CN111599715A - 晶圆传输控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶圆传输控制方法，方法包括：向工艺腔室输入目标气体并进行真空排气，以使工艺腔室维持在第一压力；依次打开工艺腔室和过渡腔室的门阀，并将晶圆从处于第二压力的过渡腔室内传送至处于第一压力的工艺腔室内升起的支撑针组件上，其中，第二压力大于第一压力，且二者的差值在预设范围内；依次关闭过渡腔室和工艺腔室的门阀，并停止向工艺腔室输入目标气体；保持真空排气至预设时长，以降低工艺腔室内的目标气体浓度；控制支撑针组件带动晶圆下降，以将晶圆放在位于支撑针组件下方的静电卡盘上。本发明可以弱化或消除气垫效应带来的晶圆滑动，解决氮气控压后的AWC数据离散问题。

Description

晶圆传输控制方法
技术领域
本发明涉及半导体设备领域，更具体地，涉及一种晶圆传输控制方法。
背景技术
半导体设备通过物理、化学等手段对晶圆进行某种处理工艺，而这种工艺需要在一定的真空环境下实现。实现这种工艺的模块，被称之为工艺模块(PM)。晶圆(wafer)由FAB(工厂)环境进入PM，又由大气环境进入真空环境的过程，这一个过程由传输系统(TM)去实现。传输系统包括大气端半导体设备前端模块(Equipment Front End Module，简称EFEM)、真空手、过渡腔室和真空腔室。EFEM和过渡腔室、过渡腔室和真空腔室均由门阀隔离。过渡腔室体积较小，可以快速实现真空环境与大气环境的切换。大气手负责将EFEM大气环境下的晶圆放进(或取出)大气状态下的过渡腔室。真空腔室一直维持真空状态，内部有真空机械手，负责PM和真空状态下过渡腔室的取放片工作。门阀的开启条件是两侧压力相同或近似相等，这样由压差不同导致的内部气体波动最小，能更好地控制颗粒洁净程度。
为了控制颗粒洁净程度，现有技术提出一种氮气(N2)控压方法，在N2控压的情况下，传输晶圆明显改善了颗粒污染问题，但是该方法带来了动态晶圆定心(Active WaferCentering，简称AWC)数据的离散问题。
发明内容
本发明的目的是提出一种晶圆传输控制方法，实现消除氮气控压后气垫效应引起的晶圆滑动和晶圆中心偏移，进而解决氮气控压下AWC数据离散问题。
为实现上述目的，本发明提出了一种晶圆传输控制方法，用于控制晶圆在过渡腔室和与所述过渡腔室连接的工艺腔室之间传输，所述方法包括：
向所述工艺腔室输入目标气体，并进行真空排气，以使所述工艺腔室维持在第一压力；
依次打开所述工艺腔室和所述过渡腔室的门阀，并将所述晶圆从处于第二压力的所述过渡腔室内传送至处于所述第一压力的所述工艺腔室内升起的支撑针组件上，其中，所述第二压力大于所述第一压力，且二者的差值在预设范围内；
依次关闭所述过渡腔室和所述工艺腔室的门阀，并停止向所述工艺腔室输入所述目标气体；
保持真空排气，以降低所述工艺腔室内的目标气体浓度，其中，停止向所述工艺腔室输入所述目标气体后，所述保持真空排气的时长为预设时长；
控制所述支撑针组件带动所述晶圆下降，以将所述晶圆放在位于所述支撑针组件下方的静电卡盘上。
可选地，所述向所述工艺腔室输入目标气体，并进行真空排气，以使所述工艺腔室维持在第一压力，包括：
向所述工艺腔室输入所述目标气体，同时对所述工艺腔室进行真空排气，控制真空排气的速率，使所述工艺腔室内的压力从本底压力升至所述第一压力；
记录当前真空排气的速率为第一排气速率，并按照所述第一排气速率继续真空排气，使所述工艺腔室内的压力维持在所述第一压力。
