CN102893372A - 具有流体分离特性的封闭室 - Google Patents

Abstract

通过在封闭式处理室内提供磁驱动环状卡盘和至少一个处理流体收集器，且环状卡盘和流体收集器相对于彼此能竖直移动，来自封闭式处理室内的过量处理流体的选择性回收得以实现。

Description

具有流体分离特性的封闭室

技术领域

本发明总体上涉及用于处理诸如半导体晶片等晶片状物件的表面的装置，其中一或多种处理流体能从封闭式处理室中回收。

背景技术

半导体晶片经过种种表面处理工艺，比如蚀刻、清洁、抛光和材料沉积。为了适应这样的工艺，单个晶片能相对于一或多个处理流体喷嘴由关联于可旋转载具（carrier）的卡盘支撑，例如如美国专利No.4,903,717和No.5,513,668中所描述的。

替代地，适合支撑晶片的环形转子形式的卡盘可被设置于封闭式处理室中并在没有物理接触的情况下由有源磁轴承（active magneticbearing）驱动，例如如国际公布文本No.WO 2007/101764和美国专利No.6,485,531中所描述的。由于离心作用从旋转的晶片的边缘被驱使向外的处理流体被传送到共用排放管以进行清理。

发明内容

本发明人发现：在如上所述类型的卡盘中，各种处理流体可以方便地从封闭式处理室中分别回收，使得所回收的流体可被重复利用或重复使用。

根据本发明，用于在封闭式处理室中保持诸如半导体晶片之类的晶片状物件的设备装备有两个或更多不同的流体收集器，其中通过从封闭式处理室外部驱动的磁耦合，晶片支撑件和流体收集器相对于彼此能移动，使得来自晶片表面的处理流体能被选择性地导向既定的流体出口。

附图说明

在参考附图阅读下面的本发明优选实施方式的详细描述后，本发明的其他目的、特征和优点会变得更加显而易见，其中：

图1a是根据本发明一实施方式所述的处理室的横断面侧视图，图示处于晶片装载/卸载状态；

图1b是图1a的处理室的横断面透视图；

图1c是图1a的处理室的横断面透视图，图示处于第一处理流体收集状态；

图1d是图1a的处理室的横断面透视图，图示处于第二处理流体收集状态；

图1e是图1a的处理室的横断面透视图，图示处于替代的第二处理流体收集状态；

图1f是根据本发明另一实施方式所述的处理室的局部横断面透视图；

图1g是优选的流体收集器剖面和驱动组件的放大截面图；

图2a是根据本发明另一实施方式所述的处理室的横断面透视图；

图2b是图2a的处理室的横断面视图；

图2c是图2a的处理室的横断面透视图，图示处于第一处理流体收集状态；以及

图2d是图2a的处理室的横断面透视图，图示处于第二处理流体收集状态。

具体实施方式

参考图1a和1b，封闭式处理室由位于具有开放顶部区域的较大的下室顶上的具有开放底部区域的上室限定，如下面将进一步详细描述的。

上室的周界由圆柱形室壁（105）限定。圆柱形室壁（105）包括具有上端的竖直方向的圆柱形壁和在下端的向外径向延伸的凸缘。

内罩板（131）位于圆柱形室壁（105）的上端上以便提供上室的封闭的顶表面，延伸于圆柱形室壁（105）的内部。内圆柱形板（131）还从圆柱形室壁（105）的上端向外径向延伸。于是，封闭式处理室的上室包括在内罩板（131）下面且在圆柱形室壁（105）里面形成的内部区域。

封闭式处理室的比上室大的下室由底板（136）从下面形成。框架（138）包括围绕底板（136）的周界连接的竖直壁从而形成下室的竖直延伸侧壁。框架（138）的一个壁中具有晶片装载和卸载通道门（134），且框架（138）的另一个壁中具有维护通道门。

在底板（136）对面，框架（138）被连接到向内延伸的环形罩板（132），以便形成下室的环形顶表面。于是，封闭式处理室的下室包括在底板（136）上面、框架（138）里面且在环形罩板（132）下面形成的内部区域。

