KR102467980B1 - 공정 챔버에서 마이크로 전자 기판들을 프로세싱하기 위한 병진이동 및 회전 척 - Google Patents

공정 챔버에서 마이크로 전자 기판들을 프로세싱하기 위한 병진이동 및 회전 척 Download PDF

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에드워드 데닌 핸즐릭
마이클 그루엔하겐
팀 더블유 헤릅스트
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티이엘 매뉴팩처링 앤드 엔지니어링 오브 아메리카, 인크.
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Abstract

반도체 제조를 위한 세정 시스템들 및 방법들은 척 회전을 야기하는 콤팩트한 구동 시스템을 통합한 회전가능하고 병진이동가능한 척 조립체들을 사용한다. 시스템은 링 기어를 구동하는 오프셋 구동 기어를 사용한다. 이는 마찰 또는 윤활제들이 과도한 오염을 생성할 수 있는 컴포넌트들을 감소시킨다. 본 발명의 저 마찰 척 기능은 처리 동안 워크피스가 회전하는 지지체 상에 지지되는 임의의 제조 툴에 유용하다. 척은 특히 극저온 세정 처리들에 유용하다.

Description

공정 챔버에서 마이크로 전자 기판들을 프로세싱하기 위한 병진이동 및 회전 척
본 출원은, 2016년 11월 29일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 제 62/427,754호를 우선권으로 주장하며, 이로써 상기 출원의 내용들은 모든 목적들을 위해 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
본 개시내용은 마이크로 전자 기판(microelectronic substrate)의 표면을 처리하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 마이크로 전자 기판의 표면으로부터 잔류물, 잔사(debris) 및 다른 재료를 세정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
마이크로 전자 기술의 진보들은 집적 회로들(IC)이 반도체 기판과 같은 기판 상에 형성되게 하며, 능동 컴포넌트들의 밀도를 계속 증가시킨다. IC들의 형성은 기판 상에 다양한 재료들의 순차적인 도포, 프로세싱 및 선택적 제거에 의해 수행된다. 그리고, 형성 동안, 기판의 노출된 표면은 공정 잔류물 및 잔사를 주기적으로 제거하기 위해 세정 단계들을 필요로 한다. 건식 및 습식 세정 기술들을 포함해서, 반도체 기판 프로세싱에서 기판으로부터 특정 부류들의 재료들을 제거하기 위한 다양한 조성물들이 개발되었다. 부가적으로, 다양한 조건들 하에서 세정 화학 물질들에 기판들을 노출시키기 위해 여러 상이한 유형들의 장비가 사용된다. 이 장비의 중요한 양상은 균일한 방식으로 기판을 세정하면서 높은 처리량을 달성하고 장비에 의해 생성되는 임의의 잔사 또는 입자들을 최소화하는 것이다.
마이크로 전자 업계에서 알려진 하나의 세정 전략은 워크피스 표면으로부터 오염물들을 제거하는 데 입자들의 스트림들을 사용한다. 이러한 유형의 극저온(cryogenic) 처리들은 저압 공정 챔버 내로 가압 및 냉각된 유체(이는 액체 및/또는 가스일 수 있고 일부 동반된 고체 재료를 포함할 수 있음)를 팽창시키는 하나 이상의 적합한 노즐들을 사용한다. 이는, 유체가 처리 스트림을 생성하게 한다. 이러한 스트림의 에너지는 표면들로부터 오염물들을 이탈 및 제거하는 데 사용된다. 다양한 유형들의 이러한 극저온 처리 스트림들은 극저온 에어로졸, 극저온 에어로졸 제트들, 나노-에어로졸 입자들, 가스 제트 클러스터들 등으로서 알려진다. 극저온 세정 툴의 우수한 예시는 미국 미네소타주 차스카(Chaska) 소재의 TEL FSI, Inc.로부터 상표명 ANTARES®하에서 입수 가능하다.
통상적인 극저온 처리에서, 처리 스프레이는 적어도 하나의 노즐로부터 공정 챔버 내로 분배(dispense)된다. 마이크로 전자 기판의 형태의 워크피스는 회전 가능한 또는 병진이동 가능한(translatable) 척 상에 홀딩(hold)된다. 회전 구성에서, 레코드 플레이어 침이 레코드를 스캔하는 것처럼 노즐은 회전하는 기판을 스캔할 것이다. 그러나, 극저온 회전 커플링이 실용적인 방식으로 제공되기가 어렵기 때문에, 스캐닝 노즐은 극저온 툴에서 덜 실용적이다. 회전하는 기판을 스캔하는 것에 대안으로서, ANTARES 툴과 같은 극저온 툴은 기판 직경에 걸친 선형 노즐 아래를 기판이 지나가게 하는 병진이동 척들로 구성된다. 실제로, 척의 병진이동 및/또는 회전은 노즐이 기판 표면의 전부 또는 일부를 원하는 대로 처리하게 한다.
모터들, 기어들 및 다른 기계 엘리먼트들이 워크피스들을 홀딩하는 척들을 병진이동 및 회전시키는 데 사용되었다. 움직이는 컴포넌트들과, 기계 기능을 보조하는 데 사용되는 윤활제들 및 그리스(grease)들 간의 마찰은 워크피스에 대한 오염의 원천이 되었다. 세정 처리들은 처리 동안 오염이 생성될 때 덜 효과적이 되는 경향이 있다. 중요한 과제는 공정 챔버를 통해 또한 병진이동하는 척에 대한 척 회전을 구현할 수 있는 척 설계들 및 대응하는 회전 구동 시스템들을 제공하는 것이다. 추가의 과제는 열 기능(heating functionality)을 척에 효과적으로 통합하는 것이다.
기판 세정 장비는 입자들을 최소화하고 높은 처리량을 달성하면서 효과적이고 균일한 세정 결과들을 달성하기 위해 여러 방식들로 설계되었다. 따라서, 처리량을 또한 개선하면서 세정 효율(예를 들어, 입자/결함 감소) 또는 균일성에 대한 임의의 개선들이 업계 내에서 바람직할 것이다.
기계적 척 컴포넌트들로부터의 오염의 위험들을 감소시키는 방식으로 척에 대한 회전 기능을 통합한, 회전 가능하고 병진이동 가능한 척 조립체들을 사용하는 반도체 제조를 위한 세정 시스템들 및 방법들이 본원에서 개시된다. 척 설계는 회전 및 비-회전 컴포넌트들 둘 다를 갖는 척의 사용에 부분적으로 기초한다. 구동 기어는 회전하는 척 컴포넌트들에 커플링된 링 기어를 회전식으로 구동하는 데 사용된다. 구동 시스템은 콤팩트하고, 저 마찰이고, 단일 회전 인터페이스를 가지며, 움직이는 부분들로부터 공정 오염의 위험을 감소시키기 위해 척 내부의 회전 인터페이스를 잘 차폐한다. 히터 기능은 척 상에 지지된 기판들을 균일하고 효과적으로 가열하기 위해 비-회전 척 컴포넌트들 내에 쉽게 통합된다. 본 발명의 저 마찰 척은 처리 동안 워크피스가 회전하는 지지체 상에 지지되는 임의의 제조 툴에서 유용하다. 척은 특히 극저온 세정 처리들에서 유용하다.
척 설계는 미네소타 주 차스카 소재의 TEL FSI, Inc.로부터 입수 가능한 ANTARES CX 극저온 툴에 유용하게 통합된다. 이 제조 툴에서의 새로운 척 설계의 사용은 원하는 경우 단독의 고정된 오버헤드 노즐로부터의 전체 웨이퍼/기판 세정을 허용한다. 예시적인 실시예들에서, 척 상의 기판의 최소 후면 접촉이 달성되며, 작은 접촉 영역이 패드들을 상승시킨다. 외부 에지에 위치된 패드들은 기판의 측방향 제지를 제공하는 일체형 외부 배리어들로 설계되었다. 이러한 배리어들은 리프트 플랫폼이 척 아래로부터 위아래로 병진이동할 때 이 리프트 플랫폼 상의 에지 리프트 핀을 사용하여 기판을 쉽게 핸드오프(hand-off)할 수 있도록 외부 가이드로서 역할을 하기 위해 급격히 기울어진다.
Antares CX 툴에서 약 180 slm(standard liters per minute) 노즐 유량 하에서, 기판은 이러한 에지 배리어들의 경계 내에 들어가고 안정적으로 머물러 있는 경향이 있다. 그러나, 약 180slm을 초과하는 노즐 유량을 허용하기 위해, 이들 측방향 감금 배리어들 중 3개는 기판의 수직 상승을 방지하기 위해 기판의 외부 에지에서 오버행(overhang)하는 짧은 연장부로 구성된 능동 감금 부재들로 대체될 수 있다. 기판을 고정하기 위해, 이러한 감금 배리어들은 척의 스핀-플레이트의 두께 내에 들어가는 작동된 피봇 아암들의 단부들에 장착된다. 피봇 아암들은 한 단부상의 압축 스프링에 의해 오버행 포지션(기판 에지와 접촉하지 않음)으로 편향된다. 이러한 제지로부터 기판을 자유롭게 하기 위해, 피봇 아암은 다른 단부 상의 단일-롤러 베어링들 상의 작동 핀들의 롤링 동작에 의해 작동된다. 척이 이송 포지션으로 회전함에 따라, 리프트 플랫폼에 부착되고 에지 리프트 핀들에 인접한 3개의 작동 핀들은 척의 에지의 피봇 아암 롤러-베어링 위치와 일치하는 수직 경로를 따라 이동한다. 각각의 원뿔형-팁의 작동 핀이 각각의 롤러 베어링과 접촉함에 따라, 피봇 아암들의 대향 측면 상의 감금 배리어들이 외향으로 푸시되고, 이에 따라 기판이 자유롭게 되어, 리프트 플랫폼 에지 리프트 핀들이 기판을 상승시킬 수 있다. 리프트 플랫폼을 하강시키는 것은 작동 핀들과 롤러 베어링들의 접촉을 제거하고, 이에 따라 스프링들이 안착된 기판의 에지에서 오버행하는 포지션으로 감금 배리어들을 되돌릴 수 있게 한다.
처리 동안, 척은 최대 300 밀리미터/초의 레이트와 같은 다양한 병진이동 레이트들로 하나 또는 여러 패스(pass)들에서 하나 이상의 노즐들 아래에서 병진이동될 수 있다. 병진이동은 모든 기판 영역들에 대한 노즐 스프레이의 균일한 커버리지를 허용하는 미리 설정된 모션 프로파일(motion profile)을 사용할 수 있다. 병진이동 및 회전은 또한 독립적으로 또는 임의의 원하는 시퀀스로 발생할 수 있다.
일 양상에서, 본 발명은 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치에 관한 것으로, 이 장치는,
a) 마이크로 전자 기판이 처리되는 공정 챔버를 제공하도록 구성된 하우징;
b) 공정 챔버 내에 배치된 회전 가능 및 병진이동 가능 척 ― 척은 제 1 척 부분 및 제 2 척 부분을 포함하고, 제 2 척 부분은 중앙 회전축을 중심으로 제 1 척 부분과는 독립적으로 회전하고, 제 2 척 부분은 처리의 적어도 일부 동안 마이크로 전자 기판을 홀딩함 ― ;
c) 제 2 척 부분이 제 1 척 부분에 독립적으로 회전할 수 있게 하는 방식으로 제 1 척 부분 및 제 2 척 부분을 상호 연결하는 회전 메커니즘;
d) 공정 챔버 내의 통로를 따라 척을 병진이동시키는데 효과적인 방식으로 척에 커플링된 병진이동 메커니즘(translation mechanism); 및
e) 제 1 척 부분에 대해 제 2 척 부분의 회전을 야기하는데 효과적인 방식으로 척에 통합된 회전 구동 메커니즘을 포함하고, 상기 회전은 중앙 회전축을 중심으로 발생하고, 상기 회전 구동 메커니즘은,
ⅰ) 척의 중앙 회전축으로부터 방사상으로 외향으로 오프셋되는 구동 기어 축을 중심으로 회전하는 구동 기어, 및
ⅲ) 제 2 척 부분에 부착된 링 기어를 포함하고, 구동 기어는 제 2 척 부분에 회전을 부여하기 위해 링 기어를 회전 가능하게 구동하도록 링 기어의 내부 주변부와 맞물린다.
