CN104011847A - 用于处理晶片状物品的表面的装置 - Google Patents

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Abstract

用于处理晶片状物品的装置包括处理室和位于所述处理室内的旋转卡盘。所述旋转卡盘适于在没有物理接触的情况下通过磁轴承驱动。所述旋转卡盘包括适于将晶片状物品保持在悬垂于所述旋转卡盘下方的位置的一系列抓销。所述旋转卡盘还包括与所述旋转卡盘一起旋转的板。所述板位于由晶片状物品占据的区域的上方，并且在所述旋转卡盘的使用过程中保护所述处理室的上表面不受由晶片状物品甩掉的液体的影响。

Description

用于处理晶片状物品的表面的装置
技术领域
本发明总体上涉及一种用于处理诸如半导体晶片之类的晶片状物品的表面的装置，其中可以从封闭的处理室中回收一种或多种处理流体。
背景技术
半导体晶片经受各种表面处理工艺，例如蚀刻、清洗、抛光和材料的沉积。为了适应这样的工艺，如例如在美国专利No.4,903,717和No.5,513,668中所述，可以通过与可旋转载体相关联的卡盘相对于一个或更多个处理流体喷嘴支撑单个晶片。
替代地，如例如在国际公开No.WO2007/101764和美国专利No.6,485,531中所述，适于支撑晶片的环转子形式的卡盘可以位于封闭的处理室内，并在没有物理接触的情况下通过主动磁轴承驱动。由于离心力的作用从旋转晶片的边缘被向外驱动的处理流体被输送到用于处理的共漏极。
适于在没有物理接触的情况下通过磁轴承驱动的传统的旋转卡盘暴露晶片的两侧于处理室的环境中，本发明人已经发现这会产生各种缺陷。
发明内容
本发明在一个方面涉及用于处理晶片状物品的装置，其包括处理室和位于该处理室中的旋转卡盘。旋转卡盘适于在没有物理接触的情况下通过磁轴承驱动。旋转卡盘包括一系列抓销，这些抓销适于将晶片状物品保持在悬垂于旋转卡盘下方的位置。该旋转卡盘还包括与旋转卡盘一起旋转的板。当该旋转卡盘在使用中时，该板位于由晶片状物品占据的区域的上方，并且在该旋转卡盘的使用过程中该板保护处理室的上表面不受由晶片状物品甩掉的液体的影响。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，所述板被定位成平行于将在旋转卡盘的使用过程中呈现晶片状物品的主表面的平面，从而以限定所述板和所述平面之间的预定宽度的间隙。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，所述预定宽度是从约0.1至5mm，并且优选地为从约0.5至2mm。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，所述板被定位平行于所述处理室的上覆盖，从而以限定所述板和所述盖之间的预定宽度的间隙。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，所述预定宽度是从约0.1至10mm，优选地从约0.5至5mm，并且更优选地从约1至3mm。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，该处理室包括上覆所述板的盖以及安装于所述盖上的喷嘴组件，所述喷嘴组件具有穿过所述盖和所述板的中央区域的排出端，从而在所述装置的使用过程中可以经由所述喷嘴组件供应处理流体到晶片状物品的面向上的表面。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，该装置还包括位于所述处理室的外侧并上覆所述板的至少一个红外(IR)灯。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，所述至少一个IR灯被定位成与所述处理室的盖相邻，并且其中所述盖与所述板的至少一部分是由对通过所述至少一个IR灯发射的IR辐射透明的材料形成。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，该处理室包括设置在所述处理室内的内盖，该内盖在第一位置与第二位置之间是可移动的，其中在所述第一位置处所述旋转卡盘与所述封闭的处理室的外壁连通，在所述第二位置处所述内盖邻近旋转卡盘靠着所述封闭的处理室的内表面密封以限定气密的内处理室。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，其中当位于第二位置时，内盖形成所述内处理室的下部。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，所述磁轴承包括位于所述封闭的处理室的外侧的定子。
