CN112018020A - 半导体机台改造方法以及半导体机台 - Google Patents

半导体机台改造方法以及半导体机台 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种半导体机台改造方法以及半导体机台，其中所述半导体机台改造方法包括：提供一半导体机台，所述半导体机台具有可上下移动的吸盘以及若干个固定设置的顶针，所述吸盘上具有若干个可供所述顶针穿过的顶针孔，所述吸盘用于承载晶圆；以及，根据待承载的晶圆的厚度调整所述吸盘的厚度。即通过调整吸盘的厚度来达到既可以运行正常厚度的晶圆，还可以运行厚度大于1075微米的厚晶圆，解决了半导体机台无法运行厚晶圆的问题。

Description

半导体机台改造方法以及半导体机台
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种半导体机台改造方法以及半导体机台。
背景技术
半导体集成电路制造中，光刻工艺和刻蚀工艺常反复进行以在待处理基底上形成半导体图形。光刻的基本原理是：利用光致抗蚀剂(或称光阻)曝光后因光化学反应而形成耐蚀性的特点，将掩模板上的图形刻制到被加工的晶圆表面上。通常，光刻工艺包括如下步骤：首先在晶圆上旋转涂覆光阻；然后将涂布有光阻的晶圆曝露于某种光源下，如紫外光、电子束或者X-射线，对光阻层进行选择性曝光；接着经过显影工艺，仍保留在晶圆上光阻层就形成了光刻图形，保护着其所覆盖的区域。
光刻工艺需采用光刻机，而为了便于光阻曝光，需要将待承载的晶圆的上表面到达光刻机的焦平面。现有的光刻机运行的晶圆厚度一般为475微米～1075微米，在将晶圆的上表面调整到光刻机的焦平面的过程中，光刻机上的顶针是固定不动的，吸盘可以上下移动，而为了避免所述顶针碰到晶圆的下表面，所述吸盘可以运动的范围为±300微米，晶圆上表面到达焦平面时，吸盘的位置被认为是处于原始位置，则吸盘可以运动的范围为±300微米表示吸盘可以在原始位置的基础上各上下移动300微米，即吸盘的运动行程为300微米。现有技术中的晶圆厚度通常是475微米～1075微米，如果晶圆厚度超过上述范围，吸盘的运动范围就会超过限制，导致半导体机台报警。
而在半导体的某些特殊工艺中，有可能需要运行厚晶圆，进入光刻机的晶圆厚度有可能需要超过1075微米，完成多晶圆堆叠的晶圆厚度超过1075微米，但是现有的半导体机台如光刻机不支持运行该厚度的待承载的晶圆。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体机台改造方法以及半导体机台，以解决半导体机台无法运行厚晶圆的问题。
为实现上述目的以及其他相关目的，本发明提供一种半导体机台改造方法，包括：
提供一半导体机台，所述半导体机台具有可上下移动的吸盘以及若干个固定设置的顶针，所述吸盘上具有若干个可供所述顶针穿过的顶针孔，所述吸盘用于承载晶圆；
所述半导体机台具有焦平面，所述晶圆的上表面能够到达所述焦平面，保持所述吸盘的运动行程不变，当待承载的晶圆的厚度大于或等于原始厚度，所述吸盘的厚度减小△H1为：
△H1≤W+H3*-H3
其中，H3为晶圆的原始厚度，H3*为待承载的晶圆的厚度，W为所述吸盘的运动行程，吸盘的原始厚度为11.7mm。
可选地，所述顶针的高度减小△H2为：
△H1-h1+W<△H2<W+Wmax-h1
其中，Wmax为所述吸盘的最大运动行程，h1为原始顶针与原始厚度的晶圆的下表面的距离。
可选地，所述半导体机台的所述吸盘的运动行程W为300μm，则所述吸盘的厚度减小△H1为0～300μm。
可选地，所述顶针的高度减小△H2为250μm～450μm。
可选地，所述半导体机台设置有运载所述待承载的晶圆的机械手臂。
可选地，所述半导体机台设置有提供吸盘真空吸力的真空泵。
可选地，所述半导体机台设置有软件控制程序。
可选地，所述顶针的一部分一直位于所述吸盘中。
