用于弯曲晶片的末端执行器垫设计

申请号 CN202280067611.0 申请日 2022-10-05 公开(公告)号 CN118056270A 公开(公告)日 2024-05-17
申请人 朗姆研究公司; 发明人 梅琳达·P·陈; 埃里克·布拉姆韦尔·布里彻; 查尔斯·N·迪特莫尔; 瑞安·路易斯·麦克; 格雷戈里·艾伦·沃恩;
摘要 提供了 末端执行器 垫,其可用于将衬底固定至晶片搬运机械手上的末端执行器。末端执行器可具有多个末端执行器垫。末端执行器垫中的每一者可具有薄的分隔膜以允许垫的外围环稍微倾斜以允许环对着弯曲衬底的下表面密封。可使用 真空 将衬底拉下抵靠在每个末端执行器垫上的硬停止并且更牢固地保持衬底。该硬停止可用于一致地 定位 衬底的下表面相对于末端执行器的z 位置 。
权利要求

1.一种用于支持衬底的末端执行器垫,其包含:
中心部分,其沿着纵轴延伸;
环,其围绕所述中心部分延伸,并径向偏离所述中心部分;
分隔膜,其将所述环与所述中心部分连接;以及
一或更多个硬停止结构,其中:
离所述中心部分最远并沿着所述纵轴偏离所述分隔膜的所述环的表面限定第一参考平面,所述第一参考平面垂直于所述纵轴,
离所述中心部分最远的所述一或更多个硬停止结构的一或更多个硬停止表面限定第二参考平面,所述第二参考平面也垂直于所述纵轴,
所述第二参考平面在所述分隔膜与所述第一参考平面之间,且所述中心部分具有延伸穿过其中的一或更多个通道。
2.根据权利要求1所述的末端执行器垫,其中所述中心部分、所述环、以及所述分隔膜形成连续结构,所述连续结构由具有至少0.8GPa的弹性模量的材料制成。
3.根据权利要求1所述的末端执行器垫,其中所述分隔膜包括至少三个肋区域,在所述肋区域中所述分隔膜的厚度比在所述肋区域之间的所述分隔膜的区域厚,每个肋区域从所述中心部分延伸到所述环。
4.根据权利要求3所述的末端执行器垫,其中在所述肋区域之间的所述分隔膜的区域具有介于0.003英寸和0.005英寸之间的厚度。
5.根据权利要求3所述的末端执行器垫,其中在所述肋区域之间的所述分隔膜的区域具有介于0.005英寸和0.007英寸之间的厚度。
6.根据权利要求3所述的末端执行器垫,其中在所述肋区域之间的所述分隔膜的区域具有介于0.007英寸和0.009英寸之间的厚度。
7.根据权利要求3所述的末端执行器垫,其中,对于每个肋区域:
最靠近所述第一参考平面的所述肋区域的表面限定第三参考平面,所述第三参考平面垂直于所述纵轴,且所述第二参考平面介于所述第三参考平面与所述第二参考平面之间。
8.根据权利要求3所述的末端执行器垫,其中每个肋区域的至少一部分在横向于径向轴的方向上具有介于0.02英寸和0.04英寸之间的宽度,所述径向轴垂直于所述纵轴。
9.根据权利要求3所述的末端执行器垫,其中所述分隔膜具有四个肋区域。
10.根据权利要求1所述的末端执行器垫,其中所述环与所述第一参考平面的相交形成接触区域,所述接触区域的径向宽度小于所述环的直径的5%。
11.根据权利要求1所述的末端执行器垫,其中所述一或更多个硬停止表面具有径向宽度,所述径向宽度小于所述中心部分在垂直于所述纵轴的方向上的最大尺寸的5%。
12.根据权利要求1所述的末端执行器垫,其中所述一或更多个硬停止结构是环状结构,所述环状结构具有与所述中心部分的直径相同的直径。
13.根据权利要求1所述的末端执行器垫,其中所述一或更多个硬停止结构是单一结构,所述单一结构提供单一硬停止表面。
14.根据权利要求1所述的末端执行器垫,其中所述一或更多个硬停止结构包含多个弓形壁区段,所述多个弓形壁区段被配置为围绕所述中心部分的中心轴的圆形阵列。
15.根据权利要求14所述的末端执行器垫,其中:
所述分隔膜包括至少三个肋区域,在所述肋区域中所述分隔膜的厚度比在所述肋区域之间的所述分隔膜的区域厚,每个肋区域从所述中心部分延伸至所述环,且每个弓形壁区段定位在所述肋区域中的对应一者的内端处。
16.根据权利要求1所述的末端执行器垫,其中所述通道的至少一部分具有六形横截面形状。
17.根据权利要求16所述的末端执行器垫,其中所述六角形横截面形状的每个转角具有弓形凹口。
18.根据权利要求1所述的末端执行器垫,其中所述中心部分的外表面的至少一部分是有螺纹的。
19.根据权利要求1所述的末端执行器垫,其中所述末端执行器垫由塑料制成。
20.根据权利要求19所述的末端执行器垫,其中所述塑料为导电的静电放电级塑料。
21.根据权利要求20所述的末端执行器垫,其中所述塑料是填充的聚醚醚(PEEK)。
22.根据权利要求20所述的末端执行器垫,其中所述塑料为聚苯并咪唑(PBI)。
23.根据权利要求1所述的末端执行器垫,其中所述环具有介于0.20英寸和1.50英寸之间的直径。
24.根据权利要求1所述的末端执行器垫,其中所述环具有介于0.40英寸和0.80英寸之间的直径。
