CN111508803B - 半导体工艺腔室、晶片边缘保护方法及半导体设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体工艺腔室、晶片边缘保护方法及半导体设备，其中，半导体工艺腔室包括基座及晶片边缘保护装置，且晶片边缘保护装置设置于基座上，晶片边缘保护装置包括内保护环和外保护环；外保护环环绕设置在内保护环外侧，且与内保护环相搭接，并且外保护环能够带动内保护环同步升降；内保护环的内径小于晶片的直径，内保护环用于遮挡置于基座上的晶片的边缘，且内保护环的外径尺寸小于半导体工艺腔室的传片口尺寸。本发明提供的半导体工艺腔室、晶片边缘保护方法及半导体设备能够便于不同的半导体加工工艺的切换，提高产能，并能够提高半导体加工工艺的均匀性，改善晶片的边缘在半导体加工工艺中产生角度倾斜的问题。

Description

半导体工艺腔室、晶片边缘保护方法及半导体设备

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，具体地，涉及一种半导体工艺腔室、晶片边缘保护方法及半导体设备。

背景技术

目前，由于掩膜层难以对呈弧形的晶圆边缘部分进行保护，因此，通常在用于进行等离子体刻蚀工艺的半导体工艺腔室中，设置有可升降的晶圆边缘保护环，晶圆边缘保护环主要用于在进行深槽刻蚀工艺时，下降至能够对晶圆的边缘部分进行非接触式覆盖的位置，以调节晶圆边缘附近的等离子体密度，避免深槽刻蚀工艺中高浓度的等离子体对晶圆的边缘部分进行过度刻蚀，导致晶圆边缘产生针状结构、角度倾斜等缺陷。而在进行浅槽刻蚀工艺时，由于等离子体浓度较低，并不需要边缘保护装置对晶圆的边缘部分进行覆盖，此时，晶圆边缘保护环会上升悬挂在工艺腔室内部，以远离晶圆的边缘部分，使浓度较低的等离子体能够对晶圆的边缘部分进行刻蚀。

但是，由于晶圆边缘保护环的内径小于晶圆的直径，即使晶圆边缘保护环上升远离晶圆的边缘部分，晶圆边缘保护环仍会严重阻碍等离子体气流顺利到达晶圆的表面，导致刻蚀工艺的均匀性较差，刻蚀速率较低。而边缘保护环的外径又大于工艺腔室的传片口的尺寸，导致边缘保护环无法通过传片口顺利取出，此时，为了消除边缘保护环对刻蚀工艺的影响，只能通过打开工艺腔室将整套晶圆边缘保护环机构拆卸并取出，而在不同的工艺进行切换时，只能不断的打开工艺腔室拆卸取出边缘保护环机构或是放入安装边缘保护环机构，使得产能受到很大影响。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种半导体工艺腔室、晶片边缘保护方法及半导体设备，能够便于不同的半导体加工工艺的切换，提高产能，并能够提高半导体加工工艺的均匀性，改善晶片的边缘在半导体加工工艺中产生角度倾斜的问题。

为实现本发明的目的而提供一种半导体工艺腔室，所述半导体工艺腔室包括基座及晶片边缘保护装置，且所述晶片边缘保护装置设置于所述基座上，所述晶片边缘保护装置包括内保护环和外保护环；所述外保护环环绕设置在所述内保护环外侧，且与所述内保护环相搭接，并且所述外保护环能够带动所述内保护环同步升降；

所述内保护环的内径小于所述晶片的直径，所述内保护环用于遮挡置于所述基座上的所述晶片的边缘，且所述内保护环的外径尺寸小于所述半导体工艺腔室的传片口尺寸。

优选的，所述内保护环的外周壁上设置有第一环形凸台，所述外保护环的内周壁上设置有第二环形凸台，所述第一环形凸台的下表面搭接在所述第二环形凸台的上表面上。

优选的，所述第一环形凸台的上表面与所述内保护环的上表面平齐。

优选的，所述第一环形凸台的厚度为2mm-3mm，所述第一环形凸台的宽度为1.5mm-2.5mm。

优选的，所述内保护环的内径比所述晶片的直径小1mm-3mm。

优选的，所述内保护环的内径为290mm-300mm，所述内保护环的外径为315mm-325mm。

优选的，所述半导体工艺腔室还包括升降机构，所述升降机构与所述外保护环连接，用于驱动所述外保护环作升降运动。

优选的，所述基座包括基座本体和聚焦环，所述聚焦环环绕设置在所述基座本体的周围，所述内保护环和所述外保护环搭接在所述聚焦环上。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种晶片边缘保护方法，应用于半导体工艺腔室中，包括：

