CN117352444A - 具有清扫机构的主轴和升降销驱动组件 - Google Patents

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Abstract

用于在衬底处理系统的站之间传送衬底的主轴组件包括清扫机构。一种用于致动安装在设置在用于处理衬底的站中的环上的升降销组件的升降销驱动组件包括清扫机构。通过使惰性气体流过清扫机构，可以减少或消除主轴和升降销驱动组件上的沉积物。

Description

具有清扫机构的主轴和升降销驱动组件
技术领域
本公开总体上涉及衬底处理系统，更具体地涉及具有清扫机构的主轴和升降销驱动组件。
背景技术
这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。
衬底处理工具通常包括多个站，在这些站中对例如半导体晶片之类的衬底进行沉积、蚀刻和其他处理。可以在衬底上执行的工艺的示例包括化学气相沉积(CVD)工艺、化学增强等离子体气相沉积(CEPVD)工艺、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺、溅射物理气相沉积(PVD)工艺、原子层沉积(ALD)和等离子体增强ALD(PEALD)。可以在衬底上执行的工艺的其他示例包括蚀刻(例如，化学蚀刻、等离子体蚀刻、反应离子蚀刻等)和清洁工艺。
在处理期间，衬底被布置在站中的诸如基座之类的衬底支撑件上。在沉积期间，将包含一种或多种前体的气体混合物引入站中，并且可以选择性地激励等离子体以激活化学反应。在蚀刻期间，包含蚀刻气体的气体混合物被引入站，并且可以选择性地激励等离子体以激活化学反应。计算机控制的主轴操作转位板，以按处理衬底的顺序将衬底从一个站传送到另一个站。
在ALD中，气体化学工艺在材料表面(例如，诸如半导体晶片之类的衬底的表面)上依次沉积薄膜。大多数ALD反应使用至少两种称为前体(反应物)的化学物质，每次一种前体以一种顺序的、自限制的方式与所述材料的表面发生反应。通过反复暴露于不同的前体，薄膜逐渐沉积在材料的表面上。热ALD(T-ALD)在加热站中进行。该站使用真空泵和受控流动的惰性气体保持在低于大气压的压强下。将要涂有ALD膜的衬底放置在站中，并在开始ALD工艺之前使其与站的温度平衡。
发明内容
一种用于在衬底处理系统的站之间传送衬底的主轴组件包括：主轴和第一电路。该主轴包括：基部、杆部、安装板和心轴。该基部为圆柱形。该杆部从所述基部延伸。所述杆部为圆柱形且尺寸小于所述基部。所述安装板附接到所述杆部以在所述站之间将所述主轴安装到衬底处理系统。所述心轴延伸穿过所述主轴的所述基部和所述杆部以致动毂和板，从而将所述衬底在所述站之间传输。所述第一导管包括：第一入口，其附接到所述基部以接收气体；和第一出口，其被装配到所述安装板上，以引导所述气体通过所述毂和所述板之间的间隙。
在另外的特征中，所述主轴组件还包括第二导管。所述第二导管包括：第二入口，其附接到所述基部以接收所述气体；以及被装配到所述安装板上的第二出口，所述第二出口用于引导所述气体通过所述毂和所述板之间的所述间隙。
在另外的特征中，所述第一导管包括：第一部分、第二部分和第三部分。所述第一部分从所述第一入口沿所述基部的外表面延伸。所述第一部分附接到所述基部。所述第二部分从所述第一部分沿所述基部的上表面朝向所述杆部的外表面径向向内延伸。所述第三部分从所述第二部分沿所述杆部的所述外表面延伸到所述安装板。所述第一出口位于第三部分的远端。
在另外的特征中，所述主轴组件还包括第二导管。所述第二导管包括：用于接收所述气体的第二入口；第一部分、第二部分、第三部分和第二出口。所述第二导管的第一部分从所述第二入口沿所述基部的所述外表面延伸。所述第二导管的所述第一部分附接到所述基部。所述第二导管的第二部分从所述第二导管的所述第一部分沿所述基部的上表面朝向所述杆部的所述外表面径向向内延伸。所述第二导管的第三部分从所述第二导管的所述第二部分沿所述杆部的所述外表面延伸到所述安装板。所述第二导管的在所述第二导管的所述第三部分的远端处的第二出口，所述第二出口被装配到所述安装板，所述第二出口引导所述气体通过所述毂和所述板之间的间隙。
在另外的特征中，所述主轴组件还包括驱动器，所述驱动器耦合到所述心轴以致动所述毂和所述板，从而在所述站之间传输所述衬底。
在另外的特征中，一种系统包括所述主轴组件，并且还包括用于将所述气体供应到所述第一导管的气体源。
在另外的特征中，一种系统包括所述主轴组件，并且还包括用于将所述气体供应到所述第一导管和所述第二导管的气体源。
在另外的特征中，一种系统包括所述主轴组件，并且还包括控制器，以控制所述气体从气体源向所述第一导管和所述第二导管的供应。
在另外的特征中，所述主轴组件还包括在所述杆部和所述毂之间附接到所述心轴的隔热罩。所述隔热罩的外径小于所述主轴的所述基部的直径并且大于所述主轴的所述杆部的直径。来自所述第一出口的所述气体围绕所述隔热罩流动到所述毂和所述板之间的间隙。
在另外的特征中，所述杆部的上端径向向外延伸，从而形成凸缘。所述主轴还包括设置在所述安装板和所述凸缘之间的波纹管。来自所述第一出口的所述气体围绕所述波纹管流动到所述毂和所述板之间的间隙。
在另外的特征中，所述主轴组件还包括第二导管，所述第二导管缠绕在所述杆部周围以携带冷却剂穿过其中，从而冷却所述主轴。
在另外的特征中，所述主轴组件还包括多个导管，所述多个导管缠绕在所述杆部周围以携带冷却剂穿过其中，从而冷却所述主轴。
在另外的特征中，一种系统包括所述主轴组件，并且还包括用于将所述冷却剂供应到所述多个导管的冷却剂供应源。
在另外的特征中，一种系统包括所述主轴组件，并且还包括控制器，以控制所述冷却剂从冷却剂供应源向所述多个导管的供应。