다른 양상에서, 본 발명은 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 방법에 관한 것으로, 이 방법은,
a) 공정 챔버를 포함하는 장치를 제공하는 단계;
b) 공정 챔버에서 회전 가능한 척 상에 마이크로 전자 기판을 홀딩하는 단계 ― 척은 제 1 척 부분 및 제 2 척 부분을 포함하고, 제 2 척 부분은 중앙 회전축을 중심으로 제 1 척 부분과는 독립적으로 회전하고, 제 1 척 부분에 대하여 제 2 척 부분을 독립적으로 회전시키는 회전 구동 메커니즘이 척에 통합되고, 상기 회전 구동 메커니즘은,
ⅰ) 척의 중앙 회전축으로부터 방사상으로 외향으로 오프셋되는 구동 기어 축을 중심으로 회전하는 구동 기어, 및
ⅲ) 제 2 척 부분에 부착된 링 기어를 포함하고, 구동 기어는 제 2 척 부분에 회전을 부여하기 위해 링 기어를 회전 가능하게 구동하도록 링 기어의 내부 주변부와 맞물림 ― ; 및
c) 처리 동안, 기판이 홀딩되어 있는 제 2 척 부분이 회전하게 하도록 회전 구동 메커니즘을 사용하는 단계를 포함한다.
다른 양상에서, 본 발명은 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치에 관한 것으로, 이 장치는,
a) 마이크로 전자 기판이 처리되는 공정 챔버를 제공하도록 구성된 하우징;
b) 공정 챔버 내에 배치된 회전 가능한 척 ― 척은 처리의 적어도 일부 동안 마이크로 전자 기판을 홀딩함 ― ;
c) 회전 가능한 척에 통합된 기판 홀딩 시스템 ― 상기 기판 홀딩 시스템은 능동 기판 감금 부재를 포함하고, 능동 기판 감금 부재는 축을 중심으로 선회(pivot)하는 피봇 아암을 포함하고, 피봇 아암은 피봇 아암을 선회시키도록 작동되는 제 1 단부 및 척 상에 기판을 감금시키는 것을 돕는 리테이너 헤드(retainer head)를 포함하는 제 2 단부를 포함하고, 피봇 아암은 능동 기판 감금 부재를 기판 감금 구성에 있도록 유지하기 위해 편향되고, 피봇 아암의 제 1 단부의 작동은 능동 기판 감금 부재에 의한 기판의 감금을 해제시키는 제 2 구성으로 능동 기판 감금 부재를 선회시킴 ― ; 및
d) 기판이 척으로부터 상승될 때 능동 기판 감금 부재가 제 2 구성으로 선회하게 하도록 피봇 아암의 제 1 단부와 맞물리게끔 구성되고, 기판이 척 상으로 하강될 때 능동 기판 감금 부재가 제 1 구성으로 선회할 수 있도록 하는 작동 부재를 포함한다.
본 명세서에 포함되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면들은 본 발명의 실시예들을 예시하고, 위에서 주어진 본 발명의 일반적인 설명 및 아래에서 주어진 상세한 설명과 함께, 본 발명을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 마이크로 전자 기판을 처리하기 위해 처리 스프레이를 사용하는 세정 장치의 형태의 본 개시내용의 적어도 하나의 실시예에 따른 장치의 개략도를 포함하며, 여기서, 회전 가능하고 병진이동 가능한 척은 제 2 척 부분이 회전축을 중심으로 제 1 척 부분에 대해 회전하는 동안, 병진이동 메커니즘이 병진이동 경로를 따라 척을 병진이동시키는 제 1 구성에 있고, 척은 처리를 시작하기 위해(또는 처리를 종료하는데 적절하도록) 노즐이 기판의 에지 부근에 있는 상태로 포지셔닝된다.
도 2는 공정 챔버 내의 회전 및 병진이동 척을 도시하는, 도 1의 장치의 부분의 사시도이다.
도 3은 병진이동 메커니즘, 회전 구동 시스템, 리프트 핀 시스템 및 기판 홀딩 시스템에 커플링된 회전 및 병진이동 척을 도시하는, 도 2의 장치의 부분의 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 장치 부분의 분해 사시도이다.
도 5는, 회전 구동 시스템 및 기판 홀딩 시스템의 부분이 또한 도시되는, 도 2의 척의 사시도이다.
도 6은 도 5의 척의 대안적인 사시도이다.
도 7은 도 5에 도시된 장치 컴포넌트의 분해도이다.
도 8은, 제 1 및 제 2 척 부분들의 컴포넌트들, 제 1 및 2 척 부분들을 상호연결하는 링 베어링, 및 제 1 척 부분에 대해 독립적으로 제 2 척 부분을 회전식으로 구동하는 데 사용되는 링 기어를 도시하는, 도 1 내지 도 7의 척의 대략 절반의 단면을 취한 개략적인 측면도이다.
도 9는, 제 1 및 제 2 척 부분들의 컴포넌트들, 제 1 및 2 척 부분들을 상호연결하는 링 베어링, 및 제 1 척 부분에 대해 독립적으로 제 2 척 부분을 회전식으로 구동하는 데 사용되는 회전 구동 시스템을 도시하는, 도 1 내지 도 7의 척의 대략 절반의 단면을 취한 개략적인 측면도이다.
도 10은 도 1 내지 도 9의 척에서 사용된 베이스 플레이트의 사시도이며, 회전 구동 시스템이 베이스 플레이트에 대해 어떻게 배치되는지를 추가로 도시한다.
도 11은 도 6의 점선원 A 내의 척 조립체의 부분의 관점에서의 확대도이다.
도 12는 도 2에 도시된 척의 부분의 측면도이다.
도 13은, 척 상에 기판을 감금시키기 위한 정지형 감금 부재들 및 능동 감금 부재 둘 모두를 도시하는, 도 1의 장치에 포함된 척의 사시도이다.
도 14는, 기판들을 상승 및 하강시키기 위한 그리고 능동 감금 부재를 작동시키기 위한 리프트 핀 조립체의 부분을 추가로 도시하는, 도 13에 도시된 척의 대안적인 사시도이다.
도 15는 도 13의 점선원 B 내의 척 조립체의 부분의 관점에서의 확대도이다.
도 16은 도 14의 점선원 C 내의 척 조립체의 부분의 관점에서의 확대도이다.
도 17은 도 1의 장치의 제 2 구성을 도시하며, 여기서 노즐이 도 1에 관련된 기판의 에지로부터 중심까지 기판에 걸쳐 스캔하도록 척과 노즐 사이의 상대적 움직임을 야기하는 척의 병진이동이 발생한다.
도 18은, 제 2 척 부분이 제 1 척 부분에 대해 회전하지 않고 척이 공정 챔버 내의 포지션으로 병진이동되어서, 처리 이전 또는 후에 또는 기판이 공정 챔버 내로 로딩되거나 공정 챔버로부터 꺼내질 때 발생할 수 있는 바와 같이 노즐이 기판으로부터 멀리 떨어져 있게 되는, 도 1의 장치의 제 3 구성을 도시한다.
아래에서 설명되는 본 발명의 실시예들은 다음의 상세한 설명에 개시된 바로 그 형태들로 본 발명을 제한하거나 총망라하려는 것이 아니다. 오히려, 선택되고 설명된 실시예의 목적들은 본 발명의 원리들 및 실시들에 대한 당업자들의 인지 및 이해를 용이하게 할 수 있도록 하기 위한 것이다.
본원에서의 기술들은 이를테면, 고도로 오염 민감성의 마이크로 전자 기판이 프로세싱되는 공정 챔버 내부에 회전 척을 배치하는 것을 포함한다. 본 발명의 원리는 마이크로 전자 기판이 하나 이상의 처리들의 과정 동안 회전 척 상에 지지되는 임의의 마이크로 전자 처리 또는 제조 시스템에 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 본 발명의 원리들은 회전뿐만 아니라 공정 챔버속에서 병진이동 또는 횡단하는 척들 내에 통합된다. 본 발명의 회전 가능하고 병진이동 가능한 척 실시예들은 미국 미네소타 주 차스카 소재의 TEL FSI, Inc.에서 상업적으로 입수 가능한 ANTARES® 극저온 세정 툴과 같은 극저온 세정 툴에 특히 유용하다. 세정 처리들을 구현하는 이러한 툴들은 하나 이상의 처리 스트림들을 통해 기판 표면들을 스캔하기 위해 병진이동 가능한 척들을 사용한다. 병진이동 및 회전 능력들을 모두 갖는 본 발명의 척들은 기존 ANTARES® 또는 다른 툴들로 개조되거나 새로운 툴들에 통합될 수 있다.
극저온 처리들은 일반적으로 유체(가스 및/또는 액체) 공급 스트림들로부터 처리 스트림들을 생성하는 실행을 수반한다. 공급 스트림들은 통상적으로, 가압되고 선택적으로 냉각된다. 하나 이상의 적합한 노즐들을 통해 팽창될 때, 압력 해제는 재료를 추가로 냉각시킨다. 결과적인 스트림들은 에어로졸 스프레이들, 가스 제트 스프레이들, 가스 클러스터들 등의 형태일 수 있다. 극저온 처리 스트림은 오염물들과 마이크로 전자 기판 사이의 접착력들을 극복하기에 충분한 에너지를 부여함으로써, 적어도 부분적으로 마이크로 전자 기판 표면들 상의 오염물들을 이탈시킨다. 따라서, 정확한 에너지의 이러한 처리 스트림들(예를 들어, 일부 실시예들에서, 에어로졸 스프레이들 및/또는 가스 클러스터 제트 스프레이들)을 생성하는 것이 바람직할 수 있다. 세정력과 상관되는 처리 스프레이의 에너지는 질량과 속도의 함수이다. 에너지는 속도 또는 질량을 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 에너지를 증가시키는 것은, 보다 큰 오염물들 및 심지어 더 작은 오염물들(<100nm) 둘 모두를 포함하는 오염물들과 기판의 표면 사이의 강한 접착력들을 극복하는 데 중요할 수 있다.
본 발명의 척 실시예들은 작은 풋프린트를 가질 수 있고 콤팩트할 수 있는 회전 구동 메커니즘들을 통합한다. 콤팩트한 크기 및 풋프린트는 병진이동 가능한 척 능력들이 필요하지 않더라도 회전 가능한 척을 갖는 임의의 시스템들에서 유용하다. 따라서, 회전 가능하고 병진이동 가능한 척을 갖는 콤팩트한 시스템들을 제공하는 것 외에도, 척의 더 작은 풋프린트 및 크기는 또한 회전하지만 병진이동하지 않는 척의 풋프린트를 또한 감소시킬 수 있다. 이는 예를 들어, 제조 비용들을 감소시키거나 척이 사용되는 전체 툴의 크기를 감소시키기 위해 바람직할 수 있다. 추가로, 이를테면, 더 많은 챔버들이 공통 플랫폼 상에 함께 클러스터링됨으로써 더 대량의 챔버들이 사용될 수 있는 경우, 설비에 대한 프로세싱 처리량이 상당히 증가된다. 부가적인 챔버들은 설비 공간의 평방 피트 당 더 많은 기판들이 동시에 프로세싱되는 것을 가능하게 하여 처리량을 향상시킨다.
