用于在处理室中处理微电子衬底的磁悬浮且旋转的卡盘的制作方法
本申请要求于2016年11月9日提交的美国临时专利申请第62/419,662号的优先权，其全部内容出于所有目的通过引用并入本文。
本公开涉及用于处理衬底的表面、并且具体地用于从衬底的表面清除残留物、碎屑和其他材料的装置及方法。
背景技术：
随着有源元件日益增加的密度，微电子技术的进步使集成电路(ic)形成在衬底，例如半导体衬底上。通过对衬底上的各种材料的顺序施加、处理和选择性去除来执行ic的形成。并且，在形成期间，衬底的暴露表面需要清洁步骤以周期性地去除工艺残留物和碎屑。已经开发了各种构造以用于在包括干法和湿法清洁技术的半导体衬底处理中从衬底去除特定类别的材料。另外，使用若干不同类型的设备在各种条件下将衬底暴露于清洁化学品。该设备的一个重要方面是在以均匀的方式清洁衬底的同时实现高吞吐量并且使由该设备生成的任何碎屑或颗粒最小化。
微电子工业中已知的一个清洁策略使用粒子流从工件表面去除污染物。这种类型的低温处理使用一个或更多个合适的喷嘴来将加压且冷却的流体(其可以是液体和/或气体并且可以包括一些夹带的固体材料)扩展(expand)至低压处理室中。这导致流体生成处理流。该流的能量用于从表面移动(dislodge)并去除污染物。各种类型的这种低温处理流被称为低温气溶胶、低温气溶胶射流、纳米气溶胶粒子、气体喷射簇等。低温清洁工具的良好示例可以是来自美国明尼苏达州，查斯卡的telfsi公司的商品名
在典型的低温处理中，将处理喷雾从至少一个喷嘴分配至处理室中。将微电子衬底形式的工件保持在可旋转且可平移卡盘上。卡盘在一个或更多个喷嘴下平移和/或旋转。实际上，卡盘的平移和/或旋转使喷嘴扫描衬底表面以根据需要处理衬底表面的全部或一部分。
已经使用马达、齿轮和其他机械元件来平移和旋转保持工件的卡盘。移动部件与用于辅助机械功能的润滑剂和润滑脂之间的摩擦已经成为工件上的污染的来源。当在处理期间生成污染时，清洁处理往往不太有效。
常规处理的另一个问题涉及用于执行处理的循环时间。典型的处理开始于其中在室中建立了合适的真空以执行期望的低温处理的转变。在处理期间或之后，该室可以向上排气以增加压力，例如当将衬底装载至室或者将衬底从室卸载时可能发生的情况。发生太快的真空或排气可能导致机械组件中的润滑剂和润滑脂在室内移动，导致对衬底的潜在污染。例如，由这些系统生成的污染包括润滑脂、颗粒和释气蒸汽，这在实现产品性能目标时成为问题。蒸汽可以凝结并形成衬底上的污染。蒸汽还可以吸附至衬底表面上并且形成污染物膜。为了最大限度的降低该风险，排空或排气发生得更慢以避免这种污染的风险。期望更快地发生压力改变，以减少循环时间并且获得更多吞吐量。
已经以若干方式设计了衬底清洁设备以获得有效且均匀的清洁结果同时最大限度的减少颗粒并且获得高吞吐量。因此，对清洁效率(例如，颗粒/缺陷减少)或均匀性同时还提高吞吐量的任何改进是产业内期望的。
技术实现要素：
本文公开了用于使用可旋转且可平移卡盘组件来进行半导体制造的清洁系统和方法，该可旋转且可平移卡盘组件包括用于卡盘的磁悬浮和旋转功能。旋转的卡盘部件在悬浮和旋转时没有物理接触其他卡盘部件。这消除了其摩擦或润滑剂可能生成污染的相应部件。本发明的低摩擦卡盘功能用在工件在处理期间被支承在旋转的支承上的任何制造工具中均有用。卡盘在低温清洁处理中特别有用。通过避免用于该旋转界面的润滑剂的使用，处理室可以更快地排空和/或向上排气。这极大地减少了用于低温处理的循环时间。
本文中的技术包括使被处理的衬底悬浮和旋转的磁驱动系统。基于该功能，这样的驱动机构在本文中被称为磁悬浮驱动机构。这样的技术可以在旋转界面处代替马达、齿轮和轴承，从而减少相关联的污染。此外，设置在基于真空的半导体处理室内的这种磁悬浮卡盘使衬底在室内旋转和/或平移。实施方式可以包括将悬浮的一个或更多个转子以及一个或更多个定子(例如，绕组)两者定位在处理室内并定位至卡盘本身中。将旋转机构的两个主要部件定位在室内并且在卡盘中有益于横向地平移衬底保持器(卡盘)同时保持定子部件与转子部件之间的准确的公差。
另外，本文中的技术包括具有以下表面积或占地面积的一个或更多个定子/转子对，该表面积或占地面积与正被处理的衬底的占地面积相比大约相同或更小，或者与在工艺处理期间固定衬底的支承部件(例如，旋转板)的占地面积相比相同或更小。这种紧凑的尺寸有益于横向平移以及有助于更容易地从处理室中排出颗粒和残留物。另一优势是该紧凑部署还减小了室的整体尺寸。
本文中的技术包括用于低于大气压的半导体处理系统的磁悬浮衬底运动系统，在该低于大气压的半导体处理系统中，定子和转子两者共存于与衬底相同的真空环境中。可以使用更适于真空环境的材料来设计转子机构和定子机构两者。
本发明的磁悬浮和旋转设计代替通常用于使衬底旋转的移动部件的一部分。已经实践了磁驱动旋转的先前实施方式。然而，磁定子绕组的许多常规实施方式被认为是“脏的”并且也没有置于处理室中以避免暴露于真空以最大限度的减少颗粒或污染问题。这种常规的磁悬浮和旋转实施方式通过真空壁将转子与磁定子分开以避免该问题使得仅转子位于室内。结果是磁定子直径大于相关联的室的直径或衬底而产生更大的工具占地面积。