在还有的其他特征中，一种升降销驱动组件用于致动安装在环上的升降销组件，所述环设置在用于处理衬底的站中，所述升降销驱动组件包括：基部、心轴、环形环和波纹管。该基部包括：入口，其位于所述基部的第一端以接收气体；以及第一通道，其从所述入口穿过所述基部到达所述基部的第二端。该心轴的第一端附接到所述基部的第二端，而其第二端附接到所述站中的环。该心轴包括第二通道和第三通道。所述第二通道纵向穿过所述心轴。所述第二通道与所述第一通道流体连通。所述第三通道横向穿过所述心轴。所述第三通道与所述第二通道流体连通。所述环形板围绕所述心轴设置，以将所述升降销驱动组件安装到所述站。所述波纹管设置在所述基部的所述第二端和所述环形板之间。所述第三通道引导所述气体从所述入口流过所述波纹管，并且通过所述环形板和所述心轴之间的间隙到达所述心轴的第二端和所述环之间的接合处。
在另外的特征中，所述基部包括：半圆柱体，其包括位于所述半圆柱体的第一端的所述入口；和位于所述半圆柱体的第二端的圆形区域。所述第一通道从所述入口延伸穿过所述半圆柱体和所述圆形区域。
在另外的特征中，所述第二通道靠近所述心轴的所述第二端终止；并且所述第三通道在所述心轴和所述波纹管之间的区域中开口。
在另外的特征中，所述心轴包括在靠近所述心轴的所述第二端横向穿过所述心轴的第四通道。所述第四通道与所述第二通道流体连通并且引导所述气体流向所述心轴的所述第二端和所述环之间的接合处。
在另外的特征中，所述心轴是圆柱形的并且直径小于所述基部的所述圆形区域。
在另外的特征中，所述环形板的直径大于所述基部的所述圆形区域，并且，所述波纹管从所述基部的所述圆形区域延伸到所述环形板。
在另外的特征中，一种系统包括所述升降销驱动组件，并且还包括：连接到所述入口的导管；和气体源，其通过所述导管将所述气体供应到所述入口。
在另外的特征中，所述的系统还包括控制器，以控制所述气体从所述气体源通过所述导管向所述入口的供应。
在另外的特征中，所述升降销驱动组件还包括驱动器，所述驱动器耦合到所述基部的所述第二端，以致动所述心轴以使所述环与所述升降销组件一起在平行于所述心轴的方向上移动。
在另外的特征中，一种系统包括所述升降销驱动组件并且还包括：所述环；安装在所述环上的升降销组件；以及驱动器，其耦合到所述基部的所述第二端以致动所述心轴，从而使所述环与所述升降销组件一起沿平行于所述心轴的方向移动。
根据详细描述、权利要求和附图，本公开内容的适用性的进一步的范围将变得显而易见。详细描述和具体示例仅用于说明的目的，并非意在限制本公开的范围。
附图说明
根据详细描述和附图将更充分地理解本公开，其中：
图1示意性地示出了包括用于处理衬底的多个站的衬底处理工具的示例；
图2示出了包括图1的工具的站中的一个的衬底处理系统的示例，所述站被配置为处理衬底；
图3根据本公开内容示意性地示出了图1的工具的截面图，其示出了工具的两个站以及具有相应清扫机构的主轴和升降销驱动组件；
图4显示了图3的主轴的前视图，其更详细地显示了清扫机构；
图5显示了图4的主轴的后视图，其更详细地显示了清扫机构；
图6显示了图4的主轴的俯视图；
图7显示了图3的升降销驱动组件的前视图，其更详细地显示了清扫机构；
图8显示了用于将图7的升降销驱动组件安装到图1的工具的安装支架；
图9显示了图7的升降销驱动组件的俯视图；
图10显示了图7的升降销驱动组件的仰视图；以及
图11显示了图7的升降销驱动组件的剖视图。
在附图中，可以重复使用附图标记来标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
可以使用多种工艺来处理布置在工具的站中的基座上的衬底。在一些工艺中，用于处理衬底的材料(例如，钨)可能会在衬底和基座周围流动或扩散。材料可能会沉积在位于站下方的升降销驱动组件上。材料也可能沉积在与工具中的站相邻的主轴上。随着时间的推移，沉积物会破坏主轴的铁磁流体密封，并导致主轴操作出现错误，从而需要更换主轴。由于沉积，升降销驱动组件需要额外的扭矩来操作升降销，这会使衬底损坏(例如，报废或破坏)。为防止损坏，需要更换升降销驱动组件。
本公开提供了用于主轴和升降销驱动组件的清扫机构。如下文详细解释的，通过使惰性气体流过清扫机构，可以减少或消除主轴和升降销驱动组件上的沉积物。因此，清扫机构可以显著减少主轴错误，防止损坏衬底，减少服务中断，并延长主轴和升降销驱动组件的寿命。下面详细描述本公开内容的这些和其他特征。
本公开内容组织如下。首先，为了说明可以使用清扫机构的环境，参考图1-2描述了包括多个站的工具和包括工具的站的衬底处理系统的示例。参考图3示出并描述了采用清扫机构的主轴和升降销驱动组件。参照图4-6更详细地示出和描述了具有清扫机构的主轴。参照图7-11更详细地示出和描述了具有清扫机构的升降销驱动组件。
工具的示例
图1示意性地示出了衬底处理工具10的示例。例如，衬底处理工具10包括四个(或任意数量的)站：第一站12、第二站14、第三站16和第四站18。例如，站12、14、16和18中的每一个可以被配置为在衬底上执行一个或多个相应的工艺。取决于在每个站中对衬底执行的工艺，主轴20操作转位板(如图3所示)以在站12、14、16和18之间传送衬底。下面参考图3更详细地示出和描述了主轴20，其显示了沿线A-A截取的工具10的横截面图。
例如，在某些工艺中，主轴20操作转位板以将衬底从第一站12传送到第二站14，从第二站14传送到第三站16，并从第三站16传送到第四站18，以进行处理。在第四站18处理完衬底后，主轴20操作转位板将衬底传送到第一站12。然后将衬底从第一站12中取出，将新的衬底装入第一站12，并重复上述循环。
衬底处理系统的示例
图2显示了包括站102的衬底处理系统100的示例，站102被配置为使用诸如热原子层沉积(T-ALD)或化学气相沉积(CVD)之类的工艺来处理衬底。例如，站102包括图1所示的衬底处理工具10的站12、14、16和18中的任何一个。
站102包括衬底支撑件(例如，基座)104。基座104包括基部106和杆部108。在处理期间，衬底110和承载环111布置在基座104的基部106上。使用真空或其他夹持机构(未示出)将衬底110夹持到基座104的基部106。主轴20(参见图3)操作转位板(如图3所示)以将衬底110连同承载环111一起传送，如下面参照图3进一步详细描述的。
