工艺挡板结构的制作方法

本发明涉及根据权利要求1的工艺挡板结构(process shutter arrangement)、根据权利要求15的挡板片、根据权利要求17的挡板臂、根据权利要求18的真空工艺系统以及根据权利要求20的使用工艺挡板结构的方法。

背景技术：

1、工艺挡板结构包括：挡板片，也称为挡片(dummy disc，或为“假片”)，因为其替换通常在卡盘上被处理的晶圆；以及挡板臂，以便使该片从工艺室的适当位置(niche)或单独隔室朝向基座或卡盘(在工艺期间承载晶圆或其它基底)旋转，工艺挡板结构广泛用在用于半导体和光学工业的真空设备中，例如用于调节或粘贴工艺以延长工艺防护物的替换周期，或者简单地覆盖卡盘的顶部以保护其免受灰尘或维修期间的机械暴露。由于此类设备昂贵且高度自动化，因此维修间隔应最小化，且优化任何步骤的精度和可靠性。由于较短工艺时间和相应高数量的工艺循环所致，每单位时间内会有更多的调节和/或粘贴操作。

2、定义

3、假片或挡板片是如下的片：该片在维修、调节或粘贴步骤期间替换处于工艺位置中的晶圆，以保护下面的设备，尤其是卡盘的高敏感的晶圆支承表面。在工艺室中靶溅射的情况下，片应该能够从靶接收相当大量的沉积材料，或者当在所谓的调节或粘贴步骤期间进行蚀刻时，片应该能够允许去除相当大量的材料。当要执行不同的溅射或调节/粘贴步骤时，通常不同的片将被用于溅射或调节/粘贴步骤。

4、挡板镰刀形件(shutter sickle)是挡板臂中的承载挡板片并至少设有定位榫的部分。镰刀形件可以基本上具有镰刀的形状，然而，也可以是片或桨状本身，并且具有槽，以在往返于在卡盘上方的中心位置的旋转运动期间允许卡盘的销穿过。因此，镰刀形件的内周边dsi可以限定镰刀形件的实际周边或者榫中的至少一个的最内侧位置，榫优选位于如下位置中：该位置距镰刀形件的中心具有基本上相同的距离。

5、在us20020088771a1中，公开了一种具有凹口区域的挡板片，该挡板片与挡板臂组件一起使用，以便进行全自动装卸。然而，必须提供额外的装置(如改进的盖环)并与防护物连接以避免相互移动，这使得该装置是费力的，并可能由于防护物的热膨胀所致而影响放置精度。

6、为了使挡板片的位置居中，还已知在联接到机器人从动臂的柄上应用传感器来检测相应的旋转位置。为改进相应的感测系统，与以上相同的申请人在us7008517b1中公开了一种溅射片，该溅射片通过中心盲孔来居中，该中心盲孔与旋转刀片上的对准柱协作。因此，该片和该刀片需要相对坚固的结构。同时建议使用多达三个不同的传感器来检测外壳中的片。

7、因此，需要轻质且尺寸最小化的部件，其能够较快地移动并且能够实现挡板片的高放置精度，而不使用复杂的多传感器系统。

技术实现思路

1、令人惊讶地，已经发现的是，仅通过用于真空工艺系统的本发明的工艺挡板结构的机械构造，就可以实现相应的工艺精度和高重复性以及最小化的部件尺寸。

2、因此，本发明的目的是提供一种工艺挡板结构，该工艺挡板结构包括：

3、-挡板片，该挡板片具有基本上圆周的外径ddo、厚度t、第一表面和第二表面，该片在第一表面中在外径ddo附近包括至少三个定位榫眼，每个榫眼相对于片的xy平面中的径向轴线ξ1-3居中并且具有平行于轴线ξ1-3或与轴线ξ1-3成直角定位的两条长边a，使得轴线ξ1-3中的每一者在外径ddo的中心中与其它轴线中的至少一者相交。作为示例，榫眼可以布置在彼此成120°的位置中，或者在片的180°部段内，例如在0°、90°和180°处，在距片的中心相同的径向距离处或距片的中心不同的径向距离中；

4、-挡板臂，该挡板臂包括：带有内周边dsi的支承镰刀形件；以及至少三个定位榫，所述定位榫在内径dsi附近或邻近内径dsi，并且与定位榫眼对应以便当片被设置在定位榫上或镰刀形件的可选支承表面上时对片进行定位。因此，取决于榫的高度和榫眼的相应深度以及支承表面的预备，片可以直接位于支承表面上或榫的顶部上。

