CN111566797A - 用于晶片处理的升降销系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种升降销系统及一种升降销总成。在一种或多种方法中，升降销系统包括：晶片支撑体，例如静电吸盘或台板；及升降销总成，耦合到晶片支撑体。升降销总成可包括多个销。所述多个销中的每一者可包括：尖端，延伸穿过壳体；弹簧，位于壳体内，其中弹簧弹压抵靠尖端，且支撑臂耦合到壳体。在一些方法中，壳体与支撑臂可通过螺纹进行耦合以使得能在晶片支撑体的顶表面上方触及每一销的尖端，从而容易进行替换。可替换的销尖端还使得能根据特定的工艺和/或晶片特性而更容易地对销尖端的几何形状、材料、弹簧力进行客制化设置。
Description
本申请主张2018年1月9日提出申请的标题为“用于晶片处理的升降销系统”的第62/615,211号美国临时专利申请的优先权，所述美国临时专利申请全文并入本案供参考。
技术领域
本发明的实施例大体来说涉及晶片处理，且更具体来说涉及用于晶片处理的客制化设置型升降销系统。
背景技术
形成在衬底上的一些装置包括在例如物理气相沉积(physical vapordeposition，PVD)腔室等沉积腔室中沉积的多层薄膜。在一些实施例中，在沉积工艺期间旋转衬底以获得良好的膜均匀性。沉积一些层还可包括对衬底进行加热。此外，沉积工艺包括高真空压力。在沉积工艺期间，通常使用静电吸盘来依靠静电将衬底固持在衬底支撑体上。在装配期间，将支撑在三个或更多个升降销上的衬底(例如，晶片)向下放置到静电吸盘的突出部或升降销上。然后，接通静电吸盘的功率或电压。
当前升降销总成包括将尖端中的一者或多者从工艺腔室完全移除以进行维修和/或替换，因此会导致工具停工。此外，当前升降销总成是不可客制化设置的，且面临着不具针对性(defocusing)且吸盘脱离(de-chucking)的问题。正是由于当前方法的这些及其他不足才提供本发明。
发明内容
在第一实施例中，一种升降销系统可包括：晶片支撑体；及升降销总成，耦合到所述晶片支撑体。所述升降销总成可包括多个销，所述多个销中的每一者具有延伸穿过壳体的尖端，所述壳体耦合到支撑臂。所述多个销中的每一者还可包括位于所述壳体内的弹簧，所述弹簧弹压抵靠所述尖端。
在第二实施例中，一种升降销总成可包括：支撑结构，包括延伸穿过静电吸盘的多个支撑臂；及壳体，耦合到所述多个支撑臂。所述升降销总成还可包括：尖端，延伸穿过所述壳体；及弹簧，位于所述壳体内，其中所述弹簧弹压抵靠所述尖端。
在第三实施例中，一种升降销总成可包括：支撑结构，包括延伸穿过静电吸盘的多个支撑臂；及壳体，耦合到所述多个支撑臂。所述升降销总成还可包括延伸穿过所述壳体的尖端，其中所述尖端延伸在所述静电吸盘的顶表面上方。所述升降销总成还可包括位于所述壳体内的弹簧，所述弹簧弹压抵靠所述尖端。
附图说明
图1示出根据本发明的某些方面的升降销系统的侧视剖视图。
图2示出根据本发明的某些方面的图1所示升降销系统的升降销总成的立体图。
图3示出根据本发明的某些方面的图1所示升降销系统的销的侧视剖视图。
图4示出根据本发明的某些方面的图1所示升降销系统的销的另一侧视剖视图。
图5示出根据本发明的某些方面的另一销的侧视剖视图。
图6示出根据本发明的某些方面的升降销系统的侧视剖视图。
图7示出根据本发明的某些方面的图6所示升降销系统的升降销总成的立体图。
图8示出根据本发明的某些方面的图6所示升降销系统的销的侧视剖视图。
附图未必符合比例。附图仅仅是表示，并不旨在描述本发明的特定的参数。此外，附图旨在示出本发明的示例性实施例，且因此不被视为对范围进行限制。
