TWI585893B - 在一具有高速旋轉夾頭之系統中之氣流管理 - Google Patents

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Description

在一具有高速旋轉夾頭之系統中之氣流管理
本發明大致係關於與檢驗系統(諸如，半導體晶圓檢驗系統)結合使用之旋轉夾頭，且更特定言之，係關於一種可在與此等檢驗系統一起使用時容許氣流管理之高速旋轉夾頭。
隨著不斷縮減之半導體器件之需求不斷增加，經改良之半導體器件製作方法及半導體晶圓檢驗靈敏度之需求亦不斷增加。由於現代積體電路之複雜性持續增加，故在製作期間及/或製作之後對存在於一半導體晶圓表面上之缺陷之容限持續減小。通常對器件製作及效能造成負面影響之一種類別之缺陷為污染缺陷。一污染缺陷來源起因於當前晶圓夾頭系統之利用。當常實施之旋轉晶圓夾頭系統以高旋轉速度旋轉時，晶圓/夾頭總成之頂面及底面充當離心泵。此效應在該頂面及底面上產生自該等表面之中央(例如，晶圓中央)迅速移動至邊緣之一空氣層。當促進空氣自晶圓區域之外之區域移動至中央空氣時，向外氣流繼而在該頂面及底面處產生一低壓區。趨於流至低壓區中之空氣可包含各種類型之污染物。經泵抽之空氣之頂層及底層一般在夾頭邊緣外交會，及在一常實施之夾頭中，在遠離該夾頭一段距離處結合，從而在兩個氣流之間產生一低壓區。此低壓區旋即被周圍空氣填充，藉此產生一空氣紊流區。此紊流可自下游區(亦即，夾頭下方)帶來污染物，該 下游區一般不夠乾淨。由於此紊流，污染物可自晶圓及/或晶圓夾頭下方之一區域轉移至該晶圓之一頂面。將此等污染物引入至一給定半導體晶圓之表面上對製作於晶圓上之半導體器件之效能具有嚴重後果。因而，期望提供用以消除該紊流之一經改良之旋轉晶圓夾頭，藉此在一半導體製作或檢驗程序中減少夾頭旋轉所引起之污染物。
相應地，本發明之一實施例係關於一種高速旋轉夾頭，其包含(但不限於)一第一表面，該第一表面經組態以支撐且固持一基板；及一第二表面，該第二表面一般對置於該第一表面而組態，該第二表面包含一傾斜部及一彎曲部之至少一者，該夾頭經組態以連接至一驅動機構，該驅動機構經組態以引起該夾頭圍繞一垂直軸旋轉，該垂直軸垂直於該第一表面，其中該夾頭之第一表面與該夾頭之第二表面之傾斜部及彎曲部之至少一者形成一紊流減少唇緣以：在該夾頭旋轉時促進減少接近於該夾頭之空氣紊流；及在該夾頭旋轉時促進減小接近於基板而產生之一第一徑向氣流與接近於該夾頭之第二表面而產生之一第二徑向氣流之間之一間隔，藉此促進減少沈積於基板上之污染物。
本發明之一進一步實施例係關於一種半導體晶圓檢驗系統，該系統包含(但不限於)一真空夾頭，該真空夾頭經組態以支撐且固持該半導體晶圓，該真空夾頭經組態以連接至一軸件及馬達，該真空夾頭經組態以經由該軸件及馬達而旋轉；一檢驗工具，其經組態以光學檢驗藉由該真空 夾頭支撐且固持之該半導體晶圓之至少一部分，該檢驗工具包括：一雷射光源，該雷射光源經組態以產生一光束，該光束照亮該半導體晶圓上之一區域；一成像相機，該成像相機經組態以偵測發源於該半導體晶圓上之該經照亮之區域之光；一組光學元件，其經組態以使藉由該光束照亮之該半導體晶圓上之區域在該相機之一成像部分上成像，其中該真空夾頭包含一第一表面及一第二表面，該第二表面一般對置於該第一表面而組態，該第一表面經組態以支撐該半導體晶圓，該第二表面包含一傾斜部及一彎曲部之至少一者，該夾頭之第一表面與該夾頭之第二表面之傾斜部及彎曲部之至少一者形成一紊流減少唇緣以：在該夾頭旋轉時促進減少接近於該夾頭之空氣紊流；及在該夾頭旋轉時促進減小接近於該基板而產生之一第一徑向氣流與接近於該夾頭之該第二表面而產生之一第二徑向氣流之間之一間隔，藉此促進減少沈積於該晶圓上之該系統內之污染物。
