CN110246788B - 用于在晶圆沉积薄膜的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于在晶圆上沉积薄膜的设备，包括：设置有至少一个晶圆装卸端口的接口装置；用于转运晶圆的转运机器臂；以及用于在晶圆正面沉积薄膜的至少一个正面沉积腔；其特征在于，所述用于在晶圆上沉积薄膜的设备还包括用于在晶圆背面沉积补偿膜的背面沉积腔，并且所述转运机器臂用于在所述接口装置、所述正面沉积腔以及所述背面沉积腔之间转运晶圆。根据本发明，采用同一设备就可以在晶圆正面以及晶圆背面上沉积薄膜，因而，不仅可以降低成本，而且可以显著提高工作效率。

Description

用于在晶圆沉积薄膜的设备
技术领域
本发明涉及半导体芯片的制造，尤其涉及用于在晶圆上沉积薄膜的设备。
背景技术
随着信息技术的发展，对半导体芯片的功能要求越来越高，在晶圆上设置的电子器件层数越来越多，例如通过气相沉积工艺沉积在晶圆正面上的功能膜(基础膜)和/或牺牲掩膜的厚度也变得越来越厚，有的牺牲掩膜甚至超过几个微米。由于沉积在晶圆正面上的功能膜的张力和/或牺牲掩膜的张力与晶圆本身的张力不同，晶圆很容易发生翘曲，例如对于直径为12英寸的晶圆而言，其中心与边缘位置的翘曲偏差甚至超过1mm，这种巨大的翘曲偏差往往超出了下游的测量和制造设备(尤其是浸入式光刻机)的处理能力。
为了校正晶圆的形状以减小或消除晶圆的翘曲，需要采取一些防止晶圆翘曲的措施。现有的方式是采用一些专用的独立设备在晶圆背面沉积诸如牺牲碳膜或氧化硅膜的补偿膜以矫正晶圆的翘曲，从而校正晶圆的形状，使得晶圆的翘曲程度控制在可被下游测量和加工设备能够处理的范围之内。但是，现有的方式需要另外的设备、厂房和单独的工艺在晶圆背侧沉积和去除牺牲膜，这将花费大量的费用和额外的时间，不仅使得成本增加，而且效率降低。此外，如果晶圆正面上沉积的牺牲掩膜的厚度过大导致晶圆的中心与边缘位置的翘曲偏差超过500μm时，在晶圆背面沉积补偿膜之前，由于晶圆翘曲已经超出了许多标准设备的处理规格(大多数设备的处理规格在100-400μm)，例如真空吸附臂无法可靠地吸住晶圆，这将对晶圆的进一步加工处理造成困难。
因此，需要对用于在晶圆上沉积薄膜的设备进行改进。
发明内容
本发明的一个目的是要克服上述现有技术中的缺陷，提供一种用于在晶圆上沉积薄膜的设备，这种设备既可以在晶圆正面上沉积薄膜并且也可以在晶圆背面上沉积薄膜，从而不需要用于在晶圆背面上沉积薄膜的单独设备和厂房，这样不仅可以降低成本，而且可以显著提高工作效率。
根据本发明的一个方面，提供一种用于在晶圆上沉积薄膜的设备，包括：
设置有至少一个晶圆装卸端口的接口装置；
用于转运晶圆的转运机器臂；以及
用于在晶圆正面沉积薄膜的至少一个正面沉积腔；
其特征在于，所述用于在晶圆上沉积薄膜的设备还包括用于在晶圆背面沉积补偿膜的背面沉积腔，并且所述转运机器臂用于在所述接口装置、所述正面沉积腔以及所述背面沉积腔之间转运晶圆。
在一个实施例中，所述转运机器臂包括基座和可转动地安装到所述基座上的支承臂，所述支承臂相对于所述基座是可伸缩的。
在一个实施例中，所述支承臂是叉状的。
在一个实施例中，所述支承臂上设置有至少两个垫片。
在一个实施例中，在所述背面沉积腔中设置具有多孔喷板的气体供给装置、晶圆支承环、以及晶圆升降机构，所述气体供给装置通过所述多孔喷板向晶圆的背面喷射反应气体，所述晶圆支承环与所述多孔喷板间隔开地设置在述多孔喷板上方、并且用于将晶圆支承在对晶圆背面沉积补偿膜的晶圆背面沉积位置，所述晶圆升降机构用于将晶圆移动到或者移离所述晶圆背面沉积位置，所述晶圆升降机构包括多个控制器以及安装到相应的所述控制器上并且能够由所述控制器升降的支承销，所述控制器被设置成同步地升降所述支承销。