25.一种用于晶片搬运机械手上的套件,所述套件包含根据权利要求1到15或18到24中任一项所述的末端执行器垫中的至少三者。
26.根据权利要求25所述的套件,其中所述通道的至少一部分具有六角形横截面形状。
27.根据权利要求26所述的套件,其还包含六角扳手,所述六角扳手被配置成适配在所述通道的具有所述六角形横截面形状的所述部分中。

说明书全文

用于弯曲晶片的末端执行器垫设计

相关申请

[0001] PCT申请表作为本申请的一部分与本说明书同时提交。在同时提交的PCT申请表中所标识的本申请要求享有其权益或优先权的每个申请均通过引用全文并入本文且用于所有目的。

背景技术

[0002] 在半导体晶片处理工具中,具有末端执行器的晶片搬运机械手可用于在工具内的不同位置之间传送衬底,例如处理站、前开式通用晶舟(FOUP)、对准器、装载等。在若干类型的末端执行器中,当由晶片搬运机械手搬运衬底时,衬底被放置在位于末端执行器上的末端执行器垫上。末端执行器垫可用于通过真空摩擦的使用而将衬底固定到晶片搬运机械手。如果衬底没有适当地固定到晶片搬运机械手,则衬底在传送时可能滑动。衬底滑动可能产生多种险,例如衬底断裂、衬底碰撞、衬底在处理站中未对准、以及其他工具误差。发明内容
[0003] 在一些实施方案中,可提供一种用于支持衬底的末端执行器垫,其包含:中心部分,其沿着纵轴延伸;环,其围绕所述中心部分延伸,并径向偏离所述中心部分;分隔膜,其将所述环与所述中心部分连接;以及一或更多个硬停止结构。离所述中心部分最远并沿着所述纵轴偏离所述分隔膜的所述环的表面可以限定第一参考平面,所述第一参考平面垂直于所述纵轴,以及离所述中心部分最远的所述一或更多个硬停止结构的一或更多个硬停止表面可以限定第二参考平面,所述第二参考平面也垂直于所述纵轴。所述第二参考平面可以在所述分隔膜与所述第一参考平面之间,且所述中心部分可以具有延伸穿过其中的一或更多个通道。
[0004] 在所述末端执行器垫的一些实施方案中,所述中心部分、所述环、以及所述分隔膜可以形成连续结构,所述连续结构由具有至少0.8GPa的弹性模量的材料制成。
[0005] 在所述末端执行器垫的一些实施方案中,所述分隔膜可以包括至少三个肋区域,在所述肋区域中所述分隔膜的厚度比在所述肋区域之间的所述分隔膜的区域厚,每个肋区域从所述中心部分延伸到所述环。
[0006] 在所述末端执行器垫的一些实施方案中,在所述肋区域之间的所述分隔膜的区域可以具有介于0.003英寸和0.005英寸之间的厚度。
[0007] 在所述末端执行器垫的一些实施方案中,在所述肋区域之间的所述分隔膜的区域可以具有介于0.005英寸和0.007英寸之间的厚度。
[0008] 在所述末端执行器垫的一些实施方案中,在所述肋区域之间的所述分隔膜的区域可以具有介于0.007英寸和0.009英寸之间的厚度。
[0009] 在所述末端执行器垫的一些实施方案中,每个肋区域可以具有最靠近所述第一参考平面的所述肋区域的表面,所述肋区域的表面限定第三参考平面,所述第三参考平面垂直于所述纵轴。所述第二参考平面可以介于所述第三参考平面与所述第二参考平面之间。
[0010] 在所述末端执行器垫的一些实施方案中,每个肋区域的至少一部分在横向于径向轴的方向上可以具有介于0.02英寸和0.04英寸之间的宽度,所述径向轴垂直于所述纵轴。
[0011] 在所述末端执行器垫的一些实施方案中,所述分隔膜可以具有四个肋区域。
[0012] 在所述末端执行器垫的一些实施方案中,所述环与所述第一参考平面的相交可以形成接触区域,所述接触区域的径向宽度小于所述环的直径的5%。
[0013] 在所述末端执行器垫的一些实施方案中,所述一或更多个硬停止表面可以具有径向宽度,所述径向宽度小于所述中心部分在垂直于所述纵轴的方向上的最大尺寸的5%。
[0014] 在所述末端执行器垫的一些实施方案中,所述一或更多个硬停止结构可以是环状结构,所述环状结构具有与所述中心部分的直径相同的直径。
[0015] 在所述末端执行器垫的一些实施方案中,所述一或更多个硬停止结构可以是单一结构,所述单一结构提供单一硬停止表面。
[0016] 在所述末端执行器垫的一些实施方案中,所述一或更多个硬停止结构可以是多个弓形壁区段,所述多个弓形壁区段被配置为围绕所述中心部分的中心轴的圆形阵列。
[0017] 在所述末端执行器垫的一些实施方案中,所述分隔膜可以具有至少三个肋区域,在所述肋区域中所述分隔膜的厚度比在所述肋区域之间的所述分隔膜的区域厚。每个肋区域可以从所述中心部分延伸至所述环,且每个弓形壁区段可以定位在所述肋区域中的对应一者的内端处。
[0018] 在所述末端执行器垫的一些实施方案中,所述通道的至少一部分可以具有六形横截面形状。
[0019] 在所述末端执行器垫的一些实施方案中,所述六角形横截面形状的每个转角可以具有弓形凹口。
