TW202407836A - 用於減少背側標記之具有最小接觸面積結構的晶圓轉移槳 - Google Patents

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戴米恩 Ｍ 斯列文
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Abstract

晶圓處理設備，包括真空腔室，該真空腔室包括晶圓轉移臂及耦接至晶圓轉移臂之晶圓轉移槳。晶圓轉移槳包括至少一最小接觸面積(MCA)特徵部，其與晶圓轉移槳之上表面呈一體並在晶圓轉移槳之上表面上方延伸z高度。晶圓轉移槳包括在MCA特徵部上或鄰近MCA特徵部的氣流旁通結構。

Description

用於減少背側標記之具有最小接觸面積結構的晶圓轉移槳
本發明是關於用於減少背側標記之具有最小接觸面積結構的晶圓轉移槳。 [主張優先權]
本申請案為2022年1月19日提申之美國專利申請案第63/266,929號(標題為「WAFER TRANSFER PADDLES WITH MINIMUM CONTACT AREA STRUCTURES FOR REDUCED BACKSIDE MARKING」)的延續案並主張其優先權，其整體揭示內容以引用方式併入。
基板處理工具係用於在基板(如半導體晶圓)上執行例如膜之沉積及蝕刻的處理。例如，沉積可利用化學氣相沉積(CVD)、電漿增強CVD(PECVD)、原子層沉積(ALD)、電漿增強ALD(PEALD)及/或其他沉積製程來執行，以沉積導電膜、介電膜或其他類型的膜。沉積可在晶圓處理腔室中進行，例如PECVD腔室，其包括用於一次處理多於一個晶圓的多個站。在一些工具中，晶圓轉移系統可包含於晶圓處理腔室內。例如，晶圓轉移系統可包括旋轉分度器。旋轉分度器可包括具有晶圓轉移槳的臂。晶圓在轉移進出處理站期間可被支撐於晶圓轉移槳上。晶圓轉移槳可包括最小接觸面積(MCA)特徵部，例如檯面狀結構，以提供與晶圓的最小接觸。在沉積期間，晶圓轉移槳可移動至中立位置以允許晶圓安置於晶圓卡盤基座上。
在沉積期間，晶圓轉移槳可能暴露於製程氣體。MCA特徵部可能接收一系列含有沉積前驅物的製程氣體。沉積材料的膜經常在MCA特徵部之晶圓接觸表面上生長。當再次接觸晶圓時，沉積在MCA特徵部上的膜可能因優先黏附而轉移至晶圓背側。
晶圓基板被夾緊於基板支撐件(例如，基座)上。基座可透過靜電夾持或透過基座上卡盤所促使之真空來固持基板。在任一模式中，晶圓基板皆壓靠於卡盤上。在許多製程中，晶圓被熱循環以控制晶圓基板之顯露表面上的沉積或蝕刻化學。在晶圓膨脹或收縮之熱平衡期間，卡盤表面上之微觀不規則物可能會從晶圓基板之背側磨掉或刮掉小顆粒。顆粒可能積聚在卡盤上，並在同一工具中連續處理多個晶圓期間轉移至後續晶圓基板上。外來顆粒附著對晶圓背側造成的污染可能影響下游處理。例如，背側顆粒污染可能影響後續黃光微影操作的品質。
常見的解決方式是在卡盤表面上結合最小接觸面積(MCA)結構以將晶圓基板之背側與卡盤之間的接觸降至最小。MCA結構可為少量柱的形式，例如，分佈在卡盤表面上，而晶圓基板可置於卡盤表面上。MCA結構可使晶圓基板從卡盤表面偏移1至10密耳(mils)(例如，大概25至250微米)。MCA結構可分佈為使晶圓背側大部分不受干擾之圖案。MCA結構之接觸面積可能被限制於晶圓面積的一小部分。雖然最小接觸面積可能有利於降低顆粒產生，但夾持力可能會在將結構壓入基板背側表面的MCA結構上放大。通常，晶圓背側可能塗有例如阻層或沉積的氧化物或氮化物膜。晶圓背側可能包括用於觸點及積體電路之圖案化金屬化層、絕緣層及半導體層。MCA結構雖然有利於減少污染，但可能刺穿阻層或使介電膜破裂，從而損壞圖案化層或沉積膜。需要一項解決方法來降低MCA結構造成的損害，並保持其優勢。
至少一實施例描述用於降低晶圓背側損壞之最小接觸面積隔離圖案。在至少一實施例中，提供晶圓處理工具，其包括真空腔室及晶圓轉移槳。在至少一實施例中，真空腔室包括晶圓轉移臂。在至少一實施例中，晶圓轉移槳耦接至晶圓轉移臂。在至少一實施例中，晶圓轉移槳包括至少一最小接觸面積(MCA)特徵部，其與晶圓轉移槳之上表面呈一體並在晶圓轉移槳之上表面上方延伸z高度。在至少一實施例中，晶圓轉移槳包括在MCA特徵部上或鄰近MCA特徵部的氣流旁通結構。在至少一實施例中，MCA特徵部鄰近晶圓轉移槳之邊緣。在至少一實施例中，氣流旁通結構包括從邊緣向內凹陷的凹口。在至少一實施例中，凹口鄰近MCA特徵部。在至少一實施例中，凹口包括兩個直邊緣之間的彎曲邊緣。
諸多實施例描述用於減少晶圓背側損壞之最小接觸面積隔離圖案。在以下敘述中，闡述許多具體細節，例如結構方案，以提供對本發明實施例之透徹理解。本領域之技術人員顯知可在沒有此些具體細節下實行本發明之實施例。在其他實例中，不太詳細地描述眾所周知之特徵(例如蝕刻設備操作)以免不必要地模糊本發明的實施例。此外，當理解，圖中所示之諸多實施例為圖示呈現，且不一定按比例繪示。
在一些實例中，於以下敘述中，以方塊圖形式而非詳細地示出眾所周知之方法及裝置，以避免混淆本發明。本說明書全文提及「一實施例」、「至少一實施例」、或「一個實施例」或「一些實施例」意指結合該實施例所述之特定特徵、結構、功能或特性包含於本發明之至少一實施例中。因此，本說明書全文諸多處出現之詞語「在一實施例中」或「在一個實施例」或「一些實施例」不一定指本發明之相同實施例。此外，特定特徵、結構、功能或特性可在一或更多實施例中以任何合適的方式組合。例如，在兩實施例相關聯之特定特徵、結構、功能或特性不相互排斥之處，第一實施例可與第二實施例組合。
