专利名称：用于销钉卡盘的加固销钉及使用这种加固销钉的销钉卡盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及处理晶片状物体的装置，尤其涉及具有销钉结构的这种装置。本发明还涉及在这种装置中使用的销钉结构。
背景技术：
处理晶片状物体的装置通常包括从晶片边缘下方或侧面支撑物体的销钉。这种装置的示例在共同所有的美国专利No. 4，903, 717,5, 513，668及6，435，200中有描述，通过引用将这些专利的全部内容清楚地合并于此。这样的装置实际上通常用作在单个晶片湿处理设备的处理腔中的旋转卡盘，使用在半导体晶片处理和这种晶片上的半导体装置的制造中。由于这些卡盘使用中受到高腐蚀性化学物的作用，所以它们通常由诸如聚四氟こ烯(PTFE)或聚偏氟こ烯(PVDF)等化学性质相对惰性的塑料形成。
发明内容
本发明人发现在处理晶片状物体的装置中惯常使用的支撑销钉在使用中承受相当大的压力，这会损害该装置的可靠性和/或缩短其总的使用寿命。由于这种装置的资本投资相当巨大，所以改进这种装置的可靠性和/或延迟其使用寿命的新结构会是相当有价值的。根据本发明，处理晶片状物体的装置配有具有本体的支撑销钉，该本体由化学性质不活泼的疏松(bulk)材料形成并定义了包含不同材料的空腔，该不同材料的杨氏模量(Young’ s modulus)大于疏松材料的杨氏模量。配有这些销钉的装置能够比惯用装置承受更多数量的处理循环而不损坏。
參考附图，在阅读本发明优选实施方式的以下详细说明后，本发明的其他目的、特点和优点将变得更加清楚，其中图I是根据本发明的实施方式的用于处理晶片状物体装置的部分垂直截面的侧视图；图2a是说明在图I中使用的销钉模块的实施方式的透视并且部分截面的视图；图2b是图2a销钉模块的截面图；及图2c是图2a销钉模块的透视图。
具体实施方式
在图I中，支撑体1，其用于支持晶片状物体，尤其在后者用处理液(用于刻蚀硅晶片)处理时，支撑物I设置在空心支撑轴2上并可以设置为通过这个轴绕着其轴线11旋转；为此目的，提供了旋转驱动机构3 (比较美国专利4，903，717)。
该旋转驱动机构3包括驱动马达4，其输出小齿轮5通过齿形带6与固定连接到支撑轴2的齿轮7联接。为了将受压气体供应到空心支撑轴2，其下端容纳了连接到用于供气(例如氮气)的压缩气体导管9的杯形部件8 ;通过曲径密封垫片10使杯形部件8相对支撑轴2的下端密封。支撑体I包括基体部件20，基体部件20具有形状近似杯形的环形部件21和大体为盘状结构的中心部件22。环形部件21通过在其外边缘的环形肋23安置在杯形部件20外边缘上。此外，环形部件21通过诸如在基体部件20的表面25上的圆弧形凸起24支撑。中心部件22具有位于环形部件21的台阶27上的肩部26。中心部件22通过若干夹紧螺栓30附于基体部件20。环形部件21夹紧在基体部件20与中心部件22之间的适当位置。在基体部件20与中心部件22之间设有空间31，该空间31下方是由基体部件20的表面25限定、上方是由中心部件22的表面32限定。间隙状空间33从该空间31发散；空间33分别由基体部件20与环形部件21互相面对的表面34和35限定。齿轮缘40容纳在空间31和间隙状空间33中，该齿轮缘40与支撑轴2的上端41耦合，并且齿轮缘40向外放射状延伸的外齿42与轴44上的齿轮43啮合，轴44可旋转地容纳在环形部件21的孔中。每个轴44带有设为偏离其旋转轴的销钉45。通过齿轮缘40的帮助转动轴44，销钉45与支撑体I的旋转轴11的径向距离可以变化。销钉45用作横向保留維持在支撑体I上的晶片状物体(如硅晶片)的停止件。齿轮缘40由环形分布插设在基体部件20中的滑块6支撑和引导。这些滑块46诸如由聚四氟こ烯形成。应当进一歩注意到的是，未示出的凹槽设置在齿轮缘40中，环形部件21的凸起24与夹紧螺栓30延伸经过这些凹槽。这些凹槽被设置成使得齿轮缘40可以相对环形部件21旋转，并且从而使支撑体I到达可以将销钉45调节到理想程度的程度。