[0020] 在所述末端执行器垫的一些实施方案中,所述中心部分的外表面的至少一部分可以是有螺纹的。
[0021] 在所述末端执行器垫的一些实施方案中,所述末端执行器垫可以由塑料制成。
[0022] 在所述末端执行器垫的一些实施方案中,所述塑料可以为导电的静电放电级塑料。
[0023] 在所述末端执行器垫的一些实施方案中,所述塑料可以为聚苯并咪唑(PBI)。
[0024] 在所述末端执行器垫的一些实施方案中,所述塑料可以是填充的聚醚醚(PEEK)。
[0025] 在所述末端执行器垫的一些实施方案中,所述环可以具有介于0.20英寸和1.50英寸之间的直径。
[0026] 在所述末端执行器垫的一些实施方案中,所述环可以具有介于0.40英寸和0.80英寸之间的直径。
[0027] 在一些实施方案中,可以提供一种用于晶片搬运机械手上的套件。所述套件具有如上所述的至少三个末端执行器垫。
[0028] 在所述套件的一些实施方案中,所述末端执行器垫的所述通道的至少一部分可以具有六角形横截面形状。
[0029] 在所述套件的一些实施方案中,所述套件还可以包含六角扳手,所述六角扳手被配置成适配在所述通道的具有所述六角形横截面形状的所述部分中。附图说明
[0030] 图1‑1和1‑2显示了具有示例性末端执行器垫的示例性末端执行器。
[0031] 图2显示了示例性末端执行器垫的顶视图。
[0032] 图3显示了另一示例性末端执行器垫的透视图。
[0033] 图4‑1和4‑2显示了示例性末端执行器垫的横截面图。
[0034] 图5显示了另一示例性末端执行器垫的顶视图。
[0035] 图6显示了具有三个示例性末端执行器垫和示例性六角形扳手的套件。
[0036] 图7显示了在示例性末端执行器上的示例性末端执行器垫的横截面图。
[0037] 图8‑1和8‑2显示了在抽真空之前和之后在末端执行器上的示例性弯曲衬底。

具体实施方式

[0038] 为了提供对所呈现的实施方案的彻底理解,在以下的描述中,说明了大量的特定细节。在没有这些特定细节中的一些或全部的情况下可实行本文公开的实施方案。在其他的示例中,为了避免不必要地使所公开的实施方案难以理解,常规的处理操作未被详细描述。此外,虽然将结合特定实施方案描述所公开的实施方案,但应理解,特定实施方案并不旨在限制所公开的实施方案。
[0039] 在半导体晶片处理中,例如半导体晶片之类的衬底通过晶片搬运机械手在半导体处理工具内传送。晶片搬运机械手可以具有用于固定衬底的末端执行器。一些末端执行器使用末端执行器垫,其接触晶片的底面并通过摩擦将晶片保持在适当位置。当由这样的末端执行器垫支撑的衬底被晶片搬运机械手移动时,衬底产生加速度,其可能导致衬底相对于末端执行器滑动。衬底从晶片搬运机械手上滑落可能导致若干问题,包括晶片掉落、晶片碰撞、晶片未对准、和其他工具错误。
[0040] 一些末端执行器垫可通过使用被真空力放大的摩擦力将衬底固定到晶片搬运机械手,例如,末端执行器垫可被配置为将真空施加到衬底的底面以便产生压力差,该压力差导致衬底以比起仅由重力施加的更大的力被夹紧在末端执行器垫上,从而增加末端执行器垫与衬底之间产生的摩擦力。当使用这样的真空辅助特征时,末端执行器垫与衬底的下表面形成密封。一旦形成密封,就可使用真空通过末端执行器抽真空。
[0041] 然而,已发现特定半导体处理会导致衬底弯曲,例如产生轻微的弯曲。弯曲的量会随着衬底的不同而变化,并且已观察到,在较新的半导体制造处理中,在衬底中观察到的弯曲变得更加明显。例如,在一些处理中,已处理的衬底可能产生平面度为1mm或更多的弯曲,例如,如果弯曲的衬底被凹面朝下地放置在平坦表面上,则从该平坦表面起算的晶片的最高点可比衬底的标称厚度高1mm或更多。此外,弯曲方向可改变,例如,一些衬底具有向上凹的弯曲而其他衬底具有向下凹的弯曲,因此倾斜的方向可根据方位反转(或者在一些处理操作之间,晶片可颠倒反转,导致弯曲方向反转)。弯曲衬底的倾斜底面会导致i)通常被配置成均匀地接触平坦表面的执行器垫,在末端执行器移动期间无法以足够的表面积接触底面以产生用于将晶片保持在适当位置所需的摩擦力ii)具有真空辅助的末端执行器垫不能形成密封以允许施加的真空产生真空夹持力。