此外，这些常规的实施方式不包括同时使卡盘平移和旋转两者。因此，这些常规的实施方式因为没有平移而能够保持定子与转子之间的关系。例如，定子围绕处理室的一部分以保持与转子的均匀的电磁耦合。在大部分情况下，通过在处理期间保持定子与转子之间的相对恒定的距离能够实现对转子的均匀控制。相比之下，当转子相对于定子平移时准确地控制转子悬浮和旋转是不实际或不经济的。
通过将磁定子和转子设置在处理室内并设置至卡盘本身中能够实现本文中公开的平移/旋转方法。此外，期望地，包括绕组的磁定子组件中使用的材料被修改成真空兼容的(能够存在于真空环境中而没有过度损坏或缩短寿命)并且/或者不将可能沉积在衬底上的污染释放或生成至环境中。除了材料选择以外，通过将磁定子和转子放在衬底卡盘下面来最大限度的减少琐屑以防止颗粒到达衬底的正面。另外，室的真空导管开口可以位于衬底平面下方以增加生成污染(如果有的话)的悬浮系统产生到达衬底正面的更小风险的可能性。
通过本发明的说明性实施方式提供的另一优势涉及热管理。磁驱动器实际上是在操作期间生成热量的电动机。由磁性生成的热量需要被消散，这由于真空是如此好的热绝缘体而在处理室的真空环境中具有挑战性。为了解决该技术挑战，本发明的实施方式将导热材料部署在卡盘本身中以及部署至室中的保持卡盘的结构中。这提供使热量远离磁驱动器进行热传导的路径。在本发明的原理下，使用磁驱动器来悬浮和旋转。悬浮往往是需要消散的热量的主要来源。
在一个方面中，本发明涉及一种用于处理微电子衬底的装置，包括：
a)壳体，其被配置成提供处理室，微电子衬底在该处理室中经受处理；
b)可旋转卡盘，其被设置在处理室内，其中，可旋转卡盘被配置成在处理的至少一部分期间保持微电子衬底，其中，卡盘包括第一卡盘部分和第二卡盘部分，其中，第二卡盘部分独立于第一卡盘部分悬浮和旋转，并且其中，第二卡盘部分在处理的至少一部分期间保持微电子衬底；以及
c)磁驱动机构，其以有效引起第二卡盘部分相对于第一卡盘部分的磁悬浮和旋转的方式被并入可旋转且可平移卡盘。
在另一方面中，本发明涉及一种用于处理微电子衬底的装置，包括：
a)处理室，微电子衬底在处理期间位于该处理室中；
b)可旋转卡盘，其被设置在真空闭合件内，其中，可旋转且可平移卡盘被配置成在处理的至少一部分期间保持微电子衬底，其中，卡盘包括第一卡盘部分和第二卡盘部分，其中，第二卡盘部分独立于第一卡盘部分悬浮和旋转，并且其中，第二卡盘部分在处理的至少一部分期间保持微电子衬底；以及
c)磁驱动器，其被并入卡盘并且能够使第二卡盘部分相对于第一卡盘部分悬浮和旋转，其中，悬浮和旋转驱动器包括被并入第一卡盘部分的至少一个磁定子和被并入第二部分的至少一个转子，该第二部分通过至少一个定子被磁悬浮和可旋转地驱动。
在另一方面中，本发明涉及一种处理微电子衬底的方法，包括如下的步骤：
a)提供包括处理室的装置；
b)将微电子衬底保持在卡盘上，其中，卡盘包括第一卡盘部分和第二卡盘部分，其中，第二卡盘部分独立于第一卡盘部分悬浮和旋转，并且其中，第二卡盘部分保持微电子衬底；
c)使保持衬底的第二卡盘部分在衬底处理期间悬浮和旋转。
在另一方面中，本发明涉及一种用于处理微电子衬底的装置，包括：
a)壳体，其被配置成提供处理室，微电子衬底在该处理室中经受处理，其中，处理室被配置成在处理的至少一部分期间提供低于大气压的环境；
b)流体供应，所述供应包括加压的处理流体；
c)可平移且可旋转卡盘，其被设置在处理室内，其中，可平移且可旋转卡盘被配置成在处理的至少一部分期间保持微电子衬底，其中，卡盘包括第一卡盘部分和第二卡盘部分，其中，第二卡盘部分独立于第一卡盘部分悬浮和旋转，并且其中，第二卡盘部分在处理的至少一部分期间保持微电子衬底；
d)喷嘴，其耦接至流体供应并设置在处理室中并且被配置成在处理的至少一部分期间使用处理流体将处理分配至卡盘上保持的微电子衬底上；
e)平移机构，其以有效沿处理室内的路径平移卡盘以引起卡盘与喷嘴之间的相对平移运动的方式耦接至第一卡盘部分；
g)磁驱动机构，其以有效引起第二卡盘部分相对于第一卡盘部分的磁悬浮和旋转的方式被并入可旋转且可平移卡盘。
出于清楚的目的，已经呈现了如本文中描述的不同步骤的讨论顺序。通常，可以以任何合适的顺序来执行这些步骤。另外，尽管可以在本公开的不同位置处讨论本文中的不同特征、技术、配置等中的每一个，但是概念中的每一个旨在可以彼此独立地或彼此组合地执行。
注意，该发明内容部分没有指定本公开或所要求保护的发明的每个实施方式和/或递增的新颖方面。而是，本发明内容仅提供优于常规技术的不同的实施方式和相应的新颖点的初级讨论。对于本发明和实施方式的附加细节和/或可能的观点，读者可以参考如下进一步讨论的本公开的具体实施方式部分和相应的附图。
附图说明
