TW201812990A - 用於靜電卡盤系統的置中夾具 - Google Patents

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Abstract

本發明提供的是用於在卡盤上置中晶圓的置中夾具。該置中夾具包括含上表面、下表面、內周緣及外周緣的本體。卡盤座置於該內周緣的下部分中並組配成用來使該本體與該卡盤嵌合。晶圓座置於該卡盤座上面該內周緣的上部分中，該晶圓座組配成用來接收該晶圓並使其在該卡盤上置中。該置中夾具確保該晶圓相對於該卡盤置中以供自動化裝卸系統校準之用。該晶圓、本體、卡盤、卡盤座及晶圓座可為圓形。

Description

用於靜電卡盤系統的置中夾具
本發明關於半導體製造，並且更具體地說，關於用於靜電卡盤系統的置中夾具以及訓練自動化裝卸系統的方法。
製作半導體晶圓時，在大量各種半導體處理系統之間輸送各晶圓以在晶圓上進行不同製作程序。各腔室所實行的工作可不同，例如：沉積、蝕刻等。晶圓是在諸處理系統內及之間通過自動化裝卸器來移動。該自動化裝卸器從一個處理系統拾取該晶圓，並且將其移至下一個處理系統或移進處理系統中。
某些處理系統包括特定工作腔室，其包括用以將晶圓持固於所欲位置中的靜電卡盤(ESC)系統。ESC系統可包括可帶靜電以在卡盤上將晶圓持固就位的卡盤或平臺。卡盤可為圓形或另一形狀。另外，ESC系統包括上由自動化裝卸器相對於卡盤採置中方式安置晶圓的一組收放式提銷。處理室中各別ESC系統上置中的晶圓處於理想位置以供特定處理系統進行準確且可重複處理。
自動化裝卸器包括載臂，該載臂攜載晶圓，並且在該晶圓進入各別處理系統期間，相對於卡盤採置中方式將其安置於該組收放式提銷上。提銷的收起將晶圓安置於卡盤上的置中位置中。無論是什麼處理系統，重要的是，晶圓是按照精確且可重複置中方式相對於其各別ESC系統位於處理系統內，以使得可按照可重複方式來進行後續處理，例如：均勻蝕刻晶圓。為了達到此精密及重複性，校準各自動化裝卸系統，尤其是其對準器系統，以安置自動化裝卸器的載臂，使得晶圓相對於卡盤置中。亦即，教對準器系統知道晶圓相對於卡盤的置中位置以供未來在置放由特定系統處理的晶圓時參考與使用。
相對於自動化裝卸系統校準的一項挑戰是相對於卡盤在特定處理系統內置中晶圓。按照習知，在校準期間，晶圓是置放於所選擇處理系統內的卡盤上，並且由使用者採目視方式置中。接著，基於目視置中來校準(教示)對準器系統。人因變異會負面影響校準。
本發明的第一態樣是針對一種用於在卡盤上將晶圓置中的置中夾具，該置中夾具包含：包括上表面、下表面、內周緣及外周緣的本體；置於該內周緣的下部分中並組配成用來使該本體與該卡盤嵌合的卡盤座；以及置於該卡盤座上面該內周緣的上部分中的晶圓座，該晶圓座組配成用來接收該晶圓並使其在該卡盤上置中。
本發明的第二態樣包括一種訓練自動化裝 卸系統供半導體處理系統將晶圓對準至該半導體處理系統的卡盤的方法，該方法包含：在該半導體處理系統的該卡盤上置放置中夾具，該置中夾具包括：包括上表面、下表面、內周緣及外周緣的本體，置於該內周緣的下部分中並組配成用來使該本體與該卡盤嵌合的卡盤座，以及置於該卡盤座上面該內周緣的上部分中的晶圓座，該晶圓座組配成用來接收晶圓並使其在該卡盤上對準；以及基於該置中夾具所提供的該晶圓的置中位置來校準該自動化裝卸系統。
本發明的第三態樣提供一種靜電卡盤(ESC)系統，包含：卡盤；以及用於在該卡盤上置中晶圓的置中夾具，該置中夾具包括：包括上表面、下表面、內周緣及外周緣的本體，置於該內周緣的下部分中並組配成用來使該本體與該卡盤嵌合的卡盤座，以及置於該卡盤座上面該內周緣的上部分中的晶圓座，該晶圓座組配成用來接收該晶圓並使其在該卡盤上置中。
本發明的前述及其它特徵將由以下本發明的具體實施例的更特定說明而顯而易見。
100‧‧‧置中夾具、晶圓
102‧‧‧靜電卡盤(ESC)系統、ESC系統
104‧‧‧圓形晶圓、晶圓
106‧‧‧控制載臂、自動化裝卸器載臂、載臂
108‧‧‧自動化裝卸系統
110‧‧‧圓形卡盤
112‧‧‧收放式提銷、提銷、銷
120‧‧‧圓形本體
122‧‧‧上表面
124‧‧‧下表面
126‧‧‧內周緣
128‧‧‧外周緣
130‧‧‧卡盤座
132‧‧‧分階座
134‧‧‧向內表面、表面
