Установка индивидуальной химической обработки подложек Российский патент 2023 года по МПК B05C5/02 H01L21/67 

Изобретение относится к устройствам для жидкостной химической очистки поверхности изделий и может быть преимущественно использовано в электронной промышленности при изготовлении ИС, БИС и СБИС для глубокой высококачественной и безопасной очистки поверхности полупроводниковых подложек в автоматической кластерной линии или в установке индивидуальной химической обработки подложек.

Известно устройство для влажной очистки (Wet cleaning process and wet cleaning equipment) US 2002036006 A1, 28.03.2002.

Известное устройство содержит:

- закрытую камеру для обработки подложки;

- вращающийся вал;

- контейнер с обрабатываемой подложкой, установленный на вращающемся столе;

- сопло и источники подачи текучей среды;

- балансир.

Это устройство позволяет проводить очистку подложки требуемой жидкостью, заставляя подложку вращаться вокруг оси таким образом, чтобы жидкость, текущая по поверхности подложки, стекала без завихрений, только в направлении центробежной силы.

Недостатками известного устройства являются большой расход реагентов и большие габариты устройства.

Указанный недостаток обусловлен тем, что из-за смещения обрабатываемой подложки относительно оси её вращения, требуется больший расход реагентов, а также, большая площадь устройства, позволяющая подложке свободно перемещаться вне ее оси.

Известны также способ и устройство очистки полупроводниковой кремниевой пластины (Cleaning method and device of semiconductor silicon wafer) TW201545228A 01.12.2015.

Известное устройство содержит:

- два резервуара для очистки;

- два поворотных механизма;

- манипуляторы передачи пластин;

- вращающийся зажим пластины;

- распылительное сопло для подачи химического раствора и деионизованной воды;

- вытяжное устройство.

Известное устройство представляет собой способ очистки полупроводниковой кремниевой пластины, который включает: извлечение кремниевой пластины из кассеты и перемещение её в первый резервуар для очистки, заполненный химическим раствором. После очистки в первом резервуаре во влажном состоянии пластина перемещается во второй резервуар. После очистки во втором резервуаре, пластина перемещается на зажим модуля очистки. Вращая зажим с кремниевой пластиной, распыляя химический раствор и деионизованную воду, проводят очистку поверхности и сушку. Далее извлекают кремниевую пластину из модуля.

Недостатком известного устройства является снижение качества очистки полупроводниковой пластины, что в дальнейшем влияет на возможность изготовления работоспособных электронных изделий.

Указанный недостаток обусловлен тем, что в процессе химической очистки обработка пластины производится на нескольких позициях из-за перегрузки пластины, что является фактором снижения качества очистки. Также обработка пластины производится методом погружения поочередно в два резервуара, а, следовательно, в процессе очистки происходит обеднение раствора и постепенное его загрязнение.

Совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков заявленного изобретения, присуща известному устройству очистки обратной поверхности полупроводниковой подложки (In-situ backside cleaning of semiconductor substrate) CN107068594A, 18.08.2017.

Известное устройство (прототип) содержит:

- установленную в камеру ванну, с форсунками для распыления реагентов, каналами для подачи деионизованной воды и азота;

- средство позиционирования пластины для удерживания полупроводниковой пластины в первом положении;

- первое устройство для очистки пластин, расположенное на первой стороне первого местоположения, при этом первое устройство для очистки пластин включает в себя первое сопло для дозирования первого химиката; а также

- второе устройство для очистки пластин, расположенное на второй стороне первого местоположения, при этом вторая сторона является стороной, противоположной первой стороне первого местоположения, при этом второе устройство очистки пластин включает в себя второе сопло, которое управляется для выброса на заднюю сторону пластины изменение температуры первого химиката при распределении первого химиката и поддержание второго химиката другого типа и температуры для очистки обратной стороны;

- устройство позиционирования подложки для управления фиксацией и вращением подложки;

- множество распылительных стержней (форсунок) для распределения химических аэрозолей;

- кисть для контактной очистки обратной стороны подложки.

Устройство-прототип включает способ обработки, в котором химический реагент наносится на переднюю и заднюю поверхность положки.

Недостатками известного устройства являются повышенная опасность разбрызгивания химических растворов, неравномерность очистки подложки, дополнительное обслуживание устройства.

