CN110610894B - 使用基板支撑装置清洗基板背面的方法 - Google Patents

使用基板支撑装置清洗基板背面的方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了使用基板支撑装置清洗基板背面的方法，包括：终端执行器夹持基板至旋转夹盘的上方，第一气体通道和第二气体通道关闭；终端执行器向下移动至基板靠近导柱，打开第二气体通道，通过第二注入口向基板的正面喷射气体；终端执行器释放基板，关闭第二气体通道，第二注入口停止向基板的正面喷射气体，基板沿导柱的侧表面下落至导柱的支撑部并由支撑部支撑；打开第二气体通道，第二注入口喷射出的气体吹浮起基板；终端执行器从旋转夹盘的上方移走，打开第一气体通道，通过第一注入口向基板的正面吹气，利用伯努利效应使基板保持稳定的漂浮状态；旋转夹盘旋转，将至少一个喷嘴移至基板背面的上方，喷嘴向基板背面喷洒清洗液，清洗基板的背面。

Description

使用基板支撑装置清洗基板背面的方法
本申请是提交于2012年11月27日，申请号为201280077307.0，题为“基板支撑装置”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及基板加工工艺，尤其涉及一种基板支撑装置利用伯努利原理支撑基板，例如半导体晶圆以对基板进行清洗、刻蚀、显影、涂胶或去胶等工艺加工。
背景技术
在半导体器件制造过程中，用于制造半导体器件的多数加工工艺，例如清洗、刻蚀、显影、涂胶或去胶，主要是对基板元器件面也被称作基板正面进行加工。然而，基板背面(非器件面)的工艺加工例如清洗和刻蚀等同样很重要。粘附在基板背面的污染物可能导致光刻步骤中基板正面的图案散焦，或者基板上的污染物转移至基板加工装置上，当使用该基板加工装置加工其他基板时，其他基板就会被这些污染物污染。在这些污染物中，基板背面的金属污染物能够扩散至基板正面，从而导致半导体器件失效。
为了保证半导体器件的品质，对基板背面进行清洗是至关重要的。清洗基板背面时，需要用到一装置支撑基板。美国专利号5,492,566公开了这样一种装置，该装置包括设置在该装置表面内的喷口，该喷口向该装置的表面喷射压缩气体以在该装置与基板之间形成气垫。该装置利用伯努利原理将基板固定在该装置的表面上方并使基板保持悬浮状态。至少一个凸起设置在该装置的表面内，该凸起作为支架支撑基板。使用该装置加工基板时，基板的底表面朝向该装置的表面并与凸起接触。因此，当使用该装置对基板背面进行加工时，基板元器件面(基板正面)不得不朝向该装置的表面并与凸起接触，从而导致基板上的元器件可能遭受损坏。此外，该装置的结构设计使得基板与该装置之间的间距不易调节。
美国专利号6,669,808揭示了另一种基板加工装置，该基板加工装置包括旋转基座及吸盘。旋转基座上设置有数个卡固基板的支架。吸盘设置在旋转基座的上方，吸盘上设置有喷口，该喷口向下和向外地向旋转基座上的基板的上表面喷射惰性气体。吸盘利用伯努利原理吸住基板并使基板向上移动，使基板的上表面靠近吸盘。设置在旋转基座下方的溶液供应装置向基板的下表面供应溶液。使用该基板加工装置加工基板时，同样存在基板的下表面与旋转基座之间的间距不易调节的问题。除此以外，溶液供应装置设置在旋转基座的下方并向上供应溶液至基板的下表面，采用这种供液方式清洗基板下表面的清洗效果不是很理想。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种基板支撑装置包括旋转夹盘、第一流量控制器、第二流量控制器、数个定位销和数个导柱，及驱动器。用于支撑基板的旋转夹盘开设有数个第一注入口和数个第二注入口，数个第一注入口与第一气体通道连接以向基板喷射气体并利用伯努利原理吸附保持基板，数个第二注入口与第二气体通道连接以向基板喷射气体并吹浮起基板。第一流量控制器安装在第一气体通道上以控制供应至第一注入口的气体的流量。第二流量控制器安装在第二气体通道上以控制供应至第二注入口的气体的流量。数个定位销布置在旋转夹盘的顶表面以在基板进行预定工艺时防止基板的水平移动。数个导柱布置在旋转夹盘的顶表面且每个导柱凸伸形成支撑基板的支撑部。驱动器驱动旋转夹盘旋转。