應理解，前述一般描述及下列詳細描述兩者僅為例示性及解釋性且非必要限制所主張之本發明。併入且組成本說明書之一部分之附圖繪示本發明之實施例且連同一般描述用於解釋本發明之原理。
熟習此項技術者可藉由參考附圖而更好地理解本發明之許多優點。
應理解，前述一般描述及下列詳細描述兩者僅為例示性 及解釋性且非必要限制所主張之本發明。併入且組成本說明書之一部分之附圖繪示本發明之實施例且連同一般描述用於解釋本發明之原理。詳細參考所揭示之標的，該標的繪示於附圖中。
一般參考圖1至圖3B，描述根據本發明之一晶圓夾頭裝置100。本發明係關於一種適於減少在一檢驗系統(諸如，一晶圓檢驗系統)內之由高晶圓旋轉速度產生之氣流型態引起之污染物之經改良之晶圓夾頭100。本發明係進一步關於一種配備有適於提供因減少氣流所引起之污染物所得之經改良之精確度及效率之晶圓夾頭100之檢驗系統300。由於晶圓之一般旋轉需要實施一檢驗程序，故提供具有高夾頭/晶圓旋轉速度之一低污染物環境之能力可引起整個檢驗產量增大。
圖1繪示根據本發明之一實施例之一翼狀晶圓夾頭100之一示意圖。在本發明之一態樣中，晶圓夾頭100包含經組態以在高速旋轉夾頭100及晶圓102期間減少圍繞該晶圓102之周邊之空氣紊流之一翼形結構101。例如，該翼形結構可包含適於在高速旋轉(例如，高達10,000 RPM)時減少環繞晶圓/夾頭邊緣之周邊之空氣紊流之一翼狀翼形結構，如圖1所展示。減少環繞該夾頭100之周邊之空氣紊流繼而藉由減少自該夾頭100及晶圓102下方之區域「升高」至晶圓102之表面103之污染物之數量來輔助減少一實施環境(例如，檢驗系統)之污染物。在一般意義上，可減少環繞晶圓102及夾頭100之周邊之空氣紊流之任意翼形結構適 於實施於本發明中。在一實施例中，經實施之翼形結構101可包含一固體加工部(如圖1中所展示)，其包含定位於夾頭100之最低部與夾頭100之最頂部之間之一傾斜區域116及唇緣118。在另一實施例中，經實施之翼形結構101可包含可附接至一當前現有之夾頭(例如，圖2A中之夾頭202)之一個或一個以上環形結構。該可附接之環形結構(未展示)可包含類似於圖1中所繪之傾斜部106及唇緣部之特徵，藉此容許使用者運算本發明之減少污染物能力來改裝目前現有之夾頭系統。
在本發明之另一態樣中，晶圓夾頭100由經組態以利用一所供應之真空固定一晶圓102(例如，半導體晶圓)之一基於真空之晶圓夾頭組成。在一實施例中，真空夾頭100可組態為一大致圓形碗狀結構且可包含經組態以將晶圓102支撐(例如，保持)在適當位置之一頂面104(例如，一支撐表面)。在一替代實施例中，晶圓夾頭100可包含一邊緣處置晶圓夾頭(未展示)。