[0042] 虽然一些现有的弹性末端执行器会符合弯曲晶片底面的轻微倾斜,但由适用于吸盘或类似设备的更软、更柔顺的弹性材料制成的末端执行器垫会与衬底的材料不兼容,通常具有较差的耐高温性(例如,本文所述的末端执行器垫适用于在250℃或更高温度下使用,而能够承受这样温度的选定的少数弹性材料可能在这样的条件下变得发粘或有粘性,并使得难以从垫上移除晶片),并且可能会引入柔顺的元件,这由于其较低的弹性系数而会导致较不精确的衬底定位(例如,由其支撑的晶片的竖直定位具有更大的变化性),考虑晶片搬运系统中需要的公差和净空区,其会被证明是有问题的。本公开的实施方案描述了弹性末端执行器垫的优良解决方案。根据一些实施方案,已公开末端执行器垫由单件材料制成,例如,作为单一连续结构,具有相对高的拉伸模量,例如≥0.8Gpa,和相对高的弯曲系数,例如≥0.9Gpa。末端执行器垫通常是刚性的,除了能够轻微弯曲以符合弯曲衬底的底面的倾斜,并且从而与弯曲衬底的底面完全接触,同时提供刚性结构,该刚性结构可预测地将晶片定位在相对于末端执行器的空间中,没有粘接或粘附到晶片的风险,且能够承受垫在与热晶片相互作用时可能遇到的升高的温度。
[0043] 图1‑1和图1‑2显示了根据本公开的一些实施方案的示例性的末端执行器104上的末端执行器垫102的两个视图。图1‑1显示了末端执行器104上的三个末端执行器垫102的顶视图,其中示例性衬底106的轮廓位于末端执行器104上方。图1‑2显示了具有三个末端执行器垫102的末端执行器104和衬底106的侧视图。在图1‑2中,中间末端执行器垫102比两个外侧末端执行器垫102更深,该两个外侧末端执行器垫可具有相同的深度。末端执行器垫在本文中也可简称为“垫”。每个垫具有中心部分108、分隔膜112、和环110。
[0044] 末端执行器104可具有多个垫102。在所示示例中,存在三个垫102。末端执行器垫102中的每一者可一起作用以将衬底106固定到末端执行器104。当衬底被放置在末端执行器104上时,各个垫102的环110与衬底106的下表面107接触。各个垫102可在下表面107的局部区域中产生其自身的摩擦力。各个垫102也可与真空源连接,使得可通过各个垫102在衬底上抽真空,从而产生压力差,该压力差用于使衬底偏向垫102。由垫102施加在衬底上的摩擦力,结合衬底真空夹持到垫102,可提供用于抵抗衬底106的任何横向负载的夹持力,例如,诸如当末端执行器在平面中高速移动时可能产生的惯性负载,其可能导致衬底相对于末端执行器滑动。图2显示了根据本公开的一些实施方案的示例性末端执行器垫202的顶视图。图4‑1和4‑2显示了示例性末端执行器垫202的两个横截面图。图4‑1是整个垫202的横截面图而图4‑2显示了垫的局部的放大横截面图。末端执行器垫202具有中心部分208、环
210、以及将环210连接到中心部分208的分隔膜212。中心部分208将垫202附接到末端执行器(图未示出)。连接到中心部分208的是分隔膜212。环210在垫202的外侧并通过分隔膜212连接到中心部分208。
[0045] 如图2、4‑1、以及4‑2所示,中心部分208具有面216和通道214。面216限定面参考平面217。面参考平面217基本垂直于中心轴222,中心轴222沿着中心部分208的纵向延伸,例如,沿着纵轴延伸。如图4‑1所示,通道214可沿中心轴222延伸穿过中心部分208和中心部分208的面216。在一些实施方案中,通道214是单个通道。在一些实施方案中,可有一或更多个通道。
[0046] 图2显示了通道214的顶视图。在所示实施方案中,通道214可具有允许使用扳手或其他驱动工具(例如,螺丝螺丝刀)用于从末端执行器(图未示出)安装或移除垫202的横截面形状。在此实施方案中,通道214具有六边形的横截面形状以允许其与六角扳手或内六角扳手接合。通道横截面轮廓的尺寸和形状可根据所用工具的尺寸和类型而改变。通道形状的其他示例可包括用于使用六角或星形驱动扳手安装的六点星形、用于使用十字螺丝刀安装的十字形或“+”形、或用于使用平头螺丝刀安装的细长矩形。
[0047] 中心部分208可具有一或更多从面216延伸或提供面216的硬停止结构226。在衬底固定到末端执行器时,硬停止结构226可用于限定衬底的z位置。当衬底被放置在垫202上时,通常衬底首先与环210接触,这将于下文进一步讨论。可使用真空泵通过通道214抽真空压力。真空可将衬底向下拉靠向垫202,使得分隔膜212弯曲并允许环210(和衬底)往下朝向末端执行器的顶表面移动。中心部分208的一或更多个硬停止结构226用于限制衬底可能经历的向下行进的量并可限定衬底的下表面相对于末端执行器的高度。每个硬停止结构226可具有硬停止表面218。在所描绘的示例中,一或更多个硬停止结构由具有环形硬停止表面218的单一环形壁提供。硬停止表面218是当衬底被拉下靠向垫202时与衬底接触且限制衬底的竖直行进的表面。如图4‑2所示,一或更多个硬停止结构226的硬停止表面218限定硬停止参考平面219。硬停止参考平面219,在本文也可称为第二参考平面,基本上垂直于中心轴
222并沿着中心轴222与中心部分208的面参考平面217相隔限定的距离。通过在硬停止参考平面219和中心部分208的面参考平面217之间具有限定的距离,放置在末端执行器垫202上的衬底将始终与末端执行器的顶表面相隔已知距离。在一些实施方案中,硬停止参考平面
