CN107799454B - 用于静电卡盘系统的置中夹具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于静电卡盘系统的置中夹具，所提供的是用于在卡盘上置中晶圆的置中夹具。该置中夹具包括含上表面、下表面、内周缘及外周缘的本体。卡盘座置于该内周缘的下部分中并组配成用来使该本体与该卡盘嵌合。晶圆座置于该卡盘座上面该内周缘的上部分中，该晶圆座组配成用来接收该晶圆并使其在该卡盘上置中。该置中夹具确保该晶圆相对于该卡盘置中以供自动化装卸系统校准之用。该晶圆、本体、卡盘、卡盘座及晶圆座可为圆形。

Description

用于静电卡盘系统的置中夹具
技术领域
本发明关于半导体制造，并且更具体地说，关于用于静电卡盘系统的置中夹具以及训练自动化装卸系统的方法。
背景技术
制作半导体晶圆时，在大量各种半导体处理系统之间输送各晶圆以在晶圆上进行不同制作程序。各腔室所实行的工作可不同，例如：沉积、蚀刻等。晶圆是在诸处理系统内及之间通过自动化装卸器来移动。该自动化装卸器从一个处理系统拾取该晶圆，并且将其移至下一个处理系统或移进处理系统中。
某些处理系统包括特定工作腔室，其包括用以将晶圆持固于所欲位置中的静电卡盘(ESC)系统。ESC系统可包括可带静电以在卡盘上将晶圆持固就位的卡盘或平台。卡盘可为圆形或另一形状。另外，ESC 系统包括上由自动化装卸器相对于卡盘采置中方式安置晶圆的一组收放式提销。处理室中各别ESC系统上置中的晶圆处于理想位置以供特定处理系统进行准确且可重复处理。
自动化装卸器包括载臂，该载臂携载晶圆，并且在该晶圆进入各别处理系统期间，相对于卡盘采置中方式将其安置于该组收放式提销上。提销的收起将晶圆安置于卡盘上的置中位置中。无论是什么处理系统，重要的是，晶圆是按照精确且可重复置中方式相对于其各别ESC 系统位于处理系统内，以使得可按照可重复方式来进行后续处理，例如：均匀蚀刻晶圆。为了达到此精密及重复性，校准各自动化装卸系统，尤其是其对准器系统，以安置自动化装卸器的载臂，使得晶圆相对于卡盘置中。亦即，教对准器系统知道晶圆相对于卡盘的置中位置以供未来在置放由特定系统处理的晶圆时参考与使用。
相对于自动化装卸系统校准的一项挑战是相对于卡盘在特定处理系统内置中晶圆。按照习知，在校准期间，晶圆是置放于所选择处理系统内的卡盘上，并且由使用者采目视方式置中。接着，基于目视置中来校准(教示)对准器系统。人因变异会负面影响校准。
发明内容
本发明的第一态样是针对一种用于在卡盘上将晶圆置中的置中夹具，该置中夹具包含：包括上表面、下表面、内周缘及外周缘的本体；置于该内周缘的下部分中并组配成用来使该本体与该卡盘嵌合的卡盘座；以及置于该卡盘座上面该内周缘的上部分中的晶圆座，该晶圆座组配成用来接收该晶圆并使其在该卡盘上置中。
本发明的第二态样包括一种训练自动化装卸系统供半导体处理系统将晶圆对准至该半导体处理系统的卡盘的方法，该方法包含：在该半导体处理系统的该卡盘上置放置中夹具，该置中夹具包括：包括上表面、下表面、内周缘及外周缘的本体，置于该内周缘的下部分中并组配成用来使该本体与该卡盘嵌合的卡盘座，以及置于该卡盘座上面该内周缘的上部分中的晶圆座，该晶圆座组配成用来接收晶圆并使其在该卡盘上对准；以及基于该置中夹具所提供的该晶圆的置中位置来校准该自动化装卸系统。
本发明的第三态样提供一种静电卡盘(ESC)系统，包含：卡盘；以及用于在该卡盘上置中晶圆的置中夹具，该置中夹具包括：包括上表面、下表面、内周缘及外周缘的本体，置于该内周缘的下部分中并组配成用来使该本体与该卡盘嵌合的卡盘座，以及置于该卡盘座上面该内周缘的上部分中的晶圆座，该晶圆座组配成用来接收该晶圆并使其在该卡盘上置中。
本发明的前述及其它特征将由以下本发明的具体实施例的更特定说明而显而易见。
附图说明
