[发明专利]批量传输薄基片的伯努利式端拾器

说明书

技术领域

本发明属于半导体加工的技术领域，尤其是一种半导体晶圆/基片的处理。

背景技术

有些半导体晶圆的加工操作要求以特定的方向装载许多圆盘形晶圆片到制程载具(process carrier)内。此类制程的例子有“湿式制程”加工与水平扩散炉加工。通常，集成电路(IC)制造工具每小时加工100个晶圆至最多500个晶圆。因此，多数集成电路制造工具利用单一基片传输。相比之下，硅太阳能电池制造要求每小时1600个晶圆的最少处理能力。许多太阳能电池制造工具实际要求每小时传输3000个晶圆。所以，太阳能电池制造需要大量批次传输半导体基片。

通常预备加工的晶圆需要：

1. 从用于批量运送晶圆的晶圆盒中取出；

2. 有可能重新定位该等晶圆；以及

3. 存放该等晶圆到制程载具。

在大量生产的环境下，已观察到人工基片处理破损率高达2%。如此高的基片破损率导致很大的经济损失。此外，人工处理基片导致基片表面接触到微尘或污染物，从而进一步降低产品的最终效能或良好率。为了防止在传输期间污染硅晶圆以及减少破损，无人工参与的自动化生产过程是可行的。

自动化基片传输装置必须有下列特征。

   1. 拥有极紧凑的设计允许批量处理多个近距离隔开的基片(当基片被存放于晶圆盒中时)供高通量生产用。

2. 在基片保持器(substrate-holder)移动时，能够保持基片位置。

3. 相比人工基片处理，有较低的长期平均破损率。

4. 有高可靠性而且完全自动化操作无须操作员协助。

用以传输半导体基片的半导体基片保持器或夹持器(gripper)的技术可分成以下4类：

1. 传统的机械保持器，是用3或4只活动指状物抓住基片的边缘。

2. 电磁夹持器，用电磁力吸住基片。

3. 主要非接触式的气动装置，利用伯努利或文氏效应产生“推拉”吸力。

4. 直接真空杯吸盘或吸指(suction cup or finger)。

半导体基片保持器或夹持器不局限于只用上述技术中之一种，事实上，也可利用其中之两种或更多的组合。

机械夹持器(钩住及上举)要求基片对于夹持器有精确的定位以避免这种物理接触会在接触点损伤基片。由于夹持器上的基片有重力，因此无法以任意方向自由运送基片。此外，此类机械夹持器不易实现同时大量传输基片。

电磁夹头(electro-magnetic chuck)结构复杂且有较大的物理尺寸。因此，电磁夹头主要用来处理单一基片。基于前述理由，电磁夹头不适用于同时大量传输许多基片。

一般而言，大部分的伯努利类型基片保持器不仅尺寸大，也无法紧贴着保持面夹持基片。伯努利类型基片保持器无法以紧贴着保持面的方式夹持基片意味着此类夹持器为非接触保持器。

直接利用真空气源或利用真空发生器产生真空的基片保持器最常用来传输单个薄基片或多个批量基片传输。不过，要确保可靠的吸力需要基片与全部的基片拾取真空杯保持密封以得到想要的保持力。漏失、破裂或碎裂的基片都可能导致真空由基片保持器上未被覆盖的真空杯(或数个)漏出。基片保持器上开放的真空杯(或数个)会显著减少保持器的保持力以及对应地减少基片保持器其它真空杯的可用吸力。在此情况下较弱的真空会明显增加基片在基片保持器移动时掉落的可能性。处理基片保持器所出现这种特殊问题的方法，可以每个真空杯使用独立的真空源或真空发生器来排除由于未被覆盖的真空杯(或数个)引起的任何保持力的减少。由此可见，用直接真空吸引基片保持器来解决此难题会增加与每批需要处理基片数目成正比的真空管道系统的复杂度，以及对应地增加保持器的成本。

薄半导体晶圆及太阳能电池基片通常有100微米至200微米的厚度，即0.1至0.2毫米。晶圆盒或制程载具中，相邻晶圆及太阳能电池基片的间隔(间距)通常在4至5毫米左右。通常，在太阳能电池晶圆盒或制程载具中，相邻晶圆之间有约4.75毫米的间隙。相邻晶圆及太阳能电池基片之间有如此紧密的间隔造成它们难以进出晶圆盒。在太阳能电池制程载具及晶圆盒之间以大量传输方式同时更换所有晶圆会明确的限制基片保持器或夹持器的厚度小于4.75毫米，例如约2.4毫米的厚度，即小于0.1英吋。