本发明进一步公开了一种半导体机台，其采用上述所述的半导体机台改造方法进行改造。
可选地，所述半导体机台为光刻机。
综上所述，本发明提供的半导体机台改造方法，根据需运行的晶圆的厚度对半导体机台的吸盘厚度进行调整，以解决传统半导体机台无法运行厚晶圆(例如厚度大于1075微米的晶圆)的问题。
附图说明
图1是一种半导体机台的吸盘顶针的结构示意图；
图2是本发明一实施例的半导体机台的结构示意图；
图3是本发明一实施例的改造前的吸盘顶针的结构示意图；
图4是本发明一实施例的改造后的吸盘顶针的结构示意图；
图5是本发明一实施例的吸盘改造结构示意图；
图6是本发明一实施例的顶针改造结构示意图；
图1中：
01-顶针，02-吸盘，03-晶圆；
图2～图6中：
10-顶针，101-原始顶针，102-调整后的顶针，20-吸盘，201-原始吸盘，201a-原始吸盘的下表面，202-调整后的吸盘，202a-调整后的吸盘的下表面，301-第一晶圆，302-第二晶圆，40-焦平面，50-固定台面，60-固定结构。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的半导体机台改造方法以及半导体机台作进一步详细说明。根据下面说明书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
参阅图1，在曝光过程中，晶圆03被吸附在光刻机的吸盘02上，顶针01是固定不动的，所述吸盘02可以带动晶圆03上下移动，使得晶圆03的上表面到达光刻机的焦平面，便于光阻曝光。而在曝光之后，通过所述吸盘02带动晶圆03上下移动，使得所述顶针01顶起所述晶圆03。
在将所述晶圆03的上表面调整到光刻机的焦平面的过程中，所述顶针01不能碰到所述晶圆03的下表面，以防止影响光阻的曝光。为了避免所述顶针01碰到所述晶圆03的下表面，所述吸盘02可以在相对于原始位置±300微米的范围内移动，即在曝光的过程中，所述吸盘02在-300微米～300微米的范围内，运动行程W为300微米，晶圆上表面到达焦平面时，吸盘的位置被认为是处于原始位置，则吸盘可以运动的范围为±300微米表示吸盘可以在原始位置的基础上各上下移动300微米。而在曝光后，所述顶针01需要将晶圆03顶起，因此，需要更大的运动行程，一般情况下，Wmax为500微米。
在传统技术中，所述吸盘02处于原始位置时给晶圆预留的空间是775微米，而所述吸盘02在原始位置的基础上可以向上移动300微米和向下移动300微米，因此，光刻机允许运行厚度为(775-300)微米～(775+300)微米的晶圆，即475微米～1075微米的晶圆。而在半导体的某些特殊工艺中，进入半导体机台的晶圆厚度有可能超过1075微米，但是现有的半导体机台如光刻机不支持运行该厚度的晶圆。
为了解决半导体机台运行厚晶圆(如厚度超过1075微米的晶圆)的问题，本发明实施例提出了一种半导体机台改造方法。
所述半导体机台改造方法包括：
提供一半导体机台，所述半导体机台具有可上下移动的吸盘，且所述吸盘用于承载晶圆；
根据待承载的晶圆的厚度调整所述吸盘的厚度。
其中，所述半导体机台可以为光刻机，当然，本发明并不限于此，其它需要调节吸盘厚度的半导体机台也可运用该方法。在下面的实施例中均以光刻机进行举例。所述半导体机台(例如是光刻机)具有固定台面、一端连接在所述固定台面上的升降装置、设置在所述升降装置远离固定台面的一端的吸盘以及设置在所述固定台面上的若干顶针。所述升降装置可以为机械升降装置或者气压升降装置等，例如，机械升降装置可以包括一驱动组件和一支撑臂，所述支撑臂与所述驱动装置连接，受所述驱动组件的驱动而相对所述固定台面上下移动。所述吸盘可以直接固定在所述支撑臂上，也可以固定在一固定结构上，而所述固定结构设置在所述支撑臂上。所述支撑臂上设有可伸缩的动作杆，所述吸盘固定设置在动作杆上，以实现所述吸盘的上下移动。例如，参阅图2，所述半导体机台包括固定台面50、吸盘20以及固定所述吸盘20的固定结构60，所述固定台面50和固定结构60之间设置有升降装置(图中未标出)，通过升降装置的上升和下降，带动所述固定结构60运动，进而实现所述吸盘20的运动。
