CN102543814A - 卡吸装置和卡吸方法 - Google Patents

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Abstract

为了提供一种卡吸装置和卡吸方法，其可防止异物卡在装置与半导体基板之间，并可在保持或增加半导体基板平坦度的情况下保持半导体基板。卡吸装置包括基部、圆筒形周缘部分、多个吸孔以及真空源，基部上设有支承半导体基板的中心部分的多个突出部分，圆筒形周缘部分支承半导体基板的外部周边部分，多个吸孔卡吸半导体基板，真空源以不同时序真空抽吸多个吸孔。在突出部分的至少一个部分内设置多个相互独立的可真空抽吸吸孔。在周缘部分内设置独立于前述吸孔可真空抽吸的吸孔。在将半导体基板放置在突出部分和周缘部分上之后，使用真空源真空抽吸多个吸孔，以不同时序抽吸在半导体基板上的多个位置。

Description

卡吸装置和卡吸方法
技术领域
本发明涉及一种卡吸装置和卡吸方法。
背景技术
近年来，作为环保电子器件的绝缘栅双极性晶体管(IGBT)或绝缘栅型场效应晶体管(MOSFET)的功率半导体器件的重要性日益提升。已提出通过真空卡吸保持半导体基板的卡吸装置，用于沿生产线传送半导体基板，或用于在半导体器件的制造步骤中将半导体基板固定至支承支架。
图20是示出迄今已知的卡吸装置的图示。图20中所示卡吸装置包括基部101，基部101中设有环形或径向沟槽部分102。联接到沟槽部分102的通气孔(真空系统)103和104被真空抽吸，由此真空将半导体基板1真空卡吸到基部101上(例如参见美国专利第3,627,338号(图1)、美国专利第3,747,282号(图1)以及日本专利第2,821,678号)。
此外，作为另一装置，提出这样一种类型的卡吸方法(销卡吸类型)，其中保持半导体基板的销状突出部分设置在基部的表面上，半导体基板保持在突出部分上。图21是示出迄今已知的销卡吸型卡吸装置的图示。此外，图22是示出图21的卡吸装置的平面图。图21和22所示的卡吸装置包括基部111、圆筒形周缘部分113以及通气孔(真空系统)114，基部111上设有与半导体基板的中心部分接触的多个销状突出部分112，圆筒形周缘部分113与半导体基板1的外部周边部分接触，通气孔114真空抽吸由半导体基板1、基部111以及周缘部分113所围绕的空间。由半导体基板1、基部111、周缘部分113所围绕的空间通过通气孔114被真空抽吸，使半导体基板1与突出部分112和周缘部分113接触并保持在突出部分112和周缘部分113上(例如参见JP-B-60-15147(图2))。
但是，使用销卡吸型卡吸装置，由于真空抽吸时抽吸力，半导体基板1的不与突出部分112和周缘部分113接触的一部分部分地下垂。作为消除这类问题的卡吸装置，提出这样一种装置，使得在包括具有多个突出部分的中心部分和具有沟槽部分的外周缘部分的真空抽吸固定架上，突出部分的阵列间距是2mm或更小，中心部分和外部周边部分各构造成可抽空的(例如参照日本专利第2,574,818号)。
在日本专利第2,574,818号中，通过用两端由突出部分自由支承的支承梁的模型模拟支承在以栅格形式设置的销状突出部分的一个突出部分和相邻的突出部分之间的半导体基板的一部分，并计算施加在突出部分上的集中载荷，计算出相邻的突出部分之间的间隔(阵列间距)为2mm或更小。此时，半导体基板的厚度为0.4mm，突出部分之间半导体基板的下垂公差范围为-0.5μm以上、+0.5μm以下。
此外，使用销卡吸型卡吸装置，会发生这样的问题：由于突出部分之间半导体基板的下垂，半导体基板表面与每个突出部分的接触点的位置与将半导体基板放置在突出部分上而没有真空抽吸的情况相比偏离更多(此后称为晶片扭曲)。
作为减少晶片扭曲的装置，提出一种包括用于支承半导体基板的多个突出部分装置，该装置将半导体基板卡吸和保持支承在突出部分上，其中突出部分的阵列间距和半导体基板的卡吸力的最佳设定值基于半导体基板的厚度、半导体基板的栅格密度、半导体基板的静摩擦力以及其上放置卡吸装置的台子的最大加速度而设定。
使用日本专利第4,298,078号中所示的技术，提出当使用突出部分以栅格形式布置、相邻的突出部分之间的间隔为2mm的销卡吸型卡吸装置保持直径为200mm(8英寸)的半导体基板时，当对于0.25μm标准半导体工艺采用80nm的半导体基板平坦度公差值和5nm的晶片扭曲公差值，具有1.69×1011(N/m)的纵向弹性模量和725μm的半导体基板厚度时，保持半导体基板的卡吸力P(N/m2)与相邻的突出部分之间的间隔(阵列间距)L(m)之间的关系满足以下方程式1和方程式2。
P≤0.0033/L3…(1)
L≤0.0125…(2)
此外，作为另一销卡吸型保持装置，提出这样一种装置，该装置包括多个突出部分、吸孔和基部，多个突出部分具有上面放置基板的基板放置表面，吸孔敞开在多个突出部分的至少一个中形成的基板放置表面上，且多个突出部分设置在基部上，其中多个突出部分的基板放置表面设置在同一水平面上(例如，参见JP-A-2007-322806)。
此外，作为另一销卡吸型卡吸装置，提出下面这种装置。冷却机构设置在用作卡吸板装置的冷却板装置的板主体内，冷却放置在板主体的放置表面上的基板。多个支承突起和多个辅助突起形成在板主体的放置表面上，且基板由每个支承突起和辅助突起的第一和第二顶点部分端面支承。在每个支承突起内形成用于真空抽吸基板的真空吸孔。对于每个支承突起，与基板接触的第一顶点部分端面具有这样的光洁度：当将基板真空抽吸至真空吸孔时紧密地附着至基板(例如，参见JP-A-2004-303961)。
但是，由于发明人进行的专项检索，下列情况已变得清晰。在完成半导体器件(例如IGBT)之后的半导体基板的厚度加工成在1,800V击穿电压级在180至300μm范围内，在1,200V击穿电压级在120至200μm范围内，在600V击穿电压级在60至90μm范围内。此外，通过采用沟槽栅极型栅极结构，对应于击穿电压级的半导体基板的厚度设计成小于平面栅极型半导体器件。例如，在600V击穿电压级沟槽栅极型IGBT中完成后半导体基板的厚度在最小情况下在60μm范围内。为了更有效地生产半导体装置，有大量使用由沟槽栅极型栅极结构进行制造的趋势。这样，半导体基板的厚度易于降到100μm以下。
此外，最近，寻求将由硅制成的半导体基板直径从例如六英寸直径增加至八英寸直径，并且寻求半导体器件生产率的改进。但是，当在诸如IGBT的功率半导体器件的制造步骤中将直径为八英寸的半导体基板减小到60μm范围的厚度时，半导体基板的翘曲显著增加。为此，使用至此描述的专利文献中所示类型的技术，难以在保持或增加半导体基板的平坦度的情况下卡吸或传送较薄的半导体基板或显著翘曲的半导体基板。
例如，在美国专利第3,627,338号(图1)、美国专利第3,747,282号(图1)和日本专利第2,821,678号(参见图20)中，除了基部101的沟槽部分102外，诸如污物或灰尘的异物还会捕集在半导体基板1与部分105之间。当如上所述将半导体基板1做得更薄时，半导体基板1的与异物接触的部分易于变得扭曲。此外，使用JP-B-60-15147(参见图21和22)中所示技术，同样由于当真空抽吸半导体基板1时半导体基板1不与突出部分112和周缘部分113接触的部分由于抽吸力而在基部111侧凸出地下垂，半导体基板1显著扭曲，且平坦度下降。于是，例如，显著减少曝光步骤中的曝光分辨率。
此外，如日本专利第4,298,078号中所示技术中所揭示的，当用突出部分以栅格形式排列、相邻的突出部分之间间隔为2mm的销卡吸型卡吸装置抽吸当前主流200mm(八英寸)直径半导体基板时，会发生约为半导体基板平坦度的1/2.6倍的晶片扭曲。在当前大量生产的0.25μm标准半导体工艺的情况下，当半导体基板平坦度公差值取800nm焦深的10％为80nm时，晶片扭曲的公差值取50nm的覆盖精度的10％为5nm。为了保持晶片扭曲在5nm内，必须使半导体基板平坦度公差值为13(＝5×2.6)nm，远小于80nm公差值。即，覆盖精度所要求的半导体基板平坦度远比焦深所要求的半导体平坦度严格。
使用日本专利第4,298,078号中所示的技术，当半导体基板的厚度为0.1mm时，必须使得抽吸半导体基板的卡吸力P与相邻的突出部分之间间隔L的关系满足以下方程式3和方程式4，从而减小晶片扭曲。为此，必须使得相邻的突出部分之间的间隔L为1.72mm以下，且保持半导体基板的卡吸力为12.4kN/m2以下。
P≤0.000063/L3…(3)
L≤0.00172…(4)