可选地，所述保持真空排气，以降低所述工艺腔室内的目标气体浓度，包括：
按照所述第一排气速率继续真空排气，且继续真空排气的时长为所述预设时长。
可选地，所述预设时长为2s至3s。
可选地，在所述将所述晶圆放在位于所述支撑针组件下方的静电卡盘上之后，所述方法还包括：
控制真空排气的速率为第二排气速率，使所述工艺腔室内的压力降至所述本底压力后对所述晶圆进行工艺，其中，所述第二排气速率大于所述第一排气速率。
可选地，所述对所述晶圆进行工艺之后，所述方法还包括：
输入所述目标气体，使所述工艺腔室内的压力从所述本底压力升至所述第一压力；
控制真空排气维持在所述第一排气速率，使所述工艺腔室内的压力维持在所述第一压力；
控制所述支撑针组件带动所述晶圆上升；
依次打开所述工艺腔室和所述过渡腔室的门阀，将所述晶圆从所述支撑针组件上传送至所述过渡腔室内。
可选地，在所述将所述晶圆从所述支撑针组件上传送至所述过渡腔室内之后，所述方法还包括：
关闭所述过渡腔室和所述工艺腔室的门阀，并控制所述支撑针下降至起始位；
停止输入所述目标气体，对所述工艺腔室真空排气，直到所述工艺腔室内的压力下降至所述本底压力。
可选地，所述工艺腔室连接有真空排气管路，所述真空排气管路上设有摆阀；
所述第一排气速率或所述第二排气速率通过调整所述摆阀的开度位置来控制。
可选地，所述本底压力为0.1至0.3mT，所述第一压力为80mT至100mT，所述预设范围为10mT至20mT。
可选地，所述目标气体包括氮气。
本发明的有益效果在于：
晶圆在过渡腔室和与所述过渡腔室连接的工艺腔室之间传输过程中，通过输入目标气体和真空排气使过渡腔室内的第二压力大于工艺腔室内的第一压力且二者的压差在预设范围内，能够避免工艺腔室中的有毒气体外泄污染洁净的过渡腔室，同时还能够避免由于压差过大，导致污染颗粒被吹进工艺腔室；在工艺腔室内的压力与过渡腔室内压力差达到预设范围后，晶圆从过渡腔室内被传入至工艺腔室中升起的支撑针组件上，通过关闭目标气体的输入，并对工艺腔室继续保持一段时间的真空排气，降低工艺腔室内的压力以减少工艺腔室中的目标气体含量，弱化或消除气垫效应，从而在晶圆从支撑针组件下落到静电卡盘过程中改善晶圆滑动造成的晶圆中心偏移，有效地解决了目标气体控压后的AWC数据离散问题。
本发明的装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了现有的一种晶圆传输控制方法的AWC数据图。
图2示出了根据本发明的晶圆传输控制方法的步骤图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的传输模块和工艺模块的设备结构示意图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的一种晶圆传输控制方法中晶圆传入的步骤图。
图5示出了根据本发明的一个实施例的一种晶圆传输控制方法中晶圆传出的步骤图。
图6a示出了根据本发明的一个实施例的一种晶圆传输控制方法中真空排气延时0s的AWC数据图。
图6b示出了根据本发明的一个实施例的一种晶圆传输控制方法中真空排气延时1s的AWC数据图。
图6c示出了根据本发明的一个实施例的一种晶圆传输控制方法中真空排气延时2s的AWC数据图。
图6d示出了根据本发明的一个实施例的一种晶圆传输控制方法中真空排气延时3s的AWC数据图。
附图标记说明：
1、过渡腔室；2、工艺腔室；3、进气阀；4、摆阀；5、第一真空泵；6、第二真空泵；7、真空机械手；8、晶圆；9、承压门；10、内门；11、支撑针组件；12、静电卡盘。
