用于处理晶片形物件的方法和装置.pdf

用于处理晶片形物件的方法和设备包括用于保持并围绕旋转轴旋转晶片形物件的旋转卡盘和用于将流体分配到晶片形物件的至少一个表面上的至少一个分配器。收集器围绕旋转卡盘，用于收集工艺流体，具有至少两个收集器水平部位，用于在不同收集器水平部位分别收集流体。每个收集器水平部位包括导向相应的排放气体管道的排放气体收集室。排放气体管道中的至少一个包括阀机构，该阀机构在向收集器外面的周围环境打开排放气体管道的同时相互地制约来自其相关排放气体管道的排放气体流，反之亦然。

权利要求书1.  一种用于处理晶片形物件的设备，包括：用于保持并围绕旋转轴旋转晶片形物件的旋转卡盘；用于将流体分配到晶片形物件的至少一个表面上的至少一个分配器；围绕所述旋转卡盘用于收集工艺流体的收集器，其具有至少两个收集器水平部位，用于在不同收集器水平部位分别收集流体；其中所述至少两个收集器水平部位中的每一个包括导向相应的排放气体管道的排放气体收集室；且其中所述排放气体管道中的至少一个包括阀机构，该阀机构在向所述收集器外面的周围环境打开所述排放气体管道的同时相互地制约来自其相关排放气体管道的排放气体流，反之亦然。2.  根据权利要求1所述的设备，其中所述排气管道中的一个包括旁通阀，该旁通阀能操作来将排放气体从所述排气管道中的该一个改道至所述排气管道中的另一个。3.  根据权利要求1所述的设备，其中所述阀机构包括翻板阀，该翻板阀能在室位置和环境位置之间移动，在该室位置，来自其相关排气管道的排放气体被允许通过，同时所述排气管道对外部环境密封，在该环境位置，所述收集器外面的环境大气被允许通过，同时所述排气管道对所述阀机构上游的室排放气体密封。4.  根据权利要求1所述的设备，其中所述收集器包括所述收集器水平部位中的至少三个，且其中所述收集器水平部位中的至少两个的排气管道各自包括相应的所述阀机构。5.  根据权利要求4所述的设备，其中所述排气管道中的一个包括第一旁通阀，该第一旁通阀能操作来将排放气体从所述排气管道中的该一个改道至所述排气管道中的第二个，以及第二旁通阀，该 第二旁通阀能操作来将排放气体从所述排气管道中的该一个改道至所述排气管道中的第三个。6.  根据权利要求1所述的设备，进一步包括用于致动所述阀机构的控制器，且其中所述阀机构响应于所述旋转卡盘相对于所述收集器从一个收集器水平部位移动到另一个收集器水平部位而被致动。7.  根据权利要求1所述的设备，其中所述收集器水平部位沿所述旋转卡盘的旋转轴垂直叠置。8.  根据权利要求7所述的设备，其中所述收集器包括三个收集器水平部位，且其中所述三个收集器水平部位中的最上面一个的排气管道包括能操作来将排放气体从所述排气管道转到所述三个收集器水平部位的最下面一个的排气管道的第一旁通阀，能操作来将排放气体从所述排气管道转到所述三个收集器水平部位的中间一个的排气管道的第二旁通阀，以及设置在所述第一和第二旁通阀的下游的所述最上面的收集器水平部位的所述排气管道中的阀机构。9.  根据权利要求1所述的设备，其中所述收集器包括三个收集器水平部位，且其中每一个相应的排气管道包括各自的阀机构。10.  根据权利要求1所述的设备，其中所述阀机构能操作使得所述阀机构在其相关排气管道中的致动在所述至少两个收集器水平部位中的任何其它收集器水平部位中引起小于20帕的压强变化。11.  根据权利要求1所述的设备，其中所述收集器包括三个收集器水平部位，且其中每一个相应的排气管道包括各自的阀机构。12.  根据权利要求1所述的设备，其中所述排放气体管道中的所述至少一个进一步包括设置在所述阀机构上游的旁通阀，所述旁通阀能操作来将排放气体从所述排气管道中的所述至少一个改道至所述排气管道中的另一个。13.  