但是，如上所述，例如在八英寸直径半导体基板的情况下IGBT功率半导体器件翘曲较大，通常半导体基板翘曲超过1mm。由此，为了消除半导体基板上发生的翘曲并将半导体基板卡吸和保持在充分稳定状态，当半导体基板的厚度在100μm范围内时，通常必须使保持半导体基板的卡吸力在40kN/m2范围内，该卡吸力显著超过满足方程式3和方程式4的保持半导体基板的12.4kN/m2卡吸力。由于该原因，如日本专利第4,298,078号中所示，用作为支承点的相邻的突出部分支承半导体基板的一部分显著扭曲，且半导体器件的下垂和晶片扭曲超过元件设计所要求的公差值。
此外，使用日本专利第2,574,818号中所示的技术，当半导体基板的厚度为100μm，且突出部分之间半导体基板下垂的公差范围为上述的-0.5μm以上、+0.5μm以下，相邻的突出部分之间的间隔约为0.7mm以下。当在采用各向异性蚀刻在基部上形成四棱锥突出部分时相邻的突出部分之间的间隔约为0.7mm以下时，覆盖基部的非蚀刻区域的掩模的开口部分的宽度太小，且难以控制沿晶面方向通过蚀刻去除的量。由于该原因，会丧失各突出部分的高度和相邻的突出部分之间间隔的可控性。
发明内容
本发明的目的是提供一种卡吸装置(或吸附装置)和卡吸方法(或吸附方法)，该卡吸装置和卡吸方法可防止异物捕捉在装置与半导体基板之间，从而消除现有技术的问题。一个目的是提供一种卡吸装置和卡吸方法，该卡吸装置和卡吸方法可在保持或增加半导体基板平坦度的状态下保持半导体基板。
为了解决上述问题并实现本发明的目的，根据本发明第一方面的卡吸装置具有以下特征。具有吸住半导体基板的吸孔的卡吸装置包括基部、多个吸孔和真空产生单元，基部具有支承半导体基板的多个突出部分、多个吸孔可彼此独立地真空抽吸并设置在突出部分的至少一个部分内，真空产生单元以不同时序真空抽吸多个吸孔。
此外，根据本发明的第二方面，根据第一方面的卡吸装置使得真空产生单元从设置在支承半导体基板的外部周边部分侧的位置的吸孔朝向设置在支承中心部分侧的位置的吸孔、或从设置在支承半导体基板的中心部分侧的位置的吸孔朝向设置在支承外部周边部分侧的位置的吸孔依次真空抽吸吸孔。
此外，为了解决上述问题并实现本发明的目的，根据本发明第三方面的卡吸装置具有以下特征。具有保持半导体基板的吸孔的卡吸装置包括基部、多个吸孔、真空产生单元和气流源，基部具有支承半导体基板的多个突出部分，多个吸孔设置在突出部分的至少一个部分内，真空产生单元真空抽吸多个吸孔，而气流源使放置在基部上的半导体基板的基部上侧的气体的流速大于与半导体基板的基部侧相反一侧的气体的流速。
此外，根据本发明的第四方面，根据第三方面的卡吸装置包括控制真空产生单元和气流源的控制单元。然后，控制单元在使用气流源调整气体流速之后使用真空产生单元真空抽吸吸孔。
此外，根据本发明的第五方面，根据第一至第四方面的卡吸装置还包括支承半导体基板的外部周边部分的周缘部分。
此外，根据本发明的第六方面，根据第五方面的卡吸装置使得吸住半导体基板的外部周边部分的吸孔设置在周缘部分内。
此外，根据本发明的第七方面，根据第一至第六方面的卡吸装置使得吸孔连接至贯穿其中设有吸孔的突出部分的通气孔，且吸孔的内径大于通气孔的内径。
此外，根据本发明的第八方面，根据第一至第七方面的卡吸装置使得在吸孔的开口部分上实施倒角加工。
此外，根据本发明的第九方面，根据第一至第八方面的卡吸装置使得在支承半导体基板的突出部分侧的端部上实施倒角加工。
此外，根据本发明的第十方面，根据第一至第九方面的卡吸装置使得由吸收从由突出部分支承的半导体基板接收的外力的材料形成的构件设置在突出部分的支承半导体基板一侧的端部上。
此外，根据本发明的第十一方面，根据第一至第十方面的卡吸装置使得相邻的突出部分之间的间隔在支承半导体基板的一侧比在基部侧宽。
此外，根据本发明的第十二方面，根据第一至第十一方面的卡吸装置使得其中未设置吸孔的突出部分的宽度小于其中设有吸孔的突出部分的宽度。
此外，根据本发明的第十三方面，根据第一至第十二方面的卡吸装置使得各突出部分从基部表面起算的高度都相等。
此外，根据本发明的第十四方面，根据第一至第十三方面的卡吸装置使得在突出部分内设置螺纹部。在基部内设置接纳突出部分的螺纹部的螺纹孔。然后，突出部分的螺纹部拧入基部的螺纹孔内，使得突出部分从基部表面起算的高度都相等。
此外，根据本发明的第十五方面，根据第五至第十四方面的卡吸装置使得突出部分和周缘部分支承比远离半导体基板的主表面侧的外周部分更远离内部的部分，主表面由于绕外周较厚地保留的外周部分而具有台阶形式。
此外，根据本发明的第十六方面，根据第五至第十三方面的卡吸装置使得突出部分从基部表面起算的高度大于周缘部分从基部表面起算的高度。
此外，根据本发明的第十七方面，根据第五至第十六方面的卡吸装置使得周缘部分设置成沿垂直方向相对于支承在周缘部分上半导体的表面可移动。
此外，根据本发明的第十八方面，根据第一至第十六方面的卡吸装置还包括将半导体基板保持在突出部分上方的可动保持部分。然后，控制单元沿使半导体基板靠近突出部分的方向移动保持部分，且在使由保持部分保持的半导体基板与突出部分接触之后，使用真空产生单元真空抽吸吸孔。
此外，为了解决上述问题并实现本发明的目的，根据本发明第十九方面的卡吸方法具有以下特征。具有支承半导体基板的多个突出部分的基部的卡吸方法将半导体基板保持至设置在突出部分内的吸孔。首先，实施第一卡吸步骤(第一吸附步骤)，在该步骤中以不同时序真空抽吸设置在突出部分的至少一个部分内且可彼此独立真空抽吸的多个吸孔，由此将半导体基板吸住至多个吸孔。
此外，根据本发明的第二十方面，根据第十九方面的卡吸方法使得，在第一卡吸步骤中，从半导体基板的外部周边部分向中心部分或从半导体基板的中心部分朝向外部周边部分逐渐实施卡吸。
此外，根据本发明的第二十一方面，根据第十九或二十方面的卡吸方法使得卡吸半导体基板的外部周边部分的吸孔设置在支承半导体基板的外部周边部分的周缘部分内。然后，在第一卡吸步骤之前或之后实施第二卡吸步骤(第二吸附步骤)，在该步骤中以与真空抽吸设置在突出部分内的吸孔的不同时序真空抽吸设置在周缘部分内的吸孔，由此将半导体基板的外部周边部分卡吸至设置在周缘部分内的吸孔。
此外，根据本发明的第二十二方面，根据第二十一方面的卡吸方法使得在第二卡吸步骤中，半导体基板的外部周边部分卡吸至安装成在突出部分上方能够升高和降低的周缘部分的吸孔。然后，在第二卡吸步骤之后，在降低周缘部分之后实施第一卡吸步骤，使半导体基板与突出部分接触。
此外，根据本发明的第二十三方面，根据第十九至第二十一方面的卡吸方法使得，首先使用保持半导体基板的可升高和降低的保持部分将半导体基板保持在突出部分上方。随后，在降低保持部分之后实施第一卡吸步骤，使半导体基板与突出部分接触。
此外，为了解决上述问题并实现本发明的目的，根据本发明第二十四方面的卡吸方法具有以下特征。具有支承半导体基板的多个突出部分的基部的卡吸方法将半导体基板保持至设置在突出部分内的吸孔。首先，将半导体基板放置在基部上方。接着，实施气流产生步骤，其中使半导体基板的基部侧的气体的流速高于半导体基板的与基部侧相反一侧的气体的流速。接着，在气流产生步骤之后实施第一卡吸步骤，其中真空抽吸设置在突出部分中的至少一个部分内的多个吸孔，由此将半导体基板卡吸至多个吸孔。
此外，根据本发明第二十五方面，根据第十九方面的卡吸方法包括组装步骤，在该步骤中在第一卡吸步骤之前使各突出部分从基部表面起算的高度齐平，并将突出部分附连至基部。
此外，根据本发明第二十六方面，根据第十九至第二十四方面的卡吸方法使得，在第一卡吸步骤之前实施组装步骤，在该步骤中将各突出部分附连至基部，以及在组装步骤之后实施调整步骤，在该步骤中使所有突出部分从基部表面起算的高度齐平。
此外，根据本发明第二十七方面，根据第二十五或二十六方面的卡吸方法使得，在组装步骤中，设置在突出部分内的螺纹部拧入设置在基部内的接纳突出部分的螺纹部的螺纹孔。
此外，根据本发明第二十八方面，根据第二十五或二十六方面的卡吸方法使得，在组装步骤中，将突出部分插入设置在基部内的接纳突出部分的孔。
此外，根据本发明第二十九方面，根据第二十六方面的卡吸方法使得，在调整步骤中，从突出部分的支承半导体基板的一侧将突出部分压抵基部。
此外，根据本发明第三十方面，根据第二十六方面的卡吸方法使得，在调整步骤中，研磨突出部分的支承半导体基板的一侧的端部。
此外，根据本发明第三十一方面，根据第二十六方面的卡吸方法使得，在调整步骤中，在从突出部分的支承半导体基板一侧将突出部分压抵基部之后研磨突出部分的支承半导体基板一侧的端部。
