CN102569142A

CN102569142A - 硅片转移装置、转移托环、半导体工艺反应设备

Info

Publication number: CN102569142A
Application number: CN2012100245796A
Authority: CN
Inventors: 蔡辉; 包中诚; 吴明龙
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2012-02-03
Filing date: 2012-02-03
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2032-02-03
Also published as: CN102569142B

Abstract

一种硅片转移装置、转移托环、半导体工艺反应设备，其中硅片转移装置包括：圆形基座，所述圆形基座包括第一基盘和第二基盘，所述第一基盘比第二基盘小，且以圆心重合的方式重叠于第二基盘上，所述第一基盘的边缘处设置有向外开口的卡槽；转移托环，所述转移托环包括环状结构，及自环状结构向内延伸、并与所述卡槽相对应的至少两个支撑柱；转移臂，所述转移臂与所述转移托环连接；其中，所述转移托环的材质为耐高温石英、超强C-C复合材料中的一种，或者为陶瓷，陶瓷表面覆盖有钛、镍合金中的任一种材料。所述半导体工艺反应设备具有所述转移托环。本发明提供的转移托环耐腐蚀、耐高温，能够在Al刻蚀后进行的去胶工艺过程中长期使用不变形。

Description

硅片转移装置、转移托环、半导体工艺反应设备

技术领域

本发明涉及半导体设备领域，尤其涉及一种在工艺反应腔中用于快速转移硅片并能够保证硅片水平搁置的硅片转移装置、用于快速转移硅片的转移托环，及应用上述装置的半导体工艺反应设备。

背景技术

由于Al具有导电性好、易于溅射淀积、易干法刻蚀、工艺成本低等优点，迄今为止，铝和铝合金仍是VLSI(Very Large Scale Integration，超大规模集成电路)芯片中用得最广的互连和载流层导体。Al的干法刻蚀是VLSI芯片制造的关键工艺之一。

Al的干法刻蚀通常采用HDP(高密度等离子体刻蚀)模式，采用氯基气体来刻蚀，其中氯基气体可以为氯气(Cl₂)和其它氯基气体的混合物，如BCl₃或CCl₄。

对Al以及别的金属刻蚀完后，完全控制对金属的侵蚀对于器件性能是很重要的，任何刻蚀工艺中残留的侵蚀性生成物都必须很快中和或从硅片表面去除。对于Al刻蚀而言，主要的腐蚀性生成物是AlCl₃，这些生成物与水反应会生成强腐蚀性的HCl，它们会腐蚀Al。在刻蚀工艺中控制水蒸气和氧的含量很关键。所以，可以采用单片刻蚀机进行刻蚀，单片刻蚀机有一个真空锁把大气污染物和潮气隔离在刻蚀腔室之外。

保证Al刻蚀后不被腐蚀的另一措施是采用去胶工艺去胶的过程中把腐蚀性化合物去除，从而减少它们侵蚀Al的可能性。刻蚀工艺和去胶工艺之间，将硅片暴露在潮气中的时间必须要减至最小，所以，金属刻蚀可以采用专门的金属刻蚀机进行，其中金属刻蚀机在刻蚀腔室中集成了去胶腔室。在这其中，硅片在刻蚀腔室与去胶腔室中的转移装置的灵活性，以及在反应腔室特殊的反应环境内依然能够保持不变形的性质就很重要，这两者保证反应的硅片尽快的从刻蚀腔室转移到去胶腔室，以及保证了硅片在反应过程中放置情况的稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供金属刻蚀机中在Al刻蚀后进行的去胶工艺时，能够实现硅片快速转移的硅片转移装置，并且所述硅片转移装置能够忍受住工艺反应环境，且不变形，从而保证硅片水平放置的稳定性。

为实现上述目的，本发明提出了一种硅片转移装置，包括：

圆形基座，所述圆形基座包括第一基盘和第二基盘，所述第一基盘比第二基盘小，且以圆心重合的方式重叠于第二基盘上，所述第一基盘的边缘处设置有向外开口的卡槽；

转移托环，所述转移托环包括环状结构，及自环状结构向内延伸、并与所述卡槽相对应的至少两个支撑柱；

转移臂，所述转移臂与所述转移托环连接；

其中，所述转移托环的材质为耐高温石英、超强C-C复合材料中的一种，或者为陶瓷，所述陶瓷表面覆盖有钛、镍合金中的任一种材料。

可选的，所述硅片转移装置包括：所述转移托环的直径大于所述第一基盘小于所述第二基盘；

所述支撑柱的高度小于所述卡槽的深度。

可选的，所述硅片转移装置包括：

所述环状结构为三分之二的圆环结构，其上等距设置有三个所述支撑柱，其中两个支撑柱位于环状结构的两端；

所述第一基盘的边缘处等距设置有三个所述卡槽；

所述转移臂连接在相邻两个支撑柱之间。

可选的，所述支撑柱的上表面设置有凸起，所述凸起的高度超出所述卡槽的深度。

可选的，所述转移臂位于所述环状结构外，所述圆形基座还包括位于第二基盘下方的底座基盘，所述底座基盘的边缘处设置有与所述转移臂对应的缺口。

本发明还提供一种硅片转移托环，所述转移托环包括环状结构，所述环状结构上设置有自环状结构向内延伸的至少两个支撑柱，所述转移托环的材质为耐高温石英、超强C-C复合材料中的一种，或者为陶瓷，陶瓷表面覆盖有钛、镍合金中的任一种材料。