Указанные недостатки обусловлены тем, что обработка химическими реагентами проводится в открытой камере; что влечет за собой угрозу жизни и здоровью персонала. Кисть, входящая в устройство позиционирования подложки, частично перекрывает подачу раствора на обратную сторону подложки, что в свою очередь ведёт к неравномерности очистки подложки. При использовании кисти для контактной очистки возможно механическое повреждение подложки, а также увеличение времени процесса очистки и затруднение процедуры обслуживания, так как кисть требует не только периодической замены, но и обязательной промывки после каждого применяемого раствора.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое устройство, является обеспечение компактности и функциональности конструкции устройства, улучшение эксплуатационных характеристик устройства, уменьшение расхода обрабатывающих химических реагентов, повышая при этом качество обработки объекта. А также обеспечение безопасности и экологичности рабочего процесса, за счет возможности бесконтактного и непрерывного сброса из камеры очистки токсичных веществ химического процесса и сбор реагентов в емкости для последующей переработки опасных технологических жидкостей.

Поставленная задача решается за счет того, что технологический процесс жидкостной химической обработки выполняется с применением различных реагентов на одной позиции, не смещая обрабатываемую подложку, за счет содержания механизма вертикального перемещения, поворотного привода, с закреплённой на нём центрифугой, при этом центрифуга имеет устройство позиционирования подложки для управления вращением и фиксацией подложки, которое перемещается с помощью пневматических приводов, а внутренняя часть центрифуги закрыта кожухом. Безопасность и экологичность рабочего процесса обеспечивается за счет того, что камера устройства содержит сливной канал и вытяжные коллекторы для откачки отработанных химических реагентов и последующего их разделения.

Сущность заявляемого устройства поясняется чертежами.

На фиг. 1 - общий вид устройства и вид А, ванна, установленная в камеру.

На фиг. 2 - центрифуга с приводом вращения и фиксации подложки.

На фиг. 3 - устройство с повёрнутой центрифугой на 180 градусов с фиксированной подложкой Вид А.

На фиг. 4 - устройство в рабочем положении центрифуги и ванны, образующие камеру с расположенными по окружности форсунками для подачи реагентов, разрез А-А.

На фиг. 5 - устройство с повёрнутой центрифугой на 180 градусов после окончания процесса очистки.

На фиг.6 - съёмный ротор центрифуги с фиксаторами подложки.

На фиг. 1 - 6 приняты следующие обозначения:

1 - механизм вертикального перемещения;

2 - поворотный привод;

3 - ванна, установленная в камеру;

4 - базовая плита;

5 - форсунки;

6 - центрифуга;

7 - каналы подачи реагентов;

8 - сливной канал;

9 - вытяжные коллекторы;

10 - подложка;

11 - четыре пружины;

12 - четыре пневмоцилиндра;

13 - четыре фиксатора;

14 - ротор;

15 - привод, передающий момент вращения на ротор;

16 - опоры для установки подложки;

17 - уплотнение из химически стойкой резины;

18 - кожух;

19 - ограничитель;

20 - мембраны;

21 - датчик.

Установка индивидуальной химической обработки подложек содержит (см. фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6): механизм вертикального перемещения 1, поворотный привод 2, центрифуга 6, установленная в камеру ванна 3 с форсунками 5, каналами подачи реагентов 7, сливным каналом 8 и вытяжными коллекторами 9 для откачки отработанных химических реагентов, размещены на базовой плите 4 (см. фиг.1). Центрифуга 6 содержит устройство позиционирования подложки для управления фиксацией и вращением подложки, которое включает в себя привод 15, передающий момент вращения на ротор 14, на вращающейся части которого установлены четыре фиксатора 13 с четырьмя пружинами 11, имеющие возможность перемещаться на оси к центру и периферии ротора 14 и опоры 16, для установки подложки (фиг. 2). На неподвижной части ротора закреплены четыре пневмоцилиндра 12, которые перемещают фиксаторы 13 в положение, удерживающее или освобождающее подложку. Между фиксаторами и внутренней полостью ротора установлены мембраны 20 с уплотнением из химически стойкой резины 17, препятствующей проникновению растворов в полость ротора 14. Ограничитель 19, определяет положение фиксатора и ограничивает его перемещение под усилием пружины 11. Внутренняя часть центрифуги 6 закрыта кожухом 18 (фиг.4).

Устройство работает следующим образом.