当衬底110被运送进出站102时，多个升降销组件(参见图3)用于相对于基座104的基部106提升和降低衬底110。升降机销组件靠在升降销环(见图3)上，由升降销驱动组件(见图3)升高和降低。
基座104的杆部108通常是Y形的。然而，基座104的杆部108可以具有任何其他形状。例如，基座104的杆部108可以是圆柱形的。加热器112设置在基座104的基部106中以在处理期间加热衬底110。一个或多个温度传感器114设置在基部106中以感测基座104的温度。
站102包括气体分配设备(例如，喷头)120。喷头120可以是所示的双充气室喷头或单充气室喷头。喷头120用于将工艺气体引入和分配到站102中。喷头120包括基部122、背板124和杆部126。
喷头120的基部122附接到喷头120的背板124。基部122和背板124通常是圆柱形的。基部122包括一个或两个充气室。背板124的上端包括凸缘125，该凸缘125径向向外延伸并且附接到站102的侧壁。杆部126的一端附接到背板124的中心。杆部126的远端附接到工具10的顶板。杆部126包括孔，工艺气体通过孔供应到喷头120的单个或两个充气室。
喷头120的基部122的面向衬底的表面包括多个出口或特征(例如，槽或通孔)，工艺气体通过这些出口或特征流入站102。喷头120包括设置在背板124的靠近凸缘125的上部区域中的加热器(未示出)。喷头120包括一个或多个温度传感器128以感测喷头120的温度。
气体输送系统130包括多个气体源132-1、132-2、……和132-N(统称为气体源132)，其中N是正整数。气体源132通过阀134-1、134-2、……和134-N(统称为阀134)连接到质量流量控制器136-1、136-2、……和136-N(统称为质量流量控制器136)。气体源132可以向站102供应工艺气体、清扫气体、惰性气体、清洁气体等。气体源132中的一个或多个通过歧管140向喷头120的充气室中的一个供应工艺气体。当使用双充气室喷头时，气体源132中的一个或多个将工艺气体供应到喷头120的第二充气室。此外，气体源132中的一个将清扫气体(例如惰性气体)供应到主轴20和升降销驱动组件，如下文参考图3所示和详细描述的。
冷却组件150安装在基座104的杆部108的基部。冷却剂供应源152通过阀154向冷却组件150供应冷却剂(例如，水)。流过冷却组件150的冷却剂从基座104的杆部108吸取热量。基座升降组件155附接到冷却组件150。基座升降组件155相对于喷头120竖直上下移动基座104。
冷却剂供应源152将冷却剂供应到喷头120(参见图3、6A和6B)，以控制喷头120的温度。此外，冷却剂供应源152还将冷却剂供应到主轴20，如下面参照图3详细示出和描述的。
控制器160控制衬底处理系统100的部件。控制器160连接到基座104中的加热器112、喷头120中的加热器以及基座104和喷头120中的温度传感器114和128。控制器160控制提供给加热器112的电力以控制基座104的温度。控制器160还控制提供给设置在喷头120中的加热器的电力以控制喷头120的温度。控制器160基于从分别设置在基座104和喷头120中的温度传感器114和128接收的反馈，控制提供给基座104和喷头120中的加热器的电力。
控制器160通过基于由温度传感器114感测的基座104的温度控制阀154来控制冷却剂向冷却组件150的供应。此外，控制器160还控制冷却剂向主轴20的供应。控制器160控制主轴20、升降销驱动组件以及清扫气体向主轴20和升降销驱动组件的供应。控制器160控制基座升降组件155以控制基座104(和衬底110)与喷头120之间的间隙。
真空泵158在衬底处理期间维持站102内的低于大气压的压强。阀156连接到站102的排放口。阀156和真空泵158用于控制站102中的压强并通过阀156从站102中排出反应物。控制器160还控制真空泵158和阀156。
在使用中，在站102中执行的沉积工艺中使用的一些材料(例如，钨)倾向于围绕衬底110和基座104流动或扩散，并沉积在位于站102下方的升降销驱动组件上以及位于与站102相邻的主轴20上(见图3)。随着时间的推移，沉积物会破坏主轴20的铁磁流体密封并且导致需要主轴更换的主轴操作中的错误。此外，由于沉积，升降销驱动组件还需要额外的扭矩来操作升降销，这会使衬底110损坏(例如，报废或破坏)。为防止损坏，需要更换升降销驱动组件。
相反，如下文详细解释的，本公开内容通过提供用于主轴和升降销驱动组件的清扫机构来消除或显著减少在主轴和升降销驱动组件上的沉积物。通过使惰性气体流过清扫机构，可以减少或消除主轴和升降销驱动组件上的沉积物。清扫机构减少了主轴错误，防止损坏衬底，减少服务中断，并延长主轴和升降销驱动组件的使用寿命。
带清扫功能的主轴和升降销驱动组件
图3示意性地显示了沿图1所示的线A-A截取的工具10的截面图。在所示视图中，主轴20位于站12和16之间。主轴20是圆柱形的。主轴驱动器22(例如，马达和驱动器电路，统称为驱动组件)连接到主轴20的基部。主轴驱动器22操作主轴20的心轴24，该心轴24竖直向上延伸通过主轴20的中心，如下文所述的。主轴20和主轴驱动器22可以统称为主轴组件。控制器160(如图2所示)控制主轴驱动器22。
主轴驱动器22可以使心轴24沿竖直轴线上下移动。此外，主轴驱动器22还可以使心轴24绕竖直轴线旋转。心轴24的远端连接到毂26，该毂26连接到工具10的转位板28。转位板28与工具10的站的井孔(well)的开口齐平。
为了将衬底从一个站转移到另一个站，主轴驱动器22操作主轴20，使得心轴24通过由毂26提供的铰接来提升和旋转转位板28。具体而言，主轴驱动器22竖直向上移动心轴24，它提升了转位板28。承载环111(图2所示)包括多个(例如3个)指状物(未示出)。指状物(finger)是从承载环111的周边横向(即径向向外)延伸的突起。承载环111的指状物搁置在转位板28中的相应凹槽上。当心轴24提升转位板28时，承载环111和衬底110连同转位板28一起被提升。
