晶圆夹持装置及卡盘的制作方法

本公开涉及半导体制造领域，具体来说，涉及一种晶圆夹持装置及卡盘。

背景技术：

在半导体制造中，需要对晶圆进行各种表面处理，例如蚀刻、清洁、抛光、材料沉积等。在对晶圆进行表面处理时，通常使用可旋转的卡盘来支撑晶圆，使得晶圆固定在卡盘上方，随卡盘一起转动。

现有技术中的一些卡盘利用气垫将晶圆支撑在卡盘上方，而不与晶圆的下表面直接接触。卡盘上还设置有多个晶圆夹持装置，用于夹持晶圆的边缘，从而将晶圆固定在卡盘上。

为了对晶圆进行表面处理，在正常工作时，通常不期望晶圆与卡盘之间的相对移动或滑动。但是，在工作时，晶圆夹持装置上的用于夹持晶圆的夹持顶针往往会出现一定的磨损，甚至可能断裂，因而不能将晶圆牢固地固定在卡盘上。因此，在卡盘使用一段时间之后，晶圆与卡盘之间经常出现不期望的相对移动。更严重的是，如果夹持顶针在工作时突然断裂，可能会发生导致晶圆损坏的事故。

因此存在对于新的技术的需求。

技术实现要素：

本公开的目的之一是提供一种改进的晶圆夹持装置以及一种改进的卡盘。

根据本公开的一个方面，提供了一种晶圆夹持装置，用于安装在卡盘上以夹持晶圆，其可以包括：基座，用于与卡盘连接；两个或更多个夹持顶针，设置在所述基座的上表面，所述夹持顶针的侧面能够与所述晶圆的侧面相接触，用于夹持所述晶圆；以及支撑顶针，设置在所述基座的上表面，用于支撑所述晶圆。

在一些实现方式中，所述两个或更多个夹持顶针能够各自独立地在垂直于所述基座的上表面的方向上运动，从而在用于夹持所述晶圆的夹持位置与不用于夹持所述晶圆的非夹持位置之间切换。

