用于改善的晶片装卸的微结构的制作方法
【技术领域】
本发明总体上涉及半导体处理领域，具体涉及用于改善的晶片装卸的微结构。
【背景技术】
[0001]在半导体器件的制造过程中不同类型的工具被用于执行数百个处理操作。这些操作大部分在处于非常低的压强下(即在真空或部分真空下)的处理室中执行。这样的处理室可以围绕中央轮毂布置，并且可将轮毂与处理室保持在基本相同的非常低的压强下。晶片可以通过机械地耦合到处理室和/或中央轮毂的晶片装卸系统引入到处理室。晶片装卸系统将晶片从工厂车间传送到处理室中。晶片装卸系统可以包括带晶片往返于大气条件与非常低的压强条件的装载锁，以及将晶片转移到各种位置的机械手。晶片装卸系统可以利用在真空环境外部操作的机械手，例如，在周围工厂车间环境中操作的机械手，以及在处理室和中心轮毂的非常低压强的环境中操作的机械手。吞吐量(在一段时间内处理的晶片的数量)受到处理时间、一次处理的晶片的数量、以及引入晶片到真空处理室中所需要的时间的影响。
【发明内容】
[0002]本文所描述的主题的一个方面可以在端部执行器的接触垫中实施。接触垫可包括排列在接触垫基部上的若干结构，每个结构包括挠性构件和多个连接到所述挠性构件的接触构件，所述挠性构件配置成在施加衬底的情况下偏转，并且所述接触构件被配置为通过范德华粘附力粘附到衬底。这些结构可以根据各种实施方式以多种配置方式进行排列。例如，这些结构可以被布置成围绕所述接触垫基部的中心延伸的周向的列。在一些实施方式中，所述结构被配置在多个区域中，该多个区域被配置成使得衬底从接触垫的释放是按区域分阶段的。在一些实施方式中，所述多个结构的高度和/或有效弹簧常数跨越接触垫而变化。高度和/或有效弹簧常数方面的差异可以是围绕点对称的。例如，这些差异可以是圆对称性的。
[0003]这些挠性构件可以具有多种尺寸。在一些实施方式中，挠性构件的最大尺寸小于I毫米。在相同或其它实施方式中，挠性构件的最小尺寸可以小于100微米。挠性构件的材料的示例可包括碳(例如碳纳米管的网络)以及聚合材料。接触构件也可以具有多种尺寸。在一些实施方式中，接触构件的最小尺寸小于I微米，或小于500纳米。在一些实施方式中，每个接触构件可包括分割成多个自由端的基部。
[0004]此处所描述的主题的另一个方面可以在端部执行器的接触垫实施，该接触垫包括排列在接触垫基部上的多个结构，该多个结构中的每一个具有有效弹簧常数和高度，所述多个结构的有效弹簧常数和高度中的至少一个跨越接触垫变化。在一些实施方式中，高度或有效弹簧常数的变化可具有圆对称性。
[0005]本文所描述的主题的另一个方面可以以如本文描述的具有一个或多个端部执行器的接触垫的端部执行器实施。
[0006]本文所描述的主题的另一个方面可以以机械手实施，所述机械手具有:一个或多个臂部；配置为移动所述一个或多个臂部的马达；以及连接到所述一个或多个臂部的一个或多个端部执行器。所述一个或多个端部执行器可被构造成在χ-y方向以至少约0.5g的加速度通过无源接触传送半导体衬底而不滑脱并构造成用于在施加法向力的情况下将衬底非致动释放半导体而不倾斜。在一些实施方式中，一个或多个端部执行器可操作地在温度高于400°C支承半导体衬底。在一些实施方式中，一个或多个端部执行器可以被配置为传送直径为至少300毫米或者至少450毫米的半导体衬底。
[0007]本文所描述的主题的另一个方面可以以半导体处理工具实施。该处理工具可包括传送模块，该传送模块被配置为连接到一个或多个处理模块并被配置为将半导体衬底往来于一个或多个处理模块传送。传送模块包括具有如在本公开中描述的一个或多个端部执行器接触垫的机械手。在一些实施方式中，该处理工具还包括连接到所述传送模块的一个或多个处理模块。在一些实施方式中，传送模块被配置为连接到装载锁或衬底存储位置并将半导体衬底往来于装载锁或衬底存储位置传送。传送模块可以是真空或大气传送模块。该处理工具可以进一步包括控制器，该控制器包括机器可读指令以在χ-y方向上以至少0.5g，至少lg，或者更高的加速度移动端部执行器。
[0008]本文所描述的主题的另一个方面可以以从端部执行器释放衬底的方法实施。该方法可包括提供由端部执行器通过无源接触支承的衬底，所述衬底通过衬底和在端部执行器上的多个范德华结构之间的范德华粘附力支承；以及施加法向力至衬底以将衬底从端部执行器抬起，从而使范德华力解除，使得在整个解除过程中衬底保持不倾斜。在一些实施方式中，释放是阶段的，使得法向力小于粘附力。
[0009]参考附图在下文中对本文所描述的主题的这些方面和其它方面进一步描述。
【附图说明】
[0010]图1示出了在衬底传送过程中作用在支承在机械手端部执行器的端部执行器的接触垫上的衬底上的力的简化示意图的示例。
[0011 ]图2a示出了在无装载状态下的挠性范德华基微结构的示意图，其包括连接到接触结构的挠性构件。
[0012]图2b示出了在将衬底装载在图2a中的挠性范德华基微结构上的过程中该结构的示意图。
[0013]图2c示出了装载状态下的图2a中的挠性范德华基微结构的示意图。
[0014]图2d示出了在图2a中所示的接触结构的示例放大示意图。
[0015]图3a示出了连接到范德华基微结构的挠性构件的接触结构的示例示意图。
