达晶片W的背面即可。即，即使存在晶片W的背面与激光束照射部4之间的任意客体，只要上述客体可使脉冲波激光束透过，就应看成上述晶片W的背面向脉冲波激光束露出。如上所述，从上述激光束产生部2产生并从上述激光束产生部2振荡的脉冲波激光束通过激光束传输部3被引导于晶片W的背面附近。激光束照射部4在上述晶片W的背面附近以朝向上述晶片W的背面的方式配向的状态下，将通过上述激光束传输部3传递的激光束调节为适当的形态和大小来向存在于晶片W背面的异物R照射。上述晶片支撑部5包括以夹持晶片W边缘的方式固定的固定夹具，用于向从上述激光束照射部4照射的脉冲波激光束露出晶片W背面。在本实施例的说明中，将晶片支撑部和固定夹具的指示号码统一使用为“5”。优选地，当夹持晶片时，固定夹具5由硬度(hardness)小于晶片W的硬度的材料制造，以防止晶片W受损。并且，上述固定夹具5与可进行X-Y移动及旋转的工作台(未图示)相连接。因此，存在于晶片W背面的多个位置的异物R可在基于晶片W的X-Y移动或旋转移动而得到调节的位置被从激光束照射部4局部性照射的脉冲波激光束所有效且精密地得到去除。另一方面，如图9所示，优选地，上述激光束产生部2为了有效地去除背面异物而产生脉冲宽度(pulse width or pulse durat1n)为Ims以下的激光束。为了使向晶片施加的热量累积最小化，脉冲与脉冲之间的间距为10usecond以上。并且，优选地，各个脉冲的能量为ImJ以上。并且，优选地，上述激光束的波长(wavelength)为300?750nm可视光线区域。再次参照图8，从上述激光束产生部2射出的脉冲波激光束通过激光束传输部3被引导于晶片W的背面附近。此时，作为上述激光束传输部3，利用光纤维(optical fiber)有利于解决激光束的校正(align)等问题。优选地，上述光纤维为多模光纤维，上述多模光纤维具有能够以均匀的能量分布向激光束照射部5传递脉冲波激光束的优点。但是，也可以考虑作为以如上所述的方式向晶片W的背面附近引导脉冲波激光束的激光束传输部3，利用反射镜子。上述激光束照射部4包括上述激光束传输部3，更具体地，包括:准直镜头41，使从上述激光传输部的末端散开的激光束平行；以及照射镜头42，用于向晶片边缘集中照射激光束。向上述晶片W的背面照射的最终脉冲波激光束的直径d可通过变更上述激光束照射部42与晶片W之间的距离L来调节。若上述激光束照射部4的位置过于接近晶片W，则照射镜头40被在清洗过程中发生的粉尘等所受到污染的可能性高。因此，优选地，晶片W与照射镜头40之间的距离L维持在50mm以上。通常，晶片背面W的去除对象异物的最大尺寸为数十um，因此，即使所照射的激光束的直径d为Imm以下，也可确保充分的清洗区域。通常，优选地，用于清洗的激光束能量密度为5J/cm2以下。在激光束能量密度大于5J/cm2的情况下，可引起晶片W背面母材的损伤。优选地，在相同的照射位置，向异物照射的激光束的脉冲数为10脉冲以下。当脉冲数大于10脉冲时，因热量的累积而还可引起晶片背面木材受损。并且，为了捕集在对晶片W背面进行清洗的过程中产生的粉尘，上述晶片背面干式清洗装置I包括集尘器7及与集尘器7相连接的集尘部8。在利用激光束的干式清洗过程中所产生的粉尘可能污染周边光学计及装置，因而需要最大程度地捕集并去除。作为上述集尘器7，可利用真空栗或鼓风机。上述集尘部8以能够移动的方式配置于晶片W的背面附近，从而可有效去除在基于激光束的异物清洗过程中所产生的粉尘。在图10中，以框结构图来示出通过准确地找出存在于晶片W背面的异物的位置，从而向存在于对应位置的异物R(参照图8)选择性照射脉冲波激光束来可有效提高异物去除效率的干式清洗装置。参照图10，上述晶片背面干式清洗装置I还包括可对上述晶片支撑部5的X-Y移动及旋转移动进行控制的控制器9，使得从激光束照射部4照射的激光束对准晶片W背面的异物。