在一些实现方式中，在所述晶圆夹持装置正常工作时，所述两个或更多个夹持顶针同时处于夹持位置，或者同时处于非夹持位置。

在一些实现方式中，在所述晶圆夹持装置正常工作时，所述两个或更多个夹持顶针轮流处于夹持位置，其中当一个夹持顶针处于夹持位置时，其他夹持顶针处于非夹持位置。

在一些实现方式中，在所述晶圆夹持装置正常工作时，所述两个或更多个夹持顶针各自根据所述晶圆夹持装置的运动方向和速度而处于夹持位置或非夹持位置。

在一些实现方式中，所述夹持顶针的数量为两个。

在一些实现方式中，所述夹持顶针的数量为三个。

在一些实现方式中，所述两个或更多个夹持顶针相对于所述支撑顶针对称地布置。

在一些实现方式中，所述支撑顶针以及所述两个或更多个夹持顶针布置在靠近所述基座的上表面的边缘处。

在一些实现方式中，所述夹持顶针的形状为圆柱体或椭圆柱体。

在一些实现方式中，所述夹持顶针由pvc、pfa、pom中的任意材料制成。

在一些实现方式中，所述基座的至少一部分的形状为圆锥体。

在一些实现方式中，所述基座的侧面或下表面设置有刻度，用于标识所述晶圆夹持装置相对于所述卡盘的方位。

在一些实现方式中，所述基座的侧面或下表面设置有定位标记，用于标识所述晶圆夹持装置的预定的安装方位。

在一些实现方式中，所述基座上设置有耦合构件，所述耦合构件能够与外部构件机械耦合，从而将所述晶圆夹持装置安装到所述卡盘并定位到适当的位置，以夹持所述晶圆。

在一些实现方式中，所述夹持顶针与所述基座通过以下方式中的至少一种相耦合，使得所述夹持顶针能够在垂直于所述基座的上表面的方向上运动：磁力耦合、电气耦合、机械耦合。

在一些实现方式中，所述夹持顶针能够方便地从所述基座上拆装。

根据本公开的另一个方面，提供了一种卡盘，用于固定晶圆，所述卡盘上可以设置有多个如本公开的任一方面所述的晶圆夹持装置。

在一些实现方式中，所述晶圆夹持装置布置在靠近所述卡盘的边缘处，并且在圆周上均匀地布置。

在一些实现方式中，所述卡盘上的所述晶圆夹持装置的数量为六个。

在一些实现方式中，所述卡盘上设置有与所述晶圆夹持装置对应的位置标记，用于标识所述晶圆夹持装置的方位。

本公开的一个方面的技术效果是可以提供一种改进的晶圆夹持装置以及一种改进的卡盘。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得更为清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1示出了根据本公开一个或多个示例性实施例的晶圆夹持装置的示意图。

图2示出了根据本公开一个或多个示例性实施例的晶圆夹持装置的俯视图。

图3示出了根据本公开一个或多个示例性实施例的卡盘的俯视图。

注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在一些情况中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，本公开并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。

具体实施方式

下面将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。也就是说，本文中的结构及方法是以示例性的方式示出，来说明本公开中的结构和方法的不同实施例。然而，本领域技术人员将会理解，它们仅仅说明可以用来实施的本公开的示例性方式，而不是穷尽的方式。此外，附图不必按比例绘制，一些特征可能被放大以示出具体组件的细节。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

图1示出了根据本公开的一个或多个示例性实施例的晶圆夹持装置100的示意图。图2示出了根据本公开的一个或多个示例性实施例的晶圆夹持装置100的俯视图。在本公开的一个示例性实施例中，晶圆夹持装置100包括基座110、夹持顶针121、122，以及支撑顶针130。

晶圆夹持装置100用于安装在卡盘上以夹持晶圆。在正常工作时，卡盘上安装有三个或更多个晶圆夹持装置100，以固定晶圆。为了清楚起见，卡盘和晶圆在图1和图2中未示出。

基座110用于将晶圆夹持装置100与卡盘连接，并且将其固定在卡盘上。在一些实施例中，基座110的至少一部分的形状为圆柱体或圆锥体，从而方便地与卡盘连接。

夹持顶针121、122设置在基座110的上表面，用于夹持晶圆。在晶圆夹持装置100正常工作时，夹持顶针121、122的侧面与晶圆的侧面相接触，使得晶圆相对于夹持顶针121、122固定，从而相对于晶圆夹持装置100以及卡盘固定。在一些实施例中，夹持顶针121和122的高度相同。在其他实施例中，夹持顶针121和122的高度可以不相同。

支撑顶针130与夹持顶针121、122一起设置在基座110的上表面，用于支撑晶圆。在晶圆夹持装置100正常工作时，支撑顶针130的上表面与晶圆的下表面相接触，将晶圆支撑在卡盘上方。支撑顶针130的高度低于夹持顶针121、122。

支撑顶针130对晶圆的支撑作用使得晶圆与夹持顶针121、122之间的作用力减小，从而减少了夹持顶针121、122的磨损，使得夹持顶针121、122较不容易损坏。由此，夹持顶针121、122的使用寿命增长，并且晶圆夹持装置100的相应的检查成本、维修成本和更换成本显著降低。并且，发生夹持顶针121、122断裂导致晶圆损坏的事故的可能性降低，使得晶圆夹持装置100的可靠性得到显著提高。

在一些实施例中，夹持顶针121和122能够各自独立地在垂直于基座110的上表面的方向上运动，从而在用于夹持晶圆的夹持位置与不用于夹持晶圆的非夹持位置之间切换。当夹持顶针121和122二者均处于夹持位置时，夹持顶针121和122二者的侧面均与晶圆的侧面相接触，用于夹持晶圆。当夹持顶针121处于夹持位置，夹持顶针122处于非夹持位置时，仅夹持顶针121的侧面与晶圆的侧面相接触，夹持顶针122不与晶圆相接触，反之亦然。晶圆夹持装置100的处于夹持位置的夹持顶针121和/或122与卡盘上的其他晶圆夹持装置(图1和图2中未示出)的处于夹持位置的夹持顶针共同夹持晶圆。当夹持顶针121和122二者均处于非夹持位置时，夹持顶针121和122均不与晶圆相接触，即此时晶圆夹持装置100不用于夹持晶圆。