術語「耦接」及「連接」連同其衍生詞可在本文中用於描述構件之間的功能或結構關係。此些術語並非意欲作為彼此的同義詞。相對而言，在特定實施例中，「連接」可用於指兩個或更多元件相互直接物理、光學或電接觸。「耦接」可用於指兩個或更多元件直接或間接(具有其間之其他中介元件)相互物理、電或磁接觸，及/或兩個或更多元件相互共同操作或作用(例如，以因果關係)。
本文所用之術語「在…上方」、「在…下方」、「在…之間」及「在…上」係指一構件或材料相對於其他構件或材料的相對位置，其中此等物理關係值得注意。除非用「直接」或「直接地」修飾此些術語，否則可能存在一或更多中介構件或材料。在構件組體之情況中將有類似的區別。如整篇本說明書及請求項中所使用，以術語「至少一」或「一或更多」連接之項目列可意指所列術語之任何組合。
本文「鄰近」一般可指一物件之位置緊鄰(例如，緊靠著或接近其間之一或更多物件)或毗鄰另一物件(例如，鄰接它)。
本文「晶圓處理工具」一般可指包括真空腔室的設備，該真空腔室係裝備成用於執行半導體微晶片製造中所採用的製程。例如，在至少一實施例中，晶圓處理工具可用於化學及物理沉積製程，例如電漿增強化學氣相沉積(PECVD)或反應性離子蝕刻(RIE)。
本文「真空腔室」一般可指可操作以保持高真空(例如，20托耳或更低)的腔室。在至少一實施例中，真空腔室可包括用於執行半導體裝置製造操作之裝置及設備。
本文「晶圓轉移臂」一般可指可被遠端控制之機器人臂。在至少一實施例中，可採用晶圓轉移臂以轉移晶圓進出晶圓處理工具中的真空腔室。
本文「晶圓轉移槳」一般可指被晶圓轉移臂轉移時用於固持晶圓之專用末端執行器。在至少一實施例中，晶圓轉移槳可具有U形。
本文「最小接觸面積」一般可指複數凸起之最小接觸面積(MCA)結構，例如晶圓轉移槳上之檯面或凸塊。在至少一實施例中，MCA結構係用作晶圓與晶圓轉移槳之間的隔離物。MCA結構可分佈在晶圓轉移槳的表面上，使得晶圓與晶圓轉移槳之間的接觸盡可能小。
本文「氣流旁通結構」一般可指包括開口之專門MCA結構，衝擊在晶圓轉移槳上之製程氣體可穿過該開口以防止在MCA結構上沉積膜。在至少一實施例中，氣流旁通結構包括傾斜的側壁及急陡的邊緣以避免膜附著。
本文「邊緣」一般可指晶圓轉移槳的邊緣。在至少一實施例中，邊緣可為直的或彎曲的。
本文「凹口」一般可指晶圓轉移槳中延伸至晶圓轉移槳邊緣的切口或槽。
本文「彎曲的邊緣」一般可指具有曲率的邊緣。
本文「半島結構」一般可指從晶圓轉移槳的邊緣或側壁延伸出的薄區域。
本文「側壁」在至少一實施例中一般可指晶圓轉移槳的邊緣。
本文「遠端」一般可指半島結構的遠端。例如，它為半島結構從晶圓轉移槳之邊緣延伸最遠的遠端。
本文「下表面」一般可指相對於晶圓轉移槳上表面之晶圓轉移槳的表面。在至少一實施例中，上表面大體上面向晶圓，且可包括MCA結構。
本文「環狀形式」一般可指MCA結構的環形狀形式。例如，氣流旁通結構可具有大致環狀形式。
本文「晶圓接觸表面」一般可指MCA結構的頂面。在至少一實施例中，晶圓接觸表面可為倒圓凸面或圍繞延伸穿過MCA結構(例如，氣流旁通結構)之開口的緣部。
本文「緣部」一般可指開口的邊界。在至少一實施例中，開口的緣部可為MCA結構(例如，氣流旁通結構)中開口邊界處之側壁的頂部。
本文「內表面」一般可指MCA結構內開口或孔的表面。在至少一實施例中，內表面可從開口之頂部會聚至開口的底部，形成錐體。
本文「晶圓卡盤組件」一般可指包含於晶圓處理設備中之專門結構，用於在處理期間安裝並支撐晶圓。在至少一實施例中，晶圓卡盤組件可包括卡盤及支撐卡盤的基座。
本文「氣體分佈噴淋頭」一般可指用於將製程氣體分佈至晶圓處理設備(例如，真空腔室)中之專用歧管。在至少一實施例中，氣體分佈噴淋頭可分佈用於蝕刻及沉積製程(例如PECVD)之製程氣體。
本文「旋轉分度器」一般可指製程真空腔室內可操作以在真空腔室內不同晶圓卡盤組件之間轉移晶圓的心軸設備。在至少一實施例中，旋轉分度器可包括晶圓轉移槳，其附接至延伸自心軸之一或更多臂。
本文「分度臂」一般可指延伸自旋轉分度器之心軸的機器人臂。在至少一實施例中，臂可具有附接至遠端的晶圓轉移槳。
本文「處理站」一般可指可操作以處理晶圓之晶圓處理設備內真空腔室的一或更多專用區域。在至少一實施例中，處理站包括晶圓卡盤組件及噴淋頭。
本文「裝載室」一般可指具有門或艙口之專用腔室，該門或艙口能夠在大氣壓下供晶圓裝載至裝載室中。裝載室可物理地連接至晶圓處理設備的真空腔室。裝載室可容納機器人轉移臂，在裝載室被抽至真空腔室之真空度後，該機器人轉移臂將裝載至裝載室中的晶圓轉移至真空腔室。
本文「升降銷」一般可指從晶圓卡盤延伸出以將晶圓抬起離開晶圓卡盤表面或離開晶圓轉移槳的伸長結構(例如，銷)。
本文「中立位置」一般可指為處理站之間之停放位置的分度臂位置。在至少一實施例中，中立位置可在晶圓卡盤組件之間。
本文「實質上」、「接近」、「大概」、「幾乎」及「大約」通一般指目標值之+/-10%內。除非在其使用之明確上下文中另有規定，否則術語「實質上相等」、「大約相等」及「大概相等」意指所述之兩事物之間僅存在偶發性變化。在本領域中，此等變化通常不超過參考值的+/-10%。