所述吸盘优选为真空吸盘，且所述吸盘用于吸附待承载的晶圆。所述吸盘上具有若干真空吸气孔，所述真空吸气孔优选是均匀的分布在所述吸盘上。所述吸气孔与一真空泵连接，所述真空泵输出真空吸力到所述吸盘内，利用所述晶圆与吸盘之间所形成的一真空气室而牢牢吸附晶圆，迫使晶圆能紧密地固定于所述吸盘上。
所述吸盘20上还具有若干顶针孔，供顶针10穿过。在光刻曝光之后，所述真空泵停止输出真空吸力，同时吸盘20收到所述驱动组件的驱动而向下移动，所述顶针10将所述晶圆自所述吸盘20上顶出所述吸盘20外，以便供另外的机械手臂将所述晶圆移动到他处而进行后续制程。例如，参阅图2，所述顶针10设置在所述固定台面50上，通过吸盘20的下降，所述顶针10将所述晶圆自所述吸盘20上顶出所述吸盘20外。
参阅图3至图5，所述半导体机台还设置有焦平面40，晶圆的上表面必须能够到达所述焦平面40(例如是光刻机的焦平面)，以确保曝光工艺能够顺利进行(晶圆上光阻能够曝光)。所述顶针的一部分一直位于所述吸盘中，以保证顶针正常工作。
根据所述待承载的晶圆的厚度对所述吸盘的厚度进行调整，当待承载的晶圆的厚度大于或等于原始厚度，得到的所述吸盘的厚度减小△H1为：
△H1≤W+H3*-H3
其中，H3为晶圆的原始厚度，H3*为待承载的晶圆的厚度，W为所述吸盘的运动行程。所述晶圆的原始厚度范围为475微米～1075微米，为了使减薄后的吸盘既可以承载原始晶圆(即原始厚度的晶圆)，也可以承载厚晶圆(即厚度大于1075微米的晶圆)，即待承载的晶圆的最小厚度等于晶圆的原始厚度，△H1≤W。
本实施例中的半导体机台例如为佳能5550iz2，吸盘的原始厚度(即原始吸盘的厚度)为11.7mm。
由于现有光刻机台中，吸盘的运动行程在300微米范围内，吸盘的运动精度能够达到工艺要求，当所述吸盘的运动行程大于300微米时，所述吸盘的运动精度没法保证，可能会影响到后续的曝光，因此，在曝光的过程中，所述吸盘的运动行程优选≤300微米。根据△H1≤W，吸盘的厚度减小△H1为0～300μm。
根据所述待承载的晶圆的厚度对所述吸盘的厚度进行调整的具体的原理如下：
在曝光过程中，当第一晶圆301的厚度为原始厚度，例如，所述原始厚度为775微米：
原始吸盘的下表面201a与所述固定台面50的距离h2,
h2＝H-H3-H1...........公式(1)；
调整后的吸盘的下表面202a与所述固定台面50的距离h2*，
h2*＝h2+W............公式(2)；
焦平面40与固定台面50的距离H，
H≤h2*+H1*+H3*.............公式(3)；
根据公式(1)、(2)和(3)得到吸盘的厚度调整范围ΔH1，
ΔH1≤W+ΔH3；
其中，ΔH1＝H1-H1*，ΔH3＝H3*-H3，H1为原始吸盘201的厚度，H1*为调整后的吸盘202的厚度，H2为原始顶针101的高度。
当所述第一晶圆301的厚度为775微米时，原始吸盘201并不需要上下移动，所述第一晶圆301的上表面就能达到所述焦平面40，所述原始吸盘201距离所述固定台面50的距离h2＝H-H3-H1。但是当所述原始吸盘201进行减薄之后(即成为调整后的吸盘)，所述调整后的吸盘202需要向上移动才能使所述第一晶圆301的上表面达到所述焦平面40，因此，所述调整后的吸盘202距离所述固定台面50距离h2*＝h2+W。
由于在曝光的过程中，所述吸盘的运动行程W≤300微米，因此，当W为300微米，且所述第一晶圆301的厚度为原始厚度(775微米)时，所述吸盘的减薄厚度小于或者等于300微米，即此时所述吸盘最多减薄300微米。