本发明在一个方面涉及用于处理晶片状物品的方法，其包括定位晶片状物品于处理室内的旋转卡盘上使得所述晶片状物品由旋转卡盘保持在悬垂在所述旋转卡盘下方的位置，和在所述晶片状物品的上侧与由所述旋转卡盘支持的板之间的间隙中形成液体膜，所述板上覆所述晶片状物品并且平行于所述晶片状物品延伸，从而以限定预定宽度的间隙。
在根据本发明的方法的优选的实施方式中，所述预定宽度是从约0.1至5mm，并且优选地从约0.5至2mm。
在根据本发明的方法的优选的实施方式中，所述旋转卡盘适于在没有物理接触的情况下通过磁轴承驱动。
在根据本发明的方法的优选的实施方式中，所述方法还包括使用位于所述处理室的外侧的至少一个红外(IR)灯加热所述晶片状物品，其中所述处理室和所述板上覆所述晶片状物品的部分对通过所述至少一个IR灯发射的IR辐射是透明的。
附图说明
阅读以下参照附图给出的本发明的优选的实施方式的详细描述之后，本发明的其它目的、特征和优点将变得更加显而易见，其中：
图1是根据本发明的第一实施方式的具有示出在其第一位置处的内盖的处理室的说明性侧剖视图；
图2是根据本发明的第一实施方式的具有示出在其第二位置处的内盖的处理室的说明性侧剖视图；
图3是第一实施方式的具有在合适位置的晶片的盖和卡盘的说明性横截面透视图；以及
图4是图1中细节IV的放大图。
具体实施方式
现在参考图1，根据本发明的第一实施方式的用于处理晶片状物品的表面的装置包括外处理室1，该外处理室1优选由涂覆有PFA(全氟烷氧基)树脂的铝制成。在本实施方式中，室具有主圆筒壁10、下部12和上部15。从上部15处延伸出窄圆柱形壁34，该窄圆筒壁34是由盖36封闭。
旋转卡盘30被设置在室1的上部，并被该圆筒壁34包围。在所述装置的使用过程中，旋转卡盘30可旋转地支撑晶片W。旋转卡盘30装有包括环形齿轮38的环形驱动器，其啮合并驱动多个偏心地可移动的夹持构件40，夹持构件40用于选择性地接触和释放晶片W的周缘。
在本实施方式中，旋转卡盘30是邻近圆筒壁34的内表面设置的环转子。定子32与环转子相对地邻近圆筒壁34的外表面设置。转子30和定子32用作发动机，由此该环转子30(并且因此支撑的晶片W)可以通过主动磁轴承旋转。例如，定子32可以包括多个电磁线圈或绕组，可以主动地控制该多个电磁线圈或绕组以通过设置在转子上的相应的永久磁铁可旋转地驱动旋转卡盘30。旋转卡盘30的轴向轴承和径向轴承也可以通过定子的主动控制或通过永久磁铁来完成。因此，可以使旋转卡盘30悬浮并将其可旋转地驱动而无机械接触。替代地，转子可以由被动轴承保持，其中所述转子的磁体是由相应的高温超导磁体(HTS磁体)保持，该HTS磁体沿周向设置在所述室外侧的外转子上。用这种替代实施方式，环转子的每个磁体被固定到外转子的其相应的HTS磁体。因此，内转子与外转子做相同的运动而没有被物理地连接。
盖36具有安装在其外部的喷嘴组件42，该喷嘴组件42提供了介质入口44，该介质入口44穿过所述盖36并且通向所述室内晶片W的上方。应当注意的是，在本实施方式中，由夹持构件40支撑的晶片W从旋转卡盘30向下悬挂，使得通过入口44供给的流体将冲击晶片W的面向上方的表面。
旋转卡盘30还包括当该卡盘30在使用中时被定位在晶片W上方的板52。板52优选地覆盖晶片W的整个上表面，但板52有开口以允许喷嘴组件42的排出端通过的地方除外。
在本实施方式中，盖36还包括穿过盖36和板52的中间厚度(intervening thickness)的一组红外加热元件62，该红外加热元件62使得晶片W能被迅速加热，因此在这个实施方式中，盖36和板52这两者都是由诸如石英玻璃之类的对由该加热元件62发射的IR辐射基本上是透明的材料制成。
如果晶片30是半导体晶片，例如直径为300mm或450mm，晶片W的朝上的一面可以是器件侧或晶片W的正面，这是由该晶片如何在旋转卡盘30上定位决定的，而这又是通过在室1内所执行的特定过程所决定的。
