CN1943007A - 用于处理工件的系统 - Google Patents

Abstract

一种用于处理工件的系统，包括处理头部组件和底座组件。处理头部组件具有处理头部和上转子。底座组件具有底座和下转子。底座和下转子具有磁体，其中通过磁体产生的磁力上转子可以接合下转子。接合的上、下转子形成处理室，在处理室中半导体晶片被定位以便于进行处理。任选地当处理头部旋转工件时，用于处理工件的处理流体被引入处理室。此外，控制围绕并穿过处理室的气流，以减少工件上的微粒添加物。

Description

用于处理工件的系统

技术领域

本发明涉及工件的表面处理、清洁、冲洗和干燥，例如半导体晶片、平板显示器、硬盘或光学介质、薄膜磁头或者由基板形成的其它工件，在该基板上可以形成微电子电路、数据存储元件或层，或者微型机械元件。这些以及类似的制品这里统称为晶片(wafer)或工件(workpiece)。特别地，本发明涉及一种用于处理半导体工件的工件处理机和系统。

背景技术

半导体制造业在不断地寻求改进用于制造微电子电路和部件，例如由晶片制造集成电路的处理工艺以及机械。大多数的这些改进的处理工艺和机械的目的包括：减少用于处理晶片以形成期望的集成电路所需要的时间；通过诸如在处理过程中降低晶片的污染来增加每块晶片的可用的集成电路的产量，；减少制作期望的集成电路所需要的步骤的数目；改进用于制作期望的集成电路的处理工艺的均匀性和效率；以及降低制造成本。

随着半导体产业界推进微粒“添加物(adder)”规范，在半导体晶片的制造中，容许的微粒污染的数量和尺寸不断地被降低。现有机械不足以满足将来的微粒规范。

而且，在晶片的处理工艺中，常常有必要使晶片的一个或多个侧边遭遇到液体、蒸汽或气体形式的流体。例如，这样的流体用于蚀刻晶片表面、清洁晶片表面、干燥晶片表面、钝化晶片表面、在晶片表面上沉积薄膜、从晶片表面上清除薄膜或掩膜材料等等。控制处理流体(process fluid)如何施加于晶片表面，降低处理流体的交叉污染的可能性，以及从处理室表面有效地清洁或冲洗处理流体，对处理操作的成功常常是很重要的。

发明内容

本发明涉及一种新的晶片处理系统，在微电子和类似设备的制造中提供重大改进。新系统降低了微粒污染。其结果是成品中存在更少的缺陷。这就降低了制造微电子设备所需要的原材料、处理流体、时间、人工以及制造微电子设备所需付出的劳动强度。因此，本发明的新晶片处理系统大大提高了生产合格率。

独特的工件处理机设计的发明，大大降低了处理流体的交叉污染。该独特的设计也大大提高了在半导体晶片的处理过程中从处理室排出蒸汽或烟气以及排放处理流体的能力。而且，本发明的处理机利用了相对简单的磁性转子接合机构，降低了从一个处理机到另一个处理机的制造技术的变化带来的振动影响的变化性。这些设计改进的结果是，从一个工件处理机到下一个工件处理机的晶片处理效果更稳定，并且可以达到高的制造质量标准以及获得更高的效率。

在一个实施例中，本发明的晶片处理系统提供多个工件站，用于从工件表面上电镀、酸蚀(蚀刻，etching)、清洁、钝化、沉积和/或清除薄膜和掩膜材料。系统包括机械手(robot)，在工件站之间可以移动且将工件从一个站移动到另一个站。工件站中的至少一个包括工件处理机，工件处理机具有上转子和下转子，其是可接合的用以形成工件处理室。利用相斥磁体之间的磁力保持在处理机的操作过程中转子之间的接触。这种独特的处理室设计减少了振动，其中振动被发现是微粒污染的主要原因，而且还减少了处理流体泄漏到已处理的晶片表面上的机会，而处理流体泄漏到已处理的晶片表面上会导致微电子成品的缺陷或失效。在一个实施例中，上转子被磁性地驱动与下转子接触。在另一个实施例中，下转子被磁性地驱动与上转子接触。无论在哪个实施例中，优选地，在上和下转子之间提供有表面密封。

本发明的晶片处理系统还被设计成在处理过程中增加通过工件处理机的气流。较好的气流操纵降低了微粒污染并提高了全面的处理效率。其结果是，消耗较少的时间、材料和能量。具体地，本发明的处理机在处理机头部中具有气流通道，气流通道从环绕处理机的小环境中将周围空气吸入处理机头部，并通过处理机的底部抽出。而且，形成于底座中的环形通道以及底座的上缘释放处理室中的逐渐形成的压力。操作过程中，底座的上缘中的孔容纳漏出的流体。环形通道将漏出的流体排放到排出口，释放蓄压。此外，空气抽气机与位于处理机头部中的电动机的下面的环状物连接。抽气机吸入来自处理机头部中的气流通道或者来自底座中的环形通道的任何气态流体。另外，在操作过程中，上转子中的中心孔和处理机头部，以及底座中的向上延伸穿过下转子中的孔并连接于通气管的处理流体喷嘴，允许在操作过程中将空气直接吸入工件处理机。这些设计改进的结果是，处理室中的气流被大大增强，并且实现了更均匀的处理和更高的效率。

在另一实施例中，本发明的新处理系统包括第一转子和第二转子，其中第一转子具有多个定位销(alignment pin)，第二转子具有用于容纳定位销的一个或多个孔，以与第一转子一起形成工件处理室。这种转子设计将第一转子保持在下转子上的中心，并且也将工件保持在处理室内的中心。通过降低微电子或其它成品的缺陷，以及通过增加制造每块晶片的设备芯片的数量，提高了制造产量或系统效率。

新系统的一个实施例的另一个独立特征是其包括工件处理机，该工件处理机具有围绕第一转子中的流体施放器的外缘的基本上是环形的开口。流体施放器设置为将处理流体输送到处理室中的工件的中心区域。清洗气管线设置用于将清洗气输送进朝向工件的环形开口。这为清洗气进入并散布到处理室各处提供了更均匀的输送。因此，处理流体更有效地被清除出处理室。从而，制造更稳定，且工件的缺陷被减少。

在本发明的另一个独立特征中，新系统包括第二转子中的流体施放器，用于将处理流体输送到位于处理室中的工件的边缘。一个或多个排水孔优选地位于第一转子中，用于将处理流体清除出处理室。清洗气被有利地输送越过工件的上表面。在一个实施例中，屏蔽板设置在流体施放器的上方，用于将处理流体导引到工件的边缘。在一个独立的实施例中，流体输送路径从流体施放器处延伸且在工件的边缘处终止，用于将处理流体直接地输送到工件的边缘。这些设计提供了改进的工件的边缘处理，以及改进的从处理室的微粒清除。因此，工件上的边缘微粒沉积基本上被减少或消除了。

本发明的一个特征是，新系统包括上转子，其与下转子是可接合的以形成工件处理室。上转子具有中心空气进口。这种转子设计提供了穿过处理室的气流路径，有助于避免含有杂质的微粒接触工件。通过减少微电子或其它成品中的缺陷，提高了制造产量或系统效率。

本发明的另一个独立特征是，流体施放器或喷嘴在中心空气进口内是可移动的，用于将处理流体散布到处理室中的工件的不同部分。导入喷嘴中的流体输送管线优选地包括收集区，用于当输送进喷嘴的流体被中断时收集处理流体。这避免了过多处理流体滴落到工件上。因此，制造更稳定，而且缺陷减少了。喷嘴优选地可移动的远离上转子件，从而可以使上转子件被抬高以促进加载工件进入处理室内。

本发明的另一个独立特征是具有多个排放路径的可移动的排放组件。通过移动排放组件以将单独的排放路径对准处理室，使得每个排放路径可以单独对准处理室。因此，使用过的液体处理助剂(process chemical)能够被分别地清除、收集，并且或者被循环处理或者被销毁处理。避免了将使用过的液体处理助剂混合。因此工艺不再复杂且成本降低。

本发明的其它特征和优点将在下文中出现。上述的本发明的特征能够单独使用或者一起使用，或者它们中的一个或多个不同组合地使用，没有本发明必需的单独特征。本发明同样存在于所述特征的子组合。处理室能够单独使用，或者在具有机器人自动操作的以及各种其它处理室的系统中使用。

