用于在工艺室中旋转和平移衬底的系统和方法技术方案

本文公开了与用于在处理期间在工艺室内移动半导体衬底的处理系统有关的系统和方法。处理系统围绕枢转点以弧形运动在两个位置之间来回移动衬底，同时围绕衬底自身的中心点旋转衬底。

Systems and Methods for Rotating and Shifting Substrates in a Technology Room

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在工艺室中旋转和平移衬底的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2017年1月27日提交的题为“SystemsandMethodsforRotatingandTranslatingaSubstrateinaProcessChamber”的美国临时申请第62/451,499号的优先权，并且其全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
可以通过在微电子衬底上施加各种材料和选择性去除各种材料来进行IC制造。制造工艺的一个方面可以包括使微电子衬底的表面暴露于清洁处理以从微电子衬底去除工艺残留物和/或碎屑(例如颗粒)。已经开发了各种干清洁技术和湿清洁技术来清洁微电子衬底以提高产量和装置性能。然而，有源部件的增加的密度(例如，较小的装置特征)使得装置更容易受到来自动力清洁处理的物理损害和来自比过去更小的颗粒的产量损失的影响。因此，期望能够去除较小的颗粒和/或相对较大的颗粒，而不损坏衬底上的敏感结构。过去，用于低温清洁设备的典型硬件配置使用喷雾棒或喷嘴将清洁化学物质分配至衬底。在一些先前的方法中，在喷雾棒或喷嘴下平移衬底以使处理覆盖最大化，从而以有效的方式均匀地清理衬底。这种方法导致设计具有内部容积的工艺室，所述工艺室能够在局部的工艺喷雾件或喷射件下平移整个衬底，使得工艺喷雾件将以最小停留时间通过衬底的整个直径以实现期望的颗粒去除效率(PRE)。例如，工艺室包括具有滑动杆或稳定杆的线性滑动台，所述滑动杆或稳定杆使承载的线性滑动台移动通过喷雾，从而使得整个衬底将通过喷雾件。这些杆具有弹簧激励的密封件，这些密封件容易受到密封泄漏的影响并且导致颗粒和工艺问题。杆的摩擦表面区域是需要润滑的潜在颗粒源，其引入了额外的污染和颗粒问题。在这些实施方式中，工艺室比衬底直径的两倍还要长，以实现所需的PRE结果。然而，线性平移部件(例如杆)的尺寸需要比衬底大得多的室容积以及随着衬底直径的尺寸增加而增加的工艺室内的摩擦表面区域。另外，较大的室容积增加了成本(例如，更长的抽真空时间、更多的化学品和更大的覆盖面积(footprint))，而没有工艺性能的相应增加。因此，期望对工艺室设计的任何改进，这些改进使表面处理覆盖最大化、改善颗粒去除效率、减少工艺循环时间、降低化学成本和/或降低设备成本。
技术实现思路
本文描述了用于在工艺室内处理衬底的系统和方法的实施方式，以消除对具有滑动密封件的线性平移杆的需要，并且在处理整个衬底时使整体移动覆盖面积最小化。移动覆盖面积是处理期间衬底的移动所覆盖的二维面积的最大量。通过不需要衬底的线性平移的衬底处理机构来实现使移动覆盖面积最小化。概括地说，处理机构集成了衬底的两个同时径向移动以最小化2D移动，同时将衬底充分地暴露于清洁化学品以实现期望的PRE。处理机构的旋转中心位于摆臂的相对两端。摆臂的第一端包括枢转点(例如第一旋转中心)，并且摆臂的相对端包括将衬底固定至摆臂的衬底保持器。衬底保持器包括使得衬底能够围绕其自身的中心点旋转的旋转机构(例如第二旋转中心)。衬底处理系统被设计成将衬底的正面定位在化学品分配点下方，使衬底围绕其自身的中心点旋转，同时围绕枢转点以弧形运动来移动旋转衬底。本文描述的系统可以提供优于在先前方法中使用的线性运动系统的若干优点。例如，最小化水平移动可以实现工艺室的较小的2D覆盖面积，这可以允许将更多的室添加至单个主机(mainframe)以及/或者减小主机的尺寸。较小的行进距离通过缩短电线的长度实现了更清洁的接线管理，并且消除了对用于实现更长的平移移动的电子链电缆管理硬件的需求。此外，所公开的系统设计使得能够使用更简单的旋转馈通技术——包括铁磁流体密封件或旋转滑动密封件——以减少工艺室内的潜在颗粒源的数量和尺寸。较小的机器人覆盖面积减小了真空室内的摩擦表面区域，并且可以将潜在的粒子源(例如移动部件、密封件等)放置得更靠近真空端口，以在粒子到达衬底之前移除粒子。该系统可以用于对用于构建用于任何目的或应用的电气装置的半导体衬底进行处理。该系统可以包括工艺室，所述工艺室具有能够保持在低于大气压的压力下的内部容积，同时在内部容积内处理或移动衬底。在一个实例中，系统可以配置有流体喷嘴，该流体喷嘴被设计成在处理期间分配流体或气体，并且可以被设置在固定至系统的衬底的对面或上方。该系统包括枢转部件，该枢转部件包括摆臂，所述摆臂一端设置有衬底保持器并且相对端设置有枢转点。枢转部件包括耦接至枢转点的步进电机，并使摆臂围绕枢转点以弧形运动在相距不超过145°的两个位置之间旋转。结合枢转运动，衬底保持器包括使衬底围绕其自身的中心点旋转的旋转系统。该系统可以包括确保枢转点水平偏离衬底中心点的任何长度的摆臂，因为垂直于衬底表面的垂直线不能通过枢转点和衬底中心点绘制。枢转部件可以包括室内部的元件(例如衬底保持器或卡盘等)和室外部的元件(例如旋转/摆动电机等)的组合，以使得衬底能够在工艺室内移动。在一个实施方式中，枢转部件被配置成围绕枢转点来回移动摆臂，使得摆臂的相对端以弧形运动在从枢转点测量的相距小于145°的两个径向位置之间旋转衬底。