此外，根据本发明的第三十二方面，根据第十九至三十一方面的卡吸方法使得，半导体基板的主表面侧的外周部分内侧的表面被卡吸，其中外周部分是绕外周较厚地保留的，主表面由于外周部分具有台阶形式。
根据本发明的第一至第十八方面，在基部上设置多个突出部分，卡吸半导体基板的吸孔设置在突出部分内。由于吸孔的内径小于相邻的突出部分之间的间隔，所以能够使得与半导体基板接触的面积与迄今已知的卡吸装置(参见图21和22)相比较小。此外，通过根据半导体基板的直径、厚度和翘曲循环调整相邻的突出部分之间的间隔，能够在消除半导体基板翘曲的同时保持半导体基板。
此外，设置支承半导体基板的外部周边部分的周缘部分，且在周缘部分内设置卡吸半导体基板的吸孔。由此，能够在将半导体基板的中心部分卡吸至设置在突出部分内的吸孔之前或之后仅将半导体基板的外部周边部分卡吸至设置在周缘部分内的吸孔。通过这样，即使当半导体基板显著翘曲时，也能够在消除半导体基板翘曲的同时保持半导体基板。此外，通过使多个突出部分的高度相等，能够相对于基部将半导体基板水平地保持至基部。
此外，在突出部分和周缘部分内设置卡吸半导体基板的吸孔。由此，不存在通过真空抽吸引起的外力施加在半导体基板在相邻的突出部分之间的部分上，或在突出部分与周缘部分之间的部分上。由于吸孔的内径小于相邻的突出部分之间的间隔，所以与迄今已知的卡吸装置(参照图21和22)相比能够显著降低施加在半导体基板上的真空卡吸力，而在这些已知的卡吸装置中真空抽吸力施加在半导体基板在相邻的突出部分之间的部分上。由此，能够将半导体基板的下垂和晶片扭曲保持在元件设计所要求的公差值范围内。
此外，根据本发明的第一和第二方面，真空产生单元以不同时序独立地真空抽吸多个吸孔中的每个吸孔。由此，当保持在前表面侧凸出或凹陷翘曲的半导体基板时，能够根据半导体基板的翘曲真空抽吸多个吸孔。因此，能够在消除半导体基板翘曲的同时保持半导体基板。
此外，根据本发明的第三和第四方面，使气体流入的气流产生单元设置在半导体基板的基部侧。由此，能够在半导体基板上施加由伯努利效应产生的负压，并在增加半导体基板平坦度的状态下将半导体基板放置在突出部分上。
此外，根据本发明的第十九至第三十二方面，真空抽吸设置在突出部分和周缘部分内的吸孔，由此将放置在突出部分和周缘部分上的半导体基板卡吸至吸孔。由于吸孔的内径小于相邻的突出部分之间的间隔，所以能够使得与半导体基板接触的面积与迄今已知的卡吸装置相比较小。
此外，根据本发明第十九和第二十方面，以不同时序真空抽吸多个吸孔，由此将半导体基板卡吸至多个吸孔。由此，当保持在前表面侧凸出或凹陷翘曲的半导体基板时，能够根据半导体基板的翘曲真空抽吸多个吸孔。因此，能够在消除半导体基板翘曲的同时保持半导体基板。
此外，根据本发明的第二十四方面，在使半导体基板的基部侧的气体流速大于半导体基板的与基部侧相反一侧的气体流速，真空抽吸多个吸孔，由此将半导体基板卡吸至多个吸孔。由此，能够在半导体基板上施加由伯努利效应产生的负压，并在增加半导体基板平坦度的状态下将半导体基板放置在突出部分上之后保持半导体基板。
根据本发明的卡吸装置和卡吸方法，实现这样的效果：能够防止异物卡在装置与半导体基板之间。此外，还能实现这样的效果：能够在保持或增加半导体平坦度的状态下保持半导体基板。
附图说明
图1是示意性地示出根据第一实施例的卡吸装置的视图；
图2是示意性地示出构造图1所示卡吸装置的各部件的视图；
图3是示意性地示出构造图1所示卡吸装置的各部件的视图；
图4是示意性地示出构造图1所示卡吸装置的一部件另一实例的视图；
此外，图5是示意性地示出图4所示部件的组装方法的实例的视图；
图6是示意性地示出组装构造图1所示卡吸装置的各部件的方法的另一实例的视图；
图7是示意性地示出组装构造图1所示卡吸装置的各部件的方法的另一实例的视图；
图8是示意性地示出构造图1所示卡吸装置的各部件另一实例的视图；
图9是示出使用根据第一实施例的卡吸装置的卡吸方法的实例的视图；
图10是示出使用根据第一实施例的卡吸装置的卡吸方法的另一实例的视图；
图11是示出使用根据第二实施例的卡吸装置的卡吸方法的视图；
图12是示出使用根据第三实施例的卡吸装置的卡吸方法的视图；
图13是示出使用根据第三实施例的卡吸装置的卡吸方法的视图；
图14是示出使用根据第四实施例的卡吸装置的卡吸方法的视图；
图15是示出使用根据第四实施例的卡吸装置的卡吸方法的视图；
图16是示意性地示出根据第五实施例的卡吸装置的视图；
图17是示意性地示出构造图16所示卡吸装置的一部件的视图；
图18是示意性地示出根据第六实施例的卡吸装置的视图；
图19是示出沟槽栅极型IGBT的侧视图；
图20是示出迄今已知的卡吸装置的视图；
图21是示出迄今已知的销卡吸型卡吸装置的视图；以及
图22是示出图21的卡吸装置的平面图。
具体实施方式
此后，将参照附图给出根据本发明的半导体器件和半导体器件制造方法的较佳实施例的详细描述。在本说明书和附图中，带有前缀n或p的层或区域意思是电子或空穴分别是多数载流子。此外，附缀于n或p的+或-意思是该层或区域具有比n或p没有附缀的层或区域高的杂质浓度或者低的杂质浓度。在各实施例的以下描述和附图中，给予相同的构造以相同的附图标记或字母，并省略冗余描述。
第一实施例
图1是示意性地示出根据第一实施例的卡吸装置的视图。此外，图2和3是示意性地示出构造图1所示卡吸装置的各部件的视图。图1所示卡吸装置包括基部11、圆筒形周缘部分13、多个吸孔21和31以及真空源14，基部11上设有支承半导体基板的中心部分的多个突出部分12，圆筒形周缘部分13支承半导体基板的外部周边部分，多个吸孔21和31卡吸半导体基板，真空源14以不同的时序真空抽吸多个吸孔。
基部11具有例如圆形平面形状。基部11的直径比半导体基板的直径稍小。此外，基部11可由铝作为主要成分的材料构成。基部11的侧表面15由其中铝中的微小间隙灌注(浸渍)有含氟树脂的材料形成。
各突出部分12例如在基部11的保持半导体基板一侧的表面上设置成栅格形式。各突出部分12可具有例如柱形形式，或可具有矩形截面形式。各突出部分12的直径(或宽度，此后简称为宽度)可以例如为3mm。
此外，在各突出部分12的至少一个部分内设有多个相互独立的可真空抽吸吸孔(此后称为第一吸孔)21。设置成栅格形式的突出部分12可构造成，设有第一吸孔21的突出部分12和未设置第一吸孔21的突出部分12交替布置，如图1所示。此时，未设置第一吸孔21的突出部分12的宽度可形成小于设有第一吸孔21的突出部分12的宽度。未设置第一吸孔21的突出部分12的宽度可例如为2mm。通过这样，能够减小与半导体基板接触的面积。此外，第一吸孔21也可设置在所有突出部分12内。
第一吸孔21具有圆形平坦形状。第一吸孔21的直径可例如为1mm。通气孔(真空系统，此后称为第一通气孔)22设置在突出部分12内，连接至第一吸孔21并贯穿突出部分12。即，第一吸孔21的真空系统独立于设置在其它突出部分12内的其它第一吸孔21的真空系统(参见图2)。
第一通气孔22联接至真空源14。真空源14独立地真空抽吸每个第一通气孔22。即，对多个突出部分12各设置第一通气孔22和联接至第一通气孔22的真空源14。通过由真空源14独立地真空抽吸的每个第一吸孔22的内部，所有的第一吸孔21被独立地真空抽吸。即，通过真空源14在所有第一吸孔21内独立地产生负压。由此，由突出部分12支承的半导体基板以不同时序被所有第一吸孔21卡吸。下文将描述各突出部分12的详细情况。
周缘部分13与基部11的侧表面15接触地围绕基部11。此外，周缘部分13的直径稍大于半导体基板的直径。即，当半导体基板支承在基部11上方时，突出部分12设置在由此各突出部分支承半导体基板的中心部分的各位置，而周缘部分13设置在由此其支承半导体基板的外部周边部分的位置。
周缘部分13的与基部11的侧表面15接触的部分由与基部11的侧表面15相同种类的材料形成。由于该原因，能够改进通过半导体基板(未示出)、基部11和周缘部分13形成的封闭空间的密封性。周缘部分13也可与基部11脱开。
多个相互独立的可真空抽吸吸孔(此后称为第二吸孔)31和环形沟槽部分32设置在周缘部分13的支承半导体基板一侧的端部上。理想的是当半导体基板由周缘部分13支承时，沟槽部分32设置在对应于半导体基板的侧边缘部分的位置。沟槽部分32的宽度可例如为1mm。此外，可设置一个圆形沟槽部分32或可设置多个弧形沟槽部分32。此外，通气孔(真空系统，此后称为第二通气孔)33设置在周缘部分13内，连接至第二吸孔31并贯穿周缘部分13。
