用于提供半导体晶片调平边缘的装置、系统和方法与流程

用于提供半导体晶片调平边缘的装置、系统和方法


背景技术：
技术领域
1.本发明涉及诸如半导体晶片的物品的传送和处理，更具体地涉及用于提供半导体晶片调平边缘(leveling rim)的装置、系统和方法。
2.背景说明
3.机器人技术的使用被很好地确立为制造手段，特别是在人的处理效率低和/或不理想的应用中。一种这样的情况是在半导体领域中，其中机器人和自动化工位用于在各种工艺步骤期间处理和保持晶片。举例来说，这些工艺步骤可以包括化学机械平坦化(cmp)、蚀刻、沉积、钝化以及各种其它工艺，其中必须保持密封和/或“清洁”环境，以便限制污染的可能性并确保满足各种特定的处理条件。
4.在半导体领域中，以机器人方式处理这些晶片的当前实践通常包括使用可操作地连接到机器人的末端执行器，例如为了将半导体晶片从装载堆叠装载到可对应于前述示例性工艺步骤的各种处理端口中。机器人用于配置末端执行器，以从特定端口或堆叠取回晶片，例如在相关处理室中处理之前和/或之后，和/或将晶片与工位相关联，例如可以包括放置晶片的工位卡盘。
5.因此，晶片可由与末端执行器连接的机器人在工位之间穿梭，以进行额外处理。当给定的晶片工艺完成时，机器人可以将处理过的晶片从其工位移走，并将处理后的半导体晶片返回到装载端口。通常，在每个工艺运行期间，以这种方式处理多个半导体晶片的堆叠。
6.处理过的半导体晶片通常在0.05到0.10mm的厚度范围内。这种非常薄的厚度不仅使晶片难以处理，因为晶片可能基于处理装置的位置和夹持而下垂、下凹或起皱，而且甚至更可能由于晶片加工和处理而导致晶片翘曲。也就是说，在半导体处理和加工过程中，薄晶片可能因翘曲或弯曲而变形，就像薯片一样。举例来说，这种薯片形状可以沿晶片边缘呈现交替的节距，例如沿晶片的圆周边缘径向每隔90
°
左右。
7.上述晶片下垂、弯曲和翘曲通常可能使晶片不适合于附加处理。这种不适用部分是由于传统的半导体自动化处理工具和设备的设计，以处理平坦的、刚性的半导体晶片。举例来说，晶片堆叠托盘可能缺少足够的抽屉高度来容纳翘曲的晶片，并且设计成抽吸或以其它方式抓取平坦晶片的末端执行器可能不适合保持翘曲的晶片。也就是说，在晶片弯曲或翘曲的情况下，晶片可能无法装入多晶片的晶片盒中进行处理。
8.已知技术主要通过将另一衬底结合到加工中的晶片来解决这种晶片形状缺陷，使得加工中的晶片保持结合的衬底的形状，从而避免下垂或翘曲。然而，已知技术中的结合的衬底导致处理半导体晶片的问题。例如，临时结合到晶片上的这些其它衬底(例如玻璃衬底)需要随后分离其它衬底。这种分离可以例如通过胶粘结合的激光烧蚀来执行。然而，这种分离增加了额外的工艺步骤，从而使目标半导体工艺效率较低，并且还可能对加工中晶片的某些区域提供非常不期望的目标加热。由于使用昂贵的激光器，激光烧蚀分离也会显
著增加半导体加工的费用。
9.此外，移除其它衬底可能留下残留物，该残留物可能对后续半导体工艺产生不利影响，或者可能导致可能损坏晶片上部件的残留静电。此外，另一衬底的结合可以防止在晶片的与另一衬底结合的一侧上发生工艺。
10.因此，需要一种在不使用牺牲次级衬底的情况下防止半导体晶片翘曲和下垂以及在加工过程中防止半导体晶片翘曲和下垂的装置、系统和方法。


技术实现要素：

11.某些实施方式是且包括用于晶片调平边缘和用于安装晶片调平边缘的装置、系统和方法。用于半导体晶片的调平边缘可以包括：薄的、基本刚性的接收环，所述刚性的接收环适于接收所述半导体晶片的圆周边缘；以及基本柔性的容纳环(containment ring)，所述容纳环与所述刚性的接收环可移除地关联。因此，所述刚性的接收环赋予所述半导体晶片的圆周形状刚性，并且所述容纳环将所述半导体晶片保持在所述刚性的接收环内。
12.所述刚性的接收环可以包括适于提供可移除关联的多个配合特征。所述配合特征可以包括多个径向槽，例如围绕晶片的圆周径向地成60度。
13.所述容纳环可包括适于提供可移除关联的多个保持特征。所述保持特征可以包括多个径向突片。
14.一种用于将具有保持环和容纳边缘的调平边缘连接到半导体晶片的自动连接系统和方法，可以包括：卡盘，所述卡盘能够在其上接收半导体晶片；多个环引导件，所述多个环引导件用于在所述晶片位于所述保持环中时围绕所述卡盘定位地保持所述保持环；向下对准器，所述向下对准器适于对准并使所述容纳环下降成与所述保持环可移除地关联，从而将所述晶片周向地包围在其间。
