专利名称：用于高温提取的先进fi叶片的制作方法
技术领域：
本发明的各实施例 一般涉及在处理系统中传输基板的装置和方法。更特别 地，本发明的各实施例涉及被设计成降低基板上热应力的、与高温处理一起使 用的叶片。
背景技术：
基板制造工艺的效用通常通过两个相关且重要的因素测量，即器件产量和 拥有成本(CoO)。由于这些因素直接影响到制造电子器件的成本以及由此导 致的市面上器件制造商的竞争力，因此这些因素很重要。虽然受到很多因素的 影响，但是CoO很大程度上受到系统和室产量的影响，或者简单地受到使用 所需处理顺序处理的每小时基板数量的影响。在努力降低CoO的过程中，在 给定的组合工具结构限制和室处理时间的条件下，电子器件制造商通常化费大 量时间来努力改进处理顺序和室处理时间，以实现最大可能的基板产量。完成 处理顺序所花费的时间的大部分都用于在各处理室之间传送基板。
半导体处理系统通常在单个平台上结合了大量处理室以进行几个连续处 理步骤而不需从高度受控处理环境移动基板。一旦用必须数量的室和辅助装置 构成了组合工具用于进行某些处理步骤，该系统就通常通过使用设置在系统中 的机械手移动基板通过室来处理大量基板。该机械手在机械手叶片上提供基板 的横向和旋转移动以从系统内的一个位置向另一个位置取回、传送和供应基 板。当前实际操作也包括使用机械臂从装载端向多室处理系统内的各处理室传 送基板。图1示出了现有技术叶片100，目前使用该叶片用于从处理室提取基 板。叶片100具有被第一横向凸缘(shoulder) 120和第二横向凸缘130限制 在任一侧上、通常为平坦的叶片(blade)表面IIO。平坦叶片表面110通常支 持基板。
当前的处理方法通常需要在特定处理室中将基板暴露到超过55(TC的适 当处理温度下。在处理之后，从处理室中提取出热基板并将其设置在冷却位置。但是，从处理室中提取热基板和将热基板暴露到冷很多的气氛中己经导致了几 个问题，包括基板破裂、翘曲和其它缺陷。如图2中所示，图1的现有技术叶 片设计在基板上产生了大量的热应力。在热基板下大量平坦叶片表面110的大
量材料减缓了基板和现有技术叶片ioo的冷却。结果，由于基板和叶片必须在
基板和叶片能从处理室中去除之前从处理温度冷却到最小值55(TC，因此目前 的提取温度被限于55(TC且相应的基板产量受到限制。
因此，需要允许提取温度大于55(TC同时降低基板破裂和翘曲发生的叶片。
发明内容
如权利要求所限定的本发明的实施例通常提供在处理系统中传送基板的 装置，基板在该处理系统中被暴露到高温下。在一个实施例中，该装置是固定 到机械手用来在处理系统的处理室之间传送诸如半导体基板这样的基板的叶 片。叶片被设成最小化基板下方的叶片表面面积，并由此相应地降低在从热的 处理室中提取基板之后在基板上产生的热应力。最小化在基板下方的机械手叶 片面积允许更快地冷却叶片材料。该叶片也被设计成降低与基板的边缘接触， 由此提供降低的基板颗粒污染。
在一个实施例中，提供一种用于传送基板的叶片。该叶片包括具有弓形横 向凸缘的基部，自基部向外延伸且垂直于基部的第一指部，自基部向外延伸且 与第一指部平行和与第一指部间隔开的第二指部，被构成为支撑基板且沿着弓 形横向凸缘定位的第一支撑薄片(support tab ),被构成为支撑基板且与第一指 部耦连的第二支撑薄片，以及被构成为支撑基板且与第二指部耦连的第三支撑 薄片，其中弓形横向凸缘自第一指部的外边缘向第二指部的外边缘延伸。在某
些实施例中，叶片还包括沿着基部的弓形横向凸缘定位的第四支撑薄片。在某 些实施例中，第一支撑薄片和第二支撑薄片距基部中心为等距的。在某些实施 例中，第一支撑薄片、第二支撑薄片和第三支撑薄片形成了支撑基板的口袋。 在某些实施例中，每一个支撑薄片都包括第一支撑表面和第二支撑表面。在某 些实施例中，第二支撑表面从第一支撑表面向内设置，且在第一支撑表面之下。 在某些实施例中，第一支撑薄片和第四支撑薄片被定位成距平行于第一指部和 第二指部并平分叶片的基部的中心的中心线在约15。至约20。之间。在某些实施例中，第二支撑薄片和第三支撑薄片被定位成距垂直于该中心线的水平线在
约25°和至30°之间，该中心线平行于第一指部和第二指部且平分叶片的基部 的中心线。
在另一实施例中，提供用于传送基板的u型叶片。该u型叶片包括具有弓
