CN112670226B - 晶圆解除吸附的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆解除吸附的装置及方法，包括：对静电吸附卡盘进行定位的一组升降式pin脚，每个升降式pin脚均通过一套管路连接抽真空装置和充气装置；上升支架，用于分离晶圆和所述静电吸附卡盘；定位校准器安装在上升支架上，用于定位晶圆的中心；调整机构，用于调整上升支架在平行于晶圆的平面内的位置，使上升支架的中心与晶圆的中心在同一竖直线上；控制单元，分别连接抽真空装置、充气装置、定位校准器、调整机构及上升支架。本发明采用可自锁的升降式pin脚增加了静电解除过程中的容错率，减少了晶圆发生偏移后进行De‑chuck破片的风险；并在上升支架上增加定位校准器和调整机构，可以使上升支架与晶圆进行精确的贴合，保持De‑chuck过程中的真空稳定性。

Description

晶圆解除吸附的装置及方法

技术领域

本发明与半导体集成电路制造技术有关，具体涉及晶圆解除吸附的装置及方法。

背景技术

在集成电路芯片制造行业中，晶圆加工的整个流程普遍包括光刻、刻蚀、离子注入、金属沉积、核心封装等工艺。在很多工艺中，通常需要将晶圆固定在反应腔室内的卡盘上对晶圆进行加工。静电卡盘是一种利用静电力固定晶圆的卡盘结构，消除了机械卡盘结构复杂、晶圆有效加工面积减少等缺点。

晶圆进入反应腔室后，静电卡盘通过高压直流电压对其进行吸附(chuck)固定，然后对晶圆进行加工，加工完成后静电卡盘施加反向的高压直流电压对晶圆进行解吸附(de-chuck)，然后晶圆与静电卡盘分离，最后晶圆利用机械手传出反应腔室。

下面以IGBT产品为例，IGBT在进行背面离子注入前，需要将晶圆与supporter(对薄片晶圆起到支撑作用，目前常用的是静电吸附卡盘，通过充电将晶圆感应出分级的静电，通过静电吸引进行贴合)正面进行静电吸合，但是在进行离子注入的工艺过程中，晶圆与静电吸附卡盘不可避免地会发生相对移动(shift)，如图2所示。

现有的自动解吸附(AutoDe-chuck)装置中，如图1、图3、图4所示，包括四个固定式pin脚5和上升支架(up-frame)4，所述固定式pin脚5用于对静电吸附卡盘2和晶圆1进行定位，上升支架4的容错率是0.2mm，当晶圆发生的移动偏差在0.2mm以内时，自动解吸附装置可以正常动作，如图3所示，当晶圆发生的移动偏差大于0.2mm后，自动解吸附装置中的上升支架4就无法正常动作了，如图4所示，上升支架4无法对晶圆进行真空吸合，此时就需要手动解除静电吸合，这样会增加颗粒particle(颗粒对芯片产片影响极大)以及晶圆破碎的风险，并且静电吸附卡盘(supporter)不经过放电会影响其使用寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种晶圆解除吸附的装置及方法，可以解决现有的自动解吸附装置在晶圆相对于静电吸附卡盘发生偏移后无法正常动作的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的晶圆解除吸附的装置，包括：

一组升降式pin脚，用于对静电吸附卡盘进行定位，每个升降式pin脚均通过一套管路连接抽真空装置和充气装置；

上升支架，用于分离晶圆和所述静电吸附卡盘；

定位校准器，其安装在所述上升支架上，用于定位所述晶圆的中心；

调整机构，用于调整所述上升支架在平行于所述晶圆的平面内的位置，使所述上升支架的中心与所述晶圆的中心在同一竖直线上；

控制单元，分别连接所述抽真空装置、所述充气装置、所述定位校准器、所述调整机构及所述上升支架，所述控制单元通过控制所述抽真空装置动作使所述升降式pin脚下降，所述控制单元通过控制所述充气装置动作使所述升降式pin脚升起，所述定位校准器将所述晶圆的中心传输至所述控制单元中。

