专利名称：降低制造过程中表面张力的衬底制备设备和方法
背景技术：
1.发明领域本发明总的说与衬底和半导体晶片制备系统和方法有关，更具体地说，本发明涉及衬底和半导体晶片的清洁和干燥，它能降低制造过程中的表面张力并使得系统的空间利用和制造过程效率更高。
2.相关技术背景在半导体器件的制造中，需要在制造过程的各个阶段对衬底进行湿法清洗，通常集成电路器件为多层结构形式。在衬底层，具有扩散区的晶体管器件形成于硅衬底之上和之内。在后续的各层中，互连金属线被作成一定图形并与晶体管器件电气相连，以界定所需的功能器件。众所周知，已图形化的导电层是通过二氧化硅等电介质材料与其它各导电层绝缘开来的。在每一个金属层需要使金属或相关的电介质材料平面化。如不平面化，额外的金属层的制造将由于表面形貌的较大变化而变得困难得多。在某些应用中，金属线图案是形成于电介质材料中，然后再对金属进行化学机械抛光(CMP)以除掉过量的金属。
在每次CMP操作之后，要对衬底作湿法清洗。湿法清洗用来洗掉制造过程的所有付产品，除掉污染物，并达到和维持进行后续制造过程所需的洁净度。随着晶体管器件越来越小且越来越复杂，为达到并维持器件分辨率所需的精度，需要在所有工序操作中保持严格的洁净标准。如若湿法清洗不完全或无效，或者湿法清洗后的干燥不完全或无效，则给处理环境带来不能接受的残留物或污染物。
同样，在硬盘驱动器的制造中，为维持盘衬底的清洁和平滑也需要进行平面化和清洗操作。在硬盘和其它利用类似衬底的器件的加工中有残留物或污染物留在衬底上也是不能接受的。
冲洗和干燥的技术、方法和设备有很多，而且本领域也都知道，包括采用诸如冲洗、擦洗、浸泡等操作并利用热能、机械能、化学能、电能或声能等来清除或排走水并使衬底干燥。某些擦洗和冲洗操作可能要用到酸或碱以与制造中的付产物产生剧烈的相互作用，则应在进行要求的干燥之前一般采用去离子水(DIW)作最后的冲洗。
一种普通的干燥技术称作旋转、冲洗和干燥(SRD)。SRD利用机械离心能旋转衬底使衬底脱水直至干燥。一个SRD设备一般包含一个处于盒内的衬底安装板，它安装在一条轴上，轴可以旋转，由此使衬底转动。衬底通常用安装销固定在衬底安装板或旋转夹具上，安装销配置成可以让衬底保持在水平方位上。因此，旋转夹具的快速旋转使衬底转动并迫使水离开衬底表面。DIW一般是从一个喷嘴排出，后者装在衬底上方并与DIW源相连。
SRD过程主要包括施加DIW和使衬底旋转直至干燥。引入氮一类的惰性气体或惰性气体蒸汽，使未被旋转完全清除的水排走，可以增强干燥效果。其它的变化包括加热DIW、加热SRD环境、加热惰性气体等等。
另一种普遍的干燥技术叫做Marangoni(马兰加尼)技术。Marangoni干燥法一般采用化学干燥流体或异丙醇(IPA)之类的溶剂来产生有利的表面张力梯度，以促进水从衬底表面上清除。Marangoni技术的各种变型也包括引入氮一类的惰性气体作为载体气体，以帮助IPA蒸汽的供给。
已有的干燥技术还包括Marangoni技术和SRD设备的联用。此方法包括将IPA或IPA蒸汽引入安装在旋转夹具上的衬底表面。当旋转夹具转动衬底时，离心力将衬底表面的水驱走，而Marangoni干燥技术使水最大限度地从衬底表面排除，同时让残留物或污染物最少。
SRD和Marangoni技术联用的一个限制是，典型的SRD只提供单面的晶片或衬底的冲洗和干燥。装在旋转夹具上的衬底只有一面能受到冲洗和干燥。为了达到并维持现在制造环境要求的洁净度水平，需要双面同时冲洗和干燥。
为解决上述问题，需要有一种能最大限度地清洗和干燥晶片和其它衬底的衬底制备系统和方法，以满足并超过制造过程中越来越严格的洁净度要求。
发明概要概括地说，本发明通过提供一种衬底制备系统来满足以上需求。这种系统能实施表面张力减少过程，以有效和高效地为衬底提供清洗、干燥、刻蚀或其它所要求的处理，并能同时在衬底顶面或工作面和背面两面进行处理。本发明可通过各种方式来实施，包括工艺、设备、系统、装置或方法。下面描述本发明的几个实施例。