為解決本文所述之限制，描述包括最小接觸面積(MCA)特徵部之晶圓轉移槳，所述最小接觸面積特徵部包括製程氣體轉向特徵部。氣體轉向特徵部可降低製程材料在MCA特徵部之晶圓接觸表面上的沉積。在站間轉移期間降低MCA特徵部(其可能接觸製程中的晶圓)之表面上的材料沉積可減少或消除非所欲之標記。
在至少一實施例中，氣體轉向特徵部包括環形MCA特徵部，該環形MCA特徵部包括延伸穿過MCA特徵部以在晶圓轉移槳之底側開孔的通孔。通孔可允許製程氣體穿過MCA特徵部本身以降低固體材料在MCA特徵部之接觸表面上的沉積。在至少一實施例中，氣體轉向特徵部包括晶圓轉移槳中的開口(例如，槽、洞、凹口)，其鄰近MCA以增加製程氣體速度而繞過MCA特徵部的外壁，從而抑制固體材料沉積在MCA特徵部的表面上。
例如，製程氣體可被拉拽穿過氣體轉向開口(其穿過及/或鄰近MCA特徵部)。製程氣體可透過真空誘導流以高於臨界速度流動於氣體轉向特徵部內。製程氣體之臨界速度可能與前驅物撞擊反應表面之質傳(mass transfer)有關。臨界氣體速度可對應於與表面反應動力學速率大致相同之最大前驅物質傳速率。例如，透過將製程氣體從MCA特徵部之潛在反應表面轉移開，可顯著降低前驅物分子對MCA特徵部表面的質傳，從而導致可產生沉積膜之表面化學反應的速率降低。有利地，可透過在MCA特徵部上或附近包含氣體轉向特徵部來降低或消除晶圓背側層或膜之非所欲標記。
圖 1A及 1B示出根據至少一實施例包括四個處理站102及四臂旋轉分度器104之晶圓處理腔室100的平面圖。在至少一實施例中，旋轉分度器104之每一臂106包括位於其遠端的晶圓轉移槳(未示出)。在 圖 1A中，晶圓108示為由每一臂106承載，每一晶圓108係以晶圓轉移槳110支撐。在至少一實施例中，晶圓108用透明陰影顯示以不遮擋晶圓108下方的特徵部，例如晶圓轉移槳110。在至少一實施例中，晶圓轉移槳110可包括直接接觸晶圓108之MCA特徵部(未示出)。在至少一實施例中，每一晶圓108透過旋轉分度器104置於標為102A、102B、102C及102D之站102處的晶圓卡盤基座112上。未示出製程氣體輸送系統，通常稱為噴淋頭，包括一或更多高架噴嘴以將製程氣體引至基座上之晶圓上方。
在至少一實施例中，站102可各自包括不同製程。例如，站102A可包括特定化學物質之第一電漿增強化學氣相沉積(PECVD)製程。在至少一實施例中，站102B可包括第二PECVD製程，其運行不同於站102A處運行之第一製程的化學物質。在至少一實施例中，站102C可運行不同於站102D之製程化學物質。在至少一實施例中，站102A、102B、102C及102D可運行不同的製程化學物質。在至少一實施例中，旋轉分度器104可在站102A、102B、102C與102D之間轉移多達四個晶圓(例如，晶圓108A、108B、108C及108D)。在至少一實施例中，可將站102A上之晶圓轉移至站102B、102C與102D中的任一者。在至少一實施例中，多個晶圓可類似地在站102A-102D中之任何者之間轉移。例如，在第一PECVD製程完成之後，可將站102A及102B處之兩個晶圓108轉移至站102C及102D。
在至少一實施例中，新的(未處理的)晶圓108可透過裝載室被機器人轉移臂(未示出)轉移至腔室100中，以將其置於站102A及102B處的基座112上。在至少一實施例中，轉移至站102C及102D之晶圓108可接收第二PECVD層，而站102A及102B處之晶圓108接收第一PECVD層。在至少一實施例中，當沉積終止時，旋轉分度器104可旋轉180度，將晶圓108從站102A及102B轉移至站102C及102D。在至少一實施例中，PECVD循環可重複，在站102A及102B處沉積第一層於新晶圓108上。在至少一實施例中，可在站102C及102D處將第二PECVD層塗覆在晶圓108上。在至少一實施例中，站102C及102D處具有兩PECVD層之晶圓108可被轉移返回站102A及102B。在至少一實施例中，機器人轉移臂可重新進入腔室100並從站102A及102B拾取晶圓，用另兩個未處理的晶圓替換它們。例如，接著可對整批晶圓重複該序列。
在 圖 1B中，旋轉分度器104的臂106已旋轉約45度以停於站102之間。在至少一實施例中，可在PECVD製程持續期間採用此配置。在至少一實施例中，當晶圓108被轉移至一站時，基座112上之升降銷可升高以將晶圓108抬離臂106之遠端處的晶圓轉移槳110。在至少一實施例中，旋轉分度器104可旋轉臂106約45度以清理基座112。在至少一實施例中，升降銷接著可降低，將晶圓108放置成緊鄰或直接在基座112的表面上。
在至少一實施例中，於沉積製程期間，旋轉分度器104之臂106及晶圓轉移槳110緊鄰站102。在至少一實施例中，晶圓轉移槳110可能暴露於可在其上沉積材料之製程氣體及電漿。在至少一實施例中，於幾個沉積循環之後，晶圓轉移槳110之表面可能具有顯著之沉積材料積累。在至少一實施例中，接觸晶圓108背側表面之MCA特徵部可能將材料從接觸表面轉移至晶圓背側。在至少一實施例中，此過量材料轉移至MCA特徵部上會導致附著於晶圓之材料顆粒對晶圓背側造成不希望的標記。在晶圓前側將進行進一步處理(包括黃光微影)之實例中，標記可能會干擾晶圓之光遮罩對位及平面度。例如，附著於晶圓背側之顆粒可能會使遮罩對準器中晶圓的焦平面傾斜，導致晶圓之一些區域在曝光期間離焦。