其中，所述调整机构包括基座、横向导轨、纵向导轨，所述横向导轨固定安装在所述基座上，所述纵向导轨固定安装在一横向移动滑块上，所述横向移动滑块与所述横向导轨滑动连接且与横向驱动装置相连，所述横向驱动装置控制所述横向移动滑块在所述横向导轨上移动，所述上升支架固定安装在一纵向移动滑块上，所述纵向移动滑块与所述纵向导轨滑动连接且与纵向驱动装置相连，所述纵向驱动装置控制所述纵向移动滑块在所述纵向导轨上移动，所述横向驱动装置和所述纵向驱动装置均与所述控制单元电性连接。

或者，所述调整机构包括基座、横向导轨、纵向导轨，所述纵向导轨固定安装在所述基座上，所述横向导轨固定安装在一纵向移动滑块上，所述纵向移动滑块与所述纵向导轨滑动连接且与纵向驱动装置相连，所述纵向驱动装置控制所述纵向移动滑块在所述纵向导轨上移动，所述上升支架固定安装在一横向移动滑块上，所述横向移动滑块与所述横向导轨滑动连接且与横向驱动装置相连，所述横向驱动装置控制所述横向移动滑块在所述横向导轨上移动，所述横向驱动装置和所述纵向驱动装置均与所述控制单元电性连接。

进一步的，所述调整机构的基座与竖直驱动装置相连，所述竖直驱动装置与所述控制单元电性连接，所述竖直驱动装置带动所述调整机构和所述上升支架在竖直方向上移动。

进一步的，所述升降式pin脚的升降状态完全相同。

或者进一步的，所述升降式pin脚的升降状态部分相同。

其中，所述升降式pin脚的数量为至少三个，相邻升降式pin脚之间的夹角相等。

优选的，所述升降式pin脚的数量为四个。

为了解决上述问题，本发明还提供一种晶圆解除吸附的方法，其中：

当晶圆与静电吸附卡盘之间发生相对偏移时，控制单元控制各升降式pin脚的升降状态，对所述静电吸附卡盘进行定位，所述静电吸附卡盘和机台放电pin针连接进行放电；

利用定位校准器获取所述晶圆的中心位置，并将所述晶圆的中心位置传输给所述控制单元；

所述控制单元通过调整机构调整上升支架在平行于所述晶圆的平面内的位置，使所述上升支架的中心与所述晶圆的中心在同一竖直线上；

利用所述上升支架吸住所述晶圆，使所述晶圆与所述静电吸附卡盘分离；

将所述静电吸附卡盘取出，所述控制单元控制所有的升降式pin脚升起，待所述晶圆归位后所述升降式pin脚下降。

进一步的，所述控制单元控制所述晶圆超出所述静电吸附卡盘的部分对应的升降式pin脚下降，其余升降式pin脚保持升起状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

第一，本发明将固定式Pin脚改进为升降式pin脚，pin脚的升降状态可以随意组合控制，这样增加了静电解除过程中的容错率，同时也减少了晶圆偏移后进行解吸附发生破片的风险；

第二，本发明采用的升降式pin脚具有锁定功能，可以使晶圆与静电吸附卡盘发生偏移后将静电吸附卡盘进行精准固定放电，延长静电吸附卡盘的使用寿命，同时在晶圆与静电吸附卡盘已经分离后可以对晶圆归位进行精准控制；

第三，本发明在现有上升支架上增加定位校准器(Aligner)以及调整机构，可以使上升支架与晶圆进行精确地贴合，保持De-chuck过程中的真空稳定性和吸附可靠性；

第四，本发明在晶圆与静电吸附卡盘发生偏移后不需要人工进行分离，降低了产生颗粒以及破片的风险。

附图说明

图1为晶圆承载装置的示意图；

图2为现有的固定式pin脚的使用示意图；

图3为晶圆发生的移动偏差在正常范围内时的自动解吸附示意图；

图4为晶圆发生的移动偏差在正常范围外时的自动解吸附示意图；

图5为本发明的晶圆解除吸附的装置的示意图；

图6为本发明的晶圆解除吸附的装置中升降式pin脚处于解锁状态的示意图；

图7为图6中升降式pin脚的放大示意图；

图8为本发明的晶圆解除吸附的装置中升降式pin脚处于锁定状态的示意图；

图9为图8中升降式pin脚的放大示意图；

图10a至图10e为本发明的装置在解除吸附过程的各步骤的示意图。

具体实施方式

下面结合附图通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可以由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明亦可通过其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，本领域技术人员在不背离本发明的精神下可以进行各种类似推广和替换。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“左”、“右”、“内”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例的晶圆解除吸附的装置，如图5所示，包括：