附图说明

图1是根据本发明的工件处理系统的透视图；

图2是图1所示的工件处理系统的俯视平面图，其中为图示目的省略了一些组件；

图3是根据本发明的一个实施例的工件处理机的透视图；

图4是图3所示的工件处理室的俯视图；

图5是图4中所示的工件处理机沿虚线A-A截取的横截面视图；

图6是图4中所示的工件处理机沿虚线B-B截取的横截面视图；

图7是图4中所示的工件处理机沿虚线C-C截取的横截面视图；

图7A是图7中的处理机的指定区域A的局部放大视图；

图8是本发明的处理机头部组件的透视图；

图9是图8所示的处理机头部组件的俯视图；

图10是图9中所示的处理机头部组件沿虚线A-A截取的横截面视图；

图11是根据本发明的处理机头部组件的底部的透视图；

图12是根据本发明的底座组件的顶部的透视图；

图13是图12所示的底座组件的俯视图；

图14是图13中所示的底座组件沿虚线A-A截取的横截面视图；

图15是图13中所示的底座组件沿虚线B-B截取的横截面视图；

图16是图13中所示的底座组件沿虚线C-C截取的横截面视图；

图17A是根据本发明的一个实施例的上转子的俯视透视图；

图17B是图17A所示的上转子的横截面视图；

图17C是图17A和图17B所示的上转子的仰视透视图；

图18A是根据本发明的一个实施例的下转子的俯视透视图；

图18B是图18A所示的下转子的横截面视图；

图18C是图18A和图18B所示的下转子的仰视透视图；

图19A是根据本发明的另一实施例的上转子的俯视透视图；

图19B是图19A所示的上转子的横截面视图；

图19C是图19A和图19B所示的上转子的仰视透视图；

图20A是根据本发明的另一实施例的下转子的俯视透视图；

图20B是图20A所示的下转子的横截面视图；

图20C是图20A和图20B所示的下转子的仰视透视图；

图21A是根据本发明的处理机头部组件的头部环的俯视透视图；

图21B是图21A所示的头部环的横截面视图；

图21C是图21B中的头部环的指定区域A的局部放大视图；

图22是根据本发明的一个实施例的图2中所示的处理机之一的透视剖视图；

图23是图22的处理机的剖面图；

图24是图22的处理机的局部放大剖面图；

图25是图22的处理机的分解透视图；

图26是沿图25中的线a-a截取的剖面视图；

图27是沿图25中的线b-b截取的剖面视图；

图28是沿图25中的线a-a截取的剖面视图，且为图示目的只示出了上转子；

图29是沿图25中的线b-b截取的剖面图，且为图示目的只示出了上转子；

图30是图22的处理机的下转子的俯视透视图；

图31是图30的下转子的仰视透视图；

图32是图30和图31的下转子的剖面图；

图33是图22的处理机中的与下转子接合的上转子的局部放大剖面图，且示出了工件定位销；

图34是图22的处理机中的与下转子接合的上转子的局部放大剖面图，且示出了上工件支承销；

图35是图22所示的处理机头部的剖面图，其中为图示目的省略了上转子；

图36是图35所示的头部中的清洗气总管的放大剖面图；

图37是具有屏蔽板的替换实施例的处理机的局部剖面图，其中屏蔽板用于将处理流体导引到处理室中的工件边缘；

图38是具有流体输送路径的处理机的局部剖面图，其中流体输送路径用于将处理流体直接地输送到处理室中的工件边缘；

图39是具有下转子空气进口的可替换的处理机的底座的剖面图；

图40是图25所示的上转子的内侧的透视图；

图41是根据本发明的一个实施例的处于加载/卸载位置的图2所示的处理机的透视图；

图42是图41的处理机的剖面图；

图43是图41的处理机的剖面图，其中可移动的流体输送管直接进入处理室内；

图44是图41的处于处理位置的处理机的透视图；

图45是图44的处理机的剖面图；

图46是图44的处理机的横截面图，其中可移动的流体输送管直接进入处理室内；

图47是具有流体收集区的流体输送线的横截面图；

图48是具有流体收集区的喷嘴或供液出口的透视图；

具体实施方式

参照图1至图3进行的说明

如图1至图3所示，处理系统10具有外壳15、控制器/显示器17，以及输入/输出站19和多个处理站14。工件24在输入/输出站19处从载架(carrier)21上被移除并且在系统10内被处理。

处理系统10包括在外壳15内的用于多个处理站14的支撑结构。至少一个处理站14包括工件处理机16以及用于打开和关闭处理机16的致动器13。本发明的处理机16设计成在处理系统10中使用，诸如于2003年6月6日提交的申请号为No.60/476,786、于2003年10月22日提交的申请号为No.10/691,688、以及于2003年10月21日提交的申请号为No.10/690,864的未决美国专利申请中所公布的处理系统。这些美国专利申请结合于此供参照。系统10可以只包括多个处理机16，或者除了一个或多个处理机16外可以包括其它的处理模块，例如可以设置成可以完成许多不同功能，包括但不仅限于电化学处理、蚀刻、冲洗和/或干燥。

图2中所示的系统10具有十个处理站14，但在外壳15中可以包括任意期望的数量的处理站14。处理站支架优选地包括位于处理站14之间的中心设置的、纵向定位的平台18。具有一个或多个末端致动器31的一个或多个机械手26在外壳15内移动，用于向不同处理站14输送工件24或从处理站14输送走工件，以及向处理站14装载入工件24或从处理站14卸载出工件24。在优选实施例中，机械手26沿着空位18中的轨道23线性地移动。可以在外壳15中，平台18的下面设置处理流体源以及相关的供液管线，该处理流体源以及相关的供流管线与工件处理机16(如图3所示)以及其它的处理站14是流体连通的。

参照图3至图21进行的说明

图3至图11示出了根据本发明的工件处理机16。处理机16包括处理机头部组件28和底座组件30。头部组件28由处理机头部29、头部环33、上转子34、流体施放器32和电动机38组成。底座组件30由安装底座40、下转子36和碗状支座43组成。头部组件28能够垂直地移动以与底座组件30接合和分离。头部组件28和底座组件30形成处理室37，上转子34与下转子36定位在其中。

具体地，转向图5至图11，处理流体施放器32从头部组件28的中心部分向上延伸，并且向下延伸穿过套筒96而进入头部组件。空气进口140和处理流体进口92、94设置在套筒96内。空气进口140和处理流体施放器32向下贯穿处理机头部29、头部环33和上转子34中的中心孔。处理流体供应管线(未示出)与处理流体施放器32的向上延伸部连接，用于将处理流体输送进入工件处理室。电动机38设置在头部29内并与上转子34连接。在操作过程中，电动机38旋转上转子34。头部环33将上转子34和电动机38固定在头部29内。自动致动器13与头部组件28连接并将处理机头部组件28从打开位置移动到关闭位置，其中在打开位置处可以通过机械手26将工件装入处理室37中或从处理室中移开，而在关闭位置，工件将被进行处理。下面进行更为详细的解释，头部组件28具有多个空气进口和通道，有利于本发明的改进的气流控制。

底座组件30下转子36具有接合环110，其具有与开槽安装件144配合的三个凸部114，其中开槽安装件144设置在底座40的底部，从而将下转子36连接至底座40。接合环110的凸部114与安装件144的槽配合，以形成销钉连接(bayonet connection)。底座40内设置有至少一个第一环形磁体42。下转子36也包括至少一个第二磁体44。可以理解，在底座40和下转子36中不使用单个环形磁体，也可以使用多个非环形磁体。第一磁体42和第二磁体44彼此相邻且具有相同极性。通过利用具有相同磁场或极性的磁体，第一磁体42和第二磁体44彼此相斥，使得由于磁力的作用，下转子36从底座40被向上推。当头部组件28和底座组件30被分离时，磁体42、44的磁力推动下转子36远离底座40，使得接合环110的凸部114稳固地接合底座的安装件144，从而提供期望的销钉连接。

当头部组件和底座组件接合时，致动器13将头部组件28降低，直到上转子34接触下转子36。在致动器13的进一步的力作用下，上转子34向下推动下转子36，并且克服磁体42、44产生的斥力直到头部环33位于底座上，如图7A的33A处所示。当头部环33位于底座上时，接合环110的凸部114与安装件144之间的接触被破坏，且下转子36自由地随着上转子34而旋转。当头部环33和底座40处于图5至图7A所示位置中，以及下转子随着上转子自由旋转时，磁体42、44产生的斥力保持上转子和下转子的接触，直到头部组件被抬高以装载/卸载处理机。

转向图5至图7以及图12至图16，底座40包括环形正压室(annular plenum)80，其具有几个(如四个)排放口82。通过提升阀84和致动器86气动地开动排放口82。每个排放口82设置有对应的适配连接器88，以提供单独的路径用于将不同类型的处理流体引导至合适的系统(未示出)以存储、处理或再循环。因此，处理流体的交叉污染被降至最低。如图5至图7、图18A至图18C以及图20A至图20C最佳所示，下转子36具有裙部48，其中裙部向下延伸进入环形正压室80，并且促使处理流体流入环形正压室80并穿过排放口82。

仍然参照图5至图7、图18A至图18C以及图20A至图20C，下转子36具有多个从其表面向上延伸的销。首先，下转子36包括多个隔离销(stand-off pin)50。当工件24被装载入处理室37时，工件24初始位于隔离销50上。下转子36还包括多个定位销52，当工件24被装载入处理室37时，定位销在x-y平面中定位和居中对齐工件24。定位销52延伸比隔离销50更远离下转子36的表面150，避免了工件24在处理室16中被误定位。最后，下转子36包括至少一个，且优选地为多个的接合销54。接合销54优选地具有斜角的末端，以增强与上转子34的匹配(下面将进行解释)，以及由可压缩材料制成的环形垫片或O形圈56，以形成与上转子34弹性接触。

转向图5至图7、图17A至图17C以及图19A至图19C，上转子34包括多个隔离销120和埋头孔46。在操作过程中，以及如图5至图7最佳所示，工件24(未示出)容置在上转子34的隔离销120和下转子36的隔离销50之间。工件处理室37形成于上转子34的内表面148和下转子36的内表面150之间。隔离销50、120不将工件24夹持在它们之间，而是在期望的间隙内容纳工件，允许工件24轻微“摆动(clock)”，即操作过程中在期望的间隙内浮动。这避免了工件24被压紧和意外地损坏并允许处理工件24的较大表面积。在优选实施例中，隔离销50和120之间有0.02英寸的间隙，这允许工件24在操作过程中可以“摆动”。这种设置基本上允许处理工件24的整个表面，甚至是在另外的方式中被隔离销50和120遮住的表面积。