具体实施方式
现有的一种晶圆传输方法为：在晶圆从TM的过渡腔室向PM的工艺腔室传输时，使过渡腔室内的压力控制在90mT，采用氮气控压方法使工艺腔室内的压力控制在80mT，此时传片颗粒(PA)污染问题能够大大改善。但是该方法存在以下问题：
在氮气控压(过渡腔室内压力为90mT，工艺腔室内压力为80mT)的情况下，传输的晶圆明显改善了颗粒污染问题，但是带来了AWC数据的离散问题，AWC数据表征晶圆中心相对传输中心的偏移量。该方法的AWC数据如图1所示，可以明显看出该方法在T0时刻开启氮气控压之后所带来的AWC数据离散问题。
通过分析发现，导致AWC数据离散的原因为：由于晶圆降落时与静电卡盘(ESC)表面之间存在氮气，会形成气垫效应，导致晶圆滑动，进而造成相对传输中心存在偏移量。因此，本发明提出了一种晶圆传输控制方法，能够解决目标气体控压下的AWC数据离散问题。
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
图2示出了根据本发明的晶圆传输控制方法的步骤图。
如图2所示，根据本发明的一种晶圆传输控制方法，用于控制晶圆在传输模块的过渡腔室和工艺模块的工艺腔室之间的传输，该方法包括：
S101：向工艺腔室输入目标气体，并进行真空排气，以使工艺腔室维持在第一压力。
其中，目标气体可以包括氮气。
S102：依次打开工艺腔室和过渡腔室的门阀，并将晶圆从处于第二压力的过渡腔室内传送至处于第一压力的工艺腔室内升起的支撑针组件上，其中，第二压力大于第一压力，且二者的差值在预设范围内。
S103：依次关闭过渡腔室和工艺腔室的门阀，并停止向工艺腔室输入目标气体。
S104：保持真空排气，以降低工艺腔室内的目标气体浓度，其中，停止向工艺腔室输入目标气体后，保持真空排气的时长为预设时长。
S105：控制支撑针组件带动晶圆下降，以将晶圆放在位于支撑针组件下方的静电卡盘上。
具体地，晶圆在过渡腔室和与所述过渡腔室连接的工艺腔室之间传输过程中，通过输入目标气体和真空排气使过渡腔室内的第二压力大于工艺腔室内的第一压力且二者的压差在预设范围内，之后晶圆从过渡腔室内被传入至工艺腔室中升起的支撑针组件上，关闭过渡腔室与工艺腔室之间的门阀后，通过关闭目标气体的输入，并对工艺腔室继续保持一段时间的真空排气，降低工艺腔室内的压力以减少工艺腔室中的目标气体含量，弱化或消除气垫效应，从而在晶圆从支撑针组件下落到静电卡盘过程中避免晶圆滑动造成的晶圆中心偏移，有效地解决了目标气体控压后的AWC数据离散问题。
进一步地，第二压力需要大于第一压力，能够避免工艺腔室内的有毒气体外泄污染洁净的过渡腔室，同时第二压力与第一压力的差值范围不能过大，避免由于压差过大，导致污染颗粒被吹进工艺腔室，优选地，第一压力为80mT至100mT，第一压力与第二压力的差值需要控制在大于等于10mT小于等于20mT的范围之内。
在一个示例中，向工艺腔室输入目标气体，并进行真空排气，以使工艺腔室维持在第一压力，包括：
向工艺腔室输入目标气体，同时对工艺腔室进行真空排气，控制真空排气的速率，使工艺腔室内的压力从本底压力升至第一压力；
记录当前真空排气的速率为第一排气速率，并按照第一排气速率继续真空排气，使工艺腔室内的压力维持在第一压力。
具体地，一般工艺腔室默认保持本底压力的高度真空状态，通过输入目标气体同时真空排气的方式对工艺腔室进行升压，当工艺腔室内的压力从本底压力上升至第一压力后，记录并保持当前的真空排气速率，能够将工艺腔室的压力维持在第一压力。