图1的装置还包括内盖2，该内盖2相对于处理室1是可移动的。图1所示的内盖2在其第一或开放的位置，在此处所述旋转卡盘30与室1的外圆筒壁10连通。在本实施方式中，盖2一般是杯形的，其包括由直立的圆筒壁21包围的基座20。盖2还包括支撑基座20并且穿过室的下壁14的中空轴22。
中空轴22由形成在主室1中的凸台12围绕，并且这些元件经由动态密封件连接，该动态密封件允许所述中空轴22相对于所述凸台12位移，同时保持室1的气密密封。
在圆筒壁21的顶部有被安装的环形折流构件24，该环形折流构件24在其面向上的表面上带有垫圈26。盖2优选地包括穿过基座20的流体介质入口28，从而使处理流体和冲洗液体可以被引入到所述室中晶片W的面向下方的表面上。
盖2还包括处理液排放口23，该处理液排放口23通向排放管25。鉴于管25刚性地安装到盖2的基座20，管25经由动态密封件17穿过室1的底壁14，使得管可相对于底壁14轴向滑动，同时保持气密密封。
排气口16穿过室1的壁10，而独立的排气口(未示出)穿过盖36。每个排气口被连接到合适的排气导管(未示出)，优选地经由各自的阀和排气装置独立地控制排气导管。
图1所示的位置对应于晶片W的装载或卸载。特别地，可以通过室壁10的侧门46将晶片W装到旋转卡盘30上。然而，当盖36就位时并且当侧门46已被关闭时，室1是气密的并能维持限定的内部压力。
在图2中，内盖2已经被移动到其第二或关闭的位置，其对应于晶片W的处理。也就是说，在晶片W装载到旋转卡盘30上之后，通过合适的发动机(未示出)作用在中空轴22上相对于室1向上移动盖2。内盖2的向上运动继续进行，直到该折流构件24与室1的上部15的内表面接触。特别地，由折流构件24带有的垫圈26密封住上部15的下侧，而由上部15带有的垫圈18密封住折流构件24的上表面。
当内盖2到达如图2所示的其第二位置处时，因此在封闭的处理室1内产生了第二室48。内室48相对于室1的其余部分以气体密封的方式被进一步密封。而且，室48优选地相对于室1的其余部分独立地通风，在本实施方式中，这是通过独立于通常用于室1的排气口16以及室1在图2中配置的其余部分，提供开口通向室48中的排气口来实现的。
在晶片的处理过程中，可以引导处理流体通过喷嘴组件42，流经板52中的中央开口并流到旋转的晶片W上，以便执行各种处理，例如蚀刻、清洗、漂洗，以及正在接受处理的晶片的任何其它期望的表面处理。
在晶片W与室1的顶部36之间提供与卡盘30集成的板52产生了许多优点。在使用IR灯加热介质(如，硫酸)以确保该IR的透明性的情况下，板52可以是石英。
在使用中，板52随着卡盘旋转，并且速度与卡盘相同，并因此也随着被卡盘30夹住的晶片W旋转，并且速度也与晶片30相同。因此这种设计用于最小化所使用的处理流体中的紊流。
而且，当使用IR加热灯时，板52允许防止残留的热传递，因为可以主动地冷却(例如，用氮和/或去离子水)卡盘30和灯之间的间隙，即，板52之上与盖36之下的间隙。
此外，也可以通过用去离子水冷却板52以将干处理过程中的温度差异最小化。更进一步，例如由飞溅和/或缩合导致的在板52的下侧上的晶片W上方的剩余的处理介质可以在前述的去离子水冲洗过程中同时冲洗，或者在完成处理之后用去离子水冲洗。
由于板52将晶片W的朝上侧与室内部隔离，这用于使由回溅(backsplashing)和/或颗粒导致的污染最小化。板52还允许增强对晶片上方的气氛控制。更进一步，这种设计还允许进行间隙处理，即，晶片和卡盘之间的间隙填充有液体的处理。
图3示出仅示出图1和图2中的盖36和卡盘30，具有仍然在合适位置的晶片W。IR灯62形成为一系列同心圆形元件，并且是独立地可控的以向晶片W提供经调节的加热。在本实施方式中，喷嘴组件42包括每个连接到各自的处理流体的供给源的三个单独的导管54、56、58。例如，导管中的一个可以供应去离子水，另一个供应氮气，以及第三个供应如浓硫酸之类的处理流体。
至少盖36的下部68，类似板52，是由对IR灯62的波长基本上透明的材料形成，在本实施方式中，用作盖部68和板52的材料的实施例是石英。当IR灯62未被使用时，那么板52和盖部68两者可以由其它材料形成，如由涂覆有PFA(全氟烷氧基)树脂的铝形成。
在图4的细节中，可以看出，板52通过小间隙64与下面的晶片W隔开，该小间隙64优选地从约0.1至5mm，并且更优选地从约0.5至2mm。间隙64允许进行如上面提到的间隙处理，即，晶片和卡盘之间的间隙填充有液体的处理。
