用于在处理室中处理微电子衬底的磁悬浮且旋转的卡盘制造技术

技术编号:21440119 阅读:32 留言:0更新日期:2019-06-22 14:53
用于半导体制造的清洁系统和方法使用可旋转且可选地可平移的卡盘组件,该卡盘组件包括磁悬浮和旋转功能以引起卡盘旋转。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。本发明专利技术的低摩擦卡盘功能在工件在处理期间被支承在旋转的支承件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/或向上排气至更高的压力。这极大地减少了用于低温处理的循环时间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在处理室中处理微电子衬底的磁悬浮且旋转的卡盘优先权及相关申请本申请要求于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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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。本专利技术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。本专利技术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。通过本专利技术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,本专利技术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。在本专利技术的原理下,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,本专利技术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本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一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,所述微电子衬底在所述处理室中经受处理;b)可旋转卡盘,其被设置在所述处理室内,其中,所述可旋转卡盘被配置成在所述处理的至少一部分期间保持所述微电子衬底,其中,所述卡盘包括第一卡盘部分和第二卡盘部分,其中,所述第二卡盘部分独立于所述第一卡盘部分悬浮和旋转,并且其中,所述第二卡盘部分在所述处理的至少一部分期间保持所述微电子衬底;以及c)磁驱动机构,其以有效引起所述第二卡盘部分相对于所述第一卡盘部分的磁悬浮和旋转的方式被并入所述可旋转且可平移卡盘。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.09 US 62/419,6621.一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,所述微电子衬底在所述处理室中经受处理;b)可旋转卡盘,其被设置在所述处理室内,其中,所述可旋转卡盘被配置成在所述处理的至少一部分期间保持所述微电子衬底,其中,所述卡盘包括第一卡盘部分和第二卡盘部分,其中,所述第二卡盘部分独立于所述第一卡盘部分悬浮和旋转,并且其中,所述第二卡盘部分在所述处理的至少一部分期间保持所述微电子衬底;以及c)磁驱动机构,其以有效引起所述第二卡盘部分相对于所述第一卡盘部分的磁悬浮和旋转的方式被并入所述可旋转且可平移卡盘。2.根据权利要求1所述的装置,其中,所述磁驱动机构包括耦接至所述第一卡盘部分的定子系统和耦接至所述第二卡盘部分的转子系统,其中,所述定子系统电磁耦合至所述第二卡盘部分。3.根据权利要求1所述的装置,还包括平移机构,所述平移机构以有效沿所述处理室内的路径平移所述卡盘的方式耦接至所述卡盘。4.根据权利要求3所述的装置,其中,所述平移机构包括至少一个可平移杆,所述至少一个可平移杆耦接至所述卡盘以沿平移路径引起卡盘平移,并且其中,当所述平移杆平移以引起卡盘平移时,所述平移杆的连续部分在所述处理的至少一部分期间被设置在所述处理室内。5.根据权利要求3所述的装置,其中,所述平移机构包括导热基座构件,所述导热基座构件以有效使热量从所述磁驱动机构消散的方式耦接至所述第一卡盘部分。6.根据权利要求1所述的装置,还包括流体供应系统和耦接至所述流体供应系统的至少一个喷嘴,其中,所述喷嘴被设置成将来自所述流体供应系统的处理流体分配至所述卡盘上支承的所述微电子衬底上。7.根据权利要求6所述的装置,其中,所述喷嘴被设置成垂直于所述卡盘的表面分配处理流体。8.根据权利要求1所述的装置,其中,所述流体供应系统包括至少一种加压流体。9.根据权利要求8所述的装置,其中,所述至少一种加压流体被加压和冷却。10.根据权利要求9所述的装置,其中,所述至少一种加压流体被冷却至70K至150K范围内的温度。11.根据权利要求3所述的装置,其中,所述平移机构和所述磁驱动机构被配置成使所述卡盘同时旋转和平移。12.根据权利要求6所述的装置,其中,所述流体供应包括加压的气体。13.根据权利要求6所述的装置,其中,所述流体供应包括加压的液体。14.根据权利要求6所述的装置,其中,所述流体供应包括加压和冷却的气体以及加压和冷却的液体。15.根据权利要求1所述的装置,其中,固定至所述卡盘的所述微电子衬底和所述可旋转卡盘中的每一个具有一定占地面积,并且其中,所述微电子衬底的占地面积和所述卡盘的占地面积基本上相同。16.根据权利要求1所述的装置,其中,所述微电子衬底和所述可旋转卡盘中的每一个具有一定占地面积,并且其中,所述卡盘的占地面积比所述微电子衬底的占地面积在面积上大0至15%。17.根据权利要求1所述的装置,还包括并入所述第一卡盘部件的加热器,所述加热器以有效加热保持在所述第二卡盘部分上的所述衬底的方式热耦合至所述第二卡盘部分,并且其中,所述第二卡盘部分独立于所述加热器悬浮和旋转。18.一种用于处理微电子衬底的装置,包括:a)处理室,所述微电子衬底在处理期间位于所述处理室中;b)可旋转卡盘,其被设置在所述真空闭合件内,其中,所述可旋转卡盘被配置成在所述处理的至少一部分期间保持所述微电子衬底,其中,所述卡盘包括第一卡盘部分和第二卡盘部分,其中,所述第二卡盘部分独立于所述第一卡盘部分悬浮和旋转,并且其中,所述第二卡盘部分在所述处理的至少一部分期间保持所述微电子衬底;以及c)磁驱动器,其...

【专利技术属性】
技术研发人员:威廉·P·尹霍费尔肖恩·穆尔伦斯·凡埃尔森
申请(专利权)人:东京毅力科创FSI公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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