在一种实施例中，介绍了一种冲洗和干燥衬底的系统。该系统包含一个夹具，它有一些在边缘夹持衬底的钩爪。夹具配置成可让衬底旋转。该系统还包含一个位于衬底工作面上方的上分配臂，和一个位于衬底背面下方的下分配臂。上分配臂可在衬底工作面的中心区和周边之间运动，下分配臂可在衬底背面的中心区和周边之间运动。每个分配臂还包含一对输送流体的供应线，它们位于衬底每个工作面和背面的上方。该系统还包含一个连接上分配臂和下分配臂的连接器，使得上分配臂和下分配臂在衬底的中心区和周边之间运动时，二者在衬底的两个相对表面保持对齐。
在另一个实施例中，介绍了一种冲洗和干燥系统。该系统包含一个夹具，它被配置成能使衬底旋转并具有一些由边缘夹持衬底的钩爪。该系统还包含一个位于衬底工作面附近的第一分配臂，和一个位于衬底背面附近的第二分配臂。第一分配臂能在衬底工作面的中心区和周边边缘之间运动，且包含一对位于衬底工作面上方的用来输送流体的供应线。第二分配臂能在衬底背面的中心区和周边边缘之间运动，且包含一对位于衬底背面上方的用来输送流体的供应线。此系统还包含一个包围夹具中的衬底的喷雾罩。该罩配有一个滑动门。当滑动门处于开启位置时，可提供入口将衬底插入夹具的钩爪内或从中取出。
在又一个实施例中，介绍了一个制造衬底的系统。该系统包含一个夹具，它有一些在边缘夹持衬底的钩爪，且可以使衬底旋转。在该系统中，第一分配臂位于衬底工作面的旁边。该第一分配臂能在衬底工作面的中心区和周边边缘之间运动。第一分配臂还包含一对位于衬底工作面上方的用来输送流体的第一对供应线。此第一对供应线相对周边边缘方向成一个角度。该系统还包含一个位于衬底背面旁边的第二分配臂。此第二分配臂能在衬底背面的中心区和周边边缘之间运动。这个第二分配臂还包含一对位于衬底背面上方的用来输送流体的第二对供应线。此第二对供应线相对周边边缘方向成一个角度。
本发明具有许多优点。本发明一个最明显的好处和优点是能同时制备衬底的顶面或工作面和背面两个面。转轴和夹具的中空设计为对衬底的工作面和背面两个面进行冲洗和干燥或其它处理提供了入口。
本发明的另一个好处是容易用于多种衬底尺寸。把衬底夹具从一种尺寸转换成另一种尺寸的过程很迅速高效，因而可提供多种用途且集成制造系统的停机时间最短。另外，这种设计很容易通过调节转轴马达的位置来更换或拉紧传动带。
还有一个好处是能将此系统与现有制造设备集成，从而提高产品的质量和产量，同时极少因污染而出现缺陷或报废的情况。喷雾罩和喷雾罩门采用矮型外形符合许多系统的要求，而且气动门的制作简单，也不会在系统内产生微粒。
本发明的其它优点从下面结合附图以实例对本发明所作的详细说明中当可更加明白。
附图简介本发明通过结合各附图所作的如下的详细描述将易于理解，图中相似的参考数字表面类似的结构元件。
图1为按本发明一个实施例的衬底干燥系统示意图。
图2为按本发明一个实施例的衬底干燥系统的示意图。
图3A为按照本发明一个实施例的分配臂组件详细视3B为按本发明一个实施例的上分配喷嘴和下分配喷嘴的详图。
图4A为按本发明一个实施例的中空夹具。
图4B为按本发明一个实施例的衬底干燥系统的夹具和喷雾罩。
图4C为按本发明一个实施例的可动钩爪驱动装置。
图4D为按本发明一个实施例的装有晶片的夹具。
图5为按本发明一个实施例的取出夹具的示意图。
图6为按本发明一个实施例的衬底干燥系统的底部或下侧示意图。
图7为按本发明一个实施例的冲洗和干燥处理过程示意图。
图8为按本发明一个实施例的停在一个预定点的下分配臂，和可以继续移动的上分配臂的示意图。
图9为按本发明一个实施例的衬底处理站。
优选实施例的详细描述本发明公开衬底的制备。在一些优选实施例中，所用的设备和方法包括衬底冲洗和干燥装置，它能实施降低表面张力的制造过程，并以精确的控制过程对晶片或其它衬底的顶面(或工作面)和底面(或背面)同时进行冲洗和干燥。在一个实施例中，衬底冲洗和干燥装置安装在衬底清洗和干燥系统内，该系统可包含一个或几个刷洗盒擦洗装置，以及在经刷洗盒处理之后按本发明的实施例冲洗和干燥衬底的一个或数个衬底干燥器。
在下面的描述中，提供了大量的具体细节，以便对本发明有一个全面的了解。但本领域技术人员应明白，不采用这些具体细节中心某些部分甚至全部也可以实施本发明。另一方面，许多大家已熟悉的过程操作将不再详细描述，以避免和本发明产生不必要的混淆。