[0016]图3b示出了在将衬底装载在挠性范德华基微结构上的过程中挠性范德华基微结构的示意图，该微结构包括连接到接触结构的挠性构件。
[0017]图3c示出了在装载过程中范德华基微结构的接触结构的纳米结构的示例示意图。
[0018]图3d示出了范德华基烧性构件的示例示意图。
[0019]图4a示出了包括多个区域的范德华基微结构的端部执行器接触垫的俯视图的示例示意图。
[0020]图4b示出了沿图4a中的端部执行器接触垫的最内三个区域的图4a的线A的示意剖视图。
[0021]图5a_5e示出了从已装载的端部执行器的端部执行器垫基部分阶段释放衬底，所述端部执行器包括具有设置在具有不同高度的区域中的范德华基微结构的接触垫。
[0022]图6a_6d示出了从已装载的端部执行器的端部执行器垫基部分阶段释放衬底，所述端部执行器包括具有设置在具有不同弹簧常数的区域中的范德华基微结构的接触垫。
[0023]图7A和7B示出了可以根据特定实施方式改变的范德华基微结构的角度的示例示意图。
[0024]图8示出了包括4个端部执行器接触垫的端部执行器的示例，所述端部执行器接触垫包括范德华基微结构。
[0025]图9示出了包括具有端部执行器的高吞吐量真空传送模块的半导体处理工具的示例，所述端部执行器包括范德华基微结构。
[0026]图10示出了可用于控制半导体处理工具的控制系统的示例的框图。
【具体实施方式】
[0027]在附图中示出了各种实施方式的示例并在下文中做进一步描述。应该理解的是，这里的讨论不旨在将权利要求限制成所描述的【具体实施方式】。相反，它旨在覆盖权利要求书所限定的本发明的实质和范围内可包括的替换、修改和等同方案。在以下的描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的彻底理解。本发明可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施。在其他示例中，公知的处理操作未被详细描述，以便不会不必要地混淆本发明。
[0028]本文提供了用于衬底传送的装置、系统和方法。虽然所描述的装置、系统和方法可用于半导体制造，但应该理解，它们可以用于任何传送衬底的工艺或行业，特别是传送其他大面积衬底，例如用于显示技术的玻璃面板。为讨论的目的，在下面的描述中主要指半导体晶片，但是应理解如何实施用于传送其他类型的衬底和工件的方法、系统和装置。
[0029]在集成电路制造过程中半导体晶片常常经由晶片输送装置引入处理站或模块。在许多集成电路制造工艺中，晶片在高温下处理一进入晶片传送装置时“冷”(通常在约室温)，而离开处理模块时“热”(例如约30°C _500°C之间)。例如，电介质或导电体层的蚀刻可以在约30°C _250°C之间的晶片温度下进行。在另一示例中，介电层的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)可在约300°C _500°C的晶片温度下进行。
[0030]机械手可将冷的晶片从第一位置(例如，装载锁或存储位置)传送到处理模块用于处理，并将已处理的热的晶片从处理模块传送回到第一位置或另一位置。在许多应用中，该过程是用真空传送模块在真空环境中操作的，该真空传送模块用于将晶片传送到处理模块以及从处理模块传送出来。真空传送模块内的真空传送模块机械手可以将冷的晶片从装载锁或其他位置传送到处理模块用于处理，并将已处理的热晶片从处理模块传送回到装载锁或另一位置，如连接到真空传送模块的第二处理模块。
[0031]端部执行器是连接到机械手臂部的端部的装置或工具，诸如叶片、桨状物、或叉状物。如本文所使用的，端部执行器是任何物理地接触晶片或其它衬底以传送晶片或其它衬底的这样的支承物或装置。端部执行器包括让晶片坐落的大致平坦的支承物，如叶片、桨状物或叉状物，以及将晶片固定到合适位置的装置，如夹持器。在本文描述的晶片传送的一些实施方式中，晶片搁置在端部执行器的两个或更多个凸起垫上。吞吐量，即每小时能处理的晶片的数量，可取决于在多个位置之间可以如何快速地传送晶片。可以确定吞吐量的因素包括机械手马达的限制、以及承载晶片的端部执行器在无晶片滑脱的情况下可以获得的最大加速度和减速度的限制。后者因素是由在传送期间上面搁置晶片的端部执行器垫或其它表面的静摩擦系数来确定的。使用具有高摩擦系数的材料允许更大的加速度，这缩短了输送晶片的时间。作为示例，对于硅晶片，全氟弹性体(PFE)具有大约I的静态摩擦系数。这与对于陶瓷为约0.3的系数进行比较。其结果是，对于在PFE端部执行器上的晶片可获得的加速度比对于在陶瓷端部执行器上的晶片可获得的加速度大两倍以上。
[0032]图1示出在衬底传送期间作用在支承在端部执行器12的端部执行器接触垫14上的衬底10(例如450毫米半导体晶片)上的力的简化示意图的示例。低颗粒要求可排除使用前侧夹持器以及与衬底10的前侧15的其他接触。在图1的示例中，衬底接触是无源的，且仅限于在衬底10的背面，这使得不存在夹持力以及Fzgiip为零。由于振动和空气动力都没有或可忽略不计，因此Fxyac^1取决于端部执行器接触垫14的静摩擦系数(Cf)、以及衬底质量和重力。在半导体处理中，300毫米裸硅晶片的质量为约0.128千克，450毫米裸硅晶片的质量为约0.342千克。PFE和其他弹性体的均质材料的最高Cf在0.75