一间距形成在基板的底表面与旋转夹盘的顶表面之间，避免基板的底表面与旋转夹盘的顶表面接触从而污染基板的底表面，且通过控制供应至第一注入口及第二注入口的气体的流量可以调节该间距的高度且基板利用伯努利原理能够保持稳定的悬浮状态。
一种使用基板支撑装置清洗基板背面的方法，基板支撑装置包括支撑基板的旋转夹盘和布置在旋转夹盘的顶表面的数个导柱，每个导柱凸伸形成支撑基板的支撑部，旋转夹盘开设有数个第一注入口和数个第二注入口，数个第一注入口与第一气体通道连接以向基板供应气体并利用伯努利原理吸附保持基板，数个第二注入口与第二气体通道连接以向基板供应气体并吹浮起基板，该方法包括如下步骤：使用终端执行器夹持基板至旋转夹盘的上方，第一气体通道和第二气体通道均关闭；使终端执行器向下移动至基板靠近导柱，打开第二气体通道，通过第二注入口向基板的正面喷射气体；使终端执行器释放基板，关闭第二气体通道，第二注入口停止向基板的正面喷射气体，基板沿导柱的侧表面下落至导柱的支撑部并由支撑部支撑；打开第二气体通道，第二注入口喷射出的气体吹浮起基板；将终端执行器从旋转夹盘的上方移走，打开第一气体通道，通过第一注入口向基板的正面吹气，利用伯努利效应使基板保持稳定的漂浮状态；使旋转夹盘旋转，将至少一个喷嘴移至基板背面的上方，喷嘴向基板背面喷洒清洗液，清洗基板的背面。
一种使用基板支撑装置清洗基板背面的方法，基板支撑装置包括支撑基板的旋转夹盘和布置在所述旋转夹盘的顶表面的数个导柱，每个导柱凸伸形成支撑基板的支撑部，旋转夹盘开设有数个第一注入口和数个第二注入口，数个第一注入口与第一气体通道连接以向基板供应气体并利用伯努利原理吸附保持基板，数个第二注入口与第二气体通道连接以向基板供应气体并吹浮起基板，该方法包括如下步骤：在基板背面清洗完成后，将喷嘴从基板背面的上方移走；将终端执行器移至基板背面的上方；关闭第一气体通道，第一注入口停止向基板的正面喷射气体，第二注入口保持向基板的正面喷射气体以吹浮起基板；使终端执行器向下移动靠近基板的背面，增大供应至第二注入口的气体的流量，使得基板上升并被固定在终端执行器内；关闭第二气体通道，第二注入口停止向基板的正面喷射气体，终端执行器将基板从基板支撑装置上取走。
一种使用基板支撑装置清洗基板背面的方法，基板支撑装置包括支撑基板的旋转夹盘和布置在旋转夹盘的顶表面的数个导柱，每个导柱凸伸形成支撑基板的支撑部，旋转夹盘开设有数个第一注入口和数个第二注入口，数个第一注入口与第一气体通道连接以向基板供应气体并利用伯努利原理吸附保持基板，数个第二注入口与第二气体通道连接以向基板供应气体并吹浮起基板，该方法包括如下步骤：使用终端执行器夹持基板至旋转夹盘的上方，第一气体通道和第二气体通道均关闭；使终端执行器向下移动至基板靠近导柱，打开第二气体通道，通过第二注入口向基板的正面喷射气体；使终端执行器释放基板，关闭第二气体通道，第二注入口停止向基板的正面喷射气体，基板沿导柱的侧表面下落至导柱的支撑部并由支撑部支撑；打开第二气体通道，第二注入口喷射出的气体吹浮起基板；将终端执行器从旋转夹盘的上方移走，打开第一气体通道，通过第一注入口向基板的正面吹气，利用伯努利效应使基板保持稳定的漂浮状态；使旋转夹盘旋转，将至少一个喷嘴移至基板背面的上方，喷嘴向基板背面喷洒清洗液，清洗基板的背面；在基板背面清洗完成后，将喷嘴从基板背面的上方移走；将终端执行器移至基板背面的上方；关闭第一气体通道，第一注入口停止向基板的正面喷射气体，第二注入口保持向基板的正面喷射气体以吹浮起基板；使终端执行器向下移动靠近基板的背面，增大供应至第二注入口的气体的流量，使得基板上升并被固定在终端执行器内；关闭第二气体通道，第二注入口停止向基板的正面喷射气体，终端执行器将基板从基板支撑装置上取走。