作为代替技术方案，控制器9对激光束照射部4的移动进行控制，从而也可执行使激光束对准晶片W背面异物的控制。上述控制器9为了使激光束对准晶片W背面的异物，所要了解晶片W背面的异物位置信息，为了取得上述异物位置信息而使用两种设备。其中一种设备为曝光设备U，另一种设备为晶片背面粒子检查设备12。曝光设备11为了精密的曝光工序而对晶片W的正面执行精密的扫描。此时，在晶片W背面存在引起问题的大异物R的情况下(参照图1)，会发生晶片W表面高度偏差h(参照图1)，且可准确地测定上述位置。晶片背面粒子检查设备12向背面的表面照射激光束。此时，在晶片背面存在异物的情况下，会发生激光束的散射。晶片背面粒子检查设备12可通过精密地测定出激光束的散射量来准确地测定异物的存在位置和大小。如上所述，本实施例的晶片背面的干式清洗装置I可局部性地向晶片W的背面照射激光束。因此，若知道异物的准确位置信息，则可快速对上述异物进行局部性清洗。即，在上述干式清洗装置I中，曝光设备11或晶片背面粒子检查设备12以文件形态向控制器9提供晶片背面的异物位置信息数据，上述控制器9使与晶片支撑部5相连接的工作台移动的异物的存在位置与照射激光束的位置相匹配，由此可仅对引起问题的异物进行选择性、局部性的清洗。如上所述的选择性、局部性的清洗能力只有利用激光的干式清洗方法才可实现，上述方法具有可快速去除晶片背面的异物的优点。如上所述，根据本实施例，上述实施例提供使用激光束来有效去除存在于晶片背面的固着性微细异物的干式清洗技术，通过上述干式清洗技术，可快速对固着于晶片背面的异物进行清洗。并且，具有清洗工序简单、可将清洗装置制成小尺寸(footprint)、且可快速仅对存在微细异物的部分进行清洗的优点。
[0033]参照图11及图12，本发明第五实施例的晶片边缘清洗装置包括:液体喷射单元100，用于喷射液体，以在晶片W的表面形成液体膜;晶片旋转单元200，用于使晶片旋转，使得上述液体膜扩展至晶片W边缘;激光束照射单元300，为了以与固着于晶片W边缘的污染物质进行反应的方式去除污染物质，使激光束透过上述液体膜来照射固着于晶片边缘的污染物质。如图11所示，上述液体喷射单元100作为在借助以下将详细说明的晶片旋转单元200旋转中的晶片W上形成液体膜的单元，上述液体喷射单元100包括:液体供给部110 ；以及喷嘴部120，从液体供给部110接收液体并直接向晶片W上喷射液体。优选地，从液体供给部110供给并通过液体喷射喷射部120喷射的液体利用用于半导体制造工序的去离子水(de-1onized water)。优选地，使在液体喷射喷嘴部120中的喷射液体的出口变小，并使液体喷射于晶片W上的尽可能宽的面积，从而降低晶片W和液体的冲击压力，由此降低晶片W表面器件图案的受损程度。晶片旋转单元200起到使晶片W旋转的功能，以借助旋转离心力来向晶片W外围移动晶片W正面的液体，由此使晶片W上的液体膜扩展至晶片W边缘。在此情况下，优选地，上述晶片旋转单元200使晶片W以10rpm以上的速度旋转，以能够确保液体向晶片W外围移动的移动速度和力量。液体的移动速度和力量以与晶片的转数成正比的方式增加。如图12所示，优选地，上述晶片旋转单元200包括在多个位置与晶片W外围部的一部分相接触的多个转子210、220、220、220。上述多个转子210、220、220、220形成为晶片W的外围部以扣入的方式接触的阴角被加工而成的结构，上述多个转子210、220、220、220以借助阴角来抓握晶片W外围部的一部分的方式使晶片W旋转。此时，多个转子包括:主动转子210，与晶片W的外围部的一部分相接触并使晶片W旋转；以及手动转子220，在与上述主动转子210不同的位置与晶片W的外围部的一部分相接触，并根据上述主动转子210及晶片W的旋转一同旋转。