5、支承表面可以从镰刀形件的内周边dsi例如沿向外方向和/或沿中心方向径向延伸。榫定位成在内径dsi附近或邻近内径dsi。

6、该片可以进一步包括沿水平侧向方向和/或沿竖直向下方向延伸的圆周边沿。

7、榫眼可以布置在边沿的内径dri内或内部定位边沿的突出部(projection)内，并且邻近(例如紧邻)该边沿或该突出部。榫眼可以具有基本矩形几何形状。

8、取决于当该片保护该卡盘时要执行的工艺类型，可以选择片的材料或涂层(相应地，镀层)。如果仅提供片的涂层或镀层，则至少片的第二侧应该被涂覆或镀金属，并且如果在粘贴或调节步骤期间没有被卡盘上的夹具或固定器保护，则边沿的第二侧以及片(相应地，边沿)的周边被涂覆或镀金属。对于调节或维修不锈钢或者对于轻质结构，钛或陶瓷材料将起作用，凭此，陶瓷可以是任何致密烧结的陶瓷，例如氧化铝、氮化硅或碳化硅。然而，如果应该执行粘贴工艺，则可以使用类似钛或铝的相应粘贴材料以及类似zrfe或pt的更特殊的粘贴材料。

9、本发明的挡板臂可以包括侧壁，以在空间有限时提高镰刀形件的刚度。侧壁可以至少部分地形成镰刀形件的外周边dso，其中片的外径ddo装配到侧壁的内周边dwi中。卡盘尺寸直接与要在真空工艺中处理的晶圆的大小相关，作为示例，该真空工艺可以是pvd、cvd或蚀刻工艺。关于要在卡盘处被处理的片与卡盘的关系，作为如下图2中所示的具有平的第一侧的片的示例，非常小或者甚至没有过大尺寸就足够了。这同样适用于如图3中所示的带有具有在第一表面上的竖直延伸部的边沿的片。然而，为了避免当位于卡盘顶部上时与晶圆支承表面的任何接触，可以在晶圆支承表面的径向向外方向上为边沿增加几毫米，而对于竖直延伸部的几十分之一毫米则足以避免由片接触卡盘的全平晶圆支承表面。

10、镰刀形件的侧壁可以在大约180°或更小的角度范围内包围支承表面，并且可以是连续的或间断的侧壁，例如一系列销。镰刀形件的支承表面可以在180°至360°的角度范围内延伸，并且通常为内径dsi的230°±30°。

11、榫可以具有基本矩形、圆形或椭圆形几何形状，并且必须关于沿轴线η1-3和榫的高度方向z延伸的中间平面对称。当榫具有矩形或方形基部时，通常将会提供圆角或圆形端部几何形状。

12、片可以进一步在其外径ddo处或其外径ddo内包括平部(flat)和/或凹口，并且镰刀形件可以例如在侧壁的内径dwi处包括对应的平侧(flat side)和/或尖头。当要保护的卡盘具有用于要处理的晶圆的相应定位尖头或平侧时，可以提供这样的特征。

13、挡板臂可由具有至少100至500gpa的弹性模量的材料制成，以提供高刚度并避免干扰性振动。因此，致密烧结的陶瓷材料(如氧化铝、氮化硅或碳化硅)由于它们重量轻所致而是优选的。

14、在可选实施例中，榫和榫眼的位置可以互换，这意味着榫可以设置在片的第一表面处，而榫眼可以设置在镰刀形件的支承表面处。

15、本发明的另一目的是提供一种挡板片，该挡板片具有基本上圆周的外径ddo、厚度t、第一表面和第二表面，该片在第一表面中在外径ddo附近包括至少三个定位榫眼，每个榫眼相对于在片的xy平面中的径向轴线ξ1-3与相应的竖直线之间的平面居中并对称，并且具有平行于轴线ξ1-3或与轴线ξ1-3成直角定位的两条长边a。所述榫眼还具有短尺寸b和深度尺寸d，其中b<a。应该提到的是，榫眼的位置不需要是规则的，且也不需要尺寸a1-3、b1-3、d1-3对于a、b或d是相同的。然而，一些规则的位置(例如0°、90°、180°)，和/或用于榫眼的相同尺寸a、b、d以及用于榫的相应尺寸m、n、h的相同尺寸可以简化片(相应地，镰刀形件)的制造和/或装卸。

16、本发明的另一目的是提供一种挡板臂，该挡板臂包括：带有安装装置的柄；带有内周边dsi的支承镰刀形件；以及至少三个定位榫，所述定位榫在内径dsi附近或邻近内径dsi，当片被设置在定位榫或镰刀形件的可选支承表面上时，定位榫与定位榫眼可操作地连接以对片进行定位。因此，取决于榫的高度和榫眼的相应深度以及支承表面的预备，片可以直接位于支承表面上或榫的顶部上。