形横向凸缘的基部，自基部向外延伸且垂直于基部的第一指部，自基部向外延 伸且与第一织补平行和与第一织补间隔开的第二指部，被构成为支撑基板且沿 着弓形横向凸缘定位的第一支撑薄片，被构成为支撑基板且与第一指部的倾斜 部分耦连的第二支撑薄片，被构成为支撑基板且与第二指部的倾斜部分耦连的 第三支撑薄片，以及沿着基部的弓形横向凸缘定位的第四支撑薄片。
在再一实施例中，提供了一种用于处理基板的系统。该系统包括传送室， 与传送室耦连的一个或多个处理室，集中地设置在传送室内的机械手组件，以
及耦连到机械手组件的叶片。u型叶片包括具有弓形横向凸缘的基部，自基部
向外延伸且垂直于基部的第一指部，自基部向外延伸且与第一指部平行和与第 一指部间隔开的第二指部，被构成为支撑基板且沿着弓形横向凸缘定位的第一 支撑薄片，被构成为支撑基板且与第一指部耦连的第二支撑薄片，以及被构成 为支撑基板且与第二指部耦连的第三支撑薄片，其中弓形横向凸缘自第一指部 的外边缘向第二指部的外边缘延伸。
因此能更详细理解本发明上述特征的方式、本发明更加特定的描述、以上 的发明内容可通过参考实施例获得，于附图中示出了一些实施例。但是，将注 意附图仅示出了本发明的典型实施例，且由于本发明可允许其他等效实施例， 因此不应认为其限制了本发明的范围。
图1示出了用于从处理室提取基板的现有技术叶片；
图2描述了 IR照像测试，其示出了比较基板绘图作为图1现有技术叶片 的有限元件分析(FEA);
图3是多室基板处理系统的顶视平面图4是根据在此描述的实施例的叶片的示意性透视图5是图4的叶片的示意性侧视图6是沿着图4的线6-6取得的示意性截面图-，图7是沿着图4的线7-7取得的示意性截面图8是根据在此描述的另一实施例的叶片的示意性透视图9是沿着图8的线9-9取得的示意性截面图10是沿着图8的线10-10取得的示意性截面图11描述了 IR照像测试，其示出了比较基板绘图作为根据在此描述的一 个实施例的叶片的FEA，
为了便于理解，可能的情况下，己经使用相同参考数字表示图中共用的相 同的部件。将预期在一个实施例中的部件和/或处理步骤可有利地用在其他实 施例中而不需特别说明。
具体实施方式
如权利要求中列出的本发明的实施例一般提供了用于在处理系统中传送 基板的装置和方法，处理系统中，将基板暴露到高温下且希望快速冷却基板。 该装置可贴装到机械手上用于在处理系统中的处理室之间传送基板诸如半导 体晶片。将叶片设计成最小化基板下方的叶片表面积以降低从加热的处理室中 取出之后在基板上产生的热应力。最小化基板下方的叶片表面积允许基板和叶 片材料的更快冷却。也将叶片设计成降低与基板的边缘接触且由此提供降低的 基板颗粒污染。
在此描述的实施例可有利地用在组合工具结构(cluster tool configuration) 中，该组合工具结构具有在单个基板处理室和/或多批类型处理室中处理基板 的能力。组合工具是包括进行各处理歩骤用于形成电子器件的多个室的模块化 系统。叶片可用在半导体器件处理系统中，用在于基板、包括半导体晶片和玻 璃板上制造半导体中。其中可使用叶片的系统实例包括例如热处理系统诸如 CENTURA⑧Epi和Vantage RadiancePlus RTP系统，二者都可从位于加州的 Santa Clara市的Applied Materials公司获得。叶片也可与有其他制造商制造的 其它处理系统一起使用。叶片也可与手工操作而不需机械手辅助的其它处理系 统一起使用。
在图3中，处理系统300的上下文中示出了机械手组件310。机械手组件 310集中地设置在在传送室311内部。以使基板能分别通过阔门316、 317、 318 和319被传送到相邻的处理室312、 313、 314和315中。机械手组件310可包括蛙腿型机械装置。在某些实施例中，机械手组件310可包括任一种公知类
型的机械装置，用于实现向或自各处理室的线性延伸。叶片800与机械手组件 310耦连。叶片800被构成为通过处理系统300传送基板。
图4是根据在此描述的一个实施例的叶片320的示意性透视图。叶片320 包括具有第一指部420和第二指部430的基部410，每一个指部都自基部向外 延伸且垂直于基部以形成u型叶片。在某些实施例中，第一指部420、第二指 部430和基部410被制造成单一组件。在某些实施例中，第一指部420和第 二指部430可以是分开的片，其使用现有技术中公知的贴装技术与叶片320 的基部410耦连。