附图说明
通过阅读其优选实施例的以下描述并参考所附的附图，本发明将为本领域的技术人员所显见，其中：
图1揭示了本发明基板支撑装置的一实施例的剖面结构示意图。
图2揭示了本发明基板支撑装置的顶视图。
图3A和图3B分别揭示了图2所示的基板支撑装置的剖视图。
图4揭示了本发明基板支撑装置的定位销的一实施例的结构示意图。
图5揭示了终端执行器将基板放置在基板支撑装置上或从基板支撑装置上取走基板的示意图。
图6A至图6E揭示了终端执行器将基板放置在基板支撑装置上的过程示意图。
图7A至图7F揭示了终端执行器从基板支撑装置上取走基板的过程示意图。
具体实施方式
参考图1至图4所示，揭示了根据本发明的一实施例的基板支撑装置。该基板支撑装置包括旋转夹盘101，旋转夹盘101优选为圆形，用来支撑一圆形基板，例如，半导体晶圆以加工半导体晶圆。中空腔体102配置在旋转夹盘101的下方并与旋转夹盘101的底面固定连接。旋转轴103与中空腔体102连接，旋转轴103是中空的。旋转轴103的上端与中空腔体102的底部固定且旋转轴103的下端与驱动器104固定。驱动器104驱动旋转轴103旋转，从而带动旋转夹盘101绕一垂直轴旋转。
数个定位销，例如，六个定位销105均匀布置在旋转夹盘101顶表面的外周以在基板进行预定工艺例如清洗工艺时防止基板的水平移动。每个定位销105的顶端部开设有定位槽1051，基板107的外周边缘卡设在定位槽1051内，以达到限制基板107，防止基板107水平移动的目的。每个定位销105均由一独立的气缸401驱动向内运动以固定基板107或向外运动以释放基板107。定位销105分成两组105a和105b，定位销105a和定位销105b交替布置。清洗基板107时，定位销105a和定位销105b交替卡固基板107的外周边缘，旨在保证基板107的外周边缘能够完全被清洗。也就是说，清洗基板107时，可以先由第一组定位销105a卡固基板107的外周边缘，第二组定位销105b不与基板107接触，基板107清洗一时间段后，第二组定位销105b卡固基板107的外周边缘，第一组定位销105a释放基板107。显然，也可以先由第二组定位销105b卡固基板107，然后，再由第一组定位销105a卡固基板107。
数个导柱，例如，六个导柱106布置在旋转夹盘101顶表面的外周。每一导柱106对应与一定位销105相邻布置。导柱106大致呈圆锥状，因此，导柱106的侧表面可以作为引导面引导基板107精确地放置在旋转夹盘101上。导柱106的底部向外凸伸形成支撑部1061，当基板107放置在旋转夹盘101上时，支撑部1061支撑基板107，使得基板107的底表面与旋转夹盘101的顶表面之间形成一间隙111，避免基板107的底表面与旋转夹盘101的顶表面接触而导致基板107的底表面被污染。
旋转夹盘101开设有数个贯穿旋转夹盘101的第一注入口109和第二注入口110。数个第一注入口109设置在旋转夹盘101上的一个圆周上且远离旋转夹盘101的中心。每个第一注入口109呈倾斜状且与旋转夹盘101的底面之间形成一定角度。数个第二注入口110设置在旋转夹盘101上的一个圆周上且靠近旋转夹盘101的中心。每个第二注入口110垂直于旋转夹盘101。第一注入口109与第一内气管路112的一端连接，第二注入口110与第二内气管路113的一端连接。第一内气管路112和第二内气管路113收容在中空腔体102内。第一内气管路112和第二内气管路113分别穿过中空腔体102并收容在旋转轴103内。