CN111725107A - 半导体工艺设备及其工艺腔室 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供了一种半导体工艺设备及其工艺腔室。该工艺腔室内设置有基座，所述基座用于承载能容置多个待加工件的托盘；所述基座上设置有接盘机构，所述接盘机构能相对于所述基座升降，用于从机械手上获取所述托盘，并将所述托盘放置在所述基座上；所述基座上还设置有压盘机构，所述压盘机构能相对于所述基座升降，用于压覆处于所述基座上的所述托盘。本申请实施例无需人工装安装盖板即实现了便捷精准装盘，可以大幅减少人工装片时间，增加单位时间内待加工件的产出效率，进而大幅降低产品的成本。

Description

半导体工艺设备及其工艺腔室
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工艺设备及其工艺腔室。
背景技术
目前，由于发光二极管(Light Emitting Diode，LED)产能饱和以及产品利润下降，LED厂商对价格因素越发敏感，纷纷追求低成本及高产能的技术路线。据统计，LED芯片四大成本组成为设备(35％)、衬底材料(30％)、其他材料(18％)以及人工(10％)。其中，设备的成本控制成为重中之重，客户要求从设备端提升产能，由于多片刻蚀设备单次刻蚀片数多、产能大、价格低，成为LED厂商扩产的首选。此外，控制人工成本也成为当前阶段各厂商关注重点：一方面，人工误操作会造成破片及二次加工等问题，导致产品良率急剧下降；另一方面，人员流动及生产经验缺失导致生产效率低下，这两方面均会造成LED芯片成本进一步上升。因此，提高人工操作效率或采用自动化系统、避免人工误操作均是减少成本的重要方式。
目前市面上的多片等离子体刻蚀设备采用托盘作为载具，其中平面托盘及三明治结构托盘是最常用的载具。具体来说，平面托盘采用直接放片方式，使氦气通到托盘背面、冷却托盘，间接对晶圆(wafer)进行散热传导。但此技术路线存在设计上的缺陷，冷却方式限制了可加载功率、刻蚀速率及产能，最终影响了产品的产出效率，增加了产品的成本。三明治结构一般为托盘、晶圆及盖板层叠设置，可以使氦气同时且均匀地通到托盘和晶圆背面，有效的冷却晶圆表面温度。其中，托盘采用高导热材质使其散热速率较快；盖板采用耐等离子体刻蚀的材料，保证不影响工艺结果。但是采用三明治结构目前存在使用上的缺陷，即采用人工装盘的方式较为繁琐、以及无法实现自动化功能，从而影响了晶圆产出效率及总产能，最终增加产品的产出成本。
发明内容
本申请针对现有方式的缺点，提出一种半导体工艺设备及其工艺腔室，用以解决现有技术存在人工装盘方式繁琐、无法实现自动化功能以及成本较高的技术问题。
第一个方面，本申请实施例提供了一种半导体工艺设备的工艺腔室，所述工艺腔室内设置有基座，所述基座用于承载能容置多个待加工件的托盘；所述基座上设置有接盘机构，所述接盘机构能相对于所述基座升降，用于从机械手上获取所述托盘，并将所述托盘放置在所述基座上；所述基座上还设置有压盘机构，所述压盘机构能相对于所述基座升降，用于压覆处于所述基座上的所述托盘。
于本申请的一实施例中，所述接盘机构包括多个顶杆、接盘环、接盘驱动部，所述接盘环套设于所述基座的外周，多个所述顶杆均匀分布于所述接盘环上，用于支撑所述托盘，所述接盘驱动部与所述接盘环连接，用于驱动所述接盘环升降。
于本申请的一实施例中，至少一个所述顶杆的顶端设置有限位结构，所述限位结构用于与所述托盘的边缘配合对所述托盘进行限位；至少一个所述顶杆的顶端设置有定位结构，所述定位结构用于与所述托盘底部的定位部配合对所述托盘进行定位。
于本申请的一实施例中，所述限位结构包括有承载块及限位块，所述承载块设置于所述顶杆的顶端，用于支撑所述托盘；所述限位块设置于所述承载块上，用于止挡所述托盘的边缘。
于本申请的一实施例中，所述定位结构包括连接块及定位柱，所述连接块设置于所述顶杆的顶端，用于支撑所述托盘；所述定位柱设置在所述连接块上，所述托盘底部的定位部包括开设在所述托盘底面上的定位孔，所述定位柱伸入所述定位孔内对所述托盘进行定位。
于本申请的一实施例中，所述定位柱的顶端为锥形圆台，所述定位孔为圆锥孔。