图4还表明：板52通过小间隙66与上覆盖部68隔开，该小间隙66优选地从约0.1至10mm，更优选地从约0.5至5mm，并且还更优选地从约1至3mm。间隙66允许板52以及因此允许晶片W主动地冷却，例如用氮气和/或去离子水冷却，从而在已使用IR灯62加热晶片W之后防止来自晶片W的剩余的热传递。可以使用同样的主动冷却技术将干处理过程中的温度差异最小化。

Claims (15)

1.一种用于处理晶片状物品的装置，其包括处理室和位于所述处理室内的旋转卡盘，其中所述旋转卡盘适于在没有物理接触的情况下通过磁轴承驱动，所述旋转卡盘包括适于将晶片状物品保持在悬垂于所述旋转卡盘下方的位置的一系列抓销，所述旋转卡盘还包括与所述旋转卡盘一起旋转的板，当所述旋转卡盘在使用中时，所述板位于由晶片状物品占据的区域的上方，并且在所述旋转卡盘的使用过程中所述板保护所述处理室的上表面不受由晶片状物品甩掉的液体的影响。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述板被定位成平行于将在所述旋转卡盘的使用过程中呈现晶片状物品的主表面的平面，从而以限定所述板和所述平面之间的预定宽度的间隙。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述预定宽度是从约0.1至5mm，并且优选地从约0.5至2mm。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述板被定位成平行于所述处理室的上覆盖，从而以限定所述板与所述盖之间的预定宽度的间隙。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述预定宽度是从约0.1至10mm，优选地从约0.5至5mm，并且更优选地从约1至3mm。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述处理室包括上覆所述板的盖和安装在所述盖上的喷嘴组件，所述喷嘴组件具有穿过所述盖和所述板的中央区域的排出端，从而在所述装置的使用过程中，处理流体可以经由所述喷嘴组件供应到晶片状物品的面向上的表面。
7.根据权利要求1所述的装置，其还包括位于所述处理室的外侧并上覆所述板的至少一个红外(IR)灯。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述至少一个IR灯被定位成与所述处理室的盖相邻，并且其中所述盖与所述板的至少一部分是由对通过所述至少一个IR灯发射的IR辐射透明的材料形成。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述处理室包括设置在所述处理室内的内盖，所述内盖在第一位置与第二位置之间是能移动的，其中在所述第一位置处所述旋转卡盘与所述封闭的处理室的外壁连通，其中在所述第二位置处所述内盖邻近所述旋转卡盘靠着所述封闭的处理室的内表面密封以限定气密的内处理室。
10.根据权利要求9所述的装置，其中当位于所述第二位置时，所述内盖形成所述内处理室的下部。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述磁轴承包括位于所述封闭的处理室的外侧的定子。
12.一种用于处理晶片状物品的方法，其包括：定位晶片状物品于处理室内的旋转卡盘上使得所述晶片状物品由所述旋转卡盘保持在悬垂于所述旋转卡盘下方的位置，以及在所述晶片状物品的上侧与由所述旋转卡盘支持的板之间的间隙中形成液体膜，所述板上覆所述晶片状物品并且平行于所述晶片状物品延伸，从而以限定预定宽度的间隙。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述预定宽度是从约0.1至5mm，并且优选地从约0.5至2mm。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述旋转卡盘适于在没有物理接触的情况下通过磁轴承驱动。
15.根据权利要求12所述的方法，其还包括：使用位于所述处理室的外侧的至少一个红外(IR)灯加热所述晶片状物品，其中所述处理室和所述板上覆所述晶片状物品的部分对通过所述至少一个IR灯发射的IR辐射是透明的。
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