在至少一實施例中，晶圓背側亦可進行處理。例如，微粒標記可能會干擾晶圓背側之蝕刻及/或微影。顆粒可能因與MCA特徵部之附著性不佳而轉移至晶圓背側。在至少一實施例中，MCA特徵部可包括具有高表面能之材料，例如但不限於氧化物陶瓷，例如鋁或鈦氧化物(例如，氧化鋁、二氧化鈦)。包含有低極性材料之膜可能無法很好地附著至高表面能材料上。因此，MCA特徵部上膜內之剪應力可能會破壞沉積膜。該膜基本上可能會撕裂，留下可能易被晶圓從MCA表面取下的碎片。
在至少一實施例中，描述包括與MCA特徵部相關聯之氣體轉向特徵部的晶圓轉移槳實施例。在至少一實施例中，氣體轉向特徵部可降低沉積材料在MCA特徵部上的積累。在至少一實施例中，根據一些實施例，當透過包含有氣體轉向特徵部之晶圓轉移槳搬運時，可減少或消除材料轉移至晶圓背側。
在以下段落中描述所揭示之晶圓轉移槳及MCA特徵部實施例。
圖 2A示出根據至少一實施例之晶圓轉移槳200的平面圖。平面圖顯示晶圓轉移槳200之頂表面特徵部。在至少一實施例中，晶圓轉移槳200包括從柄部204延伸之叉狀尖部202。在至少一實施例中，叉狀尖部202可呈大致三角形，包括彎曲前邊緣206及彎曲側邊緣208及210。在至少一實施例中，前邊緣206可在頂點212處接上側邊緣208及210。在至少一實施例中，MCA特徵部214可位於每一頂點212處。在至少一實施例中，頂點212可呈倒圓。在至少一實施例中，MCA特徵部216可設為沿著彎曲邊緣208及209。在至少一實施例中，MCA特徵部214及216可為檯面狀結構且包括孔218，如插圖中所示。在至少一實施例中，MCA特徵部實質上相同。
在至少一實施例中，晶圓轉移槳200可具有 w寬度(最寬處)及 L長度的總體尺寸。在至少一實施例中，可將尺寸最佳化以適應處理之晶圓的尺寸。例如，對於300 mm晶圓，寬度 w可介於10與25 cm之間，而長度 L可介於30至50 cm之間。
在至少一實施例中，MCA特徵部214及216為環狀結構，包括於接觸表面220處開口的孔218。在至少一實施例中，接觸表面220比晶圓轉移槳200之上(例如，頂)表面222高出下述z高度(參見 圖 2B)。在至少一實施例中，z高度實質上為MCA特徵部214或216在表面222上方的高度。在至少一實施例中，接觸表面220可形成圍繞孔218之開口的緣部(rim)。在至少一實施例中，孔218延伸穿過MCA特徵部214及216的z高度，在晶圓轉移槳200之底側(未示出)上開口。在至少一實施例中，孔218為氣體轉向特徵部。在至少一實施例中，孔218可提供製程氣體流過MCA特徵部以實質上繞過接觸表面220及側壁(如下所述)的路徑。在至少一實施例中，MCA特徵部214及216靠近前邊緣及側邊緣206、208及210。在至少一實施例中，MCA特徵部214及216實質上處於邊緣206、208及210處，如插圖所示。在至少一實施例中，製程氣體可流過邊緣206、208及210。在至少一實施例中，邊緣206-210可對製程氣體提供額外的流動旁通路徑以繞過MCA特徵部214及216。
在至少一實施例中，晶圓轉移槳200可包括高溫陶瓷材料，例如但不限於鋁的氧化物(例如，氧化鋁)、鈦的氧化物(例如，二氧化鈦)或鎢的氧化物。在至少一實施例中，其他高溫陶瓷材料可包括但不限於碳化矽及氮化鋁。在至少一實施例中，MCA特徵部214及216可包括與晶圓轉移槳200相同的材料。
圖 2B示出根據至少一實施例之晶圓轉移槳200的剖面圖。在至少一實施例中，晶圓轉移槳200包括頂表面222(如上所述)及底表面224。在插圖中，隱藏線顯示延伸MCA特徵部214之z高度 h及尖部202之厚度 t 1 的孔218。在至少一實施例中，孔218可從接觸表面220垂直延伸至晶圓轉移槳200之底表面224。在至少一實施例中，晶圓轉移槳200在晶圓轉移槳200之大部分上具有頂表面222與底表面224之間的厚度 t 1 。在至少一實施例中，晶圓轉移槳200之柄部204具有大於 t 1 的厚度 t 2 。在至少一實施例中， t 1 可介於a與b mm之間。在至少一實施例中， t 2 可介於c與d mm之間。
圖 3A示出根據至少一實施例之MCA特徵部214或216的截面圖。在至少一實施例中，MCA特徵部214或216為相同。MCA特徵部214(216)呈實質上環形。在至少一實施例中，MCA特徵部214及216具有圓形水平截面。在至少一實施例中，MCA特徵部214及/或216具有其他水平截面形狀，如下所述。在至少一實施例中，孔218在垂直方向(z方向)上延伸穿過MCA特徵部214及216的z高度 h並穿過晶圓轉移槳200的厚度 t 1 。
在至少一實施例中，孔218包括穿過晶圓接觸表面220之上開口226。在至少一實施例中，晶圓接觸表面220形成圍繞開口226的緣部。在至少一實施例中，晶圓接觸表面220可為如所示之凸形以促進製程氣體轉向越過晶圓接觸表面220。在至少一實施例中，凸形亦可對凸面上沉積膜的附著造成阻礙。在至少一實施例中，同時，對晶圓的接觸為例如接觸面積比半球凸面之單點接觸更大的圓形。
在至少一實施例中，上開口226具有直徑 D 1 。在至少一實施例中，直徑 D 1 在0.5與3 mm之間的範圍。在至少一實施例中，孔218包括在晶圓轉移槳200之底表面224中的下開口228。在至少一實施例中，下開口228之直徑 D 2 根據一些實施例可小於直徑 D 1 。在至少一實施例中，孔218被側壁230包圍。在至少一實施例中，側壁230為錐形，包括相背離之內表面232及外表面234。在至少一實施例中，孔218之一部分可為圓錐形，如所示。在至少一實施例中，圓錐形可形成文氏管(venturi)，導致穿過孔218之製程氣體的流速增大以增加製程氣體轉離晶圓接觸表面220。