도 1 내지 도 16을 참조하면, 본 발명의 원리들은 극저온 처리 시스템(100)의 형태의 장치에 의해 예시될 것이다. 시스템(100)은 처리 스프레이(106)를 사용하여 마이크로 전자 기판(102)을 처리하는 데 사용될 수 있다. 이러한 처리 스프레이(106)는 일부 실시예들에서 극저온 에어로졸들, 극저온 에어로졸 제트들, 나노-에어로졸 스프레이들, 가스 제트 클러스터들 등의 형태일 수 있다. 그러나, 본원에서 개시된 병진이동 및/또는 회전 시스템은, 단지 설명 목적들만을 위해 행해지는 극저온 처리 장비로 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 병진이동 및/또는 회전 시스템은 하나 이상의 처리들의 적어도 일부 동안 워크피스가 회전될 필요가 있는 임의의 다른 시스템들에 통합될 수 있다. 시스템(100)은, 다양한 까다로운 성능 기준들을 충족시키는 본 발명의 많은 능력들의 입증으로서 기판들을 처리하기 위해 온도, 압력, 가스 유량들 및 다수의 다른 공정 조건들이 제어되는 극저온 처리 맥락 내에서 본 발명의 예시적인 구현을 예시한다.
시스템(100)은 공정 챔버(110)를 제공하도록 구성된 하우징(108)을 포함한다. 공정 챔버(110)의 압력은 처리의 적어도 일부 동안 대기압 미만 환경을 포함하는 다양한 처리 압력들을 제공하도록 제어 가능하다. 대표적인 실행 모드들에서, 공정 챔버 내에 설정된 진공은 1 밀리토르(milliTorr) 내지 750 토르(Torr)의 범위에 있을 수 있다. 종종, 압력은, 에어로졸 및/또는 가스 클러스터들을 포함하는 처리 스프레이(106)의 형성을 향상시키기 위해 35 토르 미만 또는 심지어 10 토르 미만이다.
예를 들어, 극저온 처리 스프레이는 비교적 고압 및 저온 가스 및/또는 액체를 공정 챔버(110)의 대기보다 낮은 환경(sub-atmospheric environment)으로 팽창시킴으로써 형성될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 유체는 10 psig 내지 900 psig, 바람직하게는 10 psig 내지 500 psig, 보다 바람직하게는 10 psig 내지 100 psig 범위의 압력들에서 공급될 수 있다. 유체의 온도는 50 K 내지 320 K, 바람직하게는 70 K 내지 320 K, 보다 바람직하게는 70 K 내지 150 K 범위에 있을 수 있다. 유체 스트림이 유동하여 챔버 내로 분배될 수 있는 한, 일부 실행 모드들은 동반된 고체 재료를 유체들에 공급하는 것을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 유체는, 유체가 가스 및/또는 액체를 포함하도록 하는 압력 및 온도들에서 공급된다.
처리 스프레이(106)는 하나 이상의 적합한 노즐들을 통해 공정 챔버(110) 내로 분배된다. 예시 목적으로, 단일 노즐(112)이 도시된다. 노즐(112)은 공급 라인(214)에 의해 노즐(112)에 커플링된 유체 공급원(210)을 포함하는 유체 공급 시스템으로부터 유체 스트림(예를 들어, 하나 이상의 가스들 및/또는 하나 이상의 액체들의 유동)을 수용한다. 선택적으로, 유체 공급 시스템은 노즐(112)을 통해 팽창되어 공정 챔버(110) 내로 분배되기 전에 원하는 온도로 유체(들)를 추가로 냉각시키기 위한 냉각 시스템(212)을 더 통합할 수 있다. 유체는 라인(216)에 의해 유체 공급부(210)로부터 냉각 시스템(212)으로 공급된다. 냉각된 유체는 라인(218)을 통해 냉각 시스템(212)으로부터 공급 라인(214)에 공급된다.
유체 공급원(210)은 하나 이상의 가압 및 냉각된 유체들을 포함할 수 있다. 이러한 유체들은 가스 및/또는 액체일 수 있다. 바람직하게는, 가압 및 냉각된 유체들은 적어도 하나의 가스를 포함한다. 적합한 가스들 또는 액체들의 예들은 질소, 아르곤, He, 수소, Xe, CO2, 네온, 크립톤, 이들의 조합 등 중 하나 이상을 포함한다. 일 실시예에서, 가압 및 냉각된 가스 또는 액체는 아르곤이다. 다른 실시예에서, 가압 및 냉각된 가스 또는 액체는 질소이다. 다른 실시에서, 가압 및 냉각된 가스 또는 액체는 1:100 내지 100:1, 바람직하게는 1:20 내지 20:1, 보다 바람직하게는 1:10 내지 10:1의 범위의 아르곤 대 질소의 몰 비(molar ratio)로 질소 및 아르곤을 포함한다.
이산화탄소, 질소 및/또는 아르곤을 포함하는 그러한 실시예들에서, 유체는 또한 하나 이상의 부가적인 가스들 또는 액체들을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 부가적인 가스 및 액체들은 헬륨, 수소, 네온 또는 이들의 조합을 포함하며, 여기서 부가적인 가스(들)의 총량 대 아르곤, 이산화탄소 및/또는 질소의 몰 비는 1:100 내지 100:1, 바람직하게는 1:1 내지 10:1 범위에 있다. 특정 혼합물들은 아르곤 및 헬륨; 아르곤 및 수소; 아르곤, 수소 및 헬륨; 질소 및 헬륨; 질소 및 수소; 질소, 수소 및 헬륨; 이산화탄소 및 헬륨; 이산화탄소 및 수소; 이산화탄소, 수소 및 헬륨을 포함한다.
노즐(112)은 유체 스트림이 스프레이(106)로서 노즐(112) 아래의 기판(102) 상으로 공정 챔버(110) 내로 분배될 때 이 유체 스트림을 팽창시키고 냉각시키도록 구성된다. 기판(102)은 기판(102)이 균일하게 처리되도록 보장하는 것을 돕기 위해 기판(102)을 병진이동 및/또는 회전시킴으로써 노즐(112) 아래에서 스캔된다. 노즐(112)은 임의의 적합한 각도로 척(114)의 윗면 및 이에 따라 기판(102)에 조준될 수 있다. 일 실시예에서, 노즐은 척(114)의 윗면에 수직으로 처리 스프레이(106)를 분배하도록 배치된다.
노즐(112)은 기판(102)의 윗면에 대해 임의의 적합한 거리로 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 노즐(112)과 기판(102)의 윗면 사이의 거리는 0.5 mm 내지 200 mm, 바람직하게는 0.5 mm 내지 100 mm, 보다 바람직하게는 0.5 mm 내지 60 mm, 보다 더 바람직하게는 2 mm 내지 50 mm 범위에 있다.
기판(102)은 공정 챔버(110)에 배치되는 회전 가능하고 병진이동 가능한 척(114) 상에 홀딩된다. 따라서, 기판(102)은 이동 가능 척(114)에 의해 홀딩되는 반면, 기판(102)은 처리의 적어도 일부 동안 병진이동 및/또는 회전된다. 척은 척(114) 상에 기판(102)을 고정시키는 것을 돕기 위해 파지 및/또는 지지 피처들을 포함할 수 있다. 기판(102)은 반도체 프로세싱 분야 내에서 통상적으로 실행되는 기술들 중 임의의 것과 같은 매우 다양한 파지 및/또는 지지 피처를 사용하여 척(114) 상에 홀딩될 수 있다. 이들은 기계적 패스너들 또는 클램프들, 진공 클램핑, 파지 핑거들, 안착 패드들, 정전 클램핑, 이들의 조합 등을 포함(그러나 이에 제한되지 않음)할 수 있다. 기판 홀딩 피처들의 예시적인 실시예들이 아래에서 추가로 설명된다. 또한, 척(114)은, 기판(102)이 웨이퍼 핸들링 시스템(도시되지 않음)을 통해 수동으로 또는 자동으로, 공정 챔버(110)에 진입하거나 이로부터 꺼내질 때 이동 가능한 척(114)으로 그리고 이동 가능한 척(114)으로부터 기판(102)을 이송하는 것을 돕기 위해 리프트 핀들, 작동 핀들, 피봇 아암들 등을 포함할 수 있다. 기판 리프팅 피처들의 예시적인 실시예들이 아래에서 추가로 설명된다.
기판(102)은 척(114)의 윗면(120)과 직접 접촉하는 것으로 도 1에 개략적으로 도시된다. 보다 바람직한 실시 모드들에서, 도 12 에 도시된 바와 같이, 기판(102)은 기판(102)과 윗면(120) 사이에 작은 갭(288)이 제공되도록 지지될 수 있다.
회전 가능하고 병진이동 가능한 척(114)은 노즐(112) 아래의 기판(102)의 병진이동 스캔을 용이하게 하기 위해 적어도 하나의 병진이동 자유도(206)를 따라 측방향으로 횡단하도록 병진이동될 수 있다. 또한, 병진이동 가능하고 회전 가능한 척(114)은 회전축(116)을 중심으로 기판(102)을 회전시켜 회전 자유도(118)를 제공하도록 구성된다. 기판(102)상의 피처들을 손상시키는 과도한 위험 없이 세정 효율 및 처리량을 조정하기 위해 기판(102)의 모든 또는 선택된 부분 상의 스프레이(106)의 체류 시간을 조정하기 위해 병진이동 및 회전이 동시에 또는 개별적으로 행해질 수 있다.
척(114)은 척 베이스로서 역할을 하는 제 1 척 부분(122)을 포함한다. 제 1 척 부분(122)은 아래에서 추가로 설명되는 병진이동 메커니즘(188)에 커플링된다. 척(114)은 또한 제 2 척 부분(168)을 포함한다. 제 2 척 부분(168)은, 제 2 척 부분(168)이 제 1 척 부분(122)에 대해 독립적으로 회전하도록 제 1 척 부분(122)에 회전 가능하게 커플링된다. 제 2 척 부분(168)은 기판(102)을 홀딩한다. 결과적으로, 제 2 척 부분(168)의 회전은 대응하는 회전을 기판(102)에 부여한다.
제 1 척 부분(122)은 베이스 플레이트(124), 선반 부재(125), 및 베이스 플레이트(124)에 부착된 히터 조립체(130)를 포함한다. 베이스 플레이트(124)는 다른 척 컴포넌트들에 대한 견고한 장착 지지부를 제공한다. 예를 들어, 베이스 플레이트(124)의 최상부 측은 다른 척 컴포넌트들의 부착을 허용하도록 탭 구멍의 대칭 패턴을 포함한다. 베이스 플레이트(124)의 하부측은 제 2 척 부분(168)의 회전을 구동하는 데 사용되는, 오프셋 모터와 같은 컴포넌트들을 위한 안정된 장착 표면을 제공한다. 베이스 플레이트(124)의 하부측은 또한 RTD 온도 센서들, 홈 센서들 등과 같은 센서들을 장착하기에 편리한 장소이다. 베이스 플레이트(124)는 또한 병진이동 메커니즘(188), 회전 구동 시스템(228)의 컴포넌트들 및 하나 이상의 온도 센서들, 제어 및 제한 모니터링, 홀-효과 센서들 등과 같은 하나 이상의 선택적인 센서들과의 연결을 위한 부착 지점들을 제공하여 척 회전 포지션 등을 유도(home)한다. 예시를 위해, 예시적인 센서(186)는 척(114)의 비-회전 컴포넌트들에 대한 스핀 플레이트(170)의 회전 포지션을 확인하는 데 사용되도록 베이스 플레이트(124)에 장착된다.