本发明的具体实施例将搭配下列附图详述，其中相似的附图标记表示相似的元件，并且其中：
图1展示置中夹具的透视图。
图2展示置中夹具的平面图。
图3展示置中夹具100相对于静电卡盘(ESC)系统、圆形晶圆及自动化装卸器载臂的展开透视图。
图4展示置中夹具的侧透视图。
图5展示置中夹具沿着图4中线条5-5的截面图。
图6展示图5的置中夹具其中一部分的放大截面图。
图7展示置中夹具在ESC系统上安置有圆形晶圆100的截面图。
图8展示图7的ESC系统及置中夹具其中一部分的放大截面图。
图9展示置中夹具由载臂在ESC系统上安置有圆形晶圆的平面图。
图10展示置中夹具由载臂在ESC系统上安置有圆形晶圆的截面图。
注意到的是，本发明的附图并未按照比例。该附图用意仅在于绘示本发明的典型态样，因而不应该视为限制本发明的范畴。在附图中，相似的附图标记代表该附图之间相似的元件。
具体实施方式
所提供的是一种相对于静电卡盘(electrostatic chuck；ESC)系统的卡盘或平台自动置中晶圆的置中夹具。通过移除晶圆置中时的人因变异，置中夹具容许用于半导体处理系统的自动化装卸系统有更精确的校准。按照这种方式，可按照更可靠的方式来实行处理步骤，例如：对晶圆边缘进行均匀蚀刻。尽管本发明的教示将用圆形置中夹具容纳圆形卡盘相对于圆形晶圆作说明，仍要强调的是，可将置中夹具应用到其它形状的晶圆及卡盘，例如：方形、矩形等。
请参阅附图，所提供的是用于在圆形卡盘上置中圆形晶圆的置中夹具100。图1展示透视图且图2展示置中夹具100的平面图，而图3 展示置中夹具100相对于静电卡盘(ESC)系统102、圆形晶圆104以及控制载臂106移动的自动化装卸系统108(概要展示)的自动化装卸器载臂106的展开透视图。ESC系统102可包括典型为在半导体晶圆处理系统中使用的任何此时已知或在以后才开发的静电卡盘系统。
据了解，ESC系统102可包括圆形卡盘110，有时亦称为平台，其在通过内有提供ESC系统102的处理系统(图未示)来提供处理期间，采静电方式使圆形晶圆104与其固接。ESC系统102亦可包括一组收放式提销 112(所示有四个，但可有更多个)，其可选择性地受延展以自载臂106 提起圆形晶圆104，或可受收起以将圆形晶圆104降低到与圆形卡盘 110接触，亦即在自动化装卸系统108的控制下降低。圆形晶圆104 可包括待由内有提供ESC系统102的半导体处理系统来处理的任何形式的晶圆。处理系统可以是任何此时已知或在以后才开发的半导体处理系统，例如：沉积系统、诸如
Figure BDA0001348031800000041
蚀刻室的蚀刻系统等。
载臂106可采用能够在ESC系统102上方安置晶圆104的任何元件的形式。在所示实施例中，载臂106包括容许提销112接合晶圆104 的分叉构件，但其可具有各种形式。据了解，载臂106耦合至能够按照任何晶圆安置方式来自动移动载臂106的自动化装卸系统108，典型为在所选择若干水平平面内垂直、斜角及/或线性移动。强调的重点是，载臂106及其相关联自动化装卸系统108可有能力按照任何方式移动，例如：垂直(Z)、水平(X或Y)、绕着任何轴转动(摇动)等。自动化装卸系统108可包括能够使载臂106在其它结构之中自动移动的任何此时已知或在以后才开发的系统，诸如可得自Brooks Automation Inc.的系统，并且可包括影响其运作所需的任何各种电脑控制、伺服马达、线性致动器、感测器等。
相对于ESC系统102，在自动化装卸系统108的运作控制下，载臂 106将圆形晶圆104从不在ESC系统102上方的位置(例如：特定处理系统外侧)拾取，并且在ESC系统102上方移动圆形晶圆104。载臂 106接着在收放式提销112上的延展位置中安置圆形晶圆104，亦即将晶圆104降低到销112上。收放式提销112一由自动化装卸系统108 收起，圆形晶圆104便降低到圆形卡盘110上。据了解，此运作是由自动化装卸系统108来控制并且同步化。
