CN115104182A - 用于提供固定卡盘的装置、系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于提供固定卡盘的装置、系统和方法，所述固定卡盘用于定位保持相关处理中晶片。所述固定卡盘可包括：基板，所述基板在其上表面上具有多个加工的同心脊，这些同心脊形成一系列同心圆区域；碳化硅涂层，所述碳化硅涂层位于所述基板的所述上表面上；以及多个碳化硅嵌体，所述多个碳化硅嵌体能够结合到所述同心圆区域中的所述碳化硅涂层上。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年2月13日提交的名称为“用于提供固定卡盘的装置、系统和方法”的美国临时申请No.62/976165的优先权，其全部内容通过引用并入本文，如同其全部所述。
背景技术
技术领域
本发明涉及诸如半导体晶片的物品的传送和处理，更具体地，涉及用于提供固定卡盘的装置、系统和方法。
背景说明
机器人技术的使用已被公认为一种制造权宜之计，特别是在人工操作效率低和/或不理想的应用中。其中一种情况是在半导体领域中，机器人和自动化站用于在各种工艺步骤中处理和保持晶片。例如，这些工艺步骤可包括化学机械平坦化(CMP)、蚀刻、沉积、钝化以及各种其它工艺，其中必须保持密封和/或“清洁”环境，以便限制污染的可能性并确保满足各种特定工艺条件。
目前在半导体领域中自动处理这些晶片的实践通常包括使用可操作地连接到机器人的翻转器/对准器，例如为了将半导体晶片从装载堆叠装载到可对应于前述示范性工艺步骤的各种处理端口中。机器人用于调动翻转器/对准器以从特定端口或堆叠取回晶片，例如在相关处理室中处理之前和/或之后，和/或将晶片与站相关联，例如可以包括放置晶片的站卡盘(station chuck)。
因此，晶片可由与翻转器/对准器连接关联的机器人在站之间穿梭以进行额外处理。当完成给定的晶片处理时，机器人可以将已处理的晶片从其站移动，并将已处理的半导体晶片返回到装载端口。通常，在每个工艺运行期间，使用翻转器/对准器至站的移动以这种方式处理多个半导体晶片的堆叠。
通常，上述基板/晶片工艺需要使用高度精细的测量单元。举例来说，晶片检查机器可以采用激光测量单元，该激光测量单元需要晶片相对于测量单元具有极高程度的位置稳定性，并且因此需要晶片相对于晶片所处的卡盘具有极高程度的位置稳定性。相应地，晶片处理系统的这些方面通常需要真空卡盘，其通常由碳化硅制成。
然而，由于碳化硅的极高硬度，由这种物质形成的卡盘难以制造并且成本高，并且其制造可能是格外耗时的。因此，已经开发出制造精制碳化硅真空卡盘的替代方案。例如，坯料板可以涂覆有松散的碳化硅球，例如尺寸为100μm的量级。球可以烧结或以其它方式粘附到坯料上以形成多孔表面。然而，这种工艺充满了风险，至少在涂层中很可能存在间隙，或者不均匀或块状表面。此外，在形成卡盘期间，或者更糟糕的是在晶片处理期间，球可能会松动。
更特别地，在这些半导体晶片处理期间，卡盘用于例如保持硅晶片。在这种处理过程中，希望这些卡盘保持化学惰性和无污染，使得晶片在处理过程中不被损坏。此外，如上所述，这些卡盘应当在位置上以非常小的变化保持晶片，因此必须赋予最大的位置刚性，同时还最小化与晶片表面的接触，以便不损坏晶片上形成的特征。
因此，需要一种低成本、高刚性、易于制造的用于半导体工艺的碳化硅卡盘。
发明内容
某些实施方式是包括一种用于提供固定卡盘以定位保持相关处理中晶片的装置、系统和方法。该固定卡盘可包括：基板，基板在其上表面上具有多个加工的同心脊，这些同心脊形成一系列同心圆区域；碳化硅涂层，碳化硅涂层位于基板的上表面上；以及多个碳化硅嵌体，所述多个碳化硅嵌体能够结合到同心圆区域中的碳化硅涂层上。
因此，本发明提供了用于半导体工艺中的低成本、高刚性、易于制造的碳化硅卡盘的至少一种装置、系统和方法。
附图说明
示例性组件、系统和方法将在下文中参考附图描述，其仅作为非限制性实施例给出，其中：
图1是晶片处理系统的示意图；
图2是固定卡盘的各方面的示意图；
图3是固定卡盘的各方面的示意图；以及
图4是固定卡盘系统的各方面的示意图。
具体实施方式
