CN105870037B - 具有旋转气体喷头的旋转卡盘 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有旋转气体喷头的旋转卡盘。一种用于处理晶片状物件的装置包括：旋转卡盘，其用于将晶片状物件保持在预定的方位；和旋转喷头，其用于在晶片状物件由所述旋转卡盘保持时供给处理气体至晶片状物件的表面上。所述旋转喷头包括出口板，所述出口板具有在其中心区域和外围区域中的每一个中形成的多个开口。提供处理气体馈送源以供给处理气体到气体分配室。所述气体分配室与形成在所述喷头中的多个开口流体连通。

Description

具有旋转气体喷头的旋转卡盘
技术领域
本发明总体上涉及用于处理晶片状物件(例如半导体晶片)的装置，更具体地涉及包括旋转卡盘和旋转气体喷头的这样的装置。
背景技术
半导体晶片经历各种表面处理工艺，例如蚀刻、清洁、抛光和材料沉积。为了适应这样的工艺，单个晶片可以通过与可旋转的载体相关联的卡盘相对于一个或更多个处理流体喷嘴被支撑，如在美国专利No.4903717和5513668中所述。
替代地，适于支撑晶片的环状转子形式的卡盘可位于封闭的处理室中，并通过主动磁轴承在没有物理接触的情况下被驱动，如例如在国际公开No.WO 2007/101764和美国专利No.6485531中所描述的。
已知的是，给这种卡盘装备气体喷头以便引入受控气氛到邻近正在卡盘上进行处理的晶片的表面。这样的喷头的实例示于共同拥有的共同待审的申请US 2014/0026926和共同拥有的美国专利No.8926788。然而，根据卡盘的类型和周围结构的类型，可能难以维持所需气氛，并且也可能难以通过常规气体喷头有效地利用工艺气体。
发明内容
本发明人已经开发了一种用于处理晶片状物件的改进的装置，其中旋转卡盘被相对于旋转的气体喷头安装。
因此，在一个方面，本发明涉及一种用于处理晶片状物件的装置，其包括：旋转卡盘，其用于将晶片状物件保持在预定的方位；和旋转喷头，其用于在晶片状物件由所述旋转卡盘保持时供给处理气体至该晶片状物件的表面上。所述旋转喷头包括出口板，所述出口板具有在其中心区域和外围区域中的每一个中形成的多个开口。提供处理气体馈送源以供给处理气体到气体分配室。所述气体分配室与形成在所述喷头中的多个开口流体连通。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，所述出口板被固定到所述旋转卡盘，并覆盖其中心区域。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，所述多个开口中的每一个具有范围从0.3至2.0平方毫米，优选从0.5至1.5平方毫米，并且更优选从0.7至1.2平方毫米的横截面面积。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，所述多个开口包括至少50个所述开口，并且优选至少80个所述开口。
在一种优选的实施方式中，存在布置在介于卡盘和出口板之间的过渡处的多个最外的开口，使得可以存在于所述气体分配室中的液体将通过这样的最外的开口排放。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，所述多个开口是倾斜的，以便将从所述气体分配室通过所述多个开口输送的流体径向地朝所述旋转卡盘的外部引导。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，所述出口板是圆顶形的，使得在晶片状物件定位于所述旋转卡盘上时，所述出口板的中心区域相比于其外围区域更远离晶片状物件。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，所述出口板由陶瓷材料形成。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，所述出口板与所述旋转卡盘的至少环状部分形成为一体。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，所述旋转卡盘的面向内的环形表面是倾斜的(向上或向下)，使得当所述旋转卡盘旋转时，粘附到其上的液体将或者向上或者向下输送。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，所述旋转卡盘布置在室内。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，所述室是封闭的室。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，所述旋转卡盘是磁性转子，并且所述装置还包括围绕所述磁性转子的磁性定子。