根据权利要求12所述的设备，其中所述阀机构和所述旁通阀由控制器操作使得在致动所述阀机构以相对于室排气的通道密封所述至少一个排气管道的同时致动所述旁通阀以将排放气体从所述至少一个管道转到所述另一个管道，同时在所述旁通阀下游的位置对外部环境打开所述至少一个气体管道。14.  一种用于处理晶片形物件的方法，包括：在旋转卡盘上保持并围绕旋转轴旋转晶片形物件；将第一流体分配到所述晶片形物件的至少一个表面上；在围绕所述旋转卡盘的收集器的至少两个工艺水平部位中分别收集工艺流体，其中所述至少两个收集器水平部位中的每一个包括导向相应的排放气体管道的排放气体收集室；以及操作与所述排放气体管道中的至少一个相关联的阀机构以便在向所述收集器外面的周围环境打开所述排放气体管道的同时相互地制约来自其相关排放气体管道的排放气体流，反之亦然。15.  根据权利要求14所述的方法，进一步包括操作所述排气管道中的一个中所安装的旁通阀以便将排放气体从该排气管道改道至另一个排气管道。16.  根据权利要求14所述的方法，其中所述阀机构被操作以便在室位置和环境位置之间移动翻板阀，在该室位置，来自其相关排气管道的排放气体被允许通过，同时所述排气管道对外部环境密封，在该环境位置，所述收集器外面的环境大气被允许通过，同时所述排气管道对所述阀机构上游的室排放气体密封。17.  根据权利要求14所述的方法，其中所述阀机构被操作使得所述阀机构在其相关排气管道中的致动在所述至少两个收集器水平部位中的任何其它收集器水平部位中引起小于20帕的压强变化。18.  根据权利要求14所述的方法，其中具有各自不同组分的工艺气体各自通过相应的排气管道被排放。19.  根据权利要求14所述的方法，进一步包括分配第二流体到所述晶片上，其中所述第二流体的化学组分与所述第一流体的化学组分不同，且通过与收集由所述第一工艺流体产生的气体的排气管道不同的排气管道收集由所述第二工艺流体产生的气体。20.  根据权利要求20所述的方法，其中排放的气体由共同的排气单元同时从至少两个独立的收集器收集。

说明书用于处理晶片形物件的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于处理诸如半导体晶片、平板显示器或光盘之类的晶片形物件的装置和方法。
背景技术
半导体晶片要进行各种表面处理工艺，比如蚀刻、清洁、抛光和材料沉积。为了适应这些工艺，单个晶片可相对于一或多个工艺流体喷嘴由关联于旋转载具的卡盘支撑，如例如美国专利第4,903,717和5,513,668号中所描述的。
美国专利第4,903,717号公开了其旋转卡盘可相对于周围的液体收集器被升高和降低，液体收集器具有多个液体收集水平部位和用于从液体收集器的内部收集气体的公用排气装置。
美国专利第7,837,803号公开了一种改进的液体和气体收集器，其中在每个水平部位的排气装置可经由在每个水平部位提供的阀被单独控制。但是，根据在晶片形物件上执行的具体工艺，该专利的阀会与化学侵蚀性的烟气接触。在这种条件下，将这种阀维持在良好工作状态会是困难的。
因此，需要一种收集器结构，能够更好地防止来自各种媒质(例如，酸、碱、有机物)的烟气在共同的处理室中混合，以便防止蒸气交叉污染。这种交叉污染会导致结晶固体在精密处理设备上的沉积，以及各种安全问题。
发明内容
因此，一方面，本发明涉及一种用于处理晶片形物件的设备，该设备包括用于保持并围绕旋转轴旋转晶片形物件的旋转卡盘和用于将流体分配到晶片形物件的至少一个表面上的至少一个分配器。收集器围绕旋转卡盘，用于收集工艺流体，具有至少两个收集器水平部位，用于在不同收集器水平部位分别收集流体。所述至少两个收集器水平部位中的每一个包括导向相应的排放气体管道的排放气体收集室。排放气体管道中的至少一个包括阀机构，该阀机构在向收集器外面的周围环境打开排放气体管道的同时相互地制约来自其相关排放气体管道的排放气体流，反之亦然。本文所使用的术语“流体”旨在表示液体，但这种液体可包含气泡(例如具有泡沫性质的两相混合物)，或者可以是两或更多种易混或难混的液体的混合物，或者包括悬浮固体的液体，或者前述物的任意混合物。