219可与面参考平面217共面。然而,在一些替代实施方案中,硬停止参考平面219可更接近环参考表面236(如图4‑2中所示),该环参考表面236由环的表面所限定,当垫用于支撑衬底时,该环的表面接触衬底;该环参考表面在本文中也可称为第一参考平面。对垫和放置在其上的衬底之间的区域施加真空可用于将衬底下拉至硬停止结构226并因此下拉至末端执行器上方的可重复高度。使用晶片搬运机械手将衬底传送到高度净空区较小的位置,例如,小于10mm,始终将衬底固定在末端执行器上方预定高度处的能力允许使用更多这样的高度净空范围以用于适应晶片搬运系统其他方面的潜在差异,例如晶片弯曲、末端执行器放置精确度、组装公差等。具体而言,由于大多数衬底搬运系统都设计有假定为平面衬底的净空外壳(clearance envelope)和公差,因此在这样的系统中,弯曲衬底的存在可能会带来特定的挑战,因为在一些情况下,由于弯曲,弯曲衬底可能是平面衬底的两倍“厚”。例如,这样的衬底的外边缘可能由于弯曲而向上或向下位移一定量,而衬底的中心可能在相反方向上位移一定量。弯曲晶片中心处的最大或最小高度与弯曲衬底的边缘之间的差可能表示衬底的“厚度”明显厚于衬底的平面厚度(例如,典型的半导体晶片可能大约0.750mm厚,且这样的弯曲的衬底可能弯曲的量大于衬底的平面厚度)。该额外的厚度可能减少已在衬底搬运系统中设计的可用净空区,从而减少系统可用的操作裕度(margins)。通过使用硬停止结构,本公开的若干实施方案中的末端执行器垫可减少或最小化竖直放置不确定性的量,竖直放置不确定性可能存在于由其支撑的衬底,因此潜在地抵销由于衬底弯曲而损失的操作裕度(margins)中的至少一些。
[0048] 如图2、4‑1、及4‑2所示,在一些实施方案中,中心部分208可具有单一硬停止结构226。例如,硬停止结构可单纯是围绕中心轴222的环形硬停止结构226。在另一示例中,单一硬停止结构226可为中心部分208的顶部区域并可使硬停止表面218成为中心部分208的面
216(例如,中心部分208可延伸通过分隔膜212)。
[0049] 在其他实施方案中,如图3所示,可提供多个硬停止结构326,其呈现弓形壁区段的形式,其配置为圆形阵列以便环绕通道314。在这样的实施方案中,可在每个这样的硬停止结构326之间提供通道346以允许硬停止结构326之间的流体流动,使得可以可靠地跨越末端执行器垫的整个表面区域抽真空。由于分隔膜312的弯曲和环310的向下位移,当真空夹持到垫时,衬底会与弧形硬停止表面318接触。在一些实施方案中,通道314的横截面形状的转角可具有圆形或弓形凹口345,可提供这样的凹口以减少在这样的位置处的应力集中情形,减少在安装期间损坏垫的风险,并易于制造;此类特征可用于本文讨论的任何实施方案中。
[0050] 在一些实施方案中,可有两个或更多硬停止结构226。在图3所示的实施方案中,有四个硬停止结构326和四个通道346。在一些实施方案中,硬停止结构326中的每一者的每个硬停止表面318相对于环310的直径可以是薄的,以最小化垫与衬底之间的接触。例如,在一些实施方案中,硬停止表面318的径向宽度可小于中心部分的最大直径的5%。这样的径向宽度也可用在上面讨论的其他实施方案中所示的硬停止结构中。
[0051] 回到图4‑1和4‑2,硬停止表面218(与图4‑2中的线219共面)的高度(针对于图4‑1和4‑2的方位)介于环210的环接触表面234(与图4‑2中的线236共面)的高度和分隔膜212的顶表面(与图4‑2中的线217共面)的高度之间。这允许环210与衬底进行初始接触并允许垫202在衬底与垫之间抽真空。在一些实施方案中,硬停止表面218在分隔膜212的最高表面上方。这防止分隔膜212和衬底之间的任何接触,从而减少由于衬底和分隔膜之间的接触而产生的颗粒。
[0052] 分隔膜212的弹性允许环210围绕垂直于中心轴222并相对于中心部分208的轴稍微枢转(pivot)。在一些实施方案中,分隔膜212可具有肋区域230和在肋区域230之间的腹板232。肋区域230比腹板232坚硬,且一般而言,用作径向加强件,当在衬底的真空夹持期间经受真空时,其防止环径向地向内塌陷。腹板232比肋区域230柔顺,并使分隔膜212有足够弹性,使得分隔膜212可以弯曲,从而允许环稍微倾斜,使得与弯曲衬底的底面相符合。