即，第二吸孔31的真空系统独立于设置在突出部分12内的第一吸孔21的真空系统。第二通气孔33联接至真空源14。真空源14独立于第一通气孔22经由第二通气孔33真空抽吸沟槽部分32。由此，由周缘部分13支承的半导体基板在与半导体基板由第一吸孔21卡吸的时序不同的时序卡吸至沟槽部分32。第二吸孔31和第二通气孔33的情况分别与第一吸孔21和第二通气孔22的情况相同。
真空源14具有独立地真空抽吸联接至各第一吸孔21的每个第一通气孔22内部和联接至各第二吸孔31的每个第二通气孔33内部的功能。即，多个第一通气孔22和第二通气孔33通过彼此独立设置的管子(未示出)连接至真空源14，且真空源14设置成用于每根管子。此外，真空源14可同时真空抽吸联接至第一吸孔21的第一通气孔22的内部和联接至第二吸孔31的第二通气孔33的内部。
真空源14可以按从设置在第一吸孔支承半导体基板的外部周边部分侧的那些位置的第一吸孔21朝向设置在第一吸孔支承半导体基板的中心部分侧的那些位置的第一吸孔21的次序真空抽吸第一吸孔21。在该情况下，真空源14可在真空抽吸第一吸孔21之前真空抽吸第二吸孔31。
此外，真空源14可以按从设置在第一吸孔支承半导体基板的中心部分侧的那些位置的第一吸孔21朝向设置在第一吸孔支承半导体基板的外部周边部分侧的那些位置的第一吸孔21的次序真空抽吸第一吸孔21。在该情况下，真空源14可在真空抽吸第一吸孔21之后真空抽吸第二吸孔31。
接着，将给出各突出部分的细节情况的描述。如图3所示，相邻的突出部分12设置成留有例如预定第一间隔t1。第一间隔t1可在例如5mm范围内。其原因为如下文所指出的。
使用当前的半导体基板加工精度，半导体基板内发生的翘曲循环在例如10mm范围内。这是因为，当用留有间隔的多个突出部分12支承这类半导体基板上多个位置时，能够通过在半导体基板上发生的翘曲循环一半范围内的距离处支承半导体基板而将晶片变形保持在13nm以内。
在当前功率半导体领域，对这类覆盖精度并不要求在LSI制造工艺所要求的50nm范围内。为此原因，不要求至此所描述的种类的高晶片变形在13nm范围内。因此，当覆盖精度或半导体基板下垂和晶片变形的精度较低时，第一间隔t1可设置成比5mm宽。
此外，各突出部分12可具有这样的截面形状：其上支承有半导体基板的第一端部23的宽度w1比基部11侧上的第二端部24的宽度w2窄，如图3所示。即，相邻的突出部分12之间的间隔可使得支承半导体基板一侧的第二间隔t2比基部11侧的第一间隔t1宽。由此，能够增加突出部分12与基部11的连结部分(第二端部24)的强度，同时减小突出部分12(第一端部23)与半导体基板之间的接触面积。
第一吸孔21的内径t3可大于连接至第一吸孔21的第一通气孔22的内径t4。由此，在保持第一吸孔21由此能够稳定地卡吸半导体基板的内径t3的尺寸的情况下，能够通过调整第一通气孔22的内径t4而调整卡吸半导体基板的卡吸力。这同样也适用于第二吸孔31(未示出)。
较佳地是，在突出部分12的第一端部23的角部41、第一吸孔21的开口部分的角部42上实施倒角加工。通过将与半导体基板接触部分(第一端部23)的角部41和42形成弯曲形式，能够减少半导体基板上刮擦等的发生。这同样也适用于第二吸孔31(未示出)。
较佳地是，第一吸孔21的开口部分相对于基部11的表面水平形成。这样做的原因是当半导体基板与突出部分12的第一端部23接触时，能够相对于基部11水平地支承半导体基板。此外，还因为能够完全将半导体基板卡吸至第一吸孔21。
突出部分12从基部11表面起算的高度(此后称为突出部分12的高度)h都同样齐平。即，各突出部分12的高度h齐平成使得能够相对于基部11在基部11上方水平地支承半导体基板。此外，各突出部分12的高度h等于周缘部分13从基部11表面起算的高度(此后称为周缘部分13的高度)。
此外，基部11和突出部分12可具有用于使突出部分12的高度h齐平的构造。图4是示意性地示出构造图1所示卡吸装置的一部件的另一实例的视图。此外，图5是示意性地示出图4所示部件的组装方法的实例的视图。如图4所示，在突出部分12的第二端部24侧设有螺纹部25。如图5所示，在基部11上设有用于接纳突出部分12的螺纹部25的螺纹孔26。
螺纹部25的长度使得螺纹部25可拧入螺纹孔26至突出部分12和周缘部分13的高度相等的位置。然后，螺纹孔26至少具有使得其可接纳此前所述长度的螺纹部25的深度。螺纹孔26可从支承半导体基板的一侧贯穿到相对侧。此时，拧入螺纹孔26的螺纹部25的前端可向与支承半导体基板一侧的表面相对的一侧表面的外侧突出。
在将螺纹部25拧入螺纹孔26之后，可研磨突出部分12的第一端部23侧，使所有突出部分12和周缘部分13的高度相等。在该情况下，即使当螺纹部25拧入螺纹孔26时突出部分12和周缘部分13的高度不都相等，也能够使所有的突出部分12与周缘部分13的高度齐平。这里，在图4和5中，为了使突出部分12和周缘部分13的形式清楚，从图中省略第一和第二吸孔21和31以及第一和第二通气孔22和33(同样也适用于此后的图6和15)。
参照图5，将给出组装具有螺纹部25的突出部分12和具有螺纹孔26的基部11的方法的描述。此处，将给出研磨突出部分12的第一端部23的情况的描述。首先，将周缘部分13连结至基部11的侧表面，如图5所示。接着，将突出部分12的螺纹部25拧入基部11的螺纹孔26内(组装步骤)。接着，使突出部分12的第一端部23侧面向下，并使该第一端部23与例如沿水平方向旋转的磨石43接触。然后，研磨突出部分12的第一端部23侧，直到突出部分12的高度h等于周缘部分13的高度为止(调整步骤)。通过如此，所有突出部分12和周缘部分13的高度齐平。接着，在突出部分12的第一端部23上进行倒角加工(参照图4)。通过如此，完成其上设有多个突出部分12的基部11。
图6和7是示意性地示出组装构造图1所示卡吸装置的各部件的方法的另一实例的视图。突出部分12可具有使得第二端部24侧的宽度朝向前端逐渐减小的形式，如图6和7所示。此后，突出部分12的第二端部24侧宽度朝向前端逐渐减小的部分被称为渐缩部分27。渐缩部分27可具有圆锥形式，或其可具有多边形棱锥形式。接纳突出部分12的渐缩部分27的孔(此后称为渐缩部分孔)28设置在基部11内。
渐缩部分27的构造使得其可插入渐缩部分孔28，直至与其它突出部分12的高度和周缘部分13的高度相等的位置。然后，渐缩部分孔28至少具有使得其可接纳此前所述长度的渐缩部分27的深度。渐缩部分孔28可从支承半导体基板的一侧贯穿到相对侧。此时，插入渐缩部分孔28的渐缩部分27的前端可向与支承半导体基板的一侧的表面相对的一侧表面的外侧突出。
此外，渐缩部分孔28的形式使得当渐缩部分27插入时渐缩部分孔28可该孔可相对于基部11的表面垂直固定突出部分12。例如，渐缩部分孔28的宽度稍小于渐缩部分27的最宽部分的宽度。渐缩部分孔28的宽度可从支承半导体基板的一侧朝向相对侧逐渐减小，或渐缩部分孔28的宽度从支承半导体基板的一侧朝向相对侧同样如此。
在渐缩部分27插入渐缩部分孔28之后，渐缩部分27可被进一步推入渐缩部分孔28内，使所有突出部分12和周缘部分13的高度相等。此外，代替将渐缩部分27推入渐缩部分孔28内，也可研磨突出部分12的第一端部23侧，或可在将渐缩部分27插入渐缩部分孔28内之后将渐缩部分27推入渐缩部分孔28，且此外，随后研磨突出部分12的第一端部23侧。在该情况下，即使当渐缩部分27插入渐缩部分孔28时突出部分12和周缘部分13的高度不都相等，也能够使所有的突出部分12与周缘部分13的高度齐平。
参照图6和7，将给出组装具有渐缩部分27的突出部分12和具有渐缩部分孔28的基部11的方法的描述。这里，将给出其中在将渐缩部分27插入渐缩部分孔28之后将渐缩部分27进一步推入渐缩部分孔28内的情况的描述。首先，周缘部分13连结至基部11的侧表面。接着，将突出部分12的渐缩部分27插入基部11的渐缩部分孔28内(组装步骤)。
接着，使用具有平坦表面的构件(板)44从第一端部分23侧朝向基部11对所有的突出部分12施加压力，抵靠基部11按压突出部分12。即，将突出部分12的渐缩部分27推入基部11的渐缩部分孔28内(调整步骤)。通过这样做，使具有突出到其它突出部分12的高度46外侧的高度45的突出部分12与其它突出部分12和周缘部分13的高度齐平。