在一个示例中，保持真空排气，以降低工艺腔室内的目标气体浓度，包括：
按照第一排气速率继续真空排气，且继续真空排气的时长为预设时长。优选地，预设时长为2s至3s。
具体地，当晶圆从第二压力的过渡腔室内被传送到第一压力的工艺腔室内以后，在支撑针组件下落之前，继续保持真空排气2-3s，能够降低工艺腔室内的目标气体浓度，从而减弱或避免晶圆下表面和静电托盘之间出现的气垫效应，进而避免晶在下落到静电托盘上时的中心偏移。
在一个示例中，在将晶圆放在位于支撑针组件下方的静电卡盘上之后，方法还包括：
控制真空排气的速率为第二排气速率，使工艺腔室内的压力降至本底压力后对晶圆进行工艺，其中，第二排气速率大于第一排气速率。
具体地，晶圆下落到静电托盘上之后即可对晶圆进行工艺，工艺开始之前需要先将反应腔室内的压力从第一压力降至工艺要求的本地压力，该过程可以停止目标气体的输入，然后以第二排气速率进行排气降压，第二排气速率优选最大的真空排气速率，以快速降压。优选地，本底压力为0.1至0.3mT。
在一个示例中，对晶圆进行工艺之后，方法还包括：
输入目标气体，使工艺腔室内的压力从本底压力升至第一压力；
控制真空排气维持在第一排气速率，使工艺腔室内的压力维持在第一压力；
控制支撑针组件带动晶圆上升；
依次打开工艺腔室和过渡腔室的门阀，将晶圆从支撑针组件上传送至过渡腔室内。
具体地，当晶圆完成工艺之后，需要将晶圆从反应腔室内传出至过渡腔室并取出，该过程与晶圆传入过程相反，即首先开启目标气体的输入，并开启真空排气逐渐升压，当排气速率达到第一排气速率后即可将反应腔室内的压力控制在第一压力，然后依次打开工艺腔室和过渡腔室的门阀，将晶圆传出至过渡腔室。
在一个示例中，在将晶圆从支撑针组件上传送至过渡腔室内之后，方法还包括：
关闭过渡腔室和工艺腔室的门阀，并控制支撑针下降至起始位；
停止输入目标气体，对工艺腔室真空排气，直到工艺腔室内的压力下降至本底压力。
具体地，晶圆被传出至过渡腔室后，需要关闭过渡腔室和工艺腔室的门阀并将反应腔室内的压力复位，重新恢复到本底压力，同样的，关闭氮气输入并以第二排气速率进行真空排气，以快速恢复到本底压力。之后可以对过渡腔室进行升压切换到大气环境的常压，然后打开过渡腔室与EFEM之间的门阀，通过大气手将晶圆取出至EFEM，完成传出过程。
在一个示例中，工艺腔室连接有真空排气管路，真空排气管路上设有摆阀；
第一排气速率或第二排气速率通过调整摆阀的开度位置来控制。
具体地，工艺腔室通过与之连通的真空排气管路进行真空排气，真空排气管路上设置真空泵和排气阀，排气阀选择摆阀，通过调整摆阀的开度位置控制控制排气速率为第一速率或第二速率。
参考图3，在本发明的一个具体应用示例中，工艺模块包括工艺腔室2，传输模块包括过渡腔室3，工艺腔室2设置有与之连通的目标气体供应管路和真空排气管路，目标气体供应管路设有进气阀3，真空排气管路设有摆阀4和第一真空泵5；沿过渡腔室1到工艺腔室2的传输通道上依次设有承压门9和内门10，过渡腔室1设有第二真空泵6。具体实施过程中，目标气体选择氮气，静电卡盘(ESC)12在安装时需保证水平。
参考图4，基于上述装置，本实施例的晶圆传入流程如下：
S201：过渡腔室1控压，晶圆8进入过渡腔室1后，通过控制第二真空泵6进行真空排气使过渡腔室1维持在第二压力，优选地，第二压力为90mT。
S202：工艺腔室2氮气控压，开启进气阀3和第一真空泵5，摆阀4开始调节位置控压进行氮气控压，使工艺腔室2内的压力从本底压力升至第一压力，控压到第一压力后，记录摆阀4当前的开度位置，并按照开度位置继续控压使工艺腔室2内的压力维持在第一压力，防止与TM连通后压力变化带来摆阀4位置的抖动。本底压力为0.2mT，第一压力优选80mT。
