CN101389415A - 单侧工件处理 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于处理半导体晶片和类似工件的离心工件处理器，其包括固持并旋转工件的头部。头部包括具有气体***的转子。气体从转子内的入口被喷雾或者喷射，从而产生旋转气流。旋转气流产生压力条件，使工件第一侧的边缘固持抵接到转子上的接触销或表面上。转子和工件一起旋转。邻近周边的导销可以帮助将工件与转子对准。一个有角度的表面帮助使失效的工艺流体偏斜远离工件。头部可以移动到与槽座的多个不同接合位置。当工件旋转时，槽座内的喷雾喷嘴将工艺流体喷射到工件的第二侧上以便处理工件。可采用移动的端点探测器来探测处理的端点。

Description

单侧工件处理

背景技术

[0001]过去几年中，微电子器件领域内的显著进步带来了各种类型的更实用且更便宜的电子产品。这也带来了全新的产品种类。微电子器件发展的一个主要因素在于用于制造其的机器和方法。微电子器件的制造需要极高的精度、极纯的材料、以及极干净的制造环境。甚至显微级别的粒子都能引起器件的瑕疵以及损坏。

[0002]微电子器件通常在半导体晶片的前侧或器件侧上制造。一般地，没有微电子器件位于晶片的后侧上。然而，晶片后侧上的污染物，例如金属粒子、残留物、薄膜等，如果不将其去除，会对晶片前侧的器件造成伤害。例如，制造程序中采用的某些金属如铜，会穿过晶片从后侧移动到前侧，在此它们会引起微电子器件的瑕疵。因此对晶片背部的处理十分重要。

[0003]晶片的后侧可以采用现有的技术进行处理，以去除污染物。这些技术包括通常当旋转时晶片，在后侧上施加工艺流体(process fluid)。然而，如果工艺流体接触晶片的前侧，则工艺流体会损坏微电子器件。因此，通常在后侧处理时，或单侧处理时，工艺流体最好是做到最小量或与晶片的前侧即相对侧不接触。因为工艺流体包括液体、气体或者蒸汽，而且当其应用时，晶片通常是旋转的，在目前的晶片处理技术中，这一目标在很大程度上仍然无法实现。

[0004]晶片处理机器采用了各种不同的设计，以试图解决如何在处理后侧时将工艺流体从前侧排除的问题。这些机器中有一部分采用惰性气流，试图将工艺流体限制于后侧。其它的一些机器采用垫圈、薄膜或其它类型的机械密封或屏障，以使工艺流体避开晶片的顶侧。然而，在使用气流的机器中，某些工艺流体仍倾向于接触晶片的前侧或器件侧。在使用机械密封的机器中，密封必须和晶片的器件侧物理接触。这种物理接触可能损坏微电子器件。因此，密封或实体屏障的使用可能具有严重的缺陷。

[0005]通过密封、指状物(finger)、夹子或其它密封、固持或定位元件与晶片的物理接触，就像在目前通常的处理机器中所采用的，会因为粒子发生或粒子释放而产生污染风险。这些类型的元件还能在晶片上扰乱工艺流体的均匀流动，在晶片的不同区域造成不同的处理级别。因此，不论是处理一侧或两侧，最小化与晶片(wafer)的物理接触通常能获得更好的结果。另一方面，在处理中，晶片必须适当放置和固定。因此，需要更好的机器和方法，以便提供单侧晶片处理，而且处理时通常与晶片发生较少的物理接触(physical contact)。

发明内容

[0006]本发明提供了用于解决这类问题的晶片后侧处理和晶片物理接触问题的新的处理机器和方法。这些机器和方法在制造微电子和类似的器件中产生显著的改进。一方面，在本发明中，循环气体被提供给晶片的一侧。在晶片后侧的处理过程中，循环气体产生气压和流动条件，从而保持工艺流体远离前侧。因此，可以采用较宽范围的化学药品来处理后侧，而不会带来损坏微电子器件之前侧的危险。

[0007]循环气体流动还可以通过气体压力、在处理期间将晶片固持在适当位置。循环气体所产生的气流和压力条件能在晶片边缘施加固持力，而对晶片中央的未支撑区域仅仅施加相对小的力或没有施加力。因而在处理期间晶片被稳固固持在适当位置，而施加给晶片的应力最小。这样，在处理前侧、或后侧、或两者期间，与晶片的物理接触被最小化。这减少了污染的可能，并提高了晶片产量。因而，可以从每个晶片生产出更合用的器件芯片。

[0008]采用循环气体的晶片处理机器可包括具有一个或多个工艺流体入口的槽座(bowl)，用于将工艺流体施加到晶片的第一侧上。该机器具有能够在工件处理期间设置为与槽座相接合(engagement)的头部。在支撑于头部上的转子内产生旋转气体。产生旋转气流的一个方法是，在转子内按照与旋转方向相切或接近相切的方向释放加压气体。旋转气流将晶片固持在转子上或转子内的适当位置，而与晶片的物理接触最小。当晶片围绕转子旋转时，流体入口将一种或多种工艺流体施加到晶片的第一侧上。除了将晶片固持在适当位置，对于单侧处理，转子内的旋转气流也能用于将工艺流体排除在晶片的第二侧之外。在一个设计中，晶片可以设置在转子之上，且围绕晶片的边缘设有间隙。进入转子的部分或全部循环气体从该间隙并围绕晶片的边缘溢出。这种气体的向外流动避免了施加到第一侧上的任何工艺流体到达第二侧。

[0009]在另一个设计中，在晶片的边缘附近，转子可以具有一种环形边缘接触环，其与晶片相接触或者密封抵接晶片。与边缘接触环相关的气流路径将从转子溢出的气体引导远离晶片的边缘。施加到晶片底面上的工艺流体围绕晶片的边缘，并且仅仅在晶片顶面上的一个明确限定的边缘区域上流动。转子也可以具有另一种类型的环形边缘接触环，其接触晶片的边缘，并基本上阻止任何的工艺流体运动到晶片的顶面上。本发明也包括其所用机器和方法的其它组合方式。

