CN111900118B - 晶圆转移机构、半导体制造设备以及晶圆转移方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆转移机构、半导体制造设备以及晶圆转移方法，该晶圆转移机构包括聚焦环和举升组件，聚焦环设置在半导体制造设备上，并且聚焦环套装在半导体制造设备的静电卡盘的外侧且靠近静电卡盘的顶部设置，聚焦环的内侧和静电卡盘的顶面合围形成用于放置晶圆的收容空间，举升组件设置在聚焦环上，举升组件用于与晶圆配合，以使晶圆进入或离开收容空间。通过将举升组件设置在聚焦环上，从而实现了静电卡盘的无孔结构，进而保证了静电卡盘温度的均一性，进而提高了晶圆的良品率。

Description

晶圆转移机构、半导体制造设备以及晶圆转移方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶圆转移机构。本发明还涉及一种半导体制造设备。本发明还涉及一种晶圆转移方法。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

半导体通过半导体设备进行制造，在半导体器件的制造过程中，为了在作为基板的晶圆上进行淀积、蚀刻等工艺处理，一般通过静电卡盘(Electric Static Chuck，简称ESC)产生静电力吸持来固定和支撑晶圆，同时，静电卡盘能够维持晶圆温度的均一性，以提高晶圆制造的良品率。

但是，静电卡盘包括用于晶圆转移的举升器，举升器的提升杆以可移动的方式穿设于静电卡盘的过孔，由于举升器与静电卡盘的其它部件在温度的均一性上存在差异，使得静电卡盘的温度均一性受到影响，从而导致晶圆的聚合物进行沉淀时会根据温度变化产生CD偏差(critical demension，关键尺寸)，进而影响晶圆制造的良品率。

发明内容

本发明的第一方面提出了一种晶圆转移机构，用于半导体制造设备，所述晶圆转移机构包括：

聚焦环，所述聚焦环设置在所述半导体制造设备上，并且所述聚焦环套装在所述半导体制造设备的静电卡盘的外侧且靠近所述静电卡盘的顶部设置，所述聚焦环的内侧和所述静电卡盘的顶面合围形成用于放置晶圆的收容空间；

举升组件，所述举升组件设置在所述聚焦环上，所述举升组件用于与所述晶圆配合，以使所述晶圆进入或离开所述收容空间。

本发明的第二方面提出了一种半导体制造设备，用于晶圆的加工，所述半导体制造设备包括：

晶圆转移机构，所述晶圆转移机构为根据如上所述的晶圆转移机构；

静电卡盘，所述静电卡盘与所述晶圆转移机构配合以形成所述收容空间，所述举升组件能够使所述晶圆进入或离开所述收容空间；

加工机构，所述加工机构用于对所述晶圆进行加工。

本发明的第三方面提出了一种晶圆转移方法，该晶圆转移方法通过如上所述的半导体制造设备来实施，所述晶圆转移方法包括如下步骤：

移动晶圆至聚焦环的上方；

驱动举升组件上升，使得晶圆与举升组件配合；

驱动举升组件下降，使得晶圆进入聚焦环和静电卡盘形成的收容空间内；

启动加工机构对进入收容空间内的晶圆进行加工；

驱动举升组件上升，使得加工完成的晶圆离开收容空间；

移动晶圆，使晶圆与举升组件分离；

驱动举升组件下降，使得举升组件复位。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明实施方式的晶圆转移机构用于半导体制造设备的结构示意图(半导体制造设备仅示出静电卡盘)；

图2为图1中所示晶圆转移机构处于第一状态的局部结构示意图(晶圆处于未装载的状态)；

图3为图1中所示晶圆转移机构处于第二状态的局部结构示意图(晶圆与举升结构配合且处于未装载过程中的状态)；

图4为图1中所示晶圆转移机构处于第三状态的局部结构示意图(晶圆与举升结构配合且处于装载完成的状态)；

图5为图1中所示晶圆转移机构另一视角的结构示意图；

图6为图5中所示晶圆转移机构的聚焦环的结构示意图；

图7为图6中所示聚焦环的B向结构视图；

图8为图6中所示聚焦环的C向结构示意图；

图9为图6中所示聚焦环A-A部的剖面视图；

图10示意性地示出了根据本发明实施方式的晶圆转移方法的流程图。

附图标记如下：

10为晶圆；

20为聚焦环，21为缺口，22为承托槽；

30为举升组件；

31为可动件，311为承托结构，32为提升杆；

40为静电卡盘。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1至图10所示，根据本发明的实施方式，本发明提出了一种晶圆转移机构，用于半导体制造设备，晶圆转移机构包括聚焦环20和举升组件30，聚焦环20设置在半导体制造设备上，并且聚焦环20套装在半导体制造设备的静电卡盘40的外侧且靠近静电卡盘40的顶部设置，聚焦环20的内侧和静电卡盘40的顶面合围形成用于放置晶圆10的收容空间，举升组件30设置在聚焦环20上，举升组件30用于与晶圆10配合，以使晶圆10进入或离开收容空间。