在通过调节轴44径向转动销钉45时，基体部件20通过未示出细节的制动装置制动，该制动装置可以如美国专利4，903，717描述的那样设计，即设计为软管制动器，并且支撑轴2相对于支撑体I旋转。通过支撑体I与其支撑轴2之间的这种相对运动，销钉45的轴44也同样地转动。基体部件22也可以与快式制动器(shoe brake)关联，以代替美国专利No. 4，903，717中已知的软管制动器。盲孔50设置在支撑体I的中心部件22中；支撑轴2的上端容纳在该盲孔50中，支撑轴2中的孔51終止在该上端。支撑轴2的上端通过垫圈52相对中心部件是密封的。由支撑轴2中的孔51出去并进入由盲孔50形成的空间的气体通过若干径向孔53流入环形空间54，并从那到达喷嘴12，气体通过喷嘴离开支撑体I。环形空间54分别由中心部件22与环形部件21互相面对的表面55和56限定。可以看到，其中封装用于偏心销钉45的旋转驱动机构的空间31和间隙状空间33是与压缩空气通过支撑体(盲孔50、孔53、环形空间54)到喷嘴12的流动路径隔开并密封的(通过垫圈52)。
销钉45由相对于使用在晶片湿处理中的高腐蚀性化学品呈惰性的疏松材料制成，优选诸如聚四氟こ烯(PTFE)、全氟烷氧基树脂(PFA)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯こ烯/聚こ基苯こ烯(polyethylstyrene) (PS/PES)、こ烯-四氟こ烯共聚物(ETFE)、聚偏ニ氟こ烯(PVDF)、聚氯代三氟こ烯(PCTFE)均聚物、聚全氟こ丙烯(FEP)，或者こ烯三氟氯こ烯(ECTFE)等塑料。PTFE和PVDF是特别优选的。如图2a、2b和2c所示，销钉45可以是销钉模块201的形式，其包括向下或横向沿着晶片的边缘接触晶片状物体的夹紧部件(213)。上述销钉45的结构用于横向接触晶片状物体的边缘，例如，如使用在以伯努利法则运行的旋转卡盘(spin chuck)那样，晶片被維持在空气垫上并且还应该限制其横向移位。 这里使用的术语“销钉”还包括图2a、2b和2c描述的销钉模块。销钉模块(201)包括齿轮(207)、轴(204)和夹紧部件(213)，其全部都优选由上述的惰性疏松材料形成。夹紧部件(213)可以全部是圆柱形的，也可以具有径向向内的扇形表面部件以帮助晶片从其边缘托起，这有时被实施以帮助处理阶段之间液体排出。实践中，夹紧部件(213)的直径往往在大约Imm到大约5_的范围内，通常大多为约3_。当关闭销钉模块(201)时，夹紧部件(213)夹紧晶片并因此而受压。然而，销钉模块(201)还包括形成在轴(204)中的腔(202)，例如当通过销钉的夹紧部件(213)夹紧晶片时，在晶片实施液体处理过程中，从不流体联通的面钻入轴(204)的狭孔。在该实施方式中腔(202)是通过细杆(210)填充的，细杆(210)优选压入该腔(202)以使该杆与疏松材料之间几乎没有间隙留下。为了将杆(210)固定在腔(202)中，使用了用固定螺丝钉(216)关闭腔(202)。由于在该实施方式中腔(202)是盲孔，所以杆(210)全部由夹紧部件(213)内所有表面上的疏松惰性材料覆盖。细杆(210)具有比其由周围的惰性疏松材料制成时具有的杨氏模量(E)(或者模量或弹性模量)更高。该杆的材料优选由碳纤维增强复合物制成；然而，取决于对销钉所托持的晶片实施的过程，其他材料也是可以的(例如不锈钢或钛)。占据腔(202)的材料，无论是细杆还是某些其他种类插入或集成材料，都优选杨氏模量比周围疏松惰性材料高出至少ー个数量级的材料(当由N/mm2表示吋)，更优选由N/mm2表示时杨氏模量比周围疏松惰性材料高出至少两个数量级的材料。例如，由ASTM D638标准测试方法测量时，PVDF的杨氏模量是约I. lKN/mm2,而碳纤维增强塑料的杨氏模量大约是124kN/mm2到152kN/mm2。容纳杆(210)的孔(202)优选为平行于轴(204)的轴线并位于销钉的夹紧部件(213)的中心。然而该孔可能是斜钻的，只要该孔的上部在销钉的夹紧部件(213)内这是足够的。根据本发明的销钉复合结构为包含该结构的卡盘提供了增强的耐久性与寿命。例如，原来由于夹持过100，000个晶片后销钉损坏而失效的卡盘现在将维持夹持1，000, 000个晶片。虽然本发明已经以其中的各种优选实施方式进行了描述，但应当理解到提供的这些实施方式仅仅是对本发明的示例，并且不应当将其作为限制保护范围的借ロ，本发明的保护范围由所附权利要求的真实范围和精神给出。