附图说明

[0010]在图中，相同的附图标记表示相同的元件。为了清楚起见，图中省略了电线和气体与液体的管道线路。

[0011]图1显示了本发明操作原理的剖视图。

[0012]图1A是沿着图1的线1A-1A的剖视图。

[0013]图1B是另一种设计的剖视图。

[0014]图2是工件处理器的俯视立体图。

[0015]图3是图2所示处理器的侧视图，位于打开或加载/卸载的位置。

[0016]图4是沿图2中的线4-4的剖视图。

[0017]图5是图3所示处理器的剖视图。

[0018]图6是图2-5所示头部的俯视立体图，为了说明，盖子被移去。

[0019]图7是图4和5所示转子的俯视立体图。

[0020]图8是图7所示转子的仰视立体图。

[0021]图9是沿图7中的线9-9的剖视图。

[0022]图9A是图7-9所示转子的边缘的放大剖视图。

[0023]图9B是另一种转子的边缘的放大剖视图。

[0024]图9C是再一种转子的边缘的放大剖视图。

[0025]图9D是又一种转子的部分放大剖视图。

[0026]图10是一种可选择的转子设计的仰视立体图。

[0027]图11是沿图10中的线11-11的剖视图。

[0028]图12是一种包括几个如图2-9所示处理器的工件处理***的立体图。

[0029]图13是图12所示的***的平面图。

[0030]图14是图12所示的元件或子***的立体图。

[0031]图15是一种可选择的处理***的选定元件以及子***的立体图。

[0032]图16是图15所示的处理组件之一的立体图。

[0033]图17是沿图16中的线17-17的剖视图。

[0034]图18是图16和17所示的槽座的立体图。

[0035]图19是一种可选择的处理***的示意图。

具体实施方式

[0036]本发明涉及处理工件如半导体晶片的装置和方法。术语工件、晶片或半导体晶片表示任何平面的介质或物品，包括半导体晶片和其它的衬底或晶片、玻璃、掩体、以及光学或记忆介质、MEMS衬底或任何其它具有微电子的、微机械的、或微机电的器件的工件。

[0037]参阅图1，处理器20可以进行单侧加工处理。单侧处理表示仅仅在晶片的一侧(此处表示为后侧)施加一种或多种工艺流体，并且工艺流体完全不接触晶片的第二(前)侧。可选择地，工艺流体可以接触晶片的斜边。工艺流体可以是液体、气体或蒸汽。在图1中，处理器20包括与头部22的旋转马达相连的转子24。导销25可沿转子24的周边设置，从而帮助引导晶片100进入位置。气体喷嘴或入口26向一个方向喷雾或喷射出气体，其在转子24中产生气体涡旋流。在图1和1A的箭头23表示了气流的方向。该气流在晶片100上方的空间中产生负压或低压区域。因而，可利用压力将晶片100保持在转子24上。

[0038]参阅图1，转子24可以这样设计，晶片的边缘和转子之间的环形开口是气体的唯一溢出路径。在该设计中，因为气体溢出或者流动离开转子24，气体基本上阻止了晶片100与转子24相接触。晶片主要支撑在运动气体垫上，或被运动气体垫托起。导销25可以最小化，或者限定晶片在转子24中的任何侧向运动。

[0039]仍然参阅图1，头部22可以放置在或者移动到与基座或槽座28相准直或接合。工艺流体从槽座28上的一个或多个喷嘴或入口29被施加到晶片的后侧上。在处理期间，马达84带动转子24旋转。晶片100与转子24一起旋转。工艺流体被施加到晶片的后侧。在图1中，后侧是向下表面。从转子24溢出的气流作为晶片前侧的隔离壁垒。由于气体不断地向外流动，没有工艺流体可以运动进入到转子24中或者接触晶片的顶侧。因此，可获得高效的单侧晶片处理。

[0040]现在参阅图1和1A，气流由箭头23表示。转子设计为产生旋转气流。在入口26的附近(邻近转子的周边)，气流速度相对较高，而气压相对地较低。朝向或在转子的中心，气流速度相对较低，而气压相对地较高。因此，将晶片保持在转子的适当位置上的压力，在晶片边缘的附近(此处负气压最高)是最高的，而朝向中心处是最低的。朝向或在转子的中心，气流速度可以是零或者接近零。因此转子内部区域的气压通常会是微小负压、中性的、或甚至微小正压。因而，晶片的边缘区域可以牢固地保持与转子抵接，而最小的压力施加在晶片的中心。因此可以减小晶片上的弯曲应力。

[0041]图1B表示了一种设计，转子24B具有比晶片100更大的直径。在该设计中，晶片完全位于转子24B内。转子24B按照与图1和1A中的转子同样的方式运行。然而，晶片通过支脚或销27保持远离转子24B的表面。在该设计中，不需要导销25，因为转子的圆柱形侧壁能防止晶片100过度移动而远离中心。

[0042]此处所描述的每一个设计中，气体从转子溢出的方式可以变化。在图1中，气体经过晶片边缘和转子之间的环形开口溢出。在图1B所示的设计中，气体经过晶片的边缘和转子的圆柱形侧壁之间的环形间隙溢出。然而，可以采用其它的气体溢出开口，单独采用或与图1和1B所示的开口以及间隙结合采用。例如，图1的虚线所示的气体出口147可以在转子中采用。气体出口147可以是孔、槽或其它开口。气体出口147可位于转子上的任何位置，而且可以采用有利于前述的旋转气流的任何形式。

[0043]对于某些工艺和晶片，可采用与晶片产生物理接触的密封。在这些应用场合，接触密封元件，例如图1所示的密封环149，也可用于在处理期间在转子和晶片之间提供物理密封。上述的负压或真空条件使晶片的边缘与密封环149稳固地保持抵接。转子中的气体出口147为气流提供了溢出路径。因为晶片与密封环的物理接触，定位销25可以省略，很大程度上避免了在处理期间晶片任何的移动。

[0044]图2-5表示了处理器50的一个示例，其可以采用上述与图1相关的原理来运行。然而，图2-5表示了对本发明并非必要的各种不同的附加元件。如图2-5所示，处理器50包括头部80和槽座78。槽座78可支撑在连接到甲板52上的安装板70上。如图6和7所示，旋转马达84可以支撑在头部80的基座板88上，并被头罩82覆盖。转子92通常由旋转马达84驱动并在头部80内旋转。然而，马达84可以省略以便利于采用其它技术来旋转转子。

[0045]头部80与槽座78相接合。特别地，为了处理，头部80可以移动到与槽座78相邻(但是不接触)的位置，或者头部80可以与槽座78物理接触，或者甚至与槽座78密封抵接，如图4所示。

