CN104064492B - 用于处理晶片状物件的表面的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于处理晶片状物件的表面的装置。一种用于衬底的液体处理的装置包括衬底架和围绕所述衬底架的液体收集器。所述液体收集器包括用于收集处理衬底所使用的液体的槽。所述槽与排放管道流体连通，且所述液体收集器进一步包括自所述槽中的排放口延伸到设置得比所述槽低的所述排放管道的入口的凹面。所述槽中的所述排放口具有与所述排放管道的入口的横截面积的至少两倍一样大的横截面积。

Description

用于处理晶片状物件的表面的装置

技术领域

本发明总体上涉及用于处理晶片状物件（比如半导体晶片）的表面的装置，其中一或多种处理流体可从封闭的处理室中回收。

背景技术

半导体晶片经受各种表面处理工艺，比如蚀刻、清洁、抛光和材料沉积。为了适应这样的工艺，可相对于一或多个处理流体喷嘴通过与可旋转载具相关联的卡盘支撑单个晶片，如例如美国专利No.4,903,717和No.5,513,668中所记载的。

替代地，适用于支撑晶片的环形定子形式的卡盘可被设置在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，如例如国际公开文本No.WO2007/101764和美国专利No.6,485,531中所记载的。因离心作用而从旋转晶片边缘向外驱动的处理流体被传送给用于清理的公共排流管。

公布号为2013/0062839的共同拥有的共同待决美国申请中记载了改进的封闭式处理室。但本发明人已发现，用过的工艺液体并不总能从处理室完全回收，如该专利申请中所描述的。特别地，本发明人发现，由旋转卡盘产生的气流在工艺液体中产生湍流，其在周边室的排水通道中聚集，导致工艺液体的飞溅和用过的工艺液体的液滴粘附到处理室的其它内表面。

发明内容

因此，在一方面，本发明涉及用于衬底的液体处理的装置，其包括衬底架和围绕所述衬底架的液体收集器。所述液体收集器包括用于收集处理衬底所使用的液体的槽。所述槽与排放管道流体连通，且所述液体收集器进一步包括自所述槽中的排放口延伸到设置得比所述槽低的所述排放管道的入口的凹面（recessed surface）。所述槽中的所述排放口具有与所述排放管道的入口的横截面积的至少两倍一样大的横截面积。

在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述衬底架和所述液体收集器存在于能够在衬底的液体处理期间被密封的处理室中。

在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述衬底架是用于保持和旋转晶片状物件的旋转卡盘。

在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述衬底架是由轴旋转驱动的卡盘，且所述卡盘包括排成圆形的一系列销，该一系列销被设置来接触衬底的边缘区域。

在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述衬底架是由围绕的电磁定子旋转驱动的磁转子环，且所述磁转子环包括排成圆形的一系列销，所述销自所述磁转子环向下悬垂且被设置来接触衬底的边缘区域。

在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述凹面包括成对的细长凹部，所述成对的细长凹部沿着所述槽在所述排放管道的所述入口的相对侧上延伸。

在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述排放管道的所述入口无遮盖且在平面图中被所述槽中的所述排放口围绕。

在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述槽中的所述排放口具有与所述排放管道的入口的横截面积的至少三倍一样大的横截面积。

在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述槽中的所述排放口具有与所述排放管道的入口的横截面积的至少四倍一样大的横截面积。

在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述凹面在所述槽中的所述排放口处利用所述槽形成边缘。

在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述凹面还包括成对的辅助凹部，所述成对的辅助凹部在所述排放管道的所述入口的相对侧上且总体上沿着所述槽延伸。

在另一方面，本发明涉及用在用于衬底的液体处理的装置中的液体收集器。所述液体收集器包括具有用于收集处理衬底所使用的液体的内部边缘槽的壳体。所述槽与排放管道流体连通，且所述液体收集器进一步包括自所述槽中的排放口延伸到设置得比所述槽低的所述排放管道的入口的凹面。所述槽中的所述排放口具有与所述排放管道的入口的横截面积的至少两倍一样大的横截面积。