센서(186)는 링 기어(244)의 하부측에 포획된 영구 자석의 S 극으로부터의 자기장을 트리거하는 기성품의 홀-효과 유형 근접 스위치일 수 있다. 이러한 센서는 150 ℃까지의 온도에서 진공에서 작동할 수 있도록 정격이 정해진다. 다른 포지션 검출 방법이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, RTD들은 적합한 온도 측정 센서들이다. RTD는 저항 온도 검출기를 지칭한다. 이러한 디바이스들은 일반적으로, 온도가 변함에 따라 저항 값을 변경하는 저항기를 포함한다. RTD들은 실험실 및 산업 환경들에서 널리 사용된다. 적합한 RTD는 베이스 플레이트(124)의 하부측에의 부착을 허용하는 알루미늄 하우징을 갖는 기성품의 표면 장착 유형 온도 측정 디바이스이다. 이러한 RTD의 적합한 예들은 0 ℃에서 100 Ohm 저항, 0.00385/℃의 온도 계수, PFA 절연 케이블을 특징으로 하며, 230℃까지 정격이 정해진다.
베이스 플레이트(124)는 척(114)을 회전 구동 시스템(228)에 용이하게 커플링하도록 액세스 포트(126)를 포함한다. 교차 아암부(128)는 구조적 강도를 제공하고 병진이동 메커니즘(188)으로의 연결을 용이하게 하는 것을 돕는다. 단부(128)와 척(114) 사이의 공간은 선반 부재(125)로 채워져 기판(102)과 수평인 평활한 표면을 제공한다. 이는 처리 동안 기판(102)으로부터의 처리 재료들의 양호한 유동을 촉진시킨다. 중앙 허브 부분(129)은 베이스 플레이트(124)를 히터 조립체(130)에 연결하는 것을 용이하게 한다. 히터 조립체(130)는 베이스 플레이트(124)에 고정되어서, 히터 조립체(130) 및 베이스 플레이트(124)는 통로(206)를 따라 함께 병진이동하지만 회전축(116)을 중심으로 회전하지는 않는다. 따라서, 베이스 플레이트(124) 및 히터 조립체(130)는 회전하는 제 2 부분(168)에 대해 정지되어 있다. 일 예시적인 실시예에서, 베이스 플레이트(124)는 기계 가공된 6061-T6 알루미늄과 같은 알루미늄으로 제조된다.
히터 조립체(130)가 중앙 허브 부분(129)에 연결될 때, 히터 조립체(130)와 베이스 플레이트(124) 사이의 간극(131)이 발생한다. 이는 제 2 척 부분(168)이 제 1 척 부분(122)에 대해 독립적으로 회전할 때, 제 1 척 부분(122) 및 제 2 척 부분이 간극(131)의 이격된 계면에서 서로 접촉하지 않도록 하는 틈(clearance)을 제공한다.
히터 조립체(130)는 일반적으로 히터 조립체(130)에 대한 전력 및 제어 프로세싱의 소스들의 연결을 용이하게 하기 위해 하위 플레이트(134), 상위 플레이트(146), 히터 막(164) 및 전기 리드(166)를 포함한다. 하위 플레이트(134)는 중앙 허브(129)에 부착되고 그 중앙 구역으로부터 척(114)의 외부 주변부(133)를 향해 외측으로 외팔보 형태로 있다. 하위 플레이트(134)는 대체로 형상이 원형이다. 외부 주변부에서 오버행 플랜지(136) 및 벽(138)은 숄더(142), 바닥 리세스 및 리세싱된 플로어(144)를 규정한다. 숄더(142)는 히터 조립체(130)에 링 베어링(176)(아래에서 추가로 설명됨)을 커플링하기 위한 공간을 제공한다. 바닥 리세스(140)는 링 기어(244)(아래에서 추가로 설명됨)에 대한 릴리프를 제공한다. 하위 플레이트(134)의 내부는 리세싱된 플로어(144)에 피팅되는 히터 막(164)을 수용하기 위해 리세싱된다. 하위 플레이트(134)는 이하에서 추가로 설명되는 컴포넌트들 또는 회전 구동 메커니즘을 회전 가능하게 하우징하기 위한 챔버(145)를 포함한다. 챔버(145)는 하위 플레이트(134)의 외부 주변부를 향해 오프셋된다. 하위 플레이트(134)는 바람직하게는 6061-T6 알루미늄과 같은 알루미늄으로 구성된다.
상위 플레이트(146)는 적합한 커플링 전략에 의해 하위 플레이트(134)에 고정된다. 상위 플레이트(146)를 하위 플레이트(134)에 착탈가능하게 부착하기 위해 임의의 적합한 패스너(들)가 사용될 수 있다. 상위 플레이트(146)는 일반적으로 상위 플레이트(146)와 하위 플레이트(134) 사이에 히터 막(164)을 견고하게 끼우고(sandwich) 클램핑하는 방식으로 하위 플레이트(134)와 정합(mate)하도록 구성된다. 상위 플레이트(146)는 일반적으로 형상이 원형이고, 그의 외부 주변부(150)의 돌출 플랜지(148)를 포함한다. 플랜지(148)는 상위 플레이트(146)와 하위 플레이트(134) 사이에 링 베어링(176)을 클램핑하기 위한 포켓을 규정하는 데 효과적인 방식으로 숄더(142)에서 오버행한다. 플랜지(148)와 벽(138) 사이의 간극(156)은 링 베어링(176)의 강한 클램핑을 보장하기 위한 틈을 제공한다. 상위 플레이트(146)는 바람직하게는 6061-T6 알루미늄과 같은 알루미늄으로 구성된다.
히터 막(164)은 임의의 적합한 박막 가열 메커니즘일 수 있다. 일 실시예에서, 히터 조립체 실시예는 25 ℃ 내지 300 ℃ 범위의 온도와 같은 원하는 처리 온도로 가열되는 것이 가능할 수 있다. 다른 실시예에서, 적합한 온도 범위는 25 ℃ 내지 150 ℃, 바람직하게는 30 ℃ 내지 120 ℃, 보다 바람직하게는 40 ℃ 내지 110 ℃이다.
일 예시적인 실시예에서, 히터 막은 두께가 0.007 인치이고 직경이 10.75 인치이고 1.5 kW의 가열 전력을 갖는 Kapton-스타일의 박막 복합 구조를 갖는다. 이 실시예는 208V 단상 전력으로 동작할 수 있고 200 ℃까지의 온도와 같은 적합한 최대 온도에 대해 정격이 정해질 수 있다. 일 예시적인 처리 레시피에서, 이 실시예는 105 ℃의 공칭 히터 온도에서 동작된다.
히터 조립체(130)는 처리의 전부 또는 일부 동안 척(114) 상에 홀딩되는 기판(102)에 열을 전달하도록 작동된다. 기판(102)의 가열은 다수의 유용한 기능들을 제공한다. 일 기능에 따라, 가열은 노즐(12)로부터 기판(102) 상으로 분배된 처리 매체의 효능을 개선하는 것을 돕는다. 예를 들어, 일부 세정 매체는 히터 조립체(130)가 특정 온도 범위에서 유지될 때 원하는 결과를 달성하기 위해 보다 선택적일 수 있다. 극저온 처리들과 같은 일부 세정 처리들에서, 가열은 또한 이탈된 입자들이 웨이퍼 상에 재증착되는 것(열영동 효과(thermophoresis effect)을 방지하는 것이 중요할 수 있다. 가열 시스템은 기판(102)에 걸친 온도 비-균일성을 개선하고 처리 스프레이(104)와 공정 챔버 조건 사이의 온도 차이에 기초하여 온도-유도 응력을 최소화하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 가열의 부재시에. 차가운 처리 유체를 사용하는 것은 기판이 물리적으로 왜곡되게 할 수 있다. 가열은 과도한 왜곡을 회피하기 위해 균일한 기판 온도를 유지하는 것을 돕는다. 가열은 또한 이탈된 입자들이 세정된 기판 표면 상에 재-증착되는 것을 방지하는데 도움을 준다. 가열은 기판 처리들 동안 급격한 온도 변화들로 인해 이동 가능한 척(112) 또는 기판(102) 상의 응결의 가능성을 감소시킬 수 있다.
실행 관점에서, 처리들 동안 기판(102) 그 자체의 온도를 직접 모니터링하는 것은 어려울 수 있다. 대조적으로, 온도 센서는 베이스 플레이트의 하부측의 온도를 정확하게 측정 및 제어하기 위해 보다 쉽게 배치될 수 있다. 기판(102)으로부터의 이들 센서들의 다소 떨어진 위치로 인해, 기판(102) 상에 도달된 실제 정상 상태 온도는 베이스 플레이트(124)의 하부측 상의 제어 온도 보다 낮다. 예를 들어, 베이스 플레이트(124)의 하부측에서 105 ℃의 제어 온도의 경우에, SenseArray 웨이퍼를 사용하여 측정된 "온-웨이퍼(on-wafer)" 온도는 일 실시예에서 85 ℃ 내지 90 ℃ 였다. 따라서, "온-웨이퍼"의 원하는 제어 온도와 히터 제어 온도 사이에 오프셋이 존재한다. 이러한 바람직한 오프셋은 원하는 "온-웨이퍼" 온도를 달성하기 위해 고려되며, 주어진 툴 및 공정 레시피에 대해 경험적으로 결정될 수 있다. 베이스 플레이트(124)의 하부 측에서의 온도의 감지 및 제어는, 이 온도가 기판 온도와 정확하게 상관되는 경향이 있기 때문에 효과적이다.
제 2 척 부분(168)은 제 2 척 부분(168)이 제 1 척 부분(122)에 대해 회전 축(116)을 중심으로 독립적으로 회전하도록 제 1 척 부분(122)에 회전 가능하게 커플링된다. 제 2 척 부분(168)은 기판(102)을 홀딩한다. 결과적으로, 제 2 척 부분(168)의 회전은 대응하는 회전을 기판(102)에 부여한다.
제 2 척 부분(168)은 일반적으로 제 2 척 부분(168)에 통합된 스핀 플레이트(170) 및 기판 홀딩 피처(아래에서 추가로 설명됨)를 포함한다. 스핀 플레이트(170)는 패널(171) 및 패널(171)의 외부 주변부의 림(172)을 포함한다. 림(172)은 링 베어링(176)을 홀딩하기 위한 장소를 제공하기 위해 그의 내부 상에서 리세스(174)를 포함한다. 히터 조립체(130)는 스핀 플레이트(170) 내부에 피팅된다. 스핀 플레이트(170)와 히터 조립체(130) 사이의 간극(154)은 스핀 플레이트(170)가 회전할 때 이들 두 컴포넌트들 사이의 슬라이딩 접촉을 회피한다. 예시적인 실시예에서, 스핀 플레이트(170)는 6061-T6 알루미늄과 같은 알루미늄으로 제조된다. 스핀 플레이트(170)는 아래에서 추가로 설명되는 회전 구동 시스템(228)에 의해 회전 가능하게 구동된다.