[0046]如图4和5所示，槽座78具有流体喷雾喷嘴或入口112，以便将工艺流体施加到保持在头部80内的工件100的背面或向下表面。喷嘴或入口112可以固定在槽座78的侧面或底面的位置。可选择地，喷嘴112中的一些或全部可以移动，例如，在摇臂上。也可采用固定以及移动喷嘴112的结合。具有多个喷嘴或者入口的固定或移动喷雾管，也可以在槽座78中采用。还可以经由喷嘴112将气体或蒸汽施加到工件100上。排水管114收集失效的工艺流体以便将其从槽座78中排出。一个或多个阀门116可以与排水管114相关联。槽座支脚110，如果采用的话，连接到槽座上且从槽座78上向上凸伸朝向头部80上的工件100。如图5所示，头部80可以通过经由头部提升臂90连接到头部上的头部升降机(未表示)被垂直提升离开槽座78，如图4所示。

[0047]图6表示了头部80，为了清楚，盖子82和其它的元件被移去。头部气体供应管线102方便地输送气体或者干净干空气穿过基座板88到气体端口96，从而在基座板88和转子92之间提供气流动。该头部气体或干净干空气的流动帮助避免工艺流体，蒸汽或气体移动进入头部80，由此减少头部元件的腐蚀。头部环94可连接环绕基座板88的外面。可在头部环的凹槽内提供膨胀密封件98，其在处理期间可以使头部80密封抵接槽座78。图6所示的元件是头部80的一部分，由头部提升臂90支撑，而且不旋转。

[0048]现在参阅图7，8和9，在所示的示例中，转子92具有连接到轮毂122的轴杆124上的驱动板130。轴杆124锁定到头部80的旋转马达84上。卡盘132通过螺钉128或其它紧固件连接到驱动板130上。如图8和9所示，导销134从卡盘132的外轮缘142处延伸出来(或向下)。导销134可具有锥形或渐缩部分135。如图9所示，接触销154从卡盘外轮缘142稍微凸伸出来。接触销154比导销134短且在导销134内放射状设置。

[0049]仍然参阅图9，卡盘132具有通常大致上垂直结合到顶板或腹板148上的圆柱形侧壁138。O形环或其它的密封件144，如果采用的话，使卡盘132的外表面或周边密封抵接于驱动板130上。卡盘132的腹板或顶板部分148通常通过间隙G与驱动板130间隔分离(除了紧固件128连接点之外)。

[0050]气体供给，例如氮，或者干净干空气，在压力下，连接头部80的供应管线，经过连接到马达壳体的迷宫式帽126(图4，5和7表示)，并进入到延伸穿过轴杆124内的套管125的入口管线86。套管125连接到驱动板130上，并且在帽126内旋转。

[0051]提供给头部80的气流动(在设计中表示为向下)穿过入口管线86，如图9所示，在卡盘132和驱动板130之间的间隙G中放射状地向外流动，如图7和9所示，到达气体入口136。碟型间隙G提供了从入口管线86到气体入口136的流动通道。位于卡盘132的侧壁138的气体入口136设置成按照与圆柱形侧壁138完全相切或至少部分相切的方向喷射或喷雾气体。入口被定向以便使气体方向与侧壁相切，或在切线的40，30，20或10度内。多个气体入口136，例如，3，4，5，6，7或8个气体入口136放射状地有利地间隔分离并设置在侧壁138上，接近卡盘132的顶板或腹板148。气体入口136的数目，形状，结构和位置理所当然可以改变，因为可以用各种不同的设计来产生使工件100保持在转子92上适当位置的气流状态。O形环或密封件144可以用来阻止气体除了经过气体入口136之外，从间隙G溢出。

[0052]卡盘板132上的外轮缘142的侧壁138在卡盘132上形成具有直径D以及深度或高度H的大致上指定的空间155，如图9所示。尺寸H大致上一致，除了在围绕轮毂122的中央区域之外。

[0053]为了对准的目的，可以在卡盘板132上提供中央开口。如果采用的话，在转子92开始使用之前，开口由栓塞146关闭。现在参阅图8和9，导销134放置在直径DD处，直径DD稍微大于工件100的直径(其依次稍微大于圆柱形或碟型空间155直径D)。因此，工件放置在转子92内，如图4所示，在导销134和工件的边缘之间仅仅只有很小的径向或侧向余隙。

[0054]参阅图3，处理器50位于向上或打开位置以便加载或卸载。在所示的设计中，头部提升臂90将头部82从槽座78处升高。工件100被移动进入头部82和槽座78之间的位置，工件100大致上对准转子92。随后工件被垂直向上移动，导销134围绕工件的外侧边缘。工件此时位于或高于导销134的平面P，如图11所示。这些工件的加载运动可以手动执行，或通过机械手，如后文的进一步描述。

[0055]随后气体被供给到转子92。此时参阅图8，由于气体入口136的大致的切线方向以及气流出入口136的相对高速度，在空间155内产生旋转气流或涡流，在工件和卡盘132的顶板148之间。空间155内的气流是环形的。随后气体可以通过围绕工件100的边缘流动而离开空间并进入槽座78内。这在空间155的外部区域产生负压或者真空，导致工件被托起并脱离机械手44。外部区域空间155中工件100上方的负压使工件的顶面与接触销154相抵接。这阻止了工件相对于转子92旋转或移动。接触销154可以包括实际上与晶片点接触的球形末端。可选择地，接触销可以具有在非常小的面积上相接触的末端，例如，在0.2-3mm的直径上。

[0056]用于使工件100与接触销154相抵接的法向力仰赖由涡流气流所产生的压力差，以及在工件上压力作用的表面区域。法向力可以通过控制气流来调整。总体上，法向力会明显超过工件的重量，因此工件保持与接触销154相抵接，不论其相对于重力的方向。接触销154可以是支撑工件的唯一表面，通常设置在工件边缘的2-10，4-8，或5-7mm以内。

[0057]随后，头部升降机降低头部提升臂90和头部80，头部从如图5所示的打开位置移动到如图4所示的关闭或处理位置。如果采用密封件98的话，其会膨胀，在头部80和槽座78之间形成部分的或完整的密封。