并入且构成该说明书的一部分的附图示出了本发明的实施方式，并且与上面给出的本发明的一般描述和下面给出的详细描述一起用于解释本发明。
图1包括根据本公开的至少一个实施方式的使用处理喷雾来处理微电子衬底的清洁装置的形式的装置的示意图，其中，可旋转且可平移卡盘处于第一配置，在该第一配置中，第二卡盘部分相对于第一卡盘部分磁悬浮并且相对于第一卡盘部分围绕旋转轴旋转，同时平移机构沿平移路径平移卡盘，并且其中，卡盘被定位成使喷嘴靠近衬底的边缘以开始处理(也适用于结束处理)。
图2包括图1的装置的示出耦接至平移机构的一部分的可旋转且可平移卡盘的一部分的透视图。
图3示出了图1的装置的第二配置，其中，卡盘的平移已经发生以引起卡盘与喷嘴之间的相对运动使得喷嘴相对于图1从衬底的边缘跨衬底扫描至中心。
图4示出了图1的装置的第三配置，在该第三配置中，第二卡盘部分被支承在第一卡盘部分上使得第二卡盘部分相对于第一卡盘部分磁悬浮但不旋转，并且已经平移至处理室中的一定位置使得喷嘴远离衬底，如可能发生在处理之前或之后或者当衬底被装载至处理室中或从处理室中取出时。
图5示出了包括加热器功能以及根据本发明的原理的磁悬浮和旋转功能的可旋转且可平移卡盘的一个实施方式的侧截面图。
图6示意性地示出了具有根据本发明的原理的磁悬浮和旋转功能以及允许加热器功能被并入卡盘的特征的可旋转且可平移卡盘的替选实施方式的分解透视图。
图7是使磁悬浮驱动器和加热器移除的图6的卡盘的组装透视图。
具体实施方式
下面描述的本发明的实施方式不旨在穷尽或者不旨在将本发明限制为下面的具体实施方式中公开的确切形式。而是，选择并描述的本实施方式的目的是使得可以有助于本发明的原理和实践的领域的其他技术人员的理解和领会。
本文中的技术包括在例如高污染敏感性的半导体衬底正被处理的真空室内部署磁悬浮和旋转驱动系统。这是通过消除定子与转子之间的真空壁并且代替地将至少一个定子/转子对并入真空环境本身内的可旋转且可平移卡盘中来完成。以这种方式，定子部件和转子部件一起平移，同时转子和附接至转子的部件可以根据需要独立于一个或更多个定子和附接至定子的部件旋转。这与将定子定位在处理室外而仅有转子处于室内的常规系统形成对比。
可以将本发明的原理使用在微电子衬底在一个或更多个处理的过程期间被支承在旋转卡盘上的任何微电子处理或制造系统中。对于准确的卡盘旋转而言，重要的是准确地保持定子与相应的转子之间的关系。有利地，因为定子部件和转子部件两者被并入卡盘，所以不但在卡盘围绕轴旋转时而且在卡盘平移或穿过处理室时可以保持定子与相应的转子之间的紧密公差。
这使本发明的可旋转且可平移卡盘实施方式在清洁工具例如可从明尼苏达州查斯卡的telfsi公司商购的
低温处理通常涉及从流体(气体和/或液体)进料流生成处理流的实践。进料流通常被加压并且可选地被冷却。当通过一个或更多个合适的喷嘴被扩展时，压力释放进一步冷却材料。这种流可以是气溶胶喷雾、气体喷射喷雾、气体簇等形式。低温处理流通过传递足够的能量以克服污染物与微电子衬底之间的粘附力来移动微电子衬底表面上的污染物。因此，可以期望产生合适能量的这种处理流(例如，在一些实施方式中气溶胶喷雾和/或气体簇喷射喷雾)。与清洁能力相关的处理喷雾的能量是质量和速度的函数。可以通过增加速度或质量来增加能量。增加的能量对于克服污染物与衬底表面之间的强的粘附力可能是重要的，包括在较大的污染物以及甚至在污染物较小(<100纳米)时两者的情况。
为了避免过度污染衬底，期望地，可以对于不但真空兼容(能够在维护或更换之前以适当的使用寿命存在真空环境中)而且不过度释放或产生可能沉积在衬底表面上的处理环境中的污染的一个或更多个定子(包括绕组)和/或一个或更多个转子来选择材料。还可以选择这样的材料以有助于使热量远离绕组和其他定子部件传导。可选地，至少一个定子120的至少一部分涂覆有在处理室被配置成提供低于大气压的环境时有效减少从磁定子120进入处理室的释气的保护层。在示例性实施方式中，保护层可以包括如下材料中的至少之一：至少一种聚碳酸酯、至少一种氟聚合物、至少一种聚酰亚胺、至少一种聚苯乙烯、peek、至少一种环氧树脂或其任何组合。
氟聚合物可以包括氟弹性体(包括但不限于在astmd1418下的名称fkm或在iso/din1629下的fpm中的一种或更多种中可用的那些)。其他氟弹性体包括ffkm(全氟弹性体)、fepm(四氟乙烯/丙烯橡胶)或这些的组合。其他合适的氟聚合物包括ptfe(聚四氟乙烯)、pfa(全氟烷氧基烷烃)、pvdf(聚偏二氟乙烯)、pctfe(聚三氟氯乙烯)以及这些的组合。
转子也可以由与真空处理兼容的合适的材料制成。这种材料的一个示例是铁素体不锈钢。铁素体不锈钢与通常对磁体没有反应的奥氏体不锈钢相比倾向于对磁体作出反应。