圖 3B-3E示出根據至少一實施例之MCA特徵部214或216的水平截面形狀實施例的平面圖。在至少一實施例中，MCA特徵部214A具有實質上圓形之水平截面，如 圖 3B所示。在至少一實施例中，MCA特徵部214B具有實質上橢圓形之水平截面，如 圖 3C所示。在至少一實施例中，MCA特徵部214C可具有實質上長圓形的水平截面，如 圖 3D所示。在至少一實施例中，MCA特徵部214D可具有多邊形水平截面，如 圖 3E所示。
圖 4示出根據至少一實施例之晶圓轉移槳400的平面圖。在至少一實施例中，晶圓轉移槳400包括類似於上述晶圓轉移槳200的特徵部。在至少一實施例中，晶圓轉移槳400可具有對稱平面，以虛線指示，至少部分地沿長度L延伸。在至少一實施例中，在對稱平面之兩側上具有相同參考數字的所述特徵部(例如前尖部402)可為相同。
在至少一實施例中，晶圓轉移槳400包括前尖部402。在至少一實施例中，前尖部包括顯著的伸長。在至少一實施例中，前邊緣404在前尖部402之間具有凹曲率。在至少一實施例中，前邊緣404可沿著前尖部402呈後掠式，如所示。在至少一實施例中，前尖部402之頂點406為倒圓。在至少一實施例中，後邊緣408從頂點406背向前邊緣延伸。在至少一實施例中，後邊緣408具有凹曲率且後掠至與側邊緣410交合。在至少一實施例中，側邊緣410亦可具有略凹曲率，如所示。在至少一實施例中，MCA特徵部412可位於頂點406處，如所示。在至少一實施例中，MCA特徵部412可位於頂點406處以使製程氣體流轉向越過MCA特徵部412之外表面。在至少一實施例中，MCA特徵部412包括孔413。在至少一實施例中，孔413實質上類似於上述的孔218。孔413可被包含作為MCA特徵部412之氣流轉向特徵部，如上所述。
在至少一實施例中，側尖部414可具有懸臂式半島結構，從側邊緣410實質上正交或傾斜地延伸。在至少一實施例中，側尖部414可從側邊緣410延伸距離 d 1 。在至少一實施例中，MCA特徵部416可位於側尖部414的遠端。在至少一實施例中，MCA特徵部416可與MCA特徵部412實質上相同。MCA特徵部412及416可與 圖 2A、 2B及 3A-3E中所示之MCA特徵部214及216實質上相同。在至少一實施例中，關於MCA特徵部214及216的描述可實質上與MCA特徵部412及416相關。
在至少一實施例中，側尖部414為晶圓轉移槳400之氣流轉向特徵部，其拉長距離 d 1 以促使製程氣體流繞過MCA特徵部416。可將距離 d 1 最佳化以實現透過晶圓轉移槳400搬運之晶圓的機械平衡，並降低MCA特徵部416外部流動的阻力。
在至少一實施例中，側邊緣410繼續從側尖部414向後延伸至柄部418。在至少一實施例中，側邊緣410可實質上平行於柄部418。在至少一實施例中，晶圓轉移槳400包括如上所述之高溫陶瓷材料。可調整尺寸L及d1以適應不同晶圓尺寸。
圖 5示出根據至少一實施例之晶圓轉移槳500的平面圖。在至少一實施例中，晶圓轉移槳500包括類似於上述晶圓轉移槳200及400的特徵部。在至少一實施例中，晶圓轉移槳500可具有對稱平面，以虛線指示，至少部分地沿長度L延伸。根據至少一實施例，在對稱平面之兩側上具有相同參考數字的所述特徵部(例如前尖部502)可為相同。
在至少一實施例中，前尖部502可由延伸至頂點506之前邊緣504定義。在至少一實施例中，前邊緣504可具有凹曲率。側邊緣508可後掠。在至少一實施例中，側邊緣508亦可具有凹曲率。在至少一實施例中，MCA特徵部510可位於頂點506處。在至少一實施例中，MCA特徵部510可與上述MCA特徵部實質上相同。在至少一實施例中，MCA特徵部可包括孔512。在至少一實施例中，孔512可為如上所述之氣流轉向特徵部。
在至少一實施例中，側邊緣508包括鄰近MCA特徵部510之凹口514。在至少一實施例中，凹口514可從靠近頂點506之側邊緣508向內延伸，部分地將頂點506與側邊緣508分開。在至少一實施例中，頂點506可為懸臂式，從而使得MCA特徵部510能夠懸空而其周圍幾乎沒有側表面。在至少一實施例中，可將凹口514尺寸最佳化以使得製程氣體能夠充分繞開MCA特徵部510流動。
在至少一實施例中，側邊緣508可包括凹口516及518，位於懸臂式舌部520側面。在至少一實施例中，MCA特徵部522可以位於舌部520之尖端。在至少一實施例中，凹口516及518為氣流轉向特徵部。可將凹口516及518尺寸最佳化以使得MCA特徵部522外表面周圍的氣流能夠轉向。MCA特徵部522可位於舌部520之尖端，使得MCA特徵部522外表面周圍的製程氣體能夠最大程度地轉向。
在至少一實施例中，側邊緣508可向後繼續接至柄部524。在至少一實施例中，側邊緣508可實質上平行於柄部524。
圖 6A及 6B示出根據至少一實施例概述用於在沉積處理腔室中使用晶圓轉移槳之示例性方法的流程圖600。
在至少一實施例中，示例性方法可在類似於 圖 1A及 1B中所示之腔室100的多站(例如，四)PECVD處理腔室中執行。在至少一實施例中，處理腔室亦可為多站物理沉積腔室或多站蝕刻腔室。在至少一實施例中，處理腔室可為包括旋轉分度器之四站腔室。在至少一實施例中，旋轉分度器可包括四個臂，每一臂配備有根據上述實施例之晶圓轉移槳(例如，晶圓轉移槳200、400及500)。