本文提供的附图和描述可能已经被简化以说明与清楚理解本文描述的装置、系统和方法相关的方面，同时为了清楚起见，消除了可以在典型的类似装置、系统和方法中发现的其他方面。因此，本领域技术人员可以认识到，其它元件和/或操作对于实现本文所述的装置、系统和方法可能是期望的和/或必要的。但是因为这样的元件和操作在本领域中是已知的，并且因为它们不促进对本发明的更好理解，所以为了简洁起见，在此可能不提供对这样的元件和操作的讨论。然而，本发明被认为仍然包括本领域普通技术人员已知的对所描述的方面的所有这样的元件、变化和修改。
在全文中提供实施方式，使得本发明充分彻底并且将所公开的实施方式的范围完全传达给本领域技术人员。阐述了许多具体细节，例如具体组件、装置和方法的实施例，以提供对本发明的实施方式的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，不需要采用某些具体公开的细节，并且可以以不同的形式来实施这些实施方式。因此，所公开的实施方式不应被解释为限制本发明的范围。如上所述，在一些实施方式中，公知的工艺、公知的装置结构和公知的技术可能不再详细描述。
本文所用的术语仅是为了描述特定实施方式的目的，而不是旨在进行限制。例如，如本文所用，数量上可以是一个，也可以是多个，除非上下文另外清楚地指明。术语“包括”和“具有”是包含性的，因此指定了所述特征、整数(integers)、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。除非特别地被确定为优选的或需要的执行顺序，否则这里描述的步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或示出的特定顺序执行。还应理解，可采用额外或替代步骤来代替所揭示方面或与所揭示方面结合。
当元件或层被描述为在另一元件或层“上”、“连接到”或“联接到”另一元件或层时，除非另外明确指出，否则其可以直接连接或联接在另一元件或层上，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件或层被描述为“直接在另一元件或层上”、“直接连接到”或“直接联接到”另一元件或层时，可能不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其他词语应当以类似的方式解释(例如，“之间”对“直接之间”、“相邻”对“直接相邻”等)。此外，如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。
此外，尽管术语第一、第二、第三等可以在这里用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应当受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分开。因此，除非上下文清楚地指出，否则诸如“第一”、“第二”和其它数字术语当在本文中使用时不暗示顺序或次序。因此，在不脱离实施方式的教导的情况下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分。
图1示出了自动化处理系统100，其适于精确地处理不同直径、组成和物理属性的半导体晶片、薄膜或类似基底(substrates)102。处理系统100能够快速、有序地连续处理基底102。所供应的基底102可在各个固定点103之间操纵或转移，以部分地通过配备有适于执行前述操纵和转移的边缘夹持系统106的机器人(例如机器人电枢104)进行处理。固定点103可包括一个或多个卡盘，例如可在将基底102放置到卡盘上时夹持基底102。例如，可以通过使用一个或多个真空装置105来执行这种夹持。
不仅基底102的形状或直径可以变化，而且它们通常也根据标准化规范制造，除了包括直径的尺寸公差之外，标准化规范可能要求用于在其上接收基底102的固定点103的表面是基本上平面的，诸如具有1.5微米或更小的平面度。举例来说，基底可以是硅晶片，例如200mm硅晶片，例如其可以具有200+/-0.2mm的标准直径和675+/-25微米的标准厚度。处理后的典型晶片厚度可以为约500微米至约700微米。因此，在基底102与固定点103以及与机器人104和边缘夹持器106的相互作用期间，保持基底102上的平坦度是在处理系统100中获得可接受的基底产量和浪费水平的关键。