将定子部件和转子部件并入卡盘本身提供紧凑且具有小的占地面积的旋转驱动机构。即使不需要可平移卡盘功能，紧凑型的尺寸和占地面积也在具有可旋转卡盘的任何系统中有用。因此，除了提供具有可旋转且可平移卡盘的紧凑型系统以外，卡盘的更小的占地面积和尺寸还可以减少旋转且不平移卡盘的占地面积。这可以是期望的，例如，以降低制造成本或者减小使用卡盘的整个工具的尺寸。此外，如果能够例如通过在共同平台上使更多室聚集在一起来使用更大量的室，则显著地增加设施的处理吞吐量。附加的室使得每平方英尺的设施空间能够同时处理更多衬底以提高吞吐量。通过避免在旋转界面处的润滑剂或润滑脂，使用磁驱动器还减少降低或增加压力的循环时间。
本发明的重要优势是能够减少在非环境压力下发生的处理中的循环时间。例如，在实际开始处理之前，通常在处理开始之前就建立了处理室中的压力。在低温处理中，这通常意味着建立室中的真空。如果太快地建立真空，则常规卡盘旋转机构中的润滑脂和润滑剂可能倾向于移动至快速建立的低压环境中。产生的碎屑可能停留并污染室中的微电子衬底。为了避免这种情况，可能要缓慢地建立真空。当建立真空的时间段是实际处理时间本身的一个很大的部分，相当于实际处理时间本身或者甚至是实际处理时间本身的倍数时，这可能极大地增加循环时间。本发明的卡盘的关键优势是通过磁悬浮和旋转来实现卡盘旋转。不需要常规的基于齿轮的系统中使用的润滑剂和润滑脂。这允许压力改变例如，排空来建立真空或者向上排气来增加室内压力，以如真空设备允许的那样快速地发生，而不受避免润滑剂或润滑脂污染的需要的限制。期望地，通过将气体例如氮气引入至室108中发生向上排气。
参照图1和图2，本发明的原理将由低温处理系统100形式的装置来示出。系统100可以被用于使用处理喷雾104来处理微电子衬底102。在一些实施方式中，这种处理喷雾104可以是低温气溶胶、低温气溶胶射流、纳米气溶胶喷雾、气体喷射簇等形式。然而，本文中公开的平移和/或旋转系统不旨在限于仅出于说明目的而进行的低温处理设备。平移和/或旋转系统可以被并入工件在一个或更多个处理中的至少一部分期间需要被旋转的任何其他系统。系统100示出了本发明在低温处理背景内的示例性实现方式，其中，温度、压力、气体流量和许多其他工艺条件被控制成将衬底处理为本发明满足各种要求性能标准的许多功能的证明。
系统100包括被配置成提供处理室108的壳体106。处理室的压力能够控制成在处理的至少一部分期间提供低于大气压的环境。在代表性的实践模式中，处理室中建立的真空可以在1毫托至750托的范围内。通常，压力低于35托或者甚至低于10托以增强包括气溶胶和/或气体簇的处理喷雾104的形成。
例如，可以通过将相对高压且低温的气体和/或液体扩展至处理室104的低于大气压的环境中来形成低温处理喷雾。在说明性实施方式中，可以以10psig至900psig、优选地10psig至500psig、更优选地10psig至100psig的范围内的压力供应流体。流体的温度可以在50k至320k、优选地70k至320k、更优选地70k至150k的范围内。只要流体流可以流动并被分配至室中，一些实践模式可以涉及供应夹带有固体材料的流体。优选地，在一定压力和温度下供应流体使得流体包括气体和/或液体。
处理喷雾104通过一个或更多个合适的喷嘴被分配至处理室108中。出于说明的目的，示出了单个喷嘴110。喷嘴110从包括通过进料管线159耦接至喷嘴110的流体供应源156的流体供应系统(下面进一步描述)接收流体流(例如，一种或更多种气体和/或一种或更多种液体的流)。可选地，流体供应系统还可以合并冷却系统158以在通过喷嘴110扩展并被分配至处理室108中之前还将一种或更多种流体冷却至期望的温度。流体通过管线160从流体供应156供应至冷却系统158。经冷却的流体经由管线161从冷却系统158供应至进料管线159。
流体供应源156可以包括一种或更多种加压且冷却的流体。这样的流体可以是气体和/或液体。优选地，经加压且冷却的流体包括至少一种气体。合适的气体或液体的示例包括氮气、氩气、氦气(he)、氢气、氙气(xe)、co2、氖气、氪气、这些的组合等中的一种或更多种。在一个实施方式中，经加压且冷却的气体或液体是氩气。在另一个实施方式中，经加压且冷却的气体或液体是氮气。在另一个实施方式中，经加压且冷却的气体或液体包括氩气与氮气的摩尔比在1:100至100:1、优选地1:20至20:1、更优选地1:10至10:1的范围内的氮气和氩气。
在包括二氧化碳、氮气和/或氩气的这些实施方式中，流体还可以包括一种或更多种附加的气体或液体。在一个实施方式中，附加的气体或液体包括氦气、氢气、氖气或这些的组合，其中，一种或更多种附加的气体的总量与氩气、二氧化碳和/或氮气的摩尔比在1:100至100:1、优选地1:1至10:1的范围内。具体的混合物包括氩气和氦气；氩气和氢气；氩气、氢气和氦气；氮气和氦气；氮气和氢气；氮气、氢气和氦气；二氧化碳和氦气；二氧化碳和氢气；以及二氧化碳、氢气和氦气。
喷嘴110被配置成在流体流作为喷雾104被分配至处理室108中至喷嘴110下方的衬底102上时扩展并冷却流体流。如下进一步描述的，通过使衬底102平移和/或旋转来在喷嘴110下面扫描衬底102，以有助于确保衬底102被均匀地处理。喷嘴110可以以任何合适的角度瞄准卡盘112的上表面从而瞄准衬底102。在一个实施方式中，喷嘴被设置成垂直于卡盘112的上表面分配处理喷雾104。