S203：升针，将支撑针组件11升起，做好晶圆8进入工艺腔室2的准备，准备对晶圆8进行支撑，支撑针组件11包括设置于静电卡盘12边缘用于支撑晶圆8边缘的多个支撑针，多个支撑针能够在竖直方向上进行同步伸缩。
S204：打开内门10(Inner Door，传输路径上的门阀，用于隔离等离子体环境)。
S205：打开承压门9(SlotValve，传输路径上的门阀，用于隔离真空)，内门10和承压门9的开启条件是两侧压力相同(或近似相等)。
S206：机械手进入(Arm In)，真空机械手7将晶圆8从TM端的过渡腔室1内传输至PM端的工艺腔室2。
S207：机械手退出(Arm Out)，真空机械手7将晶圆8放置在PM端工艺腔室2的支撑针上，并退回到TM端。
S208：关闭承压门9。
S209：关闭内门10。
S210：关闭进气阀3继续抽真空，此时，摆阀4将在固定位置(原开度位置)工作，使第一真空泵5继续保持真空排气，其中，继续保持真空排气的时长为预设时长。
此步骤对应控制命令Delay t1(cfgPumpOutBeforePinDown)，该命令的含义为：在晶圆由过渡腔室传入(Wafer In)到工艺腔室时，在降针以前继续真空排气，继续真空排气的时长为t1，使工艺腔室2内压力降低，工艺腔室2里的氮气浓度降低，进而消除气垫效应，其中，t1为预设时长，该预设时长可以为2s至3s。
S211：降针(Pin Down)，使支撑针组件11带动晶圆8下降，以将晶圆8放在位于支撑针组件11下方的静电卡盘12上。
S212：控压到本底压力，将摆阀4的开度位置调到最大(全打开摆阀4)，并使工艺腔室2内的压力降至本底压力后对晶圆8进行工艺。
在上述步骤S10中，Delay t1(cfgPumpOutBeforePinDown)命令的延时时间t1分别为0s，1s，2s，3s的AWC测试数据如图6a至图6d所示，其中横纵坐标单位是mm，中间数据点是每次传输时晶圆偏移中心点的距离数据，结合测试数据，可以看出图6c和图6d中延时时间为2s，3s时，AWC数据有明显改善。
参考图5，本实施例中，对晶圆8完成工艺之后，晶圆8的传出流程如下：
S301：工艺腔室2氮气控压，开启进气阀3和第一真空泵5，调整摆阀4的位置进行氮气控压，使工艺腔室2内的压力从本底压力升至第一压力。
S302：升针，使支撑针组件11带动晶圆8上升。
S303：打开内门10。
S304：打开承压门9。
S305：机械手进入(Arm In)，真空机械手7从TM端的过渡腔室1内进入PM端的工艺腔室2。
S306：机械手退出(Arm Out)，真空机械手7将晶圆8从PM端工艺腔室2支撑针组件11上取出并传出至TM端的过渡腔室1内。
S307：关闭承压门9。
S308：关闭内门10。
S309：降针，支撑针组件11下降复位。
S310：关闭进气阀3。
S311：控压到本底压力，保持摆阀4和第一真空泵5开启对工艺腔室2进行抽真空，直到工艺腔室2内的压力下降至本底压力后，关闭第一真空泵5及摆阀4。
本领域技术人员可以根据本发明的方案开发设计相关控制程序及控制装置，以实现本发明的晶圆传输控制的方法，此处不再赘述。