在根据本发明的液体收集器的优选实施方式中，所述凹陷区域包括成对的细长凹部，所述成对的细长凹部沿着所述槽在所述排放管道的所述入口的相对侧上延伸。

在根据本发明的液体收集器的优选实施方式中，所述排放管道的所述入口无遮盖且在平面图中被所述槽中的所述排放口围绕。

在根据本发明的液体收集器的优选实施方式中，所述槽中的所述排放口具有与所述排放管道的入口的横截面积的至少三倍一样大的横截面积。

在根据本发明的液体收集器的优选实施方式中，所述槽中的所述排放口具有与所述排放管道的入口的横截面积的至少四倍一样大的横截面积。

在根据本发明的液体收集器的优选实施方式中，所述凹面还包括成对的辅助凹部，所述成对的辅助凹部在所述排放管道的所述入口的相对侧上且总体上沿着所述槽延伸。

附图说明

参考附图，在阅读下面对本发明的优选实施方式的详细描述之后，本发明的其它目的、特征和优点会变得更加显而易见，其中：

图1是根据本发明第一实施方式的处理室的说明性的剖面侧视图，其中示出内盖（interior cover）在其第一位置；

图2是根据本发明第一实施方式的处理室的说明性的剖面侧视图，其中示出内盖在其第二位置；

图3是图1中的细节Ⅲ的放大视图；

图4是图1和2中所示实施方式的液体收集器的说明性的剖面透视图；

图5是图1和2中所示实施方式的液体收集器的俯视透视图；且

图6是图5中的细节Ⅺ的放大视图。

具体实施方式

现在参考图1，一种根据本发明第一实施方式的用于处理晶片状物件的表面的装置包括外部处理室1，其优选地由涂覆有PFA（全氟烷氧基）树脂的铝制成。该实施方式中的室具有主圆筒形壁10、下部12（lower part）和上部15（upper part）。较窄的圆筒形壁34自上部15延伸，由盖子（lid）36关闭。

旋转卡盘30被设置在室1的上部中，并由圆筒形壁34围绕。在装置的使用过程中，旋转卡盘30可旋转地支撑晶片W。旋转卡盘30包含包括齿圈38的旋转驱动器，齿圈38啮合并驱动多个偏心可移动夹紧件，用于选择性地接触和释放晶片W的外围边缘。

在该实施方式中，旋转卡盘30是邻近圆筒形壁34的内表面而提供的环形转子。定子32在环形转子对面邻近圆筒形壁34的外表面提供。转子30和定子34作为马达，通过该马达，环形转子30（从而所支撑的晶片W）可通过主动磁轴承而被旋转。例如，定子34可包括多个电磁线圈或绕组，它们可被主动控制以通过转子上提供的对应的永磁体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通过定子的主动控制或通过永磁体来完成。因此，旋转卡盘30可被飘浮地且可旋转地驱动，而没有机械接触。替代地，转子可由被动轴承保持（hold），其中转子的磁体由周向地布置在室外的外转子上的对应高温超导磁体（HTS-磁体）保持。用该替代实施方式，环形转子的每个磁体被固定（pin）到其对应的外转子HTS-磁体。因此，内转子进行与外转子相同的运动，却没有物理连接。

盖子36具有安装在其外表面上的歧管42，其提供介质入口44，介质入口44贯穿盖子36并向在晶片W上方的室开口。要注意，该实施方式中的晶片W自旋转卡盘30向下悬挂，由夹紧件40支撑，使得通过入口44供应的流体冲击晶片W的面向上的表面。

在晶片30是半导体晶片（例如300mm或450mm直径的半导体晶片）的情况下，晶片W的面向上的面可以是晶片W的器件面或者正面，这由晶片在旋转卡盘30上怎样放置来确定，而怎样放置反过来由室1内所执行的特定工艺决定。

图1的装置进一步包括内盖2，内盖2相对于处理室1可移动。图1中所示内盖2处于其第一（或者打开）位置，在该位置，旋转卡盘30与室1的外圆筒形壁10连通。

该实施方式中的盖2通常是杯形的，包括底座20，底座20被直立的圆筒形壁21围绕，它们一起还构成用于用过的工艺液体的收集器。该收集器包括环形槽27，用过的工艺液体收集在环形槽27，且用过的工艺液体从环形槽27被引导至排放管道25。盖2还包括支撑底座20并贯穿室1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，且这些元件通过动态密封件连接，该动态密封件允许中空轴22相对于凸台12移位，同时维持室1的不透气密封。