可以相对于衬底102的上表面将喷嘴110部署在任何合适的距离处。在一个实施方式中，喷嘴110与衬底102的上表面之间的距离在0.5mm至200mm、优选地0.5mm至100mm、更优选地0.5mm至60mm、甚至更优选地2mm至50mm的范围内。
衬底102被保持在处理室108中设置的可旋转且可平移卡盘112上。因此，衬底102由可移动卡盘112保持同时衬底102在处理的至少一部分期间被平移和/或旋转。卡盘可以包括抓紧和/或支承特征107以有助于将衬底102固定在卡盘112上。可以使用各种各样的这样的抓紧和/或支承特征，例如在半导体处理领域内通常实践的技术中的任意技术将衬底102保持在卡盘112上。这些可以包括但不限于机械紧固件或夹具、真空吸附、钳形指、静止垫、静电吸附、这些的组合等。此外，卡盘112可以包括提升销、致动销、枢转臂等，以在衬底102经由晶片处理系统(未示出)手动地或自动地进入处理室108或者从处理室108取出时有助于将衬底124转移至可移动卡盘112以及从可移动卡盘112转移衬底124。
衬底102被示出为直接地接触卡盘112的上表面113。在一些实践模式中，衬底102可以被支承使得在衬底102与上表面113之间设置有小的间隙(未示出)。
可旋转且可平移卡盘112可以被平移以沿至少一个平移自由度152横向地穿过以便利于衬底102在喷嘴110下面的平移扫描。此外，可平移且可旋转卡盘112被配置成使衬底102旋转。在没有过度损坏衬底102上的特征的风险情况下，可以同时地或单独地进行平移和旋转以调整喷雾104在衬底102的全部或选定部分上的停留时间以调整清洁效率和吞吐量。
在高水平下，卡盘112合并用于小占地面积和磁悬浮及旋转的嵌套定子/转子设计以有助于避免污染源(例如，卡盘的内部部件)并且能够实现在处理期间使衬底102在喷嘴110下面平移和/或旋转。为此目的，嵌套定子/转子设计将用于使衬底102悬浮和旋转的定子电磁部件和转子电磁部件部署在卡盘的旋转部件下面。在示例性实施方式中，嵌套定子/转子设计能够实现对旋转部件的磁提升、旋转以及置中以能够使用单个喷嘴110来实现至衬底102的正侧表面区域的任何期望部分或全部上的喷雾处理。
磁悬浮和旋转卡盘112旨在使用电磁场来悬浮移动的卡盘部分并使卡盘部分围绕卡盘112的中心103处或附近的中心旋转轴126(z轴)旋转以提供衬底102的无摩擦或几乎无摩擦旋转。卡盘112被设计成在处理期间独立于如卡盘112在喷嘴110下面的平移运动或与平移运动同时使卡盘部件旋转。
保持定子120和转子122之间的准确关系对于准确的旋转以及实现好的处理性能是重要的。一种增强定子与转子的控制并使颗粒问题最小化的方法是协同卡盘112中的定子和转子本身。
卡盘112包括用作卡盘基座的第一卡盘部分114。第一卡盘部分114如下进一步描述地耦接至平移机构134。卡盘112还包括第二卡盘部分116。第二卡盘部分116旋转地耦合至第一卡盘部分114，使得第二卡盘部分116相对于第一卡盘部分114独立地悬浮和旋转。第二卡盘部分116保持衬底102。因此，第二卡盘部分116的旋转将相应的旋转传递至衬底102。
磁驱动系统118以有效使第二卡盘部分116相对于第一卡盘部分114独立地磁悬浮和旋转的方式被并入卡盘112中。磁驱动系统118使第二卡盘部分116从而使衬底102围绕旋转轴126旋转。可以致动磁驱动系统118以根据需要引起任一方向上的旋转例如顺时针旋转或逆时针旋转。
磁驱动系统118包括电磁耦合至转子系统以提供悬浮和旋转功能的定子系统。在说明性实施方式中，这些系统被示出为定子120和转子122。定子120以有效悬浮转子122并使转子122旋转的方式磁耦合至转子122。耦合至第二卡盘部分116的其他部分和衬底102，这也将悬浮和旋转传递至这些部件。图1至图3示出了处于第一配置的系统100，在该第一配置中，定子120被致动以使第二卡盘部分悬浮和旋转。在第一卡盘部分114与第二卡盘部分116之间产生间隙124。此外，保持衬底102的第二卡盘部分116经由旋转自由度128围绕旋转轴126旋转。优选地，旋转轴126垂直于上表面113。此外，在该第一配置中，喷嘴110靠近衬底的边缘。这对应于开始处理时的配置，在该配置中，当使衬底102在喷嘴110下方平移和旋转时，喷嘴110开始扫描衬底102。替选地，这还可以对应于处理阶段结束时的配置，在该配置中，喷嘴110已经完成对衬底102的扫描。
因此，能够由并入可旋转且可平移卡盘112的磁驱动系统118来实现衬底旋转。结果是磁驱动系统118在平移致动期间与可移动卡盘112一起在处理室104内平移。这允许在旋转和平移两者期间保持定子120与转子122之间的准确的关系。有利地，平移和旋转的组合能够使喷嘴110根据需要穿过衬底表面的全部或一部分。