随后，主轴驱动器22使心轴24旋转，心轴24进而使转位板28连同承载环111和衬底110一起旋转。通过使转位板28连同承载环111和衬底110一起旋转，承载环111和衬底110从一个站传送到另一个站(例如，从站12到站16)。在衬底110和承载环111移动到另一个站(例如站16)之后，主轴驱动器22降低心轴24。降低心轴24使转位板28连同承载环111和衬底110一起降低，并且承载环111和衬底110搁置在另一站(例如站16)的基座上。
站12包括井孔30。井孔30是圆柱形的。基座32(例如，图2中所示的基座104)布置在井孔30中。当衬底110被运送进出站12时，多个(例如，3个)升降销组件34-1、34-2和34-3(34-3在所示视图中不可见，统称升降销组件34)用于相对于基座32的基部36提升和降低衬底110。
每个升降销组件34包括插入升降销保持器的升降销。在所示视图中，升降销组件34-1包括升降销38-1和升降销保持器40-1。升降销组件34-2包括升降销38-2和升降销保持器40-2。升降销组件34-3虽然在所示视图中不可见，但包括升降销38-3和升降销保持器40-3。升降销38-1、38-2和38-3统称为升降销38。升降销保持器40-1、40-2和40-3统称为升降销保持器40。
站12包括在井孔30中的布置在井孔30底部的升降销环42。升降销组件34布置在升降销环42上。例如，升降销保持器40安装在升降销环42上相隔120度。升降销驱动组件44安装到站12下方的井孔30的底部。升降销驱动组件44如下所述操作升降销环42和升降销组件34。
升降销驱动组件44在下文中参照图7-10示出和详细描述。简而言之，升降销驱动组件44包括升降销驱动器46(例如，伺服电机和驱动电路)。升降销驱动组件44包括焊接到基部(也称为凸缘)49的心轴48。心轴48使用紧固件连接到升降销环42。基部49连接到升降销驱动器46。升降销驱动器46使基部49和心轴48沿竖直轴线上下移动。升降销驱动组件44沿竖直轴线上下移动升降销环42。升降销组件34与升降销环42一起移动。升降销38穿过基座32的基部36中的相应孔。当升降销驱动组件44沿竖直轴线上下移动升降销环42时，升降销38提升和降低衬底110。
控制器160(如图2所示)控制和协调上述主轴20和升降销驱动组件44的操作。因此，主轴20和升降销驱动组件44由如上所述的控制器160操作以将承载环111和衬底110从工具10中的一个站传送到另一站(例如，从站12到站16)(如图1所示)。
在所示的示例中，站16包括井孔31。井孔31是圆柱形的。基座33(例如，类似于图2中所示的基座104)布置在井孔31中。站16不包括升降销组件34和升降销环42，因此不包括升降销驱动组件44。然而，在一些示例中，站16还可以包括类似于升降销组件34和升降销环42的元件并且因此也可以包括升降销驱动组件44。
现在详细描述主轴20和升降销驱动组件44的清扫机构。主轴20的清扫机构在图4-6中更详细地示出。升降销驱动组件44的清扫机构更详细地显示在图7-11中。
在图3-6中，主轴20包括基部50和杆部52。基部50和杆部52是圆柱形的。杆部52具有比基部50小的直径。杆部52从基部50竖直向上延伸。
环形板54被夹在杆部分52周围。环形板54与站12、16的井孔30、31的底部区域(以及其他工具10设置的井孔的底部区域)大致齐平。主轴20通过将环形板54在靠近工具10的站的井孔的底部区域紧固(例如，螺栓连接)到工具10上而安装到工具10上。紧固件的示例在69-1、69-2、69-3(统称为紧固件69；可以使用任意数量的紧固件69)处示出。因此，环形板54也可以称为安装板54。
一个或多个冷却通道(例如，导管)56在基部50的顶端和环形板54之间围绕杆部52缠绕。例如，第一和第二导管56-1、56-2(统称为导管56)在图4中示出。由冷却剂供应源(如图2所示)供应的冷却剂(例如水)通过导管56循环以冷却主轴20。
杆部52的远端包括从杆部52的远端径向向外延伸的凸缘58。凸缘58的直径小于基部50的直径。凸缘58大约等于环形板54的直径。主轴20包括设置在环形板54和凸缘58之间的波纹管55。心轴24从基部50的底部延伸，穿过基部50和杆部52，并且向上延伸且从杆部52的远端出来。
隔热罩59设置在凸缘58上方。例如，隔热罩59可以是包括两个板的蛤壳式结构。隔热罩59在凸缘58和心轴24的远端之间的区域中围绕心轴24夹紧。隔热罩59保护主轴20免受来自工具10的站的热量影响。隔热罩59还减少从站流向主轴20的气体。通过如下所述的清扫机构进一步减少流向主轴20的气体。隔热罩59的外径大于凸缘58的直径和杆部52的直径。隔热罩59的外径小于基部50的直径。凸缘58、隔热罩59、杆部52和基部50的直径可以设计成与所示和描述的不同。
用于主轴20的清扫机构包括一个或多个气体通道(例如，导管)60-1、60-2(统称为气体通道60或气体导管60)。如下所述，气体通道60布置在主轴20的外围。所示和描述的气体通道60的布置和位置仅是示例性的，气体通道60的可以设置为与所示和描述的不同。尽管例如显示了两个气体通道60，但是一个气体通道60就足够了。以下描述解释了第一气体通道60-1的操作。以下对第一气体通道60-1的描述同样适用于如果使用的第二气体通道60-2(如图5和6所示)。
第一气体通道(即，第一导管)60-1附接到主轴20的基部50的外表面。第一气体通道60-1包括入口，惰性气体通过该入口供应至第一气体通道60-1中。例如，图2中所示的气体输送系统130的气体源132中的一个可以将惰性气体供应到第一气体通道60-1。
第一气体通道60-1围绕基部50的顶端弯曲，朝向心轴24径向向内延伸，向上弯曲，并沿杆部52继续向上延伸。第一气体通道(即，第一导管)60-1附接到杆部52的外表面。第一气体通道60-1穿过杆部52和站12的井孔30的底部之间的间隙。使用夹具67-1(在图5中示出了用于第二气体通道60-2的第二夹具67-2)将第一气体通道60-1的远端连接到环形板54(装配到环形板54中的孔中)。第一气体通道60-1的远端包括出口。
