CN117457570A - 一种晶圆升降系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶圆升降系统，包括：静电卡盘、磁性顶针和磁力升降机构，其中，静电卡盘上开设多个盲孔，磁性顶针放置于盲孔内，磁力升降结构用于在所述盲孔内产生可变磁场以控制所述磁性顶针沿所述盲孔的轴向上升或下降。本发明通过采用磁力升降结构对磁性顶针进行升降，由于静电卡盘开设的是盲孔而非通孔，因此，有效减少了静电卡盘的镂空结构，进而有效减少了密封圈等密封结构的使用，减少了真空泄漏的风险及颗粒物进入真空腔的可能性，有利于提高产品良率及产品品质。

Description

一种晶圆升降系统
技术领域
本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种晶圆升降系统。
背景技术
集成电路制造领域中，各设备对晶圆进行加工或清洗前，机械手臂需要先将晶圆送至设备腔室内，加工或清洗完毕后，机械手臂再将晶圆搬送出腔室；设备用于承载晶圆的载台通常开设有通孔以供顶针上升和下降完成晶圆的搭载和搬运。但对晶圆的加工或清洗，通常需要在真空环境中进行，例如对晶圆进行干法刻蚀，就需要在真空腔内进行，而提供顶针升降的举升机构则设置于常压环境，因此，这就要求做好严格的真空隔离；通常是在真空腔与举升机构的密封连接处使用密封圈达到密封效果，密封圈一般需要选用耐腐蚀且耐磨损的材质，但即便如此，密封圈长期在刻蚀气体的环境中，依然会逐渐被腐蚀，导致密封性能下降，影响真空腔室的真空度；密封圈密封性能下降后，外部颗粒物容易从密封圈损坏处进入真空腔内，对晶圆造成污染。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种晶圆升降系统，其静电卡盘上表面开设盲孔，减少了静电卡盘的镂空结构，从而减少了密封圈等密封结构的使用，减少了真空泄漏的风险及颗粒物进入真空腔的可能性。
为解决上述技术问题，本发明提供的晶圆升降系统，用于集成电路的晶圆加工设备或清洗设备，包括：
静电卡盘，其用于承载晶圆，所述静电卡盘上表面开设有多个盲孔，且所述盲孔的位置分布非直线分布；
磁性顶针，其放置于所述盲孔内；
磁力升降结构，其用于在所述盲孔内产生可变磁场以控制所述磁性顶针沿所述盲孔的轴向上升或下降；
晶圆升降系统接收晶圆的步骤如下：
S1.设备收到接收晶圆的信号后，控制磁力升降结构，在盲孔内产生沿盲孔轴向的可变磁场，且可变磁场的方向与磁性顶针的磁场方向相反，可变磁场的场强逐渐增大至与磁性顶针相互作用的磁力大于磁性顶针的重力时，磁性顶针沿盲孔轴向向上移动至目标位置处；
S2.设备和机械手臂信号交互完成后，机械手臂将晶圆放置于磁性顶针的顶部，机械手臂收回；
S3.设备检测到晶圆放置于磁性顶针后，控制磁力升降结构产生的可变磁场逐渐减弱至可变磁场与磁性顶针的磁场相互作用的磁力小于晶圆与磁性顶针的总重量，磁性顶针带动晶圆逐渐下降至将晶圆放置于静电卡盘表面。
较佳地，所述磁力升降机构包括控制器、功率放大器和线圈，所述线圈绕所述盲孔的外壁周向缠绕；
所述控制器通过控制所述功率放大器实现对所述线圈产生的磁场大小进行调节。
较佳地，所述盲孔的内壁设置有限位件以用于限制所述磁性顶针上升的高度。
较佳地，所述磁性顶针的底端沿径向延伸形成限位部，所述限位部尺寸小于所述盲孔；
所述限位件的中心开设限位孔，所述限位孔的尺寸小于限位部的尺寸，所述磁性顶针的尺寸小于所述限位孔的尺寸。
较佳地，所述盲孔靠近顶部开口处的内壁沿径向开设环状槽以用于安装限位件；
所述盲孔的位于环状槽上方的侧壁沿轴向开设轴向槽，所述轴向槽连通于所述环状槽；
所述限位件的外缘形成有与所述轴向槽匹配的凸缘。