当夹持顶针121和122二者共同夹持晶圆时，每一个夹持顶针121、122与晶圆之间的作用力减小，使得夹持顶针121、122较不容易损坏。另一方面，例如，当夹持顶针121处于非夹持位置，而由夹持顶针122夹持晶圆时，夹持顶针121不受到晶圆的作用力，因而其使用寿命得以延长。通过灵活地将夹持顶针121、122在夹持位置与非夹持位置之间进行配置，可以延长晶圆夹持装置100的使用寿命和更换周期，降低晶圆夹持装置100的检查成本、维修成本和更换成本。

本领域技术人员应当理解，可以根据需要来控制夹持顶针121、122在夹持位置与非夹持位置之间的切换。例如，在一些实施例中，可以控制夹持顶针121和122在晶圆夹持装置100正常工作时同时处于夹持位置，或者同时处于非夹持位置。在一些实施例中，可以控制夹持顶针121和122在晶圆夹持装置100正常工作时轮流处于夹持位置。例如，当夹持顶针121处于夹持位置时，夹持顶针122处于非夹持位置，反之亦然。

在优选的实施例中，在晶圆夹持装置100正常工作时，夹持顶针121和122各自根据晶圆夹持装置100的运动方向和速度而处于夹持位置或非夹持位置。在进一步优选的实施例中，夹持顶针121和122各自根据晶圆夹持装置100的速度变化而处于夹持位置或非夹持位置。例如，在一些实施例中，当晶圆夹持装置100随卡盘一起沿顺时针方向加速转动时，可以控制右侧的夹持顶针122处于夹持位置，而左侧的夹持顶针121处于非夹持位置。反之，当晶圆夹持装置100随卡盘一起沿顺时针方向减速转动时，可以控制左侧的夹持顶针121处于夹持位置，而右侧的夹持顶针122处于非夹持位置。

附加地或可替代地，可以根据晶圆夹持装置100的夹持顶针121、122的磨损状态来控制夹持顶针121、122在夹持位置与非夹持位置之间的切换。例如，在一些实施例中，当夹持顶针121接近损坏时，可以控制夹持顶针122处于夹持位置，而夹持顶针121处于非夹持位置，反之亦然。本领域技术人员应当理解，夹持顶针121、122的磨损状态可以通过各种方式获得，包括但不限于基于各种相关因素(例如，夹持顶针121、122的夹持时长和使用寿命，晶圆夹持装置100正常工作时卡盘的转动速度和加速度等)进行估计，对夹持顶针121、122进行定期检查等。

通过优化晶圆夹持装置100的夹持顶针121、122在夹持位置与非夹持位置之间的配置方案，可以使晶圆夹持装置100的使用寿命和更换周期最大化，从而使晶圆夹持装置100的检查成本、维修成本和更换成本最小化。

本领域技术人员应当理解，可以根据需要来选择夹持顶针和支撑顶针的数量和布置方式。

在一些实施例中，基座110上可以设置有两个或更多个夹持顶针以及一个或多个支撑顶针。如上所述，两个或更多个夹持顶针的配置能够降低每个夹持顶针与晶圆之间的作用力，和/或减少每个夹持顶针的工作时间，从而减少夹持顶针的磨损，延长晶圆夹持装置100的使用寿命和更换周期。此外，在一个夹持顶针断裂或缺失的情况下，两个或更多个夹持顶针的配置能够保证晶圆夹持装置100上仍有至少一个夹持顶针可以起到替代作用，防止该晶圆夹持装置100的夹持作用失效，导致晶圆相对于卡盘的不期望的移动或晃动。由此，晶圆夹持装置100的可靠性得到显著提高。

在一个优选的实施例中，如图1和图2所示，基座110上可以设置有两个夹持顶针121、122以及一个支撑顶针130。在另一个优选的实施例中，基座上可以设置有三个夹持顶针以及一个支撑顶针。