此外，为清晰说明起见，一些图中的某些元件可被省略或不按比例加以说明。为清晰地说明起见，剖视图可呈“片段”形式，或可以是“近视”剖视图，从而省略在“真实”剖视图本可观察到的某些背景线条。此外，为清晰起见，可在某些附图中省略一些参考编号。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更充分地阐述根据本发明的各种方法，在附图中示出方法实施例。所述方法可体现为诸多不同的形式，且不应被视为仅限于本文中所述的实施例。而是，提供这些实施例因此将使得本发明透彻且完整，且将向所属领域的技术人员充分地传达系统及方法的范围。
为方便及清晰起见，本文中将使用例如“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“垂直”、“水平”、“横向”及“纵向”等用语来阐述这些组件及其组成部分相对于图中所出现的装置的组件的几何形状及定向的相对布置及定向。用语将包括特别提及的词语、其派生词及具有类似的含义和/或意思的词语。
如本文中所使用，以单数形式陈述及以“一(a/an)”开头的元件或操作应被理解为包括多个元件或操作，除非明确地排除复数形式。此外，提及本发明的“一个实施例”并不旨在进行限制。额外实施例也可包括所述特征。
此外，在一些实施例中，用语“大约的(approximate)”或“大约(approximately)”可互换使用，且可使用所属领域的技术人员可接受的相对量度来加以阐述。举例来说，这些用语可用于与参考参数进行比较，以指示仍提供预定功能的偏差。尽管不具限制性，但与参考参数的偏差可例如处于小于1％、小于3％、小于5％、小于10％、小于15％、小于20％等量中。
公开一种升降销系统及一种升降销总成。在一种或多种方法中，升降销系统包括静电吸盘或台板以及耦合到所述静电吸盘或台板的升降销总成。所述升降销总成可包括多个销。所述多个销中的每一者可包括：尖端，延伸穿过壳体；及弹簧，位于壳体内，其中所述弹簧弹压抵靠所述尖端。所述多个销中的每一者可包括耦合到所述壳体的支撑臂。在一些方法中，所述壳体与支撑臂可通过螺纹进行耦合，以使得能在静电吸盘或台板的顶表面上方触及每一销的尖端，从而容易进行替换。可替换的尖端更使得能根据特定的工艺或晶片特性而更容易地对销尖端的几何形状、材料、弹簧力等进行客制化设置。
如下文将阐述，本文中提供一种用于处理位于静电吸盘(electrostatic chuck，ESC)上的晶片的新颖升降销机构设计。升降销机构可以是装载有特定的弹簧及升降销尖端的可替换的总成弹簧。所述升降销尖端可由可焊接到弹簧的任何材料制成。升降销尖端实际上可根据用户、工艺或升降销的用途而具有任何尖端几何形状。在一个非限制性实施例中，升降销是三角形的以防止升降销的壳体内的金属触点上存在金属，从而减少微粒产生。弹簧可在脉冲直流(direct current，DC)偏压射频(radio frequency，RF)等离子体工艺期间提供背侧力接触，以达到电连续性目的。在一些方法中，将弹簧激光焊接到升降销尖端以提高DC偏压的电连续性，且可将所述弹簧通过机械方式(例如，通过螺杆)钳制到升降销尖端总成的导电基座。螺杆可将升降销尖端总成固定到导电升降销支撑总成。
在使用期间，可在ESC表面上方触及所述螺杆，例如当所述支撑总成位于装载/卸除晶片的‘靠上’位置中时。升降销尖端可包括旋拧或压配合到升降销支撑总成上的壳体。所述壳体有助于将升降销尖端遮挡在等离子体瞄准线之外，且有助于在预定方向上引导升降销及弹簧。
在一些方法中，弹簧安置在升降销总成的壳体内。举例来说，可将弹簧的底柄脚通过机械方式钳制到壳体内部的基座以维持电连续性且在总成安装期间对弹簧进行固定。在其他方法中，可将非金属的销尖端压配合到可焊接销保持器中，将所述可焊接销保持器激光焊接到弹簧。
可依据工具、工艺和/或用户通过改变销尖端的几何形状及材料来客制化设置升降销尖端。举例来说，为刺穿背侧绝缘层，可选择较尖锐的尖端。反之，可使用较扁平的尖端来避免对背侧造成损坏。还可依据工具、工艺和/或用户例如根据预定的背侧力接触程度来客制化设置弹簧。举例来说，当刺穿背侧绝缘层时，可选择较大的弹簧力。为避免对晶片的背侧造成损坏，可选择较小的弹簧力。本文中所公开的升降销总成旨在以使用通用的支撑总成及可替换的升降销尖端这一方式来运行。升降销尖端可按照预定的频率进行替换和/或根据工艺进行切换。