在调整步骤中，在使用板44将渐缩部分27推入渐缩部分孔28之后可研磨突出部分12的第一端部23侧。此外，在调整步骤中，可在组装步骤之后研磨突出部分12的第一端部23侧，而不使用板44进行推入，由此使所有突出部分12和周缘部分13的高度齐平。接着，在突出部分12的第一端部23上进行倒角加工。通过如此，完成其上设有多个突出部分12的基部11。
使用如上所述的组装方法，当螺纹部25拧入螺纹孔26内，或渐缩部分27插入渐缩部分孔28(此后称为将突出部分12附连至基部11)时，较佳地是，例如突出部分12附连成使得突出部分12的高度h大于周缘部分13的高度。通过这样，能够防止突出部分12的高度h小于周缘部分13的高度。此外，突出部分12可按这样的方式附连至基部11，即使得所有突出部分12和周缘部分13的高度仅在组装步骤中齐平，无需实施调整步骤。通过这样将突出部分12附连至基部11，即使突出部分12的高度方向尺寸彼此不同时，也能够将所有突出部分12的高度h相等地齐平。
图8是示意性地示出构造图1所示卡吸装置的各部件另一实例的视图。吸收从支承在突出部分12上半导体基板接收的外力的材料形成的构件29可设置在突出部分12的第一端部23上，如图8所示。构件29由例如具有可吸收从支承在突出部分12上的半导体基板接收的外力的弹性的柔软材料制成。通过设置在突出部分12的第一端部23上的构件29，当将半导体基板放置在突出部分12的第一端部23上时，构件29变形。由此，即使突出部分12的高度变化时，也能够相对于基部11水平地支承半导体基板。
此外，在以上描述中，周缘部分13以栅格形式设置，但并不限于此，一构造可使得在周缘部分13中不设置第二吸孔31。此外，可例如同心地或犬牙形式设置各突出部分12。
接着，将给出使用根据第一实施例的卡吸装置保持半导体基板的方法的描述。作为示例，将给出其中第一吸孔21设置在所有突出部分12内、且第二吸孔31设置在周缘部分13内的卡吸装置的描述(这同样也适用于图9至15和18所示的卡吸方法)。首先，使用例如传送臂将半导体基板放置在突出部分12和周缘部分13上，使得半导体基板的外部周边部分叠置在周缘部分13上。
接着，联接至多个第一吸孔21的每个第一通气孔22的内部被真空源14以不同时序真空抽吸(第一卡吸步骤)。在第一卡吸步骤中，联接至多个第一吸孔21的每个第一通气孔22的内部可被真空源14同时真空抽吸。此外，独立于第一卡吸步骤，联接至可真空抽吸的第二吸孔31的第二通气孔33的内部被真空源14真空抽吸(第二卡吸步骤)。此时，可在第一卡吸步骤之后实施第二卡吸步骤，或可在第二卡吸气步骤之后实施第一卡吸步骤。
通过这样，多个第一吸孔21和第二吸孔31以不同时序被真空抽吸。即，半导体基板的中心部分被卡吸至设置在以每个第一间隔t1散布的突出部分12内的第一吸孔21并由第一吸孔21支承。此外，半导体基板的外周端部卡吸至设置在周缘部分13内的第二吸孔31并由第二吸孔31支承。
半导体基板卡吸至第一吸孔21和第二吸孔31的顺序能以各种方式改变。例如，在第一卡吸步骤中，半导体基板可从半导体基板的外部周边部分朝向中心部分、或从半导体基板的中心部分朝向外部周边部分逐渐被卡吸。在第二卡吸步骤中，可在第一卡吸步骤之前或之后卡吸半导体基板的外部周边部分。此外，可同时开始第一卡吸步骤和第二卡吸步骤。例如，可在最远离外侧设置的第一吸孔21的真空抽吸同时实施第二吸孔31的真空抽吸。
通过这样将半导体基板卡吸至突出部分12的第一吸孔21，即使当半导体基板翘曲时，也能够在消除半导体基板翘曲的同时卡吸半导体基板。例如，通过在具有八英寸直径和200μm厚的半导体基板上形成带有100A的额定电流和1,700V的击穿电压级的沟槽栅极型IGBT，当用40kNm2的真空卡吸力卡吸具有约4mm翘曲的半导体基板时，即使当栅格形式设置的突出部分12之间的第一间隔t1为20mm时，也能够在消除半导体基板翘曲的情况下将半导体基板保持在突出部分12上。下文将给出沟槽栅极型IGBT的构造的描述。
此外，当半导体基板的翘曲由形成在半导体基板表面上的膜的应力造成时，半导体基板的形式变成以半导体基板中心为基准对称地翘曲的形式。为此原因，通过在真空抽吸第一吸孔21和第二吸孔31的时序之间形成时间差(如，在通过在第二卡吸步骤之后执行第一卡吸步骤或在第一卡吸步骤之后执行第二卡吸步骤)，能够在消除半导体基板翘曲的同时保持半导体基板。
图9和10是示出使用根据第一实施例的卡吸装置的卡吸方法的另一实例的视图。可卡吸处于由于在制造步骤中实施的各种工艺导致的前表面侧凸出或凹陷翘曲的状态的半导体基板1。当卡吸在前表面侧凸出翘曲的半导体基板1的后表面侧时，半导体基板1的后表面的中心部分不与突出部分12接触，且仅半导体基板1的后表面的外部周边部分与周缘部分13接触，如图9所示。由此，在第二卡吸步骤之后进行第一卡吸步骤。
当卡吸在前表面侧凹陷翘曲的半导体基板1的后表面侧时，仅半导体基板1的后表面的中心部分与突出部分12接触，且仅半导体基板1的后表面的外部周边部分侧不与其它突出部分12或周缘部分13接触，如图10所示。由此，在第一卡吸步骤中，半导体基板1的后表面的中心部分从半导体基板1的后表面的中心部分朝向外部周边部分侧逐渐被卡吸，且在第一卡吸步骤之后实施第二卡吸步骤。
这样，真空抽吸多个第一吸孔21中每个的时序之间可能形成时间差。当半导体基板的翘曲不是关于半导体基板的中心点对称时，能够根据半导体基板的翘曲改变真空抽吸每个第一吸孔21的时序，如可通过从半导体基板的翘曲最深的部分开始进行卡吸。
此外，可在第一卡吸步骤之前组装上面设有多个突出部分12的基部11(参见图4至7)。即，可在实施第一卡吸步骤之前实施将突出部分12附连至基部11的步骤(仅组装步骤，或组装步骤之后的调整步骤)。具体来说，例如在将突出部分12的螺纹部25拧入基部11的螺纹孔26内(组装步骤)之后，可研磨突出部分12的第一端部23，由此使所有突出部分12的高度h齐平(调整过程：参见图5)。通过这样，能够在所有突出部分12的高度相等齐平的情况下实施第一卡吸步骤，且每次能够根据所要卡吸的半导体基板的直径和翘曲状态调整相邻的突出部分12之间的第一间隔t1。
如上所述，根据第一实施例的卡吸装置，在基部11上设置多个突出部分12，且在突出部分12内设置第一吸孔21。由于第一吸孔21的内径t3小于相邻的突出部分之间的第一间隔t1，所以能够使得与半导体基板接触的面积与迄今已知的卡吸装置(参见图21和22)相比较小。由此，能够防止异物卡在突出部分12与半导体基板之间。此外，通过根据半导体基板的直径、厚度和翘曲循环调整第一间隔t1，能够在消除半导体基板翘曲的同时保持半导体基板。由此，能够在增加半导体基板的平坦度的情况下保持半导体基板。
此外，设置支承半导体基板的外部周边部分的周缘部分13，且在周缘部分13内设置第二吸孔31。由此，能够在将半导体基板的中心部分卡吸至设置在突出部分12内的第一吸孔21之前或之后仅将半导体基板的外部周边部分卡吸至设置在周缘部分13内的第二吸孔31。通过这样，即使当半导体基板显著翘曲时，也能够在消除半导体基板翘曲的状态下保持半导体基板。此外，通过使多个突出部分12的高度相等，能够相对于基部11将半导体基板水平地保持至基部11。
此外，第一和第二吸孔21和31设置在突出部分12和周缘部分13内。由此，不存在通过真空抽吸引起的外力施加在半导体基板在相邻的突出部分12之间的部分上，或在突出部分12与周缘部分13之间的部分上。由于第一和第二吸孔21和31的内径小于相邻的突出部分12之间的第一间隔t1，所以与迄今已知的卡吸装置(参照图21和22)相比能够显著降低施加在半导体基板上的真空卡吸力，在这些已知的卡吸装置中由真空抽吸引起的外力施加在半导体基板在相邻的突出部分之间的部分上。由此，能够将半导体基板的下垂和晶片扭曲保持在元件设计所要求的公差值范围内。即，能够在保持半导体基板的平坦度的情况下保持半导体基板。
此外，真空源14以不同时序独立地真空抽吸第一吸孔21和第二吸孔31中的每个吸孔。由此，当卡吸在前表面侧凸出或凹陷翘曲的半导体基板时，能够根据半导体基板的翘曲真空抽吸第一吸孔21和第二吸孔31。因此，能够在消除半导体基板翘曲的状态下，即在增加半导体基板平坦度的状态下保持半导体基板。
此外，在多个突出部分12的至少一个部分内设置第一吸孔21。由此，通过仅在必需卡吸的区域内的突出部分12内设置第一吸孔21，即使当卡吸具有不同直径的半导体基板时、当卡吸和处理从圆形半导体基板等切下的一部分时或类似情况下，也能够用一个卡吸装置实施卡吸。