第一过滤器114安装在第一内气管路112内以净化通过第一注入口109向基板107供应的气体。第二过滤器115安装在第二内气管路113内以净化通过第二注入口110向基板107供应的气体。第一内气管路112与布置在基板支撑装置外部的第一外气管路连接，第一外气管路与气体源连接。第一内气管路112与第一外气管路构成第一气体通道，该第一气体通道与第一注入口109连接，通过第一气体通道向第一注入口109供应气体。第一流量控制器(MFC)116安装在第一气体通道上以控制供应至数个第一注入口109的气体的流量。较佳地，第一流量控制器116安装在第一外气管路上以控制供应至第一内气管路112的气体的流量。第一内气管路112和第一外气管路的连接处采用磁流体密封以防止气体泄漏。第二内气管路113与布置在基板支撑装置外部的第二外气管路连接，第二外气管路与气体源连接。第二内气管路113与第二外气管路构成第二气体通道，该第二气体通道与第二注入口110连接，通过第二气体通道向第二注入口110供应气体。第二流量控制器117安装在第二气体通道上以控制供应至数个第二注入口110的气体的流量。较佳地，第二流量控制器117安装在第二外气管路上以控制供应至第二内气管路113的气体的流量。第二内气管路113和第二外气管路的连接处采用磁流体密封以防止气体泄漏。
参考图5和图6A至图6E所示，揭示了使用该基板支撑装置清洗基板107背面的过程示意图。使用一终端执行器501传输基板107。该终端执行器501具有基部601，基部601的底表面的外边缘向下延伸形成环状的抵接部602以防止当终端执行器501传输基板107时，基板107与基部601的底表面接触从而污染基板107。抵接部602的一部分向下延伸形成止挡部605以限制基板107在终端执行器501内移动。抵接部602的底表面安装有接触传感器604，接触传感器604用于检测基板107是否与抵接部602接触。如果接触传感器604检测到基板107与抵接部602接触，推移部603从基板107的一侧推动基板107移动直至基板107抵达止挡部605，基板107被固定在终端执行器501内。可以利用气缸驱动推移部603移动。
如图6A所示，终端执行器501夹持基板107至旋转夹盘101的上方，此时，第一外气管路和第二外气管路均关闭，不用向第一注入口109和第二注入口110供应气体。然后，终端执行器501向下移动，使基板107靠近导柱106，此时，第二外气管路打开，气体通过第二内气管路113和第二注入口110供应至基板107的正面。为了清洗基板107的背面，基板107的正面朝向旋转夹盘101的顶表面。为了避免基板107的正面被污染，喷射至基板107正面的气体经由第二过滤器115净化。第二注入口110喷射的气体吹浮起基板107至预定的高度，然后，推移部603向外移动，释放基板107，如图6B所示。接着，第二外气管路关闭，第二注入口110停止向基板107的正面喷射气体，基板107在其自身重力的作用下沿导柱106的侧表面下落至导柱106的支撑部1061并由支撑部1061支撑，如图6C所示。第二外气管路再次打开，从第二注入口110喷射出的气体吹浮起基板107，第二流量控制器117控制供应至第二注入口110的气体的流量，以调节基板107的正面与旋转夹盘101的顶表面之间的间隙111的大小，如图6D所示。终端执行器501从旋转夹盘101的上方移走，至少一个喷嘴108移至基板107背面的上方，喷洒清洗液清洗基板107的背面。当清洗基板107的背面时，第一外气管路打开，利用伯努利原理，通过第一注入口109向基板107的正面吹气，基板107由于伯努利效应保持稳定的漂浮状态。第一组定位销105a卡固基板107，驱动器104驱动旋转夹盘101旋转，喷嘴108向基板107背面喷洒清洗液，清洗基板107的背面。在旋转夹盘101旋转以及第一注入口109斜向外地向基板107的正面吹气的双重作用下，向基板107背面喷洒的清洗液不会到达基板107的正面。清洗一时间段后，第二组定位销105b卡固基板107，第一组定位销105a与基板107分离。采用第一组定位销105a和第二组定位销105b交替卡固基板107，能够保证基板107的外边缘全部被清洗到。