特别地参照图5，当上转子34接合下转子36时，接合销54的斜面端被插入到上转子34中多个孔46中的相应的一个孔中(如图17C所示)。环形的、可压缩的垫片或O形圈56加强上转子34与下转子36之间的接触，并当使用处理室16时用作减振器。

尽管上面描述了上转子34和下转子36的一般构造，但具体构造可以根据处理室16中期望实施的处理而有所不同。例如，图17A-C以及图18AC示出了处理中使用的上转子34和下转子36，用于从晶片表面移除聚合物或掩膜材料。在这个优选实施例中，转子构造与上面提供的一般描述一致。但是，如图17A-C所示，上转子34被分割或具有槽口160，以允许处理流体更自由地流出处理室37。

但是，对于不同的处理，优选地，对上述的转子构造可以实施轻微的改动。例如，图19A-C和图20A-C公开了用于通常称为“背侧斜角蚀刻”的处理的转子构造。一般地，在“背侧斜角蚀刻”的处理中，用化学溶液(例如氢氟酸)从背侧和/或周边，即晶片的斜边，侵蚀，或选择性地移除金属或氧化层。在此处理工艺中，当给背侧和斜角提供化学溶液时，向晶片的顶侧提供惰性气体或去离子水漂洗剂，或者可替换的处理溶液。侵蚀完成后，向晶片的侵蚀侧或者优选地，向两侧提供去离子水漂洗剂，旋转晶片以去除流体，并用加热的氮干燥晶片。在美国专利No.6,632,292中公布了对半导体侵蚀处理工艺，包括“背侧斜角蚀刻”的处理工艺的详细解释，该专利已转让给本发明的受让人，结合于此供参照。

在优选实施例中，用于“背侧斜角侵蚀”处理工艺的上转子34在图19A-C中公开。上转子34包括处理流体通道108，其与上转子34的内表面148中形成的环面146连通。转向图20A至图20C，优选地，用在“背侧斜角侵蚀”处理工艺中的下转子36包括密封件118，其围绕下转子36的外周在周向分布。优选地，密封件118由可压缩材料制成。当上转子34与下转子36接合时，密封件118变形且在转子之间形成接触面密封。接触面密封不是完全密封。也就是说，即使采取接触面密封，也提供“泄漏”以允许处理室37的排放。来自磁体42、44的磁力在操作过程中保持下转子36与上转子34接合并且使接触密封保持在适当位置。在“背侧斜角侵蚀”处理工艺过程中，施加于晶片背侧的酸性处理流体围绕晶片的周边或斜角边缘流到晶片的顶侧。因此，由于施加于晶片顶侧的惰性气体，酸性处理流体被迫进入上转子34的内表面148中形成的环面146内，且通过上转子34中的处理流体通道108被排出。

转向图21A-C，并如图7A所示，头部环33包括边沿162和垂直圆柱对准面164。当头部组件28和底座组件30闭合时，垂直圆柱对准面164将头部环33与底座40对准，而且边沿162位于底座40的边缘，以确保在上转子34与下转子36之间正确地对准。

现在讨论图1-21中示出的新晶片处理系统改善的气流和处理流体排放方面的问题。

首先，头部组件28有许多气流通道，其从加工环境中将环境空气吸入头部组件28，并经过处理室16的底座40排出。如图6所示，环面136设置在头部29中，正好在电动机38下面。环面136连接于空气抽气机(未示出)，该空气抽气机将气态蒸汽或微粒从电动机38吸出头部29。抽气机管道(未示出)通过连接于支撑130的检修管道离开头部29。抽气机132产生的负压还用来清除可能来自头部组件28或底座40中的其它的空气通道内的任何气态蒸汽或烟气。

其次，转向图5-7以及图21A-C，在头部环33中形成多个通风孔60。特别地如图21A-C所示，通风孔60通过空气通道124将来自外壳15内的小环境的空气吸入由上转子34的倾斜外表面和头部环33形成的内部容积或气隙134。内部气隙134与包围上转子34和下转子36的周边的通道137连通，并继续向下进入底座40的凹部中形成的环形排放腔80。最后，处理流体蒸气通过环形排放腔80中形成的排出口82排出。

第三，本发明的处理室16也设计成用来减轻固有蓄压，该固有蓄压通过在封闭的处理室16中实施操作而建立起来。参照图12至图14，多个孔71形成于底座40的上边沿73上。孔71连接到底座40的下部中形成的排放通道142。泵或类似物(未示出)通过至少一个且优选地是两个排出口72连接于排放通道142，形成负压以及用于通过通道142(图14中以虚线表示)排放处理流体的路径。现在转向图5，当头部组件28降低并接合底座40时，头部环33中形成的环形正压室70覆盖底座40的上缘73。头部环33中的环形正压室70允许上缘73中的孔71在操作过程中容纳漏出的处理流体。这些漏出的处理流体被排放通道142中的负压排出。再次地，此处理路径在图5中由虚线表示。因此，处理室37中建立的不必要的蓄压在操作过程中被最小化。

第四，空气通过头部组件28和底座组件30中的孔被直接引入工件处理室。转向图12至图16，底座组件30包括中心定位的处理流体施放器62，其从底座40向上延伸。一般地，处理流体可以是液体、蒸气或气体或者液体/蒸气/气体的组合。底座组件30中的处理流体施放器62包括背侧通风孔64。在优选实施例中，处理流体施放器62包括多个背侧通风孔64。背侧通风孔64通过空气通道66与通气管68连通。通气管68向外壳15中的小环境开放，允许将空气直接输送到工件的背侧。转向头部组件28以及图3至图7，在组件28的中心部位形成空气进口140。空气进口140的一端向小环境(minienvironment)开放，且一端通过上转子34中的孔106通向工件处理室。因此，空气从小环境被吸入工件处理室以向工件的顶侧和背侧直接提供空气。

操作过程中，处理流体施加于工件的顶侧和背侧。现在详细讨论本发明的处理流体施放器。头部组件28和底座组件30均包括处理流体施放器。参照图13，底座组件30在底座40中具有处理流体施放器62。施放器62包括连接器74，用于将处理流体施放器连接至不同的处理流体供应源。因此，施放器62包括附加口，例如横向开槽口76和孔78。处理流体施放器62中的这些口和孔通过下转子36中的孔112将处理流体引向工件表面的背侧。例如，在优选实施例中，空气通过通风孔64供应，侵蚀剂(例如氢氟酸、硫酸或者酸/氧化剂的混合物)通过横向开槽口76供应，去离子水通过第一孔78供应，氮气和异丙基乙醇(isopropylalcohol)通过第二孔78供应。施放器62也可以包括清洗喷嘴，用于引导清洗气流，例如越过工件表面的氮气。

现在参照图5至图11，且如上所述，头部组件28也包括处理流体施放器32。施放器32具有喷嘴35，用于引导处理流体气流通过进口92、94，并且通过头部29中的孔100和上转子34中的孔106分别离开和进入工件处理室。通过喷嘴35以及进口92、94供应的处理流体可以是相同或不同的流体。这类处理流体的实例包括氮气、异丙基乙醇(isopropylalcohol)、去离子水、过氧化氢、ST-250(灰渣清除溶液)、侵蚀剂(例如氢氟酸、硫酸)，或其任意的混合。喷嘴35和进口92、94轴向地向下延伸穿过头部29中的套筒96(其包括空气进口140)，从而不会干涉连接于电动机38的上转子34的转动。

下文将解释图1至图21中所示的新晶片处理系统的操作。随着处理头部组件处于开放位置，机械手26将工件24载入处理室37，其中工件位于从下转子36延伸的隔离销50上。致动器13开始降低头部组件28直到接合底座组件30。头部环33的轴向中心延伸部122首先接触室组件，确保头部组件28和底座组件30轴向对齐。头部组件28继续向下移动，直到上转子34与下转子36接触。最后，施加于下转子36的力(来自于致动器13经由上转子34)将克服底座碗40中的磁体42与下转子36中的磁体44之间的磁性排斥力，从(底座40的)开槽安装件144释放(下转子36的)接合环110。下转子36的接合销54被插入上转子34中相应的孔46中。有必要的话可以轻微转动转子34、36以将接合销54对准孔46。

在处理机16的操作中，此时，处理室37处于完全闭合的处理位置。在该位置，装置或工件24的顶侧以及上转子34的内表面148形成第一处理室102。工件24的底侧或背侧以及下转子36的内表面150形成第二处理室104。如上所讨论的，流体施放器32将处理流体引入到第一处理室102，而流体施放器62将处理流体引入到第二处理室104。在优选实施例中，电动机38转动上转子34或者下转子36中的一个。由于转子34、36是接合的，当处理流体施加于工件24的顶侧和背侧时，工件24被旋转。流体凭借离心力向外流动而越过工件24。这给工件24覆盖了相对薄的液层。上、下转子34和36与工件24之间的紧密度公差有助于提供可控制的且均匀的液流。气体，如果用到的话，能够清除或限制液体的蒸气，或者同时提供工件24的化学处理。转子34和36的旋转运动径向地驱动流体向外越过工件24，并且进入底座40中形成的环形正压室80中。从这里，处理流体通过排放口82流出底座40。阀门84通过附件88控制处理流体的释放。