제 2 척 부분(168)은 스핀 플레이트(170)가 히터 조립체(130) 및 베이스 플레이트(124)와 접촉하지 않고서 그 위에서 회전 가능하게 부상(suspend)되는 방식으로 링 베어링(176)에 의해 제 1 척 부분(122)에 회전 가능하게 커플링된다. 링 베어링(176)은 내륜(inner race)(178), 외륜(outer race)(180), 볼들(182) 및 리테이너(184)를 포함한다. 내륜(178)은 하위 플레이트(134) 상의 오버행 플랜지(136)와 플랜지(148) 및 상위 플레이트(146) 사이에서 히터 조립체(130)에 클램핑된다. 외륜(180)은 제 2 척 부분의 스핀 플레이트(170)와 회전 구동 메커니즘(228)의 링 기어(244) 사이에 클램핑된다. 이 구성에서, 내륜(178)은 제 1 척 부분(122)에 대해 고정되는 반면, 외륜(180)은 제 2 척 부분(168)에 고정된다. 따라서, 링 베어링(176)은 제 1 척 부분(122)과는 독립적으로, 스핀 플레이트(170)가 회전축(116)을 중심으로 회전할 수 있게 하는 회전 가능한 계면을 제공한다. 하위 플레이트(134)와 링 기어(244) 사이의 간극(158)은 히터 조립체(130)와 링 기어(244) 사이의 접촉 없이 회전이 발생할 수 있게 한다. 링 기어(244)와 베이스 플레이트(124) 사이의 간극(160)은 링 기어(244)와 베이스 플레이트(124) 사이의 접촉 없이 회전이 발생할 수 있게 한다. 링 베어링(176)은 스핀 플레이트(170)와 히터 조립체(130) 사이의 효과적인 열전달을 위해 회전 및 비-회전 척 컴포넌트들 사이의 최소 회전 간극을 허용한다.
일 예시적인 실시예에서, 링 베어링(176)은 윤활을 위해 저-탈가스(low-outgassing) 그리스를 사용하는 얇은 단면의 회전 케이지리스(cage-less) 설계를 갖는다. 링 베어링(176)은 440C 스테인레스 강으로 구성될 수 있다. 링 베어링(176)은 케이지 대신에 질화 규소 로드 볼들 및 Torlon(PAI) 4203L 스페이서 볼들을 사용할 수 있다. 링 베어링(176)은 4-지점 방사 접촉 설계를 사용하고 10 % 충전의 저-탈가스 그리스(Nyetorr 5300xp)를 사용할 수 있다.
회전 구동 시스템(228)은 척(114)에 통합되고, 이에 따라 척이 공정 챔버(110) 속에서 병진이동함에 따라 척(114)과 함께 병진이동한다. 회전 구동 시스템(228)은 제 1 척 부분(122)에 대해 독립적으로 제 2 척 부분(168)을 회전시키는데 효과적인 방식으로 척(114)에 통합된다. 회전 구동 시스템(228)은 제 2 척 부분(168) 및 이에 따라 기판(102)이 회전축(116)을 중심으로 회전하게 한다. 회전 구동 시스템(228)은 어느 한 방향의 회전, 예를 들어, 원하는 대로 시계방향 또는 반시계방향 회전을 야기하도록 작동될 수 있다.
회전 구동 시스템(228)은 일반적으로 모터(230), 구동 기어(232), 샤프트(234), 어댑터(236) 및 링 기어(244)를 포함한다. 모터(230)는 중심에 위치된 회전축(16)으로부터 척(114)의 외부 주변부를 향해 외향으로 방사상으로 오프셋된 회전 구동축(240)을 제공하는 방식으로 베이스 플레이트(124)의 하부측에 부착된다. 따라서, 모터(230)는 회전축(116)에 평행하지만 회전축(116)으로부터 이격된 축(240)에 회전 구동력을 제공한다. 링 기어(244)에 대한 매우 근접함은, 링 기어(244)에 대해 보다 중앙 위치로부터 동일한 구동력을 적용하기 위해 더 커질 필요가 있는 보다 중앙에 위치 모터와 비교하여, 더 작은 모터가 링 기어(244)에 원하는 레벨의 회전력을 인가할 수 있게 한다. 실제 효과에서, 링 기어(244)를 그 중심으로부터 보다는, 방사상으로 오프셋된 위치로부터 구동시킴으로써 주어진 크기의 모터로부터 더 많은 토크가 이용 가능하다. 예를 들어, 10:1 기어 감소에 있어, 구동될 수 있는 하중의 양은 모터 샤프트의 회전 속도의 1/10에서 10 배 증가되었다. 하나의 실행 모드에서, 스퍼 기어 세트는 작은 12개의 톱니 구동 기어(232) 및 더 큰 120개의 톱니 구동 링 기어(244)를 포함한다. 비교적 작은 모터로부터 링 기어(244)에 상당한 토크를 부여하는 능력은 상당한 이점을 제공한다.
다른 이점으로서, 이 접근법은 척(114)이 앞뒤로 병진이동함에 따라 다른 챔버 피처들과의 방해 또는 충돌 없이, 모터(230)가 챔버(110) 내부에 쉽게 피팅되기에 충분히 작아질 수 있게 한다. 보다 중앙에 위치된 그리고/또는 보다 큰 모터를 피팅하는 것은 잠재적인 방해들 또는 다른 간섭으로 인해 공정 챔버 내에 피팅하는 것이 더 어려울 것이다. 오프셋 모터의 부가적인 이점은 기어 감소에 의해 (그의 출력 전력과 직접적으로 관련되는) 그의 프레임 크기가 보다 작은 공간 엔벨로프 내에서 보다 쉽게 보유될 수 있다는 것이었다. 이러한 감소는 벨트 및 풀리 세트(pulley set) 등으로 달성될 수 있지만, 기어 세트를 사용하는 것은 롤링 접촉을 조장하고 이에 따라 재료가 러빙(rubbing)되어 입자들이 생성되는 것을 방지할 수 있다. 기어 치형부에 도포된 저-탈가스 진공-정격 그리스는 저 마찰을 지원하고 마모 및 입자 생성을 최소화하는 부가적인 향상이 있었다. 10:1 기어 감소에 있어, 구동될 수 있는 하중의 양은 모터 샤프트의 회전 속도의 1/10에서 10 배 증가되었다. 하나의 실행 모드에서, 스퍼 기어 세트는 작은 12개의 톱니 구동 기어(232) 및 더 큰 120개의 톱니 구동 링 기어(244)를 포함한다.
모터(230)는 모터 샤프트(234)에 의해 구동 기어(232)에 회전식으로 커플링되고, 어댑터(236)는 샤프트(234)를 구동 기어(232)에 커플링하는 데 사용된다. 캡 스크류(238)는 샤프트(234)를 어댑터(236)에 고정시킨다. 모터(230)는 구동 기어(232)를 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시키도록 작동될 수 있다. 본 명세서에서, 시계방향 또는 반시계방향의 회전 방향은 회전 컴포넌트를 내려다 본 장치(100)의 평면도에 관한 것이다. 모터(230)는 링 베어링(176)에 대해 사용되는 것과 유사한 저 탈가스 윤활제들로 윤활될 수 있다.
모터(230)의 예시적인 실시예는 600 rpm에서 0.235 Nm(67 VDC에서 1.0 amp)을 제공한다. 예시적인 실시예에서 실행될 수 있는 바와 같은 10:1 기어 감소에 있어, 이는 60 rpm 스핀 플레이트 속도에서 2.35 Nm까지를 부여할 것이다. 이러한 실시예는 진공 환경에서 175 ℃로 정격이 정해질 수 있다. 이러한 실시예는 단계 당 1.8도(회전 당 200 단계들)를 포함할 수 있다. 최초 사용 전에, 이러한 모터는 휘발성 재료들을 배출하는 것을 돕기 위해 150 ℃ 내지 200 ℃에서 24 시간 동안 사전 베이킹될 수 있다.
구동 기어(232)는 구동 회전축(240)을 중심으로 모터(230)에 의해 회전 가능하게 구동된다. 구동 기어(232)는 히터 조립체(130)의 하위 플레이트(134)의 하위 측 상에 제공된 챔버(145)에 회전 가능하게 하우징된다. 베이스 플레이트(124)의 하부측에 장착된 모터(230)에 있어, 모터 샤프트(234) 및 어댑터(236)는 구동 기어(232)를 챔버(145)에 포지셔닝하기 위해 베이스 플레이트(124)의 어퍼처(126)를 통해 피팅된다. 예시적인 실시예에서, 구동 기어(232)는 PEEK(polyether ether ketone)로 제조되고 1.359 인치의 직경의 12X 외치를 특징으로 한다. 그러한 실시예와 관련하여 콤팩트한 구동 구성을 제공하기 위해, 구동 기어(132)는 0.165 인치 두께일 수 있다.
구동 기어(232)는 링 기어(244)와 맞물린다. 링 기어(244)의 외부 구역(246)은 스핀 플레이트(170)의 림(172)의 하부측에 장착된다. 따라서, 링 기어(244)가 구동 기어(232)에 의해 구동될 때, 대응하는 회전이 스핀 플레이트(170)에도 부여된다. 구동 기어(232)가 오프셋 구동 회전축(240)을 중심으로 회전하는 반면, 링 기어(244)는 중심에 위치된 축(116)을 중심으로 회전된다. 링 기어(244)의 최상부 표면(250)은 링 베어링(176)의 외륜(180)을 제 위치에 홀딩하기 위한 클램핑 동작을 제공하는 것을 돕는다. 링 기어(244)의 내부 구역(248)은 구동 기어(232)와 맞물리도록 내벽 상의 기어 치형부를 포함한다. 바람직하게는, 구동 기어(232)의 치형부는 수직 스택 공차를 수용하기 위해 링 기어(244)의 치형부보다 약간 넓다.
일 예시적인 실시예에서, 링 기어(244)는 PEEK로 제조되고 11.845 인치의 외부 직경의 0.125 인치 두께인 120X 내치를 특징으로 한다. 위에서 설명된 구동 기어(232)의 예시적인 실시예를 갖는 기어 세트의 부분으로서, 이는 4.900 인치의 동작 중앙 거리에서 10:1의 기어비를 제공한다. 105 ℃의 예시적인 동작 온도에서, 기어의 PEEK 재료는 주로 베어링 마찰로 인해 총 회전 저항을 극복하는 데 필요한 것보다 약 20 배 큰 정적 토크를 안전하게 핸들링할 것이다. 기어 치형부는 바람직하게는 링 베어링(176)에 대해 사용되는 것과 같은 저 탈가스 그리스의 가벼운 코팅으로 윤활된다.
일 실행 모드에서, 척(114)은 모든 기판 영역들에 대핸 노즐 스프레이(106)의 균일한 커버리지를 가능하게 하는 미리 설정된 모션 프로파일을 사용하여 300 mm/sec까지의 레이트로 하나 또는 여러 패스들에서 노즐(112) 아래에서 병진이동된다. 이 실시예에서 척(114)이 병진이동됨에 따라, 척(114)은 최대 120 RPM까지의 레이트로 회전될 수 있다. 105 ℃까지의 온도로 히터 조립체(130)를 유지시킴으로써 기판의 가열은 재증착을 최소한으로 하는 입자 제거를 허용한다.
