CN1947223A - 简化的晶片对准 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在半导体制造工具中对准晶片。更特别是，本发明的一个或多个方面涉及快速和有效地找出晶片上的例如对准缺口的对准标记，使得晶片在对准工具中适当定向。不同于传统系统，缺口在不牢固保持和转动或旋转晶片的情况下定位。由此减小暴露于大量背面污染物的情况，以及降低与对准晶片相关的复杂性和/或成本。

Description

简化的晶片对准

技术领域

本发明总体涉及一种半导体制造，并且更特别是涉及一种简化晶片对准的技术。

背景技术

用于半导体制造的晶片通常由例如块硅的结晶材料形成。特别是，每种特定类型的单晶硅(公知为刚玉)生长成细长的长度，并且从中切割成薄片(例如晶片)。晶片的结晶结构有利于形成半导体元件，这是由于它有助于控制器件的电气性能并且在整个半导体材料中限制均匀的电性能。另外，由于降低器件性能的杂质趋于集中在材料的原子结构的不规则处，结晶结构的规则性可提供预期性极高的器件性能和产量。

在硅晶片上形成半导体器件时，晶片通常经过许多制造阶段。因此，晶片可一次或多次通过不同的半导体加工工具。一种这样的工具是离子植入器。离子植入器用来通过掺杂材料的离子有选择地撞击晶片的多个区域。离子输入晶片并改变其组成，因此该晶片的区域具有特定的电性能，例如可用于在晶片上制造某种半导体器件，例如晶体管。

可以理解到晶片相对于加工工具的取向非常重要。对于离子植入器来说，希望的是将晶片与掺杂离子束“对准”，使得少数离子碰到晶片的晶格结构，并且离子由此相对深地植入晶片或衬底中。作为选择，希望的是略微“不对准”晶片，使得某些离子碰到晶格结构并被挡住、减速或由此反射。在任一情况下，不适当的对准可造成不希望程度的沟道效应(例如过小或过大)。另外，偏离正常晶格取向和形成在晶片上的结构尺寸会影响屏蔽效应，并且不利地影响注入过程和所得的半导体器件。

因此，晶片通常具有指示其晶格结构的某些标记。例如，晶片通常标示有例如1，0，0的米勒刻度数据，来指示晶片相对于晶片的机械或切割表面的正常晶格结构。晶片还通常还具有表示晶片晶体的轴线的结构。这种结构通常是沿着晶片的外周边的缺口或平边缘。结构的数量和相互之间的取向用来表示晶片的晶体类型，并且通过半导体设备和材料国际规定(SEMI)来控制。较大的晶片尺寸(例如200和300mm)通常使用标准化的缺口，而不使用平边缘。

目前有多种销售的对准器可以使用，并且通常通过将晶片放置在对准器上来操作。晶片通过某些使得晶片旋转的机构来捕捉。这种旋转用来将晶片的周边经过某种类型的传感器，以便定位缺口。捕捉晶片的传统方法通常使用位于晶片中心处的真空夹头。但是，由于大多数系统在真空下操作，会难以同样通过真空来捕捉晶片。另外，由于在制造过程中一个或多个晶片会多次经过相同或不同的工具，背面污染变得棘手。这需要进行多次再对准，由此例如颗粒的污染物会转移到对准器和晶片的背面。这种污染物会不利地影响随后加工，并且最终降低器件的性能。

因此，还会使用边缘夹持对准器。边缘夹持对准器具有背面污染程度低的优点，但是具有与正在扫描的晶片边缘干涉的缺陷。在某些情况下，定位缺口需要在不同位置上进行重新夹紧，并且因此降低产量。一旦缺口定位，晶片通常相对于缺口再次转动到预定取向上。通常此取向是通讯到对准器的数值，并且根据加工条件随着批次变化。

传统的对准器还可提供对中功能。例如，可启动对准环以便在晶片由机器人放置在对准器上之后机械对中晶片。其它对准器可在对准过程中定位晶片的中心，并且提供真正的中心位置。无论如何，在已经定位缺口并找到晶片中心之后，相同和不同的机器人可取出晶片(例如通过在作为晶片中心的新位置处拾取晶片)并且使其输送到制造工具。