在圆筒形壁21的顶部附着有环形导流件24，在导流件24的面向上的表面上带有垫片26。盖2优选地包括贯穿底座20的至少一个流体介质入口28，以便将工艺流体和漂洗液体引介至室中到达晶片W的面向下的表面上。

盖2还包括工艺液体排放口23，从而将用过的工艺液体引导到排放管道25中，这会联系图3进行更完整的描述。鉴于管道25被稳固地安装到盖2的底座20，它通过动态密封件17贯穿室1的底壁14使得该管道可相对于底壁14轴向滑动，同时维持不透气密封。

排气口16贯穿室1的壁10，而分开的排气口46在旋转卡盘30的内表面附近贯穿盖子36。每个排气口连接到合适的排气管道（未图示），排气管道优选地通过各自的阀和通气设备进行独立控制。

图1中所描绘的位置对应于晶片W的装载或卸载。特别地，晶片W可通过盖子36或者更优选地通过室壁10中的侧门（未图示）被装载到旋转卡盘30上。然而，当盖子36在原位时且当任意侧门已被关闭时，室1是不透气的且能够维持限定的内压。

在图2中，内盖2已被移动到其第二（或关闭）位置，该位置对应于晶片W的处理。也就是说，在晶片W被装载到旋转卡盘30上之后，通过作用于中空轴22上的合适马达（未图示），使盖2相对于室1向上移动。内盖2的向上运动继续直到导流件24与室1的上部15的内表面接触。特别地，导流器24所携带的垫片26抵靠上部15的底面密封，而上部15所携带的垫片18抵靠导流器24的上表面密封。

因此，当内盖2到达其第二位置时，如图2中所描绘的，在封闭的处理室1内产生第二室48。此外，内室48以不透气的方式与室1的其余部分密封隔开。另外，室48优选地相对于室1的其余部分分开排气，这在该实施方式中通过独立于用于室1整体的排气口16和图2构造中的室1的其余部分提供向室48开口的排气口46而实现。

在晶片的处理过程中，处理流体可被引导穿过介质入口44和/或28到达旋转的晶片W以便执行各种处理，比如蚀刻、清洁、漂洗和正处理晶片的任何其它希望的表面处理。

在替代实施方式中，盖2可装备有可垂直移动的防溅罩和多个同心排放槽，如公布号为2013/0062839的共同拥有的共同待决美国申请的图3-6所示。在另一替代实施方式中，磁转子卡盘30可被公布号为2013/0062839的共同拥有的共同待决美国申请的图7-10中所示的轴驱动的卡盘代替。

现在参考图3，图3中示出了将槽27连接到排放管道25的过渡的凹面。特别地，在该实施方式中剖面大约是部分圆形的槽27具有形成于其中的开口23，开口23通过向内倾斜的凹面通向排放管道25的入口。排放口23在横截面积上明显比排放管道25大，且特别是，在横截面积上大至少两倍，优选大至少三倍，且更优选大至少四倍。

此外，通过在排放管道每一侧上形成的且在总体上垂直于图3中的平面的方向上延伸的成对的狭槽或辅助凹部231，在槽27下方且在排放管道25上方的凹陷容积进一步增大，图3中只有一个辅助凹部231可见。

从槽27的底部到排放管道25的入口的距离垂直测量优选地是至少3mm。

该结构用于提供针对在槽27下游和排放管道25上游的用过的工艺液体的辅助收集容器（reservoir）。重要的是，更多地保护该凹陷容积以避免由快速旋转的卡盘所产生的往往强劲的空气流或气流。因此，该结构对防止用过的工艺液体的飞溅（如前述早期专利申请中会发生的）是有效的，相反地，用过的工艺液体平稳地从槽27流到排放管道25中。

如图4中所示，收集器结构优选地包括多个液体管道281、282和气体管道285，以便供应各种化学组合物、漂洗液和惰性气体给晶片W的面向下的面。在图5中，这些液体管道281-284和气体管道285-287看得更清楚。

图6更完整地示出了根据该实施方式的过渡凹表面和因此限定的凹陷容积的轮廓。槽27的底部总体上匹配托件（torus）的下半部分。凹面在排放口23处接合槽27的底部，通过这种方式，表面突然改变方向，以便在排放口处形成相对尖锐的边缘。