[0058]在空间155中气体的唯一溢出路径是工件和卡盘132的轮缘142之间的小环形开口。当气体从空间155溢出，它易于防止工件100与卡盘132或转子92或处理器50的任何部分接触，除了接触销154之外。否则工件100实际上会悬浮在气流中。如果需要的话，导销134可用于防止工件100移动太远而离开转子92的旋转轴的中心。然而通常，围绕工件边缘的气流，以及保持工件与接触销154相抵接的法向力，会趋于将工件保持在中心。

[0059]旋转马达84被打开，旋转转子92和工件100。总体上，气流涡流在转子内按照与转子旋转相同的方向旋转。工艺流体从喷嘴或入口112被喷雾或喷射到旋转工件100的底面或向下表面上。也可采用处理气体或蒸汽。离心力帮助将工艺流体分配到工件100的整个底面上。转子92内的气流也帮助阻止任何工艺流体或者气体接触工件100的顶面，因为从工件上面的空间到工件下面的空间具有恒定的气体流动。

[0060]在施加工艺流体和/或气体之后，晶片可选择被冲洗和/或干燥，同样在如图4所示的位置。当处理器50内的所有处理完成时，在与上述相反顺序的步骤之后工件100被卸载。

[0061]当转子保持工件100时，流向转子92的气流中断，可能造成工件100的移动或掉出转子92。为了减少在这种情况下损坏的可能，如图4所示，槽座支柱110设置在槽座78内并在工件100(当位于处理位置时)的下方向上延伸出大约10-15毫米。如果发生气流中断，工件仅仅会落下一段很短的距离并支撑在支柱110上。

[0062]当气体从转子92流出后，其进入气体排出稳压室120并随后从处理器50流走。取决于在处理器50内运行的特定处理，卡盘132和驱动板130可选择采用抗腐蚀材料制成，例如PVDF塑胶材料或等同物。如上所揭示的转子92，以及整个头部80实际上可以用于任何离心处理，其中处理化学制品，通常为液体，被施加到工件的仅仅一侧上。处理器50表示为位于直立和竖直的位置，但是它也可以在其它位置或方向使用。因此，此处提供对于顶面或底面以及向上方和向下方的描述，是为了说明图示示例，而并非必须的或者必要的运行参数。

[0063]在所述的每一个实施方式中，晶片的前侧或装置侧可以面向或背离转子。为了后侧清洗或处理，晶片放置在转子中而装置侧面向转子。为了前侧清洗或处理，晶片放置在转子中而前侧背离转子。可通过机器人或手动处理，获得转子的期望的向上/向下定向。也可采用单独的翻转或晶片反转工作站。

[0064]大致地，提供给转子的气体是惰性的，也就是，它不会与晶片产生明显化学反应。然而，也可采用处理化学气体来代替惰性气体。给转子提供处理化学气体允许对晶片面向转子的侧面进行化学处理，可选择同时采用同样的处理化学气体处理晶片的另一面，或采用不同的处理化学气体或液体。

[0065]由上面的描述可以理解，头部50不需要保持或固定工件100的运动部件。因为气流用来将工件保持在适当位置，头部80可以采用相对简单的设计。除此之外，大致地，大部分元件可以采用化学兼容塑胶材料。这减少了对可能导致污染的金属元件的需求。不会有障碍物或元件位于工件100上或遮蔽工件100。这使分配到工件上的工艺流体非常一致，导致更为统一和一致的处理。导销134仅仅只接触工件的边缘。接触销154仅仅接触工件100前侧或顶侧的非常小的区域。因此，与工件100的接触被最小化。

[0066]图9A是图9所示的转子92的外部边缘的放大图。提供给转子92内的气体向外流出转子，如箭头G所示。施加到晶片100的底面或向下表面的工艺流体101向外朝向晶片的边缘流动，由离心力驱动。取决于不同因数，例如旋转速度，流量和粘度，工艺流体101可以包围晶片的边缘并在顶面上向内运动一小段距离(通常若干毫米)。气体的向外运动趋于减小工艺流体在顶面上的向内运动，并且可以形成变化的分界线(在顶面上靠近与工艺流体相接触的边缘的外部区域，与不接触工艺流体的内部区域之间)。在一些制造处理中，优选是具有一致的分界线。

[0067]图9B表示了一种可选择的转子设计400，除了此处所描述的以外，其与转子92相同。转子400具有连接到转子环402的边缘接触环404。边缘接触环404可以是连接到转子环402上的分离环形环元件，例如，通过紧固件，或者它可以作为转子环402的一部分制造。气流路径，在图9B中大致由408表示，在边缘接触环404和转子环402之间形成。气流路径408可由切削进入转子环402内的倒角环槽410以及连接进入槽体410内的气体出口412形成。进入气流路径408内的入口415位于槽体410的较低的内部开口处。

[0068]仍然参阅图9B，边缘接触环404的内部边缘405接触晶片100的边缘。在使用中，施加到晶片100的底面上的工艺流体向外运动并可围绕晶片100的边缘，如图9A所示。边缘接触环404的内部边缘405作为晶片顶面上的工艺流体的密封或物理屏障。内部边缘405可以是弹性的并且具有封闭抵接晶片顶面的光滑底面。工艺流体可接触内部边缘405，但是工艺流体不会运动越过它。供给转子400的气体通过气流路径408从转子流出。气体的压力趋于防止任何工艺流体在边缘接触环404的内部边缘405和晶片100之间运动。因而，转子400的处理形成非常一致的分界线。参阅图9B，转子400仅仅允许工艺流体在环形外部边缘区域416处接触上表面。环形外部边缘区域416的宽度由从边缘接触环404的内部边缘405到晶片100的边缘418的尺寸来设定，通常大约1或2至大约8或10mm，更典型的是大约2或3mm。

[0069]图9C表示除了此处所描述的以外，和转子92相同的另一转子420。转子420具有连接到转子环422的边缘环接触部424。和转子400类似，在转子420内形成气流路径428。气流路径428由环形槽体430和向内延伸穿过转子环并连接进入槽体430的气体出口形成。边缘环接触部424上的晶片边缘接触表面434定向为角度EA。在剖视图上，接触表面434和转子420的底面435形成等腰梯形形状的凹窝436。接触表面434形成从顶部向底部向外成锥形或锥形延伸的倒角侧壁。接触表面434的角度EA通常在大约15到45°范围。