已经确定，碳化硅是一种非脱落化合物，因此在晶片加工环境中非常有用，至少由于碳化硅的非脱落性质提供的清洁度。此外，碳化硅是静电耗散的，因此在晶片加工环境中也是非常有用的，因为未耗散的静电可能对处理中晶片有害。
此外，碳化硅片材(sheet stock)可以是真空可渗透的，并且可以在至少两个维度上成形。碳化硅可以另外溅射到其他基底，如石墨上。这些“混合的”或“电镀的”碳化硅部件经常用于半导体工业。
定制的混合碳化硅部件和真空可渗透碳化硅板的组合为晶片处理卡盘例如检验台板的形成提供了合适的基础。这至少是因为多孔碳化硅板可以提供高山微观表面，该表面对于最小化与放置在卡盘上的晶片部分的表面接触是理想的，这在晶片处理中是非常期望的，以避免对处理晶片方面的损坏或污染；如上所述，碳化硅所赋予的刚性使处理期间的晶片支撑最大化，这避免了对处理晶片方面的“卷曲”损坏。例如，在碳化硅镀件中提供的孔可以是15-30μm的尺寸，因此提供非常低的接触表面。
更具体地，实施方式可以提供在结构石墨芯或基板(baseplate)上的混合碳化硅晶片处理卡盘，其可以使用诸如CNC铣床的常规设备进行机加工。该基板比坯料碳化硅板更容易、更快速且更经济地建造。还应注意，如下文进一步讨论的，混合碳化硅卡盘底座(base)可具有波状外形的(contoured)真空包以及在其背侧上的端口。
更具体地，石墨芯可以例如通过溅射用碳化硅涂覆。作为非限制性实施例，溅射可以在具有约100μm厚度的高压釜中进行。因此，实施方式可以提供具有与坯料碳化硅板的特性等效的特性的混合碳化硅卡盘。
作为非限制性实施例，上文提及的真空区域包(vacuum zone pockets)可另外在其中接纳厚度为约1.5-3.5mm的配合多孔板。作为非限制性实施例，配合多孔板可以包括15-30μm范围内的孔，并且可以结合到上述基板中。这些多孔板可以进一步使晶片接触最小化，这提供了贯穿本文讨论的工艺益处。
值得注意的是，多孔插件和混合基板可以独立地夹持到平坦的固定板。实际上，基板可以包括用于该固定目的进入孔，例如以允许多个销钉穿过基板并且将多孔插件夹持到公共基准或表面。作为非限制性实施例，基板也可夹持到该基准或表面。
如上所述，使用碳化硅镀件和静电耗散多孔碳化硅插入板的前述构造可提供理想的晶片保持处理表面。即，晶片处理表面可以提供最大的刚性和最小的表面接触，并且可以以比现有技术更短的交付周期、更快的速度、更便宜的成本和更容易的方式来构建实施方式。
图2示出了根据实施方式的模块化混合碳化硅卡盘200。卡盘200可包括其上具有碳化硅涂层204的基础芯202，例如石墨芯。作为非限制性实施例，该涂层204的厚度范围可为50-250μm，更特别地可为约100μm。此外，作为非限制性实施例，碳化硅涂层204可以是静电耗散的，并且可以具有10^5-10^9ohm-cm的刚度。
图2中还示出了多个多孔碳化硅真空嵌入区域208。尽管在图2的实施方式中示出了三个这样的区域208，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以采用其它数量的真空区域208。
图3是具有多个分离的真空嵌入区域208的碳化硅涂覆的卡盘200的俯视图。在所示的实施例中，作为非限制性实施例，提供了三个区域208，并且这些区域可对应于150mm、200mm和300mm区域。每个区域可以包括与该区域中容纳的晶片的尺寸相对应的真空通道220。即，每个区域208可以容纳不同的晶片尺寸，尽管内部区域可以与外环区域结合用于更大的晶片，以便向其提供附加的位置刚性。
图4示出了贯穿本发明内容描述的模块化卡盘系统300。在图4所示的三部分模块系统的中间是碳化硅涂覆的卡盘200，卡盘200中具有真空嵌入区域208，如上面关于图2和图3所讨论的。与该卡盘200的上部结合或以其它方式关联的可以是一系列多孔嵌体302，例如可以由碳化硅构成。这些多孔嵌体302优选地被制成是真空可渗透的，并且可使晶片表面接触最小化。设置在多孔嵌体302中的孔可例如为大约10-75μm，更特别地例如为大约15-35μm。
在图示的最下部提供了毂306，其可以结合到碳化硅涂覆的卡盘200的下侧。例如，毂306可以用销钉307固定，以提供与卡盘200的最佳配合，并且还可以进一步提供真空和/或夹持通孔220，如图所示。作为非限制性实施例，毂306可由不锈钢或类似的清洁且惰性的材料形成。
在图4的卡盘系统300中还明显的是一系列真空通道密封件320。这些真空通道密封件320可以穿过或围绕毂306向碳化硅涂覆的卡盘200提供最佳的真空分布。