较佳地，所述盲孔的数量至少为三个。
较佳地，所述盲孔的数量为三个或四个。
较佳地，所述盲孔侧壁为导磁材质。
较佳地，所述磁性顶针上升至最大高度时，其超出所述静电卡盘的长度小于所述磁性顶针总长度的1/5。
本发明通过采用磁力升降结构对磁性顶针进行升降，由于静电卡盘开设的是盲孔而非通孔，因此，有效减少了静电卡盘的镂空结构，进而有效减少了密封圈等密封结构的使用，减少了真空泄漏的风险及颗粒物进入真空腔的可能性，有利于提高产品良率及产品品质。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明晶圆升降系统一实施例的示意图；
图2是本发明晶圆升降系统一实施例的磁性顶针将晶圆顶起的示意图；
图3是图2中A处放大图；
图4是本发明晶圆升降系统一实施例的盲孔俯视图，其中虚线示出环状槽的底面；
图5是本发明晶圆升降系统一实施例的限位件俯视图；
图6是本发明晶圆升降系统一实施例的具有内锥面的限位件的剖视图；
其中，1-静电卡盘；11-盲孔；12-环状槽；13-轴向槽；2-磁性顶针；21-限位部；31-控制器；32-功率放大器；33-线圈；4-限位件；41-限位孔；42-凸缘；43-内锥面；5-晶圆。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1和图2，示出了本发明的一种晶圆升降系统，用于集成电路的晶圆加工设备或清洗设备，包括：
静电卡盘，其用于承载晶圆，所述静电卡盘上表面开设有多个盲孔，且所述盲孔的位置分布非直线分布；
磁性顶针，其放置于所述盲孔内；
磁力升降结构，其用于在所述盲孔内产生可变磁场以控制所述磁性顶针沿所述盲孔的轴向上升或下降。
本发明实施例中，静电卡盘开设的是盲孔，磁性顶针以磁力升降结构为驱动在盲孔内沿轴向上下移动，静电卡盘无需开设通孔，有效减少了静电卡盘的镂空结构，进而有效减少了密封圈等密封结构的使用，减少了真空泄漏的风险及颗粒物进入真空腔的可能性，有利于提高产品良率及产品品质。
晶圆升降系统接收晶圆的步骤如下：
S1.设备收到接收晶圆的信号后，控制磁力升降结构，在盲孔内产生沿盲孔轴向的可变磁场，且可变磁场的方向与磁性顶针的磁场方向相反，可变磁场的场强逐渐增大至与磁性顶针相互作用的磁力大于磁性顶针的重力时，磁性顶针沿盲孔轴向向上移动至目标位置处；
S2.设备和机械手臂信号交互完成后，机械手臂将晶圆放置于磁性顶针的顶部，机械手臂收回；
S3.设备检测到晶圆放置于磁性顶针后，控制磁力升降结构产生的可变磁场逐渐减弱至可变磁场与磁性顶针的磁场相互作用的磁力小于晶圆与磁性顶针的总重量，磁性顶针带动晶圆逐渐下降至将晶圆放置于静电卡盘表面。
晶圆升降系统送出晶圆的步骤如下：
S1.设备对晶圆加工或清洗完成后，与机械手臂进行信号交互，交互完成后，控制磁力升降结构，在盲孔内产生沿盲孔轴向的可变磁场，且可变磁场的方向与磁性顶针的磁场方向相反，可变磁场的场强逐渐增大至与磁性顶针相互作用的磁力大于磁性顶针的重力时，磁性顶针沿盲孔轴向向上移动至顶端接触到晶圆，可变磁场继续增大至磁力大于磁性顶针与晶圆的重量之和时，磁性顶针带动晶圆同步向上移动至目标位置；
S2.设备和机械手臂信号交互完成后，机械手臂将晶圆从磁性顶针的顶部取走；
S3.设备检测到晶圆被送出后，控制磁力升降结构产生的可变磁场逐渐减弱至可变磁场与磁性顶针的磁场相互作用的磁力小于磁性顶针的重量，磁性顶针逐渐下降盲孔内。
需要说明的时，本发明的控制系统、信号交互等与现有技术标准相同，区别仅在于将现有技术中的电机举升系统更换为采用磁力举升。