[0070]在使用中，晶片100保持在转子420内，晶片的上边缘或倒角与表面434相接触，如图9C所示。这在晶片100和表面434之间产生了触点440的线形。气流经过气流路径428流出转子420。施加到晶片底面上的工艺流体会向外流动到晶片的边缘，如图9A所示。工艺流体会流到晶片的边缘并到达晶片的边缘上，但是不到达晶片的顶面上。触点440的线形作为密封或屏障阻止工艺流体运动到晶片100的顶面上。气流路径428中的气体压力也趋于避免任何工艺流体运动越过接触线440。因而，与工艺流体接触的区域和与工艺流体不接触的区域之间的分界线，位于晶片100的边缘上。在具有平坦的边缘以及上部和下部倒角表面的晶片上，接触线440(以及产生的分界线)位于上部倒角上。在具有辐射状或者圆形边缘的晶片上，接触线440位于圆形边缘的上半部分上。

[0071]仍然参阅图9C，表面434的角度EA可以根据将要处理的晶片的边缘构造变化。角度EA可方便选取从而提供接触线440，最好是一个较宽的接触区域。因此，表面434有利地是不平躺抵靠在晶片100的倒角表面。名义上，选择环形表面434中点处的直径DD与将要处理的晶片的直径相匹配，例如200或300mm。晶片的直径可能根据制造公差稍微改变，而任何给定的晶片可以在表面434上稍高或者稍低放置。在图9B和9C中，具有尾部的箭头表示了经过转子的气体运动。图9A-D所示的转子可以主要或完全由塑胶材料制造，例如PVDF。

[0072]图9D表示了另一种转子450，除了转子450更适合用于薄晶片以外，它与图9所示的转子92相同。标准的硅晶片大约0.030英寸(0.75mm)厚。然而，现在薄晶片在许多应用中使用。这类薄晶片通常0.002到0.010英寸(0.05到0.25mm)厚，而更典型的是0.003，0.004或者0.007英寸(0.08，0.10或0.18mm)厚。因为这些薄晶片比标准晶片更易碎，用来操作和处理标准晶片的机器和方法对于薄晶片而言却不能很好地工作。

[0073]在图9D中，晶片100的边缘附近支撑在接触销154上，圆柱形或碟型空间或开口155在晶片上。如上所述，在图9D中，因为转子内气流的速度在靠近周边PP处是最高的，晶片上方的空间和晶片下方的空间之间的压力差，也在靠近周边PP处是最高的。因而，由涡旋气体所产生的并保持晶片进入转子内的法向力也在靠近周边PP处为最高的。因为接触销154设置靠近周边PP，由法向力给晶片靠近周边处所施加的弯曲应力是较低的。

[0074]气体的速度，以及法向力，朝向转子的中心处减少。然而，通常仍然有一些法向力靠近或围绕转子的中心起作用。当在如图9所示的转子92中处理标准厚度的晶片时，在远离周边PP处由法向力引起的压力和挠曲，是足够低的从而避免损坏晶片。然而，在转子92中处理薄晶片可能造成过度挠曲(向上弯曲)以及破碎或者其它损坏。

[0075]参阅图9D，为了抵消薄晶片向上弯曲的趋势，使用栓塞146。这允许气体向下流动并从气体入口管线86出来并且直接在晶片的中心撞击晶片的顶面。该气体流动相对于向上的法向力作用。因此晶片的中心附近的上下作用力大致抵消。随后薄晶片的向上弯曲被减小或避免。因此转子450可以把持薄晶片而不损坏它们。仍然参阅图9D，可选择在转子上提供一个或多个机械支撑销454，以便避免薄晶片的过度向上弯曲。然而，采用气流避免向上弯曲可达到相同的效果，而不用物理基础晶片，因此，减少引起污染或瑕疵的可能。

[0076]如图9D所示，喷嘴452可以设置在气体入口管线86的底端。喷嘴可提高气体从气体入口管线86流出的速度，在晶片的中心处或者靠近晶片的中心处形成更大的向下作用力。也可以在转子的其它位置提供另外的类似的气体出口或喷嘴，在晶片的其它区域上施加向下的力。从喷嘴452的出口出来的气体向下运动，接触晶片的顶面，然后朝向晶片100的边缘向外运动，连同来自气体入口136的气体一起从转子溢出。向外的气流趋于避免任何施加到的晶片底面的液体或蒸汽沿着晶片的边缘运动并到达晶片的顶面。因此改善了单侧，或仅仅底侧的处理。

[0077]图10和11表示了一种可选择的转子160。除了下面所描述的不同以外，转子160与转子92类似。如图10所示，在一侧上，转子160具有短导销162。其余导销134是全长导销，导销134的尖端延伸出轮缘142尺寸K而到达平面P。全高导销134和工件保持器166间隔分离的尺寸比工件100的直径大。L形工件保持器166连接到驱动板130上并具有放射状向内延伸的水平脚。短导销162产生进入路径164，允许工件100横向移动进入转子160(与上述的相对于图7-9所示转子的垂直工件运动不同)。通过横向运动，机械手44可以大致上将晶片100对准转子160，然后移动下来将工件100放置在保持器166上。每个保持器166的向上端优选地具有支撑工件100的平板区域168。然后机械手44能收回从而执行***30内的其它功能，即使包括有转子160的处理器并未工作。因此，尽管没有气体流动通过转子160，工件100也可以被放置进入转子160内。

[0078]在图11所示的转子160，对比图9所示的转子92，是设计用于操作较小直径的工件。例如，图9所示的转子92设计用于300mm直径的工件，而图11所示的转子160设计用于200mm直径的工件。当然，转子可以制造成各种不同的其它尺寸用于处理具有不同尺寸的工件。

[0079]上述的处理器可以用于自动处理***。图12表示了一个处理***30的示例。处理***30通常具有外壳32，控制/显示器34，和输入/输出或坞站(docking station)36。外壳或机盒38(例如，FOUPs)内的晶片或工件在输入/输出站36处被从机盒38处移走并在***30内处理。

[0080]参阅图13，处理***30优选地包括框架48，其在外壳32内在甲板52上支撑工件处理器50的阵列。在***30的顶面，提供连同空气过滤器一起的简易空气入口42。每个工件处理器50可配置成处理工件，例如200或者300mm直径的半导体晶片或者类似的工件，其可以设置在密封的机盒38内，打开的盒体内，或其它载体或容器内。