在根据本发明的设备的优选实施方式中，所述排气管道中的一个包括旁通阀，该旁通阀能操作来将排放气体从所述排气管道中的该一个改道至所述排气管道中的另一个。
在根据本发明的设备的优选实施方式中，所述阀机构包括翻板阀，该翻板阀能在室位置和环境位置之间移动，在该室位置，来自其相关排气管道的排放气体被允许通过，同时所述排气管道对外部环境密封，在该环境位置，所述收集器外面的环境大气被允许通过，同时所述排气管道对所述阀机构上游的室排放气体密封。
在根据本发明的设备的优选实施方式中，所述收集器包括所述收集器水平部位中的至少三个，且其中所述收集器水平部位中的至少两个的排气管道各自包括相应的所述阀机构。
在根据本发明的设备的优选实施方式中，所述排气管道中的一个包括第一旁通阀，该第一旁通阀能操作来将排放气体从所述排气管道中的一个改道至所述排气管道中的第二个，以及第二旁通阀，该第二旁通阀能操作来将排放气体从所述排气管道中的一个改道至所述排气管道中的第三个。
在根据本发明的设备的优选实施方式中，控制器被提供，用于致动所述阀机构，且所述阀机构响应于所述旋转卡盘相对于所述收集器从一个收集器水平部位移动到另一个收集器水平部位而被致动。
在根据本发明的设备的优选实施方式中，所述收集器水平部位沿所述旋转卡盘的旋转轴垂直叠置。
在根据本发明的设备的优选实施方式中，所述收集器包括三个收集器水平部位，且所述三个收集器水平部位中的最上面一个的排气管道包括能操作来将排放气体从所述排气管道转到所述三个收集器水平部位的最下面一个的排气管道的第一旁通阀，能操作来将排放气体从所述排气管道转到所述三个收集器水平部位的中间一个的排气管道的第二旁通阀，以及设置在所述第一和第二旁通阀的下游的所述最上面的收集器水平部位的所述排气管道中的阀机构。
在根据本发明的设备的优选实施方式中，所述收集器包括三个收集器水平部位，且每一个相应的排气管道包括各自的阀机构。
在根据本发明的设备的优选实施方式中，所述阀机构能操作使得所述阀机构在其相关排气管道中的致动在所述至少两个收集器水平部位中的任何其它收集器水平部位中引起小于20帕的压强变化。
在根据本发明的设备的优选实施方式中，所述收集器包括三个收集器水平部位，且每一个相应的排气管道包括各自的阀机构。
在根据本发明的设备的优选实施方式中，所述排放气体管道中的至少一个进一步包括设置在所述阀机构上游的旁通阀，所述旁通阀能操作来将排放气体从该排气管道改道至所述排气管道中的另一个。
在根据本发明的设备的优选实施方式中，所述阀机构和所述旁通阀能由控制器操作使得在致动所述阀机构以相对于室排气的通道密封所述至少一个排气管道的同时致动所述旁通阀以将排放气体从所述至少一个管道转到另一个管道，同时在所述旁通阀下游的位置对外部环境打开所述至少一个气体管道。
另一方面，本发明涉及一种用于处理晶片形物件的方法，该方法包括在旋转卡盘上保持并围绕旋转轴旋转晶片形物件，以及将第一流体分配到所述晶片形物件的至少一个表面上。在围绕所述旋转卡盘的收集器的至少两个工艺水平部位中分别收集工艺流体。所述至少两个收集器水平部位中的每一个包括导向相应的排放气体管道的排放气体收集室。与所述排放气体管道中的至少一个相关联的阀机构被操作以便在向所述收集器外面的周围环境打开所述排放气体管道的同时相互地制约来自其相关排放气体管道的排放气体流，反之亦然。
在根据本发明的方法的优选实施方式中，在所述排气管道中的一个中所安装的旁通阀被操作以便将排放气体从该排气管道改道至另一个排气管道。
在根据本发明的方法的优选实施方式中，所述阀机构被操作以便在室位置和环境位置之间移动翻板阀，在该室位置，来自其相关排气管道的排放气体被允许通过，同时所述排气管道对外部环境密封，在该环境位置，所述收集器外面的环境大气被允许通过，同时所述排气管道对所述阀机构上游的室排放气体密封。