升降机构将外保护环升起，并通过所述外保护环带动内保护环一同上升；

基座内的顶针组件托起晶片；

机械手拾取已处于被托起状态的所述晶片并穿过所述半导体工艺腔室的传片口，将所述晶片传输至所述半导体工艺腔室外部；

机械手拾取合金圆盘并穿过所述半导体工艺腔室的传片口，将所述合金圆盘传入至所述半导体工艺腔室内；所述顶针组件回落，所述合金圆盘位于所述基座上；

所述顶针组件顶升所述合金圆盘，带动所述内保护环升起，以使所述内保护环与所述外保护环分离；

机械手分别拾取所述合金圆盘、所述内保护环，并穿过所述半导体工艺腔室的传片口，将所述合金圆盘、所述内保护环传输至所述半导体工艺腔室外部。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体设备，所述半导体设备采用如本发明提供的所述半导体工艺腔室。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的半导体工艺腔室，借助内径小于晶片的直径，外径尺寸小于半导体工艺腔室的传片口尺寸，且与外保护环相搭接的内保护环，使内保护环可以穿过半导体工艺腔室的传片口被送入至半导体工艺腔室中，或者从半导体工艺腔室中被取出，从而能够在不打开半导体工艺腔室的情况下，随时对晶片边缘保护装置进行调整，进而便于不同的半导体加工工艺的切换，提高产能。并且，通过随时更换不同结构的内保护环，可以改变半导体工艺腔室中工艺气体的流场或者等离子体的流场，以及通过随时更换不同材质的内保护环，可以改变半导体工艺腔室中的电场，从而提高半导体加工工艺的均匀性，并改善晶片的边缘在半导体加工工艺中产生角度倾斜的问题。

本发明提供的晶片边缘保护方法，通过机械手拾取工艺腔室内的晶片并穿过半导体工艺腔室的传片口传输至半导体工艺腔室外，再拾取合金圆盘穿过半导体工艺腔室的传片口传入至半导体工艺腔室内，以借助顶针组件顶升合金圆盘，使内保护环与外保护环分离，从而通过机械手拾取合金圆盘和内保护环，并穿过半导体工艺腔室的传片口，将合金圆盘和内保护环传输至半导体工艺腔室外部，以能够在不打开半导体工艺腔室的情况下，随时对晶片边缘保护装置进行调整，进而便于不同的半导体加工工艺的切换，提高产能。并且，通过随时更换不同结构的内保护环，可以改变半导体工艺腔室中工艺气体的流场或者等离子体的流场，以及通过随时更换不同材质的内保护环，可以改变半导体工艺腔室中的电场，从而提高半导体加工工艺的均匀性，并改善晶片的边缘在半导体加工工艺中产生角度倾斜的问题。

本发明提供的半导体设备，借助如本发明提供的半导体工艺腔室，以能够便于不同的半导体加工工艺的切换，提高产能，并能够提高半导体加工工艺的均匀性，改善晶片的边缘在半导体加工工艺中产生角度倾斜的问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的半导体工艺腔室中内保护环与外保护环连接的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的半导体工艺腔室中内保护环与外保护环分离的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的半导体工艺腔室的俯视结构示意图；

图4为本发明实施例提供的晶片边缘保护方法的流程图；

附图标记说明：

11-内保护环；111-第一环形凸台；12-外保护环；121-第二环形凸台；13-传片口；14-升降机构；15-周壁；16-基座本体；161-主体部；162-环体部；17-晶片；18-聚焦环；19-机械手；20-顶针。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的半导体工艺腔室、晶片边缘保护方法及半导体设备进行详细描述。

如图1-图3所示，本实施例提供一种半导体工艺腔室，半导体工艺腔室包括基座16及晶片边缘保护装置，且晶片边缘保护装置设置于基座16上，晶片边缘保护装置包括内保护环11和外保护环12；外保护环12环绕设置在内保护环11外侧，且与内保护环11相搭接，并且外保护环12能够带动内保护环11同步升降；内保护环11的内径小于晶片17的直径，内保护环11用于遮挡置于基座16上的晶片 17的边缘，且内保护环11的外径尺寸小于半导体工艺腔室的传片口 13尺寸。

