TW202226437A - 基板支撐裝置 - Google Patents

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陳福平
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Abstract

本發明揭示一種基板支撐裝置，包括旋轉卡盤和多個定位銷。旋轉卡盤用於支撐和旋轉基板，具有一支撐面。定位銷設置在支撐面的外圍，用於限制基板的水平位移。支撐面上設有第一環形區域。第一環形區域劃分為多個銷區域和多個非銷區域。該多個銷區域和多個非銷區域在第一環形區域的圓周方向上交替排布。每個銷區域對應一個定位銷。多個伯努利孔設置在第一環形區域，配置成不均勻結構，從而能夠在銷區域提供比非銷區域更強的氣流。

Description

基板支撐裝置
本發明關於基板支撐裝置，更具體地，關於一種利用伯努利原理支撐基板的基板支撐裝置，該基板支撐裝置能夠防止處理液到達基板的下表面和邊緣。
伯努利卡盤通常以與基板無接觸的方式來吸住和支撐基板，尤其用於基板背面處理的過程中，這樣可以減少卡盤污染基板。在基板背面處理工藝中，一些處理液噴射到基板背面用以處理基板表面，但不允許處理液到達基板的正面和邊緣。然而，在工藝過程中，處理液易沿著用於限制基板水平位移的定位銷流向基板的正面，這將使基板正面靠近定位銷的位置出現所謂的“銷痕”。
美國專利US6328846B1提及並解決了上述問題，該專利公開了每個定位銷與一個獨立的噴嘴相關聯，並通過噴嘴從基板下方向對應的定位銷區域噴射氣體。上述噴嘴位於伯努利噴嘴外圍並與伯努利噴嘴保持一定距離，伯努利噴嘴供應氣體用於形成氣墊，以使基板懸浮。這樣，處理液在到達定位銷的鄰近區域之前，就可以被吹走。但是，對應每個定位銷配置的噴嘴與伯努利噴嘴獨立控制，這會導致伯努利卡盤結構和操作的複雜性。
本發明提出了一種基板支撐裝置用於解決背景技術中提到的“銷痕”問題。根據本發明的一個實施例，提出的基板支撐裝置包括旋轉卡盤，用於支撐和旋轉基板；多個定位銷，用於限制基板水平位移；以及多個伯努利孔，用於從下方向基板供應氣體，形成使基板漂浮的氣墊，並利用伯努利效應吸住基板。旋轉卡盤具有一支撐面，在其上定義有第一環形區域。第一環形區域分為多個銷區域和多個非銷區域。銷區域和非銷區域沿第一環形區域的圓周方向上交替排布。每個銷區域對應一個定位銷。伯努利孔位於第一環形區域並被配置為不均勻結構，以在銷區域提供比非銷區域更強的氣流。具體地，在定位銷附近的伯努利孔的直徑或密度比其他區域大，從而，分配到定位銷附近的氣流超過其他區域，以使定位銷附近的氣流更強，從而防止處理液沿著定位銷流向基板的邊緣和下表面。為進一步避免基板的下表面被處理，在旋轉卡盤周緣設置一環凸，以在支撐面上方形成一凹槽。環凸不僅能改變處理液的流動方向，以防止處理液反彈到基板表面上的任意位置，而且能在環凸內壁和保持在凹槽內的基板邊緣之間形成間隙，以形成較強的保護氣流，這些都有利於減少處理液流向基板下表面的風險以及在基板上產生污染。
參考圖1，示出了本發明一示例性實施例的基板支撐裝置。基板支撐裝置包括配置為支撐和旋轉基板的旋轉卡盤100。旋轉卡盤100具有一支撐面110，用於支撐基板001。多個定位銷130佈置在支撐面110外圍，與基板001的邊緣抵接，用於限制基板001的水平位移。支撐面110為旋轉卡盤100的頂表面，由多個定位銷130環繞。基板001定位在旋轉卡盤100的支撐面110上方，至少一個噴嘴003用於向基板001表面噴灑各種處理液，例如SC-1，SC-2，SPM，HF，DIW等。
如圖1和圖2所示，在旋轉卡盤100的支撐面110上設定第一環形區域150。多個伯努利孔160設置在第一環形區域150內。每個伯努利孔160相對旋轉卡盤100的中心軸傾斜設置，適於向基板001的下表面供應氣體以形成氣墊並產生伯努利效應，因此，基板001可以被吸住並懸浮在旋轉卡盤100的支撐面110上方，且不會與支撐面110接觸。多個伯努利孔160構成一圈，同時由一條氣體供應管路供應惰性氣體或氮氣。
通常，旋轉卡盤100固定在旋轉軸上，旋轉軸連接驅動裝置，驅動裝置能夠驅動旋轉卡盤100和旋轉軸同步旋轉，並且，至少配置一條氣體供應管路用於向開設在旋轉卡盤100上的孔供應氣體，如伯努利孔160。上述特徵是本領域技術人員已知的，因此，在本發明中不在贅述且未在附圖中示出。