동작에서, 모터(230)는 원하는 속도 및 방향으로 샤프트(234)를 회전식으로 구동한다. 샤프트(234)는 차례로 구동 회전 축(240)을 중심으로 구동 기어(232)를 회전시킨다. 이는 처리의 과정 동안 지속적으로 또는 간헐적으로 행해질 수 있다. 회전 속도는 원하는 속도 프로파일에 따라 유지되거나 변동될 수 있다. 회전은 시계방향 및/또는 반시계방향으로 발생할 수 있다. 구동 기어(232)는 링 기어(244)와 맞물려, 링 기어(244)가 중앙에 위치된 회전축(116)을 중심으로 회전하게 한다. 스핀 플레이트(170)에 부착되는 링 기어를 통해, 이는 회전축(116)을 중심으로 한 대응하는 회전을 스핀 플레이트(170)에 부여한다. 링 베어링(176)에 의해 제공된 회전 계면에 의해 제 1 척 부분(122)에 커플링된 스핀 플레이트(170)를 통해, 링 기어(244) 및 스핀 플레이트(170)의 조립체는 제 1 척 부분(122)과는 독립적으로 회전한다.
회전 가능하고 병진이동 가능한 척(114)은 병진이동 메커니즘(188)에 부착된다. 병진이동 메커니즘(188)은 마이크로 전자 기판(102)이 노즐(112)로부터 분배된 처리 스프레이(106)를 통해 이동되게 할 수 있도록, 노즐(12) 아래의 통로(206)를 따라 이동 가능한 척(114)을 병진이동시키는데 효과적인 방식으로 척(114)에 커플링된다. 실제 효과에서, 척(114)의 병진이동은 기판(102)이 회전할 때 선택적으로 노즐(112)이 기판(102)을 스캔하는 것을 돕는다. 병진이동은 척(114)의 병진이동이 척(114)의 회전축(116)으로 하여금, 챔버(110)의 한 위치로부터 다른 위치로 이동하게 하는 회전과 구별될 수 있다. 회전 시에, 척(114) 및 그에 따른 병진이동 축(116)이 챔버(110) 내에서 병진이동하더라도 회전축(116)과 척(114) 사이의 상대적 포지션은 변하지 않는다.
병진이동 메커니즘(188)은 지지 아암(192), 병진이동 로드(94), 레벨링 메커니즘(200) 및 병진이동 구동 시스템(202)을 포함한다. 척(114)의 베이스 플레이트(124)는 병진이동 메커니즘에 부착된다. 결과적으로, 이동 메커니즘(188)의 작동은 척(114)의 대응하는 병진이동을 야기한다. 베이스 플레이트(128)의 단부(128)는 베이스 플레이트(124)가 지지 아암(192)으로부터 외향으로 외팔보 형태로 지지하도록 지지 아암들(192)의 최상부에 커플링된다. 레벨링 메커니즘(200)은 베이스 플레이트(124)의 레벨링을 원하는 대로 조정하는 데 사용될 수 있다.
각각의 지지 아암(192)의 베이스는 대응하는 병진이동 로드(194)에 연결되며, 이 병진이동 로드의 제 1 단부(96)는 지지 아암들(92)에 연결되고 그 병진이동 로드의 제 2 단부(198)는 병진이동 구동 시스템(202)에 커플링된다. 병진이동 로드들(194)의 부분들은 공정 챔버(110) 외부의 부분들을 포함한다. 로드들(194)의 연속적인 부분들은, 로드들(194)이 앞뒤로 병진이동하도록 작동될 때 챔버(110)에 의해 제공되는 보호 인클로저(종종 극저온 처리들의 경우에 진공 인클로저)에 진입하거나 이를 떠난다. 밀봉 계면이 이러한 병진이동 동안 챔버(110) 내부의 보호된 환경, 예를 들어, 진공을 유지하도록 돕기 위해 로드(192)에 대한 하우징 출구(204)에서 환경적으로 단단한 밀봉을 제공한다.
병진이동 구동 시스템(202)은 로드들(192)의 작동을 허용하기 위한 임의의 전기, 기계, 전자 기계, 유압 또는 공압 디바이스를 포함할 수 있다. 병진이동 구동 시스템(202)은, 설비 로딩, 언로딩 및 처리 동작들에 대한 마이크로 전자 기판(102)의 원하는 병진이동을 허용하기에 충분한 모션 범위를 제공하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 처리 동안, 기판(102)은 노즐(112)로부터 나오는 처리 스프레이(106)의 영역을 통해 적어도 부분적으로 스캔된다. 처리들 동안, 기판(102)은, 노즐(112)이 기판(102)의 원하는 부분들을 스캔하도록 최대 300 ㎜/초와 같은 적합한 레이트로 기판(102)의 부분 또는 전체 직경에 걸쳐 노즐(112) 아래에서 병진이동될 수 있다. 다수의 실시예들에서, 처리 스프레이(106)는 기판(102)의 전체 표면을 처리하도록 실행된다. 척(114)의 병진이동 움직임과 함께, 기판(102)은 회전하여 전체 표면 처리를 보조한다.
챔버(110) 내로 분배된 처리 재료들은 진공 시스템(208)을 사용하여 배출될 수 있다. 또한, 진공 시스템(208)은 적절한 대기압 미만의 공정 압력에서 공정 챔버(110)를 설정 및 유지하는 데 사용될 수 있다. 진공 시스템(208)은 진공 압력들을 원하는 레벨로 가능하게 하는 하나 이상의 펌프들을 포함할 수 있다.
(하나 이상의 통합된 제어 디바이스들을 포함할 수 있는) 제어 시스템(220)은 공정 정보를 모니터링, 수신 및/또는 저장하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(220)은 공정 레시피들, 커맨드 구조들, 사용자 인터페이스들, 실시간 공정 정보, 과거 공정 정보, 피드 공급, 온도 제어, 압력 제어, 가열 제어, 척 부상 및 회전, 척 병진이동, 기판 로딩 및 언로딩, 척(114) 상의 기판 고정, 공정 제어 피드백 등을 저장하기 위해 메모리(222)를 포함할 수 있다. 제어 시스템(220)은 컴퓨터 프로세서(224)를 사용하여 이러한 동작들을 구현하고 시스템(100)의 다른 컴포넌트들과 인터페이싱하는 네트워크(226)를 통해 명령들 및 다른 신호들을 수신 및 발행할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(220)은 히터 조립체(130)를 제어하여 이를테면, 열 왜곡을 최소화하고 기판(102) 또는 척(114) 상의 응결을 방지할 목적으로 기판(102)의 온도를 조정할 수 있다.
기판 홀딩 시스템(276)은 척(114) 상에 기판(102)을 홀딩하는 것을 돕는 데 사용된다. 기판 홀딩 시스템은 일반적으로 정지형 감금 부재들(278) 및 능동 감금 부재(292)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 척(114)은 척(114)의 둘레 주위에 균일하게 이격된 3개 이상의 능동 감금 부재들을 포함한다. 각각의 정지형 감금 부재(278)는 융기부(282) 및 하위부(284)를 포함하는 패드(280)를 포함한다. 일체형의 경사진 후부들(286)은 패드(280)로부터 상향으로 돌출한다. 사용에서, 기판(102)의 외부 주변부는 패드(280)의 융기부(282) 상에 지지되어서, 간극(288)이 기판(102)과 척(114)의 윗면(120) 사이에 제공된다. 이는 기판(102)에 대한 후면 접촉을 최소화하기 위해 융기부들(282) 상에 놓이는 기판(102)의 후면의 그러한 영역들로 접촉을 제한한다. 경사진 후부들(286)은 기판(102)을 측방향으로 제지하기 위해 일체형 외부 배리어들을 제공한다. 후부들(286)은 리프트 핀 시스템(252)을 사용하여 척(114)으로부터 기판(102)의 적절한 로딩 및 언로딩을 보장하는 것을 돕는 가이드로서 역할을 하기 위해 경사진다.
간극(290)은 추가의 기판 접촉 영역들을 회피하기 위해 후부들(286)과 기판(102) 사이에 존재할 수 있다. 일반적으로, 정지형 감금 부재들(278)의 수동 제지 시스템은 다수의 상이한 종류들의 처리들에서 기판(102)에 대한 우수한 감금을 제공한다. 예를 들어, 스핀 플레이트(107)가 약 60 rpm 미만의 속도로 회전축(116)을 중심으로 회전하는 동안 약 180 SLM(standard liters per minute) 미만의 유량들로 기판(102) 상에 처리 스프레이(106)가 분배되는 일부 처리들에서, 기판(102)은 이러한 배리어들 내에 들어가 있고 안정적인 경향이 있다. 그러나, 더 높은 유량들 및/또는 더 높은 회전 속도들에서, 기판(102)은 수직으로 상승하는 경향을 가질 수 있다. 능동 감금 부재들(292)은 그러한 수직 상승을 방지하는 것을 돕도록 제공된다. 기판(102)의 열적 차동(이를테면, 기판(102) 상에 처리 재료의 극저온 분배로부터 기인할 수 있음)은 또한 감금 이슈들을 야기할 수 있다. 예를 들어, 기판 에지와 중앙 사이에 충분한 온도차가 있으면, 예를 들어 기판이 휘어질 수 있다. 휘어진 상태에서, 기판은 더 이상 정지형 감금 부재(278)에 의해 방사상으로 구속되지 않을 수 있다. 휘어진 기판은 옆으로 척(114)을 떠날 수 있다. 능동 감금 부재들(292)은 또한 이러한 조건들 하에서 휘어진 기판(102)을 감금시키는 것을 돕는다.
능동 감금 부재(292)는 피봇 축(296)을 중심으로 선회하는 피봇 아암(294)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 피봇 축(296)은 일반적으로 척(114)의 윗면(120)에 직교하고, 이에 따라 기판(102)의 주 평면에 직교한다. 피봇 아암(294)의 제 1 단부(298)는 자유롭게 회전하는 캠 롤러(302)로 구성된다. 피봇 아암(294)의 제 2 단부(300)는 수직 상승을 방지하는 것을 돕기 위해 기판(102)의 외부 에지에서 오버행하는 돌출 연장부를 갖는 리테이너 헤드(304)로 구성된다. 콤팩트한 프로파일을 위해, 피봇 아암들(294)은 척(114)의 스핀-플레이트(170)의 두께 내에 포함된다.
피봇 아암(294)은 리테이너 헤드(304)가 기판(102)에서 오버행하는 기판 홀딩 또는 폐쇄 포지션에 있게 되도록 피봇 축(296)을 중심으로 선회할 수 있다. 대안적으로, 피봇 아암(296)은 기판(102)이 척(114) 상에 배치되거나 또는 척(114)으로부터 해제되고 제거될 수 있도록 개방 구성으로 선회하게 작동될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 피봇 아암(294)은 디폴트로, 폐쇄 또는 기판 홀딩 포지션으로 편향된다. 작동은 이러한 편향을 극복하여 기판 로딩 및 언로딩을 위해 척(114)으로의 그리고 척(114)으로부터의 액세스를 개방한다. 능동 감금 부재들(292)을 개방 및 폐쇄하는 작동 전략의 일 실시예가 리프트 핀 시스템(252)에 통합된다.
리프트 핀 시스템(252)은 기판(102)을 척(114) 상에 또는 척(114)으로부터 상승시키고 하강시키는 데 사용된다. 또한, 리프트 핀 시스템(252)은 능동 감금 부재들(292)의 작동으로 기판(102)의 상승 및 하강을 조절하는 능력들을 포함한다. 이러한 조절된 작동은 상승 및 하강 동작들 동안 이들 부재들(292)이 자동으로 개방 및 폐쇄될 수 있게 한다.