惰性气体流过第一气体通道60-1并流出第一气体通道60-1远端的出口。从第一气体通道60-1远端的出口流出的惰性气体沿图3中箭头所示的向上方向流动。惰性气体从毂26和转位板28之间的间隙流出。
惰性气体的向上流动防止来自站的工艺气体向下流向主轴20。因此，通过由第一气体通道60-1(和如果使用的第二气体通道60-2)提供的清扫机构防止在工具10中执行的衬底处理和其他工艺(例如，清洁)期间使用的材料沉积在主轴20上。
图2中所示的气体输送系统130和控制器160可以控制惰性气体向第一气体通道60-1(和第二气体通道60-2，如果使用的话)的供应。例如，惰性气体可以以固定流率连续流过第一气体通道60-1。惰性气体可以以可变流率连续流过第一气体通道60-1。惰性气体可以以包括流动时段和不流动时段的突发方式流过第一气体通道60-1。此外，流动时段和不流动时段可以在不同的占空比下变化。此外，流率可以在不同的流动时段内变化。
在一些示例中，对流过第一气体通道60-1的惰性气体流的控制可以不同于对流过第二气体通道60-2的惰性气体流的控制。例如，上述一种类型的控制可以用于控制流过第一气体通道60-1的惰性气体流，并且上述另一种类型的控制可以用于控制流过第二气体通道60-2的惰性气体流。
图4显示了主轴20的前视图。上面参照图3描述的主轴20的部件在图4中更清晰可见。由于主轴20的部件已经在上面参照图3进行了描述，因此在此为简洁起见不再对这些部件进行描述。图4显示了两个冷却通道(例如导管)56的入口和出口。例如，第一冷却通道56-1具有入口57-1和出口57-2。第二冷却通道56-2具有入口59-1和出口59-2。同样，可以使用第一和第二冷却通道56-1、56-2中的任何一个。在一些示例中，可以完全省略冷却通道56。
图5显示了主轴20的后视图。在该视图中，第一和第二气体通道60-1、60-2都是可见的。图5中所示的所有其他元件在上面已经参照图3描述，故为简洁起见不再描述。如图4和5所示的第一和第二气体通道60-1、60-2之间的周向间隔以及第一和第二气体通道60-1、60-2的布线仅作为示例。取决于工具10的其他部件的布置，第一和第二气体通道60-1、60-2可以以任何合适的方式围绕主轴20布置和布线。
图6显示了主轴20的俯视图。该视图显示了第一和第二气体通道60-1、60-2的出口61-1和61-2。图6中所示的所有其他元件上面已经参照图3描述，故为简洁起见不再描述。
带清扫功能的升降销驱动组件
图7-11更详细地显示了根据本公开内容的具有清扫机构的升降销驱动组件44。图7显示了升降销驱动组件44的前视图。图8显示了用于在站12的井孔30的底部将升降销驱动组件44安装到工具10的安装支架。图9显示了升降销驱动组件44的俯视图。图10显示了升降销驱动组件44的仰视图。图11显示了升降销驱动组件44的剖视图，其更详细地显示了升降销驱动组件44中的气体通道。
图7显示了升降销驱动组件44的前视图，其显示了升降销驱动组件44的从外部可见的元件。升降销驱动组件44的内部部件在沿线B-B截取的升降销驱动组件44的横截面图中可见，其在图11中示出。升降销驱动组件44的以下描述参考图7-11。
升降销驱动组件44包括心轴48。心轴48的下端焊接到基部(也称为凸缘)49的上端，如图11所示。基部49的下端与升降销驱动装置46连接，参见图3并且如下更详细地描述。心轴48是圆柱形的。基部49是半圆柱形的。具体地，基部49的主体(包括连接到升降销驱动器46的下端)是半圆柱形的；并且基部49的上端包括圆盘状区域51。心轴48的直径小于基部49的直径。心轴48的直径也小于圆形区域51的直径。如图3所示，心轴48的远端连接到升降销环42。心轴48的远端包括安装到升降销环42的底部的销63-1、63-2。紧固件(例如螺钉)用于将心轴48紧固到升降销环42。紧固件从升降销环42的顶部紧固到心轴48的远端的中心。
升降销驱动组件44包括设置在心轴48周围的环形板65。环形板65用于使用图8所示的安装支架76将升降销驱动组件44安装到站12的井孔30的底部(如图3所示)。因此，环形板65也可以称为安装板65。环形板65的外径大于基部49的直径和圆形区域51的直径。环形板65具有稍大于心轴48的直径的内径。因此，环形板65的内径和心轴48的外壁之间存在小间隙。
升降销驱动组件44包括设置在环形板65和基部49的上端(即圆形区域51)之间的波纹管62。当升降销驱动器46驱动心轴48沿着竖直轴线上下移动时，波纹管62沿着竖直轴线伸缩(压缩和膨胀)。波纹管62和介于环形板65与心轴48之间的间隙用于实现如下所述的清扫机构。
图8显示了安装支架76。安装支架76通常为L形。安装支架76包括竖直部分77和水平部分78。升降销驱动器46(图3所示)的心轴47使用安装块(未示出)安装到竖直部分77。使用穿过竖直部分77中的孔71-1、71-2、71-3和71-4的紧固件将安装块固定到竖直部分77。
安装支架76的竖直部分77使用安装块安装到升降销驱动组件44的基部49上。升降销驱动组件44的基部49包括螺纹孔70-1、70-2、……、70-6(统称为孔70)。紧固件穿过孔70以将升降销驱动组件44安装到安装支架76的竖直部分77上的安装块上。
因此，升降销驱动器46的心轴47使用安装块连接到升降销驱动组件44的基部49和安装支架76的竖直部分77。安装块连接到升降销驱动器46的心轴47并且夹在升降销驱动组件44的基部49的平坦表面和安装支架76的竖直部分77之间。
安装支架76的水平部分78安装在升降销驱动组件44的环形板65的顶部。安装支架76的水平部分78包括圆形开口80。升降销驱动组件44的心轴48穿过圆形开口80。安装支架76的水平部分78包括水平部分78的边缘中的孔，这些孔与在环形板65中对应的孔72-1、72-2、72-3和72-4(在图9和10中示出，统称为孔72)对齐。紧固件79-1、79-2、79-3、79-4(统称为紧固件79)穿过环形板65中的孔72和安装支架76的水平部分78的边缘中的孔，以将升降销驱动组件44固定到井孔30的底部。