此外，根据第一实施例的卡吸方法，真空抽吸设置在突出部分12和周缘部分13内的第一和第二吸孔21和31，将放置在突出部分12和周缘部分13上的半导体基板卡吸至第一和第二吸孔21和31。由于第一和第二吸孔21和31的内径小于相邻的突出部分12之间的间隔，所以与迄今已知的卡吸装置相比能够减少与半导体基板接触的面积。由此，能够防止异物卡在突出部分12与半导体基板之间。
此外，以不同时序真空抽吸多个第一吸孔21和第二吸孔31，将半导体基板卡吸至第一和第二吸孔21和31。由此，当卡吸在前表面侧凸出或凹陷翘曲的半导体基板时，能够根据半导体基板的翘曲真空抽吸第一吸孔21和第二吸孔31。因此，能够在消除半导体基板翘曲的情况下保持半导体基板。即，能够在增加半导体基板的平坦度的情况下保持半导体基板。
第二实施例
图11是示出根据第二实施例的使用卡吸装置的卡吸方法的视图。在第一实施例中，可卡吸半导体基板(此后称为带肋晶片)51，该基片由于围绕外周较厚地保留有外周部分52而具有台阶形式。
在第二实施例中，如图11所示，将在由于外周部分52具有台阶形式的带肋晶片51的主表面侧的与外周部分52相比更远离内部的低陷部分卡吸至设置在突出部分12内的第一吸孔21和设置在周缘部分13内的第二吸孔31。此外，突出部分12的高度h可做成比外周部分13的高度高，且带肋晶片51的由于外周部分52而更薄的低陷部分仅卡吸至设置在突出部分12内的第一吸孔21(未示出)。在该情况下，带肋晶片51的外周部分52可卡吸至设置在周缘部分13的第二吸孔31。卡吸装置的构造和卡吸方法与第一实施例相同。
如上所述的，根据第二实施例，能够实现与第一实施例相同的优点。
第三实施例
图12和13是示出使用根据第三实施例的卡吸装置的卡吸方法的视图。在第一实施例中，周缘部分53可设置成能够相对于支承在周缘部分53上半导体基板的表面沿垂直方向升高和降低。
用例如卡吸在前表面侧凹陷翘曲的半导体基板的后表面侧的情况作为实例给出第三实施例的卡吸方法的描述。首先，使用传送臂(未示出)或类似装置，将半导体基板1后表面向下地放置在周缘部分53上，周缘部分53安装成能够在基部11上方升高和下降，如图12所示。接着，实施第二步骤，将半导体基板1的后表面的外部周边部分卡吸至设置在周缘部分53内的第二吸孔31。
接着，周缘部分53下降，使半导体基板1的后表面的中心部分与所有突出部分12接触，如图13所示。此时，由周缘部分53下降引起的向下外力施加在半导体基板1的外部周边部分上。由此，能够将半导体基板1以平坦状态放置在各突出部分12上。如上所述，周缘部分53具有比基部11的内径大的内径。为此，周缘部分53不与基部11接触。接着，实施第一卡吸步骤。
当在第一卡吸步骤中以不同时序真空抽吸多个突出部分12时，可通过第一步骤中途停止周缘部分53至第二吸孔31的卡吸。例如，当在第一卡吸步骤中，半导体基板1逐渐从半导体基板1后表面的中心部分朝向外部周边部分被卡吸时，可以以保持半导体基板1的平坦度的时序停止至周缘部分53的第二吸孔31的卡吸。
这里，使用在前表面侧凹陷翘曲的半导体基板给出了卡吸方法的描述，但并不限于此，该方法也可应用于平坦的半导体基板。此外，除了移动周缘部分53，也可替代地升高设置成可移动的基部。除此之外，卡吸装置的构造和卡吸方法与第一实施例相同。
如上所述的，根据第三实施例，能够实现与第一实施例相同的优点。
第四实施例
图14和15是示出使用根据第四实施例的卡吸装置的卡吸方法的视图。在第一实施例中，还可包括将半导体基板保持在各突出部分12上方的可动保持部分54。
用例如卡吸在前表面侧凹陷翘曲的半导体基板的后表面侧的情况作为实例给出第四实施例的卡吸方法的描述。首先，使用传送臂(未示出)或类似装置，将半导体基板1后表面向下地放置在保持部分54上，保持部分54安装成能够在基部11上方升高和下降，如图14所示。
接着，保持部分54下降，使半导体基板1的后表面的中心部分与突出部分12接触，如图15所示。此时，由保持部分54下降引起的向下外力施加在半导体基板1的后表面的中心部分上。由此，能够将半导体基板1以所要求的位置放置在各突出部分12上。接着，实施第一卡吸步骤。
这里，使用在前表面侧凹陷翘曲的半导体基板给出了卡吸方法的描述，但并不限于此，该方法也可应用于在前表面侧凸出翘曲的半导体基板或平坦的半导体基板。此外，除了移动保持部分54，也可替代地升高设置成可移动的基部。除此之外，卡吸装置的构造和卡吸方法与第一实施例相同。
如上所述的，根据第四实施例，能够实现与第一实施例相同的优点。
第五实施例
图16是示意性地示出根据第五实施例的卡吸装置的视图。此外，图17是示意性地示出构造图16所示卡吸装置的一部件的视图。在第一实施例中，机构可设置成使气体流过放置在基部11上方的半导体的基部11侧的空间，且可使在半导体的基部11侧的气体流速大于在半导体基板的与基部11侧相反的一侧的气体流速。
在第五实施例中，设有使气体沿基部11的突出部分61侧的表面流动的流入管62、联接至流入管62的气流源63、以及控制真空源14和气流源63的控制部分(未示出)，如图16和17所示。突出部分61的第一吸孔64和第一通气孔65的内径可以是例如1mm。第一间隔t1可以是例如10mm。
在第五实施例中，较佳地是突出部分61的直径(第二端部24的宽度w2)在一区域的宽度使得能够根据从流入管62流入的气体高效地形成的涡流(旋流)。即，较佳地是突出部分61的直径窄至不阻挡从流入管62流入的气体的流路的程度。
例如，当第一间隔t1为5mm时，较佳地是突出部分61的直径在2mm范围内。此外，当第一间隔t1为10mm时，较佳地是突出部分61的直径在4mm范围内。即，较佳地是由突出部分61阻挡的气体流动路径在基部11的表面区域的三分之一区域内。
流入管62以使气体沿外周部分13的侧壁流入的角度设置，好像在基部11的表面上爬行。例如，设置四个流入管62在基部11的端部上，每隔90度设置一个(在图16中仅示出两个)。流入管62的气体流入开口的定向对准沿着基部11的周界的同一方向，从而从流入管62流入的气体的定向相同。流入管62的气体流入开口具有圆形形状，且其直径可以是例如2mm。
气流源63使气体流入半导体基板的基部11侧的空间内，使得放置在基部11上方的半导体基板的基部11侧的气体流速大于在半导体基板的与基部11侧相反侧的气体流速。流入气体可以是例如氮气(N2)。
通过使用气流源63增加半导体基板的基部11侧的气体流动的流速，施加在半导体基板的基部11侧表面上的压力与施加在半导体基板的与基部11侧相反的一侧表面上的压力相比较低。即，建立以下方程式5所示根据伯努利定理的能量节省法则，且在半导体基板内沿向基部11侧下压方向产生负压。
1/2·ρv2+P＝常数…(5)
这里，ρ是气体密度，v是气体流速，且P是压力。在以上方程式5中，左边第一项表示动压，而左边第二相表示静压。根据方程式5，能够通过使用气流源63增加流入气体的流速而增加施加在半导体基板上的负压。半导体基板通过负压被压抵突出部分61并由突出部分61支承。较佳地是，根据半导体基板的翘曲状态通过气流源63以各种方式调整流入气体的流率和流速。
在使用气流源63增加半导体基板的基部11侧的气体流动的流速之后，控制部分使用真空源14真空抽吸第一吸孔64和第二吸孔31。使用真空源14真空抽吸第一吸孔64和第二吸孔31的构造与第一实施例相同。
此外，控制部分可以结束结合利用施加在半导体基板上的负压形成的由半导体基板、基部11以及周缘部分13围绕的封闭空间的来自采用气流源63的流入管62的气体流入。因此，控制部分使用真空源14开始真空抽吸。除此之外的构造与第一实施例相同。
接着，将给出使用根据第五实施例的卡吸装置卡吸半导体基板的方法的描述。首先，使用传送臂或类似装置，将半导体基板放置在突出部分61和周缘部分13上，使得半导体基板的外部周边部分叠置在周缘部分13上。接着，使用气体源63使气体流到半导体基板的基部11侧，且使在半导体基板的基部11侧流动的气体的流速大于在半导体基板的与基部11侧相反一侧流动的气体的流速(气流产生步骤)。通过这样，在半导体基板上施加负压，且能够缩窄半导体基板与突出部分61之间的距离。接着，在气流产生步骤之后实施第一卡吸步骤。除此之外，该方法与第一实施例相同。
此外，作为根据第五实施例的卡吸装置的另一实例，多个流入管62可设置在基部11的中心内，使气体从基部11的中心径向地在圆周方向中流动。在该情况下，较佳地是突出部分61沿基部11的圆周径向设置，从而确保从基部11的中心侧和端部侧的气流路径。通过这样，能够减小由于增加气体流速引起的负压损失。由此，能够使气体从基部11的中心侧流动到达基部11的端部侧。