136‧‧‧向內表面、表面
138‧‧‧水平表面、表面
140‧‧‧向外表面、表面
142‧‧‧向外表面、表面
144‧‧‧水平表面、表面
150‧‧‧晶圓座
152‧‧‧上部分
154‧‧‧水平表面
156‧‧‧入壁
160‧‧‧裝卸槽
162‧‧‧對置平行側
170‧‧‧移除區
172‧‧‧圓化內面
本發明的具體實施例將搭配下列圖式詳述，其中相似的元件符號表示相似的元件，並且其中：第1圖展示置中夾具的透視圖。
第2圖展示置中夾具的平面圖。
第3圖展示置中夾具100相對於靜電卡盤 (ESC)系統、圓形晶圓及自動化裝卸器載臂的展開透視圖。
第4圖展示置中夾具的側透視圖。
第5圖展示置中夾具沿著第4圖中線條5-5的截面圖。
第6圖展示第5圖的置中夾具其中一部分的放大截面圖。
第7圖展示置中夾具在ESC系統上安置有圓形晶圓100的截面圖。
第8圖展示第7圖的ESC系統及置中夾具其中一部分的放大截面圖。
第9圖展示置中夾具由載臂在ESC系統上安置有圓形晶圓的平面圖。
第10圖展示置中夾具由載臂在ESC系統上安置有圓形晶圓的截面圖。
注意到的是，本發明的圖式並未按照比例。該圖式用意僅在於繪示本發明的典型態樣，因而不應該視為限制本發明的範疇。在圖式中，相似的元件符號代表該圖式之間相似的元件。
所提供的是一種相對於靜電卡盤(electrostatic chuck；ESC)系統的卡盤或平臺自動置中晶圓的置中夾具。通過移除晶圓置中時的人因變異，置中夾具容許用於半導體處理系統的自動化裝卸系統有更精確的校準。按照這種方式，可按照更可靠的方式來實行處理步驟， 例如：對晶圓邊緣進行均勻蝕刻。儘管本發明的教示將用圓形置中夾具容納圓形卡盤相對於圓形晶圓作說明，仍要強調的是，可將置中夾具應用到其它形狀的晶圓及卡盤，例如：方形、矩形等。
請參閱附圖，所提供的是用於在圓形卡盤上置中圓形晶圓的置中夾具100。第1圖展示透視圖且第2圖展示置中夾具100的平面圖，而第3圖展示置中夾具100相對於靜電卡盤(ESC)系統102、圓形晶圓104以及控制載臂106移動的自動化裝卸系統108(概要展示)的自動化裝卸器載臂106的展開透視圖。ESC系統102可包括典型為在半導體晶圓處理系統中使用的任何此時已知或在以後才開發的靜電卡盤系統。據瞭解，ESC系統102可包括圓形卡盤110，有時亦稱為平臺，其在通過內有提供ESC系統102的處理系統(圖未示)來提供處理期間，採靜電方式使圓形晶圓104與其固接。ESC系統102亦可包括一組收放式提銷112(所示有四個，但可有更多個)，其可選擇性地受延展以自載臂106提起圓形晶圓104，或可受收起以將圓形晶圓104降低到與圓形卡盤110接觸，亦即在自動化裝卸系統108的控制下降低。圓形晶圓104可包括待由內有提供ESC系統102的半導體處理系統來處理的任何形式的晶圓。處理系統可以是任何此時已知或在以後才開發的半導體處理系統，例如：沉積系統、諸如LAM® Alliance®蝕刻室的蝕刻系統等。
載臂106可採用能夠在ESC系統102上方 安置晶圓104的任何元件的形式。在所示實施例中，載臂106包括容許提銷112接合晶圓104的分叉構件，但其可具有各種形式。據瞭解，載臂106耦合至能夠按照任何晶圓安置方式來自動移動載臂106的自動化裝卸系統108，典型為在所選擇若干水平平面內垂直、斜角及/或線性移動。強調的重點是，載臂106及其相關聯自動化裝卸系統108可有能力按照任何方式移動，例如：垂直(Z)、水平(X或Y)、繞著任何軸轉動(搖動)等。自動化裝卸系統108可包括能夠使載臂106在其它結構之中自動移動的任何此時已知或在以後才開發的系統，諸如可得自Brooks Automation Inc.的系統，並且可包括影響其運作所需的任何各種電腦控制、伺服馬達、線性致動器、感測器等。
相對於ESC系統102，在自動化裝卸系統108的運作控制下，載臂106將圓形晶圓104從不在ESC系統102上方的位置(例如：特定處理系統外側)拾取，並且在ESC系統102上方移動圓形晶圓104。載臂106接著在收放式提銷112上的延展位置中安置圓形晶圓104，亦即將晶圓104降低到銷112上。收放式提銷112一由自動化裝卸系統108收起，圓形晶圓104便降低到圓形卡盤110上。據瞭解，此運作是由自動化裝卸系統108來控制並且同步化。