在一个实施例中，所述晶圆支承环相对于所述多孔喷板被固定地设置，所述控制器被设置在所述多孔喷板的正下方，所述支承销分别延伸穿过多孔喷板，使得所述支承销的自由端能够直接支承晶圆。
在一个实施例中，所述晶圆支承环由第一环形部分和第二环形部分拼合而成，所述第一环形部分相对于所述多孔喷板能够上下移动地设置，所述第二环形部分相对于所述多孔喷板固定地安装，所述控制器被设置在所述多孔喷板周向外侧的下方，所述支承销也设置在所述多孔喷板周向外侧，所述支承销的自由端支承所述第一环形部分，使得所述第一环形部分能够在用于接收或者取走晶圆的上部位置以及对晶圆背面进行沉积的下部位置之间移动，其中，所述第一环形部分上与所述第二环形部分对应的缺口的宽度大于所述支承臂的前端部的最大宽度，使得所述第一环形部分能够通过所述支承臂的前端部。
在一个实施例中，所述第一环形部分的底面上形成有用于接收和定位所述支承销的自由端的凹部。
在一个实施例中，所述第二环形部分与所述第一环形部分相对的两端设置有延伸凸片，以便在所述第一环形部分下降到所述下部位置时对所述第一环形部分起到定位和支撑作用。
根据本发明，采用同一设备就可以在晶圆正面上沉积薄膜并且也可以在晶圆背面上沉积薄膜，从而不需要用于在晶圆背面上沉积薄膜的单独设备和厂房，这样不仅可以降低成本，而且可以显著提高工作效率。
附图说明
图1以简化俯视示意图显示了根据本发明的用于在晶圆上沉积薄膜的设备；
图2是根据本发明的用于在晶圆上沉积薄膜的设备的转运臂的局部俯视示意图；
图3示意性地显示了根据本发明第一实施例的用于在晶圆上沉积薄膜的设备的背面沉积腔内的晶圆升降机构；
图4a-4c示意性地显示了根据本发明第二实施例的用于在晶圆上沉积薄膜的设备的背面沉积腔内的晶圆升降机构，其中，图4a显示晶圆支承环与晶圆接触之前晶圆升降机构的常规状态，图4b显示晶圆支承环的第一环形部分被升起以接收晶圆，和图4c显示晶圆支承环的第一环形部分被下降到与第二环形部分平齐的位置而使得晶圆处于在背面上进行沉积的位置；以及
图5a以俯视图示意性地显示了晶圆支承环的第一环形部分，和图5b以俯视图示意性地显示了晶圆支承环的第二环形部分。
具体实施方式
下面结合示例详细描述本发明的优选实施例。本领域技术人员应理解的是，这些示例性实施例并不意味着对本发明形成任何限制。
图1以简化俯视示意图显示了根据本发明的用于在晶圆上沉积薄膜的设备。如图1所示，根据本发明的用于在晶圆上沉积薄膜的设备1包括接口装置3，在接口装置3外侧设置有至少一个晶圆装卸端口5，在图1所示优选实施例中显示了三个晶圆装卸端口5。晶圆装卸端口5用来接收和存放装有晶圆的晶圆盒。在接口装置3内设置有带真空吸附头的前端机器臂、晶圆对准机构、以及用于对晶圆进行冷却的冷却工位。
根据本发明的用于在晶圆上沉积薄膜的设备1还包括转运机器臂7以及正面沉积腔9。正面沉积腔9用于在晶圆正面沉积功能膜和/或牺牲掩膜，应理解的是，功能膜和牺牲掩膜可以在同一正面沉积腔9中沉积，也可以在不同的正面沉积腔9中沉积。在后一种情况下，用于在晶圆上沉积薄膜的设备1还包括另外的正面沉积腔9。根据本发明的用于在晶圆上沉积薄膜的设备1还包括用于在晶圆背面沉积补偿膜的背面沉积腔11。