由上可知，所述待承载晶圆的厚度越大，所述吸盘的厚度变化也越大，即所述吸盘越薄。若所述第一晶圆301的厚度为775微米，且所述吸盘的运动行程W为300微米时，当ΔH1为300微米时，可得到允许的待承载的晶圆的最大厚度为1375微米。当然所述吸盘的运动行程为Wmax＝500微米时，在不考虑待承载的晶圆重量的前提下，能允许的待承载的晶圆最厚为1575微米，但是此时吸盘的运动精度没法保证。
综合考虑所述半导体机台能同时运行原始厚度的晶圆和厚晶圆，同时保持吸盘运动行程不变(运动精度没有变化)，此时的改造对半导体机台的影响最小，所以最佳吸盘减薄厚度为300微米，此时能允许的待承载的晶圆厚度最厚为1375微米，即当所述吸盘减薄300微米时，所述能允许的待承载的晶圆厚度为775微米～1375微米。
图6，为了使所述待承载的晶圆的上表面到达光刻机的焦平面40(便于光阻曝光)，不仅要减薄待承载的晶圆的吸盘厚度，还必须要对顶针10高度进行优化，如果不进行减短，在吸盘20向下运动的过程中，所述晶圆的下表面很容易撞上顶针10，导致顶针10损坏或晶圆破片，如果顶针10减短太多，导致吸盘运行到向下的极限位置(Wmax)，顶针10也无法顶起所述晶圆，将会导致晶圆无法被机械手臂取走。
因此，所述半导体机台改造方法还包括：对顶针的高度进行调整。参阅图4，根据所述调整的吸盘厚度，得到的所述顶针的高度减小△H2为：
△H1-h1+W<△H2<W+Wmax-h1；
其中h1为原始顶针与原始厚度的晶圆的下表面的距离，而h1*为调整后的顶针与待承载晶圆的下表面的距离。
具体原理如下：
当运行的第一晶圆301的厚度为原始厚度时，例如所述第一晶圆301的厚度为775微米时，为了能使所述调整后的顶针102顶起所述第一晶圆301，便于机械手取走所述第一晶圆301，所述调整后的顶针102必须满足以下等式：
H2*+Wmax>h2+H1*............公式(4)和
H2+h1＝h2+H1............公式(5)；
其中，H2*为调整后的顶针102高度，H2为原始顶针101的高度。
根据公式(4)和(5)得到顶针的高度调整范围:
△H2<W+Wmax-h1............公式(6)；
当运行的第二晶圆302的厚度为最大厚度时，例如，所述待承载的晶圆的厚度为1375微米。为了使第二晶圆302的上表面到达焦平面40，吸盘在向下运动时不撞着顶针，所述顶针必须满足以下等式:
h2*+H1*>H2*...........公式(7)和
h2*＝h2-W............公式(8)；
根据公式(5)、(7)和(8)得到顶针的高度调整范围为：
△H2>△H1-h1+W............公式(9)；
其中，△H2＝H2-H2*。
综合公式(6)和公式(9)，即综合考虑同时满足运行原始厚度的晶圆和最大厚度的晶圆，顶针的减小为：
△H1-h1+W<△H2<W+Wmax-h1；
其中公式(4)和(5)是为了保证吸盘向下运动到最大运动行程Wmax时，所述顶针能够接触到所述待承载的晶圆。公式(7)和公式(8)是为了保证在第二晶圆到达焦平面40，吸盘在向下运动时不撞到顶针。
如果W＝300微米，吸盘的减薄量△H1＝300微米，h1＝350微米，Wmax＝500微米，那么250微米<△H2<450微米。为了便于顶针顶起晶圆，方便机械手取走晶圆，所述吸盘的运动距离尽可能的短，综合考虑，将所述顶针的高度减少300微米，即可满足设计需求。
因此，为了使厚晶圆(>1075微米)的上表面到达所述焦平面(便于光阻曝光)，首先减薄吸盘厚度，根据需要运行的待承载的晶圆厚度不一样，吸盘减薄的厚度也不一样。为了运行厚晶圆(>1075微米)，吸盘厚度需要减薄，如果需要运行薄的晶圆，吸盘厚度需要增加，为了兼顾运行正常厚度的晶圆(≤1075微米)和厚晶圆(>1075微米)，并保持吸盘的运动行程不变，使改造对半导体机台的影响达到最小，吸盘可以减薄的最大值为300微米,此时可运行的待承载的晶圆厚度为775微米到1375微米。