附图说明
15.下文将参考附图描述示例性组成、系统和方法，附图仅作为非限制性实施例给出，其中：
16.图1是晶片处理系统的示意图；
17.图2是末端执行器上的晶片的示意图；
18.图3示出了调平边缘；
19.图4是调平边缘的示意图；
20.图5是调平边缘的示意图；
21.图6是调平边缘的示意图；
22.图7是调平边缘连接系统的示意图；
23.图8是调平边缘连接系统的方面的示意图；
24.图9是调平边缘连接系统的方面的示意图；以及
25.图10是调平边缘连接系统的方面的示意图。
具体实施方式
26.本文提供的附图和描述可能已经被简化以说明与清楚理解本文描述的装置、系统
和方法相关的方面，同时为了清楚起见，消除了可以在典型的类似装置、系统和方法中发现的其他方面。因此，本领域技术人员可以认识到，其它元件和/或操作对于实现本文所述的装置、系统和方法可能是期望的和/或必要的。但是因为这样的元件和操作在本领域中是已知的，并且因为它们不促进对本发明的更好理解，所以为了简洁起见，在此可能不提供对这样的元件和操作的讨论。然而，本发明被认为仍然包括本领域普通技术人员已知的对所描述的方面的所有这样的元件、变化和修改。
27.在全文中提供实施方式，使得本发明充分彻底并且将所公开的实施方式的范围完全传达给本领域技术人员。阐述了许多具体细节，例如具体组件、装置和方法的实施例，以提供对本发明的实施方式的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，不需要采用某些具体公开的细节，并且可以以不同的形式来实施实施方式。因此，所公开的实施方式不应被解释为限制本发明的范围。如上所述，在一些实施方式中，可能不详细描述公知的工艺、公知的装置结构和公知的技术。
28.本文所用的术语仅是为了描述特定实施方式的目的，而不是旨在进行限制。例如，如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”也可旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚地指明。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包含性的，因此指定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。除非特别地被确定为优选的或需要的执行顺序，否则这里描述的步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或示出的特定顺序执行。还应理解，可采用额外或替代步骤来代替所揭示方面或与所揭示方面结合。
29.当元件或层被称为在另一元件或层“上”、“之上”、“连接到”或“耦合到”另一元件或层时，除非另外明确指出，否则其可以直接在另一元件或层上、之上、连接到或耦合到另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件或层被称为“直接在另一元件或层上”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一元件或层时，可能不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其他词语应当以类似的方式解释(例如，“之间”对“直接之间”、“相邻”对“直接相邻”等)。此外，如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。
30.此外，尽管术语第一、第二、第三等可以在这里用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应当受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分开。因此，除非上下文清楚地指出，否则诸如“第一”、“第二”和其它数字描述的术语在本文中使用时不暗示顺序或次序。因此，在不脱离实施方式的教导的情况下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分。