叶片320的基部410通过横向凸缘412限定。在一个实施例中，横向凸缘 412形状为弓形以与圆形基板的形状一致。但是，横向凸缘412可以是任何形 状以与被传送的基板形状一致。叶片320的基部410具有两个向后的相对横向 突起414A、414B以及用于使用固定装置诸如穿过孔418设置的螺丝钉安装叶 片到机械手组件的机械臂或其他安装部件的凹进部分416。在某些实施例中， 在叶片传感器上的晶片("WOB")(未示出)可位于基部410上用于检测叶片 420上基板的存在。
第一指部420和第二指部430被定位成使得它们距平分基部410的中心线 450为等距的。第一指部420和第二指部430也被定位成最小化设置在第一指 部420和第二指部430上方的基板下方的叶片320表面积。尽管优选最小化 基板下方的叶片320的表面积，但是第一指部420和第二指部430之间的距 离通过叶片320可进出以插入和取出基板的开口和/或阀门规定。例如，当进 入狭窄的狭槽阀门时第一指部420和第二指部430被定位成靠近在一起。但 是，在开口和/或阀门宽阔的地方，第一指部420和第二指部430被定位成尽 量远地隔开以最小化基板下方叶片320的表面积，同时允许对基板足够的支 撑。在一个实施例中，在第一指部420的内边缘423和第二指部430的内边 缘433之间的距离"D2"大于基部410的两个向后的相对横向凸起之间的距
离"m"。
第一指部420的一部分外边缘422可向内倾斜向第一指部420的端部424 以形成倾斜部分425，从而最小化叶片320的表面积。第二指部430的一部分 外边缘432可向内倾斜向第二指部430的端部434以形成倾斜部分435，从而最小化叶片320的表面积。
可将一个或多个支撑薄片440a-d设置在叶片320上。每一个都被构成为 支撑基板的第一支撑薄片440a和第二支撑薄片440b从横向凸缘412的边缘向 内定位。第一支撑薄片440a和第二支撑薄片440b被定位成使得第一支撑薄片 440a和第二支撑薄片440b在叶片320的基部410的中心线450的相对两侧上， 且距叶片320的基部410的中心线450为等距的。从第一指部(fmger) 420 的端部424的外边缘422的倾斜部分向内定位第三支撑薄片440c。从第二指 部430的端部424的外边缘422的倾斜部分向内定位第四支撑薄片440d。尽 管图4中的实施例描述了四个支撑薄片，但是应当理解，可使用足以支撑基板 的任意数量的支撑薄片。例如，也可使用其中将第一支撑薄片和第二支撑薄片 分别定位在第一指部420和第二指部430上、沿着叶片320基部410的横向 凸缘412边缘定位第三支撑薄片的三个支撑薄片结构。支撑薄片440能整体制 造到叶片320上或者可通过加压、铜焊、焊接、粘附性贴装、等离子体喷射、 电弧喷射或者通过使用其他本工业中公知的耦连方法固定到叶片320上。
图5是图4叶片的示意性侧视图，示出了至少部分定位在叶片320表面上 方的支撑薄片440d，以提供基板和叶片320表面之间的间隙(clearance).图 6是沿着图4的线6-6取得的示意性截面图。接近每个支撑薄片440a-d的前边 缘520形成接触斜坡510。每个支撑薄片440a-d上的接触斜坡510的组合形 成了支撑基板的口袋(pocket)。接触斜坡510被设计成支撑冷基板和由于存 在热量而膨胀的热基板。图7是沿着图4的线7-7取得的示意性截面图，其示 出了接触斜坡510和支撑薄片的前边缘520。 叶片320由与加压条件兼容的稳定的、质量轻的材料制成，同时支撑基板 并允许快速冷却叶片320和基板。叶片320可包括各种金属和非金属材料。在 某些实施例中，叶片320可包括石英材料。在某些实施例中，叶片320可包括 陶瓷材料，包括例如氧化铝、氧化铝碳化硅复合物、碳化硅、已被掺杂成较低 电阻的各种绝缘材料诸如碳掺杂的氮化铝、氮化硅、氮化硼和硼。在某些实施 例中，支撑薄片440可包括与叶片320相同的材料。在某些实施例中，支撑薄 片440可包括与叶片320不同的材料。在某些实施例中，支撑薄片440可包 括石英材料。
