具有原位清洁能力的旋转卡盘的制作方法

本发明一般涉及用于处理晶片状物品(例如半导体晶片)的装置和方法，更具体地涉及包括具有原位清洁能力的旋转卡盘的这种装置和方法。

背景技术：

半导体晶片经受各种表面处理工艺，例如蚀刻、清洁、抛光和材料沉积。为了适应这样的工艺，相对于一个或多个处理流体喷嘴，可以通过与可旋转载体相关联的卡盘支撑单个晶片，例如在美国专利nos.4,903,717和5,513,668中所描述的。

替代地，适于支撑晶片的环形转子形式的卡盘可以位于封闭的处理室内，并且通过主动磁轴承无物理接触地驱动，例如在国际公开no.wo2007/101764以及美国专利no.6,485,531中所描述的。

在封闭的室中，在高温下在这种旋转卡盘上进行各种工艺。例如，在从晶片去除光致抗蚀剂的气相工艺中，施加约400℃的温度。在这种条件下，光致抗蚀剂去除工艺的副产物沉积在室的内表面上，例如沉积在卡盘和室壁上。这些副产物主要是聚合物，其可以用去离子水溶解并冲洗掉；然而，在没有这种冲洗的情况下，室将逐渐变得更污染，这可能导致晶片表面上不可接受的微粒杂质。

技术实现要素：

本发明人已经开发了用于处理晶片状物品的改进的装置和方法，其中旋转卡盘被设计为具有原位清洁能力。

因此，一方面，本发明涉及一种用于处理晶片状物品的装置，所述装置包括处理室和位于处理室内的旋转卡盘。所述旋转卡盘被构造成将晶片状物品保持在预定处理位置。盖覆盖所述旋转卡盘并且固定到所述旋转卡盘或与所述旋转卡盘成一体以与其一起旋转。所述盖具有中心开口。固定喷嘴组件延伸到所述处理室中，使得所述固定喷嘴组件的排放端穿过所述盖的所述中心开口。所述喷嘴组件包括冲洗喷嘴，所述冲洗喷嘴被构造成将冲洗液体从所述喷嘴组件径向向外引导到所述盖的面向下方的表面上。

在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述冲洗喷嘴可以是径向指向所述盖的面向下方的所述表面的单个喷嘴。替代地，所述冲洗喷嘴可以是环形的，或者可以有多个环形布置的径向指向的喷嘴。这种环形冲洗喷嘴可以通过提供被构造成使冲洗液体径向向外偏转的肩部而形成。所述盖可以是扁平盘或有利地具有圆顶的形状。

在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述喷嘴组件还包括至少一个处理液体喷嘴，所述处理液体喷嘴被配置为朝向所述旋转卡盘向下引导处理液体而不首先接触所述盖。

在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述喷嘴组件还包括用于向所述旋转卡盘供应处理气体或液体的中心喷嘴。

在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述环形冲洗喷嘴围绕所述中心喷嘴。

在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述环形冲洗喷嘴的所述肩部与所述中心喷嘴的外表面一体形成。

在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述盖和所述处理室的上部限定气体分配室，并且所述盖包括在其中心区域和外围区域中的每一个中形成的多个开口，从而在晶片状物品被所述旋转卡盘保持时将处理气体从所述气体分配室提供到该晶片状物品的表面。

在根据本发明的装置的优选实施方式中，多个开口中的每一个具有在0.3至2.0mm²范围内的横截面积，优选0.5至1.5mm²范围内的横截面积，更优选0.7至1.2mm²范围内的横截面积。

在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述多个开口包括至少20个所述开口，更优选地包括至少50个所述开口，还更优选地包括至少80个所述开口。

在根据本发明的装置的优选实施方式中，至少一个气体供应喷嘴位于所述喷嘴组件的径向外部，所述至少一个气体供应喷嘴将处理气体供应到所述气体分配室。

在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述盖在其整个面向下方的表面上连续弯曲。

在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述冲洗喷嘴的排放出口和所述喷嘴组件的下侧表面在位于所述盖的所述中心开口的下端附近的尖锐边缘处相接。

在根据本发明的装置的优选实施方式中，所述旋转卡盘包括磁转子，所述装置还包括安装在所述处理室外部并围绕所述磁转子的磁定子。

在另一方面，本发明涉及一种用于处理晶片状物品的方法，其包括：

将处理液体分配到安装在位于处理室中的旋转卡盘上的旋转的晶片状物品上；

其中所述处理液体通过固定喷嘴组件分配，所述固定喷嘴组件延伸到所述处理室中，使得所述固定喷嘴组件的排放端穿过盖的中心开口，所述盖覆盖所述旋转卡盘并且固定到所述旋转卡盘以与其一起旋转；以及