具体地，当晶圆转移机构用于半导体制造设备时，聚焦环20套装在半导体制造设备的静电卡盘40的顶端的径向外侧，聚焦环20的内侧以及静电卡盘40的顶面合围形成收容空间，当需要对晶圆10进行加工时，举升组件30处于升起状态，晶圆10被放置在举升组件30上，举升组件30下降，使得晶圆10进入到收容空间，直至晶圆10抵靠在静电卡盘40上，聚焦环20的内侧对晶圆10的边缘形成遮挡，半导体制造设备对晶圆10进行加工，当晶圆10加工完毕后，举升组件30升起，使得晶圆10与静电底盘分离且离开收容空间，再将举升组件30上的晶圆10移走即可。通过将举升组件30设置在聚焦环20上，从而实现了静电卡盘40的无孔结构，进而保证了静电卡盘40温度的均一性，进而提高了晶圆10的良品率。

需要理解的是，当对晶圆10进行加工时，聚焦环20的内侧面对晶圆10的边缘形成遮挡，并且聚焦环20与晶圆10不接触，将举升组件30设置在聚焦环20上，举升组件30不会对静电卡盘40的温度均一性造成影响，从而提高了晶圆10制造的良品率。

需要指出的是，举升组件30设置在聚焦环20上，举升组件30上具有可活动的部件，晶圆10与可活动的部件配合，通过可活动部件的升降来实现晶圆10的转移，从而提高了晶圆10转移的便捷性，使得晶圆10的加工效率得到了提高。

另外，聚焦环20对晶圆10的边缘形成遮挡防止边缘部分等离子分布不均匀，保证了晶圆10的加工质量。

进一步理解的是，如图1和图5所示，举升组件30至少为两个，各个举升组件30沿聚焦环20的周向间隔设置且同步升降。具体地，当需要对晶圆10进行加工时，晶圆10对应设置在静电卡盘40的上方，各个举升组件30相对聚焦环20同步升起，晶圆10分别与各个举升组件30配合，举升组件30同步下降，从而使晶圆10被装载至聚焦环20与静电卡盘40的顶面形成的收容空间内且抵靠在静电卡盘40的顶面上，当晶圆10加工完毕后，各个举升组件30再次同步升起，使得晶圆10离开收容空间，以便将加工完毕的晶圆10移走。通过设置多个举升组件30保证了晶圆10装载过程的稳定性，进而保证了晶圆10装载位置，使得晶圆10的加工质量得到了进一步地保证。

需要指出的是，当举升组件30的数量为多个时，各个举升组件30沿聚焦环20的周向等间隔设置，当各举升组件30用于装载晶圆时能够进一步保证晶圆10装载的稳定性，使得晶圆10的装载精度得到了保证。

本申请中，举升组件30的数量为两个，两个举升组件30沿聚焦环20的周向间隔180°，在保证晶圆10装载精度的基础上，有效简化了晶圆转移机构的整体结构，降低了晶圆转移机构的制造成本。

在其它实施方式中，举升组件30的数量为三个，三个举升组件30沿聚焦环20的周向等间隔设置，相邻两个举升组件之间的间隔角度为120°，通过设置三个举升结构，进一步提高了晶圆10装载过程的稳定性，使得晶圆10的加工质量得到了进一步地保证。

进一步地，举升组件30包可动件31，该可动件31用于与晶圆10配合。具体地，如图1至图4所示，可动件31能够相对聚焦环20升降，当需要对晶圆10进行加工时，晶圆10对应设置在静电卡盘40的上方，可动件31相对聚焦环20升起，晶圆10与可动件31配合，通过控制可动件31下降，从而使晶圆10被装载至聚焦环20与静电卡盘40的顶面形成的收容空间内且抵靠在静电卡盘40的顶面上，当晶圆10加工完毕后，可动件31再次升起，使得晶圆10离开收容空间，以便将加工完毕的晶圆10移走。通过设置可动件31实现了晶圆10加工过程中的转移，从而提高了晶圆10的加工效率，降低了晶圆10的制造成本。另外，可动件31设置在聚焦环20上，实现了静电卡盘40的无孔结构，从而保证了静电卡盘40的温度均一性，使得晶圆10的质量良品率得到了提高。