在根据本发明的方法的优选实施方式中，所述阀机构被操作使得所述阀机构在其相关排气管道中的致动在所述至少两个收集器水平部位中的任何其它收集器水平部位中引起小于20帕的压强变化。
在根据本发明的方法的优选实施方式中，具有各自不同组分的工艺气体各自通过相应的排气管道被排放。
在根据本发明的方法的优选实施方式中，第二流体被分配到所述晶片上，其中所述第二流体的化学组分与所述第一流体的化学组分不同，且通过与收集由所述第一工艺流体产生的气体的排气管道不同的排气管道收集由所述第二工艺流体产生的气体。
在根据本发明的方法的优选实施方式中，排放的气体由共同的排气单元同时从至少两个独立的收集器收集。
附图说明
在阅读接下来参照附图给出的本发明的优选实施方式的详细描述之后，本发明的其它目的、特征和优点会变得更加显而易见，其中：
图1示出了根据本发明第一实施方式的设备的示意性侧视图；
图2示出了图1所示翻板阀之一52的优选结构布局；
图3示出了用于第一晶片工艺的阀状态的组合；
图4示出了用于第二晶片工艺的阀状态的组合；
图5示出了用于第三晶片工艺的阀状态的组合；
图6示出了用于第四晶片工艺的阀状态的组合；
图7示出了用于第五晶片工艺的阀状态的组合；
图8示出了用于第六晶片工艺的阀状态的组合；
图9更详细地示出了图3、4和8的阀状态；
图10更详细地示出了图5的阀状态；
图11更详细地示出了图6的阀状态；
图12更详细地示出了图7的阀状态；
图13示出了图6和11的阀状态的变化例；
图14示出了图7和12的阀状态的变化例；且
图15是包括根据本发明的具有排气单元的多个设备的工艺模块的示意性平面图，其中每个排气单元就该多个设备的给定的排气水平部位而言是共同的。
具体实施方式
在下文描述的实施方式中，排放的气流是受控的使得在与具体工艺水平部位相应的具体排气装置被打开或关闭时产生最小影响。如 果一工艺水平部位的排气装置被关闭，则这会造成该具体排气装置中的压强降低。为了避免这种情况(压降)，该排气装置对该工艺水平部位关闭且同时对环境空气打开。所以相同数量的空气被排放且不会发生任何突然的压强降低。因此，该技术也防止在压强突然增加的情况下在室中的交叉污染。
图1示出了设备1，设备1包括用于保持和旋转晶片W的旋转卡盘2。旋转卡盘2被连接到齿轮马达单元5，齿轮马达单元5围绕其轴A旋转。分配设备3被用于将流体分配到衬底W的上表面上。晶片W可例如是300mm或450mm的硅晶片，其经受各种前段制程(FEOL)工艺、中段制程(MOL)工艺或后段制程(BEOL)工艺中的任意工艺，包括相关的清洁和干燥工艺。
杯状流体收集器4周向地围绕旋转卡盘2。该流体收集器被优选地安装在框架上(未图示)。升降设备H，比如液压千斤顶或气缸，被提供以改变旋转卡盘相对于流体收集器的位置，在该情况下为提升流体收集器4。从而能够将旋转卡盘2定位在三个收集器水平部位L1、L2和L3中的每一个。
每一个收集器水平部位L1、L2、L3包括收集甩落的工艺流体的环形导管41、42、43。额外的防溅装置(未图示)可被用于每一个收集器水平部位以允许甩落的流体以精确的角度命中它且在之后被引导至环形导管。每一个环形导管41、42、43被连接到相应的管子(未图示)，通过该管子，所收集的流体被排出。排出的流体可被重复使用、被分配到衬底，或者作为废液被收集。
图1中的虚线表示放置衬底以将流体甩落到不同收集器水平部位中的相对位置。
在每个收集器水平部位L1、L2、L3上方布置内部开口的环形排气导管21、22、23。每个导管21、22、23导向相应的环形的气体收集室11、12、13。
每一个气体收集室11、12、13通过相应的排气管31、32、33连接到排气单元60，排气单元60包括风机或类似物以从收集器抽吸排放的气体并按照箭头E所示释放这些气体。在该实施方式中，示出的只有一个排气单元60，在每个排气管31、32、33中配备有能被控制的相应的阀51、52、53以便从其相关收集器水平部位传递排放的气体，或者替代地，从其相关收集器水平部位关闭所述排气同时向收集器4外面的环境大气打开阀51、52、53。