리프트 핀 시스템(252)은 일반적으로 작동 드라이브(254), 샤프트(256), 커플러(258), 요크(260), 리프트 핀(268), 작동 핀들(270) 및 압력 차동 장치(274)를 포함한다. 작동 드라이브(254)는 샤프트(256)에 커플링되고 필요에 따라 샤프트(256)를 상승 및 하강시키도록 구성된다. 이 실시예에서, 샤프트(256)는 상하로 움직이지만 회전은 고정된다. 샤프트(256)는 또한 커플러(258)에 의해 리프트 핀 요크(260)에 커플링된다. 따라서, 샤프트(256)의 상하 작동은 요크(260)에 부여된다. 통상적으로, 드라이브(254)는 공정 챔버(110) 외부에 있고, 요크(260) 및 요크(260) 상에서 지지되는 컴포넌트들은 공정 챔버(110) 내부에 있고, 샤프트(256)는 부분적으로 공정 챔버(110) 내부에 있고 부분적으로 공정 챔버(110) 외부에 있다. 챔버(110) 내부의 샤프트(256)의 부분은 샤프트(256)가 상승 또는 하강되는 정도에 의존한다. 챔버(110) 내부의 원하는 조건을 유지하는 것을 돕기 위해 샤프트(256)가 하우징(108)을 통과하는 계면에 적합한 밀봉이 제공된다. 차동 장치(274)는 샤프트(256)가 상하로 작동됨에 따라 차동 밀봉을 유지하는 것을 돕는, 리프팅 샤프트(256) 상의 2개의 밀봉들 사이의 진공 포트이다. 예를 들어, 차동 장치(274)는 전방라인 배기장치(foreline exhaust)에 연결되어 미끄럼 샤프트 통과 시에 차동 밀봉을 달성할 수 있다. 차동 장치(274)는 챔버 압력보다 낮은 압력으로 유지될 수 있어서, 샤프트 작동으로부터 생성된 누출 또는 오염이 청결을 위해 챔버(110)로부터 멀리 반송될 수 있다.
요크(260)는 커플러(258)에 의해 샤프트(256)에 커플링되는 중앙 구역(261)을 포함한다. 아암(262)은 중앙 구역(261)으로부터 외향으로 연장한다. 아암들(262)의 내부 단부들(264)은 중앙 구역(261)에 커플링된다. 아암들(262)의 외부 단부들(266)은 리프트 핀들(268) 및 작동 핀들(270)을 지지한다. 동작 핀들은 비스듬한 상단부들(272)을 포함한다. 중간 컴포넌트들을 통해 샤프트(256)에 커플링됨으로써, 상하의 샤프트(256)의 작동은 대응하는 상하 모션을 리프트 핀들(268) 및 작동 핀들(270)에 부여한다.
제 1 동작 모드에서, 리프트 핀 시스템(252)은 하강된 구성에 있다. 이 구성에서, 리프트 핀들(268) 및 작동 핀들(270) 둘 모두는 척(114)의 윗면(120)의 평면 아래에 있다. 이러한 구성은 기판(102)이 척(114) 상에 홀딩될 때 유용하다. 하강된 구성은 리프트 핀 시스템(252)은 공정 처리를 방해하는 것을 방지하는데 도움을 준다. 하강된 구성은 또한 챔버(110)가 비어있고 처리를 위해 사용되지 않을 때 리프트 핀 시스템(252)을 파킹(park)하는 데 사용될 수 있다.
제 2 동작 모드에서, 리프트 핀 시스템(252)은 상승된 구성에 있다. 이 구성에서, 리프트 핀들(268) 및 작동 핀들(270)은 척(114)의 윗면(120) 위로 상승된다. 이 구성에서, 리프트 핀들(268)은 척(114)으로부터 기판(102)을 상승시킬 수 있다. 이러한 상승된 포지션으로부터, 기판(102)은 적합한 핸들링 메커니즘에 의해 챔버(10)로부터 제거될 수 있다. 대안적으로, 리프트 핀들(268)은 상승되고 기판을 챔버(110) 내로 수용할 준비가 될 수 있다.
제 3 동작 모드에서, 리프트 핀 시스템(252)은 상승된 또는 하강된 포지션들 사이의 천이 상태에 있을 수 있다. 하강은 기판을 척(114)으로 이송하거나 리프트 핀 시스템(252)을 파킹하는 것을 돕는데 유용하다. 상승은 척(114)으로부터 기판을 이송하거나 또는 비어있는 경우 리프트 핀(268)을 상승시켜 새로운 기판을 수용하는 것을 돕는데 유용하다.
작동 핀들(270)의 기능은 도 13 내지 도 16에서 가잘 잘 보여진다. 작동 핀들(270)의 상승 및 하강은 능동 감금 부재들(292)이 개방되어 기판들이 척(114)으로 또는 척(114)으로부터 이동될 수 있게 하거나, 폐쇄되어 척(114) 상에 기판을 감금하는 것을 돕도록 리프트 핀들(268)의 상승 및 하강과 조율된다. 개방된 구성은 리프트 핀들(268)이 상승된 구성 또는 천이 구성일 때 유용하다. 폐쇄된 구성은 리프트 핀들(268)이 하강된 구성일 때 유용하다.
작동 핀들(270)이 하강되면, 피봇 아암들(294)이 편향되어 폐쇄된 구성으로 능동 감금 부재들(292)을 홀딩한다. 예시적인 실행 모드들에서, 피봇 아암들(294)은 피봇 아암(294) 상에 작용하는 하나 이상의 압축 스프링에 의해 단단히 정지된 오버행의 폐쇄된 포지션(이는 일부 실행 모드들에서 기판 에지와 접촉하지 않음)으로 편향된다. 리프트 핀 시스템(252)이 상승될 때, 작동 핀들(272)이 상승되고 척(114)의 에지에서 캠 롤러 위치에 대응하는 수직 경로를 따라 이동한다. 작동 핀들(270)이 상승함에 따라, 비스듬한 또는 원뿔형 상단부들(272)은 대응하는 캠 롤러들(302)과 맞물리게 된다. 이러한 방식으로, 압축 스프링의 편향은 캠 롤러들(302)에 대한 작동 핀들의 롤링 작용에 의해 반대된다. 작동 핀들(270)이 추가로 상승됨에 따라, 작동 핀들(272)은 피봇 아암들(294)에 대하여 추가로 푸시한다. 캠 롤러들(302)의 롤링 작용은 보다 순수한 미끄럼 맞물림에 의해 초래될 수 있는 마찰 및 잔사 생성의 위험을 감소시키는 것을 돕는다. 작동 핀들이 제 2 단부(300)에 대해 푸시할 때, 피봇 아암들(294)은 피봇 축(296)을 중심으로 선회한다. 이 동작은 제 1 단부들(298)이 척으로부터 개방된 구성으로 선회하게 한다. 이는 피봇 아암(294)의 대향하는 측 상의 감금 헤드(304)가 외향으로 푸시되게 한다. 따라서, 기판(102)은 리프트 핀들(270)이 자신을 상승시킬 수 있도록 자유롭게 된다. 즉, 작동 핀들(270)을 상승시키는 것은 피봇 아암들(294)의 제 1 단부들(298)에 대해 내향으로 푸시함으로써 능동 감금 부재(292)를 개방한다.
리프트 핀 시스템(252)의 하강은 작동 핀들(272)을 하강시키고 작동 핀들(272)과 캠 롤러들(302)의 접촉을 제거한다. 제 1 단부들(298)은 외향으로 선회하고 리테이너 헤드들(304)이 안착된 기판(102)의 에지에서 오버행하는 폐쇄된 구성으로 부재들(292)을 복귀시킨다. 요크(260)를 리프트 핀들(270) 및 작동 핀들(272) 둘 모두에 대한 리프팅 플랫폼으로서 사용하여 작동 핀들(272)을 하강시키는 것은 장치(100)의 복잡성을 상당히 감소시켜, 비용들, 툴 풋프린트 및 오염 위험들을 감소시킨다.
도 1은, 제 2 척 부분(168)이 회전축(116)을 중심으로 제 1 척 부분(122)에 대해 회전하는 반면, 병진이동 메커니즘(188)은 병진이동 경로(206)를 따라 척(114)을 병진이동시키는, 시스템(100)의 제 1 구성을 개략적으로 예시한다. 이러한 제 1 구성에서, 척(114)은 처리를 시작하기 위해 노즐(112)이 기판(102)의 에지 부근에 있는 상태로 포지셔닝된다. 이 포지션은 또한 기판(102)의 병진이동 및 회전으로 인해 노즐(112)이 기판(102)의 스캔을 완료한 후의 처리의 종료에 적합하다. 이러한 제 1 구성과는 대조적으로, 도 17은, 통로(206)를 따른 척(114)의 추가의 병진이동은 노즐(112)과 척(114) 사이의 상대적 움직임을 야기하여서, 노즐(112)은 이제 에지로부터 중앙(104)으로 기판(102)을 스캔하게 되는, 장치(100)의 제 2 구성을 도시한다.
도 18은, 제 2 척 부분(168)은 회전하지 않고 이에 따라 척(114)이 공정 챔버(110) 내의 위치로 병진이동되어서, 노즐(112)은 처리 이전 또는 후에 또는 기판(102)이 공정 챔버(110) 내로 로딩되거나 공정 챔버로부터 꺼내질 때 발생할 수 있는 바와 같이 기판(102)으로부터 멀리 떨어져 있게 되는, 도 1의 장치(100)의 제 3 구성을 도시한다.
"일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 본 명세서 전반에 걸친 참조는, 실시예와 관련하여 설명된 특정한 특성, 구조, 재료, 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미하지만, 이들이 모든 각각의 실시예에 존재한다는 것을 나타내는 것을 아니다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸친 다양한 위치들에서 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"라는 구문들의 출현들이 모두 반드시 본 발명의 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정한 특징들, 구조들, 재료들 또는 특성들은 하나 또는 그 초과의 실시예들에서 임의의 적합한 방식으로 결합될 수 있다. 다양한 부가적인 층들 및/또는 구조들이 포함될 수 있고 그리고/또는 설명된 피처들이 다른 실시예들에서 생략될 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같은 "마이크로 전자 기판" 또는 "기판"은 일반적으로, 본 발명에 따른 장치와 같은 처리 장치에서 프로세싱되는 객체 또는 워크피스를 지칭하며, 여기서 이러한 객체 또는 워크피스는 마이크로 전자 디바이스의 전체 또는 일부를 구성하는 것으로 의도된다. 마이크로 전자 기판은 디바이스, 특히 반도체 또는 다른 전자 디바이스의 임의의 재료 부분 또는 구조를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 반도체 기판과 같은 베이스 기판 구조, 또는 베이스 기판 구조 상의 또는 위에 놓이는 층, 이를테면, 박막일 수 있다. 따라서, 기판은 패터닝되거나 패터닝되지 않은 임의의 특정 베이스 구조, 하부 층 또는 상부는 층으로 제한되는 것으로 의도되는 것이 아니라 오히려, 임의의 이러한 층 또는 베이스 구조, 및 층들 및/또는 베이스 구조들의 임의의 조합을 포함하는 것으로 고려된다. 아래의 설명은 특정 유형들의 기판들을 참조할 수 있지만, 이는 제한이 아니라 단지 예시 목적만을 위한 것이다. 마이크로 전자 기판들 외에도, 본원에서 설명된 기술들은 또한 포토리소그래피 기술들을 사용하여 마이크로 전자 기판들의 패터닝에 사용될 수 있는 레티클 기판들을 세정하는 데 사용될 수 있다.