参考图7A至图7F所示，基板107背面清洗完成后，喷嘴108从基板107背面的上方移走，终端执行器501移至基板107背面的上方，第一外气管路关闭，第一注入口109停止向基板107的正面喷射气体。第二注入口110仍保持向基板107的正面喷射气体以吹浮起基板107，如图7B所示。终端执行器501向下移动靠近基板107的背面，增大供应至第二注入口110的气体的流量，使基板107上升并抵靠在终端执行器501的抵接部602的底表面，如图7C所示。终端执行器501向上移动，从第二注入口110喷射出的气体使基板107随着终端执行器501上升并一直抵靠在终端执行器501的抵接部602的底表面，如图7D所示。接触传感器604检测到基板107与抵接部602接触，推移部603从基板107的一侧推动基板107移动直至基板107抵达止挡部605，基板107被固定在终端执行器501内，如图7E所示。最后，第二外气管路关闭，第二注入口110停止向基板107的正面喷射气体，终端执行器501将基板107从基板支撑装置上取走，如图7F所示。
在上述描述中，供应至第一注入口109和第二注入口110的气体可以为惰性气体，例如氮气，具体气体的选用取决于工艺要求。此外，基板107的底表面与旋转夹盘101的顶表面之间的间隙111的高度可以通过控制供应至第一注入口109与第二注入口110的气体的流量进行调节且基于伯努利原理，基板107能够保持稳定的悬浮状态。而且，仅在向基板107背面喷洒清洗液时，第一外气管路才打开，从而降低了基板107背面清洗成本。本领域的技术人员可以理解的是，本发明所揭示的基板支撑装置不限于应用在基板背面清洗工艺，例如还可适用于刻蚀工艺。
本发明的前述描述已为说明和描述的目的而呈现。其并非旨在是详尽的或者并非旨在将本发明限制于所公开的精准形式，许多修改或变形根据以上教导也显然是可能的。这种对于本领域技术人员显然的修改和变形旨在包含在本发明的由所附的权利要求书所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种使用基板支撑装置清洗基板背面的方法，所述基板支撑装置包括支撑基板的旋转夹盘和布置在所述旋转夹盘的顶表面的数个导柱，每个导柱凸伸形成支撑基板的支撑部，所述旋转夹盘开设有数个第一注入口和数个第二注入口，所述数个第一注入口与第一气体通道连接以向基板供应气体并利用伯努利原理吸附保持基板，所述数个第二注入口与第二气体通道连接以向基板供应气体并吹浮起基板，该方法包括如下步骤：
使用终端执行器夹持基板至旋转夹盘的上方，第一气体通道和第二气体通道均关闭；
使终端执行器向下移动至基板靠近导柱，打开第二气体通道，通过第二注入口向基板的正面喷射气体；
使终端执行器释放基板，关闭第二气体通道，第二注入口停止向基板的正面喷射气体，基板沿导柱的侧表面下落至导柱的支撑部并由支撑部支撑；
打开第二气体通道，第二注入口喷射出的气体吹浮起基板；
将终端执行器从旋转夹盘的上方移走，打开第一气体通道，通过第一注入口向基板的正面吹气，利用伯努利效应使基板保持稳定的漂浮状态；
