控制颗粒污染的晶圆吸附构件及装置的制作方法

1.本发明涉及半导体设备的设计及制造领域，具体地说，涉及一种控制颗粒污染的晶圆吸附构件及装置。


背景技术：

2.晶圆吸附或夹持结构是各类半导体设备中的重要组成部件，从花篮中取放晶圆到工艺位置交接晶圆，只要涉及晶圆的位置转移则均需要吸附或夹持结构的参与。而且随着各种半导体器件加工工艺的开发，颗粒污染控制要求越来越高、晶圆厚度越来越薄，还有需要翻转晶圆等特殊要求。
3.现有的晶圆吸附或夹持方案有边缘夹持/吸附、托举式夹持/吸附，都无法同时应对颗粒污染控制、超薄晶圆、晶圆翻转等需求。如图1-1的晶圆边缘夹持/吸附结构，仅接触晶圆边缘，不接触晶圆中心的工艺区域，以达到控制工艺区域颗粒污染程度的目的。然而其无法应对超薄晶圆，具有以下的缺陷：
4.(1)由于晶圆越薄，翘曲越大，当晶圆翘曲值超过边缘夹持/吸附结构的能力范围时，晶圆会从结构中部掉落导致碎片，如图1-2所示；
5.(2)由于正常夹持/吸附超薄晶圆已经有掉片风险，更无法应对晶圆翻转需求；
6.(3)由于减薄工艺特征，超薄晶圆的边缘位置更加脆弱，使得晶圆边缘在夹持/吸附时易碎裂。
7.如图1-3的托举式夹持/吸附结构，仅接触晶圆底部，不接触晶圆顶部的工艺区域，以达到控制单面工艺区域颗粒污染程度的目的。且为了应对超薄晶圆，目前相关技术方案的吸附方式均为吸附集中应力较小的伯努利吸附方式，托举式夹持/吸附结构具有以下缺陷：
8.(1)由于只能保证不接触晶圆的其中一面，所以另一面在接触过程中产生的颗粒污染则无法得到控制。
9.(2)由于伯努利吸附是通过吹气持续产生负压的方式来吸附晶圆，所以除了晶圆，环境中吸盘附近的颗粒也会因负压聚集到吸附结构上，再在吸附结构与晶圆接触时产生更严重的颗粒污染。