图1显示按本发明一个实施例的衬底干燥系统100。衬底干燥系统100包含一个中空转轴123，一个中空夹具122与转轴123相连并夹持衬底128，中空转轴位于滴盘138内的上方。上分配臂110处在衬底128的顶面之上，下分配臂112处于与上分配臂反对称的位置且位于衬底128底面或背面的下方。上分配臂110由上分配臂支持柱114支撑，此柱与处于分配臂驱动轴壳体118内的分配臂驱动轴(未示)机械上相连接(未示)。下分配臂112由下分配臂支持柱116支撑，此柱与上分配臂支持柱114磁性相连(未示)。
衬底128用钩爪126与中空夹具122相固定。中空夹具122配置成和与之相连的中空转轴123一起旋转。转轴马达120用来提供旋转能量，它通过传动带132施加于中空转轴123上，转动中空转轴123、夹具122和衬底128，后者锁定在中空夹具122的钩爪126内。
喷雾罩124围绕着中空夹具122、钩爪126和衬底128。它用来容纳冲洗和干燥过程中流到中空夹具122附近区域的任何液体。在本发明的一个实施例中，喷雾罩124设有一个滑动门(见图4A、4B和4C)，它与一个半圆形气动系统磁性相连以提供一个到中空夹具122的横向入口，用来插入和取出衬底128。喷雾罩124和门的结构和操作将在下面参照图4A作更详细的描述。
在一个实施例中，在上分配臂支持柱114和喷雾罩124之间设置了一个晶片传感器臂130a，它用来将晶片传感器130b置于衬底128表面上方。晶片传感器130b用来探测是否有衬底128存在，并确定装在钩爪126内的衬底128的正确位置和方位。在一个实施例中，衬底128必须准确定位以锁定活动钩爪127(见图4A、4B和4C)并在衬底干燥系统100中进行衬底制备。晶片传感器130b检测并确保衬底128的水平方位和准确定位，使得活动钩爪127把衬底锁定到位，并进行冲洗、干燥或其它衬底制备操作。
在本发明的一个实施例中，在衬底128的工作面和背面都加上干燥剂。干燥剂的例子包括IPA、IPA蒸汽、氮(N2)气以及其它惰性气体或蒸发化学物。某些干燥剂产生付产品或过量蒸汽，它们可以被捕集在滴盘138内。排气口134用来放出空气携带的化学品或蒸汽，排液口136用来排泄清洗和干燥剂两者的液体残留物。
上分配臂110和下分配臂112用来按需要将清洗、干燥、冲洗剂或其它试剂或流体通过上分配喷嘴111a和下分配喷嘴111b分别提供给衬底128的工作面和背面，衬底放在中空夹具122的钩爪126内。在一个实施例中，上分配臂110和下分配臂112互为镜象，基本上处于衬底128相对面的同一位置上。
图2为按本发明一个实施例的衬底干燥系统100的示意图。图2的透视图显示一个位于衬底干燥系统100的夹具122内的晶片128。在喷雾罩内的开口(下面将参照图4A更详细地描述)允许将晶片128插入夹具122内或从中取出。由上分配臂支持柱114支撑的上分配臂110处于晶片128的上方。带排气口134的滴盘138将图2中衬底干燥系统100的下部零件罩起来。
图3A显示按本发明一个实施例的分配臂组件102详细视图。在该实施例中，干燥剂供应器109a和清洗剂供应器109b沿着上分配臂110铺设至上分配喷嘴111a，在那里将清洗剂和干燥剂加到衬底(在图3A中未示)的工作面上。干燥剂供应器113a和清洗剂供应器113b沿着下分配臂112铺设至下分配喷嘴111b，从那里将清洗剂和干燥剂加到衬底(图3A中未示)的背面上。在另一些实施例中，任何溶剂、蒸汽或其它流体通过供应器109a、109b、113a、113b输送，并经分配喷嘴111a、111b分配出去。
在一个实施例中，上分配臂110和下分配臂112在衬底工作面和背面上方的位置，由分配臂控制器(未示)和装在分配臂驱动轴壳体118内的分配臂驱动轴(未示)来控制。装在分配臂驱动轴壳体118外的电连接器119为其中的分配臂控制器提供电源。
在一个实施例中，分配臂驱动轴与上分配臂支持柱114机械相连，为驱动轴和上分配臂110之间提供直接的机械连接以安装上分配臂110。上分配臂110配置成围绕上分配臂支持柱114转动，以移动上分配臂110并将上分配喷嘴111a置于衬底工作(顶)面上方。在本发明的一个实施例中，冲洗和干燥过程将清洗剂和干燥剂沿着旋转着的衬底的半径从衬底的中心区分配到衬底的周边区。因此，上分配臂110沿着旋转着的衬底表面从中心区向外移动至周边区。