此外，在该实施方式中，旁通阀54被设置为与排气管31和33连通，以便在需要时，来自收集器的水平部位L3的所述排气可通过旁通管道56从排气管33改道至排气管31，反之亦然。类似地，在该实施方式中，旁通阀55被设置为与排气管32和33连通，以便在需要时，来自收集器的水平部位L3的所述排气可通过旁通管道57从排气管33改道至排气管32，反之亦然。
在图1中，卡盘2位于水平部位L1，在这里，在晶片W上执行给定工艺，例如利用氢氧化铵和过氧化氢的水性混合物的SC-1清洁工艺。由于旁通阀54在水平部位1的位置而阀51在室位置，所以在这种工艺期间产生的气体(性质上为碱性)经由排气管31从室11撤出。
另一方面，阀52在环境位置，使得通过排气管32抽吸的气体不是来自室12而是环境空气，如图1中的箭头A所示。旁通阀55在水平部位2的位置，使得环境空气经过排气管32并进入排气单元60。就水平部位3的排气而言，其经过排气管33进入排气单元60，因为阀53在室位置且旁通阀54和55二者均被关闭，使得管31、32、33之间没有排气的转移。
如图2中所示，该实施方式中的阀52被构造为翻板阀，其在实线位置和虚线位置之间移动，在该实线位置，环境空气被允许通过孔58进入排气管32(“环境位置”)，在该虚线位置，孔58被挡住且来自收集器4的L2水平部位的排放气体自由进入排气管32(“室位 置”)。重要的是，所述的阀52还可被设置在任意希望的中间位置，使得环境气体和室气体的受控的混合物被进给到排气管。
虽然图2中示出的是阀52，但可以理解的是阀51和53是类似地构造且以相同的原理操作。
在接下来的表格中，根据阀51-55的相应位置阐明一系列的处理操作，且这些会联系图3-14进行描述。

在图3中，卡盘2相对于收集器4在最上面的位置，这是装载/卸载位置，在该位置，晶片W可被装载到卡盘2或者自卡盘2卸载。在该位置，阀51-55的状态与图1中相同。图9是更完整地图示排气管31、32、33和阀51-54的可行配置的相应视图。从图9可知，可对排气管31、32、33进行布局并设置旁通阀54、55使得不需要额外的旁通管56、57(比如图1中所示意性地示出的那些)。
在图4中，卡盘2相对于收集器4已被降低使得晶片W处于工艺水平部位L1。阀51-55的状态与图3相比无变化，因此仍然也如图1和9所示。
在图5中，卡盘2相对于收集器4已被升高使得晶片W处于工艺水平部位L2。在该实施方式中，水平部位2的处理(level 2processing)涉及用稀释的氢氟酸溶液(DHF)蚀刻晶片。就阀51-55的状态来说，可以理解的是，在从图4的水平部位1的处理移动到图5 的水平部位2的处理的过程中，阀51已从其室位置切换到其环境位置，而阀52已从其环境位置切换到其室位置。图10是更完整地示出阀和排气管且没有额外的旁通管的相应视图。
特别是，在控制该装置的全部操作的微处理器的控制下的机电致动器使阀51、52同时地且以基本上相同的速度改变它们各自的位置。因此，收集器4内的任意压强波动被大大抑制。由水平部位2的处理产生的气体(性质上往往为酸性)通过管32被排放。
在图6中，卡盘2相对于收集器4已被升高使得晶片W处于工艺水平部位L3。在图6的该实施方式中的水平部位3的处理涉及空气传播分子污染(AMC)的减少，其中希望的是将排气引导至被指定用于处理碱性排放气体的排气管31。
就阀51-55的状态而言，可以理解的是，在从图5的水平部位2的处理移动到图6的水平部位3的处理的过程中，阀51已从其环境位置切换到其室位置，而阀53已从其室位置切换到其环境位置。另外，旁通阀54已被切换至其水平部位1的位置，使得从收集器4的室13抽吸的排放气体可从排气管33转到排气管31。图11是更完整地示出阀和排气管且没有额外的旁通管的相应视图。