在根据本发明的用于在晶圆上沉积薄膜的设备1运行时，首先通过接口装置3内的前端机器臂将晶圆从晶圆装卸端口5处的晶圆盒中取出、并将晶圆放置在晶圆对准机构上使晶圆处于所需对准位置。接着，转运机器臂7将晶圆对准机构上的晶圆取走并且转运到正面沉积腔9中，以便在晶圆正面沉积功能膜和/或牺牲掩膜。接着，转运机器臂7再将正面已经沉积功能膜和/或牺牲掩膜的晶圆从正面沉积腔9取出并且转运到背面沉积腔11，以便在晶圆背面沉积补偿膜。随后，转运机器臂7再将背面已经沉积补偿膜的晶圆从背面沉积腔11取出并且转运到接口装置3内的冷却工位，以便对背面已经沉积补偿膜的晶圆进行冷却。最后，接口装置3内的前端机器臂再将已经冷却的晶圆从冷却工位取走并且放置到晶圆装卸端口5处的晶圆盒中。
由于接口装置3和正面沉积腔9都是已知的，因此，省略对它们结构的详细描述。以下将重点描述本发明改进所在的转运机器臂7和背面沉积腔11。
转运机器臂7包括基座7a和可转动地安装到基座7a上的支承臂7b。支承臂7b不仅能够相对于基座7a可转动，而且还能够相对于基座7b可伸缩，以便移动到合适的所需位置。在图1所示优选实施例中，转运机器臂7被显示包括两个支承臂，但是应理解的是，转运机器臂7可以包括一个或更多个支承臂7b。支承臂7b可以具有任何合适的形状，例如平板状，尽管在图1和2所示优选实施例中支承臂7b被显示为叉状。
由于在正面沉积腔9已经沉积功能膜和/或牺牲掩膜的晶圆可能存在较大的翘曲，可以在支承臂7b上设置至少两个垫片7c，优选地为三个垫片7c，以使发生翘曲的晶圆能被稳当可靠地支承在支承臂7b上。垫片7c优选地由耐热材料制成。此外，支承臂7b的前端部具有最大宽度W1。
图3示意性地显示了根据本发明第一实施例的用于在晶圆上沉积薄膜的设备的背面沉积腔内的晶圆升降机构。如图3所示，在背面沉积腔11(未示出)中包括气体供给装置以及晶圆支承环。为了简化起见在图3中只显示了气体供给装置的多孔喷板13，而省略了背面沉积腔11中的其它已知部件。晶圆支承环15与多孔喷板13间隔开地固定安装在多孔喷板13上方。晶圆支承环15的内边缘可以包括用于接收晶圆的环形凹槽，以便晶圆被可靠地支承在晶圆支承环15上，处于能够对晶圆背面沉积补偿膜的晶圆背面沉积位置。在背面沉积腔11中还包括晶圆升降机构17，晶圆升降机构17包括设置在多孔喷板13下方的三个控制器17a以及安装到相应的控制器17a上并且可由控制器17a升降的支承销17b。控制器17a优选地分别包括一个电动机，电动机被控制为同步运行，以便同步地升降支承销17b。三个支承销17b分别延伸穿过多孔喷板13。应理解的是，控制器17a和相应的支承销17b的数目可以根据需要变化。
运行时，正面已经沉积功能膜和/或牺牲掩膜的晶圆S通过转运机器臂7从正面沉积腔9被转运到背面沉积腔11中的晶圆支承环15上方，晶圆升降机构17的三个支承销17b同步上升，以便直接地支承住正面已经沉积功能膜和/或牺牲掩膜的晶圆S。在转运机器臂7的支承臂7b从晶圆支承环15上方移走之后，晶圆升降机构17的三个支承销17b托住晶圆S下降，直到晶圆S被可靠地放置到晶圆支承环15上，使得晶圆S的背面正对着多孔喷板13。此后，反应气体可以通过多孔喷板13的喷孔13a喷射到位于晶圆支承环15上的晶圆S的背面，以便在晶圆S的背面沉积补偿膜。随后，晶圆升降机构17的三个支承销17b托住背面已经沉积补偿膜的晶圆S上升，以便转运机器臂7的支承臂7b可以从下方托住背面已经沉积补偿膜的晶圆S、并且将晶圆S转运到接口装置3。