可选的，所述环状结构为三分之二的圆环结构，其上等距设置有三个所述支撑柱，其中两个支撑柱位于环状结构的两端。

可选的，所述支撑柱的上表面设置有凸起。

可选的，另包括转移臂，所述转移臂位于所述环状结构外。

本发明还提供一种半导体工艺反应设备，上面任一项所述的硅片转移装置。

可选的，所述反应设备为Al金属刻蚀设备，包括刻蚀腔室与去胶腔室，所述硅片转移装置设置在所述去胶腔室。

与现有技术相比，本发明提供的转移托环能够在Al去胶的工艺过程中，长期使用不变形，具有本发明的转移托环的硅片转移装置、半导体工艺反应设备也能够长期稳定的使用。

附图说明

图1是本发明实施例提供的包含转移托环的硅片转移装置的结构示意图。

图2是硅片平放在圆形基盘上的剖面示意图。

图3是转移托环变形使得硅片不能平放在圆形基盘上的剖面示意图。

具体实施方式

本发明提供一种把接受金属刻蚀反应的硅片从刻蚀腔室转移到去胶腔室的转移装置。这个转移装置不仅需要能平稳、快速、灵活的把硅片从机械手臂上转移到去胶腔室，还要满足能够忍受住腔室内，尤其是去胶腔室内特殊的环境，在长期使用过程中不会变形或被腐蚀。

本发明的硅片转移装置主要构造，包括一个转移托环、圆形基座和转移臂。

转移托环为环状结构，其上具有至少两个支撑柱。所述支撑柱在所述转移托环上等距分布，每个支撑柱延伸方向朝向转移托环的环心。

圆形基座至少由两个不同大小的圆盘状的基盘重叠而成，分别为第一基盘和第二基盘，所述第一基盘和第二基盘圆心重合的贴合在一起。其中最表面的为第一基盘，其直径小于转移托环的直径，且其边缘设置有至少两个卡槽，所述卡槽与所述支撑柱对应。转移托环可以套在第一基盘外，且转移托环上的支撑柱适用于一一对应的放在卡槽内。转移托环上的支撑柱的高度不超出卡槽露在第一基盘上表面来。

第二基盘的直径略大于所述转移托环，当转移托环套在第一基盘外，且其上支撑柱放在卡槽内时，转移托环正好平搁在第二基盘没有被第一基盘覆盖的部分上。

所述转移托环的材质为耐高温、抗腐蚀、耐形变，尤其是忍受去胶腔室内250℃左右的高温，和氯离子腐蚀的环境。优选的，所述转移托环为耐高温石英、超强C-C复合材料中的一种制作而成，或者所述转移托环的材质为陶瓷，表面涂/镀有钛、镍合金中的任一种材料。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

下面结合图1至图3，来具体描述本实施例的硅片转移装置的结构和实施方式。

如图1中所示，本实施例的硅片转移装置包括一个硅片转移托环1、圆形基座2和转移臂3。

转移托环1为细而硬的三分之二环状结构，其上具有三个支撑柱16。三个支撑柱16在所述转移托环1上等距分布，其中两个支撑柱16位于三分之二环状结构的两端，每个支撑柱16延伸方向朝向转移托环的环心。且每个支撑柱16上有凸起(未标示)。两个支撑柱16之间的环状结构部分延展出去一块板状结构(未标示)，其上设置有螺孔，使得转移托环1能够被安装在转移臂3上。转移臂3为可以升降的机械臂，适用于带着转移托环1升降，其还具有适用于固定在腔室内的基底31。比如升到腔室硅片进入的口(未图示)从另外的硅片支架上把硅片托到转移托环1上。其中三分之二环状结构中的缺口适用于套过另外的硅片支架，位于要被托运的硅片之下，让支撑柱16顶到硅片底部，当硅片平放在三个支撑柱16上时，支撑柱16上的凸起起着把硅片挡在中间，使之位置不偏移的作用。当硅片被转移托环1平稳的托在支撑柱16之间后，转移臂3用于带着转移托环1把硅片降到腔室内来，搁在圆形基座2上。