在另一實施例中，真空夾頭100可經組態以抽拉通過其之氣流以產生用於將晶圓102固定至該夾頭100之一支撐表面之真空。就此而言，置於真空夾頭100之頂部上之一晶圓102將經歷外部環境與該真空夾頭之抽空體積(未展示)之間之壓力差，藉此將該晶圓102固定於夾頭100之支撐表面上。例如，可經由耦合至一外部真空泵(未展示)之一真空線(未展示)將一真空應用於晶圓102之一底面，藉此將該真空線之一進口安置於夾頭100之一底面108(例如，對置於 支撐表面之表面)上。就此而言，一真空系統可建立一真空，其用以固定地抽拉且保持晶圓102抵靠於夾頭100之支撐表面。
在另一實施例中，真空夾頭100可藉由一軸件114(例如，心軸)而整合支撐。例如，該軸件114可連接至一馬達(例如，心軸馬達)(未展示)。就此而言，該心軸馬達可經組態以使該軸件114旋轉，藉此使真空夾頭100關於垂直於支撐表面104之一軸(例如，z軸)旋轉。例如，該夾頭100可以大於每分鐘1,000轉之速度(rpm)(例如，1,000 rpm至10,000 rpm)旋轉。
圖2A及圖2B分別繪示本發明之一常實施之晶圓夾頭202及晶圓夾頭100兩者之示意圖。圖2A中所繪示之當前可用真空夾頭(此一晶圓夾頭202)為大致圓柱形，具有經由一圓柱形外壁204連接之一頂面支撐表面及一底面，藉此該夾頭202之頂面及底面形成圓柱體之對置端。在晶圓102之一晶圓檢驗程序期間，在以一高速率旋轉圓柱夾頭202及晶圓102之設定中，徑向氣流206、208接近於該晶圓102之頂面103及接近於該圓柱夾頭202之底面108而產生。在本文應認知，在對置表面處產生之該等徑向氣流206、208係由因夾頭202之高旋轉速度所致之離心空氣泵激而引起。晶圓102之表面103及夾頭202之底面108處之徑向氣流206、208繼而在該等徑向氣流206、208之間產生環繞該夾頭202之周邊之一大低壓區210。該低壓區210繼而引起圍繞該圓柱夾頭202之周邊之局部空氣紊流。圍繞該圓柱夾頭202之 周邊所產生之空氣紊流趨於引起來自一實施系統(例如，檢驗系統300)之一下部之污染物211之升高且可導致污染物沈積於晶圓102之一表面上。
現參考圖2B，本發明之真空夾頭100藉由使圍繞高速旋轉夾頭100之周邊之空氣紊流最小化來解決與當前可用夾頭202相關聯之上述缺失。減少環繞夾頭100之周邊之空氣紊流繼而促進實施系統(諸如，一晶圓檢驗系統300)之一低污染物環境。如圖2B中所展示，夾頭100之支撐表面104可為適於接納晶圓102之一大致平坦表面。在替代實施例中，夾頭100之支撐表面104可包含一凹口部(例如，凹部)。在本發明之一進一步態樣中，夾頭100之底面108可包含(例如，可形成)一圓形或彎曲部116，使得該彎曲部116連接至(例如，垂直向上彎曲或傾斜至)該夾頭100之頂面104。此外，該夾頭100之傾斜底面108與該夾頭100之頂面104之相交處可形成一外部結構或唇緣118(例如，紊流減少唇緣、徑向氣流間隔唇緣及類似物)。該外部唇緣118可具有大約為幾毫米之範圍之一厚度。例如，該外部唇緣118之厚度可為1毫米至2毫米。本發明之夾頭100之翼形結構101容許徑向氣流206、208之更漸進組合(如圖2B中所展示)，其用以促進圍繞該夾頭100之周邊而形成之該等徑向氣流206、208之間之低壓區之減少。低壓區之減少繼而導致接近於該夾頭100之周邊之區域中之空氣紊流之減少，藉此減少自晶圓102下方之區域升高之污染物之數量。因此，晶圓102促進一實施環境(諸如，一晶圓檢驗系統300 之一區域)中之污染物之一較低位準。