然而，晶片损坏和背面污染的潜在因素、保持和输送晶片的困难以及与对准晶片、定位缺口和重新定向晶片相关的长循环时间为对准系统留下改进的空间。

发明内容

下面提供本发明的简化概括，以便提供本发明某些方面的基本理解。此概括不是本发明的广泛综述。所打算的是既不确定本发明的关键或重要元素，也不限定本发明的范围。其主要目的只在于以简化形式作为随后提供的更加详细的描述的前序部分提出本发明的一种或多种概念。

本发明针对在半导体制造工具中对准晶片。更特别是，本发明的一个或多个方面涉及在晶片上快速和有效地找出例如对准缺口的对准标记，使得晶片在对准工具内适当定向。不同于传统系统，缺口在不牢固保持和旋转或转动晶片的情况下定位。由此减小暴露于大量背面污染物的情况，以及降低与对准晶片相关的复杂性和/或成本。

按照本发明的一个或多个方面，披露一种系统，该系统适用于定位半导体晶片上的对准标记。该系统包括轴和可运动安装在轴上的套筒。一个或多个支承销安装在轴的一端上，并且适用于支承位于其上的晶片。臂构件可操作地连接到套筒上，并且在晶片位于一个或多个支承销上时，臂构件的一端朝着晶片向上延伸。臂构件的端部可操作地形成可与晶片的周边相交的辐射射束。因此晶片可通过围绕晶片的周边转动臂构件来扫描，并且该标记可通过改变透过晶片的辐射量的变化来识别。

按照本发明的一个或多个其它方面，披露一种适用于在半导体晶片上对准标记的机构。该机构包括保持晶片的支承结构，支承结构接触晶片背面的少量表面面积以便减小颗粒污染。该机构还包括相对于晶片运动的构件以便检测对准标记。

按照本发明的一个或多个其它方面，披露一种检测位于晶片周边上的对准标记的方法。该方法包括将晶片保持在接触晶片背面的少量表面面积以便减小颗粒污染的支承结构上。该方法还包括围绕晶片运动一个构件以便检测对准标记。

为了实现所述和相关目的，下面的描述和附图详细提出本发明的某些说明性的方面和应用。这些是可利用本发明的一个或多个方面的几种不同方式。在结合附图进行考虑时，本发明的其它方面、优点和新颖特征将从本发明的以下详细描述中得以清楚。

附图说明

图1是晶格结构的一部分的实例的透视图，其中离子射束以大致等于90度的角度指向晶格结构；

图2是图1所示的晶格结构的一部分的实例的透视图，其中离子射束以大约90度以外的角度指向晶格结构；

图3是其上具有多个特征的半导体衬底或晶片的一部分的截面侧视图，该特征分开不同的距离，并且在离子植入期间经历不同程度的屏蔽效应；

图4表示按照本发明的一个或多个方面适用于识别对准标记的示例性系统；

图5表示晶片和在晶片周边的多个位置上照射在晶片上的光射束的示例性顶视图；

图6是透过晶片的光量相对于指向晶片的光射束位置的视图，并且对应于图5所示的示例性配置；

图7是晶片和在晶片周边的多个位置上照射在晶片上的光射束的另一示例性顶视图；

图8是透过晶片的光量相对于指向晶片的光射束位置的另一视图，并且对应于图7所示的示例性配置。

具体实施方式

参考附图描述本发明的一个或多个方面，在所有附图中类似的参考标号通常用来指的是类似的元件，并且不需要按照比例绘制多种结构。在以下描述中，为了说明的目的，提出多种特定的细节以便提供本发明的一个或多个方面的透彻理解。但是对于本领域普通技术人员明显的是本发明的一个或多个方面可在这些特定细节的较低程度的情况下实施。在其它情况下，公知的结构和装置以方框图的形式表示，以有助于描述本发明的一个或多个方面。