在一种具体的实施方式中，所述磁力升降机构包括控制器、功率放大器和线圈，所述线圈绕所述盲孔的外壁周向缠绕；所述控制器通过控制所述功率放大器实现对所述线圈产生的磁场大小进行调节。该具体实施方式中，磁力升降机构控制磁性顶针是通过如下方式实现的：非工作状态时，线圈不产生磁场，磁性顶针在重力作用下，竖直放置于盲孔内(磁性顶针的长度小于盲孔的深度)，当机械手臂需要将晶圆送入腔室时，设备与机械手臂信号交互，完成后，设备控制器控制电流流经线圈，并通过功率放大器控制流经线圈的电流大小，进而控制线圈产生可变磁场，可变磁场的场强大小受线圈电流大小的所控制，且可变磁场的方向与磁性顶针的磁场方向相反，可变磁场与磁性顶针的磁场相互作用产生向上的磁力，当向上的磁力大于磁性顶针的重力时，磁性顶针向上移动至目标位置；同理，磁性顶针实现向下移动，此处不再赘述。
在一种具体的实施方式中，所述盲孔的内壁设置有限位件以用于限制所述磁性顶针上升的高度。优选地，所述磁性顶针的底端沿径向延伸形成限位部，所述限位部尺寸小于所述盲孔尺寸；所述限位件的中心开设限位孔，所述限位孔的尺寸小于限位部的尺寸，所述磁性顶针的尺寸小于所述限位孔的尺寸。优选地，所述盲孔靠近顶部开口处的内壁沿径向开设环状槽以用于安装限位件；所述盲孔的位于环状槽上方的侧壁沿轴向开设轴向槽，所述轴向槽连通于所述环状槽；所述限位件的外缘形成有与所述轴向槽匹配的凸缘。
该具体实施方式中，限位部尺寸小于盲孔尺寸是指，限位部可在盲孔内沿轴向移动，轴向移动时，不受盲孔内壁的限制，例如，盲孔和限位部均为圆形时，盲孔的直径大于限位部直径，盲孔和限位部均为正方形时，限位部的边长小于盲孔的边长，盲孔为正方形，限位部为圆形时，盲孔的边长大于限位部的直径，依次类推即可；同理，可理解限位孔的尺寸小于限位部的尺寸是指，限位部沿盲孔轴向移动时，受限位孔孔壁的限制，无法穿过限位孔，限位孔的孔壁对限位部进行了限制；所述磁性顶针的尺寸小于所述限位孔的尺寸是指，磁性顶针可穿过限位孔，并沿竖直方向移动且不受限位孔孔壁的限制。
图4-图5示出了盲孔、限位件的结构，以圆形盲孔和圆形限位件为例进行说明，环状槽自盲孔的内壁沿径向开设，环形槽的底面形成的圆的直径大于盲孔的直径；盲孔的孔壁可以开设一个轴向槽，也可以开设多个轴向槽，优先至少开设两个轴向槽，当轴向槽至少为两个时，轴向槽沿盲孔的周向优选为均匀分布，同理，限位件的周缘可以是有一个凸缘，也可以有多个凸缘，优先至少两个凸缘，当凸缘为至少两个时，凸缘沿限位件的周向优选为均匀分布，且凸缘的位置和形状与轴向槽相匹配，即，凸缘可置于与其相匹配的轴向槽内。需要说明的是，凸缘至限位件圆心的距离大于盲孔的半径，且小于环形槽的半径。
将限位件安装于盲孔的步骤如下：先将磁性顶针放入盲孔内，再将限位件的凸缘置于对应的轴向槽后，将限位件沿盲孔轴向推动至环形槽(环形槽的宽度大于或等于凸缘的厚度)，之后转动限位件以使凸缘脱离轴向槽进入环形槽内，环形槽的上下两个壁对凸缘进行限位，进而将凸缘限定在环形槽内，从而实现将限位件安装于盲孔内；这种安装方式可有效避免使用紧固件(螺丝)可能产生的颗粒物，且安装操作简单便捷，可操作性强。另外，若磁性顶针的长度小于限位件距盲孔底面的距离(即限位件在盲孔内的安装高度)时，优选地，将限位件的下表面可以设置为内锥面，如图6所示，这样设置的目的是实现限位件对磁性顶针的导向，若限位件的下表面为平面时，磁性顶针受到磁力向上移动时，限位件的下表面可能会阻止磁性顶针进一步向上移动；可理解地，即便磁性顶针的长度大于限位件在盲孔内的安装高度，限位件也可以具有内锥面，内锥面可实现对限位部进行导向。需要说明的是，本申请对磁性顶针的限位，还可以通过位置传感器实现，位置传感器与设备的控制机构实时信号交互，控制机构通过信号传感器的信息控制可变磁场的大小，通过磁力的变化，实现对磁性顶针位置的限制，由于此处可通过现有技术实现，因此，不再赘述。