一组升降式pin脚5’，用于对静电吸附卡盘2和晶圆1进行定位，每个升降式pin脚5’均通过一套管路连接抽真空装置和充气装置(图中未示出)；所述管路既可以用于抽真空，也可以用于充气，具体实现方式在此不详细说明；

上升支架4，用于分离晶圆1和所述静电吸附卡盘2；

定位校准器6，其安装在所述上升支架4上，用于定位所述晶圆1的中心；

调整机构8，用于调整所述上升支架4在平行于所述晶圆1的平面内的位置，使所述上升支架4的中心与所述晶圆1的中心在同一竖直线上；

控制单元，分别连接所述抽真空装置、所述充气装置、所述定位校准器6、所述调整机构8及所述上升支架4，所述控制单元通过控制所述抽真空装置动作使所述升降式pin脚5’下降，所述控制单元通过控制所述充气装置动作使所述升降式pin脚5’升起，所述定位校准器6将所述晶圆1的中心传输至所述控制单元中。

在本发明一较佳实施例中，所述调整机构8包括基座、横向导轨、纵向导轨，所述横向导轨固定安装在所述基座上，所述纵向导轨固定安装在一横向移动滑块上，所述横向移动滑块与所述横向导轨滑动连接且与横向驱动装置相连，所述横向驱动装置控制所述横向移动滑块在所述横向导轨上移动，所述上升支架固定安装在一纵向移动滑块上，所述纵向移动滑块与所述纵向导轨滑动连接且与纵向驱动装置相连，所述纵向驱动装置控制所述纵向移动滑块在所述纵向导轨上移动，所述横向驱动装置和所述纵向驱动装置均与所述控制单元电性连接。

在本发明另一较佳实施例中，所述调整机构包括基座、横向导轨、纵向导轨，所述纵向导轨固定安装在所述基座上，所述横向导轨固定安装在一纵向移动滑块上，所述纵向移动滑块与所述纵向导轨滑动连接且与纵向驱动装置相连，所述纵向驱动装置控制所述纵向移动滑块在所述纵向导轨上移动，所述上升支架固定安装在一横向移动滑块上，所述横向移动滑块与所述横向导轨滑动连接且与横向驱动装置相连，所述横向驱动装置控制所述横向移动滑块在所述横向导轨上移动，所述横向驱动装置和所述纵向驱动装置均与所述控制单元电性连接。

其中，所述调整机构的基座与竖直驱动装置相连，所述竖直驱动装置与所述控制单元电性连接，所述竖直驱动装置带动所述调整机构8和所述上升支架4在竖直方向上移动。

控制单元针对晶圆与静电吸附卡盘之间发生相对偏移的静电吸附卡盘控制各个升降式pin脚5’的升降状态，所示升降式pin脚5’可以完全相同，都处于升起状态或下降(锁定)状态，也可以一部分处于升起状态，一部分处于下降状态。通常，升降式pin脚的初始状态为升起状态。

如图6、图7所示，为升降式pin脚5’处于升起状态的示意图，此时，控制单元控制充气装置动作，充入CDA(压缩空气)，在压缩空气的作用下，升降式pin脚5’升起。

如图8、图9所示，为升降式pin脚5’处于下降(锁定)状态的示意图，此时，控制单元控制抽真空装置动作，升降式pin脚5’在外界空气作用下下降并处于锁定状态。

所述升降式pin脚5’的数量为至少三个，相邻升降式pin脚5’之间的夹角相等。

本发明较佳实施例中，所述升降式pin脚5’的数量为四个。

利用上述晶圆解除吸附的装置进行晶圆解除吸附的方法，如图10a至图10e所示，具体地：

当晶圆1与静电吸附卡盘2之间发生相对偏移时，控制单元控制各升降式pin脚5’的升降状态，对所述静电吸附卡盘进行定位，使所述静电吸附卡盘2和机台上的放电pin针连接进行放电；其中，所述控制单元控制所述晶圆1超出所述静电吸附卡盘2的部分对应的升降式pin脚5’下降，其余升降式pin脚5’保持升起状态；