水平部分78包括对准销81，以将安装支架76与站12的井孔30的底部对准。封闭升降销驱动组件44的盖或外壳(未显示)使用紧固到螺纹孔82-1、82-2的紧固件连接到安装支架76。当安装支架76在井孔30底部紧固到工具10时，升降销驱动组件44在安装支架76的水平部分78上方(即，在环形板65上方)的部分被插入并且封闭在工具10中的位于站12的井孔30下方空腔53(如图3所示)中。
现在描述升降销驱动组件44的清扫机构。基部49的下端包括入口(在图11中可见)。导管64连接到入口。通过导管64供应惰性气体。例如，图2中所示的气体输送系统130的气体源132中的一个可以向导管64供应惰性气体。
升降销驱动组件44包括气体通道(孔)，该气体通道(孔)钻穿基部49和心轴48，如参照图11所示和进一步详细描述的那样。如图11所示，气体通道从入口延伸，通过基部49，进入心轴48。心轴48包括出口，惰性气体通过出口流出，进入心轴48的外壁和波纹管62的内壁之间的空间中。惰性气体流过环形板65和心轴48之间的小间隙，并沿图11中箭头所示的向上方向流过空腔53(如图3所示)。惰性气体通过空腔53流向升降销驱动组件44的心轴48和升降销环42之间的接合处。
惰性气体通过升降销驱动组件44的心轴48和升降销环42之间的接合处扩散到井孔30中。惰性气体的向上流动防止来自站12的工艺气体向下流向升降销驱动组件44。因此，借助在升降销驱动组件44中的气体通道提供的清扫机构，防止在站12中执行的衬底处理和其他工艺(例如，清洁)期间使用的材料沉积在升降销驱动组件44上。
图9和10分别显示了升降销驱动组件44的俯视图和仰视图。在这些视图中，环形板65中的孔72是可见的。这些视图中显示的其他元件已在上文进行了描述，因此为简洁起见不再进行描述。
图11更详细地显示了升降销驱动组件44中的气体通道。第一通道74-1纵向穿过升降销驱动组件44的基部49。第一通道74-1沿升降销驱动组件44的竖直轴线钻孔。第一通道74-1从基部49的下端的入口被钻孔到基部49的上端附近。第一通道74-1的长度小于基部49的高度。
第二通道74-2横穿基部49钻出。第二通道74-2横穿基部49的宽度钻出。钻出第二通道74-2使得第一通道74-1的远端连接到第二通道74-2。塞子75用于密封基部49中的开口73(如图7所示)。具体地，塞子75插入到第二通道74-2的第一端(即开口73)中，其靠近第一通道74-1和第二通道74-2的连接处。第二通道74-2的长度小于基部49的宽度。因此，与第二通道74-2的第一端不同，第二通道74-2的第二端不穿过基部49的开口离开基部49。
第三通道74-3从第二通道74-2的第二端穿过基部49的上端钻出。第三通道74-3沿升降销驱动组件44的竖直轴线纵向穿过基部49钻出。因此，导管64、基部49下端的入口以及第一、第二和第三通道74-1、74-2、74-3彼此流体连通。
第四通道74-4从心轴48的下端穿过超过心轴48的长度的一半且不到心轴48的全长钻出。因此，第四通道74-4的长度小于心轴48的高度。第四通道74-4沿升降销驱动组件44的竖直轴线纵向穿过心轴48钻出。当心轴48焊接到基部49时，第四通道通道74-4与基部49中的第三通道74-3对齐并流体连通。因此，导管64、基部49下端的入口以及第一、第二、第三、第四通道74-1、74-2、74-3、74-4彼此流体连通。
另外，两个横向通道穿过心轴48的宽度钻出。第一横向通道74-5大致在沿心轴48的长度的中点处钻出。第一横向通道74-5通向在心轴48和波纹管62之间的区域。第一横向通道74-5与介于心轴48和波纹管62之间的区域流体连通。
第二横向通道74-6也穿过心轴48的宽度钻孔。第二横向通道74-6大约在第四通道74-4的远端附近(即，在心轴48的远端附近，其连接到升降销环42)钻出。当升降销驱动组件44安装到工具10上时，第二横向通道74-6通向腔53(如图3所示)。第二横向通道74-6与腔53流体连通。
第一和第二横向通道74-5、74-6与第四通道74-4流体连通。因此，导管64、在基部49的下端处的入口、第一、第二、第三和第四通道74-1、74-2、74-3、74-4，以及第一和第二横向通道74-5、74-6彼此流体连通。
当惰性气体通过导管64供应时，惰性气体通过入口流入第一、第二、第三和第四通道74-1、74-2、74-3、74-4。惰性气体流出第一和第二横向通道74-5、74-6。从第一横向通道74-5流出的惰性气体流过上述环形板65和心轴48之间的间隙。从环状板65与心轴48之间的间隙流出的惰性气体和从第二横向通道74-6流出的惰性气体沿由箭头所示的向上方向流过腔53。惰性气体通过腔53流向心轴48和升降销环42之间的接合处。
惰性气体通过心轴48和升降销环42之间的接合处扩散到井孔30中。惰性气体的向上流动防止工艺气体从站12向下流向升降销驱动组件44。因此，借助由升降销驱动组件44中的气体通道提供的清扫机构，防止在站12中执行的衬底处理和其他工艺(例如，清洁)期间使用的材料沉积在升降销驱动组件44上。
图2中所示的气体输送系统130和控制器160可以控制惰性气体向导管64的供应。例如，惰性气体可以以固定的流率连续地流过导管64。惰性气体可以以可变流率连续流过导管64。惰性气体可以以包括流动时段和不流动时段的突发形式流过导管64。此外，流动时段和不流动时段可以在不同的占空比下变化。此外，流率可以在不同的流动时段期间变化。
前面的描述本质上仅仅是说明性的，不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式实现。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应当被如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求时，其他修改方案将变得显而易见。