在至少一實施例中，四個處理站可標為A、B、C及D。在至少一實施例中，處理站A、B、C及D的中心可佈設於正方形圖案的頂點處，舉例如圖 1A所示，其中旋轉分度器位於正方形的中心。在至少一實施例中，旋轉分度器可連接至可利用人機介面操作的控制器。在至少一實施例中，旋轉分度器可初始定位成使得分度器臂停於四個處理站之間。在至少一實施例中，停放位置可偏離處理站中心45度(例如，如 圖 1B所示)。
現參考 圖 6A，該方法開始於操作602。在操作602，根據至少一實施例，啟動旋轉分度器。在操作604，可命令旋轉分度器旋轉+45度以使分度器臂及附接之晶圓轉移槳在處理站之基座上方置中(例如，如 圖 1A所示)。當理解，旋轉方向可在旋轉角度值前用+或-符號來表示。例如，加號可表示順時針旋轉，而減號可表示逆時針旋轉。以下描述中所採用的旋轉方向僅為示例性；絕不表示有任何優先方向的意思。
在至少一實施例中，處理腔室可配備一或更多裝載室及裝載室內之機器人轉移臂。在操作606，根據至少一實施例，機器人轉移臂可將晶圓從預裝載有未處理或部分處理之晶圓轉移至腔室中。在至少一實施例中，機器人臂可將晶圓裝載至定位於前處理站(例如，站A及B)上方之晶圓轉移槳上。在至少一實施例中，晶圓可被晶圓轉移槳上之MCA特徵部接觸。在至少一實施例中，旋轉分度器可留在停放位置，其可為接收位置，而機器人轉移臂可將第一晶圓移離與最前面分度器臂對齊之裝載室。在至少一實施例中，分度器可接著旋轉+90度以將第二臂旋轉至接收位置。機器人臂可將第二晶圓從裝載室轉移至第二晶圓轉移槳。分度器可旋轉 -45 度以將晶圓重新定位在站A及B上方。
在操作608，根據至少一實施例，可升高前基座上之升降銷以將晶圓抬離晶圓轉移槳。在操作610，根據至少一實施例，當晶圓處於升高位置時，旋轉分度器可旋轉-45度以替換位於四個處理站之間之停放位置處的分度器臂。在操作612，根據至少一實施例，升降銷可被降低以將晶圓安置在站A及B之前基座上。
在操作614，根據至少一實施例，可執行沉積(或蝕刻)製程。在至少一實施例中，站A及B之晶圓可塗有第一沉積層。
現參考 圖 6B，流程圖600繼續進行至操作616。在至少一實施例中，在操作614之製程完成後，可再次升高升降銷以將晶圓抬離站A及B處的基座。在操作618，根據至少一實施例，旋轉分度器旋轉+45度以將晶圓轉移槳定位在前站A及B處升高之晶圓下方。在操作620，根據至少一實施例，升降銷被降低以將晶圓安置在晶圓轉移槳上。在至少一實施例中，晶圓可安置在上述MCA特徵部上。在操作622，根據至少一實施例，分度器臂旋轉180度以將晶圓分別從前站A及B移動至後站C及D。在操作624，根據至少一實施例，可升高站C及D處之基座上的升降銷以將晶圓抬離相應的晶圓轉移槳。在操作626，根據至少一實施例，命令旋轉分度器旋轉-45度以清理處理站並將分度器臂停在站之間。在操作628，根據至少一實施例，升降銷被降低以將晶圓安置在站C及D處的後基座上。
在操作630，根據至少一實施例，前站可透過重複操作604至612來重新裝載新晶圓。在全部站皆裝載之後，可重複沉積製程。在至少一實施例中，例如，站C及D處之晶圓可在第一層上方接收第二層，而站A及B處之晶圓可接收第一沉積層。
圖 7示出晶圓處理系統700之示意性剖面圖。在至少一實施例中，晶圓處理系統700包括處理腔室702。在至少一實施例中，晶圓轉移腔室704可為在處理腔室702之入口埠處的前腔室。在至少一實施例中，裝載室706可耦接至晶圓轉移腔室704。在至少一實施例中，機器人轉移臂708可在晶圓轉移腔室704內。在至少一實施例中，裝載室706可預裝載晶圓108。
在至少一實施例中，處理腔室702可為高真空四站PECVD腔室。在至少一實施例中，處理腔室可為物理沉積腔室或蝕刻腔室。在至少一實施例中，處理腔室702包括四個處理站102A、102B、102C及102D。在至少一實施例中，站102可各自包括晶圓基座，其包括夾持機構、升降銷及加熱元件(未示出)。在至少一實施例中，站102可配置成使得晶圓基座之中心位於正方形的頂點。在至少一實施例中，噴淋頭(未示出)可位於站102A-102D上方。在至少一實施例中，噴淋頭可包括指向基座之複數噴嘴。在至少一實施例中，噴淋頭可將製程氣體或電漿引至安置於基座上的晶圓基板。在至少一實施例中，旋轉分度器104可位於處理站102A-102D之正方形陣列的中心。在至少一實施例中，旋轉分度器104包括四個臂106。晶圓轉移槳110可附接於每一臂106的遠端。在至少一實施例中，晶圓轉移槳可為根據上述實施例200、400及500之晶圓轉移槳中的任一者。
在至少一實施例中，處理腔室702之基本操作已於上文描述並以示例性流程圖600概述。在至少一實施例中，控制器710可包括人機介面，用於製程之程式設計及手動控制。
提供以下示例以說明諸多實施例。該等示例可與其他示例組合。因此，諸多實施例可在不改變本發明範圍下與其他實施例組合。
示例1為晶圓處理工具，包括一真空腔室，包含有一晶圓轉移臂；以及一晶圓轉移槳，包含有至少一最小接觸面積(MCA)特徵部，其與晶圓轉移槳之上表面呈一體並於晶圓轉移槳之上表面上方延伸z高度，其中晶圓轉移槳包括在MCA特徵部上或鄰近MCA特徵部之一氣流旁通結構。
示例2包括示例1的全部特徵，其中MCA特徵部鄰近晶圓轉移槳之邊緣，其中氣流旁通結構包括從邊緣向內凹陷的凹口，且其中凹口鄰近MCA特徵部。