在一些实施例中，将可在ESC/台板/表面上方触及尖端，因此无需在腔室下方进行触及，也就不需要另外的劳动力/机械支持/工具停工。优点是，将能够在不从腔室移除额外的零件的情况下拆卸及安装尖端。升降销尖端总成还使得安装工艺具备可重复性(例如，以避免操作者失误)。在一个非限制性实例中，工具停工可从大约1天缩短到大约1小时。本发明的实施例还可将弹簧力的可重复性例如从0.3lbf到1.8lbf范围提高为0.45lbf到0.55lbf(或更好)。
现在参考图1-2，将更详细地阐述根据本发明实施例的升降销系统(下文中称为“系统”)100。如所示，系统100可包括晶片支撑体102及耦合到晶片支撑体102的升降销总成104。尽管并不仅限于任何特定的类型或几何形状，但晶片支撑体102在下文中将作为静电吸盘予以阐述。静电吸盘可在衬底处置期间将衬底(例如，半导体晶片)保持在用于进行各种应用(例如，物理气相沉积、刻蚀或化学气相沉积)的处置腔室中。在其他实施例中，晶片支撑体102可以是台板。静电吸盘可包括嵌入在一体式吸盘主体内的一个或多个电极，所述一体式吸盘主体包含用于产生静电钳制场(electrostatic clamping field)的介电材料或半导电陶瓷材料。半导电陶瓷材料(例如，氮化铝、氮化硼或掺杂有金属氧化物的氧化铝)例如可用于使得约翰逊-拉别克(Johnsen-Rahbek)或非库仑(non-Coulombic)静电钳制场产生。
在单极静电吸盘中，吸盘包括相对于衬底而被所施加的电压电性加偏压的单个电极。将等离子体引入到处置腔室中以诱发吸盘及衬底中的相反的静电电荷以形成静电吸引力，从而通过静电将衬底保持到吸盘。在双极静电吸盘中，吸盘包括两个电极，所述两个电极相对于彼此被电性加偏压以提供静电力从而将衬底保持到吸盘。与单极静电吸盘不同，双极吸盘并不需要存在等离子体来产生静电钳制力。
静电吸盘具有优于机械钳制装置及真空吸盘的数个优点。举例来说，静电吸盘会减少机械钳制所导致的应力诱发裂缝，使得更大面积的衬底暴露出来以供处置(几乎不排除或完全不排除边缘)且可用于低压或高真空环境中。另外，静电吸盘可将衬底更均匀地保持到吸盘表面以使得更大程度地控制衬底温度。可通过使用传热气体来实现吸盘与衬底之间的热耦合来进一步强化此控制。
用于制作集成电路的各种工艺可包括用于进行衬底处置的高温及宽温度范围。这些温度可处于从大约20℃到大约150℃范围，且可能高达300℃到500℃，或针对一些工艺而更高。因此，通常期望具有可在宽温度范围内运作的静电吸盘。
为利用静电吸盘的优点，可使静电吸盘形成为衬底支撑总成的一部分，所述衬底支撑总成包括用于对衬底进行加热及冷却且用于将电力路由到吸盘电极的各种组件。另外，衬底支撑总成还可包括用于提供衬底偏压及用于提供等离子体功率的组件。因此，静电吸盘的陶瓷主体可包括额外电极及其他组件，例如加热元件、气体通道及冷却剂通道。此外，静电吸盘可附接到一个或多个支撑组件。
仍参考图1-2，系统100的升降销总成104还可包括支撑结构106，支撑结构106包括从支撑基座114延伸的多个支撑臂108、110及112。如所示，所述多个支撑臂108、110及112例如穿过开口123延伸到晶片支撑体102中。尽管并不仅限于任何特定的形状或配置，但支撑基座114可包括三个(3)点，所述三个点中的每一者在其一端处皆包括对应的支撑臂。在一些实施例中，所述多个支撑臂108、110及112与支撑基座114形成为一个整体。支撑基座114可包括顶表面115，顶表面115被配置成根据升降销总成104的上升位置或下降位置而邻接或位置直接邻近晶片支撑体102的底表面117。支撑基座114还可包括将支撑基座114耦合到轴件121的紧固件119。在一些实施例中，支撑基座114可围绕轴件121旋转。