在具有一个主动转子210的情况下，优选地，设置多个手动转子220，以便与一个主动转子210—同向水平方向可靠地支撑晶片W ο如上所述，晶片W被自身具有旋转能力的主动转子210和在自身没有旋转能力的情况下，以从动的方式进行旋转的手动转子220所支撑，实际上，晶片W的旋转力可借助主动转子210的旋转力取得。如图3的俯视图所示，优选地，在安全侧面上，转子210、220的总数量为4个以上。晶片W向相邻的转子之间露出，因此激光束照射单元300通过转子之间向晶片W边缘照射激光束，从而可执行对晶片W边缘的清洗。此时，上述液体喷射单元100通过上述液体喷射喷嘴部120向晶片W的中央区域喷射晶片W，但借助基于晶片旋转单元300的晶片W的旋转，液体膜扩展至晶片W边缘，因此，激光束可透过液体膜来向晶片W边缘照射。此时，为了对晶片W边缘的上部面、侧面、下部面均进行清洗，优选地，激光束照射单元300借助适当的移送装置进行直线及旋转运动，并对晶片W边缘执行全面的清洗。再次参照图11，上述激光束照射单元300包括激光产生部310、激光传输部320及激光束照射部330。上述激光产生部310使有效去除固着于晶片W边缘的异物的脉冲宽度(pulsewidth or pulse durat1n)以Ims以下的激光束振荡。而且，优选地，为了使晶片W的热损伤最小化，上述激光束各个脉冲的能量为IJ以下。并且，优选地，上述激光束具有在液体，尤其，在去离子水(水)中无法吸收能量且因具有优秀的透过性而可传递激光能量的200?2000nm区域的波长。可知，在上述波长区域范围内的激光束通过透过去离子水液体膜来最为有效地去除固着于晶片W边缘的异物。上述激光束传输部320向晶片W边缘附近引导在上述激光产生部310中振荡的激光束。优选地，上述激光束传输部320为了能够解决激光束的校正(align)等问题而利用光纤维。当然，也可利用反射镜子向晶片附近传输脉冲波激光束。此时，若作为光纤维使用多模光纤维，则具有可向激光束照射装置传递能量得到均匀分布的脉冲波激光束的优点。上述激光束照射部330从上述激光传输部320接收激光束，并使上述激光束透过上述液体膜来向固着于晶片边缘的污染物质照射。如上所述，在上述激光产生部310振荡的脉冲波激光束通过激光传输部320被引导于晶片W的上部面边缘侧，通过激光传输部320传递的激光束被激光束照射部330调节成具有适当形态和大小的激光束来照射于晶片W边缘。为了有效去除晶片W边缘的污染物质，如图2所示，上述激光束照射部330能够以变更照射角度的方式照射激光束，由此，可利用激光束对晶片边缘整体区域进行有效清洗。为了变更激光束的照射角度而可利用自动化机器人，自动化机器人能够以抓握激光束照射部330并连续改变角度的方式执行对晶片W边缘的清洗。通常，晶片W边缘的污染物质集中存在于从晶片W的外围相隔约3mm以内的位置，因此，优选地，可清洗至从晶片W上部面向上3mm的位置、相当于晶片W厚度的侧部面、从晶片W下部面向下3mm的位置。上述激光束照射部330包括:准直镜头330a，用于使从上述激光传输部320的末端散开的激光束平行；以及照射镜头330b，用于向晶片边缘集中照射激光束。向晶片W照射的最终激光束的直径d可通过变更激光束照射部330的末端与晶片W之间的距离L来进行调整。若激光束照射部330的末端位置过于接近晶片W，则因在清洗过程中发生的液体水花(splash)现象而可能使激光束照射部330末端的照射镜头330b受到污染，因此，优选地，对晶片W的激光束照射部330的距离L维持在50mm以上。即使所照射的激光束的直径d为Imm以下，也因晶片W快速旋转，从而可确保充分的清洗速度。通常，优选地，用于清洗的激光束能量密度为lOJ/cm2以下。当能量密度大于lOJ/cm2以上时，可引起作为晶片W的母材的硅自身的损伤。通常，优选地，在相同位置，向污染物质照射的激光束脉冲数为10脉冲以下。当脉冲数为10脉冲以上时，因热量累积而可引起晶片硅母材的损伤。