图8是根据在此描述的另一实施例的叶片800的示意性透视图。叶片800包括具有第一指部820和第二指部830的基部810，两个指部自基部810向外 延伸且垂直于基部810以形成u型叶片。叶片800的基部810通过横向凸缘 840限定。在一个实施例中，横向凸缘840形状为弓形以与圆形基板形状一致。 但是横向凸缘840可以是任意形状以与被传送的基板形状相一致。叶片800 的基部810被构成为经由固定装置诸如通过孔设置的螺丝安装到机械手组件。
第一指部820和第二指部830被定位成距平分基部810的中心线890为 等距的。第一指部820和第二指部830也被定位成最小化设置在第一指部820 和第二指部830上方的基板下的叶片表面积。第一指部820和第二指部830 可以是与机械手叶片800的基部810耦连的分离的片。第一指部820和第二 指部830也可被制造成具有基部810的单个组件。
一个或多个支撑薄片850a-d被设置在叶片800上。从横向凸缘840的边 缘向内定位每一个都被构成为支撑基板边缘的第一支撑薄片850a和第二支撑 薄片850b。第一支撑薄片850a和第二支撑薄片850b被定位成使得第一支撑 薄片850a和第二支撑薄片850b在中心线8卯的相反两侧上，且距中心线890 为等距的。从与第一指部820的外边缘870相邻的端部865的倾斜部分860 向内定位第三支撑薄片850c。从与第二指部830的外边缘885相邻的端部880 的倾斜部分875向内定位第三支撑薄片850d。尽管图8中示出的实施例描述 了四个支撑薄片850a-d，但是应当理解，可使用足以支撑基板的任意数量支 撑薄片。例如，也可使用其中将第一支撑薄片和第二支撑薄片分别定位在第一 指部820和第二指部830上、沿着叶片基部的横向凸缘边缘定位第三支撑薄片 的三个支撑薄片结构。支撑薄片能整体制造到叶片800上或者可通过加压、铜 焊、焊接、粘附性贴装、等离子体喷射、电弧喷射或者通过使用其他本工业中 公知的耦连方法固定到叶片800上。在某些实施例中，第一支撑薄片850a和 第二支撑薄片850b可分别被定位在约15°和约25°之间，例如距平行于第一指 部820和第二指部830并平分叶片800的基部810的中心的中心线约20°。在 某些实施例中，第三支撑薄片850c和第四支撑薄片850d分别被定位在约25° 和约30°之间，例如距平分叶片800的基部810的中心的中心线890约29°。
图9是图8的叶片的示意性侧视图，其示出了支撑薄片850和支撑薄片 850双口袋设计的细节。每个支撑薄片850都包括向下倾斜向支撑已膨胀的加 热基板的第一支撑表面920的第一接触斜坡910。每一个都包含第一支撑表面
10920的四个支撑薄片850a-850d形成了用于支撑基板的第一口袋。第一支撑表 面920引起第二个稍向下倾斜的表面或者第二个接触斜坡930，其导致了用于 支撑已被冷却的基板的第二基板支撑表面940。从第一支撑表面920向内设置 第二基板支撑表面940。每一个都含有第二支撑表面940的四个支撑薄片 850a-850d形成了支撑被冷却基板的第二口袋。图10是示出支撑薄片的第一 接触斜坡910和第二接触斜坡930的示意性截面图。制成薄片850a-850d可与 叶片诸如图4中示出的叶片一起使用。
图11描述了 IR照像测试，其示出了比较基板绘图作为根据在此描述的一 个实施例的到叶片的FEA。 IR照像测试示出在基板上无组合应力点且最小化 了基板和叶片挠曲。提供了一种降低了热基板上热应力梯度同时允许大于550 t:取出温度、具有降低了基板破裂和翘曲发生的新的叶片。叶片允许从处理室 对基板进行较高温度的提取，已经示出了对于一些实施例每个基板处理时间降 低了10秒，由此降低了整体处理时间以及拥有成本。
虽然前述内容针对本发明的实施例，但是可设计出在此描述的其它的和进 一步的实施例而不超出其基本范围，且其范围由以下的权利要求确定。
权利要求1.一种用于传送基板的叶片，其特征在于，包括具有弓形横向凸缘的基部；自基部向外延伸且垂直于基部的第一指部；自基部向外延伸且与第一指部平行和与第一指部间隔开的第二指部；被构成为支撑基板且沿着弓形横向凸缘定位的第一支撑薄片；被构成为支撑基板且与第一指部耦连的第二支撑薄片；和被构成为支撑基板且与第二指部耦连的第三支撑薄片，其中弓形横向凸缘自第一指部的外边缘向第二指部的外边缘延伸。