本实施例提供的半导体工艺腔室，借助内径小于晶片17的直径，外径尺寸小于半导体工艺腔室的传片口尺寸，且与外保护环12相搭接的内保护环11，使内保护环11可以穿过半导体工艺腔室的传片口 13被送入至半导体工艺腔室中，或者从半导体工艺腔室中被取出，从而能够在不打开半导体工艺腔室的情况下，随时对晶片17边缘保护装置进行调整，进而便于不同的半导体加工工艺的切换，提高产能。并且，通过随时更换不同结构的内保护环11，可以改变半导体工艺腔室中工艺气体的流场或者等离子体的流场，以及通过随时更换不同材质的内保护环11，可以改变半导体工艺腔室中的电场，从而提高半导体加工工艺的均匀性，并改善晶片17的边缘在半导体加工工艺中产生角度倾斜的问题。

具体的，在进行例如深槽刻蚀工艺等，需要对晶片17的边缘进行遮挡的半导体加工工艺时，可以将内保护环11穿过半导体工艺腔室的传片口13送入至半导体工艺腔室内，并与外保护环12相搭接，以通过外保护环12带动内保护环11在半导体工艺腔室内同步升降至适当的位置，使内保护环11能够对置于基座16上的晶片17的边缘进行遮挡，而在进行例如浅槽刻蚀工艺等，不需要对晶片17的边缘进行遮挡的半导体加工工艺时，使内保护环11与外保护环12分离，并将内保护环11穿过半导体工艺腔室的传片口13，从半导体工艺腔室中取出，从而能够在不打开半导体工艺腔室的情况下，随时对晶片 17边缘保护装置进行调整，进而便于不同的半导体加工工艺的切换，提高产能。

在本实施例中，半导体工艺腔室还包括升降机构14，升降机构 14与外保护环12连接，用于驱动外保护环12作升降运动。

在本实施例中，内保护环11的外周壁上设置有第一环形凸台 111，外保护环12的内周壁上设置有第二环形凸台121，第一环形凸台111的下表面搭接在第二环形凸台121的上表面上，以使第一环形凸台111搭接在第二环形凸台121上，从而使内保护环11搭接在外保护环12上，实现内保护环11与外保护环12相搭接，并且外保护环12能够带动内保护环11同步升降。但是，外保护环12与内保护环11相搭接的方式并不限于此。

在本实施例中，第一环形凸台111的上表面与内保护环11的上表面平齐。这样的设计，是为了避免第一环形凸台111的上表面相对内保护环11的上表面突出，或者内保护环11的上表面相对第一环形凸台111的上表面凸出，对半导体工艺腔室中，工艺气体或者等离子体的流动造成影响，从而使半导体工艺腔室中工艺气体或者等离子体能够稳定的流动。

在本实施例中，第一环形凸台111的下表面搭接在第二环形凸台121的上表面上时，第一环形凸台111的上表面还与外保护环12 的上表面平齐。这样的设计，是为了避免第一环形凸台111的上表面相对外保护环12的上表面突出，或者外保护环12的上表面相对第一环形凸台111的上表面凸出，对半导体工艺腔室中，工艺气体或者等离子体的流动造成影响，从而使半导体工艺腔室中工艺气体或者等离子体能够稳定的流动。

可选的，第一环形凸台111的厚度为2mm-3mm。优选的，第一环形凸台111的厚度为2.5mm。

可选的，第一环形凸台111的宽度为1.5mm-2.5mm。优选的，第一环形凸台111的宽度为2mm。

可选的，内保护环11的内径比晶片17的直径小1mm-3mm，以能够覆盖晶片17的边缘1mm-3mm。优选的，内保护环11的内径比晶片17的直径小2.5mm，以能够覆盖晶片17的边缘2.5mm。

可选的，内保护环11的内径为290mm-300mm，内保护环11的外径为315mm-325mm。优选的，内保护环11的内径为295mm，内保护环11的外径为320mm。

在本实施例中，基座16包括基座本体16和聚焦环18，聚焦环 18环绕设置在基座本体16的周围，内保护环11和外保护环12搭接在聚焦环18上。具体地，本实施例中，基座本体16包括主体部161 和环体部162，其中，主体部161用于在半导体加工工艺过程中承载晶片17，环体部162环绕设置在主体部的周围，用于承载聚焦环18。但是，在实际应用中，基座16的形式并不限于此。