[0053] 根据一些实施方案,分隔膜212可具有三或更多个肋区域230。如图2的顶视图所示,垫202具有四个肋区域230。通常,肋区域230具有比腹板232小的垂直于中心轴222的表面积。例如,肋区域230的宽度可在0.02英寸和0.04英寸之间。取决于材料,腹板232的厚度可在0.003英寸和0.005英寸之间。在一些实施方案中,腹板232的厚度可在0.005英寸和0.007英寸之间。在一些其他实施方案中,腹板的厚度可在0.007英寸和0.009英寸之间。相比之下,肋区域230的厚度可在0.008英寸和0.015英寸之间。应理解,本文所用的术语“之间”指的是数值范围,是指两个指示值之间的任何值或等于此两个值中的一者的任何值(该范围不排除范围的端点)。沿中心部分208的中心轴222,通常最靠近环接触表面234的肋区域230的表面限定肋参考平面231(如图4‑2所示)。在一些实施方案中,硬停止参考平面219可插入肋参考平面231和环接触表面234之间。通过使肋参考平面231比硬停止参考平面219更远离环接触表面234,垫202和衬底之间的潜在接触面积被减小以仅包括一个或更多硬停止表面218和环接触表面234,从而避免衬底和分隔膜212之间的接触。由于末端执行器垫
202的材料相对坚硬,因此分隔膜具有足够的厚度和刚度以避免在真空负载下弯曲成与衬底接触。
[0054] 如前所述,环210在中心部分208周围延伸并通过分隔膜212连接到中心部分。又如前所述,环210具有环接触表面234。环接触表面234限定环参考表面236。当垫202没有外力(例如,衬底的重量)作用于其上时,环参考平面236沿中心部分208的中心轴222比硬停止参考表面219更远离中心部分208。环210的直径可在0.20英寸和1.50英寸之间。在一些实施方案中,环210的直径可在0.4英寸和0.8英寸之间。这样直径的环210提供了增加的夹紧力和减小的垫与衬底之间的接触面积之间的良好平衡。如图2的顶视图所示,环接触表面234的径向厚度或宽度相对于环210的直径较薄。在一些实施方案中,环接触表面234的径向厚度小于环210的外径的5%。例如,对于直径为0.6英寸的环,环接触表面234的径向厚度可小于0.03英寸。在一些实施方案中,径向厚度可在0.003和0.010英寸之间。环接触表面234故意保持较小,例如小于0.015平方英寸,以减少或最小化垫202和衬底之间形成的接触面积。垫
202和衬底之间的最小接触或减少的接触有助于防止在解除真空夹持之后垫无意地粘附到衬底,并减少由垫和衬底接触而可能产生的颗粒的数量。
[0055] 通常,环参考平面236可垂直于中心轴222,例如,环接触表面234可平行于末端执行器的表面。当衬底放置在垫202上时,衬底可与环接触表面234接触。当弯曲衬底放置在垫202上时,衬底通常将首先接触环210边缘的最外部分或最内部分(相对于衬底的中心轴),这是由于衬底的弯曲/倾斜(如果衬底的凸面背对垫,则衬底将可能首先接触离衬底中心轴最远的垫部分,而如果衬底的凹面背对垫,则衬底将可能首先接触最靠近衬底中心轴的垫部分)。衬底的重量可在环210上施加力,其导致在分隔膜212中产生力矩,并且由于分隔膜薄,导致该分隔膜轻微弯曲,从而允许环的其余部分倾斜,以接触或移动到更接近衬底下表面的位置。在重力辅助倾斜后,环210实际上可能不会与衬底完全接触,但仍可足够接近,以致通过垫和衬底之间可能存在的任何间隙的流导足够低,使得真空辅助仍能够在垫和衬底之间保持真空,从而导致衬底被拉向垫更多并且使环接触表面234完全接触晶片。因此,真空辅助将衬底进一步向下拉,使得环参考平面236移动得更靠近中心部分208。在一些情况下,在将真空辅助施加到衬底之后,环参考平面236可变得名义上与硬停止参考平面219共面。
[0056] 垫202可用于温度可能超过高达250℃的处理室中。能够承受高温(例如250℃)并且提供关于衬底所在位置的尺寸确定性的材料(例如刚性材料)将是理想的。具有至少0.8GPa的弹性模量(例如0.8GPa和1.65GPa之间的模量)的材料可提供足够的刚性以允许精确和可预测的晶片放置,同时仍提供足够的弹性以允许分隔膜和环移动以符合弯曲衬底的倾斜底面。使用在上述模量范围内的刚性材料允许垫202具有坚硬的中心部分208,坚硬的中心部分设计成提供关于衬底相对于末端执行器的竖直放置的尺寸确定性,且薄腹板232允许环210的弹性可适应衬底的弯曲,同时仍保持足够的径向刚度以避免垫在真空负载下皱褶或起皱。此外,这样的材料可更好地承受高温处理。在一些实施方案中,刚性材料可以是刚性塑料。在一些实施方案中,这样的塑料可以是导电塑料,例如,导电的静电放电级塑料。在一优选实施方案中,该材料可以是碳填充的聚醚醚酮(PEEK)塑料。在另一实施方案中,该材料可由聚苯并咪唑(PBI)纤维制成。
[0057] 图5是末端执行器垫502的另一示例。末端执行器垫502具有中心部分508、分隔膜512、以及环510。中心部分508具有通道514、面516、和多个硬停止结构526。在该实施方案中,通道514具有十字形的横截面以允许其与十字螺丝刀连接。有六个硬停止结构526和六个通道546。每个硬停止表面518的径向宽度小于中心部分508的最大径向尺寸的5%。如前所述,通道546提供流体流动路径,其允许跨越分隔膜512的整个区域均匀地施加真空,以在衬底搁置在六个硬停止结构526中的每一者的硬停止表面518上时对衬底拉引。分隔膜512具有肋区域530和腹板532。在所示实施方案中,分隔膜512具有三个肋区域530,这可帮助减少腹板532和环510的变形或起皱。