处理工艺完成后，通过开动电动机，致动器13升起头部组件28远离底座组件30。在图2所示的系统10中，机械手26沿着轨道23移动并利用末端器31从开放的处理室16中移出工件24。然后机械手26沿着线性轨道23行进以进一步处理工件24，或者在输入/输出站19处执行运输操作。

尽管本发明所描述的是，向设备或工件底侧同时提供不同的处理流体，但通过单一进口顺序地提供两种或更多的处理流体同样也能完成单一工件的多个顺序处理。例如，通过下处理流体施放器62可以向下处理室104供应诸如处理酸的处理流体，用于处理工件24的下表面，而诸如氮气的惰性流体可以向上处理室102供应。同样地，处理酸被容许与工件24的下表面发生化学反应，而工件的上表面被有效地隔离而不与氢氟酸发生反应。

参照图22至图36进行描述

转向图22至图24，示出了根据本发明的晶片处理系统的另一实施例。系统包括具有头部153和底座163的处理机150。底座163优选地连接于框架142且不移动。头部153支承在升起和降低整个头部153的致动器臂151上，以将头部153与底座163接合和分离。头部153包括上框架环166，其与底座上的下框架环168是可接合的。上框架环166上方的盖子152将头部153的内部部件与外界环境隔离。头部153中的上转子156与底座163中的下转子158是可接合的，以形成围绕工件160的处理室165。当头部153被移动与底座163接合或接触时，上转子156移动接合下转子158。密封垫或O形圈170优选地被包含在上转子156的法兰178与下转子158之间，以控制处理机150中的流体流动。

仍然参照图22至图24，第一或上流体施放器157通过上转子156中的孔输送处理流体，优选地输送到工件160的上表面的中心区域。下框架环168中的第二或下流体施放器159通过下转子158中的孔190输送处理流体，优选地输送到工件160的下表面的中心区域和/或工件160的边缘区域，如下所述。第一和第二流体施放器157、159可以包括喷嘴、孔口、电刷、垫片或其它用于向工件供应或输送处理流体的等同物。

一个或多个排出口180优选地设置在上转子156的周边或外缘处或者在其附近处，用于从处理室165清除处理流体。另外，一个或多个水平排水孔181延伸穿过法兰178。在优选实施例中，例如图28至29，密封垫170的上方设置有三个间隔布置的水平定位的排水孔(每个具有大约0.018至0.024英寸或者0.4572mm至0.6096mm的直径)，用于排放在法兰178与下转子158之间截留的处理流体，。

如图22和图23所示，头部153中的电动机154优选地包括连接于上转子156的电动机板164。裙部176从电动机板164向下地突出并把处理室与上和下框架环166、168隔开。电动机154转动电动机板164，并通过围绕第一流体施放器157设置的轮轴184依次转动上转子156。当上转子156与下转子158接合时，两个转子156、158一起转动。第一流体施放器157支承在电动机外壳155上且不随上转子156转动。轮轴184支承在轴承262上以容许轮轴184、电动机板164以及上和下转子156、158围绕垂直旋转轴线175的转动。

转向图25至图29，上转子156包括多个向下突出的定位销200。每个定位销200优选地包括锥形引导端。定位销200优选地设置成至少部分地围绕上转子156的周边并被定位，从而当工件160在处理室中被定位时每个定位销200接触工件160的边缘。定位销以紧密度尺寸公差设置在与旋转轴线175或轮轴184同心的圆上。因此，定位销200将工件160置于处理室的中心，从而工件160与旋转轴线175精确地同心。

转向图30至图34，一对间隔设置的凸肩192设置在下转子158的外边缘。凸肩192包括销容纳表面，例如沟或槽194，或者以独立孔的形式存在，用于容纳定位销200的锥形引导端。槽194优选地是锥形的以配合定位销200的锥形引导端。

下转子158上的每个凸肩192优选地包括向上突出的下工件支承销196，用于支承工件160并用于从下转子158的内面或表面195隔开工件160。凸肩192优选地间隔设置以在其间提供装载/卸载槽198，用于容纳末端器或者其它工件装载设备。因此，支承工件160的末端器可以通过凸肩192之间的槽198进入下转子158，然后当处理机150位于开放位置时，将工件160放置在下支承销196上。如图22、图30和图32所示，凸肩192上的销196在平面P中(在图32中以点线示出)将工件或晶片160支承在下转子的上表面197的上方。工件或晶片160的下表面因此被竖直地与表面197间隔开，间距为如2-10mm或4-6mm。这使得机械手的末端器移入工件的下方，用于向处理机内装载或卸载工件。相反，如图24所示，上转子的下内表面201(图28)之间的间隔小得多，典型地为1、2、3或4mm(当处理机闭合或处于处理位置时)。如图28所示，上转子的表面具有稍稍圆锥形的锥形部分203，以2-8或4-6度的角度延续。

参照图34，上转子156优选地包括向下突出的上工件支承销210，用于保持工件160靠在下支承销196上。上支承销210优选地设置成在距离工件160的外周或边缘的且径向向内至少2、3、4、5或6mm的位置处接触工件160的上表面。通过距离工件160的外周至少4mm处定位上支承销210，在工件160的边缘处理过程中上支承销210设置在主流体流动路径的外边，如下所述。这样，就避免了残留金属(例如铜板)的污点，这些残留金属可能是由更靠近工件周边设置的上支承销产生的，因为上支承销更靠近工件周边所以这些残留金属存在于主流体路径中。

另外，如图24至图27所所示，电动机154的轴或轮轴184通过轴盘173直接地连接于上转子组件上的电动机板164。因此，同样地，在限定旋转轴线的轴184与定位工件的销子200之间存在更直接的连接。与较早的设计相对照，旋转的同心度得以提高(大约±0.5mm)。在工件由销子或下转子上的其它零件定位的其它设计中，尺寸公差的累积可能导致旋转轴线与工件之间的显著的偏心距(如±0.9mm)。

如图24所示，上转子156具有优选地由防腐材料，例如特氟隆(Teflon)(含氟树脂)，制成的垫板或室板177。室板连接于电动机板164。电动机板164和头部153中的其它部件典型地为金属，例如不锈钢。如图30至图32所示，下转子也典型地由防腐材料或塑料制成，例如特氟隆(Teflon)。这允许处理机150更好地抵制由处理中使用的剧烈反应的气体或液体，例如酸，所产生的腐蚀。销子200固定在电动机板164上并穿过室板177。尽管销子可以被或多或少的使用，典型地，八个销子200均匀地间隔布置在上转子上。

参照图22至图25，盖子152、电动机外壳155、电动机154、流体施放器157以及上框架环166，在头部153上或在其中，固定在适当位置且不转动(尽管它们能够垂直地上升)。当开动电动机154时，轴或轮轴184(连接于或形成电动机轴的一部分)、轴盘173、包括法兰178的电动机板164、裙部176以及垫板177都一起转动。

在底座163中或在其上，下框架环168、排放口208、阀门206、凸轮致动器204、流体施放器或喷嘴159优选地固定在适当位置且不转动。当下转子与上转子接合并被其驱动时，图30至图32中所示的包括密封垫170的下转子158、凸轮172、插销环174以及其它连接部件随下转子转动。

转向图35和图36，环形孔220被设置围绕形成第一流体施放器157的集管以及围绕通向第一流体施放器157的流体输送路径161。清洗气，例如氮气，被从进口221供应进入环形孔220。环形孔220由进口延伸进入处理室。由于通过环形孔220将清洗气输送进入处理室，可以达到清洗气非常均匀地被输送进入处理室，从而提供更均匀和一致的处理。

参照图1、图2以及图22至图36，使用时，箱子、或盒子、或输送器或容器21被移动到输入/输出站19上。如果容器是密封的，例如是FOUP或者FOSBY容器，通过系统10中的自动致动器将容器门移开。然后机械手26从容器21移开工件160，将工件160放置在处理机150内，并且将工件160放置在下转子158的下支承销196上。为把工件160放置在下支承销196上，机械手26移动末端器31或支承工件160的类似装置，穿过下转子158中的装载/卸载槽198，并将工件160降低到下支承销196上。然后机械手26从处理机150撤回末端器31。当处理机150作为独立的手工装载系统(没有输入/输出站19、机械手26或外壳15)能够被可替换地提供时，图1和图2所示的自动系统是优选的。

然后，上和下转子156、158一起开始相互间的接合，优选地借助于降低头部153使其向下与底座163接触。当发生这种情况时，上转子156朝向下转子158被向下降低。上转子156上的定位销200的锥形引导端移动进入下转子158中的锥形孔或槽194，以在下转子158上对中上转子156并形成围绕工件160的处理室165。每个定位销200的锥形部分的内边缘优选地接触工件160的边缘，以在处理室内对中工件160。因此，工件160与处理室的垂直旋转轴线175同心地定位。这有助于提供对工件160的均匀高效的处理，尤其是边缘处理。

当上转子156被降低与下转子158接合时，上转子156上的上支承销210紧靠或接触工件160的上表面，以将工件160固定或限定在处理室内。在转子被一起带动之后，底座163中的凸轮致动器204向下移动，使得凸轮172枢转并松开插销环174的部件。然后插销环部件径向地且向外地移动并进入上转子的法兰178中的沟槽182。在美国专利No.6,423,642中描述过这种操作，结合于此仅供参考。从而下转子158被固定在上转子156上以形成组合的转子单元或组件185(参照图26和图27)。