위에서 언급된 설명에서, 프로세싱 시스템의 특정 기하학적 구조 및 거기에 사용되는 다양한 컴포넌트들 및 공정들의 설명들과 같은 특정 세부사항들이 기술되었다. 그러나, 본원에서의 기술들은 이들 특정 세부사항들로부터 벗어나는 다른 실시예들에서 실시될 수 있고, 그러한 세부사항들은 제한이 아니라 단지 예시 목적만을 위한 것이란 점이 이해되어야 한다. 본원에서 개시된 실시예들은 첨부한 도면들을 참조하여 설명되었다. 유사하게, 설명 목적으로, 철저한 이해를 제공하기 위해 특정 번호들, 재료들 및 구성들이 기술되었다. 그럼에도, 이러한 특정 세부사항들 없이 실시예들이 실시될 수 있다. 실질적으로 동일한 기능적 구조들을 갖는 컴포넌트들은 유사한 참조 부호들로 표시되고, 이에 따라 임의의 중복 설명들이 생략될 수 있다.
다양한 기술들이 다양한 실시예들을 이해하는데 도움이 되는 다수의 이산 동작들로서 설명되었다. 설명의 순서는 이러한 동작들이 반드시 순서에 의존한다는 것을 암시하도록 해석되어서는 안 된다. 사실상, 이러한 동작들은 제시 순서로 수행될 필요는 없다. 설명된 동작들은 설명된 실시예들과 상이한 순서로 수행될 수 있다. 다양한 부가적인 동작들이 수행될 수 있고 그리고/또는 설명된 동작들은 부가적인 실시예들에서 생략될 수 있다.
당업자들은 또한 본 발명의 동일한 목적들을 여전히 달성하면서, 위에서 설명된 기술들의 동작들에 대해 이루어지는 다수의 변동들이 존재할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 변동들은 본 개시내용의 범위에 의해 커버되는 것으로 의도된다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 대한 위의 설명은 제한하려는 것이 아니다. 오히려, 본 발명의 실시예들 대한 임의의 제한들은 다음의 청구범위에 제시된다.
본원에서 인용된 모든 특허들, 특허 출원들 및 공개 문헌들은 모든 목적들을 위해 각각의 전체 내용들이 인용에 의해 포함된다. 위의 상세한 설명은 단지 이해의 명확성을 위해서만 제공되었다. 그로부터 불필요한 제한들이 이해되어서는 안 된다. 당업자에게 자명한 변동들이 청구 범위에 의해 정의된 본 발명 내에 포함될 것이므로, 본 발명은 도시되고 설명된 바로 그 세부사항들로 제한되지 않는다.

Claims (35)

  1. 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치로서,
    a) 상기 마이크로 전자 기판이 처리되는 공정 챔버를 제공하도록 구성된 하우징;
    b) 상기 공정 챔버 내에 배치된 회전가능하고 측방향으로 병진이동가능한 척 ― 상기 척은 제 1 척 부분 및 제 2 척 부분을 포함하고, 상기 제 2 척 부분은 중앙 회전축을 중심으로 상기 제 1 척 부분과는 독립적으로 회전하고, 상기 제 2 척 부분은 상기 처리의 적어도 일부 동안 상기 마이크로 전자 기판을 홀딩(hold)함 ― ;
    c) 상기 제 1 척 부분 및 상기 제 2 척 부분을 상호 연결하는 회전 메커니즘;
    d) 하나 이상의 처리 스트림들을 통해 상기 마이크로 전자 기판을 스캔하기 위해 상기 공정 챔버 내에서 측방향으로 횡단하도록 통로를 따라 상기 척을 병진이동시키는데 효과적인 방식으로 상기 척에 커플링된 병진이동 메커니즘 ― 상기 제 1 척 부분은 상기 병진이동 메커니즘에 커플링됨 ― ; 및
    e) 상기 제 1 척 부분에 대해 상기 제 2 척 부분의 회전을 야기하는데 효과적인 방식으로 상기 척에 통합된 회전 구동 메커니즘 ― 상기 회전은 상기 중앙 회전축을 중심으로 발생하고, 상기 회전 구동 메커니즘은 상기 척이 상기 공정 챔버를 통해 병진이동됨에 따라 상기 회전가능하고 측방향으로 병진이동가능한 척과 함께 병진이동함 ― 을 포함하고,
    상기 회전 구동 메커니즘은,
    ⅰ) 상기 중앙 회전축으로부터 방사상으로 오프셋된 회전 구동 축을 제공하기 위한 방식으로 상기 제 1 척 부분에 부착된 모터,
    ⅱ) 상기 회전가능하고 측방향으로 병진이동가능한 척 내부에 하우징되고, 상기 모터에 회전가능하게 커플링되고, 상기 회전 구동 축을 중심으로 회전하는 구동 기어, 및
    ⅲ) 상기 제 2 척 부분에 부착된 링 기어 ― 상기 구동 기어는 상기 구동 기어 및 상기 링 기어 간의 회전 인터페이스가 상기 회전가능하고 측방향으로 병진이동가능한 척 내부에 차폐되도록 상기 제 2 척 부분에 회전을 부여하기 위해 상기 링 기어를 회전 가능하게 구동하도록 상기 링 기어의 내부 주변부와 맞물려 있음 ― 를 포함하는 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 기판 상에 처리 매체를 분배(dispense)하는 노즐, 및 상기 노즐에 연결된 유체 공급부를 더 포함하며, 상기 유체 공급부는 가압 및 냉각된 유체를 포함한 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 공정 챔버는 진공 하에 있는 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 공정 챔버는 1 밀리토르(milliTorr) 내지 10 토르(Torr) 미만의 범위의 압력 하에 있는 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 노즐은 처리 동안 상기 기판의 윗면으로부터 0.5 mm 내지 60 mm의 거리에 배치된 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 노즐에 공급되는 가압 및 냉각된 유체는 70 K 내지 150 K 범위의 온도와, 10 psig 내지 100 psig 범위의 압력에 놓여 있는 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 가압 및 냉각된 유체는 아르곤, 질소, 및 이산화탄소 중 적어도 하나를 포함한 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가압 및 냉각된 유체는 헬륨과 수소 중 적어도 하나를 더 포함한 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은, 상기 기판과 상기 척의 윗면 사이에 간극(gap)이 제공되도록, 상기 척 상에서 지지된 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 척 부분은 상기 병진이동 메커니즘에 연결되는 베이스 플레이트를 포함한 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 알루미늄을 포함한 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 척 부분은 상기 제 2 척 부분 상에 홀딩된 기판에 열을 전달하는 히터 기능을 포함한 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 척 부분은 상기 베이스 플레이트에 고정된 히터 조립체를 더 포함한 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 히터 조립체는 하위 플레이트, 상위 플레이트, 및 상기 상위 플레이트와 상기 하위 플레이트 사이에 포지셔닝된 히터 막을 포함한 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 상위 플레이트와 하위 플레이트 각각은 알루미늄을 포함한 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 하위 플레이트는, 상기 히터 조립체가 중앙 허브(central hub)로부터 상기 척의 외부 주변부를 향해 방사상으로 외향으로 외팔보 형태로 있도록 하는 방식으로, 상기 베이스 플레이트의 상기 중앙 허브에 부착된 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 하위 플레이트는 상기 구동 기어를 하우징하는 챔버를 포함한 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트에 커플링된 온도 센서를 더 포함하고, 상기 온도 센서에 의해 감지된 온도는 상기 기판의 온도를 나타내는 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 척 부분은 스핀 플레이트를 포함하고, 상기 중앙 회전축을 중심으로 한 상기 스핀 플레이트의 회전이 상기 기판에 부여되도록, 상기 기판이 상기 스핀 플레이트 상에서 홀딩되어 있는 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 스핀 플레이트는 알루미늄을 포함한 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 메커니즘은 링 베어링을 포함한 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 링 베어링은, 상기 제 1 척 부분에 연결된 내륜(inner race)과, 상기 제 2 척 부분에 연결된 외륜(outer race)을 포함한 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  23. 제 14 항에 있어서,
    상기 회전 메커니즘은, 상기 제 1 척 부분에 연결된 내륜과 상기 제 2 척 부분에 연결된 외륜을 포함하는 링 베어링을 포함하고, 상기 내륜은 상기 히터 조립체의 상기 상위 플레이트와 상기 하위 플레이트 사이에서 클램핑(clamped)된 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  24. 제 19 항에 있어서,
    상기 회전 메커니즘은, 상기 제 1 척 부분에 연결된 내륜과 상기 제 2 척 부분에 연결된 외륜을 포함하는 링 베어링을 포함하고, 상기 외륜은 상기 스핀 플레이트와 상기 링 기어 사이에서 클램핑된 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  25. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 기어는 구동 기어 치형부(teeth)를 포함하고, 상기 링 기어는 링 기어 치형부를 포함하고, 상기 구동 기어 치형부는 상기 링 기어 치형부보다 폭이 넓은 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  26. 제 10 항에 있어서,
    상기 회전 구동 메커니즘은 상기 오프셋된 구동 기어 축을 중심으로 상기 구동 기어를 회전가능하게 구동하는 데 효과적인 방식으로 상기 베이스 플레이트에 연결된 오프셋 모터를 더 포함한 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  27. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 기어는 PEEK를 포함한 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  28. 제 1 항에 있어서,
    상기 링 기어는 PEEK를 포함한 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  29. 제 19 항에 있어서,
    상기 링 기어는 상기 스핀 플레이트의 외부 주변부에 연결된 것인, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  30. 제 1 항에 있어서,
    상기 링 기어의 내부 구역은 상기 구동 기어와 맞물리는,
    마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 장치.
  31. 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 방법으로서,
    a) 공정 챔버를 포함하는 장치를 제공하는 단계;
    b) 상기 공정 챔버에서 회전가능한 척 상에 마이크로 전자 기판을 홀딩하는 단계 ― 상기 척은 제 1 척 부분 및 제 2 척 부분을 포함하고, 상기 제 2 척 부분은 중앙 회전축을 중심으로 상기 제 1 척 부분과는 독립적으로 회전하고, 상기 제 1 척 부분에 대해 상기 제 2 척 부분을 독립적으로 회전시키는 회전 구동 메커니즘이 상기 척에 통합되고, 상기 회전 구동 메커니즘은,
    ⅰ) 상기 중앙 회전축으로부터 방사상으로 오프셋된 회전 구동 축을 제공하기 위한 방식으로 상기 제 1 척 부분에 부착된 모터,
    ⅱ) 상기 회전가능한 척 내부에 하우징되고, 상기 모터에 회전가능하게 커플링되고, 상기 회전 구동 축을 중심으로 회전하는 구동 기어, 및
    ⅲ) 상기 제 2 척 부분에 부착된 링 기어를 포함하고, 상기 구동 기어는 상기 구동 기어 및 상기 링 기어 간의 회전 인터페이스가 상기 회전가능한 척 내부에 차폐되도록 상기 제 2 척 부분에 회전을 부여하기 위해 상기 링 기어를 회전 가능하게 구동하도록 상기 링 기어의 내부 주변부와 맞물려 있음 ― ; 및
    c) 상기 처리 동안, 상기 기판이 홀딩되어 있는 상기 제 2 척 부분이 회전하게 하도록 상기 회전 구동 메커니즘을 사용하는 단계를 포함하는, 마이크로 전자 기판을 처리하기 위한 방법.
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