为了使自动化装卸系统108的校准更精确，与习知的自动化装卸系统校准相比之下，置中夹具100置于圆形卡盘110上，以确保圆形晶圆104与圆形卡盘110置中。按照这种方式，得以消除圆形卡盘110 上置中圆形晶圆104时的人因变异或错误，可准确地获得并且记录载臂106在圆形卡盘110上置中圆形晶圆104所需的位置以供自动化装卸系统108在未来使用。此校准可包括自动化装卸系统108用于获得并且记录置中位置所需的任何此时已知或在以后才开发的处理步骤，例如：记录三维空间X、Y、Z中的载臂106位置以及各种摇动位置。
图4展示置中夹具100的侧透视图，图5展示置中夹具100沿着图4中线条5-5的截面图，以及图6展示图5其中一部分的放大截面图。请参阅图1、2及4至6，置中夹具100可包括含上表面122、下表面124(视图有时模糊)、内周缘126及外周缘128的圆形本体120。按照这种方式，置中夹具100具有大致平坦的环形组态。
最佳如图6所示，置中夹具100亦包括安置于内周缘126的下部分中并且组配成用来使圆形本体120与圆形卡盘110(图3)嵌合的卡盘座130。更具体地说，凭借圆形本体与卡盘，卡盘座130使圆形本体 120与圆形卡盘110(图3)同心式嵌合。卡盘座130可包括组配成用来使圆形本体120与圆形卡盘110(图3)(同心式)嵌合的任何数目的表面。公差可小到足以确保装配紧密，无法运作的可能性很低。在一项实施例中，卡盘座130包括分阶座132，该分阶座包括通过水平表面138分开的一对径向相隔(相对于置中夹具100的中心)向内表面134、136。图7展示附有晶圆100在ESC系统102及圆形卡盘110(未展示收放式销体)上就位的置中夹具100的截面图，并且图8展示图7 其中一部分的放大截面图。最佳如图8所示，圆形卡盘110包括由水平表面144所分开的一对径向相隔(相对于圆形卡盘110的中心)向外表面140、142。置中夹具100表面134、136及138组配成用来与圆形卡盘110表面140、142及144嵌合，以相对于圆形卡盘110将置中夹具100同心式安置。在这项实施例中，分阶座132的各表面134、136、 138接合圆形卡盘110的表面；然而，这可能并非所有实例都需要，因为可存在确保同心安置的各种替代配置。
请回到图1、5、6及8，置中夹具100亦可包括安置在卡盘座130 上面内周缘126的上部分152中的晶圆座150。最佳如图8所示，晶圆座150组配成用来接收圆形晶圆104并使其在圆形卡盘上置中，亦即经由置中夹具100来进行。晶圆座150可包括在置中夹具100中按照置中(亦即，使得对置侧附近间隔相等的对准或关于圆形结构同心式对准，如所述)方式，且从而相对于圆形卡盘110来支撑圆形晶圆104 所需的任何表面。在一项实施例中，晶圆座150可包括组配成用来持固圆形晶圆104(图8)的水平表面154，以及连接水平表面154与上表面122并且以非正交角(α与β)延展至两者的入壁156。更具体地说，入壁156相对于水平表面154及上表面122呈斜角，为的是要形成外凸或倾斜开口，以抵靠水平表面154及入壁156的底端而将圆形晶圆104引导到其最终位置内。入壁156底端处的直径可大约符合圆形晶圆104的直径，例如，就目前晶圆尺寸：200毫米(mm)或300mm。
图9展示平面图，并且图10展示载臂106(图9的虚线中所示) 附有圆形晶圆104安置于置中夹具100及ESC系统102上方的截面图。如图1、2、9及10所示，置中夹具100亦可供选择地包括位在上表面 122中的装卸槽160。如图9及10所示，装卸槽160组配成用来容许自动化装卸器载臂106的至少一部分通过圆形本体120以接取圆形晶圆104。在一项具体实施例中，装卸槽160可包括自内周缘126切向延展至外周缘128的对置平行侧162。对置平行侧162从而在圆形本体 120的上表面122中形成装卸槽160。装卸槽160可具有为载臂106提供余隙所需的任何深度。