一旦处理机150处于封闭或处理位置，通过第一和第二流体施放器157、159中的一个或两个向工件160的上和/或下表面供应处理流体。由电动机154转动转子单元185。离心力形成跨过工件160表面的连续的流体流。处理流体跨过工件表面从工件160的中心向工件160的边缘沿径向向外的方向移动。

在处理室165的周边处，由于离心力作用，使用过的处理流体通过上和/或下转子156、158中的排出口180和/或其它排水孔181或排放路径移动出处理室。使用过的流体收集在排放区208中，并通过打开阀门206可以被输送到用于再利用的循环系统，或输送到用于适当处理的处理区。

当采用第一处理流体的处理步骤完成时，清洗气，例如氮气，优选地被输送进入处理室165以帮助从室中清除任何残余的处理流体。清洗气优选地从清洗气进口222被输送进入围绕第一流体施放器157的环形孔220。清洗气继续穿过环形孔220进入处理室165。从而，清洗气以圆形气环的形式被输送进入处理室，这利于清洗气的均匀散布而遍及处理室。因此，处理流体被更有效地且效率很高地移出处理室。

一旦第一处理流体被移出处理室，用一种或多种另外的处理流体可以实施类似的处理和清洗步骤。每个处理步骤之后或者在所有的处理步骤完成之后，可以实施冲洗步骤，优选地使用去离子(DI)冲洗水。在最后的处理或冲洗步骤之后，可以利用异丙基乙醇(IPA)蒸气或另一种干燥流体实施干燥步骤。

一旦完成处理，头部153被升起或与底座163分离，以允许通向工件160。在开放位置，工件160可以由机械手26移出处理室，并且另一个工件160可以由同一个机械手26或另一个机械手放置进入处理室中。

参照图37和图38进行描述

转向图37和图38，示出了用于工件160的边缘处理的处理机150的两个可选择的实施例。在这些实施例中，具有将处理流体引向工件160边缘的流体输送路径，从而可以实施边缘处理。在这些实施例中，可以通过第二流体施放器159或通过单独的流体输送装置供应处理流体。

参照图37，在屏蔽板232与下转子158的内面之间形成下流体输送路径230。屏蔽板232与圆形工件160同轴且具有优选地比工件小大约2-12、4-40或5-8mm的直径。向屏蔽板的下表面的中心提供处理流体并该处理流体沿着屏蔽板232被离心力径向地且向外地引导。流体流出屏蔽板的周边，并流到工件160的外边缘。因此，只有工件160的边缘被处理。

在图38所示的实施例中，流体输送路径240被设置从第二流体施放器159(或其它流体源)直接地到工件160的边缘。这样，处理流体在工件160的边缘处直接进入处理室，与进入工件160的中心并利用屏蔽板232引向工件边缘相反。流体输送路径240可以包括流体输送管线242，或可以简单的是下转子158中的一个或多个路径或者孔。

如果如图38所示的实施例也希望对工件160的下表面进行处理，可以在第二流体施放器159中设置阀门或类似装置，以向流体输送路径240以及工件160的中心选择性地导引流体。在一个实施例中，流体输送路径240可以通过旋转接头或类似装置连接于第二流体施放器159，从而流体输送路径240可以转动而第二流体施放器159保持不动。

在图37和图38所示的实施例中，上转子156中的排放孔236，以及下转子158中的排放路径238允许处理流体溢出处理室。清洗气，例如氮气，处理过程中优选地被径向地且向外地导引到工件160的上方，以助于穿过排放孔236导出处理流体，从而处理流体不接触工件160的内或中心表面。如图38所示，流体输送管线186，典型地用于去离子(DI)水，向下延伸穿过集管167中的孔或路径161。管线186结束于集管167的下端并与之齐平。由于管线186齐平，相对于具有凹进或突出于集管167的管线186，即使这种凹进或突出很微小，滴落仍然是减少了。

如图37和图38所示，密封垫170设置在围绕下转子158的外侧的沟槽或通道171中。沟槽171的边缘处的斜面169有助于在分离过程中减少或防止流体的液滴粘在上转子上，并进而落在工件上以及导致潜在损坏或污染。如图32所示，沟171的边缘可以选择性地是圆形或圆角形的。

仍然参照图37和图38，处理机150利用可以显著地加快工件干燥的改进空气和气流设计。这减少了所需要的处理时间并提高了制造效率或处理量。干燥过程中，由于通过旋转运动形成的围绕处理机中心的低压区，清洁的干空气(可以被过滤和/或加热)向下流动穿过孔167。这种空气，如图36中的箭头A所示，冲击在工件的顶部表面上然后向外流动。如果干燥过程中也使用(氮)气，那么空气与流自环形孔220的气体混和。空气和该气体然后通过排放孔流出。与例如需要60秒来干燥的早期设计相对照，图35和图36所示的处理机在大约20秒内干燥工件。

处理系统10中的处理机组件可以由任何合适的材料，例如特氟隆Teflon(合成的含氟树脂)，或者不锈钢制成。典型地用于处理工件，例如半导体晶片，的任何处理流体，可以用在处理系统10中。例如，液态或气态臭氧、液态或气态HF或HCL、氨水、氮气、IPA蒸气、DI冲洗水、H₂SO₄，等等可以用来实施不同的处理步骤。在使用刺鼻的酸或溶剂，例如HF或H₂SO₄，的应用中，优选地采用Teflon组分，从而转子组件不被工艺化学物质损坏。优选地，第一和第二流体施放器157、159互相连接并具有用于DI水、清洁的干空气、氮气以及一种或多种上面所列工艺化学液体的单独的出口。可以利用一个或多个阀门来控制穿过第一和第二流体施放器157、159的液流和气流的流量。

附加的系统组件，例如IPA汽化器、DI水供应源、加热元件、流量计、流量调节器/温度传感器、阀门机构，等等也可以包括在处理系统10中，而这些在现有系统中很常用。处理系统10中的所有的各种组件可以在具有合适的软件程序的控制单元的控制下。

参照图41至图46进行描述

图41示出了处于上、开启或工件装载/卸载位置的工件处理机316。当处于开启位置时，工件324可以装入处理机316或从其中卸载。机械手臂320包括用于将工件324装入处理机316或从其中卸载的末端器322。在优选实施例中，机械手臂320支承在沿着空位18(如图2所示)中的轨道23线性地移动的机械手底座上。机械手在外壳内移动，用于将工件输送到不同的处理站14或从不同的处理站输送工件。优选地，处理机316(或图2所示的16)设置在如图2所示的第一和第二列中，而第一和第二转子26分别在第一和第二列中只向处理机装载和卸载工件。但是，也可以采用其它的设计。例如，可以采用仅仅一个机械手来装载和卸载所有的处理机16或316。可选择地，可以采用两个机械手来交叉操作，从而每个机械手均能够装载和卸载任何处理机16或316。

转向图42，处理机316包括上转子326，其与下转子328是可接合的以形成处理室351。在图示实施例中，工件324是具有平的上、下表面的圆形晶片。

上转子326优选地是环形，具有相对较大的中心开口或孔332。孔332优选地具有比工件324的直径大20-80％、30-70％或40-60％的直径。例如，如果处理机设置成处理200mm直径的晶片，孔332的直径优选地在100至150mm之间，更优选地直径大约是125mm。

一个或多个充气筒338或其它的致动器连接于支承板334，用于在图41至图43所示的开启位置与图44至图46所示的闭合位置之间升起或降低上转子326。

下转子328优选地固定在底座340上的适当位置，从而上转子326是可降低的以接合或接触下转子328而形成处理室351。在可替换的实施例中，可以升起下转子328以接合固定的上转子326，或者两个转子326、328可以彼此相向地移动以形成处理室351。

工件324优选地支承在从下转子328向上地延伸的多个下支承件327上的处理室中。上转子326上的上支承销329通常趋向于限定工件远离下支承件327向上的移动，如图43所示。工件324可以选择性地被固定，如在美国专利No.6,423,642中所描述的，该公开接合于此仅供参考。

参照图42，环形外壳355连接于板334。上转子326上的环形法兰343延伸进外壳355中的环形槽353内。下磁环357连接于法兰343的顶部。上转子326、法兰343以及磁环357形成作为一个单元在外壳355内旋转的上转子组件359。上转子326优选地具有连接于金属如不锈钢环363的内PVDF或Teflon(氟基树脂)衬垫361，其中环363支承法兰343。下转子328也优选地是PVDF或Teflon。三个销子352在下转子328的周边处向上延伸用于接合或插入上转子中的开口或插孔354内。当上转子与下转子集合一起时，销子352具有圆锥端以将上转子与下转子对中。当转子在处理过程中作为转子单元335而一起旋转时，销子352也从下转子向上转子传递扭矩。

环板367连接于外壳355。上转子326的顶端向上延伸穿过环板367。上磁环369连接于环板367。上磁环369排斥下磁环357。环板367具有覆盖在板334上并与其连接的圆锥部分371。板334、外壳355、环板367和圆锥部分371，以及上磁环369形成外壳组件373，其通过致动器338垂直地移动而不转动。更合适的，上转子组件359在静止的外壳组件373内转动。如图42所示，当处理机316处于开启或上端位置时，上转子组件359的法兰343位于外壳355的环形凸缘或边缘377上，在转子组件359与外壳组件373之间没有其它的接触。当处理机处于开放或上端位置时，逆时针销子358(图45)从凸缘377向上延伸进入法兰343，以保持上转子与下转子成角度地对准。