于本申请的一实施例中，所述压盘机构包括盖板、多个连杆、压盘驱动部，所述盖板位于所述基座的上方，所述压盘驱动部通过所述多个连杆与所述盖板连接，用于通过所述多个连杆驱动所述盖板升降。
于本申请的一实施例中，所述连杆的顶端与所述盖板连接，所述连杆的底端设置有用于使所述盖板压覆所述托盘的配重块。
于本申请的一实施例中，所述接盘环上设置有多个用于避让所述连杆的避让槽。
第二个方面，本申请实施例提供了一种半导体工艺设备，包括如第一个方向提供的半导体工艺设备的工艺腔室。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：
本申请实施例通过接盘机构将托盘放置于基座上，然后再由压盘机构压覆于托盘上以压紧待加工件，从而大幅减少人工装片时间。由于无需人工安装盖板，能大幅减少人工上片时间，从而增加单位时间内的产出效率，相应的由于上片技术不存在限制，使得本申请实施例还具备自动化功能的可拓展性。进一步的，由于压盘机构是通过自身重力盖合于托盘上，因此使得托盘的结构较为简单，且无需人工装配，从而大幅提高了生产效率及降低人工成本；以及由于盖板无需安装在托盘上，机械手仅传输托盘和待加工件即可，能有效降低机械手在运动过程中的负载重量，提高机械手传输托盘的稳定性，从而有效降低应用本申请实施例的半导体工艺设备的故障率。
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基座、接盘机构、压盘机构相互配合的结构示意图；
图2A为本申请实施例提供的一种接盘机构的结构示意图；
图2B为本申请实施例提供的一种接盘机构与基座配合的结构示意图；
图3A为本申请实施例提供的一种限位结构的示意图；
图3B为本申请实施例提供的一种定位结构的示意图；
图4A为本申请实施例提供的一种托盘与机械手配合的俯视示意图；
图4B为本申请实施例提供的一种承载有待加工件的托盘与机械手配合的剖视示意图；
图4C为本申请实施例提供的一种托盘的仰视示意图；
图5A为本申请实施例提供的一种压盘机构的示意图；
图5B为本申请实施例提供的一种压盘机构与基座配合的示意图；
图6A为本申请实施例提供的一种基座、接盘机构、压盘机构与机械手配合的示意图；
图6B为本申请实施例提供的一种压盘机构与基座呈压紧状态的示意图。
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工艺设备的工艺腔室，该工艺腔室的结构如图1、图4A至图4C所示，工艺腔室内设置有基座1，基座1用于承载能容置多个待加工件的托盘2；基座1上设置有接盘机构3，接盘机构3能相对于基座1升降，用于从机械手上获取托盘2，并将托盘2放置在基座1上；基座1上还设置有压盘机构3，压盘机构3能相对于基座1升降，用于压覆处于基座1上的托盘。
如图1所示，基座1具体可以采用圆柱形结构，基座1可以设置于工艺腔室(图中未示出)内，基座1用于承载容置有多个待加工件的托盘2，该待加工件具体可以为晶圆，而本实施例中的工艺腔室具体可以为刻蚀设备的工艺腔室，但是本申请实施例并不以此为限。结合参照如图4A至图4B所示，托盘2具体可以为采用铝、碳化硅和石英等材料制成的圆盘形结构，并且托盘2的上表面设置有多个用于承载待加工件100的容置槽21。接盘机构3设置于基座1上，并且能相对于基座1升降，用于从机械手上获取托盘2，并将托盘2放置在基座1上。压盘机构4设置于基座1的上方，并且压盘机构4同样能相对于基座1升降，以用于压覆处于基座1上的托盘2。在实际应用时，半导体工艺设备的装载工装能将多个待加工件100装入托盘2中，再由机械手200将在托盘2传输至基座1的上方，并且放置于接盘机构3的上方，接盘机构3相对于基座1上升或者机械手200相对于基座1上升下降，使接盘机构3从机械手200上获取托盘2，之后机械手200撤出工艺腔室，接盘机构3再相对于基座1下降以将托盘2放置于基座1上；然后，压盘机构3相对于基座1下降以盖合于托盘2上，并压紧托盘2上的待加工件100。
本申请实施例通过接盘机构将托盘放置于基座上，然后再由压盘机构压覆于托盘上以压紧待加工件，从而大幅减少人工装片时间。由于无需人工安装盖板，能大幅减少人工上片时间，从而增加单位时间内的产出效率，相应的由于上片技术不存在限制，使得本申请实施例还具备自动化功能的可拓展性。进一步的，由于压盘机构是通过自身重力盖合于托盘上，因此使得托盘的结构较为简单，且无需人工装配，从而大幅提高了生产效率及降低人工成本；以及由于盖板无需安装在托盘上，机械手仅传输托盘和待加工件即可，能有效降低机械手在运动过程中的负载重量，提高机械手传输托盘的稳定性，从而有效降低应用本申请实施例的半导体工艺设备的故障率。