权利要求
1.用于处理晶片状物体的装置，包括适于在对该物体实施处理操作期间以预定方位维持晶片状物体的支撑体，以及可操作地啮合该支撑体的多个支撑销钉，该支撑销钉适于该支撑体并被相对该支撑体设置以从该物体下方或边缘将待处理的晶片状物体支撑在所述装置上，其中所述支撑销钉包括由化学惰性的疏松材料形成并定义了空腔的本体、以及设置在由杨氏模量大于该疏松材料的材料形成的所述腔内的插入件。
2.根据权利要求I所述的装置，其中该支撑体是由用于半导体晶片的单晶片湿处理的处理腔包围的旋转卡盘。
3.根据权利要求I所述的装置，其中该销钉设置在围绕将放置晶片状物体的在该支撑体上的区域的循环系列中，该销钉适于与晶片状物体进行边缘接触从而限制该晶片状物体横向移离预定位置。
4.根据权利要求I所述的装置，其中该疏松材料是化学性质呈惰性的塑料。
5.根据权利要求I所述的装置，其中该疏松材料选自聚四氟こ烯(PTFE)、全氟烷氧基树脂(PFA)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯こ烯/聚こ基苯こ烯(PS/PES)、こ烯-四氟こ烯共聚物(ETFE)、聚偏ニ氟こ烯(PVDF)、聚氯代三氟こ烯(PCTFE)均聚物、聚全氟こ丙烯(FEP)和こ烯三氟氯こ烯(ECTFE)。
6.根据权利要求5所述的装置，其中该疏松材料是聚四氟こ烯(PTFE)或者聚偏ニ氟こ烯(PVDF)。
7.根据权利要求I所述的装置，其中该插入件是碳纤维增强复合物。
8.根据权利要求I所述的装置，其中该插入件是不锈钢或者钛。
9.根据权利要求I所述的装置，其中该插入件的杨氏模量在用N/mm2表示时比所述疏松材料的杨氏模量大至少ー个数量级。
10.根据权利要求I所述的装置，其中该插入件的杨氏模量在用N/mm2表示时比所述疏松材料的杨氏模量大至少两个数量级。
11.在处理晶片状物体的装置中使用的销钉，包括由化学性质呈惰性的疏松材料形成并定义了空腔的本体，以及设于由其杨氏模量大于该疏松材料的杨氏模量的材料形成的所述空腔内的插入件。
12.根据权利要求11所述的销钉，其中该疏松材料选自聚四氟こ烯(PTFE)、全氟烷氧基树脂(PFA)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯こ烯/聚こ基苯こ烯(PS/PES)、こ烯-四氟こ烯共聚物(ETFE)、聚偏ニ氟こ烯(PVDF)、聚氯代三氟こ烯(PCTFE)均聚物、聚全氟こ丙烯(FEP)和こ烯三氟氯こ烯(ECTFE)。
13.根据权利要求11所述的销钉，其中该插入件是碳纤维增强复合物或者不锈钢或者钛。
14.根据权利要求11所述的销钉，其中该插入件的杨氏模量在用N/mm2表示时比所述疏松材料的杨氏模量大至少ー个数量级。
15.根据权利要求14所述的销钉，其中该插入件的杨氏模量在用N/mm2表示时比所述疏松材料的杨氏模量大至少两个数量级。
全文摘要
本发明通过使用复合支撑销钉结构改善旋转卡盘的耐久性与寿命，其中化学惰性塑料的销钉本体包括包含插入件的空腔，该插入件由杨氏模量大于插入件塑料的杨氏模量的材料形成。
文档编号H01L21/687GK102656680SQ201080056623
公开日2012年9月5日 申请日期2010年12月2日 优先权日2009年12月18日
发明者奥托·洛奇, 迈克尔·布鲁格, 迪特马尔·哈默 申请人:朗姆研究公司