在另一个方面，本发明涉及一种用于处理晶片状物件的装置，其包括：旋转卡盘，其用于将晶片状物件保持在预定的方位；和旋转喷头，其用于在所述晶片状物件由所述旋转卡盘保持时供应处理气体至所述晶片状物件的表面。提供处理气体馈送源以供给处理气体到气体分配室。所述气体分配室与形成在所述喷头中的多个开口流体连通。所述旋转卡盘是磁性转子，并且所述装置还包括围绕所述磁性转子的磁性定子。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，所述旋转喷头包括出口板，所述出口板具有形成在其中的排放口，且所述出口板被固定到所述磁性转子并覆盖其中心区域。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，所述出口板是圆顶形的，使得在晶片状物件定位于所述旋转卡盘上时，所述出口板的中心区域相比于其外围区域更远离晶片状物件。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，所述旋转卡盘设置在封闭的室内，所述封闭的室包括顶壁，所述顶壁具有位于所述磁性转子上的外围区域和在所述磁性转子内向下延伸的中心区域，并且其中所述顶壁的内表面和所述出口板限定所述气体分配室。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，所述顶壁是静止的。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，提供了阻挡气体馈送源，以便供给阻挡气体到所述磁性转子的外围表面和所述室的内表面之间的间隙，所述间隙被定位成约束所述气体分配室内的处理气体。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，气体喷射头定位在所述顶壁内并穿过所述出口板的中心开口。
在根据本发明的装置的优选的实施方式中，所述旋转喷头包括中心开口，液体能够通过该中心开口朝向该晶片状物件供应。
附图说明
参照附图，在阅读了本发明的优选实施方式的以下详细描述之后，本发明的其他目的、特征和优点将变得更加明显，其中：
图1是根据本发明的第一实施方式的装置的说明性截面侧视图。
图2是图1的实施方式中所用的气体喷头的出口板的俯视图；
图3是根据本发明第二实施方式的装置的说明性截面侧视图；以及
图4是图3中的细节IV的放大图。
具体实施方式
现在参照图1，用于根据本发明的第一实施方式处理晶片状物件的表面的一种装置包括封闭的处理室13，环形旋转卡盘16被布置在其中。旋转卡盘16是由定位在所述室的外部的磁性定子17包围的磁性转子，从而使磁性转子自由旋转并在室13内悬浮而不接触室壁。室13由牢固地固定在其上的盖14在其上端关闭。
例如，在共同拥有的U.S.专利申请公开No.2013/0134128中描述了这种磁性转子卡盘的进一步的结构细节。
环形旋转卡盘16具有圆形系列的向下悬垂的抓握销19，抓握销19在处理期间可释放地保持晶片W。较低的分配单元22被设置成在室13内供给液体和/或气体至晶片W的面向下方的一侧。加热器31设置在室13内，以加热晶片W至所期望的温度，具体取决于正在执行的处理。加热器31优选包括大量的蓝色LED灯，其辐射输出趋向于优先地通过与室13的部件相对的硅晶片吸收。
上部分配单元包括外部气体管道27和同轴布置在外部气体管道27内的内部液体管道25。管道25、27两者都穿过盖14，并且允许液体和气体在室13内被供给到晶片W朝上的一侧上。
气体喷头由出口板28在其下侧分隔，出口板28也以俯视图示出在图2中。出口板28包括许多排放孔29，排放孔29允许处理气体从气体分配室37排出气体喷头到达与晶片W的面朝上的一侧相邻的区域。在该实施方式中，排放孔29分别具有范围从0.3至2.0毫米，优选从0.5至1.5毫米，并且更优选为0.7至1.2毫米的横截面面积。优选有至少20个孔29，并且更优选为至少80个；甚至更优选为300个。
出口板28被刚性地固定到旋转卡盘16，并且因此随着旋转卡盘16一起旋转。另一方面，管道25、27被固定地安装在室13的盖14上，并以小的间隙通过形成在板28的中心开口。
如图2所示，其中，在板28的中心区域和外围区域中的每一个中，有这些孔29中的多个，其中中心区域被定义为在所述板28的半个半径30内的范围，并且外围区域被定义为是半个半径30的外侧的范围。
返回到图1，会看到，气体分配室37经处理气体供应管道34被供应有处理气体，处理气体供应管道34进而与处理气体源(未示出)连通，该处理气体在优选的实施方式中是臭氧。
室13的盖14也被一个或多个喷嘴40穿过，喷嘴40供应清扫气体或阻挡气体，在该实施方式中，清扫气体或阻挡气体优选是氮气。包含这种喷嘴的盖的可能的结构的更详细的说明在共同拥有的共同待审的公开申请US 2013/0134128以及在共同拥有的共同待审的申请序列No.14/145241中阐述。
通过喷嘴40供给的阻挡气体在此实施方式执行重要的功能，因为它用于约束在气体分配室内的处理气体，使得传输通过一个或多个喷嘴34的处理气体更完整地通过板28的孔29，并在很大程度上被阻止通过卡盘16的外周和室壁13的内表面之间的环形间隙逸出。
在另一方面，由本发明人进行的实验已经显示，在没有提供这种阻挡气体的情况下，该处理气体的大部分，在一些情况下，处理气体的多数，通过磁性转子的外周和室壁之间的间隙逸出，使得这些处理气体在没有与晶片W的面向上的一侧接触的情况下通过排放装置46从该室排出。
图1的虚线43示出了由于在本实施方式中所示的结构而在处理气体和阻挡气体之间形成的边界的大致位置。提供气-气边界以约束分配室37内的处理气体在磁性转子卡盘的情况下是一种创新的解决方案，磁性转子卡盘不接触内部安装该卡盘的室，并且因而不能配备常规气体密封件。
现在转到图3和图4，本发明的另一个实施方式被显示为其包括若干个特征，这些特征被发现进一步提高处理气体供应通过室37并进入与晶片W的面朝上的一侧相邻的目标区域的效率。