在本实施例中，第二环形凸台121的下表面与外保护环12的下表面平齐，且第一环形凸台111的下表面搭接在第二环形凸台121 的上表面上时，第二环形凸台121的下表面与内保护环11的下表面平齐。这样的设计是由于当外保护环12带动内保护环11同步下降至，内保护环11对晶片17的边缘进行遮挡的位置时，通过使内保护环 11的下表面、外保护环12的下表面和第二环形凸台121的下表面与均平齐，可以使晶片17边缘保护装置稳定的搭在环绕在基座16周围的聚焦环18上，从而使环绕在基座16周围的聚焦环18能够稳定的对晶片边缘保护装置进行支撑，以提高晶片边缘保护装置的工作稳定性。

可选的，第二环形凸台121的厚度为2mm-3mm。优选的，第二环形凸台121的厚度为2.5mm。

可选的，外保护环12的外径为445mm-450mm。优选的，外保护环12的外径为448mm。

如图4所示，作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种晶片边缘保护方法，应用于半导体工艺腔室中，包括：

S1，升降机构将外保护环12升起，并通过外保护环12带动内保护环11一同上升；

S2，基座16内的顶针组件托起晶片17；

S3，机械手19拾取已处于被托起状态的晶片17并穿过半导体工艺腔室的传片口13，将晶片17传输至半导体工艺腔室外部；

S4，机械手19拾取合金圆盘并穿过半导体工艺腔室的传片口13，将合金圆盘传入至半导体工艺腔室内；顶针组件回落，合金圆盘位于基座16上；

S5，顶针组件顶升合金圆盘，带动内保护环11升起，以使内保护环11与外保护环12分离；

S6，机械手19分别拾取合金圆盘、内保护环11，并穿过半导体工艺腔室的传片口13，将合金圆盘、内保护环11传输至半导体工艺腔室外部。

如图1-图4所示，本实施例提供的晶片边缘保护方法，通过机械手19拾取工艺腔室内的晶片17并穿过半导体工艺腔室的传片口 13传输至半导体工艺腔室外，再拾取合金圆盘穿过半导体工艺腔室的传片口13传入至半导体工艺腔室内，以借助顶针组件顶升合金圆盘，使内保护环11与外保护环12分离，从而通过机械手19拾取合金圆盘和内保护环11，并穿过半导体工艺腔室的传片口13，将合金圆盘和内保护环11传输至半导体工艺腔室外部，以能够在不打开半导体工艺腔室的情况下，随时对晶片边缘保护装置进行调整，进而便于不同的半导体加工工艺的切换，提高产能。并且，通过随时更换不同结构的内保护环，可以改变半导体工艺腔室中工艺气体的流场或者等离子体的流场，以及通过随时更换不同材质的内保护环，可以改变半导体工艺腔室中的电场，从而提高半导体加工工艺的均匀性，并改善晶片的边缘在半导体加工工艺中产生角度倾斜的问题。

可选的，传片口13开设在半导体工艺腔室的周壁15上。顶针组件包括多个顶针20，多个顶针20沿基座16的周向间隔设置，且多个顶针20所在的圆周的直径小于置于基座16上的晶片17的直径，合金圆盘与晶片17的尺寸规格相同，这样可以使晶片17和合金圆盘都可以被多个顶针20顶升，以通过多个顶针20将合金圆盘顶升，再通过合金圆盘与内保护环11的下表面相抵，从而托起内保护环11，以使内保护环11与外保护环12分离。

具体的，在将内保护环11传入至半导体工艺腔室内的过程中，首先在半导体工艺腔室外将内保护环11放在合金圆盘上，以通过机械手19拾取合金圆盘和内保护环11从传片口13送入至半导体工艺腔室内，随后升降机构将外保护环12上升，以从机械手19上托起内保护环11，最后机械手19从传片口13退出至半导体工艺腔室外部，在从半导体工艺腔室中将内保护环11取出的过程中，升降机构将外保护环12升起，并通过外保护环12带动内保护环11同步上升，随后，多个顶针20托起晶片17，机械手19进入至半导体工艺腔室内，并拾取已处于被托起状态的晶片17并穿过传片口13，将晶片17传输至半导体工艺腔室外部，再通过机械手19拾取合金圆盘穿过传片口13，将合金圆盘传入至半导体工艺腔室内，并移动至内保护环11 的下方，随后多个顶针20回落，使合金圆盘落至基座16上，随后，多个顶针20顶升合金圆盘，带动内保护环11升起，以使内保护环 11与外保护环12分离，最后机械手19拾取合金圆盘、内保护环11，并穿过传片口13，将合金圆盘、内保护环11传输至半导体工艺腔室外部。

