[发明专利]贝努利棒

说明书

技术领域

【0001】本发明涉及半导体衬底处理系统，且更特别地涉及利用贝努利(Bernoulli)效应通过气流抬升衬底的半导体衬底拾取设备。

背景技术

【0002】集成电路通常由很多半导体器件组成，诸如晶体管和二极管的这些半导体器件被形成在半导体材料薄片上，已知如晶片。用于加工晶片中的半导体器件的一些过程涉及将该晶片放置到高温室中，在此处晶片暴露于高温气体，这导致在晶片上形成层。当形成这种集成电路时，通常必须将晶片加载到高温室中并将其从高温室中取出，在高温室中该晶片能够达到高达1200摄氏度的温度。这种高温过程的示例是外延化学气相淀积，但是本领域技术人员将容易想到其它高于例如400℃的处理的示例。然而，由于晶片极度易碎，且易受到微粒污染物的损坏，因此必须特别小心，从而避免在传送过程中物理破坏该晶片，特别是当晶片处于加热状态时。

【0003】为了避免在传送过程中破坏晶片，已经发展出各种晶片拾取设备。抬升晶片所依赖的特殊应用或环境通常确定最有效的拾取设备类型。被称为贝努利棒(Bernoulli wand)的一类拾取设备特别好地适用于传送非常热的晶片。由石英形成的贝努利棒特别有利地用于在高温室之间传送晶片，因为金属设计不能承受如此高的温度和/或可能在这种升高的温度下污染晶片。贝努利棒提供的优点在于热晶片一般不接触拾取棒，除了可能在一个或多于一个小定位器处，这些小定位器位于棒的下侧的晶片边缘的外侧，由此使棒对晶片的接触损坏最小化。用于高温晶片处理的贝努利棒被公开在被授予Goodwin等人的美国专利第5,080,549号和被授予Ferro等人的美国专利第6,242,718号中，二者的全部公开内容被合并于此作为参考。贝努利棒通常被安装在自动机械或晶片处理臂的前端。

【0004】特别地，当被置于晶片上方时，贝努利棒使用气体喷头在晶片上产生气流型式(pattern)，由此致使晶片正上方的压力小于晶片正下方的压力。因此，该压力失衡导致晶片受到向上的“升”力。此外，当朝着棒向上吸取晶片时，产生升力的相同喷头产生越来越大的排斥力，该排斥力防止晶片接触贝努利棒。结果，有可能以基本非接触的方式使晶片悬浮在棒的下面。

【0005】图1A中示出了一种用于在高温处理中传送200mm和更小的晶片的典型石英贝努利棒设计。该贝努利棒优选由石英形成，其有利地用于传送非常热的晶片。如图1A所示，贝努利棒10具有切削侧12，从而贝努利棒10能够在卡式台架上加载和卸载晶片，该卡式台架用于在多晶片处理装置中支撑多个晶片。

【0006】图1B是在卡式台架的架子16之间的贝努利棒10的平头部分14的平面视图。图1C中示出了带有各个槽17的典型卡式台架8。每个槽17能够支撑晶片20。典型地，这些卡式台架16在垂直柱中支撑大约26个200mm的晶片。如图1B所示，切削侧12允许贝努利棒10插入到卡式台架的架子16之间。当被加载到卡式台架8的槽17中(如1C)时，在图1B中用虚线20示出的晶片20的相对外围侧(其被保留未被切削侧12“覆盖”)由卡式台架8的架子16水平支撑，与此同时贝努利棒10被插入到架子16之间。具有切削侧12的贝努利棒10被如此配置，从而它能够适配于架子16之间，由此允许相对密集堆叠的卡式台架8。

【0007】本领域所熟知的是，在加载到热处理室内的过程中，特别是加载到接受器的热表面上时，晶片通常将变得扭曲，因为晶片的下部比上部升温更快。这种不均匀的加热产生晶片的暂时扭曲，其被称为“卷曲”或“卷边”。在具有超过400摄氏度的温度的处理室中，卷曲是特别有问题的。当室温的晶片被置于诸如接受器的热衬底支持器上时，这种卷曲效应会很快出现。如果足够快，这一效应会使得晶片一接触就跳起，并可能在接受器上移动晶片偏离其期望位置。

【0008】卷曲的趋势来源于拾取和下落过程中在晶片中产生的温度梯度，并且还依赖于被处理的晶片的类型。晶片卷曲是一个问题，特别是对于非常薄的晶片。典型地，晶片越薄，它越有可能由于不同热膨胀系数和温度梯度的共同作用而卷曲。类似地，由两个层键合在一起的绝缘体上的硅(SOI)晶片具有卷曲的趋势。当衬底接触诸如接受器的热表面时，倾向于具有更高应力水平的一些重掺杂衬底更易于卷曲。同样，如上所述，晶片与落置晶片于其上的支撑衬底之间的非常高的温差将导致卷曲。