如进一步示出，销116、销118及销120分别连接到所述多个支撑臂108、110及112中的每一者。在一些实施例中，多个销116、118及120中的每一者可例如通过螺纹直接实体地耦合到每一对应的支撑臂108、110及112。具体来说，在一些实施例中，沿着所述多个销116、118及120中的每一者的内螺纹通过机械方式耦合到沿着相应的支撑臂108、110及112的外侧的外螺纹。
现在参看图3-4，将更详细地阐述根据本发明的非限制性实施例的升降销总成104的示例性销116。如所示，销116可包括具有近端130及远端132的壳体128。尖端134可延伸穿过位于壳体128的远端132中的开口136。在近端130处，壳体128可环绕且通过机械方式直接耦合到支撑臂108。在一些实施例中，尖端134包括第一区段138，第一区段138延伸到壳体128之外以用于与晶片(未示出)进行啮合。尖端134还可包括位于壳体128内的第二区段140，第二区段140包括剖面或直径比开口136的直径大/长的凸缘142。如此，凸缘142可对销朝壳体128的远端132的轴向移动进行约束。
如进一步示出，销116可包括位于壳体128的内部146内的弹簧144。在一些实施例中，弹簧144是具有环绕尖端134的第二区段140的第一端148的螺旋形弹簧，且与凸缘142邻接。在一些实施例中，弹簧144可直接焊接到尖端134。弹簧144的第二端150可耦合到位于壳体128内的基座152。举例来说，基座152可包括朝壳体128的远端132延伸到弹簧144中的第一部分154。基座152还可包括从第一部分154延伸的第二部分156，第二部分156具有比第一部分154大的剖面以与壳体128的内台肩160进行啮合，以维持基座152在壳体128的内部146内的轴向位置。
在一些实施例中，弹簧144的第二端150可直接实体地耦合到基座152。举例来说，弹簧144的底柄脚162可延伸在基座152的内通道164内，且围绕紧固件168(例如，螺杆)的主干166延伸。在一些实施例中，紧固件168及基座152可通过机械方式钳制底柄脚162，以维持电连续性且在对销116进行安装期间将弹簧144固定在适当位置。
现在参看图5，将更详细地阐述根据本发明的非限制性实施例的销总成(例如，图1-4的升降销总成104)的另一示例性销216。如所示，销216可包括具有近端230及远端232的壳体228。尖端234可延伸穿过位于壳体228的远端232中的开口236。在近端230处，壳体228可环绕且通过机械方式直接耦合到支撑臂208。在此实施例中，壳体228可压配合在支撑臂208周围，且包括一个或多个O形环280，所述一个或多个O形环280在壳体228的内表面与支撑臂208的外表面之间形成摩擦密封。
在一些实施例中，尖端234包括第一区段238，第一区段238延伸到壳体228之外以与晶片(未示出)进行啮合。尖端234还可包括位于壳体228内的第二区段240，第二区段240包括剖面或直径比开口236的直径大/长的凸缘242。如此，凸缘242可对销朝壳体228的远端232的轴向移动进行约束。在此实施例中，第一区段238及第二区段240可以是耦合在一起的单独组件。此外，在一些实施例中，第一区段238可以是非金属的/不导电的。第一区段238可压配合到第二区段240中，第二区段240激光焊接到弹簧244。
如进一步示出，销216可包括位于壳体228的内部246内的弹簧244。在一些实施例中，弹簧244是具有环绕尖端的第二区段240的第一端248的螺旋形弹簧，且与凸缘242邻接。弹簧244的第二端250可耦合到位于壳体228内的基座252。举例来说，基座252可包括朝壳体228的远端232延伸到弹簧244中的第一部分254。基座252还可包括从第一部分254延伸的第二部分256，第二部分256具有比第一部分254大的剖面以与壳体228的内台肩260进行啮合，以维持基座252在壳体228的内部246内的轴向位置。