请参阅图2、5及6，置中夹具100亦可供选择地包括安置于下表面124及外周缘128内的至少一个移除区170。在图5及6中，提供一对对置的移除区170。各移除区170可包括在外周缘128与下表面124 之间延展的圆化内面172(仅图6)。各移除区170可延展至容许使用者将置中夹具100从ESC系统102(即从图7所示位置)实体移除或应用工具移除时所欲的任何角范围。(多个)移除区170从而容许将置中夹具100从紧密公差设定中移除，但不会破坏ESC系统102或置中夹具100。
置中夹具100可由所具强度足以再利用且可加工达到所欲公差的任何材料所制成。在一项实施例中，置中夹具100可由硬塑胶、金属、或金属化合物所施作。
本发明的具体实施例亦可包括一种训练自动化装卸系统108供半导体处理系统将圆形晶圆104对准至圆形卡盘110的方法。该方法可包括将置中夹具100置放于半导体处理系统的圆形卡盘110上，如图7 所示，亦即使用载臂106(图9)来置放，接着基于置中夹具100所提供的圆形晶圆104的置中位置来校准自动化装卸系统108。再次地，此校准可包括自动化装卸系统108用于获得并且记录置中位置所需的任何此时已知或在以后才开发的处理步骤，例如：记录三维空间X、Y、Z 中的载臂106位置及各种摇动位置。举例而言，如图9所示，圆形晶圆104可使用置中夹具100相对于圆形卡盘110来置中，并且可将用于置放圆形晶圆104的载臂106的位置记录为「置中位置」以供未来使用。据了解，许多自动化装卸系统108包括用以实行校准/教示程序的内建对准器系统，例如：具有嵌入式软件。在试着相对于卡盘110采目视方式置中晶圆104时使用置中夹具100移除人因变异，得以改善准确度、重复性及机器人编程方法。
本文所用术语的目的仅在于说明特殊具体实施例并且意图不在于限制本发明。单数形的“一”(及其变形)及“该”于本文中使用时，用意在于同样包括复数形，除非内容另有清楚指示。将进一步了解的是，“包含”(及/或其变形)等词于本说明书中使用时，指明所述特征、整体、步骤、操作、元件及/或组件的存在，但并未排除一或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件及/或其群组的存在或附加。“任选”或“供选择地”意为后续所述事件或环境可或可不出现，并且该描述包括出现事件的实例及未出现事件的实例。
本说明书及权利要求书各处近似文句于本文中使用时，可套用来修饰任何定量表征，其许可改变此定量表征，但不会改变与其有关的基本功能。因此，一或多个诸如“约”、“大约”及“实质”的用语所修饰的值并不受限于指定的精确值。在至少一些实例中，该近似语言可对应于仪器测量该值时的精确度。本说明书及权利要求书这里及各处可组合及/或互换范围限制，此类范围经识别并且包括其中所含有的子范围，除非内容或文句另有所指。“大约”如应用到范围的特定值时，适用于两值，而且除非另外取决于测量该值的仪器的精确度，否则可表示所述值的+/-10％。
权利要求书中所有手段或步骤加上功能元件的对应结构、材料、动作及等同物用意在于包括结合如具体主张的其它主张专利权的元件所执行该功能的任何结构、材料或动作。已为了描述及说明而呈现本发明的说明，但无意于具有彻底性或局限于所揭示形式的揭露。许多修改及变化对于本领域技术人员将显而易知而不脱离本发明的范畴及精神。选择并说明具体实施例是为了更佳阐释本发明的原理及实际应用，并且如适用于经思考的特定用途，让本领域技术人员能够理解本发明经各种修改的各项具体实施例。

Claims (18)

1.一种用于在卡盘上将晶圆置中的置中夹具，该置中夹具包含：