2. 根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，还包括沿着基部的弓形横向 凸缘定位的第四支撑薄片。
3. 根据权利要求2所述的叶片，其特征在于，第一支撑薄片和第四支撑薄 片距基部中心为等距的。
4. 根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，每个支撑薄片都包括第一支 撑表面和第二支撑表面。
5. 根据权利要求4所述的叶片，其特征在于，第二支撑表面从第一支撑表 面向内设置，且在第一支撑表面之下。
6. 根据权利要求5所述的叶片，其特征在于，第一支撑薄片、第二支撑薄 片和第三支撑薄片的第一支撑表面形成了支撑基板的第一 口袋。
7. 根据权利要求6所述的叶片，其特征在于，第一支撑薄片、第二支撑薄 片和第三支撑薄片的第二表面形成了支撑基板的第二 口袋。
8. 根据权利要求2所述的叶片，其特征在于，第一支撑薄片和第四支撑薄 片被定位成距平行于第一指部和第二指部并平分叶片的基部的中心的中心线 在约15°至约20°之间。
9. 根据权利要求8所述的叶片，其特征在于，第二支撑薄片和第三支撑薄 片被定位成距垂直于该中心线的水平线在约25°至约30°之间，该中心线平行 于第一指部和第二指部并平分叶片的基部的中心。
10. 根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，基板是半导体晶片。
11. 根据权利要求l所述的叶片，其特征在于，叶片包括石英材料。
12. 根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，基部包括两个向后面对的 横向突起，且在第一叶片的内边缘和第二叶片的内边缘之间的距离大于这两个 向后面对的横向突起之间的距离。
13. —种用于传送基板的U形叶片，其特征在于，包括 具有弓形横向凸缘的基部； 自基部向外延伸且垂直于基部的第一指部；自基部向外延伸且与第一指部平行和与第一指部间隔开的第二指部； 被构成为支撑基板且沿着弓形横向凸缘定位的第一支撑薄片； 被构成为支撑基板且与第一指部的倾斜部分耦连的第二支撑薄片；和 被构成为支撑基板且与第二指部倾斜部分耦连的第三支撑薄片；和 沿着基部的弓形横向凸缘定位的第四支撑薄片。
14. 根据权利要求13所述的u形叶片，其特征在于，基部包括两个向后 面对的横向突起，且在第一叶片的内边缘和第二叶片的内边缘之间的距离大于 这两个向后面对的横向突起之间的距离。
15. 根据权利要求14所述的u形叶片，其特征在于，弓形横向凸缘自第一 指部的外边缘向第二指部的外边缘延伸。
16. 根据权利要求13所述的u形叶片，其特征在于，第一支撑薄片和第四 支撑薄片被定位成距平行于第一指部和第二指部并平分叶片的基部的中心的 中心线在约15°至约20°之间。
17. 根据权利要求16所述的u形叶片，其特征在于，第二支撑薄片和第三 支撑薄片被定位成距垂直于该中心线的水平线在约25°至约30°之间，该中心 线平行于第一指部和第二指部并平分叶片的基部的中心。
18. 根据权利要求13所述的u形叶片，其特征在于，每个支撑薄片都包括 第一支撑表面和第二支撑表面。
19. 根据权利要求18所述的u形叶片，其特征在于，第一支撑薄片、第二 支撑薄片和第三支撑薄片的第一支撑表面形成了支撑基板的第一口袋，和第一 支撑薄片、第二支撑薄片和第三支撑薄片的第二表面形成了支撑基板的第二口 袋。
专利摘要提供了在基板被暴露到高温下的处理系统中传送基板的装置。还提供了用于传送基板的叶片。该叶片包括具有弓形横向凸缘的基部，自基部向外延伸且垂直于基部的第一指部，自基部向外延伸且与第一指部平行和与第一指部间隔开的第二指部，被构成为支撑基板且沿着弓形横向凸缘定位的第一支撑薄片，被构成为支撑基板且与第一指部耦连的第二支撑薄片，和被构成为支撑基板且与第二指部耦连的第三支撑薄片，其中弓形横向凸缘自第一指部外边缘向第二指部外边缘延伸。
文档编号H01L21/677GK201352552SQ20082017743
公开日2009年11月25日 申请日期2008年10月31日 优先权日2007年10月31日
发明者克雷格·R·梅茨纳, 强德拉塞卡·巴拉苏布拉曼亚姆, 迪内士·卡纳瓦德 申请人:应用材料股份有限公司