通常，定子120可以由能够生成磁场的任何电磁部件制成，该磁场可以耦合至转子122以能够使提升、旋转和置中发生。定子120可以包括但不限于电磁线圈和/或磁体。在一个说明性实施方式中，定子120是被设计成在电流流过线圈时生成磁场的电磁线圈(未示出)或导线的绕组(未示出)。可以改变电流以改变每个定子的电磁场的幅度以将可控的电动势应用于转子122以使转子122悬浮并围绕旋转轴126准确地旋转。
在许多情况下，处理室108内的移动部件是由机械摩擦或者由用于减少移动部件之间的摩擦的润滑剂导致的潜在污染源。这种污染在衬底紧邻移动部件或润滑剂时甚至更成问题。在常规的实践中，例如，衬底可能被固定至机械旋转的卡盘，从而使衬底紧邻潜在的污染源。因此，期望用于减少处理室108内的摩擦源或润滑剂的使用的任何技术或改进。有利地，本发明通过消除与旋转功能相关联的许多摩擦和润滑剂源来显著地使该污染风险最小化。
本发明通过使第二卡盘部分116磁悬浮和旋转来实现这，这可选地还可以在卡盘112在被平移时被实践。当悬浮时，第二卡盘部分116没有接触第一卡盘部分114以在没有机械耦接并且没有使用润滑剂促进旋转的情况下提供无接触旋转。在处理进行时，定子可以磁提升并且旋转地驱动转子而无需在旋转期间定子和转子的接触。甚至在第二卡盘部分116不旋转的情况下，系统100的实施方式也使第二卡盘部分116相对于第一卡盘部分114保持在悬浮状态中。因此，使用卡盘112中的磁驱动系统118消除可能引起处理环境中的污染的来自旋转界面的主要摩擦和润滑剂。
另外，磁驱动系统118的该实施方式被设计成将定子120和转子122并入在衬底102下面，使得定子和转子完整地设置在衬底102下面。卡盘112的所产生的占地面积保持紧凑，使得卡盘112和衬底102的占地面积大体上相同。在一些实践模式中，卡盘112的总占地面积可能稍大于衬底102的占地面积。例如，卡盘占地面积可以比衬底占地面积大0至15％。占地面积的匹配有助于提供衬底102的表面上方的处理材料的良好的流动动力。下面卡盘部件的过度突出或凹进可能会干扰工艺流程并且可能导致可能影响处理性能的不期望的紊流。
磁驱动系统118可以被配置成在卡盘平移或没有卡盘平移的情况下以不同的速度以及在不同的旋转方向上使衬底102旋转以控制喷嘴在衬底102的全部或选定部分上方的停留时间。这提供一种调谐处理性能以及/或者使颗粒去除效率最大化的能力。在一些实施方式中，可以通过适当的选择独立地激活和去激活衬底102的旋转和/或平移以根据需要优化在喷嘴110下面的停留时间以改善性能和/或颗粒去除效率。在一个具体的实施方式中，使磁驱动系统118能够以高达1000rpm、优选地高达500rpm、更优选地高达300rpm的速度使衬底102旋转。
作为附加的部件，第一卡盘部分114包括温度控制部件132。温度控制部件位于第一卡盘部分114上并且向衬底102提供例如加热或冷却的温度控制。温度控制部件132耦接至第一卡盘部分114，使得定子120使转子122从而使第二卡盘部分116独立于加热器132悬浮和旋转。温度控制部件132可以包括可移动卡盘112内的加热/冷却元件，例如电阻加热元件或热电加热器/冷却器。加热对于防止移动的颗粒重新沉积在晶片上也是重要的(热泳效应)。可以使用加热系统来改进跨衬底102的温度不均匀性并且使基于处理喷雾104与处理室条件之间的温度差的温度导致的应力最小化。例如，在没有加热的情况下，使用冷处理流体可能导致衬底物理扭曲。加热有助于保持均匀的衬底温度以避免过度扭曲。加热还有助于防止移动的颗粒重新沉积在经清洁的衬底表面上。
优选地，温度控制部件132是加热器。加热可以减少由在衬底处理期间极大的温度改变引起的可移动卡盘112或衬底102上的凝结的可能性。通常，加热器可以能够根据需要将衬底表面加热至25℃至300℃的范围的温度。然而，在一个具体的实施方式中，加热元件温度范围是25℃至150℃、优选地30℃至120℃、更优选地40℃至110℃。
作为另一特征，第二卡盘部分116包括上表面113上的进入端口105(在图2中示出)以向下面的紧固件提供出口以用于组装、维护和服务。可以旋转第二卡盘部分116以使连续的紧固件处于进入端口105的视野中。
可旋转且可平移卡盘112附接至平移机构134。平移机构134以有效沿处理室108内的路径152平移卡盘112以引起卡盘112与喷嘴110之间的相对平移运动的方式耦接至卡盘112。因此，平移机构134的致动沿喷嘴110下面的路径152输送可移动卡盘112，以允许微电子衬底102移动穿过从喷嘴110分配的处理喷雾104。在实际效果中，可选地当衬底102旋转时，卡盘112的平移有助于喷嘴110跨衬底102扫描。可以将平移与旋转区分开，因为卡盘112的平移使卡盘112的旋转轴126从室108中的一个位置移动至另一个位置。在旋转时，甚至当卡盘112在室108中平移时，旋转轴126与卡盘112之间的相对位置没有改变。