本发明针对在半导体工具内对准晶片。更特别是，本发明的一个或多个方面涉及快速和有效地找出晶片上的例如对准缺口的对准标记，使得晶片在对准工具内适当定向。不同于传统系统，缺口在没有牢固保持和转动或旋转晶片的情况下定位。由此减小暴露于大量背面污染物的情况，以及降低与对准晶片相关的复杂性和/或成本。

如上所述，在某些情况下，重要的是在半导体加工工具中适当对准晶片。例如，晶片必须在离子植入器中以特定方式对准，以便实现所需程度的沟道和/或屏蔽效应。参考图1，例如表示具有大致立方体构造的通用晶格结构100的一部分。在所示的实例中，晶格结构100具有27个(例如3×3×3)晶胞102，晶胞本身都是大致的立方体形状。但是应该理解到晶格结构可具有任何多种不同的构造，并且可具有任何数量的具有多种不同形状(例如菱形、金字塔形、六边形等)的晶胞。

图1中掺杂离子射束104的方向大致垂直于晶格结构的平面，使得射束可以透过，而不遇到晶格结构的多个(如果有的话)部分。因此，离子可略微深深植入衬底中。根据所得的电性能，这可能是所希望的，或者可能是不希望的。可以理解到其它方面也可影响沟道效应，例如衬底的非晶体程度、衬底的原子质量以及射束内离子的质量和/或能量。例如射束104内离子的质量和/或能量越大，离子越容易深深地植入衬底。

通过进一步说明，图2中的射束104的方向大致不垂直于晶格结构100的平面。因此，离子射束104内的离子可能遇到晶格结构的部分106，并且失去能量和/或由此减速，或者如箭头108所示反射或偏离这些部分，并由此停留在植入材料的肤浅部分内。因此，希望的是以90度以外的角度将离子射束指向晶格结构100，以便减小沟道效应的大小，并且控制掺杂离子植入衬底的深度。

有关晶片在植入工具中对准的另一因素是屏蔽效应。例如，电子工业中的趋势是缩小电子器件的尺寸，以便制造更小、功能更强大的器件(例如蜂窝式电话、数字照相机等)，这些器件可以较少的功率进行更多的复杂操作。为此，例如晶体管的半导体部件及其结构连续减小尺寸，并且更加紧密成形。但是这种高度“包裹”造成屏蔽效应，由此将要掺杂的晶片部分接收很少离子，甚至接收不到离子。另外，这种屏蔽效应可在植入角度增加时加剧，例如减小了沟道效应。

参考图3，例如，半导体衬底或晶片300的一部分的截面图具有形成其上的多个特征302、304、306、308以及限定在各个特征之间的各自间距310、312、314。特征302、304、306、308都具有大致相同的高度。但是某些阻性特征302、304、306、308比其它特征更加靠近，因此其中的相应间距310、312、314具有不同的宽度。由间距310、312、314暴露的衬底300的区域320、322、324经由离子掺杂工具掺杂。

因此，一个或多个离子射束220指向衬底300以便进行掺杂。射束330以一个角度指向(例如减小沟道效应)，并且衬底区域320、322、324内的区域350、352、354接收少于所需量的掺杂离子。可以看出当特征302、304、306、208更加靠近，并且各自间距310、312、314由此制成更窄时，不充分掺杂区域350、352、354占据衬底区域320、322、324内的越来越大的部分。因此，在继续缩小尺寸时，晶片在植入工具内的适当对准变得越来越重要(例如，实现所需程度的沟道效应，同时充分减小屏蔽效应)。

例如离子植入器的某种半导体制造工具具有在晶片位于加工位置的同时重新定向晶片的能力。离子植入器可例如在不同的植入步骤之间转动晶片。例如，可进行“方形”植入，由此晶片反复转动并且通过离子植入。例如，可以更加完全掺杂特征302、304、306、308之间的不能充分和/或均匀掺杂的区域320、322、324。通过转动晶片或者通过组合控制两条倾斜轴，以便设定倾斜和扭转取向，在加工工具中添加马达轴还可改变扭转角度。