[0081]图13的框架48表示支撑了十个工件处理器50，但是可以包括任何期望数量的处理器50。框架42优选地在处理器50之间包括一个或多个中心定位轨道46。一个或多个机械手44能在轨道46上运动从而将工件加载或卸载进入处理器50并从处理器50出来。

[0082]参阅图12-14，在使用中，工件或晶片100通常被移动到处理***30的容器38内，例如前侧开口标准外壳(front opening unified pods)(FOUPs)或类似的可关闭的或可密封的容器内。可选择地，可采用打开的容器，例如盒体或其它载体。在坞站或输入/输出站36，如果容器38具有门或盖子，一般会经由机械手的或者自动化的子***移开。如果在外壳32中包括任何的加载舷门(port door)或者窗户，会被打开。机械手44把工件100从容器38移开并将它运送到处理器20或50之一。随后工件100已经为加载进入处理器做好准备。理所当然的，步骤的顺序，以及用于将工件100移动到处理器的元件或装置可以变化，而对本发明并非最重要的。然而，为了说明的目的，上述的以及图12-14所示的顺序代表了一个示例。

[0083]现在参阅图5。头部80中的流动传感器可以用来检验气流，向控制器34指示机械手44可以安全地收回。机械手44向下移动并远离转子92。机械手44上的感应器检验工件100已经不再位于机械手44上。然后机械手收回并远离处理器50。然后处理器运行上述的操作。

[0084]图15-18表示了另一可选择的***180。参阅图12的上述元件以及操作也同样适用于图15所示的***180。图15所示的***180与图12-14所示的***30类似。然而，处理器组件182是安装在外壳32内的甲板52上，代替处理器50。如图16和17所示，一个或多个处理器组件182包括可以连接到安装板188上的处理器184，以及提升/旋转单元186。提升旋转单元186通过头部提升臂90连接到头部80，代替用于图12-14所示的***30所采用的头部升降机。除了将头部80垂直举起并远离槽座78之外，提升/旋转单元186还能翻转或旋转头部80进入上侧下位置。

[0085]如图16所示，空气罩190设置在轮缘192的顶面上，轮缘192支撑在轮缘支柱194上且位于处理器184的上面。电线穿过线导引198，线导引198大致上从靠近外壳32的顶面处延伸到安装板188。参阅图16和17，干燥处理摇臂196支撑在位于安装板188上的摇臂致动器200上并由其驱动，且位于处理器184的一侧。

[0086]图17所示的头部80与图2-9所示以及上述的头部80类似或相同。图17所示的头部80可与槽座204相接合。槽座204有利地包括具有圆柱形上端212的顶部210，中间部分208，和底板206。槽座204还包括由致动器222驱动的往复喷雾摇臂220。在摇臂220上提供一个或多个喷雾或喷射喷嘴或入口218。另外槽座204与上述的槽座78类似。由槽座78或204上的喷嘴或入口所施加的处理化学药品可以是液体酸溶液，例如HF，HCL，硝酸或硫磺酸。可选择地，处理化学药品可包括液体溶剂。提升旋转单元186可以将头部80设置在相对于基座的各种不同的垂直位置。

[0087]参阅图4和17，处理器组件50和182表示为竖直的方向，箭头U垂直向上指(也就是，与重力的方向相反)。箭头U还表示为与转子旋转轴同轴。接榫或角区302在槽座204的顶部210的圆柱形上端212，和圆柱形下罩304之间延伸。圆柱形上端212和圆柱形下罩304可以是大致上垂直或接近垂直表面。连接它们的角区302定向在与垂直方向大约20-70°或30-60°或40-50°度的角度。角区302的下端(在此角区302连接下罩304)大致上和排气稳压室120的顶面靠近或位于同样的垂直位置。下罩304的下端与角区304稍微间隔，提供环形气流通道305。

[0088]旋转晶片的边缘大致上与角区302垂直对准，冲过晶片100的液体趋于向下偏离，朝向槽座204的底部。这减少了在晶片上的来回飞溅。环形唇部排出道或稳压室120围绕下罩304设置。大致上位于槽座相对侧上的气体排出管连接306，进入排出通道120内。轻微的真空可以应用到管连接，引导来自槽座的气流，经过通道305到达排出通道120并随后经由管连接306从处理器排出。经过处理器的典型气流在大约60-200，100-170或120-150公升每分钟的范围。

[0089]处理器184的头部80按照与上述图2-9相关的头部80的相同方式运行。摇臂220上的喷嘴或入口218将工艺流体施加到工件100的底面上。也可采用具有或不具有摇臂喷嘴的固定喷嘴或入口。当该处理完成时，提升/旋转单元186将头部80升高并旋转头部到向上位置，也就是，位于图17所示的处理位置的晶片的向下表面，被移动到向上位置。转子92旋转，干燥处理摇臂196将干燥流体施加到工件100上。干燥处理摇臂196从工件中心处或靠近工件中心处开始并沿径向向外朝着工件的边缘移动，从而如美国专利申请第11/075,099号所描述的那样干燥工件，在此引用作为参阅。外罩190中的开口帮助分散和/或控制经过处理器组件182的向下空气流。

[0090]参阅图18，可在摇臂220上设置光学端点探测器310。端点探测器可以采用如美国专利申请第11/288,770号所描述的元件或步骤，在此引用作为参阅。控制器可以包括整合由移动端点探测器310所提供的信号的软件。这可以通过减少过度蚀刻而短缩处理时间并提高产量。

[0091]当臂扫过工件的向上表面时，干燥处理摇臂196通常施加离子水(DI)和氮以及溶剂，比如异丙醇蒸汽(isopropyl alcohol vapor)。类似的处理可选择由槽座204上的摇臂220来执行。其它的工艺流体或气体包括臭氧气体(ozone gas)，或者溶解和/或存在于例如DI等液体内的臭氧气体，也可以经由槽座78或204中的固定或移动喷嘴或入口被施加。

[0092]当头部被反转或者面向上方时，经过转子92的气流保持连续，从而保持工件100使其抵接接触销154。当头部从如图17所示的向下位置旋转到向上位置时，保持工件使其抵接在接触销154上法向力同样将工件100保持在转子92上。

[0093]图19表示了一种可选择的***设计230，其具有处理器或处理器组件50或182，他们排列在弧234上，或其它的阵列或形式，而不是图12和15所示的线性排列。工件100可以通过单独的机械手232移动进入处理器50或182并从中出来。已经表示并描述了自动化的或者机器人***30和180，头部80以及转子92和160可以用于包括手动操作和/或单独处理器机器的其它各种不同的***。