应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时地)执行。此外，虽然每个实施方案在上面被描述为具有某些特征，但是相对于本公开的任何实施方案描述的那些特征中的任何一个或多个，可以在任何其它实施方案的特征中实现和/或与任何其它实施方案的特征组合，即使该组合没有明确描述。换句话说，所描述的实施方案不是相互排斥的，并且一个或多个实施方案彼此的置换保持在本公开的范围内。
使用各种术语来描述元件之间(例如，模块之间、电路元件之间、半导体层之间等)的空间和功能关系，各种术语包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“紧挨”、“在...顶部”、“在...上面”、“在...下面”和“设置”。除非将第一和第二元件之间的关系明确地描述为“直接”，否则在上述公开中描述这种关系时，该关系可以是直接关系，其中在第一和第二元件之间不存在其它中间元件，但是也可以是间接关系，其中在第一和第二元件之间(在空间上或功能上)存在一个或多个中间元件。如本文所使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当被解释为意味着使用非排他性逻辑或(OR)的逻辑(A或B或C)，并且不应被解释为表示“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。
在一些实现方案中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述示例的一部分。这样的系统可以包括半导体处理设备，半导体处理设备包括一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台、和/或特定处理部件(晶片基座、气体流系统等)。这些系统可以与用于在半导体晶片或衬底的处理之前、期间和之后控制它们的操作的电子器件集成。电子器件可以被称为“控制器”，其可以控制一个或多个系统的各种部件或子部件。
根据处理要求和/或系统类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括处理气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、射频(RF)产生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置和操作设置、晶片转移进出与具体系统连接或通过接口连接的工具和其他转移工具和/或装载锁。
概括地说，控制器可以定义为电子器件，电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片、和/或一个或多个微处理器、或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。
程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式发送到控制器的指令，单独设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定工艺的操作参数。在一些实施方案中，操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分，以在一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯的制造期间完成一个或多个处理步骤。
在一些实现方案中，控制器可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制器可以在“云”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、检查多个制造操作的趋势或性能标准，以改变当前处理的参数、设置处理步骤以跟随当前的处理、或者开始新的工艺。
在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供工艺配方。远程计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，然后将该参数和/或设置从远程计算机发送到系统。在一些示例中，控制器接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以特定于要执行的工艺的类型和工具的类型，控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。
因此，如上所述，控制器可以是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的工艺和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)的一个或多个集成电路通信的室上的一个或多个集成电路，其组合以控制在室上的工艺。
示例系统可以包括但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与半导体晶片的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。
如上所述，根据将由工具执行的一个或多个工艺步骤，控制器可以与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口运输的材料运输中使用的工具通信。

Claims (24)

1.一种用于在衬底处理系统的站之间传送衬底的主轴组件，所述主轴组件包括：
主轴，其包括：
基部，所述基部为圆柱形；
杆部，其从所述基部延伸，所述杆部为圆柱形且尺寸小于所述基部；
安装板，其附接到所述杆部以在所述站之间将所述主轴安装到所述衬底处理系统；以及