支撑部件可以包括用于微电子衬底的支撑表面，支撑表面将微电子衬底固定至支撑部件。在一个特定实施方式中，衬底旋转部件可以耦接至支撑表面，衬底旋转部件使得支撑表面能够围绕支撑表面的中心点旋转。在这种情况下，中心点水平地、垂直地和/或径向地偏离摆臂的枢转点，使得衬底的旋转中心不同于摆臂的旋转中心。可以通过设置在衬底支撑部件或摆臂内的步进电机或磁悬浮电机来实现衬底旋转。在一个特定实施方式中，摆臂可以经由枢转杆(例如轴、管等)耦接至旋转电机，该枢转杆使得摆臂能够相对于电机偏移，从而使得可以将旋转电机设置在内部容积之外。在另一实施方式中，枢转部件可以被配置成围绕枢转点在至少两个位置之间摆动摆臂，以至少部分地基于流体喷嘴相对于衬底和/或衬底的直径的相对位置使衬底上的处理流体覆盖最大化。在一个实施方式中，使用枢转部件的处理方法可以包括：使用摆臂旋转电机将摆臂定位到工艺室内的装载/卸载位置。衬底处理器将微电子衬底放置在耦接至摆臂的旋转部件(例如支撑表面)上。在通过任何机械装置或电气装置将衬底固定至摆臂之后，可以将摆臂定位至设置在处理室内的喷嘴下方或附近的初始起始位置。在一个具体实施方式中，对衬底进行定位以避免在分配处理流体之前衬底的任何表面区域直接位于喷嘴下方。一旦就位，衬底可以开始以预定的径向速度围绕其中心点旋转。同样，在使工艺处理气体流过流体喷嘴进入工艺室之前，系统控制器将确认任何其他预定的方法条件(例如室压力、工艺气体温度、进气压力或其组合)被满足。在该实施方式中，系统控制器将指示枢转部件使摆臂以预定时间和角速度围绕枢转点以弧形运动在工艺室内的两个或更多个位置之间枢转。在大多数衬底清洁实施方式中，两个或更多个位置之间的旋转角度将小于360°，并且通常小于145°。本文公开的系统和方法可以应用于任何半导体装置制造操作，其将受益于改进的移动效率和更小的室覆盖面积或工具覆盖面积。本公开内容的范围不限于低于大气压的处理应用，并且本文公开的低于大气压的实施方式仅用于示例性和说明性目的。附图说明包含在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施方式，并且与上面给出的本专利技术的大体描述以及下面给出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设备，包括：室，其包括能够保持在低于大气压的压力下的内部容积；耦接至所述室的枢转部件，所述枢转部件包括：设置在所述内部容积内的摆臂，所述摆臂包括位于所述摆臂的一端的枢转点；以及耦接至所述摆臂的摇摆部件，所述摇摆部件能够围绕所述枢转点来回旋转所述摆臂；耦接至所述摆臂的远端的支撑部件，所述支撑部件包括：用于微电子衬底的支撑表面，所述支撑表面用于将微电子衬底固定至所述支撑部件；以及耦接至所述支撑表面的衬底旋转部件，所述衬底旋转部件能够围绕所述支撑表面的中心点旋转所述支撑表面；以及设置在所述内部容积内的流体喷嘴。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.27 US 62/451,4991.一种设备，包括：室，其包括能够保持在低于大气压的压力下的内部容积；耦接至所述室的枢转部件，所述枢转部件包括：设置在所述内部容积内的摆臂，所述摆臂包括位于所述摆臂的一端的枢转点；以及耦接至所述摆臂的摇摆部件，所述摇摆部件能够围绕所述枢转点来回旋转所述摆臂；耦接至所述摆臂的远端的支撑部件，所述支撑部件包括：用于微电子衬底的支撑表面，所述支撑表面用于将微电子衬底固定至所述支撑部件；以及耦接至所述支撑表面的衬底旋转部件，所述衬底旋转部件能够围绕所述支撑表面的中心点旋转所述支撑表面；以及设置在所述内部容积内的流体喷嘴。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述摇摆部件被配置成围绕所述枢转点以小于145度的旋转角度来回旋转。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述流体喷嘴耦接至流体源和低温冷却系统。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述支撑表面包括将所述衬底固定至所述支撑表面的衬底夹持机构。5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述衬底旋转部件包括围绕所述中心点旋转所述支撑表面的步进电机。6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述衬底旋转部件包括围绕所述中心点旋转所述支撑表面的磁悬浮系统。7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述摆臂包括靠近所述支撑表面设置的加热元件。8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述流体喷嘴被配置成耦接至低温冷却部件，或者，所述流体喷嘴耦接至所述低温冷却部件。9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述流体喷嘴包括耦接至隔热气体管线的入口，所述隔热气体管线耦接至流体冷却单元。10.一种设备，包括：室，其包括能够耦接至真空泵的内部容积；设置在所述内部容积内的摆臂，所述摆臂平台被配置成围绕位于所述摆臂的一端的枢转点在两个位置之间摆...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里·W·布特鲍，
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