该尖锐的边缘促进了沿着槽27的曲面的空气流流动，并使进入凹陷容积中的空气流最小化。提供凹面的辅助凹部231以便增加在槽27下方且在排放管道25上方的用过的工艺液体的可获得总量，在槽27的周向上有更多的空间用于这种辅助凹部231，但在其径向上要少得多。

因此，该结构缓解了联系现有设计所描述的飞溅问题，提高了来自收集器的用过的工艺流体的回收率，并提高了经过收集器的工艺液体的流率。

还应当注意，虽然根据本发明的对用过的工艺液体的改进的处理优选地应用于如附图中所示的封闭式处理室，但它也可应用于开放式处理单元，比如被具有垂直叠加的工艺水平的开放式收集器围绕的旋转卡盘，如例如美国专利No.4,903,717中所记载的。

虽然已联系本发明的各种优选实施方式对本发明进行了描述，但应理解的是，这些实施方式仅仅用于说明本发明，而不应被用作为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 (17)

1.一种用于衬底的液体处理的装置，其包括衬底架和围绕所述衬底架的液体收集器，所述液体收集器包括用于收集处理衬底所使用的液体的槽，所述槽与排放管道流体连通，所述液体收集器进一步包括自所述槽中的排放口延伸到设置得比所述槽低的所述排放管道的入口的向内倾斜的内部凹面，其中所述槽中的所述排放口具有与所述排放管道的入口的横截面积的至少两倍一样大的横截面积。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述衬底架和所述液体收集器存在于能够在衬底的液体处理期间被密封的处理室中。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述衬底架是用于保持和旋转晶片状物件的旋转卡盘。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述衬底架是由轴旋转驱动的卡盘，且其中所述卡盘包括被设置来接触衬底的边缘区域的排成圆形的一系列销。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述衬底架是由围绕的电磁定子旋转驱动的磁转子环，其中所述磁转子环包括排成圆形的一系列销，所述销自所述磁转子环向下悬垂且被设置来接触衬底的边缘区域。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述凹面包括成对的细长凹部，所述成对的细长凹部沿着所述槽在所述排放管道的所述入口的相对侧上延伸。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述排放管道的所述入口无遮盖且在平面图中被所述槽中的所述排放口围绕。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述槽中的所述排放口具有与所述排放管道的入口的横截面积的至少三倍一样大的横截面积。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述槽中的所述排放口具有与所述排放管道的入口的横截面积的至少四倍一样大的横截面积。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述凹面在所述槽中的所述排放口处利用所述槽形成边缘。

11.根据权利要求1所述的装置，其中所述凹面还包括成对的辅助凹部，所述成对的辅助凹部在所述排放管道的所述入口的相对侧上且总体上沿着所述槽延伸。

12.一种用在用于衬底的液体处理的装置中的液体收集器，所述液体收集器包括具有用于收集处理衬底所使用的液体的内部边缘槽的壳体，所述槽与排放管道流体连通，所述液体收集器进一步包括自所述槽中的排放口延伸到设置得比所述槽低的所述排放管道的入口的向内倾斜的内部凹面，其中所述槽中的所述排放口具有与所述排放管道的入口的横截面积的至少两倍一样大的横截面积。

13.根据权利要求12所述的液体收集器，其中所述内部凹面包括成对的细长凹部，所述成对的细长凹部沿着所述槽在所述排放管道的所述入口的相对侧上延伸。

14.根据权利要求12所述的液体收集器，其中所述排放管道的所述入口无遮盖且在平面图中被所述槽中的所述排放口围绕。

15.根据权利要求12所述的液体收集器，其中所述槽中的所述排放口具有与所述排放管道的入口的横截面积的至少三倍一样大的横截面积。

16.根据权利要求12所述的液体收集器，其中所述槽中的所述排放口具有与所述排放管道的入口的横截面积的至少四倍一样大的横截面积。

17.根据权利要求12所述的液体收集器，其中所述凹面还包括成对的辅助凹部，所述成对的辅助凹部在所述排放管道的所述入口的相对侧上且总体上沿着所述槽延伸。