[0094]术语圆柱形，圆形，或环形还包括多部分的形状。术语接合的或接合包括实际的物理接触，以及允许元件之间互相协作而它们之间没有物理接触的邻近位置。术语涡流或气流涡流表示大致上具有环形特征的气体流动，而且包括螺旋状的，螺线的和类似的流动。术语气体包括基本气体，例如氮，氧，臭氧，二氧化碳，以及其它用于半导体制造的气体，以及它们和空气以及蒸汽的混合物。此处所采用的复数，也包括单数，反之亦然。术语连接到或者支撑于同时包括直接和间接连接或相互作用。术语上和下，以及顶面和底面，可以互相交换使用，除非从上下文中可以明确某一方向或位置是必要的。表示并描述了新的***和方法。理所当然，可以做出等同的各种不同的变化，替代和使用，而不脱离本发明的精神和范围。因此，除了下述的权利要求和他们的等同替换之外，本发明不应该被限制。

[0095]本申请是申请日为2007年1月3日且目前未决的美国专利申请第11/619,515号的部分延续申请，而该申请又是申请日为2006年2月22日且目前未决的美国专利申请第11/359,969号的部分延续申请，而第11/359,969号是申请日为2005年3月8日且目前未决的美国专利申请第11/075,099号的部分延续申请，且要求申请日为2004年3月12日的美国临时专利申请第60/552,642号的优先权。本申请也是申请日为2005年6月30日且目前未决的美国专利申请第11/172,162号的部分延续申请。本申请也是申请日为2005年11月28日且目前未决的美国专利申请第11/288,770号的部分延续申请。这些申请在此引用作为参阅。

Claims (59)

1、一种工件处理器，其包括：

具有一个或多个工艺流体入口的槽座；

在工件加工处理过程中，能与所述槽座相接合的头部；

支撑在所述头部上、并可相对于所述头部旋转的转子；以及

在所述转子中的旋转气流***。

2、如权利要求1所述的处理器，其中，所述的旋转气流***包括设置用于产生旋转气流的气体入口。

3、如权利要求1所述的处理器，其进一步包括邻近所述转子周边的导销。

4、如权利要求1所述的处理器，其中，所述转子包括驱动板和连接到该驱动板的卡盘板、以及在所述驱动板和卡盘板之间的气流路径。

5、如权利要求4所述的处理器，其进一步包括位于所述驱动板和卡盘板之间的密封。

6、如权利要求4所述的处理器，其中，所述的转子包括卡盘板，该卡盘板具有连接到表面板上的圆柱形侧壁，所述的气体入口位于所述的圆柱形侧壁上。

7、如权利要求1所述的处理器，其进一步包括位于所述头部中用于旋转所述转子的马达。

8、如权利要求1所述的处理器，其中，所述槽座中的工艺流体入口包括用于在所述工件的向下表面上喷射所述工艺流体的喷嘴。

9、一种离心式工件处理器，包括：

具有一个或多个工艺流体入口的槽座；

在所述槽座上方的头部；以及

连接到所述头部上并可相对于所述头部旋转的转子，其中，所述转子具有大致上圆柱形侧壁，且该侧壁上具有一个或多个的气体入口。

10、如权利要求9所述的处理器，其进一步包括位于所述转子的外周边的导销，使工件保持在所述转子上、由所述导销内侧所限定的位置处。

11、如权利要求9所述的处理器，其进一步包括位于所述转子上的接触销。

12、如权利要求9所述的处理器，其进一步包括位于所述转子中与所述气体入口相连接的气流路径。

13、如权利要求12所述的处理器，其进一步包括位于所述转子上连接到板上的轴杆、以及具有连接到所述转子上马达的头部，其中，所述气流路径包括延伸穿过所述马达、轴杆和板的入口套管。

14、一种离心工件处理器，其包括：

具有一个或多个工艺流体入口的基座；

可移动到所述基座上的头部；

位于所述头部上的转子，其具有板和连接到该板上的圆柱形侧壁；

用于旋转所述转子的装置；

与所述转子协作的气流装置，其用于在所述转子的周边处产生部分真空。

15、如权利要求14所述的处理器，其进一步包括，与所述转子协作的引导装置，其用于保持工件基本上与所述转子对准。

16、如权利要求14所述的处理器，其中，所述的气体装置包括在所述转子的圆柱形侧壁内产生涡流气流的装置。

17、一种处理工件的方法，其包括：

引导气体进入转子、从而在所述工件的第一侧和所述转子的一个表面之间的空间中产生气流涡流，所述气流涡流在临近所述工件的边缘处产生负压，该负压保持所述工件的边缘位于所述转子上；

旋转所述转子和工件；以及

用工艺流体接触所述工件的第二侧。

18、如权利要求17所述的方法，其进一步包括，通过所述转子上的导销接触所述工件的边缘，使所述工件与所述转子的旋转轴对准。

19、如权利要求17所述的方法，其中，至少部分气体从所述工件的边缘和所述转子之间溢出，而且所述溢出的气体基本上阻止了所述工艺流体接触所述工件的第一侧。

20、如权利要求17所述的方法，其进一步包括，通过所述负压将所述工件的边缘抵接于所述转子上的密封件上，从而将所述工件的边缘与所述转子密封抵接。

21、如权利要求17所述的方法，其中，在至少部分与所述转子的圆柱形侧壁相切的方向上，释放压力下的气体，使其进入所述转子，从而产生涡流流动。

22、如权利要求17所述的方法，其中，所述转子支撑在头部上，并进一步包括移动所述头部以便与一槽座接合，并通过从该槽座中的一个或多个喷嘴向上喷射液体，从而用工艺液体接触所述工件的第二侧。

23、一种离心工件处理***，其包括：

处理器的阵列，其中，至少一个所述处理器包括：

具有至少一个工艺流体入口的槽座；

与所述槽座相接合的头部，该头部包括转子，该转子具有板和连接到该板上的侧壁，其中，所述转子中设置有定向的气体入口，以便在所述侧壁内提供旋转气流；以及

至少一个机械手，其将工件运送到一个或多个所述的处理器。

24、如权利要求23所述的***，其进一步包括，围绕所述处理器阵列的外壳、以及位于所述外壳一侧的输入/输出站，其中，所述的机械手从所述输入/输出站移动到一个或多个所述的处理器。