下分配臂112配置成基本上映对上分配臂110的运动。因此，由于上分配臂110沿着旋转着的衬底表面从中心区向外移动，下分配臂112基本上处于与上分配臂110相对的在衬底对面或背面的位置，并和上分配臂110一起从衬底中心区移动至外部区域。但是，在一个实施例中，下分配臂112不与分配臂驱动轴机械连接。
在本发明的一个实施例中，下分配臂112通过上分配臂支持柱114和下分配臂支持柱116磁性连接至上分配臂110。磁性连接为与下分配臂112映对的上分配臂110提供可靠的机械控制。在一个实施例中，磁性连接是用永磁体实现的，它为下分配臂112的运动程度提供控制。例如，当下分配臂接近中空转轴123的内壁时，它可以停止在衬底的周边附近。当下分配臂112在衬底128背面的周边附近保持不动时，上分配臂110可以继续移动至衬底的周边。从图1和下面要描述的图4A和图6可以看出，上分配臂110可以持续移动至钩爪126处，而下分配臂112只限于在中空转轴123的区域内移动。
图3B显示按本发明一个实施例的上分配喷嘴111a和下分配喷嘴111b的详图。在此实施例中，上分配喷嘴111a包含一个来自干燥剂供应器109a的喷嘴和一个来自清洗剂供应器109b的喷嘴，它们都与上分配臂头140a相连且一般是指向下方。同样，下分配喷嘴111b包含一个来自干燥剂供应器113a的喷口和一个来自清洗剂供应器113b的喷嘴，它们都与下分配臂头140b相连且一般是指向上方。
在本发明的一个实施例中，装在中空夹具上的衬底与旋转的中空转轴123相连接。上分配喷嘴111a指向衬底128的顶面即工作面，而下分配喷嘴则指向衬底的底面即背面。在一个实施例中，上分配喷嘴111a和下分配喷嘴111b都朝向衬底128周边成一个角度。当上分配臂110和下分配臂112按方向142从衬底128(它装在夹具122上并随之转动)中心移向衬底128周边时，清洁剂通过来自上分配臂头140a上的清洗剂供应器109b的喷嘴，并通过来自下分配臂头140b上的清洗剂供应器113b的喷嘴，分别加到衬底128的工作面和背面上。如下面将要详细描述的那样，在一个实施例中，清洁剂后面紧接着就是干燥剂，它是通过来自上分配臂头140a上的干燥剂供应器109a的喷嘴，和来自下分配臂头140b上的干燥剂供应器113a的喷嘴来施加的。因此，当上分配臂110和下分配臂112按方向142横跨衬底表面移动时，清洁剂和干燥剂都被加在与夹具122相连的旋转衬底128的顶面和底面两个面上。
图4A显示一种按本发明一个实施例的中空夹具122。此中空夹具122与衬底干燥系统100(见图1)相连，以为衬底提供支撑和旋转及到达衬底的顶面即工作面和背面的入口。在图4A中，显示的是中空夹具122的顶视图。在一个实施例中，圆形中空夹具122配置成与中空转轴123相连接。中空夹具122如下面所述那样被驱动而产生旋转，且圆形夹具122自由地转动以旋转与中空夹具122相连的衬底128。圆柱形中空转轴123配置成能固定传动带132(例如可参见图1)以提供旋转力。在一个实施例中，中空转轴123包含一个固定部分(提供与衬底干燥系统100的连接)和一个转动部分(提供与夹具122的连接)。到衬底128的工作面和背面两个面都设有入口，因而上分配臂110和下分配臂112可同时将清洁剂、干燥剂或其它溶剂提供给旋转着的衬底128的两面。
在一个实施例中，夹具122被喷雾罩124所包围。喷雾罩124用来把用于清洗、干燥或其它过程的任何液体限制在包含中空转轴123和连着的夹具122的腔体内的空间。在处理过程中，当清洁剂、干燥剂或别的试剂加到衬底上时，可能被旋转着的衬底甩出的任何液滴都被喷雾罩124截获并被限制在包含中空转轴123和连着的夹具122的内腔中。喷雾罩124可用PET，塑料，聚胺酯，或任何适当的轻质材料制造，以提供易于清洗并适于净化间使用的强度和形状。
