专利名称：用于对晶片形物体进行液体处理的装置及工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于对晶片形物体(wafer-shaped article)的表面进行液体处理的装置及工艺。
背景技术：
液体处理包括湿法刻蚀和湿法清洁这两种，其中待处理晶片的表面区域由处理液体润湿，并且因此去除晶片的层或者因此带走杂质。在美国专利第4，903，717号中描述了用于液体处理的装置。在该装置中，晶片形物体安装在旋转夹盘上，并且处理液体从夹盘上方施加到晶片的不面对夹盘的表面上。可通过晶片的旋转运动来辅助液体的分布。这种旋转运动还可当液体在晶片边缘上横向甩出时有助于从晶片表面移除液体。’717专利公开了一种用气体来冲洗晶片的夹盘面对的表面的夹盘。当这样做时，在夹盘的周缘和晶片的面对夹盘的主表面的周缘之间形成环形喷嘴。流动的气体从该环形喷嘴排出并且因此限制了 处理液体能够流到晶片的夹盘面对表面上的程度；然而，在处理晶片的上主表面的同时未提供对晶片的边缘表面的限制性处理。美国专利第6，328，846号公开了在旋转夹盘的周边上的引导元件，所述引导元件选择性地接合由夹盘支撑的晶片的边缘并且因此在晶片被处理的同时限制晶片的非期望横向运动。公开了三个或多个柱形销在围绕晶片间隔布置并且移动以接合晶片的边缘时足以限制晶片的横向运动。销垂直于晶片和夹盘的主表面布置并且穿过孔在夹盘上方延伸。销在晶片边缘上方延伸并且在放置于夹盘上之后抵靠晶片而移动。在该专利所公开的实施方案中，晶片在夹盘上方浮于从夹盘排出的气垫上。气体冲洗晶片的面对夹盘的表面并且在晶片的周缘处从夹盘排出。’ 846专利公开了当销与晶片边缘接合时处理液体能够沿着销流动并且处理晶片的下面相对的主表面，导致在晶片边缘和夹盘面对表面上形成所谓的销标记。为了避免该问题，’ 846专利公开了与每个销相关联且位于销结构处以用气体冲洗销区域的单独的喷嘴。该气体防止处理液体沿着销流动并且防止处理边缘表面和晶片的夹盘面对表面(chuck-facing surface)
发明内容
在一些工艺中，期望在不对晶片的相对的主表面进行处理而且不对晶片的边缘表面进行处理的同时来处理晶片的主表面。在一些工艺中，进而期望防止沿着晶片的整个圆周处理晶片的边缘表面。还可期望的是，如果使用流率超过与将晶片吸引到夹盘的真空力形成平衡所需的流率的气体，则在这种处理期间限制晶片的垂直移位。特别地，对于利用晶片底侧的气体冲洗来控制施加到晶片顶侧的液体处理的夹盘而言，诸如’ 717和’ 846专利中所公开的，期望的是增加气体的流动以影响流动气体控制或限制处理液体的方式。然而，如果不将晶片紧固而抵抗这种垂直移动，则在这种夹盘中增加气流会提升起晶片而使其离开夹盘。
本发明的一个目的是在晶片的面向上表面的液体处理期间限制晶片的边缘和面向下表面的处理。本发明是通过引导气体的流动以与晶片边缘表面的轮廓大致符合来实现该目的的。气体冲洗边缘表面且因此防止施加到晶片的上主表面的处理液体处理由流动气体限定的晶片的边缘区域。在优选的实施方案中，多个环形喷嘴用于基本冲洗晶片边缘的整个周边。这些环形喷嘴限定了从晶片的面对这样的结构的表面测量到的窄且不太窄的环形通道，气体通过所述结构围绕晶片边缘流动，然后离开晶片的上表面。优选的实施方案还包括带有头部的夹持销，所述夹持销被构造为当晶片下方 的气流增加时限制晶片沿垂直方向的移动。所公开的实施方案为利用气流将晶片支撑在气垫上的旋转夹盘；然而，本发明还能够应用于处理其它材料的表面，例如在制造光盘和IXD显示面板时使用的玻璃主板和母板。
附示出了本发明的优选实施方案，并且连同随后的说明书一起用于进一步解释本发明。在附图中图I为用于单晶片湿法处理的装置的示意性立体图，所述装置包括旋转夹盘I并且承载晶片W，旋转夹盘I包括环件50 ；图2为图I中旋转夹盘的更加详细的部分剖面立体图；图3为图I的旋转夹盘的轴向截面图；图4为图3的细节IV的放大图；图5为图3的细节V的放大图；图6为在旋转夹盘I的不同角取向处与图2类似的视图；图7为图6的细节VII的放大图；图8为图7的细节VIII的放大图；以及图9为如图7所示的销56的立体图。