如图45所示，当处理机316处于下端或闭合位置时，上转子组件359在外壳355内漂浮或悬浮，也即，在上转子组件359与外壳355的任何部分或外壳组件373之间没有实体接触。磁环357与369之间的斥力驱动上转子组件359向下与下转子328接触，而没有实体接触。磁环357和369可以由独立的磁体、电磁体或其它的磁性元件取代。

由于上转子326是悬浮的且在上转子326或上转子组件359以及周围结构之间，比如外壳355、板367或板334之间没有实体或机械连接，当它们集合一起时上转子326能够自动与下转子328对准。因此避免了上转子与下转子精确对准的需要。另外，由于操作过程中固定的外壳组件373与转动的转子组件359之间没有实体接触，产生污染微粒的潜在危险就大大降低了。

可以采用面密封垫或其它的密封元件331，以当其集合在一起时，在上和下转子326、328之间形成密封。在一些应用情况中，不需要密封。上和下转子326、328优选地只在密封垫331处彼此接触。密封垫331可以设置在转子326、328之一或两个的内面上，且优选地围绕转子的周边设置。

当转子326、328集合在一起时，其通过支承在底座340上的电动机339形成可转动的组合转子单元。电动机339容纳在连接于底座板340或框架312的电动机外壳337中。电动机转子375安装在连接并支承下转子328的背板341上。如图42至图43所示，电动机转子375具有至少是工件直径的50％、60％、70％、80％、90％或100％的直径。这容许了改进的系统的动态平衡及降低了的振动。挡环378与背板341的底面形成曲折的路径。这有助于减少从电动机向外且向上并朝向工件的任何微粒的迁移。下转子中心处的圆锥形凹坑形成收集和排放离散流体的集水坑381。排出口330延伸穿过上转子，如图42所示。

当转子单元335转动时，将空气通过上转子326中的开口或孔332吸入处理室351内。孔332相对较大，并将处理室出口限定为具有小得多的横截面积。这在处理室内形成低压差(low pressuredifferential)。这种低压差导致空气以较低的速度流进处理室。因此，与现有设计相对照，大大减少可能通过引入气流被吸入处理室的污染微粒。这减少了工件被污染的机会。

如图44至图46所示，上喷嘴342或流体施放装置延伸进入上转子326中的孔332。喷嘴342向工件324的上表面供应一种或多种处理流体。上喷嘴342连接于相对刚性的上流体施放管道或管线344的端部。上流体输送管线344连接于机动的升起和转动机构346，其能够以前后交替移动的方式升起和降低以及枢转上流体输送管线344以及上喷嘴或出口342。因此，上喷嘴342在工件上表面上方是可移动的，用于将处理流体散布到工件上表面的不同区域。此外，可以将上喷嘴342升起到孔332外并枢转远离处理室，从而可以将上转子326提高进入升起或工件容纳位置。

参照图47至图48进行描述

如图47所示，上喷嘴342的上流体输送管线344可以包括流体收集区345，或Z字形收集器，用于在向处理室的流体输送被中断后收集处理流体。在现有系统中，具有在流体输送被停止后过多的流体从上喷嘴或管线滴落到工件上的潜在危险。这会导致工件污染或其它的缺陷。背吸和气体清洗技术用于试图完全放空流体输送管线的过程中，但经常仍旧存在残余的液滴。这样，可以利用收集区345，结合背吸或清洗，来收集残余流体从而使残余流体不会滴落进处理室内。

流体收集区345优选地由第一管道区347形成，该第一管道区347成角度向上延伸并连接进包括于上流体输送管线344或上喷嘴342中的第二区349，从而处理流体被直接导向处理室。流体收集区345优选地足够大到可以容纳被清除或吸入收集区345内的几滴液滴。如图48所示，组成收集区345或Z字形收集器的喷嘴342可以作为单独件被制造，其可以连接于上流体施放管道或管线344的端部。

如图42和图45所示，下喷嘴348或其它的流体输送出口优选地中心设置在工件324的下方，用于向工件324的下表面输送一种或多种处理流体。下流体输送管道或管线350连接于下喷嘴348，用于向下喷嘴348供应流体。可以向下流体输送管线350供应来自同一或不同流体储箱的处理流体，其中上流体输送管线344是由流体储箱供应的。这样，工件324的上和下表面可以用相同或不同的处理流体被同时或顺序地处理。喷嘴342和348可以是喷洒式喷嘴或者任何形状或样式的施放器，或者其可以是简单的出口或孔，以在任何形式或条件下向工件供应处理流体或气体或蒸气。

排出口330围绕上转子326的周边间隔设置，如图42所示。处理过程中当转子单元335旋转时，排出口330允许流体在离心力作用下流出处理室351。排出口330选择性地可以位于下转子中或在上、下转子之上。排出口330也能够按其它形式设置，例如位于转子之间的槽或孔。如图41至图46所示，围绕转子单元335设置有环形排放组件370。排放组件370通过举升机构或提升机372优选地可以垂直移动。提升机372包括连接于排放组件370的电枢374。电动机379转动千斤顶螺杆376以升起和降低电枢374以及排放组件370。

排放组件370包括多个独自与处理室中的出口330对准的排放路径。三个排放路径380、382、384示于图42和图43中，但在排放组件370中可以包括任何想要数量的排放路径。设置多个排放路径，从而不同的工艺化学物质以及去离子(DI)水可以沿单独的路径被从处理室中排出，这消除了工艺化学物质与DI水之间的交叉污染。排放路径380、382、384连接至系统排放管线386，其中系统排放管线优选地从排放路径380、382、384下方延伸出处理机316外。

当上转子件326处于开放或工件容纳位置时，排放组件370优选地处于其最低的且靠近底座340的位置，如图41至图43所示。这允许将工件324装入处理机316以及从处理机卸载工件324，如图41所示。当上转子件326被降低进入闭合或处理位置时，由提升机372升起排放组件370，以将排放路径380、382或384之一对准处理室中的出口330，如图44至图46所示。

处理流体在转子单元转动产生的离心力的作用下，通过出口330被移出处理室。然后，流体沿与处理室出口对准的排放路径流动，并继续流进从工件处理室316移出流体的管线376。然后，处理流体可以被再循环或送到处理区。

参照图2，使用时，箱、盒子、输送器或容器21被移动到输入/输出站19上。如果容器是密封的，例如FOUP或者FOSBY容器，通过系统10中的自动致动器将容器门卸掉。然后机械手26(指图41中的附图标号320)从容器21中移动工件24(也分别指图22-40以及图41-46中的附图标号224、324)，并将工件24放置在处理机316中，如图41所示。处理机316处于上位或开放位置，且排放组件70处于下位，如图41所示。当处理机316作为独立的手工装载系统(没有输入/输出站19、机械手26或外壳15)也能够被提供时，图1和图2所示的自动系统是优选的。

转回图41至图46，工件324定位在下转子328上的工件支承销327上。然后，上转子326通过致动器338被降低，并与下转子件328接合以形成围绕工件324的处理室351。磁体或磁环357和369的排斥通过在周边处形成密封的面密封来推动上转子顶着下转子。上转子件326上的间隔件或支承销329紧靠或接触工件324的上表面，以确保或限定工件在适当位置。

一旦转子单元335处于闭合或处理位置，提升机372升起排放组件370使之围绕转子单元定位。用于清除处理工件324所用的处理流体的排放路径380与出口330对准。通向排放路径380、382、384的进口与出口330之间的距离被最小化，从而排出出口330的液体移入排放路径，而不是向下流到下转子的边侧。选择性地，可以采用圆环密封以助于将液体从出口330移入排放路径，而没有滴落或泄漏。

在排放路径380被正确地对准后，经过上、下流体供应管线344、350中的一个或两个，向上和下喷嘴或出口342、328中的一个或两个供应处理流体，而喷嘴或出口将处理流体输送到工件324的上和/或下表面。转子单元通常由电动机339转动以产生离心力作用下的越过工件324表面连续的流体流动。这样处理流体被驱动从工件324的中心向工件324的边缘沿径向且向外的方向越过工件表面。上转子342可以在孔332内被机动的升起和转动机构346来回移动，以向工件上表面更均匀地散布处理流体。

当转子单元转动时，空气通过上转子组件359和外壳组件373中的孔332被吸入处理室内。当孔332相对较大，而且处理室351基本上闭合时，空气除了在出口330处外，以相对较低的速度流过处理室，这样就减少了吸入能够污染工件的微粒的可能性。

在处理室351的周边处，由于离心力作用，使用过的处理流体通过出口330移出处理室。然后处理流体向下流到排放路径380并通过排放管线386流出。可以将废流体输送到再循环系统用于再利用，或者输送到处理区用于适当处理。排放管线386能够可伸缩地延伸以随排放组件370上下移动。

当采用第一处理流体的处理步骤完成时，清洗气，例如氮气，优选地从喷嘴324和/或342向出口330喷洒，以助于从室中清除任何残余的处理流体。根据下一步是使用第二处理流体还是DI冲洗水，排放组件370由升起机构372进一步升高，以将合适的排放路径382或384与出口330对准。