示例3包括示例2的全部特徵，其中凹口包括兩個直邊緣之間的彎曲邊緣。
示例4包括示例1的全部特徵，其中氣流旁通結構包括延伸自晶圓轉移槳之側壁的半島結構，其中MCA特徵部位於半島結構之遠端。
示例5包括示例1的全部特徵，其中氣流旁通結構為延伸穿過MCA特徵部之z高度並穿過晶圓轉移槳之下表面的開口。
示例6包括示例5的全部特徵，其中MCA特徵部具有環狀形式，包含有圍繞開口之側壁。
示例7包括示例6的全部特徵，其中環狀形式具有實質上圓形截面。
示例8包括示例6的全部特徵，其中環狀形式具有實質上橢圓形截面。
示例9包括示例6的全部特徵，其中環狀形式具有實質上長圓形截面。
示例10包括示例6的全部特徵，其中環狀形式具有實質上多邊形截面。
示例11包括示例5的全部特徵，其中MCA特徵部包括在MCA特徵部側壁之外表面與開口緣部之間的晶圓接觸表面，其中晶圓接觸表面為實質上凸形。
示例12包括示例11的全部特徵，其中MCA特徵部之側壁包括圍繞開口並延伸MCA特徵部之z高度的內表面，其中內表面以開口至少沿著內表面之一部分呈錐形的方式向內會聚。
示例13為晶圓處理系統，包括至少一晶圓處理腔室，其包含有一或更多晶圓卡盤組件；一氣體分佈頭，在一或更多晶圓卡盤組件上方；以及一旋轉分度器，鄰近一或更多晶圓卡盤組件，旋轉分度器包括至少一分度臂，其耦接至一晶圓轉移槳，晶圓轉移槳包括至少一最小接觸面積(MCA)特徵部，其與晶圓轉移槳之上表面呈一體並在晶圓轉移槳之上表面上方延伸z高度，其中晶圓轉移槳包括在MCA特徵部上或鄰近MCA特徵部之一氣流旁通結構。
示例14包括示例13的全部特徵，其中晶圓處理系統包括一旋轉分度器，旋轉分度器包括耦接至晶圓轉移槳之一或更多臂。
示例15為用於操作晶圓處理系統的方法，包括將一或更多晶圓轉移至晶圓處理腔室中，該晶圓處理腔室包括一旋轉分度器，其包含有耦接至晶圓轉移槳之一或更多分度臂，晶圓轉移槳包括至少一最小接觸面積(MCA)檯面，其與晶圓轉移槳之上表面呈一體並在晶圓轉移槳之上表面上方延伸z高度，其中晶圓轉移槳包括在MCA特徵部上或鄰近MCA特徵部之一氣流旁通結構；旋轉該至少一分度臂以將該一或更多晶圓裝載至處理腔室內之一或更多處理站上；以及將該至少一分度臂停在中立位置。
示例16包括示例15的全部特徵，其中將一或更多晶圓轉移至晶圓處理腔室中包括用機器人轉移臂將該一或更多晶圓轉移出耦接至晶圓處理腔室之一裝載室。
示例17包括示例16的全部特徵，其中將一或更多晶圓轉移至晶圓處理腔室中包括透過機器人轉移臂將該一或更多晶圓放置於該一或更多分度臂上之晶圓轉移槳上。
示例18包括示例15的全部特徵，其中旋轉該至少一分度臂以將該一或更多晶圓裝載至處理腔室內之一或更多處理站上包括升高升降銷以將該一或更多晶圓抬離晶圓轉移槳。
示例19包括示例15的全部特徵，其中將該至少一分度臂停在中立位置包括將該至少一分度臂旋轉至處理腔室內之該一或更多處理站的旁側。
示例20包括示例19的全部特徵，其中將該至少一分度臂停在中立位置包括使氣流轉向越過或通過至少一MCA特徵部。
除了本文所述之外，在不悖離其範圍下可對所揭示之實施例及其實施方式進行諸多修改。因此，本文對實施例的說明應解釋為僅為示例，而非限制本發明範圍。本發明範圍應僅透過參考隨後請求項來衡量。
100:晶圓處理腔室 102A:處理站 102B:處理站 102C:處理站 102D:處理站 104:旋轉分度器 106:臂 108:晶圓 110:晶圓轉移槳 112:基座 200:晶圓轉移槳 202:叉狀尖部 204:柄部 206:前邊緣 208:側邊緣 210:側邊緣 212:頂點 214:最小接觸面積(MCA)特徵部 214A:最小接觸面積(MCA)特徵部 214B:最小接觸面積(MCA)特徵部 214C:最小接觸面積(MCA)特徵部 214D:最小接觸面積(MCA)特徵部 216:最小接觸面積(MCA)特徵部 218:孔 220:接觸表面 222:頂表面 224:底表面 226:上開口 228:下開口 230:側壁 232:內表面 234:外表面 400:晶圓轉移槳 402:前尖部 404:前邊緣 406:頂點 408:後邊緣 410:側邊緣 412:最小接觸面積(MCA)特徵部 414:側尖部 416:最小接觸面積(MCA)特徵部 418:柄部 500:晶圓轉移槳 502:前尖部 504:前邊緣 506:頂點 508:側邊緣 510:最小接觸面積(MCA)特徵部 512:孔 514:凹口 516:凹口 518:凹口 520:舌部 522:最小接觸面積(MCA)特徵部 524:柄部 600:流程圖 602:操作 604:操作 606:操作 608:操作 610:操作 612:操作 614:操作 616:操作 618:操作 620:操作 622:操作 624:操作 626:操作 628:操作 630:操作 700:晶圓處理系統 702:處理腔室 704:晶圓轉移腔室 706:裝載室 708:機器人轉移臂 710:控制器 d 1:距離 D 1:直徑 D 2:直徑 h:高度 L:長度 t 1:厚度 t 2:厚度 w:寬度
本文所述材料在附圖中係以示例方式而非以限定方式作說明。為求圖示簡潔及清楚，圖中所示元件不一定按比例繪示。例如，一些元件之尺寸可能相對於其他元件放大以求清晰。又，諸多實體特徵為了討論清楚可能以其簡化之「理想」形式及幾何形狀表示，但仍應理解，實際實施方式可能僅接近所示之理想狀態。例如，可繪出平順表面及正方形交叉點而忽略奈米製造技術所形成之結構的有限粗糙度、角部倒圓及不完美的角度相交特徵。進一步地，在認為合適的情況下，圖中已重複參考標號以指示對應或類似元件。