利用定位校准器6获取位置发生偏移的所述晶圆1的中心位置，并将所述晶圆1的中心位置传输给所述控制单元；

所述控制单元通过调整机构调整上升支架4在平行于所述晶圆1的平面内的位置，使所述上升支架4的中心与发生偏移的所述晶圆1的中心在同一竖直线上；

控制单元控制上升支架4下降，利用所述上升支架4吸住所述晶圆1，使所述晶圆1与所述静电吸附卡盘2分离；

将所述静电吸附卡盘2取出，所述控制单元控制所有的升降式pin脚5’升起，待所述晶圆1归位后所述升降式pin脚5’下降。此处，晶圆归位是控制单元控制上升支架4移动使上升支架4的中心、晶圆1的中心与到所有升降式pin脚5’的距离相等的点处于同一竖直线上并将晶圆1竖直放置在所有升降式pin脚5’之间(静电吸附卡盘原来所在位置)，这样使晶圆1可以在升降式pin脚5’之间定位，防止晶圆发生偏移。

如图10a所示，静电吸附卡盘2与晶圆1发生相对移动，此时控制单元控制升降式pin脚5’进行选择性升降，如图10b所示，晶圆1相对于静电吸附卡盘2向左偏移，控制单元控制左侧的两个升降式pin脚5’下降，使其处于下降锁定状态，而右侧的两个升降式pin脚5’则保持升起状态，此时，静电吸附卡盘2与底部机台的放电Pin针结合进行放电。

如图10c所示，定位校准器6(也称校准仪，Aligner)通过定位凹口3(notch，如图1所示)识别晶圆1的边缘，并确定晶圆1的中心所在位置(坐标)，控制单元根据所述定位校准器6定位到的所述晶圆1的中心控制调整机构动作，最终使得与晶圆1大小一致的上升支架4移动至其中心与晶圆1中心在同一竖直线上。

控制单元使所述上升支架4下降并真空吸附晶圆1，在静电吸附卡盘2放电的同时，上升支架4将晶圆1与静电吸附卡盘2分离，此时可以将静电吸附卡盘2取出，静电吸附卡盘2被取出后控制单元控制所有的升降式pin脚5’全部升起，如图10e所示。

如图10d所示，控制单元控制上升支架4移动使上升支架4的中心、晶圆1的中心与到四个升降式pin脚5’的距离相等的点处于同一竖直线上，然后控制上升支架4下降，并将晶圆1竖直放置在所有升降式pin脚5’之间，使晶圆1的中心与四个升降式pin脚5’所在圆的圆心在同一竖直线上，这样可以通过升降式pin脚5’对晶圆1进行定位，使晶圆精准下降。

本发明实施例中，将固定式Pin脚改进为升降式pin脚，pin脚的升降状态可以随意组合控制，这样增加了静电解除过程中的容错率，减少了晶圆偏移后进行解吸附发生破片的风险，并且在晶圆与静电吸附卡盘发生偏移后可以对静电吸附卡盘进行精准固定放电，延长静电吸附卡盘的使用寿命，同时在晶圆与静电吸附卡盘已经分离后可以对晶圆归位进行精准控制。而且，在现有上升支架上增加定位校准器(Aligner)以及调整机构，可以使上升支架与晶圆进行精确地贴合，保持De-chuck过程中的真空稳定性和吸附可靠性。本发明在晶圆与静电吸附卡盘发生偏移后不需要人工进行分离，降低了产生颗粒以及破片的风险。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，该实施例仅仅是本发明的较佳实施例，本发明并不局限于上述实施方式。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员做出的等效置换和改进，均应视为在本发明所保护的技术范畴内。

Claims (9)