參見圖2，根據與定位銷130的距離，將第一環形區域150分為多個銷區域151和多個非銷區域152。每個銷區域151對應一個定位銷130。伯努利孔160被分為多個第一組伯努利孔161和多個第二組伯努利孔162。每個第一組伯努利孔161對應一個銷區域151，每個第二組伯努利孔162對應一個非銷區域152。第一組伯努利孔161比第二組伯努利孔162更靠近定位銷130。銷區域151和非銷區域152在第一環形區域150的圓周方向上交替且對稱排布。每個銷區域151的中心角θ為5°~10°。值得注意的是，每個定位銷130位於對應銷區域151的中心與第一環形區域150的中心連線上。在本發明中，位於第一環形區域150內的多個伯努利孔160被配置成不均勻結構，由此，位於銷區域151的第一組伯努利孔161供應的氣體流量大於位於非銷區域152的第二組伯努利孔162供應的氣體流量。
在本發明中，在第一環形區域150內的伯努利孔160不均勻結構主要體現在第一環形區域150圓周方向不同區域（如銷區域151或非銷區域152）上伯努利孔160的直徑或密度的變化。當供應至本發明具有不均勻結構的伯努利孔160的總氣體量與供應至傳統旋轉卡盤上具有均勻結構的伯努利孔的總氣體量相等時，在本發明中，通過改變鄰近定位銷130的伯努利孔160的直徑或密度，能夠在定位銷130附近產生更強的氣流。也就是說，在不改變氣體供應量的前提下，通過將更多的氣體流量分配到定位銷130附近，以在定位銷130附近施加更強的局部氣體阻力，這能夠在基板整個圓周上防止處理液刻蝕基板001的邊緣和下表面，尤其是定位銷130附近。下面將詳細介紹一些具有不均勻結構伯努利孔的旋轉卡盤實施例。
參見圖2，示出了一示例性用於支撐基板的旋轉卡盤100，旋轉卡盤100的第一環形區域150上開設有不均勻的伯努利孔160，其中，位於銷區域151的第一組伯努利孔161的密度大於位於非銷區域152的第二組伯努利孔162的密度。如圖2所示，位於銷區域151的第一組伯努利孔161的密度是相同的，位於非銷區域152的第二組伯努利孔162的密度也是相同的，但是小於位於銷區域151的第一組伯努利孔161的密度。較佳地，每組第一組伯努利孔161的密度也可以設計為隨伯努利孔161和對應的定位銷130的距離減小而逐漸增大，在非銷區域152的第二組伯努利孔162的密度保持一設定值，該設定值不大於在銷區域151的第一組伯努利孔161的最小密度。
參見圖3，示出了另一示例性用於支撐基板的旋轉卡盤200，旋轉卡盤200的第一環形區域250上開設有不均勻的伯努利孔260，其中，位於銷區域251的第一組伯努利孔261的直徑大於位於非銷區域252的第二組伯努利孔262的直徑。如圖3所示，位於銷區域251的第一組伯努利孔261的直徑是相同的，位於非銷區域252的第二組伯努利孔262的直徑也是相同的，但是小於位於銷區域251的第一組伯努利孔261的直徑。較佳地，每組位於銷區域251的第一組伯努利孔261的直徑也可以設計為隨伯努利孔261和對應的定位銷130的距離減小而逐漸增大，在非銷區域252的第二組伯努利孔262的直徑保持一設定值，該設定值不大於在銷區域251的第一組伯努利孔261的最小直徑。
參見圖4，示出了另一示例性用於支撐基板的旋轉卡盤300，旋轉卡盤300的第一環形區域350上開設有不均勻的伯努利孔360，其中，位於第一環形區域350的伯努利孔360的直徑隨伯努利孔360和定位銷330距離的減小而增大，如圖4中箭頭所示。
參見圖5，示出了另一示例性用於支撐基板的旋轉卡盤400，旋轉卡盤400的第一環形區域450上開設有不均勻的伯努利孔460，其中，位於第一環形區域450的伯努利孔460的密度隨伯努利孔460和定位銷430距離的減小而增大，如圖5中箭頭所示。
綜上所述，無論銷區域的伯努利孔的直徑或密度大於非銷區域的伯努利孔的直徑或密度，還是伯努利孔的直徑或密度隨伯努利孔越來越接近對應的定位銷而逐漸變大，其目的都是為了增加分配到定位銷附近區域的氣體流量，使其超過分配到其他區域的氣體流量，從而，在定位銷附近區域施加更多的氣體流量和氣體阻力，以避免處理液從基板的上表面流向基板的邊緣，甚至是基板的下表面，導致基板上出現 “銷痕”。