因此，实施方式可提供与已知技术的碳化硅坯料板卡盘相同的碳化硅卡盘和低接触表面，但与已知的碳化硅坯料板卡盘相比，总成本显著较低且构造时间加快。不用说，与已知技术相比，这允许所公开的实施方式的可修改、可转移和可扩展的结构。
此外，实施方式可以提供分离的真空嵌入区域，如上所述，其可以使得能够使用各种晶片尺寸用于利用所公开的实施方式进行处理。这些真空嵌入区域可以包括或具有结合到其上的参考碳化硅嵌体，以提供高度多孔表面，该高度多孔表面为与这里公开的卡盘系统相关联的处理晶片提供真空接触与物理接触的高比率。
前述装置、系统和方法还可包括对本文中提及的各种机器人和真空功能性的控制。作为非限制性实施例，这样的控制可以包括使用一个或多个用户接口的手动控制，例如控制器、键盘、鼠标、触摸屏等，以允许用户输入指令以由与机器人和本文讨论的系统相关的软件代码执行。另外，如本领域技术人员所公知的，系统控制也可以是完全自动化的，例如其中手动用户交互仅发生以“设置”和编程所引用的功能，即，用户可以仅初始地编程或上载计算代码以执行贯穿本文所讨论的预定移动、真空抽吸和操作序列。在手动或自动实施方式或其任何组合中，控制器可被编程，例如，以使基底的已知位置、机器人、固定点以及其间的相对位置相关联。
还应理解，本文描述的系统和方法可根据任何计算环境运行和/或由任何计算环境控制，因此，不应假定所采用的计算环境限制本文描述的在具有各种不同组件和配置的计算环境中的系统和方法的实现。也就是说，本文描述的概念可以使用各种组件和配置中的任何一种在各种计算环境中实现。
此外，提供本发明的描述以使得本领域的任何技术人员能够制造或使用所公开的实施方式。所属领域的技术人员将容易明白对本发明的各种修改，且本文所界定的一般原理可在不脱离本发明的精神或范围的情况下应用于其它变化。因此，本发明内容并不旨在局限于本文所描述的实施例和设计，而是应当符合与本文所公开的原理和新颖特征相一致的最宽范围。
Claims (20)
1.一种固定卡盘，用于定位保持相关处理中晶片，包括：
基板，所述基板在其上表面上具有多个加工的同心脊，所述多个加工的同心脊形成一系列同心圆区域；
碳化硅涂层，所述碳化硅涂层在所述基板的所述上表面上；以及
多个碳化硅嵌体，所述多个碳化硅嵌体能够结合到所述同心圆区域中的所述碳化硅涂层上。
2.根据权利要求1所述的固定卡盘，其中，所述基板是石墨。
3.根据权利要求1所述的固定卡盘，其中，所述碳化硅涂层包括溅射涂层。
4.根据权利要求1所述的固定卡盘，其中，所述处理包括晶片检查。
5.根据权利要求1所述的固定卡盘，其中，所述碳化硅涂层包括15-30μm尺寸的孔。
6.根据权利要求1所述的固定卡盘，其中，所述加工的同心脊是CNC铣削的。
7.根据权利要求1所述的固定卡盘，其中，所述碳化硅涂层包括在约50-250μm范围内的厚度。
8.根据权利要求7所述的固定卡盘，其中，所述碳化硅涂层包括约100μm的厚度。
9.根据权利要求1所述的固定卡盘，其于，所述碳化硅嵌体的厚度为大约1.5-3.5mm。
10.根据权利要求1所述的固定卡盘，其中，所述碳化硅嵌体包括范围为15-30μm的孔。
11.根据权利要求1所述的固定卡盘，还包括穿过所述基板和所述碳化硅涂层的多个真空端口。
12.根据权利要求11所述的固定卡盘，其中，所述真空端口基本上对应于所述加工的同心脊。
13.根据权利要求1所述的固定卡盘，其中，所述碳化硅涂层在10^5-10^9ohm-cm的范围内是静电耗散的。
14.根据权利要求1所述的固定卡盘，其中，所述加工的同心脊对应于150mm、200mm和300mm的区域。
15.根据权利要求14所述的固定卡盘，其中，所述区域对应于所述处理中晶片的尺寸。
16.根据权利要求1所述的固定卡盘，其中，所述碳化硅嵌体是真空可渗透的。
17.根据权利要求1所述的固定卡盘，还包括结合到所述基板的下侧的毂。
18.根据权利要求17所述的固定卡盘，其中，所述毂用销钉固定以与所述下侧最佳地配合。
19.根据权利要求17所述的固定卡盘，其中，所述毂由不锈钢构成。
20.根据权利要求17所述的固定卡盘，还包括真空通道密封件，所述真空通道密封件通过所述毂分配真空。
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