按照本发明的一个或多个方面，采用在晶片不需要转动便可找到对准缺口的对准机构。晶片通过围绕固定晶片运动的仪器扫描。由于晶片不必须运动，不需要牢固地保持就位(例如通过真空)。相反，晶片可例如静置在几个销上。这大大减小了颗粒转移和背面污染的机会。不需要转动晶片尤其还减小了设备成本。另外，通过减小与高速转动晶片相关的向心问题，扫描固定晶片可大大改善循环时间。不需要“重新夹持”和/或重新定向晶片还有助于减小成本，并且改善循环时间和产量。

示例性结构表示在图4中。对准机构400包括轴402和可围绕轴402运动(例如转动)安装的套筒404。一个或多个支承销406同样安装在轴402的一端上。支承销406可操作以便保持静置其上的晶片408。臂构件410可操作地连接到套筒404上，并且朝着晶片408向上延伸。靠近晶片408的臂410的一端414具有一个或多个从中延伸的突出部418。一个或多个突出部418适用于在其中形成与晶片408的周边相交的光或其它类型辐射的射束420。

为了对准晶片408，机构400适用于在晶片408内定位识别缺口422。但是，除了旋转晶片408之外，套筒404使得臂410以受控方式围绕轴402转动。这使得臂410以及更特别是光射束420扫描晶片408的周边。在一个实例中，在光射束420不再由于与射束420相交的晶片408的周边而完全或部分中断时识别缺口422。臂410的端部414还可更加靠近或远离晶片408运动，例如经由一个或多个枢转点426(例如可通过马达(未示出)控制)。这使得臂410的端部414将光射束420或长或短地延伸到晶片408上。将理解到对准缺口422的尺寸在附图中夸大以便进行说明，并且对准缺口通常只包括大约1毫米的间隙。

一旦在晶片408上识别对准标记422，机器人臂430可接着拾取晶片408，并且使其运动到例如离子植入器的加工工具432。晶片408可放置在例如静电夹的某种类型的夹紧机构434上，以便在工具432内保持就位。工具432可具有经由转动轴438扭转晶片408以及经由某种类型的操作平台倾斜晶片408的能力(例如使得离子射束440指向晶片408以便在晶片408内形成更加均匀的植入区域并减小屏蔽效应)。通过实例，授予Ray的US专利NO.4975586更加详细地披露一种示例性末端站及其组件，其中末端站具有围绕多个轴运动的晶片支承件或保持件。此专利整体结合于此作为参考。

可包含控制器或CPU450，以便控制对准机构400的操作。控制器450可以是机构400的整体部分和/或可操作地连接其上(例如经由硬线和/或射频信号452)。控制器450可例如调节臂围绕晶片408转动的速度和/或臂410的端部414与晶片408的接近程度(例如通过可操作地连接到套筒404上的马达(未示出))。

这种控制器450还可从突出部418内的传感器(未示出)进行读取，例如确定光射束420是否受到晶片480的周边的影响(例如，有多少光被“挡住”和/或晶片408允许多少光通过)。控制器450可类似地连接到光学显示器454和机器人臂430上，以便控制显示器454上显示的数据，并且控制将晶片408初次放置在销406上，以及机器人臂430何时和如何使其晶片408，并且使其运动到工具432。

通过实例，臂410可开始在初始位置(例如0度)扫描晶片，并且围绕晶片408继续转动。一旦找到缺口422，可以确定缺口相对于晶片408的初始位置的位置(例如138度)。因此，知道缺口何处定位，机器人臂430可接着拾取晶片408，并将晶片转移到工具432，并例如使其适当放置在基座上。此数据还可通讯到工具432上，使得晶片408可在其中适当定向(例如经由操作轴438)。作为选择，由于控制器450知道缺口的位置，控制器可控制机器人臂430拾取晶片408以便放置在夹具434上的方式，使得轴438很少转动，或不需要转动。

某些扫描数据可通过一种或多种方式显示在显示器454上。图5例如表示在机构400内扫描的晶片408的顶视图。射束420表示成围绕晶片408的周边在多个扫描位置上，即0度的初始位置、90度、180度和270度位置。在所示的实例中，射束具有大致椭圆形的截面。但是将理解到射束可具有任何适当的构造。另外，在所示实例中，不是所有的射束420与晶片408的周边相交。例如射束可以是1厘米宽，其中射束的大约一半被晶片挡住，并且射束420的一半允许经过射束检测器。但是可在本发明的范围内采用和考虑其它构造和配置。

