[发明专利]用于晶圆和膜片架的单个超平面晶圆台结构

说明书

技术领域

本公开一般地涉及用于操持和对准半导体晶圆和承载整个或部分半导体晶圆的膜片架的系统和方法。更具体地，本公开的各方面涉及单个或统一的高平面性或超平面多孔晶圆台结构，其被构造为以有利于准确的、高吞吐量的诸如光学检查处理的晶圆和/或膜片架操持或处理操作的方式操持晶圆和膜片架。

背景技术

半导体晶圆处理操作包括对于其上存在多个裸片(例如，大量或非常大量的裸片)的半导体晶圆执行各种类型的处理步骤或处理序列。每一个裸片上的装置、电路或结构的几何尺寸、线宽或特性尺寸通常非常小(例如，微米、亚微米或纳米尺度)。任何给定的裸片包括例如借助于对于放置在平坦晶圆表面上的晶圆执行的处理步骤而逐层制造、处理和/或图案化的大量集成电路或电路结构，从而由晶圆承载的裸片被共同地进行处理步骤。

各种半导体装置处理操作涉及执行晶圆或膜片架操持操作的多个操持系统，这些操持操作涉及在晶圆或膜片架处理操作期间将晶圆或安装在膜片架上的晶圆(下面简称为“膜片架”)从一个位置、地方或目的地牢固地且选择性地输送到另一位置、地方或目的地，和/或将晶圆或膜片架保持在特定位置。例如，在开始光学检查处理前，操持系统必须从诸如晶圆盒的晶圆或膜片架源获取晶圆或膜片架，并且将晶圆或膜片架传输到晶圆台。晶圆台必须在开始检查处理前将晶圆或膜片架牢固地保持到其表面，并且必须在检查处理完成之后从其表面释放晶圆或膜片架。一旦检查处理完成，操持系统必须从晶圆台获取晶圆或膜片架，并将晶圆或膜片架传输到下一个目的地，例如晶圆或膜片架盒或另外的处理系统。

在本领域中已知各种类型的晶圆操持系统和膜片架操持系统。这样的操持系统能够包括一个或多个机械或机器人臂，其被构造为执行晶圆操持操作(其涉及将晶圆传输到晶圆台，以及从晶圆台获取晶圆)；或者执行膜片架操持操作(其涉及将膜片架传输到晶圆台，以及从晶圆台获取膜片架)。每个机器人臂包括关联的末端执行器，其被构造为以本领域技术人员理解的方式借助于对于晶圆或膜片架的部分的真空力的施加和中止来获取、拾取、保持、传输和释放晶圆或膜片架。

晶圆台本身能够被视为或定义为一种操持系统，其必须在相对于处理系统的元件(例如，对应于光学检查系统的一个或多个图像捕获装置和一个或多个光源)移动晶圆或膜片架的同时，可靠、牢固且选择性地将晶圆或膜片架定位在晶圆台表面并保持晶圆或膜片架。晶圆台的结构能够显著影响检查系统是否能够实现如下面更详细地描述的高平均检查吞吐量。此外，与晶圆的物理特性和膜片架的物理特性关联地，晶圆台的结构较大地影响了光学检查处理是否能够可靠地产生准确的检查结果。

关于准确的检查结果的产生，在光学检查处理期间，晶圆或膜片架必须牢固地保持在晶圆台上。此外，晶圆台必须将晶圆或膜片架的上层或顶表面布置并保持在同一检查平面，从而所有晶圆裸片或尽可能多的晶圆裸片的表面区域以最小或可忽略的偏差一起位于该同一平面上。更具体地，以非常高的倍率对裸片进行适当或准确的光学检查要求晶圆台非常平坦，优选的是，晶圆台的平面性的误差裕量少于图像捕获装置的景深的1/3。如果图像捕获装置的景深为例如20μm，则对应的晶圆台平面性误差不能超过6μm。

为了操持非常小(例如0.5×0.5mm或更小)和/或厚度(50μm或更小–例如，由非常薄和/或柔性晶圆或基板承载)的裸片，此平面性要求变得非常关键。对于非常薄的晶圆，重要的是，晶圆台是超平坦的，否则晶圆或膜片架上的一个或多个裸片容易被定位到景深之外。本领域的技术人员将了解的是，裸片越小，所要求的倍率越高，并且因此检查平面所在的景深带越窄。

在如上所概述的平面性的情况下，放置于晶圆台的晶圆将平放于晶圆台表面上，晶圆几乎挤出了其下方的所有空气。晶圆被布置在晶圆台上时在晶圆的顶表面与底表面之间的大气压的差导致了由于大气压而在晶圆的顶表面上施加的较大的力，同时将晶圆强力或相当强力地保持在晶圆台上。由于该压力是表面面积的函数，因此，晶圆的尺寸越大，向下施加在晶圆上的力越大。这通常称为晶圆上的“固有吸力”或“自然吸力”。晶圆台表面越平，自然吸力越强，最高可达由晶圆的有限表面所定义的限制。但是，这样的吸力的强度依赖于晶圆台的平坦度。一些晶圆台没有那么平，且其表面上可能有其它沟槽或孔，从而导致吸力减少。尽管存在这样的自然吸力，但是因为晶圆台会在每个裸片的检查期间在短的距离上重复加速，且通常通过晶圆台将大的真空力施加到晶圆台表面以到达晶圆的下侧，从而确保晶圆保持尽可能地平并且在检查期间不会移动。