為了使自動化裝卸系統108的校準更精確，與習知的自動化裝卸系統校準相比之下，置中夾具100置於圓形卡盤110上，以確保圓形晶圓104與圓形卡盤110 置中。按照這種方式，得以消除圓形卡盤110上置中圓形晶圓104時的人因變異或錯誤，可準確地獲得並且記錄載臂106在圓形卡盤110上置中圓形晶圓104所需的位置以供自動化裝卸系統108在未來使用。此校準可包括自動化裝卸系統108用於獲得並且記錄置中位置所需的任何此時已知或在以後才開發的處理步驟，例如：記錄三維空間X、Y、Z中的載臂106位置以及各種搖動位置。
第4圖展示置中夾具100的側透視圖，第5圖展示置中夾具100沿著第4圖中線條5-5的截面圖，以及第6圖展示第5圖其中一部分的放大截面圖。請參閱第1、2及4至6圖，置中夾具100可包括含上表面122、下表面124(視圖有時模糊)、內周緣126及外周緣128的圓形本體120。按照這種方式，置中夾具100具有大致平坦的環形組態。
最佳如第6圖所示，置中夾具100亦包括安置於內周緣126的下部分中並且組配成用來使圓形本體120與圓形卡盤110(第3圖)嵌合的卡盤座130。更具體地說，憑藉圓形本體與卡盤，卡盤座130使圓形本體120與圓形卡盤110(第3圖)同心式嵌合。卡盤座130可包括組配成用來使圓形本體120與圓形卡盤110(第3圖)(同心式)嵌合的任何數目的表面。公差可小到足以確保裝配緊密，無法運作的可能性很低。在一項實施例中，卡盤座130包括分階座132，該分階座包括通過水平表面138分開的一對徑向相隔(相對於置中夾具100的中心)向內表面134、136。 第7圖展示附有晶圓100在ESC系統102及圓形卡盤110(未展示收放式銷體)上就位的置中夾具100的截面圖，並且第8圖展示第7圖其中一部分的放大截面圖。最佳如第8圖所示，圓形卡盤110包括由水平表面144所分開的一對徑向相隔(相對於圓形卡盤110的中心)向外表面140、142。置中夾具100表面134、136及138組配成用來與圓形卡盤110表面140、142及144嵌合，以相對於圓形卡盤110將置中夾具100同心式安置。在這項實施例中，分階座132的各表面134、136、138接合圓形卡盤110的表面；然而，這可能並非所有實例都需要，因為可存在確保同心安置的各種替代配置。
請回到第1、5、6及8圖，置中夾具100亦可包括安置在卡盤座130上面內周緣126的上部分152中的晶圓座150。最佳如第8圖所示，晶圓座150組配成用來接收圓形晶圓104並使其在圓形卡盤上置中，亦即經由置中夾具100來進行。晶圓座150可包括在置中夾具100中按照置中(亦即，使得對置側附近間隔相等的對準或關於圓形結構同心式對準，如所述)方式，且從而相對於圓形卡盤110來支撐圓形晶圓104所需的任何表面。在一項實施例中，晶圓座150可包括組配成用來持固圓形晶圓104(第8圖)的水平表面154，以及連接水平表面154與上表面122並且以非正交角(α與β)延展至兩者的入壁156。更具體地說，入壁156相對於水平表面154及上表面122呈斜角，為的是要形成外凸或傾斜開口，以抵靠水平表面154及入 壁156的底端而將圓形晶圓104引導到其最終位置內。入壁156底端處的直徑可大約符合圓形晶圓104的直徑，例如，就目前晶圓尺寸：200毫米(mm)或300mm。
第9圖展示平面圖，並且第10圖展示載臂106(第9圖的虛線中所示)附有圓形晶圓104安置於置中夾具100及ESC系統102上方的截面圖。如第1、2、9及10圖所示，置中夾具100亦可供選擇地包括位在上表面122中的裝卸槽160。如第9及10圖所示，裝卸槽160組配成用來容許自動化裝卸器載臂106的至少一部分通過圓形本體120以接取圓形晶圓104。在一項具體實施例中，裝卸槽160可包括自內周緣126切向延展至外周緣128的對置平行側162。對置平行側162從而在圓形本體120的上表面122中形成裝卸槽160。裝卸槽160可具有為載臂106提供餘隙所需的任何深度。