[0058] 图6中显示的是工具套件650。套件650具有三个末端执行器垫602,尽管套件的其他实施方案可具有三个或更多末端执行器垫602。在套件650的一些实施方案中,三个末端执行器垫602中的每一者可具有六角形通道614。在一些实施方案中,在末端执行器垫602具有六角形通道614的情况下,套件650还可具有六角扳手648,该六角扳手被配置为紧密适配在六角形通道614中以允许垫602安装在末端执行器中提供的螺纹孔中。
[0059] 如前所述,真空辅助特征可用于对末端执行器垫中的每一者和衬底之间封闭的体积抽真空。图7显示了示例性末端执行器704中的示例性末端执行器垫202的横截面。垫202通过中心部分208的螺纹外表面附接到末端执行器704的顶表面705。螺纹外表面228(参见图4‑1)可用于将垫202固定到末端执行器704。在图7中的示例中,末端执行器704的顶表面705具有凸出物746,凸出物746带有供螺纹外表面228拧入的螺纹孔。如图7所示,末端执行器704可具有连接到垫202中的通道214的真空通道744。当衬底放置在垫202上时,可经由真空通道744和通道714在衬底底面上抽真空。泵(图未示出)可通过真空通道744连接到通道
214并且用于在衬底放置在末端执行器垫202上时抽真空。
[0060] 如前所述,当衬底放在末端执行器上时,末端执行器垫可用于将衬底固定到末端执行器804上。如图8‑1和8‑2中显示的是通过三个末端执行器垫802固定到末端执行器804的弯曲衬底806的示例:左末端执行器垫802A、中末端执行器垫802B、以及右末端执行器垫802C。图8‑1显示在施加真空之前,弯曲衬底806最初与三个末端执行器垫802中的每一者接触。图8‑2显示在施加真空之后的衬底806与末端执行器垫802。图8‑1和图8‑2未按比例绘制。
[0061] 在图8‑1中,每个垫802的环810的环接触表面834与衬底806的下表面807接触。在所示示例中,衬底806具有上凹弯曲。由于衬底806的弯曲,左末端执行器垫802A和右末端执行器垫802C的环接触表面834的仅一部分最初与衬底的下表面807接触。在左末端执行器垫802A和右末端执行器垫802C中的每一者,环接触表面834的内部最初与衬底的下表面807接触。中末端执行器垫802B的环接触表面834与衬底806的下表面807完全接触。
[0062] 衬底的重量会迫使环810往下朝向末端执行器804(如图8‑1中可见,垫由于衬底的重量搁置在它们的最内边缘部分上而稍微向内倾斜)。如前所述,衬底的力可导致分隔膜弯曲并允许左垫802A和右垫802C的环接触表面834弯曲以符合衬底806的下表面807上的局部倾斜。在一些示例中,衬底806的重量会迫使分隔膜充分弯曲以允许每个环接触表面834形成对衬底的下表面807的密封。在另一示例中,该力会导致分隔膜的轻微弯曲,使得环接触表面834的大部分与衬底806的下表面807接触。在此示例中,环接触表面834的剩余部分可移动到接近衬底806的下表面807的位置。可通过垫802中的每一者的通道施加真空。在环接触表面834的一部分未与衬底806完全接触的垫802中,来自真空的流动阻力可能导致压力差。一旦形成足够高的压力差,真空就可将衬底吸到垫802上,从而在每个垫的环接触表面834和衬底806的下表面807之间形成密封。
[0063] 在图8‑2中显示了当施加足够的真空时,衬底806与垫802中的每一者接触。来自真空的附加力将衬底806从每个垫802的环810进一步向下推到每个垫802上,向下朝向末端执行器804。该附加力可能导致分隔膜弯曲,因此垫802的环810倾斜以匹配每个相应局部区域中的衬底的倾斜。这允许环接触表面834各自与衬底806的下表面807形成密封。如在图8‑2中可见,由于施加了真空夹持力,垫稍微倾斜更多以便与衬底的倾斜对齐。
[0064] 在一些实施方案中。控制器可用于并入本文讨论的末端执行器垫802的系统中。图8‑1和8‑2描绘具有一个或更多处理器840和存储器842的示例性控制器838的示意图,其可整合用于控制真空泵837的操作的电子设备,以允许一个或更多垫802对衬底806抽真空。取决于处理需求和/或系统类型,可将控制器838进行编程以控制本文所公开的任何处理,包括用于控制真空泵的处理、以及本文未讨论的其他处理或参数,例如包括处理气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、射频(RF)产生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置和操作设置、晶片转移进出与具体系统连接或通过接口连接的室和其他转移工具和/或装载锁。