具体实施例方式在图I中，晶片W浮于气垫上，并且通过下面将详细说明的销来防止晶片W在旋转夹盘I上方向上移动而超过预定距离。处理液体通过扩散器2扩散到晶片上。如下面详细描述的，环件50被构造为防止处理液体处理晶片的底侧或者大于晶片边缘表面的预定量。如图2所示，旋转夹盘I包括三个基体元件下部10、中部20和上部30。下部和中部基体元件优选地由螺钉紧固到一起，螺钉中的一个显示为15。环件50通过安装螺钉51安装到夹盘上。环件具有容许夹紧销56贯通环件50且延伸到夹盘的上平面上方的开口。六个凹槽49形成在环件中以使仅接触边缘的夹紧器(例如，美国专利第5，762，391号中所述的)能够从夹盘移除晶片或者将晶片放置到夹盘上。在中部20和上部30之间存在能够填充清洁增压气体(例如，氮气)的空间25。空间25中的增压气体流过同心布置的三个喷嘴阵列内部喷嘴阵列32、中部喷嘴阵列33和外部喷嘴阵列34。通过喷嘴32、33、34排出的气体提供气垫，晶片浮于气垫上，并且气垫还有助于通过伯努利原理(Bernou Ili pr inc ip I e )将晶片紧固到夹盘。
在图3中，在下部10和中部20之间存在设置以容纳带齿齿圈73的空间，带齿齿圈73通过球轴承72与下部基体元件连接。当夹盘旋转几度时，能够通过杆71来固定齿圈73，以使齿圈73驱动销56而打开。通过弹簧(未示出)将齿轮保持在闭合位置。图4详细描绘出引导从喷嘴32、33和34排出的气体自晶片的夹盘面对表面到围绕晶片的边缘部分以及离开晶片的上表面的上部基体30和环件50的结构。基体上部30的上表面(面对晶片的夹 盘表面)在其周向区域中为锥形，并且形成了其顶点在夹盘的上表面以下的锥体。这样，当晶片W垂直于夹盘的旋转轴线并且距夹盘预定距离定位时，晶片的面向下的水平周边和夹盘上表面的锥形周边将一起限定环形喷嘴35，环形喷嘴35自夹盘径向向外缩窄并且终止于轴向限度“a”的环形开口。在所描述的实施方案中，开口 “a”为0.3mm。更一般地，开口 “a”优选地在0. Imm至Imm的范围内，更优选地在0. 2mm至0. 5mm的范围内。基体上部30的锥形周边由凸形的柱形肩件定界，柱形肩件面对环件50并且与环件50相隔环形间隙或空间36，环形间隙或空间36是通过该肩件径向向内限定的。空间36的其它边界为环件50的凹形柱形的径向面向内的表面、基体30的下部，以及晶片(在使用中)。气体从喷嘴35排入该空间中。第二环形喷嘴由形成在环件50上的锥形唇缘部37与上覆的晶片表面一起限定。在所示的实施方案中，离开喷嘴35并且通过间隙36的气体必须经过由唇缘部37和晶片形成的环形喷嘴，并且基本上从间隙36排出的所有气体均经过该环形喷嘴。该第二喷嘴是通过唇缘部37和晶片W之间在其最窄点处的距离差以及该点的上游的距离(即，空间或间歇36)形成的，在该点的上游，夹盘之间(S卩，环件和基体30)的该距离更大。如图所示，夹盘和晶片之间的距离在沿着唇缘部37的倾斜部分的流向上缩窄。而且，空间36中夹盘和晶片之间的更上游距离比沿着唇缘部37的倾斜部分的任何距离大。第三环形喷嘴是由肩件53和其面对的晶片W的周缘形成的。由唇缘部37和晶片形成的喷嘴排出的气体遭遇环形空间52。空间52包括比在唇缘部37处从晶片到夹盘的最窄距离大的从晶片到夹盘(即，环件50)的距离。而且，由肩件53形成的环形喷嘴的距离b代表与空间52中的那些距离相比夹盘到晶片的距离的相对缩窄。距离“b”优选地为0. 3mm至3mm，更优选地为0. 5mm至2mm。气体以防止处理液体处理晶片边缘表面的方式从第三喷嘴排出。图4中所示的三个环形喷嘴各自由夹盘和晶片的组合形成。对于每个喷嘴而言，夹盘的形状使得喷嘴的更上游部分限定比由喷嘴的更下游部分限定的距晶片的距离相对大的距晶片的距离。这些不同的距离对应于气体流经的不同的容积区域。图5描绘了螺钉51将环件50紧固到基体上部30的方式。尽管所示的实施方案提供了环件50，可选的实施方案可将形成多个周向环形喷嘴所需的结构集成到夹盘基体中。例如，环件50可集成到基体元件30，并且唇缘部37、肩件53以及这些元件之间的环形空间52可集成到基体元件30而不是环件50中。销56在其上端处具有特定形状以在处理期间限制晶片沿轴向的移动。每个销56的上端为蘑菇形并且在头部59处向外张开(见图8和图9)。环件50包括容许销穿过环件并且枢转通过其偏心运动范围的孔(见图8)。为了使为销设置的孔排液，在环件50中设置开口 55。齿轮73通过销的基座75处的互补齿轮轮齿(未示出)来驱动销。齿轮73通过旋转销来控制销在晶片上的打开和闭合。在晶片的常规处理中，当晶片被加载时，选择容许晶片在夹盘上方支撑在垫上而不接触夹盘的气流。该初始气流对应于通常在伯努里型夹盘中使用的气流，也就是说，选择流率使得晶片上的指向上的力基本抵消了由径向向外加速的气流形成的真空力。在销闭合并且晶片被约束而不进一步向上移位之后，可选择性地增加气流，这增加了气流的提升力。然而，晶片自夹盘的垂直提升将由于销而受限制。用与主体部相比直径增加的头部对销进行定形。通过使用这种销，晶片的垂直移动受限制，并且气体流率的增加提高了经过所述一系列环形喷嘴的气体的速率，而不是晶片距夹盘的距离。在下面的表中对根据本发明的示例性的晶片处理 的步骤进行说明