心轴，其延伸穿过所述主轴的所述基部和所述杆部以致动毂和板，从而将所述衬底在所述站之间传输；以及
第一导管，其包括：
第一入口，其附接到所述基部以接收气体；和
第一出口，其被装配到所述安装板上，以引导所述气体通过所述毂和所述板之间的间隙。
2.根据权利要求1所述的主轴组件，其还包括第二导管，所述第二导管包括：
第二入口，其附接到所述基部以接收所述气体；以及
被装配到所述安装板上的第二出口，所述第二出口用于引导所述气体通过所述毂和所述板之间的所述间隙。
3.根据权利要求1所述的主轴组件，其中，所述第一导管包括：
第一部分，其从所述第一入口沿所述基部的外表面延伸，所述第一部分附接到所述基部；
第二部分，其从所述第一部分沿所述基部的上表面朝向所述杆部的外表面径向向内延伸；以及
第三部分，其从所述第二部分沿所述杆部的所述外表面延伸到所述安装板，所述第一出口位于第三部分的远端。
4.根据权利要求3所述的主轴组件，其还包括第二导管，所述第二导管包括：
用于接收所述气体的第二入口；
所述第二导管的第一部分，其从所述第二入口沿所述基部的所述外表面延伸，所述第二导管的所述第一部分附接到所述基部；
所述第二导管的第二部分，其从所述第二导管的所述第一部分沿所述基部的上表面朝向所述杆部的所述外表面径向向内延伸；
所述第二导管的第三部分，其从所述第二导管的所述第二部分沿所述杆部的所述外表面延伸到所述安装板；以及
所述第二导管的在所述第二导管的所述第三部分的远端处的第二出口，所述第二出口被装配到所述安装板，所述第二出口引导所述气体通过所述毂和所述板之间的间隙。
5.根据权利要求1所述的主轴组件，其还包括驱动器，所述驱动器耦合到所述心轴以致动所述毂和所述板，从而在所述站之间传输所述衬底。
6.一种系统，其包括根据权利要求1所述的主轴组件，并且还包括用于将所述气体供应到所述第一导管的气体源。
7.一种系统，其包括根据权利要求2所述的主轴组件，并且还包括用于将所述气体供应到所述第一导管和所述第二导管的气体源。
8.一种系统，其包括根据权利要求2所述的主轴组件，并且还包括控制器，以控制所述气体从气体源向所述第一导管和所述第二导管的供应。
9.根据权利要求1所述的主轴组件，其还包括在所述杆部和所述毂之间附接到所述心轴的隔热罩，所述隔热罩的外径小于所述主轴的所述基部的直径并且大于所述主轴的所述杆部的直径，其中来自所述第一出口的所述气体围绕所述隔热罩流动到所述毂和所述板之间的间隙。
10.根据权利要求1所述的主轴组件，其中，所述杆部的上端径向向外延伸，从而形成凸缘，所述主轴还包括设置在所述安装板和所述凸缘之间的波纹管，其中来自所述第一出口的所述气体围绕所述波纹管流动到所述毂和所述板之间的间隙。
11.根据权利要求1所述的主轴组件，其还包括第二导管，所述第二导管缠绕在所述杆部周围以携带冷却剂穿过其中，从而冷却所述主轴。
12.根据权利要求1所述的主轴组件，其还包括多个导管，所述多个导管缠绕在所述杆部周围以携带冷却剂穿过其中，从而冷却所述主轴。
13.一种系统，其包括根据权利要求12所述的主轴组件，并且还包括用于将所述冷却剂供应到所述多个导管的冷却剂供应源。
14.一种系统，其包括根据权利要求12所述的主轴组件，并且还包括控制器，以控制所述冷却剂从冷却剂供应源向所述多个导管的供应。
15.一种升降销驱动组件，其用于致动安装在环上的升降销组件，所述环设置在用于处理衬底的站中，所述升降销驱动组件包括：
基部，其包括：
入口，其位于所述基部的第一端以接收气体；以及
第一通道，其从所述入口穿过所述基部到达所述基部的第二端；
心轴，其第一端附接到所述基部的所述第二端，而其第二端附接到所述站中的所述环，所述心轴包括：
第二通道，其纵向穿过所述心轴，所述第二通道与所述第一通道流体连通；以及
第三通道，其横向穿过所述心轴，所述第三通道与所述第二通道流体连通；
环形板，其围绕所述心轴设置，以将所述升降销驱动组件安装到所述站；以及
波纹管，其布置在所述基部的所述第二端和所述环形板之间，所述第三通道引导所述气体从所述入口流过所述波纹管，并且通过所述环形板和所述心轴之间的间隙到达所述心轴的第二端和所述环之间的接合处。
16.根据权利要求15所述的升降销驱动组件，其中，所述基部包括：
半圆柱体，其包括位于所述半圆柱体的第一端的所述入口；和
位于所述半圆柱体的第二端的圆形区域，
其中，所述第一通道从所述入口延伸穿过所述半圆柱体和所述圆形区域。
17.根据权利要求15所述的升降销驱动组件，其中：
所述第二通道靠近所述心轴的所述第二端终止；并且
所述第三通道在所述心轴和所述波纹管之间的区域中开口。
18.根据权利要求15所述的升降销驱动组件，其中，所述心轴包括在靠近所述心轴的所述第二端横向穿过所述心轴的第四通道，所述第四通道与所述第二通道流体连通并且引导所述气体流向所述心轴的所述第二端和所述环之间的接合处。
19.根据权利要求16所述的升降销驱动组件，其中，所述心轴是圆柱形的并且所述心轴的直径小于所述基部的所述圆形区域的直径。
20.根据权利要求16所述的升降销驱动组件，其中，所述环形板的直径大于所述基部的所述圆形区域的直径，并且其中，所述波纹管从所述基部的所述圆形区域延伸到所述环形板。
21.一种系统，其包括根据权利要求15所述的升降销驱动组件，并且还包括：
连接到所述入口的导管；和
气体源，其通过所述导管将所述气体供应到所述入口。
22.根据权利要求21所述的系统，其还包括控制器，以控制所述气体从所述气体源通过所述导管向所述入口的供应。
23.根据权利要求15所述的升降销驱动组件，其还包括驱动器，所述驱动器耦合到所述基部的所述第二端，以致动所述心轴以使所述环与所述升降销组件一起在平行于所述心轴的方向上移动。
24.一种系统，包括根据权利要求15所述的升降销驱动组件并且还包括：
所述环；
安装在所述环上的所述升降销组件；以及
驱动器，其耦合到所述基部的所述第二端以致动所述心轴，从而使所述环与所述升降销组件一起沿平行于所述心轴的方向移动。
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