在一替代實施例中，由一翼狀環(在邊緣上觀察時)(未展示)組成之一翼形結構可選擇性附接至一標準夾頭202。就此而言，併入本文先前所描述之彎曲、傾斜及唇緣特徵之一環形結構可附接至一標準夾頭202(諸如，一圓柱形夾頭)之一表面。預期本發明之夾頭100中顯著之翼形結構之優點可應用於適於改善當前現有之基於真空之晶圓夾頭202之一翼狀環形附接。
在一額外替代實施例中，翼形結構可包含接近於一標準夾頭(例如，夾頭202)之頂面而定位之一固定翼形結構(未展示)。如本文先前所描述，該固定翼形結構可用於中斷氣流型態，藉此減少自夾頭及晶圓總成下方之一區域移開至晶圓102之表面之污染物之數量。
圖3A及圖3B繪示根據本發明之實施例之配備有低污染物翼狀晶圓夾頭100之檢驗系統300之高階方塊視圖。在一般意義上，本發明之晶圓檢驗系統300可包含本文先前所描述之翼狀晶圓夾頭100、經組態以照亮晶圓102之表面上之一區域之至少一光源302(例如，一雷射)及適於偵測自由該光源照亮之該區域反射或散射之光之一偵測器或相機304(諸如，一基於CCD或TDI之偵測器或一光電倍增器偵測器)。此外，該檢驗系統300可包含一組光學元件(例如，照明光學器件、收集光學器件及類似物)，其經組態以將來自光源302之照明引導至晶圓102之表面上，且繼而將來自晶圓102之表面之照明引導至該檢驗系統300之相機304 之成像部分。例如，該組光學元件可包含(但不限於)適於使半導體晶圓上之經照亮之區域成像至相機之一收集區域上之主要成像透鏡。此外，該成像相機304可通信耦合至可識別且儲存自該相機304獲取之影像資料之一影像處理電腦。
本發明之檢驗系統300可組態為此項技術中所知之任意檢驗系統。例如，如圖3A中所展示，本發明之檢驗系統300可組態為一明視場(BF)檢驗系統。替代地，如圖3B中所展示，檢驗系統300可組態為一暗視場(DF)檢驗系統。申請者在此提醒，圖3A及圖3B中所描繪之光學組態僅出於繪示目的而提供且不應解譯為限制。在一般意義上，本發明之檢驗系統300可包含適於使晶圓102之表面成像之任意組之成像及光學元件。當前可用晶圓檢驗工具之實例係描述於美國專利第7,092,082號、美國專利第6,702,302號、美國專利第6,621,570號及美國專利第5,805,278號中，該等案各以引用方式併入本文中。
在本發明之一進一步態樣中，檢驗系統300之真空夾頭100、晶圓102、光源302、成像器件304及各種光學元件可包含於系統300之一加壓圍封體(例如，一檢驗腔室)(未展示)內。該檢驗腔室可藉由(若干)真空泵而維持在適於處理晶圓102之一真空壓力位準。
熟習此項技術者將認知，以本文所闡釋之方式描述器件及/或程序且隨後使用工程實踐以將此等所描述之器件及/或程序整合至資料處理系統中在此項技術中係常見的。 即，本文所描述之器件及/或程序之至少一部分可經由合理數量之實驗而整合至一資料處理系統中。熟習此項技術者將認知，一典型資料處理系統通常包含系統單元外殼、視訊顯示器件、記憶體(諸如，揮發性記憶體及非揮發性記憶體)之一或多者、處理器(諸如，微處理器及數位信號處理器)、計算實體(諸如，作業系統、驅動程式、圖形使用者介面及應用程式)、一個或一個以上互動器件(諸如，一觸控板或觸控螢幕)及/或包含回饋迴路及控制馬達(例如，用於感測位置及/或速度之回饋；用於移動及/或調整組件及/或數量之控制馬達)之控制系統。一典型資料處理系統可利用任意合適的市售組件而實施，諸如，通常見於資料計算/通信及/或網路計算/通信系統中之該等組件。
