CN114639630A - 基板支撑装置 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种基板支撑装置，包括旋转卡盘和多个定位销。旋转卡盘用于支撑和旋转基板，具有一支撑面。定位销设置在支撑面的外围，用于限制基板的水平位移。支撑面上设有第一环形区域。第一环形区域划分为多个销区域和多个非销区域。该多个销区域和多个非销区域在第一环形区域的圆周方向上交替排布。每个销区域对应一个定位销。多个伯努利孔设置在第一环形区域，配置成不均匀结构，从而能够在销区域提供比非销区域更强的气流。

Description

基板支撑装置
技术领域
本发明涉及基板支撑装置，更具体地，涉及一种利用伯努利原理支撑基板的基板支撑装置，该基板支撑装置能够防止处理液到达基板的下表面和边缘。
背景技术
伯努利卡盘通常以与基板无接触的方式来吸住和支撑基板，尤其用于基板背面处理的过程中，这样可以减少卡盘污染基板。在基板背面处理工艺中，一些处理液喷射到基板背面用以处理基板表面，但不允许处理液到达基板的正面和边缘。然而，在工艺过程中，处理液易沿着用于限制基板水平位移的定位销流向基板的正面，这将使基板正面靠近定位销的位置出现所谓的“销痕”。
美国专利US6328846B1提及并解决了上述问题，该专利公开了每个定位销与一个独立的喷嘴相关联，并通过喷嘴从基板下方向对应的定位销区域喷射气体。上述喷嘴位于伯努利喷嘴外围并与伯努利喷嘴保持一定距离，伯努利喷嘴供应气体用于形成气垫，以使基板悬浮。这样，处理液在到达定位销的邻近区域之前，就可以被吹走。但是，对应每个定位销配置的喷嘴与伯努利喷嘴独立控制，这会导致伯努利卡盘结构和操作的复杂性。
发明内容
本发明提出了一种基板支撑装置用于解决背景技术中提到的“销痕”问题。根据本发明的一个实施例，提出的基板支撑装置包括旋转卡盘，用于支撑和旋转基板；多个定位销，用于限制基板水平位移；以及多个伯努利孔，用于从下方向基板供应气体，形成使基板漂浮的气垫，并利用伯努利效应吸住基板。旋转卡盘具有一支撑面，在其上定义有第一环形区域。第一环形区域分为多个销区域和多个非销区域。销区域和非销区域沿第一环形区域的圆周方向上交替排布。每个销区域对应一个定位销。伯努利孔位于第一环形区域并被配置为不均匀结构，以在销区域提供比非销区域更强的气流。具体地，在定位销附近的伯努利孔的直径或密度比其他区域大，从而，分配到定位销附近的气流超过其他区域，以使定位销附近的气流更强，从而防止处理液沿着定位销流向基板的边缘和下表面。为进一步避免基板的下表面被处理，在旋转卡盘周缘设置一环凸，以在支撑面上方形成一凹槽。环凸不仅能改变处理液的流动方向，以防止处理液反弹到基板表面上的任意位置，而且能在环凸内壁和保持在凹槽内的基板边缘之间形成间隙，以形成较强的保护气流，这些都有利于减少处理液流向基板下表面的风险以及在基板上产生污染。
附图说明
为使本领域技术人员对本发明更加显而易懂，下面将结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，其中：
图1示出了根据本发明示例性实施例的基板支撑装置的截面图；
图2示出了一示例性旋转卡盘的俯视图；
图3示出了另一示例性旋转卡盘的俯视图；
图4示出了另一示例性旋转卡盘的俯视图；
图5示出了另一示例性旋转卡盘的俯视图；
图6示出了根据本发明示例性实施例的另一基板支撑装置的旋转卡盘的俯视图；
图7示出了另一基板支撑装置的截面图；
图8示出了另一基板支撑装置的另一截面图；
图9示出了基板略微上移的基板支撑装置的截面图；以及
图10示出了根据本发明示例性实施例的又一基板支撑装置的截面图。
具体实施方式
参考图1，示出了本发明一示例性实施例的基板支撑装置。基板支撑装置包括配置为支撑和旋转基板的旋转卡盘100。旋转卡盘100具有一支撑面110，用于支撑基板001。多个定位销130布置在支撑面110外围，与基板001的边缘抵接，用于限制基板001的水平位移。支撑面110为旋转卡盘100的顶表面，由多个定位销130环绕。基板001定位在旋转卡盘100的支撑面110上方，至少一个喷嘴003用于向基板001表面喷洒各种处理液，例如SC-1，SC-2，SPM，HF，DIW等。