例如，如果接下来实施中采用DI冲洗水实施的冲洗步骤，提升机372升起排放组件370直到排放路径384与处理室中的出口对准。然后DI冲洗水被喷洒到工件表面上并且通过离心力作用跨过工件表面移向工件324的外周边。DI冲洗水流过出口330进入排放路径384。然后DI冲洗水沿排放路径384流入管线386，用于清除工件处理机316。由于使用用于第一处理流体和DI冲洗水的单独的排放路径，当退出处理室时这些液体不被混和，进而不发生交叉感染。

可以实施用于一种或多种另外的处理流体的类似步骤。在每个处理步骤之后或在完成所有的处理步骤之后，可以实施冲洗步骤。在最后的处理或冲洗步骤之后，可以实施采用异丙基乙醇(IPA)蒸气或另一种干燥流体的干燥步骤。在优选实施例中，一个排放路径被指派给使用过的一种类型的处理流体，其包括DI冲洗水。这样，避免了不同工艺化学物质以及DI冲洗水之间的交叉感染。

一旦完成处理，排放组件370被降低且上转子件326被升高以允许接近工件324，如图41至图42所示。在开放位置，工件324可以移出处理室且另一个工件可以被放置进处理室。

处理系统10中的转子和排放组件可以由任何合适的材料制成，例如特氟隆Teflon(合成的含氟树脂)或者不锈钢。任何典型地用于处理工件，例如半导体晶片，的处理流体，可以用在处理系统10中。例如，液态或气态臭氧、液态或气态HF或HCL、氨水、氮气、IPA蒸气、DI冲洗水、H₂SO₄，等等可以用来实施不同的处理步骤。在使用刺鼻的酸或溶剂，例如HF或H₂SO₄，的应用中，优选地采用Teflon处理组件，从而转子组件和排放口不被工艺化学物质损坏。优选地，上喷嘴或出口342与下喷嘴348互相连接，并且具有用于DI水、清洁干空气、氮气以及上面所列液态工艺化学物质之一的单独出口。靠近管线350的下端的一个或多个阀门390控制通过下喷嘴348的液体或气体的流量。下喷嘴348可以包括比如四个单独的副喷嘴，每个被指派给一种单独的液体或气体。

附加的系统部件，例如IPA汽化器、DI水供应源、加热元件、流量计、流量调节器/温度传感器、阀门机构，等等也可以包括在处理系统10中，而这些在现有系统中很常用。处理系统10中的所有的各种组件可以在具有合适的软件程序的控制单元的控制下。

尽管处理头部、处理头部组件、室组件、转子、工件以及其它的部件被描述为具有直径的，它们也能够具有非圆形的形状。进一步，就晶片或工件来描述了本发明。但是，可以承认本发明具有更宽的应用范围。通过实例，本发明可应用于平板显示器、微电子屏蔽板以及需要高效并可控的湿法化学处理的其它设备的处理中。

Claims (75)

1.一种用于处理工件的设备，包括：

处理头部组件，具有带有上转子的处理头部；

底座组件，具有底座和下转子；

所述底座具有第一磁体，而所述下转子具有第二磁体，其中通过由所述第一和第二磁体产生的磁力的作用，所述上转子可以与所述下转子接合，以形成工件处理室。

2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括抽气机，连接到所述处理头部中形成的内腔，用于从所述处理头部组件中释放气态流体。

3.根据权利要求1所述的设备，进一步包括电动机，用于转动所述上转子和下转子中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的设备，进一步包括在所述处理头部组件中形成的至少一个通风孔。

5.根据权利要求1所述的设备，进一步包括在所述处理头部组件中形成的多个通风孔。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理头部组件包括用于将处理流体引入所述设备中的喷嘴。

7.根据权利要求6所述的设备，包括处理流体源，其中所述处理流体是从由氮气、异丙基乙醇、水、臭氧水、硫酸、氢氟酸、空气、过氧化氢以及ST-250组成的组中选择的流体。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述下转子包括多个用于在X-Y平面中定位所述工件的定位销。

9.根据权利要求1所述的设备，其中所述下转子具有至少一个从其表面延伸的销子，以及所述上转子具有至少一个孔，其中当所述上转子和下转子接合时所述销子接合所述孔。

10.根据权利要求1所述的设备，其中所述上转子和下转子包括多个用于限制所述工件的销子。

11.根据权利要求1所述的设备，进一步包括连接至所述处理头部组件的一个或多个处理流体供应源。

12.根据权利要求1所述的设备，进一步包括连接至所述底座组件的一个或多个处理流体供应源。

13.根据权利要求1所述的设备，进一步包括在所述底座中形成的至少一个排出口。

14.根据权利要求13所述的设备，进一步包括在所述底座中形成的多个排出口。

15.根据权利要求1所述的设备，其中在所述处理头部组件与所述底座组件的分界面之间形成环形正压室。

16.根据权利要求1所述的设备，进一步包括用于相对于所述底座组件移动所述处理头部组件的处理头部组件提升机。

17.根据权利要求16所述的设备，其中所述处理头部组件提升机移动所述处理头部组件远离所述底座组件而移动到打开位置。

18.根据权利要求17所述的设备，其中所述处理头部组件提升机朝向所述底座组件移动所述处理头部组件，从而所述上转子接合所述下转子。

19.根据权利要求18所述的设备，其中所述底座中的所述第一磁体排斥所述下转子中的所述第二磁体，并且当所述处理头部组件提升机朝向所述底座组件移动所述处理头部组件时，所述上转子接触所述下转子，向所述底座推动所述下转子，在所述上与下转子之间形成接触密封。