本發明還提供了另一示例性基板支撐裝置。如圖6和圖7所示，基板支撐裝置包括具有支撐面510的旋轉卡盤500，用於支撐基板001，以及多個伯努利孔551，該多個伯努利孔551設置在支撐面510上設定的第一環形區域550中。由於本實施例中的伯努利孔的不均勻結構與前述一致（如旋轉卡盤（100，200，300，400）上伯努利孔的不均勻結構），在此不再贅述。類似的，多個定位銷530佈置在支撐面510的外圍，通過徑向向內移動夾持基板001，或者徑向向外移動釋放基板001。每個定位銷530設置在旋轉卡盤500上開設的對應定位槽531中，且各自連接一驅動裝置532，如馬達或氣缸，驅動裝置532用於驅動定位銷530沿支撐面510的徑向移動。
再次參見圖6和圖7，在本實施例中，基板支撐裝置還包括支撐面510外圍向上凸出的環凸570和多個提升孔561，該多個提升孔561設置於設定在支撐面510上的第二環形區域560。該多個提升孔561在第二環形區域560內均勻分佈。第二環形區域560與第一環形區域550呈同心圓分佈，且位於第一環形區域550的內側。通過提升孔560供應的氣體用於提升基板001以及調整基板001和支撐面510之間的高度。
環凸570可拆卸地固定在旋轉卡盤500的支撐面510上。通過更換合適尺寸的環凸，基板支撐裝置能夠適配200mm或300mm等不同尺寸的基板。當然，環凸570和旋轉卡盤500也可以一體成型，如圖7所示。
如圖8所示，環凸570的頂面571高於支撐面510，形成凹槽580。支撐面510作為凹槽580的底面。當基板001保持在旋轉卡盤500的凹槽580內，在基板001和旋轉卡盤500之間形成兩個間隙，其中，第一間隙591形成在環凸570的內側壁572和基板001的邊緣之間，第二間隙592形成在支撐面510和基板001的下表面之間。
圍繞旋轉卡盤500通常設置一罩體002，用以防止處理液飛濺到環境中。如果在支撐面110的外圍未設置環凸570，如圖1所示，濺射到罩體002上的部分處理液可能會直接濺射到支撐面110，然後通過基板001和支撐面110之間的間隙反彈到基板001的下表面，這會污染基板001的下表面。因此，環凸570作用之一是改變濺射到罩體002上處理液的流動路徑，以避免處理液反彈到基板001的下表面。參見圖8，處理液濺射到罩體002後，首先濺回到環凸570的頂面571，然後在不接觸基板001的任何表面的情況下向上反彈，從而避免處理液對基板不需要處理的表面造成污染。
參見圖10，示出了旋轉卡盤600上的另一示例性環凸670。環凸670的頂面671外緣設有倒角，換言之，環凸670的頂面671外緣具有一徑向向外的斜面672。由罩體002上彈回的處理液濺射到斜面672後，處理液將會再次反彈到罩體002，然後排出。
請參見圖7至圖9。環凸570的外徑自凹槽580的下部到上部逐漸變大，通過調整基板001和支撐面510之間的高度，可以改變第一間隙591的大小。具體地，環凸570的內側壁呈弧形，如圓弧形或橢圓弧形，這有利於引導伯努利孔551和提升孔561噴射的氣體排出第一間隙591。
如圖9所示，當基板001升起時，基板001的邊緣與環凸570的內側壁572之間的第一間隙591變寬，這能夠增加由第一間隙591排放的氣體流量，從而在基板001的整個圓周方向上形成更好地氣體保護。
在一實施方式中，基板支撐裝置保持基板的方法介紹如下。
步驟1，機械手抓取一片基板放置到旋轉卡盤上方，使基板的中心與支撐面的中心對齊。
步驟2，向提升孔供應具有第一壓力的氣體，用於提升基板，並使基板保持在支撐面上方的第一位置，然後移開機械手。當基板位於第一位置時，基板下表面和支撐面之間的高度不大於凹槽的高度。第一位置的高度可以通過改變第一壓力進行調整。
步驟3，在將供應至提升孔的氣體關閉之前，向伯努利孔供應具有第二壓力的氣體，在基板的下方形成氣墊，以使基板漂浮在氣墊上。第二壓力低於第一壓力，從而在氣體切換後，使基板略微向下移動。
步驟4，當基板穩定定位在預定位置時，驅動定位銷徑向向內移動，與基板邊緣抵接，用以限制基板的水平位移。
上述步驟完成之後，至少一個噴嘴移動到基板上方並向基板表面噴灑處理液，與此同時，在工藝工程中，保護氣體始終圍繞在基板的整個圓周上，由於定位銷附近的伯努利孔的直徑或密度大於其他區域的伯努利孔的直徑或密度，在定位銷附近將會獲得具有更強氣流的保護氣體，這能夠有效避免處理液由基板的上表面流向基板邊緣或下表面。