图6是透过晶片408的光相对于晶片408的扫描位置的示例性视图600。该视图可例如与图5所示的情况相对应。晶片408的扫描位置设置在x轴上，而透过晶片408的光量设置在y轴上。将理解到透过的光量可通过例如位于在晶片408之上或之下延伸的突出部418上的传感器检测。这种传感器可与位于在晶片408之上或之下延伸的相对突出部上的发光源相对定位。

可以看出大约50％的光在0度的初始位置处透过晶片，并且直到90度以前，大约50％的光继续透过晶片。在此实例中，在大约90度扫描位置处，透过的光的百分比跳跃到几乎100％。在90度位置之后，透过光量快速返回到大约50％，并且在扫描晶片408的其它部分时保持在此水平上。这与图5所示的实例一致，其中缺口422位于大约90度位置上，并且在射束扫描此位置时，大致所有的射束420透过缺口区域。另外，只有大约一半的射束允许透过晶片。

将理解到还可通过设备400确定晶片中心。通过实例，图7表示不在机构400内对中的晶片408的顶视图。因此，不同量的射束420在围绕晶片周边的不同位置处落在晶片408上。例如，非常少的射束420在0度初始位置处遇到晶片408。由于没有对准缺口422，在扫描继续到180度位置时，越来越多的射束被晶片挡住。随后，在扫描返回到0度位置时，越来越少的射束420被晶片挡住。机构400以及更特别是控制器450或处理器可利用这种数据来确定晶片408的中心。机器人臂430可接着根据需要操作晶片408(例如在销406上对中晶片408)。另外，或者作为选择，此信息可传递到加工工具432，使得晶片408可在其中适当定向(例如转动)。

图8是例如与图7所示的情况相对应的透过光的示例性视图800。如图6那样，晶片408的扫描位置设置在x轴上，而透过晶片408的光量设置在y轴上。在0度的初始位置上，大致所有的光透过晶片408。但是在扫描继续时，透过光的百分比开始逐渐减小。在大约90度位置时，透过光的百分比从50％跳跃到几乎100％，表示射束420遇到缺口422。在接近180度位置时，透过光量接着逐渐回落到大约零。在扫描继续到270度位置时，越来越多的光接着允许透过晶片，并且逐渐返回到0或360度的初始位置。

因此，本发明的一个或多个方面允许半导体制造工具根据现有的硬件使用得到的信息和/或数据而在加工位置上转动或操作晶片，而不需要对准器转动晶片。通过消除在对准器处实际上转动晶片的需要，可以实现更加简单的机构。由于晶片不再运动，对准机构400内的转动速度(例如臂410)可以非常快，并且通过马达驱动器和数据得到时间来控制，而没有颗粒的问题。

另外，由于不需要在转动晶片时用力将晶片保持就位，将晶片放置在立柱或销上消除了颗粒污染。读取值还可用来确定晶片的中心，并且此信息可提供给工具，使得机器人能够取出正确对中的晶片。此系统适用于允许在加工位置或对准器和加工站之间的中间位置上单独设定晶片取向的工具类型。与传统系统相比，本发明的一个或多个方面因此尤其可以提供一种具有较低成本、较低背面颗粒污染和较快循环时间的晶片对准功能。

虽然相对于一个或多个应用描述和说明了本发明，本领域的普通技术人员将根据说明书和附图的阅读和理解进行等同的变型和改型。本发明包括所有这种变型和改型，并且只受到以下权利要求的限制。特别是对于所述部件(组件、装置、回路等)所进行的多种功能来说，除非特别说明，即使结构上不等同于在本发明的所述示例性应用中进行这种功能的所述结构，用来描述这种部件的术语(包括“装置”的相关术语)旨在与进行所述部件的特定功能(即功能上等同)的任何部件相对应。另外，虽然相对于多个应用中的一个应用描述了本发明的特定特征，对于任何给定或特定应用有利和有效性来说，这种特征可与其它应用的一个或多个其它特征相结合。另外，详细说明和权利要求中均用到“包含”、“具有”等词语及其变化形式，这些术语类似于“包括”具有包含的意思。同样，这里使用的术语“示例性”简单指的是实例，而不是最佳。