圖 1A示出根據至少一實施例包含有處於裝載位置之四臂旋轉分度器之晶圓處理腔室的平面圖。
圖 1B示出根據至少一實施例包含有處於中立(停放)位置之四臂旋轉分度器之晶圓處理腔室的平面圖。
圖 2A為根據至少一實施例之包含有最小接觸面積(MCA)特徵部之晶圓轉移槳第一實施例的平面圖。
圖 2B示出根據至少一實施例之圖2A中所示之晶圓轉移槳的截面圖。
圖 3A示出根據至少一實施例之MCA特徵部的垂直截面圖。
圖 3B-3E示出根據至少一實施例之具有諸多水平截面幾何形狀之MCA特徵部的平面圖。
圖 4示出根據至少一實施例之包含有氣體轉向特徵部之晶圓轉移槳的平面圖。
圖 5示出根據至少一實施例之包含有氣體轉向特徵部之晶圓轉移槳的平面圖。
圖 6A及 6B示出根據至少一實施例概述使用晶圓轉移槳之示例性方法的流程圖。
圖 7示出根據至少一實施例之包含有至少一晶圓轉移槳之晶圓處理系統的示意性剖面圖。
100:晶圓處理腔室
102A:處理站
102B:處理站
102C:處理站
102D:處理站
104:旋轉分度器
106:臂
108:晶圓
110:晶圓轉移槳
112:基座

Claims (20)

  1. 一種晶圓處理工具，包括 : 一真空腔室，包含有一晶圓轉移臂；以及 一晶圓轉移槳，耦接至該晶圓轉移臂，該晶圓轉移槳包括至少一最小接觸面積(MCA)特徵部，其與該晶圓轉移槳之一上表面呈一體、並於該晶圓轉移槳之該上表面上方延伸z高度，其中該晶圓轉移槳包括在該MCA特徵部上或鄰近該MCA特徵部之一氣流旁通結構。
  2. 如請求項1所述之晶圓處理工具，其中該MCA特徵部鄰近該晶圓轉移槳之一邊緣，其中該氣流旁通結構包括從該邊緣向內凹陷之一凹口，且其中該凹口鄰近該MCA特徵部。
  3. 如請求項2所述之晶圓處理工具，其中該凹口包括兩個直邊緣之間的一彎曲邊緣。
  4. 如請求項1所述之晶圓處理工具，其中該氣流旁通結構包括延伸自該晶圓轉移槳之一側壁的一半島結構，其中該MCA特徵部位於該半島結構之一遠端。
  5. 如請求項1所述之晶圓處理工具，其中該氣流旁通結構為延伸穿過該MCA特徵部之該z高度並穿過該晶圓轉移槳之一下表面的一開口。
  6. 如請求項5所述之晶圓處理工具，其中該MCA特徵部具有一環狀形式，該環狀形式包含有圍繞該開口之一側壁。
  7. 如請求項6所述之晶圓處理工具，其中該環狀形式具有實質上圓形截面。
  8. 如請求項6所述之晶圓處理工具，其中該環狀形式具有實質上橢圓形截面。
  9. 如請求項6所述之晶圓處理工具，其中該環狀形式具有實質上長圓形截面。
  10. 如請求項6所述之晶圓處理工具，其中該環狀形式具有實質上多邊形截面。
  11. 如請求項5所述之晶圓處理工具，其中該MCA特徵部包括在該MCA特徵部之一側壁與與該開口之一緣部之間的一晶圓接觸表面，其中該晶圓接觸表面為實質上凸形。
  12. 如請求項11所述之晶圓處理工具，其中該MCA特徵部之該側壁包括圍繞該開口並延伸該MCA特徵部之該z高度的一內表面，且其中該內表面以該開口至少沿著該內表面之一部分呈錐形的方式向內會聚。
  13. 一種晶圓處理系統，包括 : 至少一晶圓處理腔室，包含有一或更多晶圓卡盤組件； 一氣體分佈噴淋頭，在該一或更多晶圓卡盤組件上方；以及 一旋轉分度器，鄰近該一或更多晶圓卡盤組件，該旋轉分度器包括至少一分度臂，其耦接至一晶圓轉移槳，該晶圓轉移槳包括至少一最小接觸面積(MCA)特徵部，其與該晶圓轉移槳之一上表面呈一體並在該晶圓轉移槳之一上表面上方延伸z高度。
  14. 如請求項13所述之晶圓處理系統，其中該晶圓轉移槳包括在該MCA特徵部上或鄰近該MCA特徵部之一氣流旁通結構。
  15. 一種用於操作晶圓處理系統的方法，包括 : 將一或更多晶圓轉移至一晶圓處理腔室中，該晶圓處理腔室包括一旋轉分度器，其包含有耦接至一晶圓轉移槳之一或更多分度臂，該晶圓轉移槳包括至少一最小接觸面積(MCA)檯面，其與該晶圓轉移槳之一上表面呈一體並在該晶圓轉移槳之該上表面上方延伸z高度；以及 旋轉該至少一分度臂以將該一或更多晶圓裝載至該晶圓處理腔室內之一或更多處理站上；以及 將該至少一分度臂停在一中立位置。
  16. 如請求項15所述之用於操作晶圓處理系統的方法，其中將該一或更多晶圓轉移至該晶圓處理腔室中包括用一機器人轉移臂將該一或更多晶圓轉移出耦接至該晶圓處理腔室之一裝載室。
  17. 如請求項16所述之用於操作晶圓處理系統的方法，其中將該一或更多晶圓轉移至該晶圓處理腔室中包括透過該機器人轉移臂將該一或更多晶圓放置於該一或更多分度臂上之該晶圓轉移槳上。
  18. 如請求項15所述之用於操作晶圓處理系統的方法，其中旋轉該至少一分度臂以將該一或更多晶圓裝載至該處理腔室內之一或更多處理站上包括：升高一或更多升降銷以將該一或更多晶圓抬離該晶圓轉移槳。
  19. 如請求項15所述之用於操作晶圓處理系統的方法，其中將該至少一分度臂停在該中立位置包括將該至少一分度臂旋轉至該處理腔室內之該一或更多處理站的旁側。
  20. 如請求項19所述之用於操作晶圓處理系統的方法，其中將該至少一分度臂停在該中立位置包括使氣流轉向越過或通過至該至少一MCA特徵部。
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