在图3所示实施例中，三个支承销17b分别穿过多孔喷板13并且三个控制器17a位于多孔喷板13的正下方，这种设置相应增加了设备的制造难度。为此，本发明提出了如图4a-4c所示的根据本发明第二实施例的用于在晶圆上沉积薄膜的设备的背面沉积腔内的晶圆升降机构，其中，图4a显示晶圆支承环与晶圆接触之前晶圆升降机构的常规状态，图4b显示晶圆支承环的第一环形部分被升起以接收晶圆，和图4c显示晶圆支承环的第一环形部分被下降到与第二环形部分平齐的位置而使得晶圆处于在背面上进行沉积的位置。
以下重点描述第二实施例与第一实施例的不同之处。如图4a所示，在背面沉积腔11(未示出)中包括具有多孔喷板13的气体供给装置以及晶圆支承环15。晶圆支承环15由相对于多孔喷板13可以上下移动的第一环形部分15a和与多孔喷板13间隔开地固定安装在多孔喷板13上方的第二环形部分15b拼合而成。同样，在背面沉积腔11中还包括晶圆升降机构17，晶圆升降机构17包括设置在多孔喷板13下方的三个控制器17a以及安装到相应的控制器17a并且可由控制器17a升降的支承销17b。与第一实施例不同，控制器17a不是在多孔喷板13的正下方，而是在多孔喷板13周向外侧下方。同样，三个支承销17b也不穿过多孔喷板13，而是设置在多孔喷板13周向外侧。三个支承销17b的自由端分别支承晶圆支承环15的第一环形部分15a，使得第一环形部分15a可以在三个支承销17b的作用下向上移动到用于接收正面已经沉积功能膜和/或牺牲掩膜的晶圆S的上部位置、以及向下移动到与固定安装的第二环形部分15b拼合以便能够对晶圆背面进行沉积的下部位置(即，晶圆背面沉积位置)。
图5a以俯视图示意性地显示了晶圆支承环的第一环形部分15a，和图5b以俯视图示意性地显示了晶圆支承环的第二环形部分15b。如图5a所示，第一环形部分15a上与第二环形部分15b对应的位置形成有缺口15c，缺口15c的宽度W2大于支承臂7b的前端部的最大宽度W1。优选地，第一环形部分15a的底面上还形成有用于接收和定位晶圆升降机构17的支承销17b的自由端的凹部15d。如图5b所示，第二环形部分15b与第一环形部分15a相对的两端可以设置有延伸凸片15e，以便在第一环形部分15a下降到位时对第一环形部分15a起到定位和支撑作用。
运行时，如图4b所示，正面已经沉积功能膜和/或牺牲掩膜的晶圆S通过转运机器臂7从正面沉积腔9被转运到背面沉积腔11中的晶圆支承环15上方，晶圆升降机构17的三个支承销17b同步上升，以便将晶圆支承环15的第一环形部分15a向上升起，由于第一环形部分15a的缺口15c与转运机器臂7的前端部大体上是对齐的，第一环形部分15a经过转运机器臂7的前端部升高到预定的上部位置，从而支承住正面已经沉积功能膜和/或牺牲掩膜的晶圆S，，随后支承臂7b从背面沉积腔11中移开。接着，晶圆升降机构17的三个支承销17b托住承载晶圆S的第一环形部分15a下降，直到第一环形部分15a移动到与第二环形部分15b拼合成完整的晶圆支承环15的下部位置，如图4c所示。这样，反应气体可以通过多孔喷板13的喷孔13a喷射到位于晶圆支承环15上的晶圆S的背面，以便在晶圆S的背面沉积补偿膜。随后，晶圆升降机构17的三个支承销17b托住承载着背面已经沉积补偿膜的晶圆S的第一环形部分15a上升到上部位置，以便转运机器臂7的支承臂7b经过第一环形部分15a的缺口15c移动到背面已经沉积补偿膜的晶圆S下方以托住晶圆S，并且在第一环形部分15a下降之后将晶圆S转运到接口装置3。