在一些实施例中，弹簧244的第二端250可直接实体地耦合到基座252。举例来说，弹簧244的底柄脚262可延伸在基座252的内通道264内，且围绕紧固件268(例如，螺杆)的主干266延伸。在一些实施例中，紧固件268及基座252可通过机械方式钳制底柄脚262以维持电连续性且在对销216进行安装期间将弹簧244固定在适当位置。
现在参考图6-7，将更详细地阐述根据本发明实施例的升降销系统(下文中称为“系统”)300。如所示，系统300可包括晶片支撑体302及耦合到晶片支撑体302的升降销总成304。尽管并不仅限于任何特定的类型或几何形状，但晶片支撑体302可以是用于保持衬底(例如，半导体晶片)的静电吸盘、或台板。
系统300的升降销总成304还可包括支撑结构306，支撑结构306包括从支撑基座314延伸的多个支撑臂308、310及312。如所示，所述多个支撑臂308、310及312例如穿过一组开口323而延伸到晶片支撑体302中。尽管并不仅限于任何特定的形状或配置，但支撑基座314可包括三个(3)点，所述三个点中的每一中在其一端处包括对应的支撑臂。支撑基座314可包括顶表面315，顶表面315被配置成根据升降销总成304的上升位置或下降位置而邻接或位置直接邻近晶片支撑体302的底表面317。支撑基座314还可包括将支撑基座314耦合到底座327及轴件321的多个紧固件(例如，螺杆)319。在一些实施例中，支撑基座314可围绕轴件321旋转。
如进一步示出，销316、销318及销320分别连接到所述多个支撑臂308、310及312中的每一者。在一些实施例中，所述多个销316、318及320中的每一者可直接实体地/通过机械方式耦合到每一对应的支撑臂308、310及312，例如通过螺纹或通过压配合耦合到每一对应的支撑臂308、310及312。具体来说，在一些实施例中，沿着所述多个销316、318及320中的每一者的内螺纹通过机械方式耦合到沿着相应支撑臂308、310及312的外侧的外螺纹。如图7中最清晰地示出，所述多个销316、318及320中的每一者可包括一个或多个加工扁材331以使得能够从支撑基座314移除。
现在参看图8，将更详细地阐述根据本发明的非限制性实施例的升降销总成304的示例性销316。如所示，销316包括具有近端330及远端332的壳体328。在一些实施例中，近端330可延伸到支撑基座314(图6-7)的顶表面315。尖端334可延伸穿过位于壳体328的远端332中的开口336。在近端330处，壳体328可环绕且通过机械方式直接耦合到支撑臂308。在一些实施例中，尖端334包括延伸到壳体328之外以与晶片(未示出)啮合的第一区段338。尖端334还可包括位于壳体328内的第二区段340，第二区段340包括剖面或直径比开口336的直径大/长的凸缘342。如此，凸缘342可防止尖端334从壳体328的远端332滑脱。在一些实施例中，第一区段338可压配合到第二区段340中。如所示，第二区段340可以是延伸穿过壳体328的内部346的轴件。第二区段340可具有靠近支撑臂308的近端372且具有延伸到壳体328的远端332的远端374。第二区段340可包括与内台肩380邻接以约束销316的移动的第二凸缘376。
如进一步示出，销316可包括位于壳体328的内部346内的弹簧344。在一些实施例中，弹簧344是具有环绕尖端334的第二区段340的第一端348的螺旋形弹簧，且与第二凸缘376邻接。在一些实施例中，弹簧344可直接焊接到尖端334的第二区段340。弹簧344的第二端350可邻接延伸到壳体328中的支撑臂308。在一些实施例中，支撑臂308可包括向上延伸到弹簧344的第二端350中的支撑主干382。