技术实现要素：

10.本发明的控制颗粒污染的晶圆吸附构件及装置可有效控制设备零部件与晶圆接触时的颗粒污染程度，可应对超薄晶圆的吸附且便于装调维护。本发明具体的技术方案如下：
11.一种控制颗粒污染的晶圆吸附构件，包括：
12.基体结构，包括基体、进气口、吸附气道，所述基体为一端不封闭的盘状，在所述基体内设置有吸附气道，气流从进气口引入经吸附气道引导，在基体内形成用于吸附晶圆的伯努利吸附力；
13.颗粒缓冲结构，与所述基体结构连接，所述颗粒缓冲结构为盘状，包括颗粒吸附结构；
14.晶圆接触结构，包括晶圆接触头，所述晶圆接触头与基体结构和/或颗粒缓冲结构连接。
15.可选地，基体结构还包括位于基体的不封闭侧的颗粒缓冲结构连接部、晶圆接触结构连接部，颗粒缓冲结构与所述颗粒缓冲结构连接部连接，所述颗粒缓冲结构包括穿透其盘面的通孔，晶圆接触结构还包括晶圆接触结构基体，所述晶圆接触头设置在晶圆接触结构基体上，所述晶圆接触结构基体穿过所述通孔与颗粒缓冲结构和/或晶圆接触结构连接部连接。
16.可选地，所述基体内具有多圈沿圆周向间隔设置的多个楔形块，楔形块的尖端朝向不封闭侧，从而在所述基体内形成吸附气道。
17.可选地，在所述基体的侧面还设置有排气口。
18.可选地，所述进气口沿楔形块的楔形轮廓倾斜方向倾斜穿透所述基体。
19.可选地，所述排气口从楔形块之间沿与径向呈倾斜角度设置，并且，倾斜方向是由内向外逐渐向气流流动方向倾斜。
20.可选地，所述颗粒吸附结构包括静电薄膜，以及与所述静电薄膜电连接的附属结构。
21.可选地，所述晶圆接触头用于与晶圆接触的端部具有多个凸起。
22.可选地，所述晶圆接触结构连接部与晶圆接触结构基体为一体的。
23.本发明还提供一种控制颗粒污染的晶圆吸附装置，包括承载结构和以上所述的控制颗粒污染的晶圆吸附构件，各晶圆吸附构件安装于承载结构同一侧上。
24.本发明具有以下有益的技术效果：
25.(1)颗粒缓冲区使吸附构件工作时聚集产生的颗粒进入缓冲区而不会直接接触晶圆，进而有效控制了伯努利吸附导致的颗粒污染问题。
26.(2)采用凸点接触面，大幅减小接触面积，在吸附结构接触晶圆时大幅减少颗粒污染程度，且不影响吸附性能。
27.(3)独特的气道设计，使产生吸附作用的气体按设计轨迹流动，使吸附结构在翻转晶圆时仍保持稳定的吸附力，且可以进一步使颗粒沾污程度降低。
附图说明
28.通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
29.图1-1是表示边缘夹持/吸附结构的示意图；
30.图1-2是表示大翘曲晶圆掉落的示意图；
31.图1-3是表示托举式夹持/吸附结构示意图；
32.图2-1是表示本发明实施例的晶圆吸附构件的平面示意图；
33.图2-2是表示本发明实施例的晶圆吸附装置的平面示意图；
34.图2-3是表示本发明实施例的晶圆吸附装置的立体示意图；
35.图2-4是表示本发明实施例的基体结构的平面示意图；
36.图2-5是表示本发明实施例的颗粒缓冲结构的平面示意图；
37.图2-6是表示本发明实施例的晶圆接触结构的平面示意图；
38.图2-7是表示本发明实施例的晶圆吸附装置在吸附晶圆的示意图；
39.图2-8是表示本发明实施例的晶圆吸附构件的立体示意图；
40.图2-9是表示本发明实施例的基体结构的立体示意图；
41.图2-10是表示本发明实施例的进排气口的示意图；
42.图2-11是表示本发明实施例的气流走向示意图；
43.图2-12是表示本发明实施例的颗粒缓冲结构的立体示意图；
44.图2-13是表示本发明实施例的晶圆接触结构的立体示意图；
45.图2-14是表示本发明实施例的颗粒缓冲结构的线缆走向示意图；
46.图2-15是表示未使用本实施例的晶圆吸附构件吸附晶圆时的颗粒检测情况；
47.图2-16是表示使用了本实施例的晶圆吸附构件吸附晶圆时的颗粒检测情况。
具体实施方式
48.下面将参考附图来描述本发明所述的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
49.本实施例的晶圆吸附构件100，如图2-1所示，包括基体结构110、颗粒缓冲结构120、晶圆接触结构130。晶圆吸附构件100可以是一个，也可以是多个，如图2-2所示，都安装在承载结构200的同一侧上，共同作用于晶圆300，实现对晶圆300的吸附及颗粒控制。如图2-3所示，4处晶圆吸附构件100安装在1件机械手即承载结构200上，吸附结构工作时使晶圆300紧贴吸附结构并随承载结构进行移动。
50.图2-7可以看出其侧面连接关系，颗粒缓冲结构120与基体结构110进行连接，晶圆接触结构130可以与颗粒缓冲结构120连接，或和基体结构110连接，也可以同时进行连接，同时连接可以达到更牢固的效果。连接形式包括螺纹连接、铆接、粘接、焊接等。
51.其中，基体结构110如图2-4所示，包括基体111、进气口112、排气口113、吸附气道114、颗粒缓冲结构连接部115、晶圆接触结构连接部116。所述基体111可以是圆盘状，其一端不封闭，在其内部设置有吸附气道114，且在基体111上设置有进气口112、排气口113，气流从进气口112被引入，气流方向受吸附气道114引导，部分气流经由排气口113导出，其余气流在基体111内形成负压(形成伯努利吸附)，从而对晶圆产生向上的吸附力。