31.实施方式可以提供晶片调平边缘。所提供的晶片调平边缘可包括薄的、基本刚性的接收环，该接收环围绕目标晶片的圆周边缘放置，并与连接该接收环的刚性较小的容纳环结合。即，接收环和容纳环可以各自具有允许两个环围绕晶片的圆周边缘相对牢固地结合的相应特征，从而将晶片保持在调平边缘的结合的环内。
32.因此，所公开的调平边缘和系统可以显著地增强晶片的圆周边缘的刚性，调平边缘围绕该圆周边缘放置。这种增强的形状刚性可以在半导体工艺和处理期间更好地保持晶片的形状。也就是说，调平边缘可以至少基本上防止晶片在晶片处理期间的下垂，例如通过
末端执行器处理，并且可以通过保持晶片的圆周来更好地保持晶片的平坦度。因此，通过非限制性实施例，该功能可以防止晶片在半导体工艺期间翘曲，并且可以增强晶片放置到晶片托盘和处理室中的适用性。此外，仅围绕目标晶片的圆周边缘放置调平边缘可允许在晶片的两侧上进行处理，并且可以这样做而没有工艺阻塞、胶残留、烧蚀设备或已知技术的其它缺点。
33.所公开的晶片调平边缘通常易于组装，例如在手动或自动过程中组装，由此组装前述容纳环和接收环，从而保护每个处理中的晶片。因此，在实施方式中可以堆叠的晶片的数量增加；在处理期间的晶片扫描和对准在实施方式中被改进，具有可忽略的翘曲；因此在实施方式中晶片处理效率被显著提高。作为非限制性实施例，通过使用实施例，可以非常显著地减少实质性翘曲，例如20mm晶片翘曲，作为非限制实施例，例如1至2mm。
34.所公开的调平边缘可适于工艺改造，至少因为它可能不需要对每个晶片进行特殊处理。正如本领域技术人员根据本文的讨论将理解的，调平环的连接及其拆卸可能需要适度的固定。因此，所公开的调平边缘可以在晶片进入处理系统之前被施加到每个加工中的晶片，并且可以在所述晶片离开该晶片处理系统时与每个相应的晶片分离。
35.更特别地，刚性但基本上薄的接收环可提供与基本上不太刚性的容纳环上的保持特征对应的配合特征。配合特征与保持特征的物理关联可有效地将容纳环“夹持”到围绕保持的晶片的圆周的接收环中。
36.例如，配合特征可以包括径向槽，例如在调平环周围沿径向大约每隔60
°
。相应的保持特征可包括容纳环上的小径向突片，其间隔与接收环上的前述径向槽基本相同。这允许径向突片插入径向槽中，以实现容纳环在封闭的晶片边缘上和接收环中的接合。
37.在实施方式中，接收环可以提供刚性以实现调平边缘的自支撑，并且配合特征与保持特征的连接可以提供足够的挠曲以便充当径向弹簧部分，这些径向弹簧可以在处理和加工期间解决晶片的某些径向部分上的应力，其中这样的应力可以由有效弹簧消散，而不会以可能导致下垂或翘曲的方式充分地对所包含的晶片施加应力。
38.根据上述讨论，调平边缘可以有效地提供圆周“框架”以保持所封装的晶片的圆周形状和平面度。此外，通篇讨论的设计可能导致晶片上的交替翘曲力彼此抵消，例如围绕晶片径向大约每隔90
°
，从而以避免如上所述的晶片翘曲的方式消散这样的力。
39.图1示出了自动处理系统50，其适于精确地处理不同直径、组成和物理属性的半导体晶片。处理系统50能够快速、有序地连续处理基片，例如晶片10。所供应的基片10可在末端执行器12上在堆叠67与各种固定点103之间操纵或转移，以用于部分地由例如可提供于基座110中的机器人来处理，以执行前述操纵和转移。固定点103可包括一个或多个卡盘，例如可在将该基片10放置到卡盘103上时夹持该基片。例如，可以通过使用一个或多个真空装置105来执行这种夹持。
40.图2示出了在典型的半导体工艺中在末端执行器12上基本弯曲的晶片10。值得注意的是，所示的晶片10将不适合处理，因为将该晶片装配在图1的堆或晶片盒67内或由真空装置105夹持是不可行的。
41.图3示出了基本刚性的保持环102和用于与保持环102物理接合的刚性较小的容纳环104。在图3中还明显的是保持环102上的多个配合特征106。配合特征106通过非限制性实施例示出为接收槽。
42.在容纳环104上另外示出了多个保持特征110。保持特征110在图3中通过非限制性实施例说明性地示出为插入突片，但是将理解的是，根据本发明，也可以提供适于与配合特征106配合的其它特征类型。
43.图4特别示出了保持特征110包括突片的示例性实施例。图5示出了一个示例性实施例，其中容纳环104上的每个径向突片110被插入到保持环102上的相应接收槽106中，以便在其间容纳两个环102、104之间的目标晶片10的圆周外缘(图5中未示出)。