根据本发明，采用同一设备就可以在晶圆正面上沉积薄膜并且也可以在晶圆背面上沉积薄膜，从而不需要用于在晶圆背面上沉积薄膜的单独设备和厂房，这样不仅可以降低成本，而且可以显著提高工作效率。
尽管已经结合本发明优选实施例对本发明进行了详细描述，但应当理解的是，这种详细描述仅是用于解释本发明而不构成对本发明的限制。本发明的范围由权利要求限定的技术方案来确定。

Claims (5)

1.一种用于在晶圆上沉积薄膜的设备(1)，包括：
设置有至少一个晶圆装卸端口(5)的接口装置(3)；
用于转运晶圆的转运机器臂(7)；以及
用于在晶圆正面沉积薄膜的至少一个正面沉积腔(9)；
所述用于在晶圆上沉积薄膜的设备(1)还包括用于在晶圆背面沉积补偿膜的背面沉积腔(11)，并且所述转运机器臂(7)用于在所述接口装置(3)、所述正面沉积腔(9)以及所述背面沉积腔(11)之间转运晶圆；
其中，所述转运机器臂(7)包括基座(7a)和可转动地安装到所述基座(7a)上的支承臂(7b)，所述支承臂(7b)相对于所述基座(7a)是可伸缩的；以及
在所述背面沉积腔(11)中设置具有多孔喷板(13)的气体供给装置、晶圆支承环(15)、以及晶圆升降机构(17)，所述气体供给装置通过所述多孔喷板(13)向晶圆的背面喷射反应气体，所述晶圆支承环(15)与所述多孔喷板(13)间隔开地设置在述多孔喷板(13)上方、并且用于将晶圆支承在对晶圆背面沉积补偿膜的晶圆背面沉积位置，所述晶圆升降机构(17)用于将晶圆移动到或者移离所述晶圆背面沉积位置，所述晶圆升降机构(17)包括多个控制器(17a)以及安装到相应的所述控制器(17a)上并且能够由所述控制器(17a)升降的支承销(17b)，所述控制器(17a)被设置成同步地升降所述支承销(17b)；
其特征在于，所述晶圆支承环(15)由第一环形部分(15a)和第二环形部分(15b)拼合而成，所述第一环形部分(15a)相对于所述多孔喷板(13)能够上下移动地设置，所述第二环形部分(15b)相对于所述多孔喷板(13)固定地安装，所述控制器(17a)被设置在所述多孔喷板(13)周向外侧的下方，所述支承销(17b)也设置在所述多孔喷板(13)周向外侧，所述支承销(17b)的自由端支承所述第一环形部分(15a)，使得所述第一环形部分(15a)能够在用于接收或者取走晶圆的上部位置以及对晶圆背面进行沉积的下部位置之间移动，其中，所述第一环形部分(15a)上与所述第二环形部分(15b)对应的缺口(15c)的宽度(W2)大于所述支承臂(7b)的前端部的最大宽度(W1)，使得所述第一环形部分(15a)能够通过所述支承臂(7b)的前端部。
2.如权利要求1所述的用于在晶圆上沉积薄膜的设备(1)，其特征在于，所述支承臂(7b)是叉状的。
3.如权利要求1所述的用于在晶圆上沉积薄膜的设备(1)，其特征在于，所述支承臂(7b)上设置有至少两个垫片(7c)。
4.如权利要求1所述的用于在晶圆上沉积薄膜的设备(1)，其特征在于，所述第一环形部分(15a)的底面上形成有用于接收和定位所述支承销(17b)的自由端的凹部(15d)。
5.如权利要求1所述的用于在晶圆上沉积薄膜的设备(1)，其特征在于，所述第二环形部分(15b)与所述第一环形部分(15a)相对的两端设置有延伸凸片(15e)，以便在所述第一环形部分(15a)下降到所述下部位置时对所述第一环形部分(15a)起到定位和支撑作用。
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