通过向并入所述喷嘴组件中的冲洗喷嘴供应冲洗液体来冲洗所述盖的面向下方的表面，所述冲洗喷嘴被配置成将冲洗液体从所述喷嘴组件径向向外引导到所述盖的面向下方的表面上。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，在分配处理液体之后，通过向并入所述喷嘴组件中的中心喷嘴供应冲洗液体来冲洗所述晶片状物品的面向上方的表面。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，同时执行对所述盖的面向下方的所述表面的冲洗和对所述晶片状物品的面向上方的所述表面的冲洗。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，在冲洗所述盖的面向下方的所述表面之后，旋转所述旋转卡盘以便干燥所述盖的面向下方的所述表面。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，在冲洗所述盖的面向下方的所述表面和冲洗所述晶片状物品的面向上方的所述表面之后，旋转所述旋转卡盘以同时干燥所述盖的面向下方的所述表面和所述晶片状物品的面向上方的所述表面。

具体而言，本发明的一些方面可以阐述如下：

1.一种用于处理晶片状物品的装置，其包括：

处理室；

位于所述处理室内的旋转卡盘，所述旋转卡盘被配置为将晶片状物品保持在预定处理位置；

覆盖所述旋转卡盘并且固定到所述旋转卡盘或与所述旋转卡盘一体形成以与其一起旋转的盖，所述盖具有中心开口；以及

固定喷嘴组件，其延伸到所述处理室中，使得所述固定喷嘴组件的排放端穿过所述盖的所述中心开口；

所述喷嘴组件包括冲洗喷嘴，所述冲洗喷嘴被配置成将冲洗液体从所述喷嘴组件径向向外引导至所述盖的面向下方的表面上。

2.根据条款1所述的装置，其中所述冲洗喷嘴包括环形排放出口。

3.根据条款2所述的装置，其中所述冲洗喷嘴包括使冲洗液体从所述喷嘴组件径向向外偏转的环形肩部。

4.根据条款1所述的装置，其中所述盖是圆顶形的。

5.根据条款1所述的装置，其中所述喷嘴组件还包括至少一个处理液体喷嘴，所述处理液体喷嘴被配置为将处理液体朝向所述旋转卡盘向下引导而不首先接触所述盖。

6.根据条款1所述的装置，其中所述喷嘴组件还包括用于将处理气体或液体供应到所述旋转卡盘的中心喷嘴。

7.根据条款6所述的装置，其中所述环形冲洗喷嘴围绕所述中心喷嘴。

8.根据条款7所述的装置，其中所述环形冲洗喷嘴的所述肩部与所述中心喷嘴的外表面一体形成。

9.根据条款1所述的装置，其中所述盖和所述处理室的上部限定气体分配室，并且其中所述盖包括在其中心区域和外围区域中的每一个中形成的多个开口，从而在晶片状物品被所述旋转卡盘保持时将处理气体从所述气体分配室提供到该晶片状物品的表面。

10.根据条款9所述的装置，其中所述多个开口中的每一个具有在0.3至2.0mm²范围内的横截面积。

11.根据条款9所述的装置，其中所述多个开口包括至少20个所述开口。

12.根据条款9所述的装置，其还包括位于所述喷嘴组件的径向外侧的至少一个气体供应喷嘴，所述至少一个气体供应喷嘴向所述气体分配室供应处理气体。

13.根据条款1所述的装置，其中所述盖在其整个面向下方的表面上连续弯曲。

14.根据条款1所述的装置，其中所述冲洗喷嘴的排放出口和所述喷嘴组件的下侧表面在位于所述盖的所述中心开口的下端附近的尖锐边缘处相接。

15.根据条款1所述的装置，其中所述旋转卡盘包括磁转子，所述装置还包括安装在所述处理室外部并围绕所述磁转子的磁定子。

16.一种用于处理晶片状物品的方法，其包括：

将处理液体分配到安装在位于处理室中的旋转卡盘上的旋转的晶片状物品上；

其中所述处理液体通过固定喷嘴组件分配，所述固定喷嘴组件延伸到所述处理室中，使得所述固定喷嘴组件的排放端穿过盖的中心开口，所述盖覆盖所述旋转卡盘并且固定到所述旋转卡盘以与其一起旋转；以及