上面針對本發明的描述是為了說明和描述的目的。所描述的具體實施例並不是本發明的窮舉或者是對於本發明的限制，可以顯而易見地在本發明的教導下進行種種修改或變化，這些修改和變化對於本領域技術人員來說是顯然的，因此被包括在符合申請專利範圍限定的本發明的保護範圍內。
001:基板 002:罩體 003:噴嘴 100:旋轉卡盤 110:支撐面 130:定位銷 150:第一環形區域 151:銷區域 152:非銷區域 160:伯努利孔 161:第一組伯努利孔 162:第二組伯努利孔 200:旋轉卡盤 250:第一環形區域 251:銷區域 252:非銷區域 260:伯努利孔 261:第一組伯努利孔 262:第二組伯努利孔 300:旋轉卡盤 330:定位銷 350:第一環形區域 360:伯努利孔 400:旋轉卡盤 430:定位銷 450:第一環形區域 460:伯努利孔 500:旋轉卡盤 510:支撐面 530:定位銷 531:定位槽 532:驅動裝置 550:第一環形區域 551:伯努利孔 560:第二環形區域 561:提升孔 570:環凸 571:頂面 572:內側壁 580:凹槽 591:第一間隙 592:第二間隙 600:旋轉卡盤 670:環凸 671:頂面 672:斜面
為使本領域技術人員對本發明更加顯而易懂，下面將結合附圖對本發明的最佳實施例進行詳細說明，其中： 圖1示出了根據本發明示例性實施例的基板支撐裝置的截面圖； 圖2示出了一示例性旋轉卡盤的俯視圖； 圖3示出了另一示例性旋轉卡盤的俯視圖； 圖4示出了另一示例性旋轉卡盤的俯視圖； 圖5示出了另一示例性旋轉卡盤的俯視圖； 圖6示出了根據本發明示例性實施例的另一基板支撐裝置的旋轉卡盤的俯視圖； 圖7示出了另一基板支撐裝置的截面圖； 圖8示出了另一基板支撐裝置的另一截面圖； 圖9示出了基板略微上移的基板支撐裝置的截面圖；以及 圖10示出了根據本發明示例性實施例的又一基板支撐裝置的截面圖。
001:基板
002:罩體
003:噴嘴
100:旋轉卡盤
110:支撐面
130:定位銷
160:伯努利孔

Claims (10)

  1. 一種基板支撐裝置，包括： 旋轉卡盤，用於支撐和旋轉基板，旋轉卡盤具有支撐基板的支撐面，支撐面上設定第一環形區域； 多個定位銷，設置在旋轉卡盤的支撐面的周圍，用於限制基板的水平位移； 其中，第一環形區域劃分為多個銷區域和多個非銷區域，該多個銷區域和多個非銷區域在第一環形區域的圓周方向上交替排布，每個銷區域對應一個定位銷；以及 多個伯努利孔，設置在第一環形區域，用於朝基板供應氣體，利用伯努利效應吸住基板，該多個伯努利孔在第一環形區域內配置成不均勻結構，以在銷區域提供比非銷區域更強的氣流。
  2. 根據請求項1所述的基板支撐裝置，其中，每個銷區域的中心角θ為5°~10°。
  3. 根據請求項1所述的基板支撐裝置，其中，在銷區域的伯努利孔的密度或直徑大於在非銷區域的伯努利孔的密度或直徑。
  4. 根據請求項3所述的基板支撐裝置，其中，每個銷區域的伯努利孔的密度或直徑隨著伯努利孔與對應定位銷距離的減小而逐漸增大。
  5. 根據請求項1所述的基板支撐裝置，其中，形成在第一環形區域的伯努利孔的直徑或密度隨著伯努利孔與定位銷距離的減小而逐漸增大。
  6. 根據請求項1所述的基板支撐裝置，進一步包括： 一環凸，在旋轉卡盤的支撐面外圍向上凸出； 一凹槽，由環凸和旋轉卡盤的支撐面限定，用於容納基板； 第二環形區域，設定於旋轉卡盤的支撐面上，並位於第一環形區域的內側； 多個提升孔，設置在第二環形區域，且均勻分佈在第二環形區域，用於調整基板和旋轉卡盤的支撐面之間的高度。
  7. 根據請求項6所述的基板支撐裝置，其中，環凸的內徑自凹槽的下部向上部變大。
  8. 根據請求項7所述的基板支撐裝置，其中，環凸的內側壁為弧面。
  9. 根據請求項6所述的基板支撐裝置，其中，環凸和旋轉卡盤可拆卸安裝固定或一體成型。
  10. 根據請求項6所述的基板支撐裝置，其中，環凸頂面的外緣經倒角處理。
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