综上，本发明通过在晶圆被传入工艺腔室2中支撑针组件11上之后，停止对工艺腔室2进行目标气体的输入后，使第一真空泵5延时一段时间进行真空排气，以减少工艺腔室2中的目标气体含量，进而弱化或消除气垫效应带来的晶圆滑动，有效地解决了氮气控压后的AWC数据离散问题。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种晶圆传输控制方法，用于控制晶圆在过渡腔室和与所述过渡腔室连接的工艺腔室之间传输，其特征在于，所述方法包括：
向所述工艺腔室输入目标气体，并进行真空排气，以使所述工艺腔室维持在第一压力；
依次打开所述工艺腔室和所述过渡腔室的门阀，并将所述晶圆从处于第二压力的所述过渡腔室内传送至处于所述第一压力的所述工艺腔室内升起的支撑针组件上，其中，所述第二压力大于所述第一压力，且二者的差值在预设范围内；
依次关闭所述过渡腔室和所述工艺腔室的门阀，并停止向所述工艺腔室输入所述目标气体；
保持真空排气，以降低所述工艺腔室内的目标气体浓度，其中，停止向所述工艺腔室输入所述目标气体后，所述保持真空排气的时长为预设时长；
控制所述支撑针组件带动所述晶圆下降，以将所述晶圆放在位于所述支撑针组件下方的静电卡盘上。
2.根据权利要求1所述的晶圆传输控制方法，其特征在于，所述向所述工艺腔室输入目标气体，并进行真空排气，以使所述工艺腔室维持在第一压力，包括：
向所述工艺腔室输入所述目标气体，同时对所述工艺腔室进行真空排气，控制真空排气的速率，使所述工艺腔室内的压力从本底压力升至所述第一压力；
记录当前真空排气的速率为第一排气速率，并按照所述第一排气速率继续真空排气，使所述工艺腔室内的压力维持在所述第一压力。
3.根据权利要求2所述的晶圆传输控制方法，其特征在于，所述保持真空排气，以降低所述工艺腔室内的目标气体浓度，包括：
按照所述第一排气速率继续真空排气，且继续真空排气的时长为所述预设时长。
4.根据权利要求3所述的晶圆传输控制方法，其特征在于，所述预设时长为2s至3s。
5.根据权利要求2所述的晶圆传输控制方法，其特征在于，在所述将所述晶圆放在位于所述支撑针组件下方的静电卡盘上之后，所述方法还包括：
控制真空排气的速率为第二排气速率，使所述工艺腔室内的压力降至所述本底压力后对所述晶圆进行工艺，其中，所述第二排气速率大于所述第一排气速率。
6.根据权利要求5所述的晶圆传输控制方法，其特征在于，所述对所述晶圆进行工艺之后，所述方法还包括：
输入所述目标气体，使所述工艺腔室内的压力从所述本底压力升至所述第一压力；
控制真空排气维持在所述第一排气速率，使所述工艺腔室内的压力维持在所述第一压力；
控制所述支撑针组件带动所述晶圆上升；
依次打开所述工艺腔室和所述过渡腔室的门阀，将所述晶圆从所述支撑针组件上传送至所述过渡腔室内。
7.根据权利要求6所述的晶圆传输控制方法，其特征在于，在所述将所述晶圆从所述支撑针组件上传送至所述过渡腔室内之后，所述方法还包括：
关闭所述过渡腔室和所述工艺腔室的门阀，并控制所述支撑针下降至起始位；
停止输入所述目标气体，对所述工艺腔室真空排气，直到所述工艺腔室内的压力下降至所述本底压力。
8.根据权利要求2、3、5或6所述的晶圆传输控制方法，其特征在于，所述工艺腔室连接有真空排气管路，所述真空排气管路上设有摆阀；
所述第一排气速率或所述第二排气速率通过调整所述摆阀的开度位置来控制。
9.根据权利要求2-7任一项所述的晶圆传输控制方法，其特征在于，所述本底压力为0.1至0.3mT，所述第一压力为80mT至100mT，所述预设范围为10mT至20mT。
10.根据权利要求1-7任一项所述的晶圆传输控制方法，其特征在于，所述目标气体包括氮气。
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