[0034]参照图13，本发明第六实施例的晶片边缘清洗装置包括用于向旋转的晶片W边缘照射激光束的激光束照射单元300，上述激光束照射单元300为了提高对晶片W边缘的清洗速度而包括作为激光束传输部320的一部分的分束部，上述分束部用于将从一个激光产生部310产生的激光束分割为两个激光束。并且，上述激光束照射单元300包括用于向晶片W边缘照射被分割的两个激光束的两个激光束照射部330、330。并且，上述分束部包括:分束器321 (beam splitter)，用于将激光束分割成一半;反射镜子322，用于使被分离的一半激光束移动;激光束偶联部323，用于使被分割的激光束向光纤维325聚光。以如上所述的方式分割的激光束通过光传输部320的光纤维325向两个激光束照射部330、330传递，两个激光束照射部330在相向的位置向晶片W边缘照射激光束。在两个激光束照射部330以如图所示的方式配置来照射激光束的情况下，仅通过90度的旋转一同执行对晶片W边缘的清洗，由此，可使对晶片W边缘的清洗速度倍增。并且，将从激光产生部产生的激光束分割成两个来加以利用，因而无需购买两个激光装置，从而大大降低成本。
[0035]参照图14，本发明第七实施例的晶片边缘清洗装置包括激光束传输部320’来代替利用光纤维的激光传输部，上述激光束传输部320’在没有光纤维的情况下，利用多个反射镜子322、322a、322b来传输激光束。在激光束传输部320’的前端侧配置有分束器321，用于将从一个激光束产生部310产生的激光束分割为2个激光束。而且，多个反射镜子322、322a、322b分别向2个激光照射部330传输2个激光束。如图所不，一组反射镜子322、322a参与传输被分割的一个激光束，另一个反射镜子322b参与传输被分割的其他激光束。图14中示出的方式可构成简单的装置，但是需要对用于传输激光束的反射镜子进行精密的校正。
[0036]如上所述，与以往化学湿式清洗方法、等离子清洗方法及以往激光清洗方法相比，利用液体膜和激光束的本发明多种实施例的晶片边缘清洗装置具有如下优点，即，晶片表面无受损，在清洗工序中不会发生再污染，且可以仅对晶片边缘局部区域进行快速清洗。
[0037]产业上的可利用性
[0038]本发明多个实施例的激光清洗方法及清洗装置可利用激光束对存在于晶片背面和/或边缘的固着性物质进行有效且快速的去除，从而可用于如下工序。
[0039]a.利用晶片的半导体制造工序
[0040]b.需要进行精密曝光工序的微细图案制作工序
[0041 ]进而，本发明不仅可适用于晶片基板，而且还可适用于其他基板，尤其可适用于玻璃基板的背面及边缘的清洗。玻璃基板的背面及边缘清洗可用于如下工序。
[0042]c.包括液晶显示器(IXD)，有机发光二极管(OLED)的平板显示器制造工序
[0043]d.触摸板制造工序
[0044]e.精密玻璃基板表面的异物去除工序
【主权项】
1.一种晶片背面清洗装置，利用激光束去除晶片背面的异物，其特征在于，包括: 旋转单元，用于使上述晶片以露出晶片背面的外围部的状态进行旋转；以及 激光束照射单元，用于向上述晶片背面的外围部照射脉冲波激光束，并根据上述旋转单元的旋转，以变更上述脉冲波激光束的照射位置的方式进行照射。2.根据权利要求1所述的晶片背面清洗装置，其特征在于，上述旋转单元利用轴前端的夹盘固定上述晶片背面的中心部，借助上述轴的旋转来使上述晶片旋转，上述夹盘的面积小于上述晶片背面的面积，以露出上述晶片背面的外围部。3.根据权利要求1所述的晶片背面清洗装置，其特征在于，上述旋转单元包括支撑部，上述支撑部在支撑上述晶片的边缘部的状态下借助自身的旋转使上述晶片旋转。4.根据权利要求1所述的晶片背面清洗装置，其特征在于，上述脉冲波激光束的激光脉冲宽度为Ims以下，上述脉冲波激光束为波长为200?800nm的紫外线、可视光线区域的激光束，每一个上述激光束脉冲的能量密度为5 J/cm2以下。5.