平移机构134包括基座构件136、支承臂140、搁板构件138、平移杆142和平移驱动系统148。第一卡盘部分114附接至基座构件136。因此，基座构件136的平移引起卡盘112的相应平移。基座构件136的端141耦接至支承臂140的顶部，使得基座构件136从支承臂140向外悬臂。端141与卡盘112之间的间隙填充有搁板138以提供与衬底102齐平的光滑表面。这有助于在处理期间来自衬底102的处理材料的良好流动。期望地，基座构件136由导热材料例如铝制成以有助于使热量从并入卡盘112的磁驱动器消散。
每个支承臂140的基座连接至相应的平移杆142，所述平移杆142的第一端144连接至支承臂140并且所述平移杆142的第二端146耦接至平移驱动系统148。平移杆142的部分包括处理室108外的部分。当杆被致动以来回平移时，杆142的连续部分进入或离开由室108提供的真空闭合件。真空密封件150在用于杆142的壳体出口处提供环境紧封以有助于保持在该平移期间室108中的真空。
平移驱动系统148可以包括任何电气、机械、机电、液压或气动装置以允许杆142的致动。平移驱动系统148可以被设计成向设施装载、卸载和处理操作提供足够允许微电子衬底102的期望的平移的运动范围。例如，在处理期间，通过从喷嘴110散发的处理喷雾104的区域至少部分地扫描衬底102。在处理期间，衬底102可以在喷嘴110下面以合适的速率例如高达300mm/s平移穿过衬底102的一部分或整个直径，使得喷嘴110扫描衬底102的期望的部分。在许多实施方式中，处理喷雾104被实践成处理衬底102的整个表面。在结合平移运动时，衬底102旋转以辅助全部表面处理。
可以使用真空系统156来将分配至室108中的处理材料排空。还可以使用真空系统155来将处理室108建立并保持在适当的低于大气压的工艺压力下。真空系统114可以包括一个或更多个泵以能够使真空压力至期望的水平。
可以使用控制系统166(其可以包括一个或更多个集成控制装置)来监测、接收和/或储存工艺信息。例如，控制系统166可以包括存储器118以存储工艺方法、命令结构、用户接口、实时工艺信息、历史工艺信息、进料供应、温度控制、压力控制、加热控制、卡盘悬浮和旋转、卡盘平移、衬底装载和卸载、卡盘112上的衬底固定、工艺控制反馈等。控制器可以使用计算机处理器120来实现这些操作并且通过与系统100的其他部件连接的网络122接收并发出指令和其他信号。还具有仅控制悬浮和旋转的另一单独的装置。使用两个单独的盒子。
例如，控制系统166可以控制电磁场，所述电磁场考虑由在处理室108内平移的卡盘112引起的动量或加速度的改变来激励定子120。控制系统166可以提供使用连接至定子120的一个或更多个电流源(未示出)的该控制方案以用合适的方式来控制电磁场。可以经由使用到达室108内的定子120的真空密封的通路的一个或更多个电线(未示出)将电流源连接至定子120。作为另一控制示例，控制系统166可以控制温度控制部件132以出于诸如使热扭曲最小化以及/或者防止衬底102上或卡盘112上的凝结的目的来调整衬底102的温度。
从实际角度来看，在处理期间直接地监测衬底102的上表面的温度可能是困难的。相比之下，可以部署温度传感器以准确地测量并控制温度控制部件132的温度，因为该温度往往准确地与衬底温度相关。
图1示意性地示出了系统100的第一配置，在该第一配置中，第二卡盘部分相对于第一卡盘部分磁悬浮并且相对于第一卡盘部分围绕旋转轴126旋转，同时平移机构134沿平移路径152平移卡盘112。在该第一配置中，卡盘112定位成使喷嘴110靠近衬底102的边缘以开始处理。在喷嘴110已经完成由于衬底102的平移和旋转引起的跨衬底102的扫描之后，该位置也适用于结束处理。与该第一配置相比，图3示出了装置100的第二配置，其中，卡盘112还沿路径152的平移已经引起喷嘴110与卡盘112之间的相对运动，使得喷嘴110现在已经从边缘跨衬底102扫描至中心103。
图4示出了图1的装置100的第三配置，在该第三配置中，第二卡盘部分116被支承在第一卡盘部分114上，使得第二卡盘部分116悬浮但没有旋转，并且使得卡盘112已经平移至处理室108中的一定位置使得喷嘴110远离衬底102，如在处理之前或之后或者在衬底102被装载至处理室108中或从处理室108中取出时可能发生的情况。
图5示出了可旋转且可平移卡盘200的一个实施方式的侧截面图，该可旋转且可平移卡盘200包括加热器功能以及根据本发明的原理的磁悬浮和旋转功能。卡盘200处于磁悬浮发生而旋转没有发生的备用配置。卡盘200包括可旋转板或包括衬底保持特征177的衬底保持器176。该部件可以是铝。转子182由适配器机构180耦接至保持器176。转子182可以是环形的。适配器机构180可以是铝。当转子182耦接至保持器176时，适配器机构180被配置成提供间隙179。非旋转加热器178容纳在间隙179中。加热器178通过连接件187连接至基座构件186。基座构件186也可以是铝。定子184附接至基座构件186并且磁耦合至转子182。在操作时，定子184使转子182磁悬浮和旋转，将相应的悬浮和旋转传递至保持器176。基座构件186、定子184、加热器178和加热器连接件187构成第一卡盘部分。保持器176、适配器机构180和转子182构成可以独立于第一卡盘部分磁悬浮和旋转的第二卡盘部分。