此外，周缘部分13的内径可大于半导体基板的内径。通过这样，当由于施加在半导体基板上的负压半导体基板与突出部分61接触时，半导体基板与周缘部分13之间形成间隙。即，由半导体基板、基部11和周缘部分13围绕的空间未封闭。由此，在由于来自流入管62的气体流入半导体基板与突出部分接触之后，即使来自流入管62的气流流入继续，流自流入管62的气体可以从半导体基板与周缘部分13之间的间隙排出。因此，能够在继续来自流入管62的气体流入的同时使用真空源14开始真空抽吸。由此，不再需要控制部分严格地控制结束来自流入管62的气体流入的时序。
此外，由于气流源63可增加半导体基板的基部11侧的气体流速就足够了，所以可通过例如向半导体基板的基部11侧吸气而产生气流，或可通过例如不设置周缘部分13来改变基部11的形式而在半导体基板的基部11侧产生气流。
如上所述的，根据第五实施例，能够实现与第一实施例相同的优点。此外，根据第五实施例的卡吸装置，设有进行真空抽吸的真空源14、使气体在半导体基板的基部11侧流入的气流源63以及在由气流源63产生的气体流入之后控制使用真空源14进行的真空抽吸的控制部分。由此，能够在半导体基板上施加由伯努利效应产生的负压，并在增加半导体基板平坦度的状态下将半导体基板放置在突出部分61上。然后，由于能够随后使用真空源14进行真空抽吸，能够在增加半导体基板平坦度的状态下保持半导体基板。此外，能够在平坦状态、甚至在半导体基板翘曲的中心偏离半导体基板中心的状态下使半导体基板与所有的突出部分61接触。
此外，根据第五实施例的卡吸方法，在进行气流产生步骤之后进行第一卡吸步骤。由此，能够在半导体基板上施加由伯努利效应产生的负压，并在增加半导体基板平坦度的状态下将半导体基板放置在突出部分61上之后卡吸半导体基板。由此，能够在增加半导体基板的平坦度的情况下保持半导体基板。
第六实施例
图18是示意性地示出根据第六实施例的卡吸装置的视图。在第一实施例中，可卡吸其中未设置周缘部分13的构造。此外，在第一和第五实施例中，可布置成由突出部分72和另两个相邻的突出部分72形成等边三角形。
在第六实施例中，一个突出部分72设置在半导体基板所放置的基部71上的位置70的中心，如图18所示。然后所有突出部分72在基部71上以相等间距布置成各突出部分72设置在等边三角形顶点的位置，等边三角形一边的长度为例如5mm。在图18中，相邻的突出部分72通过虚线连结，以使相邻的突出部分72以形成等边三角形方式的设置更加清楚。
此外，在第六实施例中，未设置周缘部分13。代替周缘部分13，设置支承半导体基板的外部周边部分的多个突出部分73。即，在多个突出部分72中，设置在半导体基板所放置的位置70的外部周边部分上的各突出部分是突出部分73。
在第六实施例中，各突出部分72设置成相邻的突出部分72之间的第一间隔t1相同，但并不限于此，能够进行各种改变。例如，各突出部分72可同心设置，这些突出部分的中心设定设置于在半导体基板所放置的位置70的中心的那个突出部分72上。
此外，较佳地是确定相邻的突出部分72之间的第一间隔t1，使得半导体基板的下垂和晶片扭曲满足元件设计所要求的公差值。例如，当不要求达到纳米单位的精度时，第一间隔t1可以是50mm。但是，当第一间隔t1太大时，难以在消除半导体基板翘曲的同时卡吸半导体基板。对于在其上形成有例如600V的额定电压和100A的额定电流的沟槽栅极型IGBT的半导体基板，当完成IGBT之后半导体基板的厚度为例如80μm时，总体翘曲在15mm范围内。由此，较佳地是第一间隔t1为50mm以下。
如上所述的，根据第六实施例，能够通过以前述方式设置突出部分72来实现与第一实施例相同的优点。
将给出在通过第一至第六实施例中所示卡吸装置卡吸的半导体基板上形成半导体装置的实例的描述。图19是示出沟槽栅极型IGBT的侧视图。图19中所示类型的沟槽栅极型IGBT可形成在由卡吸装置保持的半导体基板上。如图19所示，沟槽栅极型IGBT使得p基极区82设置在半导体基板的前表面的表面层上，该表面层是n-漂移区81。n+发射极区83选择性地设置在p基极区82的表面层上。
栅电极85在沟槽内跨越栅绝缘膜84设置，沟槽穿入n+发射极区83和p基极区82并到达n-漂移区81。发射电极86与n+发射极区83和p基极区82接触。此外，发射电极86通过中间层绝缘膜87与栅电极85绝缘。n-缓冲区88和p+集电区89以该次序堆叠在半导体基板的后表面的表面层上，该表面层是n-漂移区81。
实施实例1
当通过根据本发明的卡吸装置卡吸半导体基板时，可对施加在半导体基板上的外力进行测试。根据第一实施例实施卡吸装置的设定。突出部分12的第一吸孔21的形状是圆形，且其内径t3为1mm。设有第一吸孔21的突出部分12的宽度w2为3mm。未设有第一吸孔21的突出部分12的宽度w2为2mm。相邻的突出部分12之间的第一间隔t1为5mm。此外，制备由硅(Si)制成的平坦半导体基板。半导体基板的厚度为725μm，半导体基板的栅格密度为2.3483g/cm3。
然后，计算当平坦半导体基板卡吸至根据第一实施例的卡吸装置时施加在半导体器件上的外力。此外，作为比较，计算当半导体基板卡吸之迄今已知的卡吸装置(例如，参见图21和22)时施加在半导体器件上的外力。迄今已知卡吸装置的相邻的突出部分12之间的间隔与根据第一实施例的卡吸装置相同。
在根据第一实施例的卡吸装置中，没有由真空抽吸引起的外力施加在半导体基板在相邻的突出部分12之间的部分上。由此，在相邻的突出部分12之间半导体基板内半导体的下垂和晶片扭曲(由半导体基板弯曲引起的与突出部分接触点的位置偏移量)仅考虑半导体基板本身的重量影响。在该情况下，施加在由四个相邻的突出部分12支承的半导体基板的5平方毫米部分上的重力为0.000413847N的范围。
同时，在迄今已知的卡吸装置中，通过在由四个相邻的突出部分12支承的半导体基板的5平方毫米部分上施加例如约12.4kN/m2的卡吸力而卡吸和保持半导体基板。在该情况下，施加在半导体基板的5平方毫米部分上的负压在0.31N范围内。因此，可以看出，使用根据第一实施例的卡吸装置，能够将施加在半导体基板的相邻的突出部分12之间部分上的外力减小到使用迄今已知卡吸方法的该外力的1/1,000范围内。
此外，使用根据第一实施例的卡吸装置，在第一吸孔21上半导体基板的一部分上施加负压。当将它看作在两个支承点支承对其施加负压的半导体基板的部分的材料机械模型，当第一吸孔21的内径t3为1mm时，仅在半导体基板的1mm直径圆形部分上施加负压，且能够取半导体基板的下垂量作为1mm直径圆形部分内发生下垂的量。
这里，下垂量与支承点之间距离的四次方成比例。此外，晶片扭曲与支承点之间距离的三次方成比例。由此，与其中在由四个相邻的突出部分形成的半导体基板的5平方毫米部分上施加负压的迄今已知卡吸装置相比，使用根据第一实施例的卡吸装置，能够将半导体基板的下垂量减小到1/625范围内，且能够将半导体基板的晶片扭曲减小到1/125范围内。
此外，当真空卡吸半导体基板时，半导体基板的下垂量和晶片扭曲与真空卡吸力成比例。使用根据第一实施例的卡吸装置，即使假设124kN/m2的卡吸力(是在迄今已知卡吸装置上施加的卡吸力(12.4kN/m2)的十倍)施加到半导体基板的其上施加负压的部分(半导体基板在第一吸孔21上的一部分)，半导体基板的下垂量也在1/62.5范围内，且半导体基板的晶片扭曲在1/12.5范围内。即，可以看出，使用根据第一实施例的卡吸装置，能够使半导体基板的下垂量和晶片扭曲与迄今已知的卡吸装置相比显著小。
实施实例2
当由根据第五实施例的卡吸装置卡吸半导体基板时对半导体基板翘曲状态进行测试。根据第五实施例实施卡吸装置的设定。四个流入管62设置成在基部11的端部上每90度一个。流入管62的气体流入开口具有圆形形状，且其直径是2mm。
首先，制备八英寸的半导体基板，并形成具有1,200V的额定电压和50A的额定电流的沟槽栅极型IGBT(参见图19)。完成IGBT后半导体基板的厚度为130μm。由此，在半导体基板的前表面上发生凹陷翘曲，且翘曲量为9mm。接着，将前表面翘曲的半导体基板前表面向上放置在根据第五实施例的卡吸装置的突出部分12和周缘部分13上。这里，将半导体基板放置成半导体基板的外部周边部分定位在周缘部分13上方。
接着，气体从四个流入管62中每个的气体流入开口以每分钟1升的流速流入半导体基板的基部11侧的空间内。业已发现，由此能够在通过伯努利效应减小半导体基板翘曲的状态下使半导体基板靠近多个突出部分12。接着，在用真空源14真空抽吸第一吸孔21和第二吸孔31的同时停止气体从流入管62的流入。真空源14真空吸力为40lkPa。业已发现，由此，能够在消除半导体基板翘曲的情况下保持半导体基板。