[表 0001]
表I
权利要求
1.一种用于处理衬底表面的装置，包括 保持器，其适于将衬底定位在预定的方向； 所述保持器的第一上周向表面适于与位于所述保持器上方的衬底限定第一喷嘴；所述保持器的第二上周向表面从所述第一上周向表面向外定位并且适于与位于所述保持器上方的衬底限定第二喷嘴； 其中，所述第一和第二上周向表面由形成在它们之间的凹槽分隔开； 气体供给，其被构造为提供横过所述第一和第二上周向表面指向外的气流；并且所述保持器的面向内的周向表面自所述第一和第二上周向表面向外定位并且面对位于所述保持器上的衬底的周缘，所述面向内的周向表面被构造为向上引导离开所述第二喷嘴的气流。
2.根据权利要求I所述的装置，其中，所述装置为用于单晶片湿法处理的器械，并且其中，所述保持器为旋转夹盘。
3.根据权利要求I所述的装置，进一步包括周向系列销，其适于接触位于所述保持器上的衬底的周缘，所述销自所述保持器向上延伸并且自所述第一上周向表面向外定位并且自所述面向内的周向表面至少部分向内。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述销具有扩大的头部，所述扩大的头部适于接合衬底的周缘，从而防止衬底的垂直向上位移。
5.根据权利要求I所述的装置，其中，所述凹槽为围绕所述第一喷嘴并且在所述第一和第二喷嘴之间轴向向下延伸的第一大致柱形间隙。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第二喷嘴和所述面向内的周向表面由限定第三环形喷嘴的第二大致柱形间隙分隔开，所述第二大致柱形间隙比所述第一大致柱形间隙宽并且轴向向下延伸至比所述第一大致柱形间隙的深度浅的深度。
7.根据权利要求I所述的装置，其中，所述保持器的所述第一和第二上周向表面为锥形并且形成了相应的锥体，所述锥体均具有自所述第一和第二上周向表面向下定位的顶点。
8.根据权利要求I所述的装置，其中，所述第一上周向表面形成在所述保持器的上部，并且所述第二上周向表面和所述面向内的周向表面形成在刚性紧固到所述保持器的所述上部的环件上。
9.一种用于处理衬底表面的工艺，包括 以预定距离将衬底约束在保持器的上方； 将气流引向所述衬底的面向下表面的周向区域，所述保持器包括与所述衬底限定第一喷嘴的第一上周向表面以及自所述第一上周向表面向外定位并且与所述衬底限定第二喷嘴的第二上周向表面， 所述第一和第二上周向表面由形成在它们之间的凹槽分隔开，并且面向内的周向表面自所述第一和第二上周向表面向外定位并且面对所述衬底的周缘； 其中，所述气流经过所述第一和第二喷嘴，然后由所述面向内的周向表面向上引导。
10.根据权利要求9所述的工艺，其中，通过接合所述衬底的周缘的一系列销将所述衬底约束在所述保持器上方所述预定距离处。
11.根据权利要求10所述的工艺，其中，以这样的流率供给所述气流如果所述衬底不受所述一系列销约束，则所述流率将所述衬底提升到所述预定距离以上。
12.根据权利要求11所述的工艺，其中，所述流率为50-400L/min。
13.根据权利要求11所述的工艺，其中，所述流率为200-300L/min。
14.根据权利要求9所述的工艺，其中，所述保持器为用于单晶片湿法处理的器械中的旋转夹盘，并且其中，所述衬底为半导体晶片。
15.根据权利要求9所述的工艺，其中，所述第一上周向表面形成在所述保持器的上部，并且所述第二上周向表面和所述面向内的周向表面形成在刚性紧固至所述保持器的所述上部的环件上。
全文摘要
用于单晶片湿法处理的器械中的旋转夹盘在其周向具有这样的结构与所支撑的晶片相结合，形成一系列环形喷嘴，所述环形喷嘴引导来自晶片的夹盘面对表面的流动气体，围绕晶片的边缘，并且将气体从晶片的非夹盘面对表面排出，从而防止施加到非夹盘面对表面的处理流体接触到晶片的边缘区域。带有扩大头部的夹持销接合晶片边缘并且当使用高流率气体时防止晶片向上移位。
文档编号H01L21/302GK102714153SQ201080054583
公开日2012年10月3日 申请日期2010年12月2日 优先权日2009年12月18日
发明者迈克尔·普格, 迪特尔·弗兰克 申请人:朗姆研究公司