儘管已展示及描述本文所描述之本標的之特定態樣，然熟習此項技術者將瞭解，基於本文之教示，可在不脫離本文所描述之標的及其廣泛態樣之情況下作改變及修改，且因此，當所有此等改變及修改係在本文所描述之標的之真實精神及範疇內時，隨附申請專利範圍涵蓋於其等範疇內。
儘管已繪示本發明之特定實施例，然而熟習此項技術者可在不脫離前述揭示內容之範疇及精神之情況下對本發明之實施例作各種修改。相應地，本發明之範疇應僅受限於隨附申請專利範圍。據信，本發明及許多隨附優點將通過前述描述而理解，且應瞭解，可在不脫離所揭示之標的之情況下或不犧牲所有其材料優點之情況下對組件之建構及 配置作各種形式之改變。所描述之形式僅為解釋性，且意欲下列申請專利範圍涵蓋及包含此等改變。
100‧‧‧晶圓夾頭裝置/晶圓夾頭/真空夾頭
101‧‧‧翼形結構
102‧‧‧晶圓
103‧‧‧頂面/表面
108‧‧‧底面
114‧‧‧軸件
116‧‧‧傾斜區域/彎曲部
118‧‧‧唇緣
202‧‧‧夾頭/晶圓夾頭
204‧‧‧外壁
206‧‧‧徑向氣流
208‧‧‧徑向氣流
210‧‧‧低壓區
300‧‧‧檢驗系統/晶圓檢驗系統
302‧‧‧光源
304‧‧‧相機/偵測器/成像相機
圖1係根據本發明之一例示性實施例之一晶圓夾頭之一示意圖；圖2A係根據本發明之一例示性實施例之具有根據當前可用實施例之一大致圓柱形之一晶圓夾頭之一示意圖，所展示之夾頭支撐一基板且連接至一驅動機構以用於使該夾頭旋轉；圖2B係根據本發明之一例示性實施例之一晶圓夾頭之一示意圖；圖3(包含圖3A及圖3B)係根據本發明之一實施例之配備有一晶圓夾頭之一檢驗系統之一方塊視圖。
102‧‧‧晶圓
103‧‧‧頂面/表面
108‧‧‧底面
114‧‧‧軸件
202‧‧‧夾頭/晶圓夾頭
204‧‧‧外壁
206‧‧‧徑向氣流
208‧‧‧徑向氣流
210‧‧‧低壓區

Claims (21)

  1. 一種夾頭，其包括：一第一表面，該第一表面經組態用於支撐且固持一基板；及一第二表面，該第二表面一般對置於該第一表面而組態，該第二表面包含一翼形結構，該夾頭經組態以連接至一驅動機構，該驅動機構經組態以引起該夾頭圍繞一垂直軸旋轉，該垂直軸垂直於該第一表面，其中該夾頭之該第一表面與該夾頭之該第二表面之該翼形結構包含一傾斜部及一彎曲唇緣，其經組態以減少圍繞該基板之周邊之空氣紊流。
  2. 如請求項1之夾頭，其中該軸為該夾頭之一垂直中央軸。
  3. 如請求項1之夾頭，其中該基板為一半導體晶圓。
  4. 如請求項1之夾頭，其中該夾頭為一真空夾頭。
  5. 如請求項1之夾頭，其中該夾頭為一邊緣處置夾頭。
  6. 如請求項1之夾頭，其中該驅動機構包含連接至一馬達之一軸件。
  7. 如請求項1之夾頭，其中該彎曲唇緣具有自1毫米至2毫米之範圍內之一厚度。
  8. 如請求項1之夾頭，其中該夾頭係圍繞該夾頭之該垂直中央軸以自每分鐘1,000轉至每分鐘10,000轉之範圍內之一速度旋轉。