通过向并入所述喷嘴组件中的冲洗喷嘴供应冲洗液体来冲洗所述盖的面向下方的表面，所述冲洗喷嘴被配置成将冲洗液体从所述喷嘴组件径向向外引导至所述盖的面向下方的所述表面上。

17.根据条款16所述的方法，其还包括在处理液体的所述分配之后，通过向并入所述喷嘴组件中的中心喷嘴供应冲洗液体来冲洗所述晶片状物品的面向上方的表面。

18.根据条款17所述的方法，其中对所述盖的面向下方的所述表面的所述冲洗和对所述晶片状物品的面向上方的所述表面的所述冲洗是同时执行的。

19.根据条款16所述的方法，其还包括在所述盖的面向下方的所述表面的所述冲洗之后，旋转所述旋转卡盘，以便干燥所述盖的面向下方的所述表面。

20.根据条款16所述的方法，其还包括在所述盖的面向下方的所述表面的所述冲洗和所述晶片状物品的面向上方的所述表面的所述冲洗之后，旋转所述旋转卡盘，以便同时干燥所述盖的面向下方的所述表面和所述晶片状物品的面向上方的所述表面。

附图说明

在阅读了参照附图给出的本发明的优选实施方式的以下详细描述之后，本发明的其它目的、特征和优点将变得更加明显，其中：

图1是根据本发明的第一实施方式的装置的说明性截面图；

图2是在图1的实施方式中使用的气体喷头的出口盖的平面图；

图3是部分剖视的透视图，示出了图1的实施方式的附加细节；以及

图4是图3中的细节iv的放大图。

具体实施方式

现在参考图1，根据本发明的第一实施方式的用于处理晶片状物品的表面的装置包括封闭的处理室13，在处理室13中布置有环形旋转卡盘16。旋转卡盘16是磁转子，其由位于室外的定子17围绕，使得磁转子在室13内自由旋转并悬浮而不接触室壁。室13在其上端由刚性地固定到其上的盖14封闭。

这种磁转子卡盘的其它结构细节在例如共同拥有的美国专利no.8,646,767中描述。

环形旋转卡盘16具有一系列圆形的向下悬置的夹持销19，夹持销19在处理期间可释放地保持晶片w。设置下分配单元22，以便向在室13内的晶片w的面向下方的那一侧提供液体和/或气体。加热器31设置在室13内，以便将晶片w加热到期望的温度，具体取决于正在进行的处理。加热器31优选地包括多个蓝色led灯，相对于室13的部件，蓝色led灯的辐射输出倾向于优选地被硅晶片吸收。

上分配单元包括外部气体管道27和同轴地布置在外部气体管道27内的内部液体管道25。管道25、27都横穿盖14，并且使得液体和气体能被供应到在室13内的晶片w的面向上方的那一侧。上分配单元还包括向环形喷嘴24供应气体的管道23，环形喷嘴24中形成有如将在下面更详细地解释的至少一个侧喷嘴。

上分配单元还包括管道36，其提供用于原位清洁的冲洗液体，如下面也将详细解释的。

气体喷头在其下侧由出口盖28限定，出口盖28也在图2中的平面图中示出。在该实施方式中，出口盖28具有圆顶形状并且包括多个排放孔29，孔29允许处理气体流出气体喷头之外，从气体分配室37到达与晶片w的面向上方的那侧相邻的区域。该实施方式中的排放孔29各自具有在0.3至2.0mm²，优选0.5至1.5mm²，更优选0.7至1.2mm²范围内的横截面积。优选具有至少20个孔29，更优选至少50个孔29，更优选至少80个孔29，甚至更优选300个孔29。

出口圆顶28刚性地固定到旋转卡盘16或与旋转卡盘16一体形成，并因此与旋转卡盘16一起旋转。另一方面，管道25、27固定地安装在室13的盖14中，并且以微小的间隙通过形成在圆顶28中的中心开口。

如图2所示，在圆顶28的中心区域和外围区域中的每一个中存在多个这些孔29，其中所述中心区域被定义为圆顶28的半径的一半30内的区域，而所述外围区域被定义为半径的一半30之外的区域。

返回图1，将会看到，通过处理气体供应管道34向气体分配室37供应处理气体，处理气体供应管道34又与处理气体源(未示出)连通，处理气体在优选实施方式中是含臭氧的气体。

附加的气体管道40设置在室13的外周边附近，并且将净化气体(例如n2)引入到限定在旋转卡盘16的外周边和室13的周围圆柱形壁之间的间隙中。来自喷嘴40的气体还形成使得从喷嘴34供应的处理气体被限制在分配室37内的边界。