于本申请的一实施例中，如图1至图2B所示，接盘机构3包括多个顶杆31、接盘环32、接盘驱动部(图中未示出)，接盘环32套设于基座1的外周，多个顶杆31均匀分布于接盘环32的周向上，用于支撑托盘2，接盘驱动部与接盘环32连接，用于驱动接盘环32升降。
如图1至图2B所示，接盘环32具体可以为采用金属材质制成的环状结构，接盘环32套设于基座1的外周上，并且能相对于基座1升降。多个顶杆31具体数量可以为三个，三个顶杆31沿接盘环32的周向间隔且均匀分布，但是本申请实施例并不限定顶杆31的具体数量，本领域技术人员可以根据需求自行调整设置。接盘驱动部(图中未示出)可以设置于基座1的下方，接盘驱动部与接盘环32连接，用于驱动接盘环32及三个顶杆31相对于基座1升降，从而带动托盘2升降。在实际应用中，机械手200将托盘2传输至基座1的上方，顶杆31升起以接收托盘2，然后待机械手200退出工艺腔室后，顶杆31下降将托盘2放置基座1上。接盘驱动部具体可以采用汽缸结构或者丝杠结构，能有效降低应用及维护成本。采用上述设计，不仅便于机械手200传输托盘2，同时接盘机构3设置于基座1外侧，取消了现有基座1中心的三针孔位设计，彻底解决了工艺过程中三针孔位打火风险，提高基座1的使用寿命及降低故障率。
需要说明的是，本申请实施例并不限定接盘机构3与机械手200的配合方式，例如顶杆31也可以先升起，然后机械手200将托盘2放置于顶杆31上，待机械手200退出后顶杆31再将托盘2放置于基座1上。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节设置。
于本申请的一实施例中，如图1至图4C所示，至少一个顶杆31的顶端设置有限位结构33，限位结构33用于与托盘2的边缘配合对托盘2进行限位；至少一个顶杆31的顶端设置有定位结构34，定位结构34用于与托盘2的底部的定位部22配合对托盘2进行定位。具体来说，三个顶杆31的其中一个具有限位结构33，或者三个顶杆31的其中两个具有限位结构33，限位结构33与托盘2的边缘配合以对托盘2进行限位，由于限位结构33与托盘2的边缘配合，当机械手200将托盘2传输至此后，托盘2的边缘与限位结构33接触时机械手200停止运动；至少一个顶杆31的顶端设置有定位结构34，该定位结构34与托盘2底部的定位部22配合定位，并且定位结构34可以位于基座1的上料侧，即工艺腔室用于上料的一侧。采用限位结构33与定位结构34的配合定位托盘2位置，能保证每次传输托盘2的位置唯一，从而确保盖板41与托盘2的位置准确性，同时也提高了待加工件100的工艺均匀性，从而大幅提高工艺良率降低生产成本。
需要说明的是，本申请实施例并非必须包括有上述两种结构，例如可以仅包括限位结构33或者仅包括定位结构34。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节设置。
于本申请的一实施例中，如图2A至图3A所示，限位结构33包括有承载块331及限位块332，承载块331设置于顶杆31的顶端，用于支撑托盘2；限位块332设置于承载块331上，用于止挡托盘2的边缘。
如图2A至图3A所示，承载块331由顶杆31的顶端向基座1的中部延伸设置，并且延伸方向与基座1的径向平行设置，承载块331用于支撑托盘2；限位块332可以与承载块331一体成型，位于承载块331的顶面上，限位块332能止挡托盘2边缘。由于至少两个顶杆31的顶端设置限位结构33，两个限位块332可以设置为与托盘2边缘尺寸相同的圆弧面，当托盘2通过机械手200传输至工艺腔室内时，托盘2边缘与限位块332的圆弧面接触时机械手200停止传输，从而确保托盘2位置的精确性。
需要说明的是，本申请实施例并不限定承载块331及限位块332的具体实施方式，例如承载块331及限位块332可以采用分体式设计，以适应不同规格的托盘2。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节设置。