  9. 一種用於檢驗一基板之檢驗系統，該系統包括： 一夾頭，該夾頭經組態用於支撐且固持該基板，該夾頭經組態以連接至一驅動機構用於使該夾頭旋轉；一光源，該光源經組態以用於產生一光束，該光束照亮該基板之一區域；一成像相機，該成像相機經組態以偵測發源於該基板上之該經照亮之區域之光；一組光學元件，該組光學元件包含經組態以將來自該光源之光聚焦至該基板之該區域上之一組照明光學器件，該組光學元件進一步包含一組收集光學器件，其經組態以收集發源於該基板之該區域之光且將該基板之該區域成像於該成像相機之一偵測器部分上，其中該夾頭包含一第一表面及一第二表面，該第二表面一般對置於該第一表面而組態，該第一表面經組態以支撐該基板，該第二表面包含一翼形結構，該夾頭之該第一表面與該夾頭之該第二表面之該翼形結構包含一傾斜部及一彎曲唇緣，其經組態以減少圍繞該基板之周邊之空氣紊流。
  10. 如請求項9之檢驗系統，其中該檢驗工具包括一明視場(BF)檢驗工具及一暗視場(DF)檢驗工具之至少一者。
  11. 如請求項9之檢驗系統，其中該夾頭包括：一真空夾頭。
  12. 如請求項9之檢驗系統，其中該光源包括：一雷射光源。
  13. 如請求項9之檢驗系統，其中該彎曲唇緣具有自0.1毫米 至10毫米之範圍內之一厚度。
  14. 如請求項9之檢驗系統，其中該基板為一半導體晶圓。
  15. 如請求項9之檢驗系統，其中該夾頭連接至一心軸。
  16. 如請求項15之檢驗系統，其中該心軸連接至一馬達，該馬達經組態用於驅動該心軸且使該夾頭旋轉。
  17. 如請求項16之檢驗系統，其中該夾頭以自每分鐘1000轉至每分鐘2000轉之範圍內之一速度旋轉。
  18. 一種用於檢驗一半導體晶圓之系統，該系統包括：一真空夾頭，該真空夾頭經組態以支撐且固持該半導體晶圓，該真空夾頭經組態以連接至一軸件及馬達，該真空夾頭經組態以經由該軸件及馬達而旋轉；一雷射光源，該雷射光源經組態以產生一光束，該光束照亮該半導體晶圓上之一區域；一成像相機，該成像相機經組態以偵測發源於該半導體晶圓上之該經照亮之區域之光；一組光學元件，該組光學元件包含經組態以將來自該光源之光聚焦至該半導體晶圓之該區域上之一組照明光學器件，該組光學元件進一步包含一組收集光學器件，其經組態以收集發源於該半導體晶圓之該區域之光且將該半導體晶圓之該區域成像於該成像相機之一偵測器部分上，其中該真空夾頭包含一第一表面及一第二表面，該第二表面一般對置於該第一表面而組態，該第一表面經組態以支撐該半導體晶圓，該第二表面包含一翼形結構， 該夾頭之該第一表面與該夾頭之該第二表面之該翼形結構包含一傾斜部及一彎曲唇緣，其經組態以減少圍繞該基板之周邊之空氣紊流。
  19. 如請求項18之系統，其中該檢驗工具包括一明視場(BF)檢驗工具及一暗視場(DF)檢驗工具之至少一者。
  20. 如請求項18之系統，其中該彎曲唇緣具有自1毫米至2毫米之範圍內之一厚度。
  21. 如請求項18之系統，其中該夾頭係圍繞該夾頭之一中央軸以自每分鐘1400轉至每分鐘1600轉之範圍內之一速度旋轉，該中央軸垂直於該第一表面。
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