Исходное положение установки индивидуальной химической обработки подложек (фиг.1). Фиксаторы с помощью пневмоцилиндров 12 (фиг.2) разведены от центра ротора 14 к периферии. Привод 15 ротора центрифуги фиксирует нулевое положение по датчику 21. Подложка 10 устанавливается на опоры 16, пневмоцилиндры 12 освобождают из зацепления хвостовик фиксатора 13 и под действием пружины 11 фиксатор 13 поворачивается на оси к центру центрифуги, хвостовик фиксатора упирается в ограничитель 19 (фиг.6). Таким образом, подложка фиксируется на роторе центрифуги. Подложка 10 удерживаемая фиксаторами 13 приподнимается над опорами 16, что позволяет обрабатывать всю поверхность.

Поворотный привод 2 поворачивает центрифугу 6 на 180 градусов (фиг.3), а механизм вертикального перемещения 1 опускает центрифугу 6 на заданное расстояние до ванны 3, а за счёт уплотнения 17 осуществляется герметизация полости ванны (фиг.4). Подложка, находящаяся между форсунками 5, расположенными по окружности ванны 3, начинает вращаться с заданной скоростью, а через каналы подачи реагентов подают растворы с двух сторон, чередуя с промывкой деионизованной водой после каждого реагента. Скорость вращения ротора 14, подача реагентов и время обработки задаётся в зависимости от выбранной технологии. После окончания двухсторонней очистки поверхности подложки проводят процесс сушки на повышенных оборотах ротора центрифуги с обдувом азота через форсунки 5 по другим каналам с одновременным удалением паров и сливом отработанных химических реагентов через каналы 8. После завершения технологического цикла обработки подложки привод 15 ротора 14 останавливается с помощью датчика 21 в нулевом положении таким образом, при котором пневмоцилиндры 12 ориентированы по отношению к фиксаторам 13. Затем механизм вертикального перемещения 1 поднимает центрифугу 6 на заданную высоту, а поворотный привод 2 поворачивает центрифугу 6 на 180 градусов, после этого пневмоцилиндры 12 перемещают фиксаторы 13, расположенные на оси от центра к периферии, тем самым освобождая подложку (фиг. 5).

Технический результат, достигаемый заявляемым устройством, заключается в значительном повышении качества очистки полупроводниковой подложки в ходе жидкостной химической обработки, уменьшении расхода обрабатывающих химических реагентов, а также обеспечение безопасности и экологичности рабочего процесса.

Изобретение относится к устройствам для жидкостной химической очистки поверхности изделий и может быть использовано преимущественно в электронной промышленности для глубокой высококачественной и безопасной очистки поверхности полупроводниковых подложек при изготовлении ИС, БИС и СБИС в автоматической кластерной линии или в установке индивидуальной химической обработки подложек. Устройство индивидуальной химической обработки подложек содержит установленную в камеру ванну с форсунками для распыления реагентов, каналами для подачи деионизованной воды и азота, устройство позиционирования подложки для управления фиксацией и вращением подложки, механизм вертикального перемещения, поворотный привод с закреплённой на нём центрифугой, внутренняя часть которой закрыта кожухом, при этом центрифуга содержит устройство позиционирования подложки для управления фиксацией и вращением подложки, которое перемещается с помощью пневматических приводов. Устройство позиционирования состоит из привода, передающего момент вращения на ротор, на вращающейся части которого установлены четыре фиксатора с четырьмя пружинами. Установленная в камеру ванна содержит сливной канал и вытяжные коллекторы для откачки отработанных химических реагентов. Технический результат: улучшение эксплуатационных характеристик, значительное повышение качества очистки полупроводниковой подложки в ходе жидкостной химической обработки, уменьшение расхода обрабатывающих химических реагентов, а также обеспечение безопасности и экологичности рабочего процесса. 6 ил.

Устройство индивидуальной химической обработки подложек, содержащее установленную в камеру ванну с форсунками для распыления реагентов, каналами для подачи деионизованной воды и азота, устройство позиционирования подложки для управления фиксацией и вращением подложки, отличающееся тем, что введены механизм вертикального перемещения, поворотный привод с закреплённой на нём центрифугой, внутренняя часть которой закрыта кожухом, при этом центрифуга содержит устройство позиционирования подложки для управления фиксацией и вращением подложки, которое перемещается с помощью пневматических приводов, причем устройство позиционирования состоит из привода, передающего момент вращения на ротор, на вращающейся части которого установлены четыре фиксатора с четырьмя пружинами, кроме того, установленная в камеру ванна содержит сливной канал и вытяжные коллекторы для откачки отработанных химических реагентов.