Claims (25)

1.一种适用于在半导体晶片上定位对准标记的系统，包括：

轴；

可运动地安装在轴上的套筒；

安装在轴的一端上并适用于支承位于其上的晶片的一个或多个支承销；以及

可操作地连接到套筒上的臂构件，在晶片位于一个或多个支承销上时，臂构件的一端朝着晶片向上延伸，臂构件的所述端可操作，以便形成可与晶片周边相交的辐射射束，其中晶片可通过围绕晶片周边转动臂构件来扫描，并且该标记可通过透过晶片的辐射量的变化来识别。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

可操作地连接到臂上以便调节臂的运动并从一个或多个传感器获得有关晶片周围的多个位置处透过晶片的辐射量的扫描数据的控制器。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，控制器还可操作地连接到机器人臂上，机器人臂适用于将晶片放置在销上，并且从销上取出晶片，并且将晶片传递到半导体加工工具上。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，控制器还可操作地连接到加工工具上，以便将数据传递其中，加工工具能够在其中适当定向晶片，以响应晶片离开机器人臂的定向和扫描数据。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括适用于将扫描数据提供给使用者的显示器。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，晶片的中心还可通过观察晶片周围的不同位置处透过晶片的辐射量的逐渐变化来识别。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，辐射射束具有大约1厘米的宽度。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，辐射射束具有大致椭圆形的截面。

9.如权利要求2所述的系统，其特征在于，辐射射束由位于定位在晶片之上或之下并从臂构件的端部伸出的突出部上的辐射发射源形成。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，一个或多个传感器位于从臂构件的端部伸出并位于晶片之上或之下而且与包括辐射发射源的突出部相对的另一突出部内。

11.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括位于臂和套筒之间并使得臂的端部靠近或离开晶片运动的一个或多个枢转点。

12.如权利要求1所述的系统，其特征在于，销接触晶片背面的少量表面面积以便减小颗粒污染。

13.如权利要求1所述的系统，其特征在于，对准标记包括晶片周边内的缺口。

14.一种适用于将对准标记定位在半导体晶片上的机构，包括：

用于支承晶片的支承结构，支承结构接触晶片背面的少量表面面积，以便减小颗粒污染；以及

相对于晶片运动以便检测对准标记的构件。

15.如权利要求14所述的机构，其特征在于，该构件将辐射射束指向晶片的周边，并且在透过晶片的辐射量出现变化时识别标记。

16.如权利要求15所述的机构，其特征在于，晶片的中心还可通过观察晶片周围的不同位置处透过晶片的辐射量的逐渐变化来识别。

17.如权利要求15所述的机构，其特征在于，辐射射束具有大约1厘米的宽度。

18.如权利要求15所述的机构，其特征在于，辐射射束具有大致椭圆形的截面。

19.一种检测位于晶片周边上的对准标记的方法，包括：

在接触晶片背面的少量表面面积以便减小颗粒污染的支承结构上支承晶片；

围绕晶片运动构件以便检测对准标记。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括：

在晶片的周边检测辐射射束，并且在透过晶片的辐射量出现变化时识别标记。

21.一种对准晶片的方法，包括：

将对准缺口定位在晶片的周边上，同时晶片不位于加工站内；

根据对准缺口的位置，利用加工站内的转动轴线，根据需要在加工站内定向晶片。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括：

将有关对准缺口的位置的数据传递到加工站。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括：

获得有关晶片中心的对中数据；以及

利用对中数据，在加工站内根据需要定向晶片。

24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括：

将辐射射束指向晶片的周边；

围绕晶片转动辐射射束；以及

在定位对准缺口中，检测透过晶片的辐射量的变化。

25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，还包括：

在获得对中数据中，观察晶片周围的不同位置处透过晶片的辐射量的逐渐变化。

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