如图1和图2所示，在旋转卡盘100的支撑面110上设定第一环形区域150。多个伯努利孔160设置在第一环形区域150内。每个伯努利孔160相对旋转卡盘100的中心轴倾斜设置，适于向基板001的下表面供应气体以形成气垫并产生伯努利效应，因此，基板001可以被吸住并悬浮在旋转卡盘100的支撑面110上方，且不会与支撑面110接触。多个伯努利孔160构成一圈，同时由一条气体供应管路供应惰性气体或氮气。
通常，旋转卡盘100固定在旋转轴上，旋转轴连接驱动装置，驱动装置能够驱动旋转卡盘100和旋转轴同步旋转，并且，至少配置一条气体供应管路用于向开设在旋转卡盘100上的孔供应气体，如伯努利孔160。上述特征是本领域技术人员已知的，因此，在本发明中不在赘述且未在附图中示出。
参见图2，根据与定位销130的距离，将第一环形区域150分为多个销区域151和多个非销区域152。每个销区域151对应一个定位销130。伯努利孔160被分为多个第一组伯努利孔161和多个第二组伯努利孔162。每个第一组伯努利孔161对应一个销区域151，每个第二组伯努利孔162对应一个非销区域152。第一组伯努利孔161比第二组伯努利孔162更靠近定位销130。销区域151和非销区域152在第一环形区域150的圆周方向上交替且对称排布。每个销区域151的中心角θ为5°～10°。值得注意的是，每个定位销130位于对应销区域151的中心与第一环形区域150的中心连线上。在本发明中，位于第一环形区域150内的多个伯努利孔160被配置成不均匀结构，由此，位于销区域151的第一组伯努利孔161供应的气体流量大于位于非销区域152的第二组伯努利孔162供应的气体流量。
在本发明中，在第一环形区域150内的伯努利孔160不均匀结构主要体现在第一环形区域150圆周方向不同区域(如销区域151或非销区域152)上伯努利孔160的直径或密度的变化。当供应至本发明具有不均匀结构的伯努利孔160的总气体量与供应至传统旋转卡盘上具有均匀结构的伯努利孔的总气体量相等时，在本发明中，通过改变邻近定位销130的伯努利孔160的直径或密度，能够在定位销130附近产生更强的气流。也就是说，在不改变气体供应量的前提下，通过将更多的气体流量分配到定位销130附近，以在定位销130附近施加更强的局部气体阻力，这能够在基板整个圆周上防止处理液刻蚀基板001的边缘和下表面，尤其是定位销130附近。下面将详细介绍一些具有不均匀结构伯努利孔的旋转卡盘实施例。
参见图2，示出了一示例性用于支撑基板的旋转卡盘100，旋转卡盘100的第一环形区域150上开设有不均匀的伯努利孔160，其中，位于销区域151的第一组伯努利孔161的密度大于位于非销区域152的第二组伯努利孔162的密度。如图2所示，位于销区域151的第一组伯努利孔161的密度是相同的，位于非销区域152的第二组伯努利孔162的密度也是相同的，但是小于位于销区域151的第一组伯努利孔161的密度。较佳地，每组第一组伯努利孔161的密度也可以设计为随伯努利孔161和对应的定位销130的距离减小而逐渐增大，在非销区域152的第二组伯努利孔162的密度保持一设定值，该设定值不大于在销区域151的第一组伯努利孔161的最小密度。
参见图3，示出了另一示例性用于支撑基板的旋转卡盘200，旋转卡盘200的第一环形区域250上开设有不均匀的伯努利孔260，其中，位于销区域251的第一组伯努利孔261的直径大于位于非销区域252的第二组伯努利孔262的直径。如图3所示，位于销区域251的第一组伯努利孔261的直径是相同的，位于非销区域252的第二组伯努利孔262的直径也是相同的，但是小于位于销区域251的第一组伯努利孔261的直径。较佳地，每组位于销区域251的第一组伯努利孔261的直径也可以设计为随伯努利孔261和对应的定位销130的距离减小而逐渐增大，在非销区域252的第二组伯努利孔262的直径保持一设定值，该设定值不大于在销区域251的第一组伯努利孔261的最小直径。