在一个实施例中，有一个滑动喷雾罩门152用来提供到内部区域或包含空心转轴和相连夹具122的腔体的入口。在一个实施例中，滑动喷雾罩门152配置成喷雾罩124的一部分，将门拉开后提供一个至内部区域或腔体的入口，将门滑动关闭后就基本上变成一个围绕中空转轴123和夹具122的坚实的喷雾罩124。当喷雾罩门152在开启位置时，可将衬底128插入夹具122或从中取出。通过打开滑动喷雾罩门152所提供的入口，可以用一个机械手(未示)把衬底128插入能被钩爪126接收的正确位置和方位上。一旦衬底插入并与钩爪126固定之后，则将滑动喷雾罩门152关闭，将任何流体循环保持在中空转轴123和夹具122的腔体内。在一个实施例中，把衬底128插入钩爪126中，并由晶片传感器130b探测和保证其正确方位和位置。一旦确保了正确的方位和位置，活动钩爪127(见图4A)就将衬底128锁定到位。然后机械手(未示)退出，滑动喷雾罩门关闭，转轴123就可以旋转，并带动夹具122和装在上面的衬底128旋转。
在一个实施例中，执行滑动喷雾罩门152定位在开或关的位置的是一个气动致动器(未示)。气动管150沿着喷雾罩124一段(位于喷雾罩124的底部或下部区域)的周边铺设。在一个实施例中，气动管150配置成管内装有磁性珠或轴承。气动致动器使磁性珠沿着气动管150的内部运动。当空气压力加到气动管150的第一端时，在气动管150的第二端被排气(通风)或抽真空，使气动管150内的磁性珠沿着压力路径行进，造成排气(通风)或真空状态。在一个实施例中，气动致动器配置成对第一和第二两端提供压力，使气动管150的第一和第二两端都排气或变成真空。这样，磁性珠就能在气动管的长度范围内按方向箭头154所示的任一个方向行进。滑动喷雾罩门152配置成带磁性门闩(未示)以便与磁性珠磁性相连。当磁性珠沿气动管在其中行进时，磁性门闩把滑动喷雾罩门152与磁性珠相连，把门滑至与磁性珠在气动管150内的位置相关联的开启位置或关闭位置，使滑动喷雾罩门152开启或关闭。在一个实施例中，设置门位置探测器158以显示滑动喷雾罩门152的状态。
图4B为按本发明一个实施例的衬底干燥系统的夹具122和喷雾罩124示意图。在此透视图中，滑动喷雾罩门152处于关闭位置，它完全将夹具122和转轴(图4B中看不见)的内腔围住，并保持喷雾罩124在处理区域四周的整体性。
当滑动喷雾罩门152处于开启位置时，有入口可以将衬底128插入或取出。钩爪126配置成能在中空转轴123和夹具122上方接收并支撑衬底128。在一个实施例中，设置了活动钩爪127以确保衬底128到位。当插入衬底128时，至少有两个钩爪126用于接收衬底128。用机械手(未示)把衬底128定位于钩爪126中时，活动钩爪127处于开启或未锁定的位置。当衬底128正确定位在钩爪126内时，活动钩爪127转至衬底128的边缘，将衬底128锁定到位。因此，正确定位的衬底128是由钩爪126和活动钩爪127支撑在其边缘上。在一个实施例中，钩爪126和活动钩爪127配置成将衬底128定位在稍稍偏离中空转轴123和夹具122的中心处。这样可使衬底128更可靠地靠在钩爪126上，并使得在中空转轴123旋转过程中产生的对活动钩爪127的压力最小。
在一个实施例中，活动钩爪127有一个装置125(见图4 C)处于中空转轴123附近，并与中空转轴123的固定部分相连。图4C显示按本发明一个实施例的活动钩爪致动器125。它用来防止当活动钩爪127处于开启或未锁定位置时，中空转轴123的旋转部分发生移动或转动。一旦衬底已经就位并已被活动钩爪127固定到位，活动钩爪致动器就允许中空转轴123的活动部分移动和转动。在一个实施例中，在门位置探测器158显示滑动喷雾罩门152处于关闭位置之前，中空转轴123还不能转动，因此可把任何用来插入和取出衬底的机械手从中空转轴123和夹具122中抽出来。
图4D显示按本发明一个实施例的上面装有晶片128的夹具122。在图4D所示的实施例中，晶片128已定位于钩爪126中并被活动钩爪127固定到位。因而晶片128被钩爪126和活动钩爪127的边缘保持到位。根据本发明的一个实施例，一旦活动钩爪127将晶片128固定到位且晶片探测器130b显示晶片128存在且方位正确，就允许关闭滑动喷雾罩门152，并提供一个包围转轴(未示)、夹具122和晶片128的连续喷雾罩124。在一个实施例中，门位置探测器158检测滑动喷雾罩门152是处在关闭还是不关闭的位置。