如图3所示，该实施方式中的圆顶28与旋转卡盘16一体形成。喷嘴组件21的下端穿过圆顶28中的中心开口，并且在这两个部件之间限定环形间隙26。

旋转卡盘16还包括上述的夹持销19以及滚针轴承18，所述滚针轴承18向下推动销19，使得在销19的上端处的齿轮保持与公共环形齿轮15的齿状部分连续啮合接合，例如在共同拥有的美国专利no.8,646,767和美国公开专利申请no.2015/0008632中所描述的。

间隙或环形间隙26是必要的，以允许具有整体圆顶28的旋转卡盘16相对于安装在装置的盖14中的固定喷嘴组件21旋转。

喷嘴组件21还包括喷嘴块24，从管道23向喷嘴块24供应气体，管道23中形成至少一个侧喷嘴32，侧喷嘴32引导邻近该环形间隙26的气体，如图4所示。侧喷嘴32优选地供应有惰性气体(例如n2)，以控制或防止处理气体通过间隙33和26的不期望的流动。

将注意到，喷嘴32的孔明显窄于喷嘴32的入口和出口处的流动路径的面积。喷嘴32此外定位成邻近间隙26但仍在间隙26的径向外部。因此，随着惰性气体通过喷嘴32并从喷嘴32排出，惰性气体在喷嘴32内被加速，这又通过文丘里效应在环形间隙26的上端产生减小的压力。该减小的压力阻碍或防止任何不期望的处理气体流入间隙26，否则这些就会发生。

冲洗液体源(未示出)供应冲洗液体(例如去离子水)到管道36。管道36将冲洗液体排放到喷嘴组件21中形成的围绕同轴喷嘴25、27的环形凹部38中。然后冲洗液体沿着喷嘴27的外竖直表面向下流动，如图4中向下指向的虚线箭头所示。

在该实施方式中，喷嘴对25、27形成有径向向外突出的肩部，该肩部提供基本上水平的环形表面39，当冲洗液体离开喷嘴组件的外壳21时冲洗液体冲击在环形表面39上。当冲洗液体冲击在环形肩部表面39上时，冲洗液体被径向向外重定向，如图4中的虚线箭头所示。

特别地，偏转的肩部表面39的位置及其倾斜角度被选择成使得冲洗液体将被喷射到圆顶28的面向下方的表面上，以便溶解并冲洗掉在室13中的晶片处理期间累积在圆顶28的面向下方的表面上的聚合物基残余物。

应当理解，凹部38和出口表面39不需要是环形的；相反，它们可以仅仅在喷嘴对25、27的圆周的有限部分上方形成，因为当具有集成的圆顶28的卡盘16旋转时，冲洗液体在那种情况下仍然施加到圆顶28的整个面向下方的表面。

在该实施方式中，同轴环绕喷嘴27还连接到冲洗液体(诸如去离子水)的供应源(未示出)，而中心喷嘴25供应有气体，该气体可以是处理气体或用于干燥晶片的惰性气体。

管道36和喷嘴27优选彼此独立地供应有冲洗液体，使得可以通过这些元件中的任一个或两者任意供应冲洗液体。

从图4中可以看出，偏转表面39优选地以锐角与喷嘴对25、27的相邻成角度表面相接，这有助于防止冲洗液体迁移到间隙26中。此外，喷嘴组件的在室13内面向下方的表面以及圆顶28的面向下方的表面优选地由亲水材料制成，或者设置有亲水涂层或表面处理，以有助于那些表面的冲洗和干燥。

上述冲洗能力的优点在于，可以在不使装置停止使用的情况下清洁圆顶28的面向下方的表面，否则难以接近这些表面。实际上，即使在晶片w定位在旋转卡盘16上时，也可以执行经由管道36、凹部38和偏转肩部39冲洗圆顶28的面向下方的表面，并且如果需要，同时使用喷嘴27冲洗晶片。在以这种方式冲洗晶片w和/或冲洗圆顶28的面向下方的表面之后，然后增强旋转卡盘的旋转，以便实现冲洗过的表面的干燥，在此期间冲洗液体至少不被供应到管道36(在仅干燥圆顶表面的情况下)，并且在该时间期间，气体可选地通过管道25供应。

虽然已经结合本发明的各种优选实施方式描述了本发明，但是应当理解，提供这些实施方式仅仅是为了说明本发明，并且本发明不限于这些实施方式，而是包括由所附权利要求的真实范围和精神所涵盖的内容。