图6和图7示意性地示出了具有根据本发明的原理的磁悬浮和旋转功能以及允许将加热器功能并入卡盘的特征的可旋转且可平移卡盘200的替选实施方式。卡盘200包括支承微电子衬底(未示出)的可旋转的旋转板202。
磁悬浮驱动器206包括定子部件和转子部件，所述定子部件和转子部件协作以提供磁悬浮和旋转功能。使用突片204来将旋转板202连接至磁悬浮驱动器206的转子部件。突片204有助于使转子部件和旋转板202的竖向和旋转运动同步。
将定子部件连接至卡盘基座210。定子部件使转子部件磁悬浮和旋转并且因此将相应的悬浮和旋转传递至旋转板202。使用加热器212来加热保持在旋转板202上的衬底。
加热器212具有插入在上板214与下板216之间的夹层结构的电阻加热元件218。上板214和下板216可以由铝制成以用于良好的热传递。加热器212由合适的连接构件(未示出)通过磁悬浮驱动器206的中央开口208连接至基座210。电阻加热元件218可以经由穿过加热器元件支座的导线(未示出)电连接至控制器，该加热器元件支座将基座板210与下加热器板216互连。
当部件被组装时，加热器212位于加热器间隙220中。突片204具有适当的尺寸以形成该间隙220同时还提供进一步的偏移空间使得在旋转部件与非旋转部件之间避免物理接触。磁悬浮驱动器206位于间隙222中。这将磁悬浮驱动器206定位在基座210与可旋转的旋转板202之间。耦接至基座210，转子部件和旋转板202独立于加热器212悬浮和旋转。期望地，基座210由导热材料例如铝制成以有助于使热量从磁驱动器206消散。
期望地，突片204包括弹性弯曲特性。这有助于适应旋转板202与转子部件之间的不同的热膨胀。
遍及该说明书对“一个实施方式”或“实施方式”的参考意味着结合实施方式描述的特定的特征、结构、材料或特性被包括在本发明的至少一个实施方式中，但不表示其存在于每个实施方式中。因此，遍及该说明书在各个地方处出现的短语“在一个实施方式中”或“在实施方式中”不一定指的是本发明的同一实施方式。此外，可以将特定的特征、结构、材料或特性以任何合适的方式组合在一个或更多个实施方式中。可以包括各个附加的层和/或结构以及/或者在其他实施方式中可以省略描述的特征。
如本文中使用的“微电子衬底”或“衬底”通常指的是在处理装置例如依照本发明的装置中处理的对象或工件，其中这种对象或工件旨在构成微电子装置的全部或一部分。微电子衬底可以包括装置、具体地半导体装置或其他电子装置的任何材料部分或结构，并且可以例如是基底衬底结构，例如在基底衬底结构诸如薄膜上或上面的半导体衬底或层。因此，衬底不旨在限于任何特定的基底结构、下层或上层、图案化或非图案化，而是设想衬底包括任何这种层或基底结构以及层和/或基底结构的任何组合。下面的描述可以参考特定类型的衬底，但是这仅是出于说明性的目的而不是限制。除了微电子衬底以外，还可以使用本文中描述的技术来清洁可以用于使用光刻技术来图案化微电子衬底的掩膜版衬底。
在前述描述中，已经阐述了具体的细节，例如处理系统的特定的几何形状以及其中使用的各种部件和工艺的描述。然而，应当理解，可以在不偏离这些具体细节的其他实施方式中实践本文中的技术，并且这种细节出于说明而不是限制的目的。已经参照附图描述了本文中公开的实施方式。类似地，出于说明的目的，已经阐述了具体的数目、材料和配置以提供全面的理解。然而，可以在没有这种具体细节的情况下实践实施方式。具有大体上相同功能构造的部件由相似的附图标记来表示，因此可以省略任何冗余描述。
各种技术已经被描述为多个离散的操作以辅助理解各个实施方式。描述的顺序不应被理解为暗示这些操作必定依赖于顺序。实际上，这些操作不需要以呈现的顺序执行。可以以与描述的实施方式相比不同的顺序来执行描述的操作。可以执行各种附加的操作，以及/或者可以在另外的实施方式中省略描述的操作。
本领域技术人员还将理解，可以存在对上面说明的技术的操作进行的许多变型同时仍实现本发明的相同的目标。这种变型旨在由该公开的范围覆盖。因此，本发明的实施方式的前述描述不旨在限制。而是，对本发明的实施方式的任何限制存在于所附权利要求书中。
本文中所述的所有专利、专利申请和公布的相应的全部内容出于所有目的通过引用被并入。仅为了清楚理解，给出了前述的具体实施方式。不应从中理解到不必要的限制。本发明不限于示出和描述的确切的细节，对于本领域技术人员而言明显的变型将包括在由权利要求书限定的本发明内。
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