使旋转夹盘旋转，将至少一个喷嘴移至基板背面的上方，喷嘴向基板背面喷洒清洗液，清洗基板的背面。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括净化供应至第一注入口和第二注入口的气体。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括控制供应至第二注入口的气体的流量，以调节基板的正面与旋转夹盘的顶表面之间的间隙的大小。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在清洗基板的背面时，使用两组定位销交替卡固基板。
5.一种使用基板支撑装置清洗基板背面的方法，所述基板支撑装置包括支撑基板的旋转夹盘和布置在所述旋转夹盘的顶表面的数个导柱，每个导柱凸伸形成支撑基板的支撑部，所述旋转夹盘开设有数个第一注入口和数个第二注入口，所述数个第一注入口与第一气体通道连接以向基板供应气体并利用伯努利原理吸附保持基板，所述数个第二注入口与第二气体通道连接以向基板供应气体并吹浮起基板，该方法包括如下步骤：
在基板背面清洗完成后，将喷嘴从基板背面的上方移走；
将终端执行器移至基板背面的上方；
关闭第一气体通道，第一注入口停止向基板的正面喷射气体，第二注入口保持向基板的正面喷射气体以吹浮起基板；
使终端执行器向下移动靠近基板的背面，增大供应至第二注入口的气体的流量，使得基板上升并被固定在终端执行器内；
关闭第二气体通道，第二注入口停止向基板的正面喷射气体，终端执行器将基板从基板支撑装置上取走。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括使终端执行器向上移动，从第二注入口喷射出的气体使基板随着终端执行器上升并一直抵靠在终端执行器的底表面。
7.一种使用基板支撑装置清洗基板背面的方法，所述基板支撑装置包括支撑基板的旋转夹盘和布置在所述旋转夹盘的顶表面的数个导柱，每个导柱凸伸形成支撑基板的支撑部，所述旋转夹盘开设有数个第一注入口和数个第二注入口，所述数个第一注入口与第一气体通道连接以向基板供应气体并利用伯努利原理吸附保持基板，所述数个第二注入口与第二气体通道连接以向基板供应气体并吹浮起基板，该方法包括如下步骤：
使用终端执行器夹持基板至旋转夹盘的上方，第一气体通道和第二气体通道均关闭；
使终端执行器向下移动至基板靠近导柱，打开第二气体通道，通过第二注入口向基板的正面喷射气体；
使终端执行器释放基板，关闭第二气体通道，第二注入口停止向基板的正面喷射气体，基板沿导柱的侧表面下落至导柱的支撑部并由支撑部支撑；
打开第二气体通道，第二注入口喷射出的气体吹浮起基板；
将终端执行器从旋转夹盘的上方移走，打开第一气体通道，通过第一注入口向基板的正面吹气，利用伯努利效应使基板保持稳定的漂浮状态；
使旋转夹盘旋转，将至少一个喷嘴移至基板背面的上方，喷嘴向基板背面喷洒清洗液，清洗基板的背面；
在基板背面清洗完成后，将喷嘴从基板背面的上方移走；
将终端执行器移至基板背面的上方；
关闭第一气体通道，第一注入口停止向基板的正面喷射气体，第二注入口保持向基板的正面喷射气体以吹浮起基板；
使终端执行器向下移动靠近基板的背面，增大供应至第二注入口的气体的流量，使得基板上升并被固定在终端执行器内；
关闭第二气体通道，第二注入口停止向基板的正面喷射气体，终端执行器将基板从基板支撑装置上取走。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括净化供应至第一注入口和第二注入口的气体。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括控制供应至第二注入口的气体的流量，以调节基板的正面与旋转夹盘的顶表面之间的间隙的大小。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括在清洗基板的背面时，使用两组定位销交替卡固基板。
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