包括上表面、下表面、内周缘及外周缘的本体；
置于该内周缘的下部分中并组配成用来使该本体与该卡盘嵌合的卡盘座；以及
置于该卡盘座上面该内周缘的上部分中的晶圆座，该晶圆座包括水平表面与入壁，该水平表面组配成用来持固该晶圆，该入壁以非正交角自该水平表面向外延展至该上表面，该入壁的底端的直径符合该晶圆的直径，且该入壁组配成用来接收该晶圆并使其在该卡盘上置中。
2.如权利要求1所述的置中夹具，更包含位在该上表面中的装卸槽，该装卸槽组配成用来容许自动化装卸器载臂的至少一部分通过该本体以接取该晶圆。
3.如权利要求2所述的置中夹具，其中该本体为圆形，并且该装卸槽包括自该内周缘切向延展至该外周缘的对置平行侧边。
4.如权利要求1所述的置中夹具，更包含置于该下表面及该外周缘内的至少一个移除区。
5.如权利要求4所述的置中夹具，其中各移除区包括介于该外周缘与该下表面之间的圆化内面。
6.如权利要求1所述的置中夹具，其中该卡盘座包括分阶座，该分阶座包括通过水平表面分开的一对径向相隔向内表面。
7.如权利要求6所述的置中夹具，其中该分阶座的各表面接合该卡盘的表面。
8.如权利要求1所述的置中夹具，其中该本体、该晶圆及该卡盘为圆形，以及其中该卡盘座组配成用来使该本体与该卡盘同心式嵌合，并且该晶圆座组配成用来接收该晶圆并使其在该卡盘上同心式置中。
9.一种训练自动化装卸系统供半导体处理系统将晶圆对准至该半导体处理系统的卡盘的方法，该方法包含：
在该半导体处理系统的该卡盘上置放置中夹具，该置中夹具包括：
包括上表面、下表面、内周缘及外周缘的本体，置于该内周缘的下部分中并组配成用来使该本体与该卡盘嵌合的卡盘座，以及
置于该卡盘座上面该内周缘的上部分中的晶圆座，该晶圆座包括水平表面与入壁，该水平表面组配成用来持固该晶圆，该入壁以非正交角自该水平表面向外延展至该上表面，该入壁的底端的直径符合该晶圆的直径，且该入壁组配成用来接收该晶圆并使其在该卡盘上对准；以及
基于该置中夹具所提供的该晶圆的置中位置来校准该自动化装卸系统。
10.如权利要求9所述的方法，其中该晶圆、该卡盘、该本体、该卡盘座及该晶圆座为圆形，并且该晶圆座在该卡盘上同心式对准该晶圆。
11.一种静电卡盘(ESC)系统，包含：
卡盘；以及
用于在该卡盘上置中晶圆的置中夹具，该置中夹具包括：
包括上表面、下表面、内周缘及外周缘的本体，
置于该内周缘的下部分中并组配成用来使该本体与该卡盘嵌合的卡盘座，以及
置于该卡盘座上面该内周缘的上部分中的晶圆座，该晶圆座包括
水平表面与入壁，该水平表面组配成用来持固该晶圆，该入壁以非正交角自该水平表面向外延展至该上表面，该入壁的底端的直径符合该晶圆的直径，且该入壁组配成用来接收该晶圆并使其在该卡盘上置中。
12.如权利要求11所述的静电卡盘系统，其中该晶圆、该卡盘、该本体、该卡盘座及该晶圆座为圆形，以及该卡盘座使该本体与该卡盘同心式嵌合，并且该晶圆座在该卡盘上同心式对准该晶圆。
13.如权利要求11所述的静电卡盘系统，其中该置中夹具更包括位在该上表面中的装卸槽，该装卸槽组配成用来容许自动化装卸器载臂的至少一部分通过该本体以接取该晶圆。
14.如权利要求13所述的静电卡盘系统，其中该本体为圆形，并且该装卸槽包括自该内周缘切向延展至该外周缘的对置平行侧边。
15.如权利要求11所述的静电卡盘系统，其中该置中夹具更包括置于该下表面及该外周缘内的至少一个移除区。
16.如权利要求15所述的静电卡盘系统，其中各移除区包括介于该外周缘与该下表面之间的圆化内面。
17.如权利要求11所述的静电卡盘系统，其中该卡盘座包括分阶座，该分阶座包括通过水平表面分开的一对径向相隔向内表面。
18.如权利要求17所述的静电卡盘系统，其中该分阶座的各表面接合该卡盘的表面。
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