CN111501099A - 半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种半导体加工设备。该半导加工设备包括：工艺腔室、基座以及调平装置；基座设置于工艺腔室内，用于承载晶圆；调平装置包括测距传感器，测距传感器设置于工艺腔室外，并且位于基座的上方，测距传感器用于测量其本身距离基座上表面的间距值，调平装置根据间距值计算基座的平整度，并且根据平整度对基座进行调平。本申请实施例实现了无需打开工艺腔室即可以实现对基座进行测距及调平，不仅能有效避免污染基座，而且还可以精确测量基座平整度，从而保证了调整基座平整度的精确性。由于无需待工艺腔室冷却降温，从而确保了工艺连续性及提高工艺效率，进而保大幅提高晶圆的良率。

Description

半导体加工设备

技术领域

本申请涉及半导体加工技术领域，具体而言，本申请涉及一种半导体加工设备。

背景技术

目前，化学气相沉积外延生长设备的工作原理是将工艺气体输送到工艺腔室，通过加热等方式使之反应，生长原子沉积在晶圆等衬底上以长出单晶层。在进行外延生长时，晶圆放置于基座的上表面，工艺气体从硅片的上方通过。基座的平整度在一定程度上会影响晶圆(Wafer)内部沉积厚度的一致性。面对更高端客户工艺标准也相对较为严苛，而现有基座的平整度测量方式为，在工艺腔室维护时，将横向的定位柱的两端分别架于预热环上，使用游标卡尺将竖向的测距销下压至紧贴基座的上表面，通过游标卡尺测量测距销上表面与定位柱上表面距离，即基座与预热环相对位移，进而通过手动调节腔室连动结构，保证工艺腔室基座的平整度。

采用现有基座的平整度测量方式，无法保证定位柱测量位置重复，从而无法保证基座平整度的精确性。进一步的，测量和调整基座只能在工艺腔室维护时进行，需要打开石英窗才能测量基座，容易对基座造成污染。在工艺过程中不能监测基座平整度的变化，只能通过外延生长后的数据结果来监控反馈基座平整度的问题，但如需调整基座平整度，需要进行工艺腔室冷却之后打开石英窗再进行调平，影响工艺的连续性。

发明内容

本申请针对现有方式的缺点，提出一种半导体加工设备，用以解决现有技术存在无法保证基座平整度的精确性以及无法实时监测基座平整度的技术问题。

本申请实施例提供了一种半导体加工设备，包括：工艺腔室、基座以及调平装置；所述基座设置于工艺腔室内，用于承载晶圆；所述调平装置包括测距传感器，所述测距传感器设置于所述工艺腔室外，并且位于所述基座的上方，所述测距传感器用于测量其本身距离所述基座上表面的间距值，所述调平装置根据所述间距值计算所述基座的平整度，并且根据所述平整度对所述基座进行调平。

于本申请的一实施例中，所述测距传感器对所述基座的上表面圆周方向上的多个检测位置进行检测，并且多个所述检测位置间隔均匀排布。

于本申请的一实施例中，所述测距传感器固定设置，所述基座可旋转设置以使得所述测距传感器选择性与各所述检测位置对齐。

于本申请的一实施例中，所述测距传感器固定设置于所述工艺腔室外部。

于本申请的一实施例中，所述基座上还包括有用于容置及限位晶圆的片槽，所述片槽由所述基座的上表面凹设形成，并且所述片槽与所述基座同心设置。

于本申请的一实施例中，多个所述检测位置均位于所述基座的上表面，并且围绕所述片槽的外周布置。

于本申请的一实施例中，多个所述检测位置围绕所述片槽的圆心排布，并且多个所述检测位置均位于所述片槽半径的二分之一处；或者多个所述检测位置均位于所述片槽的周缘处。

于本申请的一实施例中，所述半导体加工设备还包括石英窗，所述测距传感器、所述石英窗及所述基座自上而下设置。

于本申请的一实施例中，所述调平装置还包括控制器及调节器，所述控制器与所述测距传感器及所述调节器电连接，所述调节器设置于所述基座内，所述调节器用于对所述基座调平；所述控制器用于根据所述间距值计算所述基座的平整度，并且根据所述平整度控制所述调节器对所述基座进行调平。

于本申请的一实施例中，所述测距传感器为激光测距传感器、红外测距传感器或者超声波测距传感器。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：