52.颗粒缓冲结构连接部115位于不封闭侧，且用于和颗粒缓冲结构120形成稳固连接，晶圆接触结构连接部116位于颗粒缓冲结构连接部115上，颗粒缓冲结构120具有通孔124，晶圆接触结构基体131穿过该通孔124与晶圆接触结构连接部116形成稳固连接。
53.颗粒缓冲结构120如图2-5所示，包括颗粒缓冲区基座121、颗粒吸附结构122、颗粒缓冲区附属结构123、通孔124。颗粒缓冲区基座121用于和基体结构110的颗粒缓冲结构连接部115形成稳固连接。颗粒吸附结构122对微小颗粒具有吸附作用，当伯努利吸附气流产生的负压将周边颗粒引导向晶圆时，颗粒会由于颗粒吸附结构122的作用被吸附在颗粒吸附结构122上，而不会被吸附到晶圆上，从而实现吸附晶圆的同时也进行了有效地颗粒控
制。具体的，实现颗粒吸附结构122的吸附功能，可以是通过静电，可以通过颗粒缓冲区附属结构123(例如线缆)向颗粒吸附结构122引入静电，颗粒缓冲区附属结构123被连接固定在颗粒缓冲区基座121上。
54.晶圆接触结构130如图2-6所示，包括晶圆接触结构基体131、晶圆接触头132，其中，晶圆接触结构基体131稳固连接在晶圆接触结构连接部116上，并且可以通过颗粒缓冲结构120进行辅助连接，实现晶圆在被吸附并产生移动的情况下仍保持姿态稳定。晶圆接触头132是和晶圆产生机械接触的可替换结构，该结构可根据晶圆的不同规格而进行不同材质、不同纹理或不同尺寸的替换，以达到最佳的接触效果和颗粒控制效果。
55.在吸附晶圆时，如图2-14所示，伯努利吸附气流由基体结构110中产生，受负压影响，晶圆300向晶圆吸附构件100靠近，接触并被支撑在晶圆接触结构130的顶部，而基体结构110与晶圆之间的空间将持续因伯努利吸附气流而保持吸附负压。气流流动及负压吸附过程中引导向晶圆的颗粒将会被颗粒缓冲结构120吸附，因此大幅降低了颗粒污染。
56.在一个可选实施例中，晶圆吸附构件100的构成如图2-8所示。晶圆吸附构件100中的基体结构110构成如图2-9、2-10所示，其基体111为圆盘状，其具有良好刚性，使其与底部承载结构200及上部的颗粒缓冲结构120的连接稳定且不易变形。并且该晶圆吸附构件100中的晶圆接触结构130可直接与基体结构110一体成形，使结构更加稳定，进一步保证了晶圆在吸附状态下移动过程中的姿态稳定。该基体结构110的不封闭侧设置有颗粒缓冲结构连接部115，基体结构110具有1处进气口112和1处排气口113，其进气口112穿透基体111与承载结构200联通，用以经承载结构200向进气口112输送气体。
57.基体111内具有多圈沿圆周向间隔设置的多个楔形块117，楔形块117的尖端朝向不封闭侧，如图2-11所示，在该种结构下，气流会被分束为2种方向，一种是经由楔形块117沿其楔形轮廓引导后向水平方向扩散的伯努利吸附气流，另一种是环绕多圈楔形块之间的环形通道流动，可以使得整个气道范围内的气体分布成均匀的气流。冗余气流随排气口113引导而排出，不会影响到水平方向扩散的伯努利吸附气流。该气道结构保证了吸附的均匀性和稳定性。气流在基体111内的筒状空间内形成旋转气流，并形成负压，形成对晶圆向上的吸附力。
58.优选地，如图2-10所示，进气口112及排气口113都具有倾斜角度，从而引导气流通过吸附气道114中的固定位置。可以看出，进气口112沿楔形块117的楔形轮廓倾斜方向倾斜穿透基体111，使得气流沿楔形轮廓引导流动。排气口113从楔形块117之间沿与径向呈一定倾斜角度设置，并且，倾斜方向是由内向外逐渐向气流流动方向倾斜。
59.另外，本实施例中，基体结构中的晶圆接触结构连接部116即为晶圆接触结构基体131，晶圆接触结构基体与基体结构为一体加工成型，使晶圆在吸附及移动过程中的姿态更加稳定。
60.在一个可选实施例中，晶圆吸附构件100中的颗粒缓冲结构120如图2-12所示，其中，颗粒缓冲区基座121与颗粒缓冲结构连接部115连接，其具有良好的机械加工性能保障了中部较为复杂的颗粒吸附结构122及颗粒缓冲区附属结构123的连接结构可以通过加工实现。本实施例中，颗粒吸附结构122由一层静电吸附薄膜构成，颗粒缓冲区附属结构123为静电薄膜用线缆，通过颗粒缓冲区基座121上的走线槽进行分布和连接，从图2-14中可以看到该线缆的承载结构，可以与电源连接。
61.在一个可选实施例中，如图2-13所示，晶圆接触头132为可替换结构，可根据实际需要变更尺寸、材质后与晶圆接触基体进行连接。并且，晶圆接触头132的端部具有多个点状凸起，用以与晶圆接触，减少与晶圆的接触面积，减少污染。
62.如果不采用本实施例的控制颗粒污染的晶圆吸附构件，如图2-15所示，在吸附晶圆的过程中也会吸附大量的颗粒物在晶圆表面。而采用本实施例的控制颗粒污染的晶圆吸附构件后，晶圆吸附构件100开始工作，气流从进气口112被引入吸附气道114，在承载结构200表面的水平方向形成伯努利吸附气流，晶圆300被吸附在晶圆接触结构130上。同时，静电吸附薄膜持续工作，当附近颗粒随负压被引导到吸附结构附近时，将被吸附在薄膜上，无论晶圆的翻转姿态、移动速度等状态如何，均可有效地避免颗粒污染问题。如图2-16所示，可以看出，在吸附晶圆的过程中，晶圆的表面并没有吸附大量的颗粒物，
63.无需工艺时，根据需要可随时停止静电薄膜的吸附，进行清洁后继续使用。
64.以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。