在一种具体的实施方式中，所述盲孔的数量至少为三个，优选为三个或四个，磁性顶针的数量与盲孔的数量相等。可理解地，限位件在各盲孔内的安装高度优先为相同，也可以不安装于同一高度，只要限位件对磁性顶针限位有，磁性顶针超出静电卡盘的高度相同即可。
在一种具体的实施方式中，所述盲孔的侧壁为导磁材质，可理解地，若采用磁屏蔽材质，则会导致磁场无法穿过盲孔壁，进而无法对磁性顶针产生磁力。
在一种具体的实施方式中，所述磁性顶针上升至最大高度时，其超出所述静电卡盘的长度小于所述磁性顶针总长度的4/5。可理解地，由于磁性顶针在磁场和重力的作用下，处于悬浮状态，因此，容易出现偏倒的情况，为了保证其尽量处于竖直状态，需要盲孔的孔壁对其进行偏倒限位，防止进一步偏倒而无法起到对晶圆进行顶升或下降，因此，其工作时，达到最大高度处，需要依然有一部分处于盲孔内以用于对磁性顶针的偏倒角度进行限位，例如优选地，磁性顶针至少有1/5处于盲孔内；需要说明的是盲孔对磁性顶针的的偏倒限位与两者的尺寸比例有关(圆形盲孔的直径与圆形磁性顶针的直径、正方形盲孔的边长与正方形磁性顶针的边长、正方形盲孔的边长与圆形磁性顶针的直径等)，两者的尺寸越接近，磁性顶针留在盲孔内的长度越短。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种晶圆升降系统，用于集成电路的晶圆加工设备或清洗设备，其特征在于，包括：
静电卡盘，其用于承载晶圆，所述静电卡盘上表面开设有多个盲孔，且所述盲孔的位置分布非直线分布；
磁性顶针，其放置于所述盲孔内；
磁力升降结构，其用于在所述盲孔内产生可变磁场以控制所述磁性顶针沿所述盲孔的轴向上升或下降；
晶圆升降系统接收晶圆的步骤如下：
S1.设备收到接收晶圆的信号后，控制磁力升降结构，在盲孔内产生沿盲孔轴向的可变磁场，且可变磁场的方向与磁性顶针的磁场方向相反，可变磁场的场强逐渐增大至与磁性顶针相互作用的磁力大于磁性顶针的重力时，磁性顶针沿盲孔轴向向上移动至目标位置处；
S2.设备和机械手臂信号交互完成后，机械手臂将晶圆放置于磁性顶针的顶部，机械手臂收回；
S3.设备检测到晶圆放置于磁性顶针后，控制磁力升降结构产生的可变磁场逐渐减弱至可变磁场与磁性顶针的磁场相互作用的磁力小于晶圆与磁性顶针的总重量，磁性顶针带动晶圆逐渐下降至将晶圆放置于静电卡盘表面。
2.如权利要求1所述的晶圆升降系统，其特征在于，所述磁力升降机构包括控制器、功率放大器和线圈，所述线圈绕所述盲孔的外壁周向缠绕；
所述控制器通过控制所述功率放大器实现对所述线圈产生的磁场大小进行调节。
3.如权利要求2所述的晶圆升降系统，其特征在于，所述盲孔的内壁设置有限位件以用于限制所述磁性顶针上升的高度。
4.如权利要求3所述的晶圆升降系统，其特征在于，所述磁性顶针的底端沿径向延伸形成限位部，所述限位部尺寸小于所述盲孔的尺寸；
所述限位件的中心开设限位孔，所述限位孔的尺寸小于限位部的尺寸，所述磁性顶针的尺寸小于所述限位孔的尺寸。
5.如权利要求4所述的晶圆升降系统，其特征在于，所述盲孔靠近顶部开口处的内壁沿径向开设环状槽以用于安装限位件；
所述盲孔的位于环状槽上方的侧壁沿轴向开设轴向槽，所述轴向槽连通于所述环状槽；
所述限位件的外缘形成有与所述轴向槽匹配的凸缘。
6.如权利要求1所述的晶圆升降系统，其特征在于，所述盲孔的数量至少为三个。
7.如权利要求1所述的晶圆升降系统，其特征在于，所述盲孔的数量为三个或四个。
8.如权利要求1所述的晶圆升降系统，其特征在于，所述盲孔侧壁为导磁材质。
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