参见图4，示出了另一示例性用于支撑基板的旋转卡盘300，旋转卡盘300的第一环形区域350上开设有不均匀的伯努利孔360，其中，位于第一环形区域350的伯努利孔360的直径随伯努利孔360和定位销330距离的减小而增大，如图4中箭头所示。
参见图5，示出了另一示例性用于支撑基板的旋转卡盘400，旋转卡盘400的第一环形区域450上开设有不均匀的伯努利孔460，其中，位于第一环形区域450的伯努利孔460的密度随伯努利孔460和定位销430距离的减小而增大，如图5中箭头所示。
综上所述，无论销区域的伯努利孔的直径或密度大于非销区域的伯努利孔的直径或密度，还是伯努利孔的直径或密度随伯努利孔越来越接近对应的定位销而逐渐变大，其目的都是为了增加分配到定位销附近区域的气体流量，使其超过分配到其他区域的气体流量，从而，在定位销附近区域施加更多的气体流量和气体阻力，以避免处理液从基板的上表面流向基板的边缘，甚至是基板的下表面，导致基板上出现“销痕”。
本发明还提供了另一示例性基板支撑装置。如图6和图7所示，基板支撑装置包括具有支撑面510的旋转卡盘500，用于支撑基板001，以及多个伯努利孔551，该多个伯努利孔551设置在支撑面510上设定的第一环形区域550中。由于本实施例中的伯努利孔的不均匀结构与前述一致(如旋转卡盘(100，200，300，400)上伯努利孔的不均匀结构)，在此不再赘述。类似的，多个定位销530布置在支撑面510的外围，通过径向向内移动夹持基板001，或者径向向外移动释放基板001。每个定位销530设置在旋转卡盘500上开设的对应定位槽531中，且各自连接一驱动装置532，如马达或气缸，驱动装置532用于驱动定位销530沿支撑面510的径向移动。
再次参见图6和图7，在本实施例中，基板支撑装置还包括支撑面510外围向上凸出的环凸570和多个提升孔561，该多个提升孔561设置于设定在支撑面510上的第二环形区域560。该多个提升孔561在第二环形区域560内均匀分布。第二环形区域560与第一环形区域550呈同心圆分布，且位于第一环形区域550的内侧。通过提升孔560供应的气体用于提升基板001以及调整基板001和支撑面510之间的高度。
环凸570可拆卸地固定在旋转卡盘500的支撑面510上。通过更换合适尺寸的环凸，基板支撑装置能够适配200mm或300mm等不同尺寸的基板。当然，环凸570和旋转卡盘500也可以一体成型，如图7所示。
如图8所示，环凸570的顶面571高于支撑面510，形成凹槽580。支撑面510作为凹槽580的底面。当基板001保持在旋转卡盘500的凹槽580内，在基板001和旋转卡盘500之间形成两个间隙，其中，第一间隙591形成在环凸570的内侧壁572和基板001的边缘之间，第二间隙592形成在支撑面510和基板001的下表面之间。
围绕旋转卡盘500通常设置一罩体002，用以防止处理液飞溅到环境中。如果在支撑面110的外围未设置环凸570，如图1所示，溅射到罩体002上的部分处理液可能会直接溅射到支撑面110，然后通过基板001和支撑面110之间的间隙反弹到基板001的下表面，这会污染基板001的下表面。因此，环凸570作用之一是改变溅射到罩体002上处理液的流动路径，以避免处理液反弹到基板001的下表面。参见图8，处理液溅射到罩体002后，首先溅回到环凸570的顶面571，然后在不接触基板001的任何表面的情况下向上反弹，从而避免处理液对基板不需要处理的表面造成污染。
参见图10，示出了旋转卡盘600上的另一示例性环凸670。环凸670的顶面671外缘设有倒角，换言之，环凸670的顶面671外缘具有一径向向外的斜面672。由罩体002上弹回的处理液溅射到斜面672后，处理液将会再次反弹到罩体002，然后排出。