請參閱第2、5及6圖，置中夾具100亦可供選擇地包括安置於下表面124及外周緣128內的至少一個移除區170。在第5及6圖中，提供一對對置的移除區170。各移除區170可包括在外周緣128與下表面124之間延展的圓化內面172(僅第6圖)。各移除區170可延展至容許使用者將置中夾具100從ESC系統102(即從第7圖所示位置)實體移除或應用工具移除時所欲的任何角範圍。(多個)移除區170從而容許將置中夾具100從緊密公差設定中移除，但不會破壞ESC系統102或置中夾具100。
置中夾具100可由所具強度足以再利用且 可加工達到所欲公差的任何材料所製成。在一項實施例中，置中夾具100可由硬塑膠、金屬、或金屬化合物所施作。
本發明的具體實施例亦可包括一種訓練自動化裝卸系統108供半導體處理系統將圓形晶圓104對準至圓形卡盤110的方法。該方法可包括將置中夾具100置放於半導體處理系統的圓形卡盤110上，如第7圖所示，亦即使用載臂106(第9圖)來置放，接著基於置中夾具100所提供的圓形晶圓104的置中位置來校準自動化裝卸系統108。再次地，此校準可包括自動化裝卸系統108用於獲得並且記錄置中位置所需的任何此時已知或在以後才開發的處理步驟，例如：記錄三維空間X、Y、Z中的載臂106位置及各種搖動位置。舉例而言，如第9圖所示，圓形晶圓104可使用置中夾具100相對於圓形卡盤110來置中，並且可將用於置放圓形晶圓104的載臂106的位置記錄為「置中位置」以供未來使用。據瞭解，許多自動化裝卸系統108包括用以實行校準/教示程序的內建對準器系統，例如：具有嵌入式軟體。在試著相對於卡盤110採目視方式置中晶圓104時使用置中夾具100移除人因變異，得以改善準確度、重複性及機器人編程方法。
本文所用術語的目的僅在於說明特殊具體實施例並且意圖不在於限制本發明。單數形的“一”(及其變形)及“該”於本文中使用時，用意在於同樣包括複數形，除非內容另有清楚指示。將進一步瞭解的是，“包含” (及/或其變形)等詞於本說明書中使用時，指明所述特徵、整體、步驟、操作、元件及/或組件的存在，但並未排除一或多個其它特徵、整體、步驟、操作、元件、組件及/或其群組的存在或附加。“任選”或“供選擇地”意為後續所述事件或環境可或可不出現，並且該描述包括出現事件的實例及未出現事件的實例。
本說明書及申請專利範圍各處近似文句於本文中使用時，可套用來修飾任何定量表徵，其許可改變此定量表徵，但不會改變與其有關的基本功能。因此，一或多個諸如“約”、“大約”及“實質”的用語所修飾的值並不受限於指定的精確值。在至少一些實例中，該近似語言可對應於儀器測量該值時的精確度。本說明書及申請專利範圍這裡及各處可組合及/或互換範圍限制，此類範圍經識別並且包括其中所含有的子範圍，除非內容或文句另有所指。“大約”如應用到範圍的特定值時，適用於兩值，而且除非另外取決於測量該值的儀器的精確度，否則可表示所述值的+/-10%。
申請專利範圍中所有手段或步驟加上功能元件的對應結構、材料、動作及均等物用意在於包括結合如具體主張的其它主張專利權的元件所執行該功能的任何結構、材料或動作。已為了描述及說明而呈現本發明的說明，但無意於具有徹底性或局限於所揭示形式的揭露。許多修改及變化對於本領域技術人員將顯而易知而不脫離本發明的範疇及精神。選擇並說明具體實施例是為了更佳闡 釋本發明的原理及實際應用，並且如適用於經思考的特定用途，讓本領域技術人員能夠理解本發明經各種修改的各項具體實施例。

Claims (20)

  1. 一種用於在卡盤上將晶圓置中的置中夾具，該置中夾具包含：包括上表面、下表面、內周緣及外周緣的本體；置於該內周緣的下部分中並組配成用來使該本體與該卡盤嵌合的卡盤座；以及置於該卡盤座上面該內周緣的上部分中的晶圓座，該晶圓座組配成用來接收該晶圓並使其在該卡盤上置中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之置中夾具，更包含位在該上表面中的裝卸槽，該裝卸槽組配成用來容許自動化裝卸器載臂的至少一部分通過該本體以接取該晶圓。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之置中夾具，其中，該本體為圓形，並且該裝卸槽包括自該內周緣切向延展至該外周緣的對置平行側邊。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之置中夾具，更包含置於該下表面及該外周緣內的至少一個移除區。