进一步地，如图1至图4所示，举升组件30还包括提升杆32和驱动件(未示出)，聚焦环20与提升杆32对应的位置开设有过孔(未示出)，提升杆32以可移动的方式穿设于过孔，提升杆32与可动件31连接，驱动件与提升杆32传动连接。具体地，聚焦环20上设有过孔，提升杆32穿过过孔，提升杆32的两端分别与驱动件和可动件31连接，驱动件能够驱动提升杆32相对过孔移动，当需要对晶圆10进行装载时，驱动件驱动提升杆32相对过孔移动，使得可动件31升起且与晶圆10配合，配合完毕后，驱动件驱动提升杆32在相对过孔反向移动，使得可动件31下降，实现对晶圆10的装载。通过在聚焦环20上设置过孔，实现了提升杆32与可动件31的驱动以及静电卡盘40的无孔结构，保证了静电卡盘40的温度均一性，进一步提高了晶圆10制造的成品率。另外，聚焦环20、可动件31、提升杆32以及驱动件设置方式，能够使得整体结构紧凑，有效提高了空间利用率。

需要理解的是，可动件31设置在聚焦环20远离静电卡盘40的一侧，通过提升杆32相对过孔移动使得可动件31升降，以对晶圆10进行转移，提高了晶圆10转移的效率，进而降低了晶圆10的制造成本。

需要指出的是，驱动件与提升杆32可以为一体结构，也可以为分体式结构，当驱动件和提升杆32为一体式结构时，该一体式结构为气缸或油缸等，从而使得举升组件30的结构紧凑，减少了所占用的空间；当驱动件和提升杆32为分体式结构时，提升杆32为螺杆，驱动件为电机，电机的转轴通过齿轮等部件与螺杆啮合传动，电机启动驱动螺杆转动且相对过孔移动，分体式结构便于实现部件的单独维修和更换，从而有效降低了设备的维修成本。

进一步地，提升杆32的数量为多个，各提升杆32沿可动件31的延伸方向间隔设置，过孔与提升杆32对应设置。具体地，各个提升杆32分别与可动件31连接，并且每一个提升杆32穿设一个过孔，通过设置多个提升杆32，从而提高了可动件31运动过程中的稳定性，进而保证了晶圆10的转移精度，使得晶圆10的加工精度得到了保证。另外，设置多个提升杆32，能够提高可动件31的承载能力，保证了可动件31的转移速率，从而保证了晶圆10加工的有效进行。

需要理解的是，各提升杆32沿可动件31的延伸方向间隔设置，在本申请中，相邻两个提升杆32之间所间隔的距离相等，从而保证了各个提升杆32受力均匀，避免出现任一提升杆32产生应力集中而损坏的情况，进而降低了设备的维护成本。

需要指出的是，驱动件的数量可以为一个，驱动件与各个提升杆32中的至少一个传动连接，从而保证可动件31的升降动作，进而降低了设备的制造成本；驱动件的数量还可以与提升杆32的数量一致，即每一个提升杆32均对应设置一个驱动件，从而保证了可动件31具有强大的提升能力，保证了对晶圆10转移的有效进行。

进一步地，如图6所示，聚焦环20对应可动件31的位置开设有缺口21，可动件31的形状与缺口21的形状相适配，可动件31收容于缺口21时，可动件31的外表面与聚焦环20的外表面平齐。具体地，缺口21开设在聚焦环20上，缺口21的形状与可动件31的形状相适配，当可动件31处于未升起状态时，可动件31设置在缺口21内，可动件31的外表面与聚焦环20的外表面平齐，即可动件31将缺口21位置填充，使得聚焦环20形成完整的环状结构，从而保证了聚焦环20外观结构的完整性，进而保证了聚焦环20对晶圆10的遮挡效果，使得晶圆10的加工质量得到了保证。