然后，为了使厚晶圆的上表面到达所述焦平面(便于光阻曝光)，不仅要减薄吸盘厚度，还可以对顶针高度进行优化，如果不进行减短，在吸盘向下运动的过程中，晶圆下表面很容易撞上顶针，导致顶针损坏或晶圆破片，如果顶针减短太多，导致吸盘运行到向下的极限位置，顶针也无法顶起晶圆，将会导致晶圆无法被机械手臂取走。综合考虑这些，根据理论计算顶针减短的范围为250微米到450微米,例如本发明顶针减短的高度为300微米。
由于晶圆变厚，晶圆的上表面相对于正常的晶圆发生移动，所述半导体机台上设置的机械手臂结构以及传动装置的位置都需要优化，确保厚晶圆不掉片，不刮伤。例如，所述机械手臂的晶圆夹头根据所述晶圆的厚度进行尺寸调整。
由于待承载的晶圆变厚，重量增加，导致晶圆在吸盘上吸附需要的真空吸力变大，所以半导体机台上设置的真空泵需要更换更大的功率。
由于吸盘以及顶针高度的优化，导致半导体机台相应的软件控制程序也需要优化。所述软件控制程序的优化包括优化真空吸力阈值、优化吸盘运动距离的阈值以及优化校准对准装置。例如，由于待承载的晶圆变厚，重量增加，导致晶圆在吸盘上吸附需要的真空吸力变大，对应的软件控制程序中的真空吸力阈值也适应性的增大，以提供充足的真空吸力。
除此之外，本发明还提供了一种半导体机台，采用上述所述的半导体机台改造方法改造后的半导体机台，例如光刻机。所述半导体机台可运行正常厚度的晶圆的同时，还可以运行厚晶圆(即厚度大于1075微米的晶圆)，因此，可以解决半导体机台无法运行厚晶圆的问题。
综上可见，在本发明实施例提供的半导体机台改造方法，首先使待承载的晶圆的吸盘变薄，然后在将顶针的高度减短，最后改造晶圆传输系统以及相关软件设置，从而达到既可以运行正常厚度的晶圆，还可以运行厚晶圆，可运行的待承载的晶圆厚度范围为775微米到1375微米。因此，可以解决半导体机台无法运行厚晶圆的问题。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种半导体机台改造方法，其特征在于，包括：
提供一半导体机台，所述半导体机台具有可上下移动的吸盘以及若干个固定设置的顶针，所述吸盘上具有若干个可供所述顶针穿过的顶针孔，所述吸盘用于承载晶圆；
所述半导体机台还具有焦平面，所述晶圆的上表面能够到达所述焦平面，保持所述吸盘的运动行程不变，当待承载的晶圆的厚度大于或等于原始厚度，所述吸盘的厚度减小△H1为：
△H1≤W+H3*-H3
其中，H3为晶圆的原始厚度，H3*为待承载的晶圆的厚度，W为所述吸盘的运动行程，吸盘的原始厚度为11.7mm。
2.如权利要求1所述的半导体机台改造方法，其特征在于，所述顶针的高度减小△H2为：
△H1-h1+W<△H2<W+Wmax-h1
其中，Wmax为所述吸盘的最大运动行程，h1为原始顶针与原始厚度的晶圆的下表面的距离。
3.如权利要求1所述的半导体机台改造方法，其特征在于，所述半导体机台的所述吸盘的运动行程W为300μm，则所述吸盘的厚度减小△H1为0～300μm。
4.如权利要求2所述的半导体机台改造方法，其特征在于，所述顶针的高度减小△H2为250μm～450μm。
5.如权利要求1所述的半导体机台改造方法，其特征在于，所述半导体机台设置有运载所述待承载的晶圆的机械手臂。
6.如权利要求1所述的半导体机台改造方法，其特征在于，所述半导体机台设置有提供吸盘真空吸力的真空泵。
7.如权利要求1所述的半导体机台改造方法，其特征在于，所述半导体机台设置有软件控制程序。
8.如权利要求1所述的半导体机台改造方法，其特征在于，所述顶针的一部分一直位于所述吸盘中。
9.一种半导体机台，其特征在于，采用权利要求1～8中任一项所述的半导体机台改造方法进行改造。
10.如权利要求9所述的半导体机台，其特征在于，所述半导体机台为光刻机。
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