25、一种工件处理器，其包括：

头部；

支撑在所述头部、并可相对于该头部旋转的转子，该转子具有气体入口，其设置成在所述转子内产生旋转气流；所述旋转气流在临近所述气体入口处提供低压力区域，并在邻近所述转子的中心处提供较高的压力区域。

26、如权利要求1所述的工件处理器，其进一步包括位于或接近所述转子的中央位置处的气体入口。

27、如权利要求1所述的工件处理器，其进一步包括在所述转子上的边缘接触环，该边缘接触环具有内部边缘，以适于与所述转子中的工件在该工件的边缘处相接触。

28、如权利要求3所述的工件处理器，其中，所述的导销排列在具有直径D1的环上，并进一步在所述转子上包括边缘接触环，该边缘接触环包括具有直径D2的内部边缘，其中，D2比D1小4-20mm。

29、如权利要求27所述的工件处理器，其中，所述边缘接触环的内部边缘，适于在从所述工件的边缘径向向内2-7mm的位置处，与所述工件接触。

30、如权利要求27所述的工件处理器，其进一步包括所述转子中的气流路径，该气流路径在所述边缘接触环的内部边缘处具有气流路径入口。

31、如权利要求30所述的工件处理器，其中，所述入口是由与所述转子的旋转平面成锐角延伸的环形槽体形成的。

32、如权利要求30所述的工件处理器，其中，所述气流路径适于引导气体从固持在所述转子中的工件边缘处离开。

33、如权利要求1所述的工件处理器，其进一步包括在所述转子上的边缘接触环，其具有适于与工件的边缘相接触的边缘接触表面。

34、如权利要求1所述的工件处理器，其进一步包括在所述转子上的一个或多个支脚销，其邻近所述转子上的中央位置，用于避免固持在所述转子中的晶片过度向上弯曲。

35、如权利要求17所述的方法，其进一步包括引导气流动到所述晶片的第一侧的步骤。

36、如权利要求17所述的方法，其中，所述的工艺流体围绕所述晶片的边缘流动，并到达所述晶片的第一侧上。

37、如权利要求36所述的方法，其进一步包括，在靠近所述晶片的边缘处，使环形边缘接触环接触所述晶片的第一侧，从而将所述工艺流体限制在所述晶片第一侧上的外部边缘区域。

38、如权利要求37所述的方法，其进一步包括引导从所述转子流出的气体远离晶片的边缘。

39、如权利要求17所述的方法，其进一步包括用一边缘接触表面接触所述晶片的边缘，以阻止所述工艺流体运动到所述晶片的第一侧上。

40、一种工件处理器，其包括：

具有一个或多个工艺流体入口的槽座；

在所述槽座中的角区；

在工件处理过程中，能与所述槽座相接合的头部；

支撑在所述头部上、并能相对于头部旋转的转子，该头部能运动到一个位置，在此位置处固持在所述转子内的工件大致上与所述槽座的角区对准。

41、如权利要求40所述的处理器，其中，所述的槽座进一步包括所述邻近角区上端的、基本上圆柱形的槽座上端，以及邻近所述角区下端的、基本上圆柱形的下罩。

42、如权利要求41所述的处理器，其中，所述的槽座上端基本上与所述的下罩同轴且平行。

43、如权利要求41所述的处理器，其中，所述槽座上端的直径大约为所述下罩直径的75-99％。

44、如权利要求41所述的处理器，其进一步包括位于所述头部上的、能与槽座上端相结合的密封。

45、如权利要求41所述的处理器，其进一步包括基本上围绕所述下罩的排出通道。

46、如权利要求41所述的处理器，其进一步包括位于所述基座中的排出通道，以及位于所述槽座的侧壁中、连接该排出通道的的通道。

47、如权利要求40所述的处理器，其中，所述的槽座包括第一部分和连接到第一部分的第二部分；其中，所述的角区位于第一部分上，所述的第一部分具有邻近所述角区上端的、基本上圆柱形的槽座上端以及邻近所述角区下端的、基本上圆柱形的下罩。

48、如权利要求47所述的处理器，其中，所述的第二部分具有与所述下罩基本同轴的、基本上圆柱形的侧壁。

49、如权利要求40所述的处理器，其进一步包括旋转气流***，该旋转气流***具有用于产生旋转气流的气体入口。

50、如权利要求40所述的处理器，其进一步包括邻近所述转子的周边的导销。

51、如权利要求40所述的处理器，其中，所述的转子包括驱动板和连接到该驱动板的卡盘板，以及位于所述驱动板和卡盘板之间的气流路径。

52、一种工件处理器，其包括：

具有一个或多个工艺流体入口的槽座；

所述槽座中的摇臂；

所述摇臂上的端点探测器；

头部，其具有能相对于其旋转的转子，以及

连接到所述头部上的头部升降机。

53、如权利要求52所述的工件处理器，其中，所述的端点探测器进一步包括光源和光探测器，以及罩装该光源和光探测器的透明(translucent)盖子。

54、一种离心工件处理器，其包括：

具有一个或多个工艺流体入口的基座；

所述基座上能移动的头部；

所述头部上适于保持工件的转子；

所述头部中连接到所述转子的马达；以及

所述基座中能移动的端点探测装置。

55、如权利要求54所述的处理器，其中所述能移动的端点探测装置包括摇臂。

56、一种处理工件的方法，其包括：

引导气体进入转子，从而在工件的第一侧和所述转子的一个表面之间的空间中产生气流涡流，该气流涡流在邻近所述工件的边缘处产生负压，该负压将所述工件的边缘固持在所述转子上；

旋转所述转子和工件；

用工艺流体接触所述工件的第二侧；以及

通过有角度的表面使冲过所述工件的工艺流体偏斜而离开所述工件。

57、如权利要求56所述的方法，其进一步包括，通过使所述转子上的导销接触所述工件的边缘，从而使所述工件与所述转子的旋转轴对准。

58、一种用于处理工件的方法，其包括：

在转子上固持工件；

围绕旋转轴旋转所述转子和工件；

用工艺流体接触所述工件的第二侧；

相对于所述旋转轴移动端点探测器，以检测要处理的端点。

59、如权利要求58所述的方法，其进一步包括，在一摇臂上前后移动所述的端点探测器。

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