需要理解的是，缺口21的尺寸与可动件31的尺寸相适配，当可动件31设置在缺口21内时，可动件31与缺口21之间的间隙满足生产过程中的使用需求，以避免对晶圆10加工过程的影响。需要指出的是，可动件31的材料与聚焦环20的材料一致，以避免两者材料不一致而影响晶圆10加工的情况。另外，缺口21自聚焦环20的内侧向聚焦环20的径向外侧方向开设，从而保证了通过可动件31的升降而实现将晶圆10装载至聚焦环20与静电卡盘40之间所形成的收容空间内。

进一步地，如图1所示，可动件31上设有承托结构311，该承托结构311用于承托晶圆10。具体地，承托结构311形成于可动件31上，并且承托结构311位于可动件31的边缘，当可动件31对晶圆10进行承托时，晶圆10的边缘设置在承托结构311上，承托结构311对晶圆10的支撑，通过驱动件和提升杆32驱动可动件31运动，从而实现对晶圆10的转移操作，进而提高了晶圆10的加工效率。

需要指出的是，承托结构311为槽状结构，该槽状结构开设在可动件31朝向聚焦环20径向内侧的端面上，该槽状结构的纵向截面(沿聚焦环20周向的截面)近似为L型，L型的底面用于承托晶圆10的边缘，可动件31升降能够有效保证对晶圆10的承托，从而实现对晶圆10的转移。

具体地，缺口21为楔形结构。缺口21朝向晶圆10的端口为大端，缺口21远离晶圆10的端口为小端，可动件31的形状与缺口21的形状相适配，即可动件31为楔形块结构，当晶圆10装载完成后，可动件31收容在缺口21内，楔形块与楔形结构相配合，避免可动件31下降过程中从缺口21脱出，保证了将晶圆10装载到位，保证了晶圆10加工的有效进行。

另外，如图7和图9所示，在聚焦环20上设有承托槽22，该承托槽22与槽状结构连通，并且承托槽22的结构与槽状结构相一致，当可动件31收容于缺口21内时，承托槽22沿聚焦环20的周向设置且为完整的结构(槽状结构将缺口21的位置补充完整)，承托槽22用于对晶圆10的边缘进行承托，从而提高了晶圆10放置的稳定性。

本发明还提出了一种半导体制造设备，如图1至图10所示，用于晶圆10的加工，半导体制造设备包括晶圆转移机构、静电卡盘40和加工机构，晶圆转移机构为根据如上的晶圆转移机构，静电卡盘40与晶圆转移机构配合以形成收容空间，举升组件30能够使晶圆10进入或离开收容空间，加工机构用于对晶圆10进行加工。

具体地，晶圆转移机构的聚焦环20套装在半导体制造设备的静电卡盘40的顶端的径向外侧，聚焦环20的内侧以及静电卡盘40的顶面合围形成收容空间，当需要对晶圆10进行加工时，举升组件30处于升起状态，晶圆10被放置在举升组件30上，举升组件30下降，使得晶圆10进入到收容空间，直至晶圆10抵靠在静电卡盘40上，聚焦环20的内侧对晶圆10的边缘形成遮挡，半导体制造设备对晶圆10进行加工，当晶圆10加工完毕后，举升组件30升起，使得晶圆10与静电底盘分离且离开收容空间，再将举升组件30上的晶圆10移走即可。通过将举升组件30设置在聚焦环20上，从而实现了静电卡盘40的无孔结构，进而保证了静电卡盘40温度的均一性，进而提高了晶圆10的良品率。

另外，上述半导体制造设备的其它的各部分结构请参考现有技术，在此不再赘述。

如图1至图9所示，本发明另外提出了一种晶圆转移方法，该晶圆转移方法通过如上的半导体制造设备来实施，晶圆转移方法包括如下步骤：

移动晶圆至聚焦环的上方。具体地，半导体制造设备的取放机构(例如机械手等)将晶圆放置在半导体制造设备的腔室内，并且使得晶圆与位于腔室内的静电卡盘同轴设置。

驱动举升组件上升，使得晶圆与举升组件配合。具体地，驱动件驱动提升杆相对过孔运动，使得可动件升起，当可动件到达第一预设位置时，可动件承托在晶圆的边缘，取放机构与晶圆分离。

需要指出的是，可动件的第一预设位置即为可动件的举升上止点，从而保证了可动件的运动行程，提高了控制的精度。

驱动举升组件下降，使得晶圆进入聚焦环和静电卡盘形成的收容空间内。具体地，驱动件驱动提升杆相对过孔反向运动(与举升时的运动方向相反)，使得可动件下降，当可动件收容在缺口内时，晶圆被有效防止在聚焦环与静电卡盘所形成的收容空间内，从而便于对晶圆的加工。