至此，已经用卡吸其上形成器件的半导体基板作为实例给出了本发明的描述，但并不限于至此描述的实施例，还能够将本发明应用于其中保持半导体基板的各种类型的步骤和所实施的工艺。例如，通过将本发明应用于曝光步骤，能够保持半导体基板以满足焦深所要求的半导体基板平坦度以及覆盖精度所要求的半导体基板平坦度。此外，突出部分和吸孔的尺寸可根据所要卡吸的半导体基板的尺寸和翘曲状态而以各种方式变化。
如上所述的，当保持处于显著翘曲状态的薄半导体基板时，根据本发明的卡吸装置和卡吸方法是有用的。

Claims (32)

1.一种具有吸孔的卡吸装置，所述卡吸装置保持半导体基板，所述装置包括：
基部，所述基部具有支承所述半导体基板的多个突出部分；
多个吸孔，所述多个吸孔可彼此独立地真空抽吸并设置在所述突出部分中的至少一个部分内；以及
真空产生单元，所述真空产生单元以不同时序真空抽吸所述多个吸孔。
2.如权利要求1所述的卡吸装置，其特征在于，
所述真空产生单元从设置在支承所述半导体基板的外部周边部分侧的位置的所述吸孔朝向设置在支承中心部分侧位置的所述吸孔、或从设置在支承所述半导体基板的所述中心部分侧的位置的所述吸孔朝向设置在支承所述外部周边部分侧的位置的所述吸孔依次真空抽吸所述吸孔。
3.一种具有吸孔的卡吸装置，所述卡吸装置保持半导体基板，所述装置包括：
基部，所述基部具有支承所述半导体基板的多个突出部分；
多个吸孔，所述多个吸孔设置在所述突出部分中的至少一个部分内；
真空产生单元，所述真空产生单元真空抽吸所述多个吸孔；以及
气流源，所述气流源使放置在所述基部上方的所述半导体基板的基部侧的气体的流速大于所述半导体基板的与所述基部侧相反一侧的气体的流速。
4.如权利要求3所述的卡吸装置，其特征在于，还包括：
控制单元，所述控制单元控制所述真空产生单元和所述气流源，其中
所述控制单元在使用所述气流源调整气体流速之后使用所述真空产生单元真空抽吸所述吸孔。
5.如权利要求1至4任一项所述的卡吸装置，其特征在于，还包括：
周缘部分，所述周缘部分支承所述半导体基板的外部周边部分。
6.如权利要求5所述的卡吸装置，其特征在于，
卡吸所述半导体基板的所述外部周边部分的吸孔设置在所述周缘部分内。
7.如权利要求1至6任一项所述的卡吸装置，其特征在于，
所述吸孔连接至贯穿设有所述吸孔的所述突出部分的通气孔，且所述吸孔的内径大于所述通气孔的内径。
8.如权利要求1至7任一项所述的卡吸装置，其特征在于，
在所述吸孔的开口部分上实施倒角加工。
9.如权利要求1至8任一项所述的卡吸装置，其特征在于，
在所述突出部分的支承所述半导体基板的一侧的端部上实施倒角加工。
10.如权利要求1至9任一项所述的卡吸装置，其特征在于，
在所述突出部分的支承所述半导体基板的一侧的端部上设置由吸收从由所述突出部分支承的所述半导体基板接收的外力的材料形成的构件。
11.如权利要求1至10任一项所述的卡吸装置，其特征在于，
相邻的突出部分之间的间隔在支承所述半导体基板的一侧比在基部侧宽。
12.如权利要求1至11任一项所述的卡吸装置，其特征在于，
未设置所述吸孔的所述突出部分的宽度小于设有所述吸孔的所述突出部分的宽度。
13.如权利要求1至12任一项所述的卡吸装置，其特征在于，
所述突出部分从所述基部表面起算的高度都相等。
14.如权利要求1至13任一项所述的卡吸装置，其特征在于，
在所述突出部分内设置螺纹部，在所述基部内设置接纳所述突出部分的所述螺纹部的螺纹孔，且所述突出部分的所述螺纹部拧入所述基部的所述螺纹孔，使得所述突出部分从所述基部表面起算的高度都相等。
15.如权利要求5至14任一项所述的卡吸装置，其特征在于，
所述突出部分和所述周缘部分支承所述半导体基板的主表面侧的比远离所述外周部分更远离内部的部分，所述主表面由于绕所述外周较厚地保留的外周部分而具有台阶形式。
16.如权利要求5至13任一项所述的卡吸装置，其特征在于，
所述突出部分从所述基部表面起算的高度大于所述周缘部分从所述基部表面起算的高度。
17.如权利要求5至16任一项所述的卡吸装置，其特征在于，
所述周缘部分设置成能相对于支承在所述周缘部分上的所述半导体基板的表面沿垂直方向移动。
18.如权利要求1至16任一项所述的卡吸装置，其特征在于，还包括：
可动保持部分，所述可动保持部分将半导体基板保持在所述突出部分上方，以及
控制单元，所述控制单元沿使所述半导体基板靠近所述突出部分的方向移动所述保持部分，且在使由所述保持部分保持的所述半导体基板与所述突出部分接触之后，使用所述真空产生单元真空抽吸所述吸孔。
19.一种基部的卡吸方法，所述基部具有支承半导体基板的多个突出部分，所述卡吸方法将所述半导体基板卡吸至设置在所述突出部分内的吸孔，所述方法包括：
第一卡吸步骤，所述第一卡吸步骤以不同时序真空抽吸设置在所述突出部分的至少一个部分内且能够彼此独立真空抽吸的多个吸孔，并将所述半导体基板卡吸至所述多个吸孔。
20.如权利要求19所述的卡吸方法，其特征在于，
在所述第一卡吸步骤中，从所述半导体基板的外部周边部分朝向中心部分、或者从所述半导体基板的中心部分朝向所述外部周边部分逐渐实施卡吸。
21.如权利要求19或20所述的卡吸方法，其特征在于，
卡吸所述半导体基板的所述外部周边部分的吸孔设置在支承所述半导体基板的所述外部周边部分的周缘部分内，所述方法还包括：
在所述第一卡吸步骤之前或之后实施第二卡吸步骤，所述第二卡吸步骤以与真空抽吸设置在所述突出部分内的吸孔的不同时序真空抽吸设置在所述周缘部分内的吸孔，并将所述半导体基板的外部周边部分卡吸至设置在所述周缘部分内的吸孔。
22.如权利要求21所述的卡吸方法，其特征在于，
在所述第二卡吸步骤中，将所述半导体基板的所述外部周边部分卡吸至在所述突出部分上方安装成能够升高和降低的所述周缘部分的吸孔，以及
在所述第二卡吸步骤之后，在降低所述周缘部分之后实施所述第一卡吸步骤，使所述半导体基板与所述突出部分接触。
23.如权利要求19至21任一项所述的卡吸方法，其特征在于，
在使用保持所述半导体基板的、能够升高和降低的保持部分将所述半导体基板保持在所述突出部分上方之后，在降低所述保持部分之后实施所述第一卡吸步骤，使所述半导体基板与所述突出部分接触。
24.一种基部的卡吸方法，所述基部具有支承半导体基板的多个突出部分，所述卡吸方法将所述半导体基板卡吸至设置在所述突出部分内的吸孔，所述方法包括：
气流产生步骤，所述气流产生步骤使放置在所述基部上方的所述半导体基板的基部侧的气体的流速大于所述半导体基板的与所述基部侧相反一侧的气体的流速；以及
第一卡吸步骤，所述第一卡吸步骤在所述气流产生步骤之后真空抽吸设置在所述突出部分中的至少一个部分内的多个吸孔，并将所述半导体基板卡吸至所述多个吸孔。
25.如权利要求19至24所述的卡吸方法，其特征在于，还包括：
组装步骤，所述组装步骤在所述第一卡吸步骤之前使所述突出部分从所述基部表面起算的高度齐平，并将所述突出部分附连至所述基部。
26.如权利要求19至24任一项所述的卡吸方法，其特征在于，还包括：
组装步骤，所述组装步骤所述第一卡吸步骤之前将所述突出部分附连至所述基部；以及
调整步骤，所述调整步骤所述组装步骤之后使所有所述突出部分从所述基部表面起算的高度齐平。
27.如权利要求25或26所述的卡吸方法，其特征在于，
在所述组装步骤中，将设置在所述突出部分内的螺纹部拧入设置在所述基部内的接纳所述突出部分的所述螺纹部的螺纹孔内。
28.如权利要求25或26所述的卡吸方法，其特征在于，
在所述组装步骤中，将所述突出部分插入设置在所述基部内的接纳所述突出部分的孔内。
29.如权利要求26所述的卡吸方法，其特征在于，
在所述调整步骤中，从所述突出部分的支承所述半导体基板的一侧将所述突出部分压抵所述基部。
30.如权利要求26所述的卡吸方法，其特征在于，
在所述调整步骤中，研磨所述突出部分的支承所述半导体基板的一侧的端部。
31.如权利要求26所述的卡吸方法，其特征在于，
在所述调整步骤中，在从所述突出部分的支承所述半导体基板的一侧将所述突出部分压抵所述基部之后，研磨所述突出部分的支承所述半导体基板的一侧的端部。
32.如权利要求19至31任一项所述的卡吸方法，其特征在于，
面向所述半导体基板的主表面侧的外周部分内侧的表面被卡吸，其中所述外周部分是绕外周较厚地保留的，所述主表面由于所述外周部分而具有台阶形式。
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