[发明专利]用于在工艺室中旋转和平移衬底的系统和方法

说明书

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。

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“Systems and Methods for Rotatingand Translating a Substrate in a Process Chamber”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。

背景技术

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。

发明内容

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。