[0065] 概括地说,控制器可以定义为电子器件,电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片、和/或执行程序指令(例如,软件)的一个或多个微处理器微控制器。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式发送到控制器的指令,单独设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定处理的操作参数。在一些实施方案中,操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分,以在一或多个(种)层、材料、金属、化物、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯的制造期间完成一个或多个处理步骤。
[0066] 在一些实现方案中,控制器可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如,控制器可以在“”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分,其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、检查多个制造操作的趋势或性能标准,以改变当前处理的参数、设置处理步骤以跟随当前的处理、或者开始新的处理。在一些示例中,远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供处理配方。远程计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户界面,然后将该参数和/或设置从远程计算机发送到系统。在一些示例中,控制器接收数据形式的指令,其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解,参数可以特定于要执行的处理的类型和工具的类型,控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。因此,如上所述,控制器可以是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的处理和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)的一个或多个集成电路通信的室上的一个或多个集成电路,其组合以控制在室上的处理。
[0067] 根据本公开的示例性末端执行器垫可用于但不限于晶片搬运机械手上,其可安装在半导体处理工具中或是半导体处理工具的一部分,所述半导体处理工具具有等离子体蚀刻室或模、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与半导体晶片的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。
[0068] 如上所述,根据将由工具执行的一个或多个处理步骤,控制器可以与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口运输的材料运输中使用的工具通信。
[0069] 应当理解,短语“对于一个或多个<项目>中的每个<项目>”、“一个或多个<项目>中的每个<项目>”等,如果在本文中使用的话,包括单项目组和多项目组,即,短语“针对…每个”(“for…each”)的使用含义是,它在编程语言中用于指所引用的任何项目群中的每个项目。例如,如果所引用的项目群是单个项目,则“每个”将仅指该单个项目(尽管“每个”的字典定义经常将该术语定义为指“两个或多个事物中的每一个”),并且并不意味着必须至少有两个这些项目。类似地,术语“集合”或“子集”本身不应被视为必然涵盖多个项目——应当理解,集合或子集可以仅涵盖一个成员或多个成员(除非上下文另外指明)。
[0070] 虽然为了清楚理解的目的,已经在一定程度上详细描述了上述实施方式,但显而易见的是,某些变化和修改可在所附权利要求的范围内实施。应当注意,有实现本发明的实施方案的系统、和设备的许多替代方式。因此,本发明的实施方案应被认为是说明性的而不是限制性的,并且这些实施方案并不受限于这里给出的细节。
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