在优选的实施例中，夹持顶针相对于支撑顶针对称地布置。例如，在一个优选的实施例中，如图1和图2所示，夹持顶针121、122相对于支撑顶针130对称地布置。在另一个优选的实施例中，基座上的三个夹持顶针相对于一个支撑顶针对称地布置。

在优选的实施例中，夹持顶针121、122和支撑顶针130布置在靠近基座110的上表面的边缘处。在优选的实施例中，两个或更多个夹持顶针121、122彼此分开一定的距离，从而能够更稳定地夹持晶圆。

本领域技术人员应当理解，可以根据需要来选择夹持顶针和支撑顶针的形状和材料。

在优选的实施例中，夹持顶针121、122具有平滑的侧面，从而实现与晶圆的较好的接触。例如，夹持顶针121、122的形状可以是圆柱体或椭圆柱体。在其他实施例中，夹持顶针121、122的形状也可以是棱柱体。可以根据需要来选择夹持顶针121、122的材料。在优选的实施例中，夹持顶针121、122由pvc、pfa、pom中的任意材料制成。

在优选的实施例中，支撑顶针130具有平坦的上表面，从而实现与晶圆的较好的接触。例如，支撑顶针130的形状可以是圆柱体、椭圆柱体或棱柱体。在其他实施例中，支撑顶针130也可以具有其他适当的形状。

在优选的实施例中，基座110被配置为分别与夹持顶针121和122相耦合，以控制夹持顶针121和122各自独立地在垂直于基座110的上表面的方向上运动，从而在夹持位置与非夹持位置之间切换。本领域技术人员应当理解，可以根据需要选择适当的耦合方式。例如，在一些实施例中，基座110中可以设置有分别与夹持顶针121和122相耦合的机械构件(例如弹簧)，以控制夹持顶针121和122在夹持位置与非夹持位置之间切换。在一些实施例中，基座110中可以设置有分别与夹持顶针121和122相耦合的磁体。在一些实施例中，基座110中可以设置有分别与夹持顶针121和122相关联的电子电路。在其他实施例中，基座110还可以通过其他方式与夹持顶针121和122相耦合，以控制夹持顶针121和122在夹持位置与非夹持位置之间的切换。

在优选的实施例中，基座110上设置有标识，用于标识晶圆夹持装置100的方位，以使得晶圆夹持装置100能够更方便地与卡盘连接。例如，基座110的侧面或下表面可以设置有刻度140，用于标识晶圆夹持装置100相对于卡盘的方位。优选地，刻度140设置在基座110的侧面，靠近基座110的下表面或上表面处。优选地，刻度140设置在基座110的整个圆周上，或者设置在基座110的圆周的与夹持顶针121、122和支撑顶针130相对应的部分上。

附加地或可替代地，基座110的侧面或下表面处可以设置有定位标记145，用于标识晶圆夹持装置100的预定的安装方位。优选地，定位标记145设置在基座110的侧面，靠近基座110的下表面或上表面处。优选地，定位标记145设置为与对称布置的夹持顶针121、122的对称轴相对应，或者设置为与支撑顶针130相对应。在一些实施例中，基座110上可以设置有两个或更多个定位标记145。在一些实施例中，定位标记145可以是刻度140的被特殊标记的一部分。在一些实施例中，定位标记145可以是颜色标记、符号标记、凹部或凸部标记等。

在优选的实施例中，基座110上可以设置有耦合构件，其能够与外部构件机械耦合，从而将晶圆夹持装置110安装到所述卡盘并定位到适当的位置以夹持晶圆。例如，基座110的底部可以设置有锯齿状的安装部，其能够与外部构件相啮合，从而将晶圆夹持装置110定位到卡盘上适当的位置。在进一步优选的实施例中，刻度140和定位标记145可以设置在基座110的耦合构件上。

在优选的实施例中，基座110上还可以设置有能够与卡盘相耦合的一个或多个凹部和/或凸部，以将晶圆夹持装置100更牢固地固定在卡盘上，防止其在正常工作时相对于卡盘滑动甚至从卡盘脱落。