圆形基座2由三个不同大小的圆盘状的基盘重叠而成，分别为第一基盘21和第二基盘22，以及底座基盘23，所述第一基盘21、第二基盘22和底座基盘23圆心重合的贴合在一起。其中最表面的为第一基盘21，其直径小于转移托环1的直径，且其边缘设置有三个卡槽211。转移托环1可以套在第一基盘21外，且转移托环1上的支撑柱16适用于一一对应的放在卡槽211内。转移托环1上的支撑柱16的高度不超出卡槽211，因而不会暴露在第一基盘21上表面。第二基盘22的直径略大于所述转移托环1，当转移托环1套在第一基盘21外，且其上支撑柱16放在卡槽211内时，转移托环1正好平搁在第二基盘22没有被第一基盘21覆盖的部分上。底座基盘23边缘处设置有与所述转移臂对应的缺口213，适应于容纳转移臂3，使得转移托环1与圆形基座2靠准。当硅片100平放在圆形基盘2上时，剖面示意图如图2所示。

尤其的，所述转移托环1的材质为耐高温、抗腐蚀、耐形变。因为去胶腔室内在去胶时，腔室内的温度在250℃以上，并且为氯离子腐蚀的环境。如果是一般的不耐高温也不耐氯离子腐蚀的材料做成转移托环1，在不长时间的使用后，转移托环1会发生扭曲变形，使得三个支撑柱16不能处于同一个水平面上，不能使硅片100被平稳的搁置在其上。并且，严重的时候，还会发生如图3所示的情况，有支撑柱16高于卡槽211，翘到第一基盘21表面上来，把硅片100也支得倾斜起来。这样硅片100在整个去胶的工艺过程中，都是倾斜的，硅片100表面接受到腔室内去胶反应也是不均匀的，从而会导致去胶的不均匀，影响形成的器件的性能。

故经过发明人实验和研究，优选的，所述转移托环1为耐高温石英、超强C-C复合材料中的一种制作而成，或者所述转移托环1的材质为陶瓷，所述陶瓷表面涂/镀有钛、镍合金中的任一种材料。

石英是硅的氧化物之一，其化学组成为SiO₂。在半导体工艺过程中，石英制的坩埚，石英舟等都利用石英来制造，作为高温反应过程中的设备。但是石英和氟化氢容易发生反应，在使用过程中，应当尽量避免让石英进入有氟化氢的工艺反应中。而由于Al和氟基气体会生成非挥发性的AlF3，故在本实施例的去胶腔室中不能使用氟化氢，故不会对石英产生腐蚀。而石英也能够抵抗氯离子的腐蚀。所以本实施例采用耐高温石英来制造转移托环1是非常合适的。

超强C-C复合材料是由碳纤维及其增强的碳基复合材料(碳毡或碳布)组成，其组成元素只有碳元素。其具有很多优秀的性能，如密度低、低热膨胀系数以及对热冲击不敏感等。特别是在高温下，其强度随着温度的升高而升高。并且，其不会被氯离子反应，其优秀的性能也适用制作本实施例中的转移托环1。

本实施例也可以用陶瓷来制作环件1，由于陶瓷中不容易控制不被混入会被氯离子腐蚀的金属元素，所以可以在陶瓷制作的环件1表面涂/镀耐高温和抗腐蚀的材料，优选的，有钛、镍合金。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以此限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种硅片转移装置，其特征在于，包括：

转移臂，所述转移臂与所述转移托环连接；

2.如权利要求1所述的硅片转移装置，其特征在于，包括：

所述转移托环的直径大于所述第一基盘小于所述第二基盘；

所述支撑柱的高度小于所述卡槽的深度。

3.如权利要求2所述的硅片转移装置，其特征在于，包括：

所述第一基盘的边缘处等距设置有三个所述卡槽；

所述转移臂连接在相邻两个支撑柱之间。

4.如权利要求2到3中任一项所述的硅片转移装置，其特征在于，所述支撑柱的上表面设置有凸起，所述凸起的高度超出所述卡槽的深度。

5.如权利要求1所述的硅片转移装置，其特征在于，所述转移臂位于所述环状结构外，所述圆形基座还包括位于第二基盘下方的底座基盘，所述底座基盘的边缘处设置有与所述转移臂对应的缺口。

6.一种硅片转移托环，其特征在于，所述转移托环包括环状结构，所述环状结构上设置有自环状结构向内延伸的至少两个支撑柱，所述转移托环的材质为耐高温石英、超强C-C复合材料中的一种，或者为陶瓷，陶瓷表面覆盖有钛、镍合金中的任一种材料。

7.如权利要求6所述的硅片转移托环，其特征在于，所述环状结构为三分之二的圆环结构，其上等距设置有三个所述支撑柱，其中两个支撑柱位于环状结构的两端。

8.如权利要求6所述的硅片转移托环，其特征在于，所述支撑柱的上表面设置有凸起。

9.如权利要求6所述的硅片转移托环，其特征在于，另包括转移臂，所述转移臂位于所述环状结构外。

10.一种半导体工艺反应设备，其特征在于，包括权利要求1至5中任一项所述的硅片转移装置。

11.如权利要求10所述的半导体工艺反应设备，其特征在于，所述反应设备为Al金属刻蚀设备，包括刻蚀腔室与去胶腔室，所述硅片转移装置设置在所述去胶腔室。