在从图5和10的水平部位2的处理移动到图6和11的水平部位3的处理的过程中，阀51、53、55再次被同时且同步地致动以便最小化收集器4内的任意压强波动。此外，在图6和11中，虽然阀51被示出为在其室位置，但如图13中所示将阀51设置在允许预定比率的环境大气和来自室11的排放气体进入阀51下游的管31的中间位置，可以帮助平衡收集器4内的压强。
在图7中，卡盘2相对于收集器4保持在相同的位置使得晶片W仍然处于工艺水平部位L3。但是，图7中执行不同的工艺，其在该实施方式中涉及溶于去离子水(DI/CO2)中的二氧化碳的使用。就这种处理而言，希望的是将排气引导至被指定用于处理酸性排放气体的排气管32。
就阀51-55的状态而言，可以理解的是，在从图6的水平部位3的处理改变至图7的水平部位3的处理的过程中，旁通阀54、55的位置已被反转，使得从收集器4的室13抽吸的排放气体现在从管33转到管32。图12是更完整地示出阀和排气管且没有额外旁通管的相应视图。
在从图6和11的水平部位3的处理改变至图7和12的水平部位3的处理的过程中，阀54、55再次被同时且同步地致动以便最小化收集器4内的任意压强波动。此外，在图7和12中，虽然阀52被示出为在其室位置，但如图14中所示将阀52设置在允许预定比率的环境大气和来自室12的排放气体进入阀52下游的管32的中间位置，可以帮助平衡收集器4内的压强。
在图8中，卡盘2相对于收集器4仍然保持在相同的位置使得晶片W仍然处于工艺水平部位L3。但是，图8中执行还有的另一种不同工艺，其在该实施方式中涉及异丙醇(IPA)的使用以漂洗和干燥晶片W。就这种处理而言，希望的是将排气引导至被指定用于处理有机性质的排放气体的排气管33。
就阀51-55的状态而言，可以理解的是，在从图7的水平部位3的处理改变至图8的水平部位3的处理的过程中，阀51-55回到图3、4和9所示的状态。
所述的排气系统允许在保持压强波动尽可能低(+/-20帕)的同时在室水平部位之间转换。而且，在激活室中的两个水平部位至排气可行的情况下，可以保持交叉污染小于25ppm，即使是在使用高温浓缩化学品(例如：60℃、1：5的NH4OH)时。
在前面的描述中，为了便于说明，单一的排气单元60被示出。但在实践中，更优选地是为要排放的每种类型的化学品提供独立的排气装置。这种不同类型的气体可以是例如有机物(例如，诸如IPA之类的有机溶剂)、氧化剂(例如，臭氧、过氧化氢)、酸性物质(例如，HF或者HCl)以及碱性物质(例如，NH3)。
然而，根据本发明的设备和方法允许选择性地打开/关闭具体工艺水平部位的排气却不会导致显著的排气体积流的变化。因此，这允许多达八个或更多个的多个室同时排气却不会因意想不到的压降带来任何负面作用。
如此，参考图15，多个卡盘2-1至2-8可被设置在用于半导体晶片的单个晶片湿法处理的同一处理模块6中，每个卡盘具有相应的收集器4-1至4-8。每个收集器包括具有如前所述且与其相关排气管道31-1、32-1、33-1至31-8、32-8、33-8相关联的翻板阀和旁通阀的排气系统。
通过管道31-1至31-8排放的气体可全部在相同的排气单元60-1中被处理，而通过管道32-1至32-8排放的气体可全部在相同的排气单元60-2中被处理，且通过管道33-1至33-8排放的气体可全部在相同的排气单元60-3中被处理。通过上面详细描述的阀的新颖的布置和操作，这种具有更高效率的设计是可行的。
虽然在前面的描述中已联系若干优选实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员可以理解，在不背离此处所公开且在所附权利要求中所阐释的本发明的真实范围和精神的情况下可以有许多修改。