环形罩板（132）其内周界边缘被设定为抵靠圆柱形室壁（105）下端的水平延伸的凸缘，以便连接上室和下室从而形成封闭式处理室。

环状卡盘（102）位于上室中。环状卡盘（102）适于可旋转地支撑晶片（W）。优选地，环状卡盘（102）包括具有用于选择性地接触和释放晶片周界边缘的多个偏心可移动夹持构件的可旋转驱动环。

在如图1a和1b所示的实施方式中，环状卡盘（102）包括邻近圆柱形室壁（105）的内表面提供的环形转子（103）。在环形转子对面邻近圆柱形室壁（105）的外表面具有定子（104）。转子（103）和定子（104）作为马达，通过有源磁轴承，环形转子（从而受支撑的晶片）可被马达旋转。举例来说，定子（104）可以包括可被有源控制（actively control）以通过转子（103）上设置的对应的永久磁铁可旋转地驱动环状卡盘（102）的多个电磁线圈或绕组。通过定子的有源控制或者通过永久磁铁，还可以实现对环状卡盘（102）的轴向和径向支承。于是，环状卡盘（102）可被浮起并在没有机械接触的情况下被可旋转地驱动。替代地，转子可被无源轴承控制，其中转子的磁铁被周向设置于该室外面的外转子上的对应的高温超导磁铁（HTS-磁铁）控制。在该替代实施方式中，环形转子的每个磁铁被固定（pin）于外转子的对应的HTS-磁铁。因此内转子进行与外转子相同的运动但不物理连接。

内罩板（131)被介质入口（110）穿孔。类似地，底板（136）被介质入口（109）穿孔。在晶片的处理过程中，处理流体可被引导通过介质入口（109）和/或（110）到旋转的晶片以便执行各种工艺，比如蚀刻、清洁、漂洗、以及对处理中的晶片的任何其它所希望的表面处理。

环状卡盘（102）包括后缘（122），后缘（122）定位为：相对于环状卡盘（102）的旋转轴成径向向外的向下的角度。于是，旋转晶片所产生的离心作用导致过量的处理流体（其已经通过介质入口（109）或（110）完成分配）被驱向环状卡盘（102）的成角度的表面并自后缘（122）沿向下并向外的方向引导。

在封闭式处理室的下室中，提供了一或多个能竖直移动的防溅罩（111，115）。在图1b中示出了两个圆形防溅罩（111和115），但可以理解的是任何希望数量的防溅罩可被提供并被本公开考虑，防溅罩的实际数量某种程度上取决于拟分别收集的不同处理流体的数量。

外防溅罩（111）被设置为与内防溅罩（115）同中心。于是，内防溅罩（115）限定其内部的内处理流体收集器。外处理流体收集器由形成于内防溅罩（115）外表面和外防溅罩（111）内表面之间的环形区域限定。

关联于每一个这样的流体收集器提供排放管用于将所收集的处理介质从各自的流体收集器传送到封闭式处理室的外面。如图1b中所示，排放管（117）延伸穿过基板（136）并向内流体收集器打开，而排放管（108）延伸穿过基板（136）并向外流体收集器打开。优选地，基板（136）相对于水平面向排放管（108）和（117）中的每一个倾斜，使得由内流体收集器或外流体收集器收集的流体沿基板（136）向排放管（117）和（118）流动。

如图1a中所示，还提供了通向封闭式处理室的排气口（106）以方便空气和/或其他气体和雾气的流动。

各个防溅罩在竖直方向上独立地能移动。因此，各个防溅罩能相对于环状卡盘（102）和相对于任何其它防溅罩选择性地被提升和/或降低，使得来自环状卡盘（122）的后缘的过量的处理流体被导向选定的流体收集器。

在图1c中，外防溅罩（111）被描绘为处于相对于内防溅罩（115）被提升的状态，使得来自环状卡盘（102）的后缘（122）的过量的处理流体被导向外防溅罩（111）的内表面并流入外流体收集器。于是，来自处理中的晶片的表面的过量的流体可通过排放管（108）被选择性地回收并被可选地重复利用或重复使用。

优选地，且如图1c中所示，外防溅罩可被提升一定距离使得朝内的上唇部被定位为抵靠环形罩板（132）。在该位置，该流体收集器外面的封闭式处理室区域较少地暴露于源自所收集的处理流体的任何侵蚀性或腐蚀性的雾气。