本申请实施例在工艺腔室外设置测距传感器，调平装置可以根据测距传感器提供的间距值计算基座的平整度，以实现对基座进行调平。由于测距传感器设置于工艺腔室外，无需打开工艺腔室即可以实现对基座进行测距及调平，不仅能有效避免污染基座，而且还可以精确测量基座平整度，从而保证了调整基座平整度的精确性。另外测距传感器还能实时对基座进行监测，由于无需待工艺腔室冷却降温，从而确保了工艺连续性及提高工艺效率。进一步的，调平装置可以实时监测基座的平整度，保证晶圆外延生长沉积厚度的一致性，从而大幅提高晶圆的良率。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例提供的一种半导体加工设备的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种半导体加工设备的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。

本申请实施例提供了一种半导体加工设备，该半导体加工设备的结构示意图如图1所示，包括：工艺腔室1、基座2以及调平装置3；基座2设置于工艺腔室1内，用于承载晶圆；调平装置3包括测距传感器31，所述测距传感器31设置于工艺腔室1外，并且位于基座2的上方，测距传感器31用于测量其本身距离基座2上表面21的间距值，调平装置3根据间距值计算基座2的平整度，并且根据平整度对基座2进行调平。

如图1所示，半导体加工设备具体为化学气相沉积外延生长外延设备，用于对晶圆执行外延生长工艺的设备，但是本申请实施例并不限定其具体类型，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。基座2具体可以采用石墨材质制成的圆盘形结构，其设置于工艺腔室1内，基座2的上表面21用于承载晶圆(图中未示出)。调平装置3的测距传感器31设置于工艺腔室1外，测距传感器31具体可以采用激光测距传感器31。在实际应用时，测距传感器31通过测量其本身距离基座2的上表面21的间距值，调平装置3能根据间距值计算基座2的平整度，并且能根据平整度对基座2进行调平，进而实现对上表面21进行调平。

本申请实施例在工艺腔室外设置测距传感器，调平装置可以根据测距传感器提供的间距值计算基座的平整度，以实现对基座进行调平。由于测距传感器设置于工艺腔室外，无需打开工艺腔室即可以实现对基座进行测距及调平，不仅能有效避免污染基座，而且还可以精确测量基座平整度，从而保证了调整基座平整度的精确性。另外测距传感器还能实时对基座进行监测，由于无需待工艺腔室冷却降温，从而确保了工艺连续性及提高工艺效率。进一步的，调平装置可以实时监测基座的平整度，保证晶圆外延生长沉积厚度的一致性，从而大幅提高晶圆的良率。

于本申请的一实施例，测距传感器31对基座2的上表面21圆周方向上的多个检测位置22进行检测，并且多个检测位置22间隔均匀排布。

如图1所示，测距传感器31对基座2的上表面21圆周方向上的多个检测位置22进行检测，多个检测位置22可以沿上表面21的圆周方向均匀且间隔排布。测距传感器31设置于多个检测位置22的上方，并且测距传感器31与多个检测位置22在垂直方向对齐。由于多个检测位置22沿上表面21的圆周方向排布，测距传感器31分别对多个检测位置22进行测距，从而能获得较为精确的平整度，从而进一步提高基座2调平精确性。需要说明的是，本申请实施例并不限定测距传感器31与多个检测位置22的对齐方式，例如测距传感器31转动设置，通过转动依次与多个检测位置22对齐；或者测距传感器31也可以直接设置为多个，分别与多个检测位置22对齐。因此本申请实施例并不限定于此，本领域技术人员可以实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，测距传感器31固定设置，基座2可旋转设置以使得测距传感器31选择性与各检测位置22对齐。可选地，测距传感器31固定设置于工艺腔室1外部。

如图1所示，测距传感器31固定设置于工艺腔室1的顶壁11外部，例如测距传感器31可以直接设置于工艺腔室1的防护壳外部。基座2则采用可旋转的方式设置于工艺腔室1内，在实际应用时通过基座2旋转使得测距传感器31依次与各检测位置22对齐。由于在工艺过程中基座2需要带动晶圆旋转，以得到较佳的工艺效果，因此测距传感器31固定设置，直接利用基座2本身的旋转结构实现上述效果，不仅使得本申请实施例结构简单，提高拆装维护的效率，还能有效降低应用及维护成本，从而大幅提高本申请实施例的经济效益。