20.根据权利要求1所述的设备，其中所述下转子包括围绕所述下转子的周缘沿周向运转的环形件，所述下转子与所述上转子配合以形成流体密封。

21.根据权利要求1所述的设备，其中在所述底座中形成至少一个环形排放通道。

22.根据权利要求1所述的设备，其中在所述底座中形成用于收集处理流体的环形正压室。

23.根据权利要求22所述的设备，其中所述环形正压室与在所述底座中形成的排放口连通，以排放来自所述处理室的处理流体。

24.根据权利要求23所述的设备，进一步包括用于开启和关闭所述排放口的阀致动器。

25.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理头部进一步包括：

头部环，连接所述处理头部和所述上转子；

电动机，连接至所述下转子；以及

通气口，用于将空气引入所述工件处理室。

26.根据权利要求24所述的设备，其中在所述头部环中形成多个空气进入孔。

27.根据权利要求24所述的设备，其中在所述上转子与所述头部环之间形成凹腔。

28.根据权利要求27所述的设备，其中在所述上转子与所述头部环之间形成的所述凹腔连接至真空排气口。

29.根据权利要求1所述的设备，进一步包括：

通气管，具有第一孔，位于所述头部组件的垂直上方并位于所述设备外侧的周围环境中，以及第二孔，具有设置成向所述处理室内喷洒的喷嘴；

电动机，用于旋转所述处理室；以及

其中，当所述工件在所述处理室中定位并且所述电动机旋转所述处理室和所述工件时，靠近所述工件的中心形成低气压区，将空气从所述周围环境中吸入所述处理室。

30.一种用于处理工件的系统，包括：

多个工件站，其中至少一个站具有这样的设备，其包括：

处理头部组件，具有上转子；

底座组件，具有底座和下转子；

所述上转子与所述下转子是可接合的，以形成工件处理室；

第一和第二磁体，当所述上和下转子接合时产生在所述上与下转子之间保持接触的作用力；以及

机械手，在所述工件站之间是可移动的，用于从一个站向另一个站移动工件。

31.根据权利要求30所述的系统，进一步包括与所述至少一个站相关联的处理头部组件提升机。

32.根据权利要求30所述的系统，其中由于在所述第一与第二磁体之间的排斥而形成磁力。

33.根据权利要求30所述的系统，其中所述上转子具有孔，通过所述孔将处理流体施加于所述工件的表面。

34.根据权利要求30所述的系统，其中所述下转子具有孔，通过所述孔将处理流体施加于所述工件的表面。

35.根据权利要求30所述的系统，其中所述上转子与所述工件的第一表面形成上处理室，以及所述下转子与所述工件的第二表面形成下处理室。

36.根据权利要求30所述的系统，进一步包括用于将所述下转子连接至所述底座的装置。

37.一种用于处理工件的方法，包括下列步骤：

将所述工件放入具有底座和第一转子的底座组件内；

施加磁力以从所述底座排斥所述第一转子；

将第二转子接合到所述第一转子以形成围绕所述工件的处理室；

推动所述已接合的转子克服所述磁性排斥力，以在所述第一与第二转子之间形成接合；

旋转所述第一和第二转子；以及

向所述工件施加处理流体。

38.根据权利要求37所述的方法，其中向所述工件施加处理流体的所述步骤包括下列步骤：

向所述工件的第一表面施加第一处理流体；以及

向所述工件的第二表面施加第二处理流体。

39.根据权利要求37所述的方法，进一步包括从所述处理室排放所述处理流体的步骤。

40.根据权利要求38所述的方法，其中所述第一处理流体包括从由空气、氮气、异丙基乙醇、水、臭氧水、氢氟酸、硫酸、过氧化氢以及ST-250构成的组中选择的流体。

41.根据权利要求38所述的方法，其中所述第二处理流体包括从由空气、水、臭氧水、氮气、异丙基乙醇、氢氟酸、硫酸、过氧化氢以及ST-250构成的组中选择的流体。

42.一种用于处理工件的设备，包括：

头部组件，包括头部和第一转子；

底座组件，包括底座和第二转子；

用于将所述第一转子接合至所述第二转子以形成处理室的装置；以及

电动机，连接至所述第一和第二转子之一以转动所述处理室。

43.根据权利要求42所述的设备，其中所述用于将所述第一转子接合至所述第二转子的装置包括磁性排斥力。

44.根据权利要求42所述的设备，其中所述用于接合的装置包括用于在所述第一和第二转子之间产生磁性排斥力的元件。

45.根据权利要求42所述的设备，其中所述用于将所述第一转子与所述第二转子接合的装置包括：

第一磁体，具有极性，设置在所述头部中；以及

第二磁体，具有与所述第一磁体的极性相同的极性，所述第二磁体设置在所述第一转子中。

46.根据权利要求45所述的设备，其中所述第一和第二磁体是环形的。

47.根据权利要求42所述的设备，其中所述用于将所述第一转子与所述第二转子接合的装置包括：

第一磁体，具有极性，设置在所述头部中；以及

第二磁体，具有与所述第一磁体的极性相同的极性，所述第二磁体设置在所述第一转子中。

48.一种用于处理工件的设备，包括：

第一转子，具有插销环；

第二转子，具有适于容纳所述插销环的槽，其中所述第一和第二转子集中在一起时，所述插销环插入所述槽中，将所述第一转子固定至所述第二转子；以及

电动机，连接至所述第一和第二转子中的一个以转动所述第一和第二转子。

49.根据权利要求48所述的设备，其中所述第一转子具有多个定位销，而且所述第二转子具有多个相应的用于容纳所述定位销的孔。

50.根据权利要求48所述的设备，其中当所述第一和第二转子集中在一起时，所述定位销接触所述工件的边缘，在所述第一和第二转子之间对中所述工件。

51.一种用于处理工件的设备，包括：

第一转子；

第二转子；

用于带动所述第一转子与所述第二转子接触以形成处理室的装置；

用于将所述第一转子固定至所述第二转子的装置；以及

电动机，用于旋转所述处理室。

52.根据权利要求50所述的设备，其中所述用于带动所述第一转子与所述第二转子接触的装置包括磁力。

53.根据权利要求50所述的设备，其中所述用于将所述第一转子固定至所述第二转子的装置包括联锁插销机构。

54.根据权利要求53所述的设备，其中所述联锁插销机构包括连接至所述第一转子的插销环以及在所述第二转子上形成的槽。

55.一种用于处理工件的设备，包括：

第一转子；

第二转子；

用于将所述第一转子接合至所述第二转子以形成处理室的装置；

通气管，具有第一孔，，位于在所述设备外侧的周围环境中，以及第二孔，具有设置成向所述处理室内喷洒的喷嘴；

电动机，用于旋转所述处理室；

其中，当所述工件在所述处理室中定位并且所述电动机旋转所述处理室和所述工件时，靠近所述工件的中心形成低气压区，将空气从所述周围环境中吸入所述处理室。

56.一种用于处理工件的系统，包括：

多个工件处理机，其中所述工件处理机中的至少一个包括：

第一转子，包括多个定位销；

第二转子，包括一个或多个用于容纳所述定位销的容纳表面，其中当所述定位销与所述第二转子接合时，所述第一和第二转子形成工件处理室；以及

机械手，在所述工件处理机之间是可移动的，用于将所述工件装入一个或多个所述处理机中，以及从一个或多个所述处理机中卸载所述工件。

57.一种用于处理工件的系统，包括：

多个工件处理机，其中所述工件处理机中的至少一个包括：

第一转子；

第二转子，可以与所述第一转子接合以形成工件处理室；

流体施放器，用于向位于所述处理室中的工件的中心部输送处理流体；

基本上是环形的孔，围绕所述流体施放器的外周；清洗气源，用于通过所述环形孔向所述处理室输送清洗气；以及

机械手，在所述工件处理机之间是可移动的，用于将所述工件装入一个或多个所述处理机中，以及从一个或多个所述处理机中卸载所述工件。

58.一种用于处理工件的系统，包括：

多个工件处理机，其中所述工件处理机中的至少一个包括：

第一转子；

第二转子，可以与所述第一转子接合以形成工件处理室；

屏蔽板，位于所述第一和第二转子之间，用于向所述工件的边缘导引所述第一处理流体；以及

机械手，在所述工件处理机之间是可移动的，用于将所述工件装入一个或多个所述处理机中，以及从一个或多个所述处理机中卸载所述工件。

59.一种用于处理工件的系统，包括：

多个工件处理机，其中所述工件处理机中的至少一个包括：

第一转子；

第二转子，可以与所述第一转子接合，以形成工件处理室；

处理流体供应管线，位于所述第二转子中，具有靠近所述处理室的外侧表面的出口，用于当将工件放入所述处理机内时，直接向工件的边缘区域供应处理流体；以及

机械手，在所述工件处理机之间是可移动的。

60.一种用于处理工件的系统，包括：

多个工件处理机，其中所述工件处理机中的至少一个包括：

第一转子，包括定位装置；

第二转子，包括容纳装置，用于容纳所述定位装置，其中当所述定位装置与所述容纳装置接合时，所述第一和第二转子形成工件处理室；以及

机械手，在所述工件处理机之间是可移动的，用于将所述工件装入一个或多个所述处理机中，并从一个或多个所述处理机中卸载所述工件。

61.一种用于处理工件的设备，包括：

第一转子，具有穿透气流孔；

第二转子，可与所述第一转子接合以形成工件处理室；以及

用于旋转所述处理室的装置。

62.根据权利要求61所述的设备，其中所述第一转子中的所述穿透气流孔的直径是所述工件直径的20-80％。

63.根据权利要求61所述的设备，进一步包括上流体施放器，其延伸进所述第一转子中的所述穿透孔，以向所述工件的表面供应处理流体。

64.根据权利要求63所述的设备，其中所述上流体施放器包括喷嘴，所述喷嘴具有用于收集处理流体的收集区，当输送至所述喷嘴的流体中断时，多余的处理流体不会从所述上喷嘴滴落进入所述处理室。

65.一种用于处理工件的设备，包括：

第一转子，具有穿透气流孔；

第二转子，可与所述第一转子接合以形成工件处理室；

用于旋转所述处理室的装置；以及

可移动排放组件，包括多个排放路径，其中通过移动所述排放组件，每个排放路径与所述处理室是可单独地对准的。

66.根据权利要求65所述的设备，进一步包括流体施放器，其延伸进所述第一转子中的所述穿透气流孔，以向所述工件的表面提供处理流体。

67.根据权利要求66所述的设备，其中所述流体施放器包括喷嘴，所述喷嘴具有用于收集处理流体的收集区，当输送至所述喷嘴的流体被中断时，多余的处理流体不会从所述上喷嘴滴落进入所述处理室。

68.一种用于处理工件的系统，包括：

多个工件处理机，其中所述工件处理机中的至少一个包括：

上转子，具有穿透气流孔；

下转子，可与所述上转子接合以形成工件处理室；以及

机械手，在所述工件处理机之间是可移动的，用于将所述工件装入一个或多个所述处理机中，以及从一个或多个所述处理机中卸载所述工件。

69.根据权利要求68所述的系统，其中所述工件处理机中的至少一个进一步包括具有多个排放路径的可移动排放组件，其中通过移动所述排放组件，每个排放路径与所述处理室是可单独地对准的。

70.根据权利要求68所述的系统，其中所述工件处理机中的至少一个进一步包括流体施放器，其延伸进所述第一转子中的穿透气流孔，以向所述工件的表面提供处理流体，所述流体施放器包括喷嘴，所述喷嘴具有用于收集处理流体的收集区，当输送至所述喷嘴的流体被中断时，多余的处理流体不会从所述上喷嘴滴落进入所述处理室。

71.一种用于处理工件的系统，包括：

多个工件处理机，其中所述工件处理机中的至少一个包括：

上转子；

下转子，可与所述上转子接合以形成工件处理室；

可移动排放组件，包括多个独立的排放路径，其中每个排放路径与所述处理室是单独地可对准的，通过移动所述排放组件，以将单个排放路径对准所述处理室；以及

机械手，在所述处理机之间是可移动的，用于将所述工件装入所述处理机，以及从所述处理机中卸载所述工件。

72.根据权利要求71所述的系统，其中所述可移动排放组件与所述处理室分开一个间隙，当所述排放组件被降低和/或所述上转子被升高时，在所述间隙中产生向下的气流。

73.一种用于处理工件的系统，包括：

多个工件处理机，其中所述工件处理机中的至少一个包括：

第一转子；

第二转子；

接合装置，用于在不需要与所述第一转子进行实体接触的情况下，将所述第一转子接合至所述第二转子；以及

装载装置，用于将所述工件装入一个或多个所述处理机中，以及从一个或多个所述处理机中卸载所述工件。

74.一种用于处理工件的方法，包括下列步骤：

将所述工件放置在第一转子上；

通过非接触力将第二转子接合至所述第一转子，以形成围绕所述工件的处理室；

旋转所述第一和第二转子；以及

向所述工件的第一侧施加第一处理流体，其中所述第一处理流体通过离心力径向向外地流动越过所述工件的所述第一侧。

75.一种用于处理工件的设备，包括：

上转子；

下转子，可与所述上转子接合以形成工件处理室；以及可移动排放组件，包括多个独立的排放路径，其中每个排放路径与所述处理室是单独地可对准的，通过移动所述排放组件，以将单个排放路径对准所述处理室。

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