在一些实施例中，弹簧344的第二端350可直接实体地耦合到支撑臂308。尽管未具体示出，但弹簧344的底柄脚可延伸在支撑臂308的内通道内。可将弹簧344的底柄脚通过机械方式钳制在或以其他方式固持在所述内通道中以确保电连续性。可将销316压配合及旋拧到适当位置中以供实地使用，从而使销316本质上是不可分离的总成。
本文中的实施例的第一优点包括由于可在常规处置期间在静电吸盘表面上方对销尖端进行替换，因此容易替换销尖端，因此缩短停工时间。本文中的实施例的第二优点是能够针对不同的工艺/种类、不同的装置/晶片(背侧层)及温度范围使用不同的升降销。可针对工艺、用户及产品线等对升降销进行客制化设置。本文中的实施例的第三优点包括针对性提高，即更可重复地且更容易地替换升降销。本文中的实施例的第四优点包括通过提供客制化设置的材料及升降销力来减少吸盘脱离问题。
虽然本文中已阐述了本发明的某些实施例，但由于本发明的范围如本技术将允许且同样地本说明书可解读的范围一样宽泛，因此本发明并不限于此。因此，上述说明不应被视为具有限制性。而是，以上说明仅示范性地说明特定实施例。所属领域的技术人员将设想出在随附权利要求的范围及精神内的其他润饰。
Claims (15)
1.一种升降销系统，包括：
晶片支撑体；以及
升降销总成，耦合到所述晶片支撑体，所述升降销总成包括多个销，所述多个销包括：
尖端，延伸穿过壳体，所述壳体耦合到支撑臂；及
弹簧，位于所述壳体内，所述弹簧弹压抵靠所述尖端。
2.根据权利要求1所述的销升降系统，所述多个销延伸穿过所述晶片支撑体。
3.根据权利要求1所述的销升降系统，所述支撑臂可通过螺纹耦合到所述壳体。
4.根据权利要求1所述的销升降系统，还包括位于所述壳体内的紧固件，其中所述弹簧耦合到所述紧固件。
5.根据权利要求4所述的销升降系统，所述尖端包括：
第一区段，延伸穿过所述壳体的开口；以及
第二区段，从所述第一区段延伸，所述第二区段位于所述壳体内。
6.根据权利要求5所述的销升降系统，所述第二区段包括凸缘，且其中所述弹簧的第一端与所述凸缘邻接。
7.根据权利要求5所述的销升降系统，还包括位于所述壳体内的基座，其中所述弹簧的第二端直接实体地耦合到所述基座。
8.根据权利要求6所述的销升降系统，所述弹簧的所述第一端围绕所述尖端的所述第二区段延伸。
9.根据权利要求7所述的销升降系统，所述弹簧的所述第二端盘绕在所述紧固件的主干上。
10.根据权利要求8所述的销升降系统，所述基座包括：
第一部分，朝所述尖端延伸在所述弹簧内；以及
第二部分，从所述第一部分延伸，所述第二部分具有比所述第一部分大的剖面以与所述壳体的内台肩进行啮合。
11.一种升降销总成，包括：
支撑结构，包括延伸穿过静电吸盘的多个支撑臂；
壳体，耦合到所述多个支撑臂；
尖端，延伸穿过所述壳体；以及
弹簧，位于所述壳体内，所述弹簧弹压抵靠所述尖端。
12.根据权利要求11所述的销升降总成，所述尖端延伸在所述静电吸盘的顶表面上方，且其中所述多个支撑臂与所述壳体可通过螺纹直接耦合。
13.根据权利要求11所述的销升降总成，还包括位于所述壳体内的螺杆，其中所述弹簧耦合到所述螺杆。
14.根据权利要求11所述的销升降总成，所述尖端包括：
第一区段，延伸穿过位于所述壳体的远端处的开口；以及
第二区段，从所述第一区段延伸，所述第二区段位于所述壳体内，其中所述第二区段包括邻近所述壳体的所述远端的内表面的凸缘，且其中所述弹簧的第一端与所述凸缘邻接。
15.一种升降销总成，包括：
支撑结构，包括延伸穿过静电吸盘的多个支撑臂；
壳体，耦合到所述多个支撑臂；
尖端，延伸穿过所述壳体，其中所述尖端延伸在所述静电吸盘的顶表面上方；以及
弹簧，位于所述壳体内，所述弹簧弹压抵靠所述尖端。
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