44.值得注意的是，并且如本文通过实施例的方式所示，在某些实施方式中，配合特征106和保持特征110配对可以围绕相应的环102、104中的每一个径向地以大约每隔60
°
放置。当然，也可以采用配对的其它布置，例如每隔45
°
或每隔90
°
。
45.图6提供了使用上述示例性的突片110和槽106成对特征的较小刚性的容纳环104和较大刚性的保持环102的关联的示意图。图6中还示出了两个上述环之间的晶片10的容纳。
46.该图还示出了保持环102可以仅是稍微圆形的，以对应于被保持的晶片10的圆形，容纳环104可以另外包括沿其内圆周的基本平坦的部分104a。这些直的缓行方面(straight relief aspects)，例如可以靠近容纳环104上的突片110，可以提供适于允许晶片10的对准和/或扫描的间隙。
47.图7示出了用于将目标晶片10放置到所公开的调平边缘中的示例性自动连接系统700。如图所示，可在边缘连接系统700的中心提供诸如真空卡盘103的卡盘103，以便保持放置在卡盘103上的晶片10和/或抽吸放置在卡盘103上的晶片10上的真空。还示出了多个支撑件和引导件706，其适于支撑保持环的重量并定位地保持保持环。值得注意的是，保持环引导件706a可以以适于定位和释放保持环102的压力打开和关闭，同时避免损坏其物理完整性。图7中还示出了多个晶片引导件706b，其也可以如上所述以预定压力打开和关闭，以避免对目标晶片10的损坏，其中晶片引导件706b的位置仅将晶片10引导入保持环102。
48.图8a、8b和8c示出了保持环102与边缘连接系统700的关联，以及随后晶片10在保持环102中的放置。更具体地说，图8a示出了上述引导件706的打开，以及保持环102围绕晶片卡盘103的布置。图8b示出了晶片10在晶片卡盘103上的放置。此后，图8c示出了施加轻微的力以安置晶片10，例如将晶片10安置在保持环102内，并相应地关闭引导件706以实现该安置。在图8a、8b和8c中可以采用其它合适的方法，例如使用led瞄准和类似的晶片对准技术，以确保保持环102的正确放置和晶片10在其中的安置。
49.图9a、9b和9c示出了容纳环104与放置在图8a、8b和8c中的卡盘103上的晶片10的关联。更具体地，图9a示出了引导件706的打开，以允许手动或自动定位和向下放置容纳环104。图9b示出了保持环102的提升和定位，使得来自保持环102上方的容纳环104可经受配合特征106和保持特征110的对准，如本文所述。图9c示出了保持环102和容纳环104的物理关联和安置，例如通过在保持向下移动的容纳环104的形状和突片位置的同时向上延伸晶片10和保持环102下方的支撑引导件706。
50.图10a和10b示出了在所公开的实施方式中包括上述对准间隙104a以允许对准或检测晶片10的位置。更具体地说，图10a示出了沿容纳环104的多个径向部分存在至少部分笔直的部分104a。这些直边部分104a可在一维或二维中实现间隙或凹口，如图10a和10b所示。这些凹口允许通过对准器检测晶片在调平边缘内的位置。
51.前述装置、系统和方法还可包括对本文中提及的各种机器人和真空功能性的控制。作为非限制性实施例，这样的控制可以包括使用一个或多个用户接口的手动控制，所述用户接口诸如控制器、键盘、鼠标、触摸屏等，以允许用户输入指令以由与机器人和本文讨论的系统相关联的软件代码执行。另外，如本领域技术人员所公知的，系统控制也可以是完全自动化的，例如其中手动用户交互仅发生以“设置”和编程所引用的功能，即，用户可以仅初始地编程或上载计算代码以执行贯穿本文所讨论的预定移动和操作序列。在手动或自动实施方式或其任何组合中，控制器可被编程，例如，以使基片的已知位置、机器人、固定点以及其间的相对位置相关联。
52.应当理解，本文描述的系统和方法可根据任何计算环境运行和/或由任何计算环境控制，因此，不应假定所采用的计算环境限制本文描述的在具有各种不同组件和配置的计算环境中的系统和方法的实现。也就是说，本文描述的概念可以使用各种组件和配置中的任何一种在各种计算环境中实现。
53.此外，提供本发明的描述以使得本领域的任何技术人员能够制造或使用所公开的实施方式。所属领域的技术人员将容易明白对本发明的各种修改，且本文所界定的一般原理可在不脱离本发明的精神或范围的情况下应用于其它变化。因此，本发明内容并不旨在局限于本文所描述的实施例和设计，而是应当符合与本文所公开的原理和新颖特征相一致的最宽范围。