在图1e中，内防溅罩（115）被描绘为处于提升状态，使得来自环状卡盘（102）的后缘（122）的过量的处理流体被导向内防溅罩（115）的内表面并流入内流体收集器。于是，来自处理中的晶片的表面的过量的流体可通过排放管（117）被选择性地回收并被可选地重复利用或重复使用。

优选地，且如图1e中所示，内防溅罩能被提升一定距离使得朝内的上唇部抵靠环状卡盘（102）的后缘（122）被密封。在该位置，该流体收集器外面的封闭式处理室区域较少地暴露于源自所收集的处理流体的任何侵蚀性或腐蚀性的雾气。进一步可以理解的是，当内防溅罩被提升以方便过量的处理流体收集在内流体收集器中时，外防溅罩也能被提升以便可以增强对流体收集器外面的封闭式处理室区域的保护，使其免受任何侵蚀性或腐蚀性的雾气或流体的影响，如图1d中所描绘的。

因此，通过一或多个防溅罩的选择性的竖直移动，不同处理流体能在不同时间被分离并从封闭式处理室被分别回收。因此，举例来说，诸如酸、碱和氧化性液体等工艺化学品能各自被分别回收且没有被诸如蚀刻、清洁或漂洗液体等其他处理流体以及气体不必要地稀释。

仍然参考图1a-1e，在封闭式处理室外面提供一或多个致动器以便促进各个防溅罩的选择性的且独立的移动。举例来说，在图1a中，致动器（113）具操作性地关联于外防溅罩（111）且另一致动器（116）具操作性地关联于内防溅罩（115）。优选地，为每个防溅罩提供三个致动器，但所使用的致动器的数量某种程度上取决于关联防溅罩的几何形状。

致动器（113，116）设置有永久磁铁，对应于由防溅罩（111，116）所携带的永久磁铁。于是，各个防溅罩的选择性的竖直移动能由致动器通过由成组的相斥的永久磁铁所形成的磁耦合提供。

在图1f和1g中示出了改良的防溅罩（115a和111a）。在该实施方式中，外防溅罩（111a）包括向内延伸的上表面，该上表面在内防溅罩（115a）被提升时覆盖并啮合内防溅罩（115a）的上沿。于是，当内流体收集器在使用中时，外流体收集器能实质上被内防溅罩（115a）封口。

图1f和1g还进一步示出了用于封闭式处理室内的各个防溅罩的致动器的实施方式的细节。在该实施方式中，活塞（1160）相对于内防溅罩（115a）被提升机构（116a）选择性地驱动，提升机构（116a可以是例如球形轴或气动起重缸。活塞（1160）延伸穿过封闭式处理室的底板中的孔。在封闭式处理室内，活塞（1160）被圆筒形遮盖物（1162）遮盖，其中圆筒形遮盖物（1162）在其远离底板的端被圆筒盖密封，且在其靠近底板的端抵靠封闭式处理室的内表面被密封。

内磁铁（1164）被附着于活塞（1160）并关联于附着于防溅罩（115a）的外部环状磁铁（1166）被具操作性地放置。内磁铁（1164）和外部环状磁铁（1166）彼此对应使得在活塞（1160）被提升机构（116a）抬高或降低时，防溅罩（115a）以相应的方式被抬高或降低。

图2a-2d中描绘了本发明的另一实施方式，其中能竖直移动的防溅罩的功能被用于环状卡盘的选择性竖直移动的机构所替代。

在该实施方式中，封闭式处理室由被上板（231)、下板（234）和在上板（231）和下板（234）的相对的表面之间竖直延伸的圆柱形室壁（215）界定的内部区域限定。

适于通过多个能偏心移动的鞘（223）支撑晶片（W）的磁耦合和驱动的环状卡盘（202）被设置在圆柱形室壁（215）的内部。关联于环状卡盘（202）的转子（203）被设置为邻近圆柱形室壁（215）的内表面并具操作性地与被设置为邻近圆柱形室壁（215）的外表面的对应定子（204）相关联。定子（204）由载板（237）承载。