需要说明的是，本申请实施例并不限定测距传感器31的设置方式，例如测距传感器31也可以通过一支架设置于工艺腔室1外部或内部，因此本申请实施例并不限定于此，本领域技术人员可以实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，基座2上还包括有用于容置及限位晶圆的片槽23，片槽23由基座2的上表面21凹设形成，并且片槽23与基座2同心设置。可选地，多个检测位置22均位于基座2的上表面21，并且围绕片槽23的外周布置。

如图1所示，片槽23具体来说是由上表面21向内凹设形成的圆形凹槽，并且片槽23的与基座2的轴心同心设置。片槽23用于容置及限位晶圆，片槽23的具体规格应当与晶圆的规格对应设置，因此本申请实施例对此并不进行限定，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。多个检测位置22围绕片槽23的外周布置，而测距传感器31对应的设置于工艺腔室1的顶壁11外部。采用上述设计，由于片槽23对于晶圆的限位作用，防止晶圆相对于上表面21横向移动，从而可以有效提高晶圆在工艺过程中的稳定性。进一步的，由于多个检测位置22位于片槽23的外周，使得测距传感器31在测距时不会被晶圆影响，可以实时对上表面21的平整度进行监测，从而进一步提高易用性及实时性。

于本申请的一实施例中，多个检测位置22围绕片槽23的圆心排布，并且多个检测位置22均位于片槽23半径的二分之一处；或者多个检测位置22均位于片槽23的周缘处。

如图2所示，多个检测位置22围绕片槽23的圆心设置，多个检测位置22还可以位于片槽23半径的二分之一处。在一些其它实施例中，多个检测位置22均位于片槽23的周缘设置，即多个检测位置22均位于片槽23内部且位于片槽23的边缘。测距传感器31可以分别对应上述两个实施例的位置进行设置。采用上述设计，由于多个检测位置22靠近片槽23的轴心设置，即多个检测位置22的位置更靠近基座2的轴心设置，使得本申请实施例能进一步提高平整度的精确性，从而进一步提高基座2调平的精确性。需要说明的是，本申请实施例并不限定多个检测位置22的具体位置，本领域技术人员可以片槽的规格及不同工艺需求自行调整设置。

于本申请的一实施例中，如图1及图2所示，半导体加工设备还包括石英窗4，测距传感器31、石英窗4及基座2自上而下设置。具体来说，石英窗4可以采用石英材质制成的透明石英窗4。石英窗4通过支撑环5设置于工艺腔室1内，支撑环4环绕设置于基座2的外侧，石英窗4设置于支撑环5的顶部位置，即测距传感器31、石英窗4及基座2自上而下设置。在实际应用时，半导体加工设备的加热装置(图中未示出)能透过石英窗4对工艺腔室1内加热。另外由于石英窗4的设置，测距传感器31发出的激光可透过石英窗4，因此不需要打开石英窗4就可以测量基座2的平整度，不需要将工艺腔室1进行冷却降温后再进行测距及调平，可以保证工艺的连续性。

于本申请的一实施例中，如图1及图2所示，调平装置3还包括控制器32及调节器(图中未示出)，控制器32与测距传感器31及调节器电连接，调节器设置于基座内，调节器用于对基座调平；控制器32用于根据间距值计算基座2的平整度，控制器32还用于根据平整度对基座2进行调平。具体来说，控制器32可以是用于控制半导体加工设备的下位机，控制器32与测距传感器31及基座2的调节器连接。在实际应用过程中，控制器32能根据平整度通过控制调节器来对基座2进行调平，进而实现对于上表面21进行调平。采用上述设计，使得本申请实施例能够实现自动化控制，从而提高自动化水平。需要说明的是，本申请实施例并不限定控制器32的具体类型，例如控制器32还可以是单片机，同样能达到上述技术效果。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，如图1所示，测距传感器31为激光测距传感器、红外测距传感器或者超声波测距传感器。测距传感器31采用激光测距传感器，可以准确测量出基座2高度，从而保证调整基座2平整度的精确性，进而保证调整上表面21平整度的精确性，并且在实际执行工艺时还保证了晶圆片内沉积厚度的一致性。在一些其它实施例中，测距传感器31还可以采用红外测距传感器或者超声波测距传感器，使得本申请实施例适用性更强，并且还能有效扩展适用范围及降低应用成本。