根据权利要求1所述的晶片背面清洗装置，其特征在于，上述激光束照射单元包括: 激光产生部，用于产生激光； 光传输部，用于传输从上述激光产生部产生的激光；以及 激光束照射部，包括多个镜头，上述激光束照射部使从上述光传输部传输的激光聚焦来向上述晶片背面的外围部照射， 上述光传输部为光纤维。6.根据权利要求5所述的晶片背面清洗装置，其特征在于，上述激光束照射部为了改变向上述晶片背面的外围部照射的激光束的直径而使用准直镜头和照射镜头。7.根据权利要求1所述的晶片背面清洗装置，其特征在于，还包括液体喷射单元，上述液体喷射单元向上述晶片背面喷射液体，借助上述激光束的照射来去除从上述晶片背面分离的异物。8.一种晶片清洗系统，其特征在于， 包括: 晶片装载端口部，用于放置晶片载体； 晶片移送部，具有用于从上述晶片载体取出晶片并进行移送的晶片移送机器人；以及 清洗部，从上述晶片移送机器人接收晶片来进行清洗处理， 上述清洗部包括: 一个以上的激光清洗模块，利用激光对晶片的背面进行清洗； 湿式清洗模块，对经过上述激光清洗模块清洗的晶片进行湿式清洗；以及 晶片分配单元，用于针对上述激光清洗模块及上述湿式清洗模块装载或卸载晶片， 上述激光清洗模块包括: 旋转单元，用于使上述晶片在至少露出晶片背面的外围部的状态下进行旋转； 激光束照射单元，用于向上述晶片的背面的外围部照射脉冲波激光束，并根据上述旋转单元的旋转，以变更上述脉冲波激光束的照射位置的方式进行照射;以及 液体喷射单元，向上述晶片的背面喷射液体，借助上述激光束的照射来去除从上述晶片背面分离的异物。9.一种晶片背面清洗方法，其特征在于， 包括: 激光清洗步骤，利用激光对晶片的背面进行清洗； 湿式清洗步骤，对完成上述激光清洗步骤的晶片进行湿式清洗；以及 冲洗及干燥步骤，对完成上述湿式清洗步骤的晶片进行冲洗及干燥； 上述激光清洗步骤包括: 使上述晶片在至少露出晶片背面的外围部的状态下进行旋转的步骤； 当因上述晶片的旋转而使对于上述晶片背面的激光束的照射位置发生变更时，向上述晶片背面照射激光束的步骤;以及 向上述晶片的背面喷射液体，借助上述激光束的照射来去除从上述晶片背面分离的异物的步骤。10.—种晶片背面干式清洗装置，利用激光束去除晶片背面的异物，其特征在于，包括: 激光束产生部，用于产生脉冲宽度为Ims以下的脉冲波激光束； 激光束传输部，用于传输上述脉冲波激光束； 激光束照射部，用于对通过上述激光束传输部接收的脉冲波激光束进行照射；以及晶片支撑部，以使上述晶片的正面朝上且背面朝下的方式支撑上述晶片，并允许上述晶片的背面清洗区域向从上述激光束照射部照射的脉冲波激光束露出。11.根据权利要求10所述的晶片背面干式清洗装置，其特征在于，上述脉冲波激光束具有300?750nm的波长及ImJ以上的脉冲能量，并以10以下的脉冲数照射相同的照射位置。12.根据权利要求10所述的晶片背面干式清洗装置，其特征在于，上述激光束传输部包括多模光纤维。13.根据权利要求10所述的晶片背面干式清洗装置，其特征在于， 上述激光束照射部包括准直镜头和照射镜头，以改变向上述晶片的背面照射的激光束的剖面大小， 上述照射镜头从上述晶片的背面隔开50mm以上。14.根据权利要求10所述的晶片背面干式清洗装置，其特征在于， 上述晶片支撑部包括以夹持的方式固定上述晶片的边缘的固定夹具， 与上述固定夹具相连接的工作台使上述晶片进行X-Y移送及旋转。15.根据权利要求10所述的晶片背面干式清洗装置，其特征在于， 还包括控制器，上述控制器从曝光设备及晶片背面粒子检查设备取得晶片背面的异物位置信息， 上述控制器基于上述异物位置信息对上述晶片支撑部与上述激光束照射部之间的相对移动进行控制，来使上述脉冲波激光束局部性地照射于上述异物位置。16.根据权利要求10所述的晶片背面干式清洗装置，其特征在于， 还包括集尘部，上述集尘部以能够移动的方式配置于上述晶片的背面附近， 上述集尘部用于对在借助上述脉冲波激光束清洗异物的过程中发生的粉尘进行捕集。