17、支承表面可以从镰刀形件的内周边dsi例如沿向外方向和/或沿中心方向径向延伸。榫定位成在内径dsi附近或邻近内径dsi。挡板臂还包括：柄，该柄带有用于该支承镰刀形件的安装装置，该支承镰刀形件带有从镰刀形件的内周边dsi径向延伸的支承表面；以及可选地半圆周侧壁，该侧壁包围该支承表面。每个承座具有径向定位在镰刀形件的xy平面中的轴线η1-3，以及长尺寸m、短尺寸n和高度尺寸h(当n≤m时)。当n＝m时，榫可以具有圆形或方形基部。榫关于包括径向取向轴线η1-3和相应竖直线的平面居中。

18、当片安装在镰刀形件的支承表面上或榫的顶部上时，榫位于相应的榫眼中。因此，榫眼和榫的角度取向和径向位置必须相同。如上所述，榫眼和榫可以分别从片到臂互换，反之亦然。

19、由于可被提供在卡盘上以对具有凹口或平部的晶圆进行定位的定位装置所致，因此可以对于片(该片替换晶圆用于维修、调节或粘贴步骤)以及支承相应片的镰刀形件而预见到相应的定位装置，如平部和平侧、凹口和尖头。作为示例，平部和/或凹口可以被提供在片的外径ddo处或片的外径ddo中，其中平侧和/或尖头可以被提供在侧壁的内周边dwi处。

20、本发明的另一目的是提供一种真空工艺系统，该真空工艺系统包括：真空工艺室，该真空工艺室容纳卡盘，该卡盘带有销，销沿z方向可移动地安装到销驱动器；以及如上所述的工艺挡板结构，并将在下面的附图中进一步讨论。因此，工艺挡板结构的臂安装到具有竖直旋转轴线r的杆的真空侧，该杆通过馈通装置安装到室，并且在杆的大气侧处与挡板驱动器可操作地连接，以使臂从工艺室的适当位置或单独隔室在一水平面中旋转到在卡盘上方的中心位置中，以使卡盘的销能够接管片。

21、卡盘的销驱动器可以在大气侧或真空侧上安装到工艺室。在镰刀形件已经旋转到在卡盘上方的中心位置中之后，为了抬升片，驱动器可以使销以均匀的关节运动(jointmovement)伸出到上端位置中，该上端位置可以在卡盘的水平顶部之上5到30mm之间，例如10到20mm。因此，当镰刀形件位于中心位置中时，销必须被提供在镰刀形件的内径dsi内。

22、该工艺系统可以进一步包括控制单元，该控制单元连接到销驱动器和挡板驱动器以协调臂的旋转运动和销的线性z运动，从而使臂与片一起旋转，并在臂处于中心位置中时抬升和降低片。

23、工艺系统的卡盘可以是静态卡盘或动态卡盘，动态卡盘可以沿竖直方向从装入位置移动到工艺位置，并且反之亦然。

24、对于静态卡盘，当仅预见到用于镰刀形件的静置或闲置位置的适当位置时，可以在带有可驱动地移动的隔板挡板的工艺防护物中提供至少一个装卸切口。此外，当应该预见到单独隔室时，片装卸开口可以在室壁中设有相应的锁。片装卸切口和片装卸开口相互对准并被定制成允许装卸板形的片。这可以类似于同一申请人的wo 2017/215806中公开的基底装卸结构。特别参考图1和相应的描述。

25、对于图1和wo 2017/207144 a1的相应描述中所示的动态卡盘，可以做出类似的预备。在这种情况下，可以通过包围卡盘外径的至少两个伸缩柱形防护物来执行工艺防护物中的装卸切口的打开和关闭，其中防护物中的一个安装到卡盘并与卡盘一起移动，由此通过相应的另一防护物来打开或关闭相应的切口。

26、本发明的另一目的是提供一种在如上所述的本发明的真空工艺系统的室中使用本发明的工艺挡板结构的方法，其中该方法包括以下步骤：

27、-使该结构从适当位置或单独隔室在一水平面中旋转到在卡盘上方的中心位置中；

28、-使销伸出以将片从支承表面抬升到挡板臂之上的水平面中；

29、-使空臂旋转回到适当位置或单独隔室；

30、-使销降低并缩回到卡盘的顶部表面中，以用片覆盖卡盘；

31、-在工艺室中执行调节、粘贴或维修操作。

32、该方法可以进一步包括以下步骤：

33、-使销伸出以将片从卡盘抬升到挡板臂之上的平面中；

34、-使空臂从适当位置或单独隔室旋转到在卡盘上方且在片下方的中心位置中；

35、-使销降低到镰刀形件的支承表面，在此处通过榫进入榫眼而进行精度定位；

36、-使销缩回到在挡板臂下方的水平面中；

37、-使装载的臂旋转回到适当位置或单独隔室。