为了便于理解本申请实施例，以下将结合图1及图2对本申请的一具体实施方式的说明如下。

如图1所示，测距传感器31安装在工艺腔室1的防护壳外部，测距传感器31下方垂直方向正对基座2，且在片槽23与基座2边缘之间。此检测位置22位于基座2的片槽的外侧，测量高度不受基座2上的片槽23内有无晶圆的影响。测距传感器31为反射型激光测距传感器，具有发射激光和接收反射激光的能力，石英窗4为透明石英材质，激光可以透过石英窗。测距传感器31发射多线束激光，激光打在基座2的上表面21上，反射后测距传感器31接收反射光，测距传感器31的测量信号经过信号电缆传输至控制器32，实现基座2当前位置平整度的数据记录。在测量基座2的平整度时，根据圆周360°将基座2以原点为起点等分为n份，在每份内均设置有一个检测位置，由此可以得到n个检测位置，n个检测位置可以记作P1到Pn。首先在原点检测位置P1处，使用测距传感器31测出此位置的基座高度H1。再将基座旋转到检测位置P2，使用测距传感器31测出此位置的基座高度H2。同理依次进行检测位置P3到Pn处的基座高度H3到Hn，记录在表-1内。

检测位置

P1

P2

P3

P4

P5

…

Pn

基座实际高度

H1

H2

H3

H4

H5

…

Hn

表-1

例如，当设定工艺所需的基座标准高度为H，要求在n个检测位置上，基座2实际高度与标准高度的误差满足±0.2mm(毫米)。对于超出误差的检测位置，则需通过基座2的调节器进行调整，直至满足上述标准。同时工艺腔室1在进行工艺中，可按固定的时间间隔进行采样，存储在数据记录表内，实现对基座2的平整度的实时监控，进而实现对上表面21的平整度实时监控。

应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：

本申请实施例在工艺腔室外设置测距传感器，调平装置可以根据测距传感器提供的间距值计算基座的平整度，以实现对基座进行调平。由于测距传感器设置于工艺腔室外，无需打开工艺腔室即可以实现对基座进行测距及调平，不仅能有效避免污染基座，而且还可以精确测量基座平整度，从而保证了调整基座平整度的精确性。另外测距传感器还能实时对基座进行监测，由于无需待工艺腔室冷却降温，从而确保了工艺连续性及提高工艺效率。进一步的，调平装置可以实时监测基座的平整度，保证晶圆外延生长沉积厚度的一致性，从而大幅提高晶圆的良率。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种半导体加工设备，其特征在于，包括：工艺腔室、基座以及调平装置；

所述基座设置于工艺腔室内，用于承载晶圆；

所述调平装置包括测距传感器，所述测距传感器设置于所述工艺腔室外，并且位于所述基座的上方，所述测距传感器用于测量其本身距离所述基座上表面的间距值，所述调平装置根据所述间距值计算所述基座的平整度，并且根据所述平整度对所述基座进行调平。

2.如权利要求1所述的半导体加工设备，其特征在于，所述测距传感器对所述基座的上表面圆周方向上的多个检测位置进行检测，并且多个所述检测位置间隔均匀排布。

3.如权利要求2所述的半导体加工设备，其特征在于，所述测距传感器固定设置，所述基座可旋转设置以使得所述测距传感器选择性与各所述检测位置对齐。

4.如权利要求3所述的半导体加工设备，其特征在于，所述测距传感器固定设置于所述工艺腔室外部。

5.如权利要求2所述的半导体加工设备，其特征在于，所述基座上还包括有用于容置及限位晶圆的片槽，所述片槽由所述基座的上表面凹设形成，并且所述片槽与所述基座同心设置。

6.如权利要求5所述的半导体加工设备，其特征在于，多个所述检测位置均位于所述基座的上表面，并且围绕所述片槽的外周布置。

7.如权利要求5所述的半导体加工设备，其特征在于，多个所述检测位置围绕所述片槽的圆心排布，并且多个所述检测位置均位于所述片槽半径的二分之一处；或者多个所述检测位置均位于所述片槽的周缘处。

8.如权利要求1至7的任一所述的半导体加工设备，其特征在于，所述半导体加工设备还包括石英窗，所述测距传感器、所述石英窗及所述基座自上而下设置。

9.如权利要求1至7的任一所述的半导体加工设备，其特征在于，所述调平装置还包括控制器及调节器，所述控制器与所述测距传感器及所述调节器电连接，所述调节器设置于所述基座内，所述调节器用于对所述基座调平；所述控制器用于根据所述间距值计算所述基座的平整度，并且根据所述平整度控制所述调节器对所述基座进行调平。

10.如权利要求1至7的任一所述的半导体加工设备，其特征在于，所述测距传感器为激光测距传感器、红外测距传感器或者超声波测距传感器。

Images