请参见图7至图9。环凸570的内径自凹槽580的下部到上部逐渐变大，通过调整基板001和支撑面510之间的高度，可以改变第一间隙591的大小。具体地，环凸570的内侧壁呈弧形，如圆弧形或椭圆弧形，这有利于引导伯努利孔551和提升孔561喷射的气体排出第一间隙591。
如图9所示，当基板001升起时，基板001的边缘与环凸570的内侧壁572之间的第一间隙591变宽，这能够增加由第一间隙591排放的气体流量，从而在基板001的整个圆周方向上形成更好地气体保护。
在一实施方式中，基板支撑装置保持基板的方法介绍如下。
步骤1，机械手抓取一片基板放置到旋转卡盘上方，使基板的中心与支撑面的中心对齐。
步骤2，向提升孔供应具有第一压力的气体，用于提升基板，并使基板保持在支撑面上方的第一位置，然后移开机械手。当基板位于第一位置时，基板下表面和支撑面之间的高度不大于凹槽的高度。第一位置的高度可以通过改变第一压力进行调整。
步骤3，在将供应至提升孔的气体关闭之前，向伯努利孔供应具有第二压力的气体，在基板的下方形成气垫，以使基板漂浮在气垫上。第二压力低于第一压力，从而在气体切换后，使基板略微向下移动。
步骤4，当基板稳定定位在预定位置时，驱动定位销径向向内移动，与基板边缘抵接，用以限制基板的水平位移。
上述步骤完成之后，至少一个喷嘴移动到基板上方并向基板表面喷洒处理液，与此同时，在工艺工程中，保护气体始终围绕在基板的整个圆周上，由于定位销附近的伯努利孔的直径或密度大于其他区域的伯努利孔的直径或密度，在定位销附近将会获得具有更强气流的保护气体，这能够有效避免处理液由基板的上表面流向基板边缘或下表面。
上面针对本发明的描述是为了说明和描述的目的。所描述的具体实施例并不是本发明的穷举或者是对于本发明的限制，可以显而易见地在本发明的教导下进行种种修改或变化，这些修改和变化对于本领域技术人员来说是显然的，因此被包括在符合权利要求书限定的本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基板支撑装置，其特征在于，包括：
旋转卡盘，用于支撑和旋转基板，旋转卡盘具有支撑基板的支撑面，支撑面上设定第一环形区域；
多个定位销，设置在旋转卡盘的支撑面的周围，用于限制基板的水平位移；
其中，第一环形区域划分为多个销区域和多个非销区域，该多个销区域和多个非销区域在第一环形区域的圆周方向上交替排布，每个销区域对应一个定位销；以及
多个伯努利孔，设置在第一环形区域，用于朝基板供应气体，利用伯努利效应吸住基板，该多个伯努利孔在第一环形区域内配置成不均匀结构，以在销区域提供比非销区域更强的气流。
2.根据权利要求1所述的基板支撑装置，其特征在于，每个销区域的中心角θ为5°～10°。
3.根据权利要求1所述的基板支撑装置，其特征在于，在销区域的伯努利孔的密度或直径大于在非销区域的伯努利孔的密度或直径。
4.根据权利要求3所述的基板支撑装置，其特征在于，每个销区域的伯努利孔的密度或直径随着伯努利孔与对应定位销距离的减小而逐渐增大。
5.根据权利要求1所述的基板支撑装置，其特征在于，形成在第一环形区域的伯努利孔的直径或密度随着伯努利孔与定位销距离的减小而逐渐增大。
6.根据权利要求1所述的基板支撑装置，其特征在于，进一步包括：
一环凸，在旋转卡盘的支撑面外围向上凸出；
一凹槽，由环凸和旋转卡盘的支撑面限定，用于容纳基板；
第二环形区域，设定于旋转卡盘的支撑面上，并位于第一环形区域的内侧；
多个提升孔，设置在第二环形区域，且均匀分布在第二环形区域，用于调整基板和旋转卡盘的支撑面之间的高度。
7.根据权利要求6所述的基板支撑装置，其特征在于，环凸的内径自凹槽的下部向上部变大。
8.根据权利要求7所述的基板支撑装置，其特征在于，环凸的内侧壁为弧面。
9.根据权利要求6所述的基板支撑装置，其特征在于，环凸和旋转卡盘可拆卸安装固定或一体成型。
10.根据权利要求6所述的基板支撑装置，其特征在于，环凸顶面的外缘经倒角处理。
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