需要指出的是，可动件的第二预设位置即为可动件的举升下止点，缺口的楔形结构对可动件的下降下止点进行控制，从而保证了可动件的下降位置，进而保证了晶圆的装载精度，使得晶圆的加工精度得到了保证。

启动加工机构对进入收容空间内的晶圆进行加工。加工机构为刻蚀机构等，通过加工机构对晶圆的加工，从而实现了半导体的制造。

驱动举升组件上升，使得加工完成的晶圆离开收容空间。当晶圆加工完成后，驱动件驱动提升杆相对过孔运动，使得可动件进行举升动作，通过可动件的举升动作，实现了晶圆与静电卡盘的分离，从而提高了晶圆的加工效率。

移动晶圆，使晶圆与举升组件分离。取放机构与晶圆配合，取放机构移动使得晶圆与可动件分离，从而实现将加工完成的晶圆移除，保证了晶圆加工的连续进行，以提高生产的效率。

驱动举升组件下降，使得举升组件复位。具体地，可动件复位，为晶圆的再次转移做好准备，从而有效提高了加工的效率，进而降低了制造的成本。

根据本发明的晶圆转移方法，通过将举升组件设置在聚焦环上，从而实现了静电卡盘的无孔结构，进而保证了静电卡盘温度的均一性，进而提高了晶圆的良品率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种晶圆转移机构，用于半导体制造设备，其特征在于，所述晶圆转移机构包括：

聚焦环，所述聚焦环设置在所述半导体制造设备上，并且所述聚焦环套装在所述半导体制造设备的静电卡盘的外侧且靠近所述静电卡盘的顶部设置，所述聚焦环的内侧和所述静电卡盘的顶面合围形成用于放置晶圆的收容空间；

举升组件，所述举升组件设置在所述聚焦环上，所述举升组件至少为两个，各所述举升组件沿所述聚焦环的周向间隔设置且同步升降，所述举升组件包括可动件，所述可动件用于与所述晶圆配合，以使所述晶圆进入或离开所述收容空间，所述可动件上设有承托结构，所述承托结构为槽状结构，所述槽状结构开设在所述可动件朝向所述聚焦环径向内侧的端面上，所述槽状结构用于承托所述晶圆；

所述聚焦环对应所述可动件的位置开设有缺口，所述可动件的形状与所述缺口的形状相适配，所述可动件收容于所述缺口时，所述可动件的外表面与所述聚焦环的外表面平齐；

所述聚焦环上还设有承托槽，所述承托槽与所述槽状结构连通，并且所述承托槽的结构与所述槽状结构相一致，当所述可动件收容于缺口内时，所述承托槽沿所述聚焦环的周向设置，所述槽状结构将所述缺口的位置补充完整，所述承托槽用于对所述晶圆的边缘进行承托。

2.根据权利要求1所述的晶圆转移机构，其特征在于，所述举升组件还包括：

提升杆，所述聚焦环与所述提升杆对应的位置开设有过孔，所述提升杆以可移动的方式穿设于所述过孔，所述提升杆与所述可动件连接；

驱动件，所述驱动件与所述提升杆传动连接。

3.根据权利要求2所述的晶圆转移机构，其特征在于，所述提升杆的数量为多个，各所述提升杆沿所述可动件的延伸方向间隔设置，所述过孔与所述提升杆对应设置。

4.一种半导体制造设备，用于晶圆的加工，其特征在于，所述半导体制造设备包括：

晶圆转移机构，所述晶圆转移机构为根据权利要求1至3任一项所述的晶圆转移机构；

静电卡盘，所述静电卡盘与所述晶圆转移机构配合以形成所述收容空间，所述举升组件能够使所述晶圆进入或离开所述收容空间；

加工机构，所述加工机构用于对所述晶圆进行加工。

5.一种晶圆转移方法，该晶圆转移方法通过如权利要求4所述的半导体制造设备来实施，其特征在于，所述晶圆转移方法包括如下步骤：

移动晶圆至聚焦环的上方；

驱动举升组件上升，使得晶圆与举升组件配合；

驱动举升组件下降，使得晶圆进入聚焦环和静电卡盘形成的收容空间内；

启动加工机构对进入收容空间内的晶圆进行加工；

驱动举升组件上升，使得加工完成的晶圆离开收容空间；

移动晶圆，使晶圆与举升组件分离；

驱动举升组件下降，使得举升组件复位。

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