本实施例在从半导体工艺腔室中将内保护环11取出的过程中，通过合金圆盘对内保护环11进行支撑，以避免直接通过晶片17支撑内保护环11，导致晶片17受到内保护环11的压力而损坏，造成半导体工艺腔室内的污染。

可选的，合金圆盘可以采用铝合金材料制作，以避免如铁(Fe)、铜(Cu)、镍(Ni)等会对半导体加工工艺造成金属污染的金属进入半导体工艺腔室内。

优选的，合金圆盘可以采用牌号为6061的铝合金材料制作。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体设备，半导体设备采用如本发明实施例提供的半导体工艺腔室。

本发明提供的半导体设备，借助如本发明提供的半导体工艺腔室，以能够便于不同的半导体加工工艺的切换，提高产能，并能够提高半导体加工工艺的均匀性，改善晶片的边缘在半导体加工工艺中产生角度倾斜的问题。

综上所述，本发明提供的半导体工艺腔室、晶片边缘保护方法及半导体设备能够便于不同的半导体加工工艺的切换，提高产能，并能够提高半导体加工工艺的均匀性，改善晶片17的边缘在半导体加工工艺中产生角度倾斜的问题。

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。

Claims (10)

1.一种半导体工艺腔室，所述半导体工艺腔室包括基座及晶片边缘保护装置，且所述晶片边缘保护装置设置于所述基座上，其特征在于，所述晶片边缘保护装置包括内保护环和外保护环；所述外保护环环绕设置在所述内保护环外侧，且与所述内保护环相搭接，并且所述外保护环能够带动所述内保护环同步升降；

所述内保护环的内径小于所述晶片的直径，所述内保护环用于遮挡置于所述基座上的所述晶片的边缘，且所述内保护环的外径尺寸小于所述半导体工艺腔室的传片口尺寸。

2.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述内保护环的外周壁上设置有第一环形凸台，所述外保护环的内周壁上设置有第二环形凸台，所述第一环形凸台的下表面搭接在所述第二环形凸台的上表面上。

3.根据权利要求2所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述第一环形凸台的上表面与所述内保护环的上表面平齐。

4.根据权利要求2所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述第一环形凸台的厚度为2mm-3mm，所述第一环形凸台的宽度为1.5mm-2.5mm。

5.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述内保护环的内径比所述晶片的直径小1mm-3mm。

6.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述内保护环的内径为290mm-300mm，所述内保护环的外径为315mm-325mm。

7.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述半导体工艺腔室还包括升降机构，所述升降机构与所述外保护环连接，用于驱动所述外保护环作升降运动。

8.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述基座包括基座本体和聚焦环，所述聚焦环环绕设置在所述基座本体的周围，所述内保护环和所述外保护环搭接在所述聚焦环上。

9.一种晶片边缘保护方法，应用于半导体工艺腔室中，其特征在于，包括：

升降机构将外保护环升起，并通过所述外保护环带动内保护环一同上升；

基座内的顶针组件托起晶片；

机械手拾取已处于被托起状态的所述晶片并穿过所述半导体工艺腔室的传片口，将所述晶片传输至所述半导体工艺腔室外部；

机械手拾取合金圆盘并穿过所述半导体工艺腔室的传片口，将所述合金圆盘传入至所述半导体工艺腔室内；所述顶针组件回落，所述合金圆盘位于所述基座上；

所述顶针组件顶升所述合金圆盘，带动所述内保护环升起，以使所述内保护环与所述外保护环分离；

机械手分别拾取所述合金圆盘、所述内保护环，并穿过所述半导体工艺腔室的传片口，将所述合金圆盘、所述内保护环传输至所述半导体工艺腔室外部。

10.一种半导体设备，其特征在于，所述半导体设备采用如权利要求1-8任意一项所述的半导体工艺腔室。

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