在优选的实施例中，基座110被配置为使得晶圆夹持装置100能够方便地与卡盘连接以及从卡盘拆卸。例如，在优选的实施例中，基座110的至少一部分的形状为圆锥体，以实现便捷的安装和拆卸。

在优选的实施例中，夹持顶针121、122被配置为能够方便地安装到基座110以及从基座110拆卸。

由此，可以根据需要方便地将晶圆夹持装置100从卡盘拆卸下来，从而对其进行检查、维修和/或更换。在一些实施例中，在晶圆夹持装置100的一个或多个部件(尤其是夹持顶针121、122)损坏的情况下，可以将晶圆夹持装置100从卡盘拆卸下来，对损坏的部件进行维修或更换。在一些实施例中，还可以对晶圆夹持装置100进行定期检查和/或更换，以避免发生事故。

图3示出了根据本公开一个或多个示例性实施例的卡盘200的俯视图。为了清楚起见，在图3中未示出晶圆和晶圆夹持装置100的结构细节。

卡盘200上设置有多个根据本公开的一个或多个示例性实施例的晶圆夹持装置100。在正常工作时，卡盘200上的多个晶圆夹持装置100共同夹持晶圆，从而将晶圆固定在卡盘200上，防止晶圆相对于卡盘200的移动或晃动。在一个优选的实施例中，如图3所示，卡盘200上设置有六个晶圆夹持装置100。在其他实施例中，卡盘200上可以设置有更多或更少的晶圆夹持装置100。

卡盘200上设置有多个孔，使得多个晶圆夹持装置100的基座110能够分别连接到卡盘200的孔中。在基座110连接到卡盘200之后，基座110上的夹持顶针121、122和支撑顶针130位于卡盘200的上表面的上方。由此，多个晶圆夹持装置100的夹持顶针121、122能够共同夹持晶圆，并且支撑顶针130能够支撑晶圆，从而将晶圆固定在卡盘200上方。

在优选的实施例中，多个晶圆夹持装置100可以布置在靠近卡盘200的边缘处，并且在圆周上均匀地布置。例如，如图3所示，卡盘200上的晶圆夹持装置100均匀地布置在圆周250上。

在优选的实施例中，卡盘200上可以设置有分别与每个晶圆夹持装置100相对应的位置标记(图3中未示出)，用于标识每个晶圆夹持装置100相对于卡盘200的方位。例如，卡盘200上可以设置有用于标识每个晶圆夹持装置100的预定的安装方位的标记。

本领域技术人员应当理解，本文所述的晶圆是指半导体制造领域中待加工的晶片，其可以具有任何形状。本文并不意在将本公开适用的范围限定为圆形晶圆。本领域技术人员应当意识到，本公开适用于各种形状的晶圆。

在说明书及权利要求中的词语“前”、“后”、“顶”、“底”、“之上”、“之下”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样使用的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本公开的实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其他取向上操作。

如在此所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在上述技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。

如在此所使用的，词语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。词语“基本上”还允许由寄生效应、噪声以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。

另外，前面的描述可能提及了被“连接”或“耦接”在一起的元件或节点或特征。如在此所使用的，除非另外明确说明，“连接”意指一个元件/节点/特征与另一种元件/节点/特征在电学上、机械上、逻辑上或以其它方式直接地连接(或者直接通信)。类似地，除非另外明确说明，“耦接”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机械上、电学上、逻辑上或以其它方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“耦接”意图包含元件或其它特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。

另外，仅仅为了参考的目的，还可以在本文中使用“第一”、“第二”等类似术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其它此类数字词语并没有暗示顺序或次序。

还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。

在本公开中，术语“提供”从广义上用于涵盖获得对象的所有方式，因此“提供某对象”包括但不限于“购买”、“制备/制造”、“布置/设置”、“安装/装配”、和/或“订购”对象等。

本领域技术人员应当意识到，在上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以结合成单个操作，单个操作可以分布于附加的操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。而且，另选的实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在其他各种实施例中可以改变操作顺序。但是，其它的修改、变化和替换同样是可能的。因此，本说明书和附图应当被看作是说明性的，而非限制性的。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。