图5显示按本发明一个实施例取出夹具122的情形。在一个实施例中，可更换夹具122以容纳各种不同的衬底尺寸。如上所述，中空转轴123包括一个旋转部分和一个固定部分。带梢126和活动梢127的夹具122用来与中空转轴的旋转部分相连，使得中空转轴123的旋转能使装在它上面的夹具122和衬底128转动。在一个实施例中，夹具122是由基本上整块的PET、塑料、聚胺酯或其它合适的材料制成，而且包含用来接收衬底的稍126和活动梢127，以及将夹具122连至可旋转的中空转轴123内的环或轴承的连接点156(见图4A)。在一个实施例中，夹具122是为特定的衬底尺寸设计的，因此用于特定衬底尺寸的衬底干燥系统100的结构只需要连接与所要求衬底尺寸相应的夹具122。例如，普通的半导体晶片尺寸包括200mm和300mm的晶片。本发明的一个实施例包括一种200mm结构和一种300mm结构，改成所要求的晶片尺寸时，只需在连接点156把夹具122从中空转轴123中拆开并取出，并换上一个用于所要求衬底尺寸的夹具122即可。
图6显示按照本发明一个实施例的衬底活动钩爪系统100的底面或下面。在所示的实施例中，此衬底活动钩爪系统100已翻转过来，且滴盘138已经取走。另外，一般用于此衬底活动钩爪系统100的传动带盖也已取下，因而可看到传动带132围绕着中空转轴123和与转轴马达120的底部相连的皮带轮。如从图6可见，在一个实施例中，传动带132绕在转轴123的旋转部分123a上并由转轴马达120驱动，以提供一个旋转力使转轴123和相连的夹具(图6中看不见)转动。图中还显示了转轴123的固定部分123b与衬底衬底干燥系统100及装在上面的活动钩爪致动器相连接。排气口134为滴盘138(图6中已取下)所包围的空间提供通风。为清楚起见，已将下分配臂112从下分配臂支持柱116上取下。
从图1至6可看出，衬底干燥系统100的一种实施例为衬底128的清洗和干燥提供了一种创新的方法。所需的夹具122根据需要清洗和干燥的衬底128的尺寸来选择和配置。通常为获得高效率是对批量的单一尺寸衬底128进行处理，但由于系统的结构简单，也可以对多种衬底尺寸进行处理。
如上所述，滑动喷雾罩门152借助气动致动器移动气动管150中的磁性珠或轴承移动而处于开启位置。滑动喷雾罩门152上的磁闩将它与磁性珠磁性相连，当磁性珠在气动管150内移动时，滑动喷雾罩门152就被推至开启位置。当滑动喷雾罩门处在开启位置时，门探测器158探测出“未关闭”状态。
机械手(未示)将衬底128插到夹具122上。由钩爪126接收衬底128，并借助装置125使活动钩爪127定位以将衬底128固定并锁定在夹具122的位置上，衬底128是被夹持在钩爪126和活动钩爪127的边缘上。将机械手退出，滑动喷雾罩门152则滑向关闭位置。关闭状态由门探测器158检测。
晶片探测器130b与晶片探测器臂130a相连并检测衬底128的存在和方位。如有衬底128存在且方位正确(如处于水平状态)，则允许中空转轴123和相连的夹具122旋转。根据具体应用，可将中空转轴123的转速设计在300RPM或更低和高达3000RPM。转轴马达120利用传动带132使中空转轴123旋转。在一个实施例中，把转轴马达配置成可以调节传动带132的张力。例如，可将转轴马达120调近或远离中空转轴123，以分别减小或增加传动带132的张力。
中空转轴123配置成具有可随意转动的旋转部123a(它与夹具122相连)和固定的固定部123b(它与衬底干燥系统100相连)。此外，在中空转轴123的固定部123b上装有一个活动钩爪致动器125。随意转动的旋转部123a配置成类似于一个带中空内部的转轴轴承，它可以在固定外壳内自由旋转。传动带132处于中空转轴123旋转部123a的下部区域。包含钩爪126和活动钩爪127的夹具122在连接点156处与中空转轴123的旋转部123a的上部区域相连，这提供了一个易于变换结构的夹具122以接受多种衬底尺寸。
当衬底128按本发明的一个实施例装在衬底干燥系统100中时，上分配臂110和下分配臂112近似处于旋转着的衬底128的中心。上分配臂110使上分配喷嘴111a指向衬底128的顶面或工作面，而下分配臂112使上分配喷嘴111b指向衬底128的底面或背面。磁性连接的上分配臂110和下分配臂112基本处在衬底128相对两面的同一位置。