17.—种晶片背面干式清洗方法，利用激光束去除晶片背面的异物，其特征在于，包括: 以使晶片的背面露出的方式支撑上述晶片的步骤； 利用激光束产生部来产生脉冲宽度为Ims以下的脉冲波激光束的步骤；以及 利用激光束照射部来向上述晶片背面照射上述脉冲波激光束的步骤。18.根据权利要求17所述的晶片背面干式清洗方法，其特征在于，上述脉冲波激光束具有300?750nm波长及ImJ以上的脉冲能量，并以10以下的脉冲数照射相同的照射位置。19.根据权利要求17所述的晶片背面干式清洗方法，其特征在于， 还包括: 确定对于上述晶片背面的上述脉冲波激光束的照射位置的步骤；以及 根据所确定的上述照射位置，使上述晶片或上述激光束照射部移动的步骤， 根据从曝光设备或晶片背面粒子检查设备取得的晶片背面的异物位置信息确定上述激光束的照射位置。20.—种晶片边缘清洗装置，其特征在于，包括: 液体喷射单元，用于喷射液体，以在晶片的表面形成液体膜； 晶片旋转单元，用于使晶片旋转，使得上述液体膜扩展至晶片边缘；以及激光束照射单元，为了以与固着于晶片边缘的污染物质进行反应的方式去除污染物质，使激光束透过上述液体膜来照射固着于晶片边缘的污染物质。21.根据权利要求20所述的晶片边缘清洗装置，其特征在于， 上述晶片旋转单元包括多个转子，上述多个转子以支撑晶片的外围部的一部分的方式使晶片旋转， 上述多个转子包括: 主动转子，与晶片的外围部的一部分相接触并使晶片旋转；以及手动转子，在与上述主动转子不同的位置与晶片的外围部的一部分相接触，并根据上述主动转子及晶片的旋转一同旋转。22.根据权利要求20所述的晶片边缘清洗装置，其特征在于，上述液体喷射单元包括: 液体供给部，用于向晶片供给去离子水；以及 液体喷射喷嘴部，用于直接向晶片喷射上述去离子水。23.根据权利要求20所述的晶片边缘清洗装置，其特征在于， 上述激光束照射单元包括: 激光产生部，用于使激光振荡； 激光传输部，由光纤维形成，以传输被振荡的激光；以及 激光束照射部，从上述激光传输部接收激光束，以透过上述液体膜的方式向固着于晶片边缘的污染物质照射激光束， 上述激光束照射部包括: 准直镜头，用于使从上述激光传输部的末端散开的激光束平行；以及 照射镜头，用于向晶片边缘集中照射激光束。24.根据权利要求20所述的晶片边缘清洗装置，其特征在于，上述激光束照射单元照射具有Ims以下的脉冲宽度的激光束，上述激光束具有200?2000nm的波长和lOJ/cm2以下的每个脉冲的能量密度。25.根据权利要求20所述的晶片边缘清洗装置，其特征在于，为了向固着于晶片边缘的污染物质照射两个被分岔的激光束，上述激光束照射单元包括如下部件中的至少一种: 分束器，用于将从激光产生部产生的激光分割成一半； 反射镜子，用于反射被分割的激光束；以及 偶联部，使被分割的激光束向光纤维聚光。26.—种晶片边缘清洗方法，利用权利要求20至25中任一项所述的晶片边缘清洗装置，其特征在于， 利用上述液体喷射单元向上述晶片的表面喷射液体，在上述晶片的表面形成液体膜， 利用上述晶片旋转单元来使上述晶片旋转，使上述液体膜扩展至上述晶片边缘， 利用上述激光束照射单元使一个以上的激光束透过上述液体膜来向固着于晶片边缘的污染物质照射激光束。27.—种晶片边缘清洗方法，其特征在于， 在晶片的表面形成液体膜， 使上述晶片旋转，来使液体膜扩展至晶片边缘， 以透过晶片边缘的液体膜的方式向晶片边缘照射激光束，来对固着于晶片边缘的污染物质进行清洗。
【文档编号】H01L21/302GK105960698SQ201480074937
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2014年8月25日
【发明人】李锺明, 李奎必, 崔汉摄
【申请人】Imt有限公司