室底（207）被设置在封闭式处理室内、下板（234）的内表面上。室底（207）容纳作为同心环形管（208-209）的多个处理流体收集器，每一个都通向从环形管延伸到封闭式处理室外面的对应出口（218-219）。优选地，每一个环形管相对于水平面倾斜使得其中所收集的任何处理流体被传送到所述对应出口。底板（207）还容纳环形排气管（210）以及对应的排气出口（220）。

在上板（231）和底板（207）中提供孔（205和211）使得处理流体能被选择性地传送到处理中的旋转晶片的一面或者两面。

在该实施方式中，定子（204）和载板（237）被安装以便相对于圆柱形室壁（215）能竖直移动。因此，定子（204）的竖直移动经由与转子（203）的磁耦合造成环状卡盘（202）和其上所保持的晶片的相应的竖直移动。定子（204）的选择性竖直移动由致动器（206）提供。

环状卡盘（202）包括后缘（222），后缘（222）定位为：相对于环状卡盘（202）的旋转轴成径向向外的向下的角度。于是，旋转晶片所产生的离心作用导致过量的处理流体（其已经通过介质入口（205）或（211）完成分配）被驱向环状卡盘（202）的成角度的表面并被引导到自后缘（222）向下并向外的方向。

在使用中，定子（204）被定位在相对于圆柱形室壁（215）的选定的提升位置，使得环状卡盘（202）被定位在对应的提升位置，其中提升位置被选定使得来自后缘（222）的任何过量流体被导入希望的环形管。

当不同的处理流体要被施加时，环状卡盘（202）在竖直方向上通过定子（204）的相应的竖直移动被移动至一个位置，在该位置，来自后缘（222）的任何过量流体会被导入不同的希望的环形管。

以这种方式，环状卡盘（202）能被选择性地定位在竖直方向上以便任何给定的处理流体可从晶片被导向选定的环形管以及出口，使得过量的各种处理流体可被分别获取用于重复利用或重复使用。

虽然已结合本发明各种说明性的实施方式对其进行了描述，但是可以理解的是，那些实施方式不应当被用作限制由所附权利要求书的真实范围和精神所赋予的保护范围的理由。

Claims (13)

1.用于处理晶片状物件的设备，包括封闭式处理室、位于所述封闭式处理室内的环状卡盘、以及穿过所述封闭式处理室的底壁与所述封闭式处理室外面流体连通的至少一个处理流体收集器，其中所述环状卡盘适于在没有物理接触的情况下通过磁轴承驱动，且其中所述环状卡盘和所述至少一个处理流体收集器相对于彼此能竖直移动。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述环状卡盘被安装在竖直方向上且所述至少一个处理流体收集器包括能竖直移动的防溅罩。

3.根据权利要求2所述的设备，包括多个流体收集器，每一个流体收集器包括能竖直移动的防溅罩。

4.根据权利要求3所述的设备，其中每一个能竖直移动的防溅罩自所述封闭式处理室外面被选择性地驱动至预先确定的竖直位置。

5.根据权利要求4所述的设备，其中每一个能竖直移动的防溅罩能被选择性地定位以便获取来自由所述环状卡盘承载的旋转晶片的预先选定的处理流体。

6.根据权利要求5所述的设备，进一步包括具操作性地关联于每一个能竖直移动的防溅罩的竖直移动致动器。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述致动器通过磁耦合具操作性地关联于所述能竖直移动的防溅罩。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个处理流体收集器被安装在竖直方向上且所述环状卡盘包括能竖直移动的有源磁轴承。

9.根据权利要求8所述的设备，包括多个流体收集器，所述能竖直移动的有源磁轴承包括位于所述封闭式处理室外面的能竖直移动的定子。

10.根据权利要求9所述的设备，其中所述能竖直移动的有源磁轴承能被选择性地定位使得来自由所述环状卡盘承载的旋转晶片的预先选定的处理流体被导向预先选定的流体收集器。

11.根据权利要求10所述的设备，进一步包括具操作性地关联于所述定子的竖直移动致动器。

12.根据权利要求11所述的设备，其中所述竖直移动致动器通过磁耦合具操作性地关联于所述定子。

13.根据权利要求1所述的设备，其中所述磁轴承是有源磁轴承。

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