在一个实施例中，通过清洗剂供应器109b和113b将清洁剂分配至旋转着的衬底128的工作面和背面。通过干燥剂供应器109a和113a将干燥剂分配至旋转着的衬底128的工作面和背面。在一个实施例中，上分配臂头140a调整上分配喷嘴111a的方向，使得上分配臂110在衬底128工作面的上方从旋转着的衬底128的中心区向周边行进时，清洁剂处在干燥剂之前。同样，下分配臂头140b调整下分配喷嘴111b的方向，使得下分配臂112跨越衬底128背面从旋转着的衬底128的中心区向周边行进时，清洁剂处在干燥剂之前。在一个实施例中，上分配喷嘴111a和下分配喷嘴111b的方位是背离衬底中心和朝向边缘的方向成一个角度，即在衬底处理过程中喷嘴行进的大致方向。根据不同的用途，可以从多种化学物或DIW中选取清洁剂。本发明包括对衬底清洗、刻蚀和冲洗的一些实施例。清洁剂的例子包括DIW、HF、NH4OH、H2O2或任何酸(如HCl、HNO3、HBr、H3PO4、H2SO4等)的溶液。干燥剂的例子包括IPA、双丙酮、乙基乳酸、乳酸乙酯、甲基吡咯烷酮等。如上所述，当干燥剂在清洁剂之后分配时，清洁剂的表面张力降低，这有利于液体朝着旋转着的衬底边缘向外移动而被清除。
图7说明按本发明一个实施例的清洗和干燥过程。清洁剂在干燥剂之前加到旋转着的衬底的顶面和背面，同时从衬底中心区移向衬底的周边区域。清洁剂用来清洗、刻蚀或冲洗衬底的表面，在将干燥剂引入区域170时液体的表面张力下降，液体和残余物的移动增强，从而使衬底的表面干燥。
上分配臂110借助上分配臂支持柱114和下分配臂支持柱116与下分配臂112磁性相连，而上分配臂与装在分配臂驱动轴壳体118内的分配臂驱动轴机械相连。在一个实施例中，上分配臂110在旋转着的衬底128顶面上方从中心区向周边的移动，是由位于分配臂驱动轴壳体118内的分配臂控制器指挥。分配臂控制器指挥分配臂驱动轴使上分配臂110定位。磁性连接的下分配臂112映对上分配臂110的移动，跨越背面从旋转着的衬底128的中心区朝周边移动。这样就能同时对顶面和背面进行清洗和干燥。
在一个实施例中，在下分配臂112上装上一个制动器或调节器，以防止下分配喷嘴111b和中空转轴123的内表面相接触。如上所述，衬底处理从旋转着的衬底的中心朝着周边进行。上分配臂110和下分配臂112同步地在旋转着的衬底的工作面和背面上方移动，直至到达衬底边缘或其附近的一个预定点。在这个预定点下分配臂112停止而上分配臂110继续前进，使上分配喷嘴111a按需要移至衬底边缘或跨过边缘。图8表示按本发明一个实施例，下分配臂112停在一个预定点，而上分配臂110则可以继续前进。在一个实施例中，用另一个用于上分配臂110上的制动器或调节器来确定下分配臂110在转轴123和夹具122腔内的行进范围。当上分配臂110回到处理区的中心区域时，上分配臂110和下分配臂112互相对齐，则恢复磁连接，且上分配臂110和下分配臂112再次一起移动。
喷雾罩124可阻挡清洁剂和干燥剂的过量液体散布在衬底干燥系统100的上方，并将它们基本上包容于转轴123和夹具122的中空腔体内。正如上面参照图1和2所述，液体残余物是由滴盘138收集，并经由排液口136排出。在某些实施例中，采用汽化气体作为干燥剂，这时如有累积的蒸汽或气体，则由排气口134使这些蒸汽或气体从滴盘134中排出。
图9显示按本发明一个实施例的衬底处理站200。在一个实施例中，至少一个衬底干燥系统100与至少一个刷洗盒擦洗器202相结合，以形成一个高效的衬底处理站，这可使衬底尽可能少地转移和暴露，而且对净化间占地面积的要求也最小。在此实施例中，至少一个衬底干燥系统100配备至少一个刷洗盒202，以在此至少一个刷洗盒202中先对衬底进行一种或几种操作，然后再转移到该衬底干燥系统100中去冲洗、干燥或做其它处理。例如，可以把衬底干燥系统100安装在刷洗盒202的顶上，以使转移距离和系统或工具的占地面积最小化。此外，在净化室环境下，过滤系统可使洁净度随高度而增加。因此，较脏的擦洗处理在较低处进行，而在较高处进行较清洁的衬底冲洗和干燥操作。
在另一个实施例中，衬底处理站200与一连串的衬底处理工具相结合(也叫做集合工具或集成衬底处理集合模块)，以使净化室底面空间的使用最有效，并开拓衬底处理方法和系统的经济高效实施途径。仅举一例，即本发明的一个实施例与一个集成衬底处理集合模块(包括晶片处理系统，装载和卸载模块、带耦合的刻蚀负荷锁的刻蚀处理模块和化学机械平面化(CMP)处理模块等)相结合。本发明的一个实施例可与集合模块结合成为一个清洗处理模块，它能进行CMP之后的清洗和刻蚀之后的清洗操作。