具体地，图3和4的实施方式中的出口板28是向上呈圆顶形的，使得其中心区域比其外围区域更远离晶片W。反之，室13的盖14被重新配置，使得其中间区域向下延伸到由磁性转子16包围的区域中。从而气体分配室37的轴向范围相对于图1和2中的实施方式显著减小，发明人已发现这进一步提高了处理气体供应的效率。
另外，如图3中所示，本实施方式的排放孔29相对于所述旋转卡盘16的垂直旋转轴定向成倾斜的角度，使得这些孔相对于旋转卡盘16被定向成径向向外。发明人已经发现，这种结构有助于将分配室37内的任何液体转移而远离晶片W的面向上的表面，同时允许通过管道34供给的处理气体仍然到达与晶片W相邻的目标区域。
虽然本发明已经结合其不同的优选实施方式进行了描述，但是应当理解，这些实施例仅被提供来说明本发明，并且本发明并不限于这些实施方式，而是包括由所附权利要求的真正范围和精神所涵盖的那些实施方式。

Claims (22)

1.一种用于处理晶片状物件的装置，其包括：
旋转卡盘，其用于将晶片状物件保持在预定的方位，
旋转喷头，其用于在晶片状物件由所述旋转卡盘保持时供给处理气体至该晶片状物件的表面上，所述旋转喷头包括出口板，所述出口板具有在其中心区域和外围区域中的每一个中形成的多个开口，以及
处理气体馈送源，其用于供给处理气体到气体分配室，所述气体分配室与形成在所述喷头中的多个开口流体连通。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述出口板被固定到所述旋转卡盘，并覆盖其中心区域。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述出口板与所述旋转卡盘的至少环状部分形成为一体。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述多个开口中的每一个具有范围从0.3至2.0平方毫米的横截面面积。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述多个开口包括至少50个所述开口。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述多个开口是倾斜的，以便将从所述气体分配室通过所述多个开口输送的流体径向地朝所述旋转卡盘的外部引导。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述出口板是圆顶形的，使得在晶片状物件定位于所述旋转卡盘上时，所述出口板的中心区域相比于其外围区域更远离晶片状物件。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述出口板由陶瓷材料形成。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述旋转卡盘布置在室内。
10.根据权利要求8所述的装置，其中所述室是封闭的室。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述旋转卡盘是磁性转子，所述装置还包括围绕所述磁性转子的磁性定子。
12.根据权利要求1所述的装置，其中所述多个开口中的每一个具有范围0.5至1.5平方毫米的横截面面积。
13.根据权利要求1所述的装置，其中所述多个开口中的每一个具有范围从0.7至1.2平方毫米的横截面面积。
14.根据权利要求1所述的装置，其中所述多个开口包括至少80个所述开口。
15.一种用于处理晶片状物件的装置，其包括：
旋转卡盘，其用于将晶片状物件保持在预定的方位，
旋转喷头，其用于在所述晶片状物件由所述旋转卡盘保持时供应处理气体至所述晶片状物件的表面，以及
处理气体馈送源，其用于供给处理气体到气体分配室，所述气体分配室与形成在所述喷头中的多个开口流体连通，
其中，所述旋转卡盘是磁性转子，所述装置还包括围绕所述磁性转子的磁性定子。
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述旋转喷头包括出口板，所述出口板具有形成在其中的排放口，所述出口板被固定到所述磁性转子并覆盖其中心区域。
17.根据权利要求16所述的装置，其中所述出口板是圆顶形的，使得在晶片状物件定位于所述旋转卡盘上时，所述出口板的中心区域相比于其外围区域更远离该晶片状物件。
18.根据权利要求16所述的装置，其中所述室包括顶壁，所述顶壁具有位于所述磁性转子上的外围区域和在所述磁性转子内向下延伸的中心区域，并且其中所述顶壁的内表面和所述出口板限定所述气体分配室。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述顶壁是静止的。
20.根据权利要求15所述的装置，其还包括阻挡气体馈送源，所述阻挡气体馈送源用于供给阻挡气体到所述磁性转子的外围表面和所述室的内表面之间的间隙，所述间隙被定位以便约束所述气体分配室内的处理气体。
21.根据权利要求18所述的装置，其还包括定位在所述顶壁内并穿过所述出口板的中心开口的气体喷射头。
22.根据权利要求15所述的装置，其中所述旋转喷头包括中心开口，液体能够通过该中心开口朝向所述晶片状物件供应。
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