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之置中夾具，其中，各移除區包括介於該外周緣與該下表面之間的圓化內面。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之置中夾具，其中，該晶圓座包括組配成用來持固該晶圓的水平表面，以及連接該水平表面與該上表面並且以非正交角延展至兩者的入壁。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之置中夾具，其中，該卡盤座包括分階座，該分階座包括通過水平表面分開的一對徑向相隔向內表面。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之置中夾具，其中，該分階座的各表面接合該卡盤的表面。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之置中夾具，其中，該本體、該晶圓及該卡盤為圓形，以及其中，該卡盤座組配成用來使該本體與該卡盤同心式嵌合，並且該晶圓座組配成用來接收該晶圓並使其在該卡盤上同心式置中。
  10. 一種訓練自動化裝卸系統供半導體處理系統將晶圓對準至該半導體處理系統的卡盤的方法，該方法包含：在該半導體處理系統的該卡盤上置放置中夾具，該置中夾具包括：包括上表面、下表面、內周緣及外周緣的本體，置於該內周緣的下部分中並組配成用來使該本體與該卡盤嵌合的卡盤座，以及置於該卡盤座上面該內周緣的上部分中的晶圓座，該晶圓座組配成用來接收晶圓並使其在該卡盤上對準；以及基於該置中夾具所提供的該晶圓的置中位置來校準該自動化裝卸系統。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中，該晶圓、該卡盤、該本體、該卡盤座及該晶圓座為圓形，並且 該晶圓座在該卡盤上同心式對準該晶圓。
  12. 一種靜電卡盤(ESC)系統，包含：卡盤；以及用於在該卡盤上置中晶圓的置中夾具，該置中夾具包括：包括上表面、下表面、內周緣及外周緣的本體，置於該內周緣的下部分中並組配成用來使該本體與該卡盤嵌合的卡盤座，以及置於該卡盤座上面該內周緣的上部分中的晶圓座，該晶圓座組配成用來接收該晶圓並使其在該卡盤上置中。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之ESC系統，其中，該晶圓、該卡盤、該本體、該卡盤座及該晶圓座為圓形，以及該卡盤座使該本體與該卡盤同心式嵌合，並且該晶圓座在該卡盤上同心式對準該晶圓。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之ESC系統，其中，該置中夾具更包括位在該上表面中的裝卸槽，該裝卸槽組配成用來容許自動化裝卸器載臂的至少一部分通過該本體以接取該晶圓。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之ESC系統，其中，該本體為圓形，並且該裝卸槽包括自該內周緣切向延展至該外周緣的對置平行側邊。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之ESC系統，其中，該置中夾具更包括置於該下表面及該外周緣內的至少一個 移除區。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之ESC系統，其中，各移除區包括介於該外周緣與該下表面之間的圓化內面。
  18. 如申請專利範圍第12項所述之ESC系統，其中，該晶圓座包括組配成用來持固該晶圓的水平表面，以及連接該水平表面與該上表面並且以非正交角延展至兩者的入壁。
  19. 如申請專利範圍第12項所述之ESC系統，其中，該卡盤座包括分階座，該分階座包括通過水平表面分開的一對徑向相隔向內表面。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之ESC系統，其中，該分階座的各表面接合該卡盤的各表面。
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