上面对本发明的详细描述仅是为了清楚了解，可以在下面权利要求书的范围内作一定的修改。因而，应把这些实施例看成是示例性的而不是限制性的，这些所给出的细节并不是对本发明的限制，而是可以在后面权利要求书的范围内和等效物内加以修改。
权利要求
1.一种制备衬底的系统，包括(a)一带钩爪的夹具，用来在边缘夹持衬底，该夹具配置成使衬底旋转；(b)第一分配臂，它处于衬底工作面的附近，能在衬底工作面的中心区和周边边缘之间移动，还有一对供应线，用于将流体输送至衬底工作面的上方；(c)第二分配臂，它处于衬底背面的附近，能在衬底背面的中心区和周边边缘之间移动，还有一对供应线，用于将流体输送至衬底背面的上方；和(d)喷雾罩，它围绕着夹具内的衬底，并配有一滑动门，当门处于开启位置时，为将衬底插入夹具的钩爪和从中取出提供入口。
2.如权利要求1所述的衬底制备系统，还包括一连接第一分配臂和第二分配臂的连接器，使得第一分配臂和第二分配臂能在衬底中心区和周边边缘区之间移动，第一分配臂和第二分配臂在衬底的相对两面保持对齐。
3.如权利要求2所述的衬底制备系统，其中连接第一分配臂和第二分配臂的连接器是磁性连接器。
4.如权利要求2所述的衬底制备系统，还包括一气动管，它沿着喷雾罩的底部和滑动门；一磁性珠，其处于气动管内；和一磁性门闩，其设置在该滑动门上，其中，磁性门闩用来使滑动门滑动地与气动管相连，从而当磁性珠在气动管内移动时把滑动门滑动至开启位置或关闭位置。
5.如权利要求1所述的衬底制备系统，其中夹具配置成能用一个特定尺寸的夹具来更换，以便用于多种衬底尺寸中的每一种。
6.如权利要求1所述的衬底制备系统，其中夹具是一个中空夹具，它为衬底的工作面和背面两面同时提供入口。
7.如权利要求1所述的衬底制备系统，其中第一分配臂和第二分配臂的每一对供应线用来输送刻蚀流体、清洗流体、冲洗流体和干燥剂中的一种。
8.如权利要求7所述的衬底制备系统，其中清洗流体包括HF、NH4OH、H2O2、HCl、H2CO3、HBr、H3PO4，和H2SO4。
9.如权利要求7所述的衬底制备系统，其中干燥剂包括异丙醇、双丙酮、乙基乳酸、乳酸乙酯及甲基吡咯烷酮。
10.如权利要求1所述的衬底制备系统，还包含一衬底探测器，用来确定衬底在夹具的钩爪内的精确位置。
11.如权利要求1所述的衬底制备系统，其中第一分配臂的供应线对中的每一个有一指向衬底的工作面且与衬底周边边缘成一定角度的喷嘴；第二分配臂的供应线对中的每一个有一指向衬底的背面且与衬底周边边缘成一定角度的喷嘴。
12.如权利要求1所述的衬底制备系统，其中该系统与至少一个刷洗盒擦洗器结合成为一集成衬底处理模块。
13.如权利要求12所述的衬底制备系统，其中该系统与一衬底处理集合模块相结合，该衬底处理集合模块包括一晶片处理系统、一装载和卸载模块和一刻蚀处理模块。
14.如权利要求12所述的衬底制备系统，其中该系统与一衬底处理集合模块相结合，该衬底处理集合模块包括一晶片处理系统、一装载和卸载模块和一化学机械平整处理模块。
15.如权利要求12所述的衬底制备系统，其中该系统与一衬底处理集合模块相结合，该衬底处理集合模块包括一晶片处理系统、一装载和卸载模块和一刻蚀处理模块，以及化学机械平整处理模块。
全文摘要
本发明提供可降低制造过程中表面张力的衬底制备方法和系统。在一实例中，衬底制备系统包括一带钩爪的夹具，用来在边缘夹持衬底。该夹具是中空的，以便可同时到达衬底的工作面和背面两个面，而且夹具能使衬底旋转。这个系统包含一些处于衬底表面上方的分配臂。分配臂能从衬底表面的中心区移至周边，且每个分配臂包括一对供应线，用来将流体输送至衬底表面的上方。一个连接器把上分配臂和下分配臂相连，使得两分配臂在衬底中心区和周边之间同步移动，并在衬底的相对两面上保持对齐。
文档编号H01L21/00GK1531742SQ02810187
公开日2004年9月22日 申请日期2002年5月17日 优先权日2001年5月18日
发明者C·M·维尔斯, C M 维尔斯, J·T·马特苏莫托, 马特苏莫托 申请人:兰姆研究有限公司