于本申请的一实施例中，如图2A至图4C所示，定位结构34包括连接块341及定位柱342，连接块341设置于顶杆31的顶端，用于支撑托盘2；定位住342设置于顶杆31的顶端，托盘2的底部的定位部22包括开设在托盘2底面上的定位孔，定位柱342伸入定位孔内对托盘2进行定位。可选地，定位柱342的顶端为锥形圆台，定位孔为圆锥孔。
如图2A至图4C所示，连接块341由顶杆31的顶端一体向基座1的中部延伸设计，并且连接块341的延伸方向与基座1的径向平行设置，连接块341用于支撑托盘2。定位柱342可以一体成型于连接块341的端部，托盘2底部的定位部22可以是开设于托盘2底面的定位孔，当托盘2传输至工艺腔室内时，定位柱342伸入定位孔以对托盘2的位置进行校正，从而实现对托盘2位置进行精确定位。进一步的，定位柱342的顶端为锥形圆台，定位孔对应的设置为圆锥孔，从而进一步提高两者之间的定位效果。
需要说明的是，本申请实施例对于定位柱342及定位孔的形状并不限定，例如定位柱342为圆柱形结构，而定位孔为圆孔结构。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节设置。
于本申请的一实施例中，如图1、图4A至图5B所示，压盘机构4包括盖板41、多个连杆42及压盘驱动部(图中未示出)，盖板41位于基座1的上方，压盘驱动部通过多个连杆42与盖板41连接，用于通过多个连杆42以驱动盖板41升降。可选地，连杆42的顶端与盖板41连接，连杆42的底端设置有用于使盖板41压覆托盘2的配重块(图中未示出)。
如图1、图4A至图5B所示，盖板41具体可以为采用金属或非金属制成的圆盘状结构，盖板41上可以开设有多个与托盘2的容置槽21对应孔状结构，盖板41位于基座1的上方。连杆42具体可以为采用金属材质制成的杆状结构。多个连杆42均匀分布于盖板41的外周上。连杆42与盖板41配合压覆于托盘2上，以将待加工件100压紧在托盘2上。连杆42的顶端可通过螺接方式固定在盖板41上，但是本申请实施例并不以此为限。压盘驱动部同样可以采用汽缸结构或者丝杠结构，压盘驱动部通过多个连杆42与盖板41连接，用于通过多个连杆42驱动盖板41升降。连杆42的底端还可以设置有配重块，配重块自身的重力能给盖板41提供持续向下的压力，以确保盖板41对待加工件100有一个持续向下的压力，从而能有效防止待加工件100下方的氦气泄露影响工艺结果。在实际应用时，压盘驱动部可以带动盖板41下降并盖合于托盘2上，然后压盘驱动部继续收缩使得盖板41、连杆42及配重块通过自身重力压覆于托盘2上。采用上述设计，由于盖板41无需通过人工安装螺钉的方式设置于托盘2上，能有效节省人工成本，并且减少由于人为造成的误差，从而能有效提高生产效率。
需要说明的是，本申请实施例并非必须设置有配重块，压盘机构4也可以采用其它配重方式或者直接省略配重块的方式。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节设置。
于本申请的一实施例中，如图1及图2A所示，接盘环32上设置多个用于避让连杆42的避让槽321。具体来说，接盘环32的外缘开设有多个半圆形的避让槽321，多个连杆42可以分别穿过该避让槽321与配重块及压盘驱动部连接，在实际应用时由于设置有避让槽321能避免两者之间发生干涉，从而使得本申请实施例结构设计合理紧凑，还能有效降低故障率。
为了进一步说明本申请，以下将结合图6A及图6B对本申请实施例的具体实施方式说明如下。
如图2A至图3B、图6A及图6B所示，压盘机构4初始位置处于高位，接盘机构3初始位置处于低位。准备传输托盘2之前，接盘机构3的顶杆31顶起，机械手200将托盘2传输至基座1的上方位置，托盘2的边缘在触碰到限位结构33后机械手200停止传输，接盘机构3的顶杆31继续顶起或机械手200下降，使接盘机构3的顶杆31从机械手200上获取托盘2。在接盘机构3托起托盘2或机械手200下降的过程中，托盘2的定位部22通过定位结构34的定位柱342将托盘2的位置导正，之后机械手200沿图6A中所示的方向退出工艺腔室，接盘机构3带动托盘2下降，直至托盘2与接盘机构3完全脱离，具体参照如图6B所示。托盘2此时与基座1的上表面贴合，压盘机构4的盖板41由高位向下运动至低位以压覆在托盘2上。由于本申请实施例取消人工安装盖板41的工序，一方面缩短了传输托盘2的时间，另一方面还保证了装载托盘2的准确性和稳定性，从而提高工艺的效率及良率，进而大幅降低生产成本且提高经济效益。