1.一种晶圆解除吸附的装置，其特征在于，包括：

一组升降式pin脚，用于对静电吸附卡盘进行定位，每个升降式pin脚均通过一套管路连接抽真空装置和充气装置；

上升支架，用于分离晶圆和所述静电吸附卡盘；

定位校准器，其安装在所述上升支架上，用于定位所述晶圆的中心；

调整机构，用于调整所述上升支架在平行于所述晶圆的平面内的位置，使所述上升支架的中心与所述晶圆的中心在同一竖直线上；

控制单元，分别连接所述抽真空装置、所述充气装置、所述定位校准器、所述调整机构及所述上升支架，所述控制单元通过控制所述抽真空装置动作使所述晶圆超出所述静电吸附卡盘的部分对应的升降式pin脚下降，所述控制单元通过控制所述充气装置动作使其余升降式pin脚保持升起状态，所述定位校准器将所述晶圆的中心传输至所述控制单元中。

2.根据权利要求1所述的晶圆解除吸附的装置，其特征在于，所述调整机构包括基座、横向导轨、纵向导轨，所述横向导轨固定安装在所述基座上，所述纵向导轨固定安装在一横向移动滑块上，所述横向移动滑块与所述横向导轨滑动连接且与横向驱动装置相连，所述横向驱动装置控制所述横向移动滑块在所述横向导轨上移动，所述上升支架固定安装在一纵向移动滑块上，所述纵向移动滑块与所述纵向导轨滑动连接且与纵向驱动装置相连，所述纵向驱动装置控制所述纵向移动滑块在所述纵向导轨上移动，所述横向驱动装置和所述纵向驱动装置均与所述控制单元电性连接。

3.根据权利要求1所述的晶圆解除吸附的装置，其特征在于，所述调整机构包括基座、横向导轨、纵向导轨，所述纵向导轨固定安装在所述基座上，所述横向导轨固定安装在一纵向移动滑块上，所述纵向移动滑块与所述纵向导轨滑动连接且与纵向驱动装置相连，所述纵向驱动装置控制所述纵向移动滑块在所述纵向导轨上移动，所述上升支架固定安装在一横向移动滑块上，所述横向移动滑块与所述横向导轨滑动连接且与横向驱动装置相连，所述横向驱动装置控制所述横向移动滑块在所述横向导轨上移动，所述横向驱动装置和所述纵向驱动装置均与所述控制单元电性连接。

4.根据权利要求2或3所述的晶圆解除吸附的装置，其特征在于，所述调整机构的基座与竖直驱动装置相连，所述竖直驱动装置与所述控制单元电性连接，所述竖直驱动装置带动所述调整机构和所述上升支架在竖直方向上移动。

5.根据权利要求4所述的晶圆解除吸附的装置，其特征在于，所述升降式pin脚的升降状态完全相同。

6.根据权利要求4所述的晶圆解除吸附的装置，其特征在于，所述升降式pin脚的升降状态部分相同。

7.根据权利要求4所述的晶圆解除吸附的装置，其特征在于，所述升降式pin脚的数量为至少三个，相邻升降式pin脚之间的夹角相等。

8.根据权利要求4所述的晶圆解除吸附的装置，其特征在于，所述升降式pin脚的数量为四个。

9.一种采用权利要求1至8中任一项所述装置实现的晶圆解除吸附的方法，其特征在于，

当晶圆与静电吸附卡盘之间发生相对偏移时，控制单元控制各升降式pin脚的升降状态，对所述静电吸附卡盘进行定位，所述静电吸附卡盘和机台放电pin针连接进行放电，所述控制单元控制所述晶圆超出所述静电吸附卡盘的部分对应的升降式pin脚下降，其余升降式pin脚保持升起状态；

利用定位校准器获取所述晶圆的中心位置，并将所述晶圆的中心位置传输给所述控制单元；

所述控制单元通过调整机构调整上升支架在平行于所述晶圆的平面内的位置，使所述上升支架的中心与所述晶圆的中心在同一竖直线上；

利用所述上升支架吸住所述晶圆，使所述晶圆与所述静电吸附卡盘分离；

将所述静电吸附卡盘取出，所述控制单元控制所有的升降式pin脚升起，待所述晶圆归位后所述升降式pin脚下降。

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