基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种半导体工艺设备，包括如上述各实施例提供的半导体工艺设备的工艺腔室。
应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：
本申请实施例通过接盘机构将托盘放置于基座上，然后再由压盘机构压覆于托盘上以压紧待加工件，从而大幅减少人工装片时间。由于无需人工安装盖板，能大幅减少人工上片时间，从而增加单位时间内的产出效率，相应的由于上片技术不存在限制，使得本申请实施例还具备自动化功能的可拓展性。进一步的，由于压盘机构是通过自身重力盖合于托盘上，因此使得托盘的结构较为简单，且无需人工装配，从而大幅提高了生产效率及降低人工成本；以及由于盖板无需安装在托盘上，机械手仅传输托盘和待加工件即可，能有效降低机械手在运动过程中的负载重量，提高机械手传输托盘的稳定性，从而有效降低应用本申请实施例的半导体工艺设备的故障率。
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。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
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。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
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)

1.一种半导体工艺设备的工艺腔室，其特征在于，所述工艺腔室内设置有基座，所述基座用于承载能容置多个待加工件的托盘；
所述基座上设置有接盘机构，所述接盘机构能相对于所述基座升降，用于从机械手上获取所述托盘，并将所述托盘放置在所述基座上；
所述基座上还设置有压盘机构，所述压盘机构能相对于所述基座升降，用于压覆处于所述基座上的所述托盘。
2.如权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述接盘机构包括多个顶杆、接盘环、接盘驱动部，所述接盘环套设于所述基座的外周，多个所述顶杆均匀分布于所述接盘环上，用于支撑所述托盘，所述接盘驱动部与所述接盘环连接，用于驱动所述接盘环升降。
3.如权利要求2所述的工艺腔室，其特征在于，至少一个所述顶杆的顶端设置有限位结构，所述限位结构用于与所述托盘的边缘配合对所述托盘进行限位；至少一个所述顶杆的顶端设置有定位结构，所述定位结构用于与所述托盘底部的定位部配合对所述托盘进行定位。
4.如权利要求3所述的工艺腔室，其特征在于，所述限位结构包括有承载块及限位块，所述承载块设置于所述顶杆的顶端，用于支撑所述托盘；所述限位块设置于所述承载块上，用于止挡所述托盘的边缘。
5.如权利要求3所述的工艺腔室，其特征在于，所述定位结构包括连接块及定位柱，所述连接块设置于所述顶杆的顶端，用于支撑所述托盘；所述定位柱设置在所述连接块上，所述托盘底部的定位部包括开设在所述托盘底面上的定位孔，所述定位柱伸入所述定位孔内对所述托盘进行定位。
6.如权利要求5所述的工艺腔室，其特征在于，所述定位柱的顶端为锥形圆台，所述定位孔为圆锥孔。
7.如权利要求2所述的工艺腔室，其特征在于，所述压盘机构包括盖板、多个连杆、压盘驱动部，所述盖板位于所述基座的上方，所述压盘驱动部通过所述多个连杆与所述盖板连接，用于通过所述多个连杆驱动所述盖板升降。
8.如权利要求7所述的工艺腔室，其特征在于，所述连杆的顶端与所述盖板连接，所述连杆的底端设置有用于使所述盖板压覆所述托盘的配重块。
9.如权利要求7所述的工艺腔室，其特征在于，所述接盘环上设置有多个用于避让所述连杆的避让槽。
10.一种半导体工艺设备，其特征在于，包括如权利要求1至9的任一所述的半导体工艺设备的工艺腔室。
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