CN111952139B - 半导体制造设备及半导体制造方法 - Google Patents

半导体制造设备及半导体制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的半导体制造设备及半导体制造方法，包括多个真空腔室、缓冲装置及机械手，其中一个真空腔室用作传输腔室，其余真空腔室用作功能腔室环绕设置在传输腔室周围，缓冲装置设置在至少一个真空腔室中，用于承载晶片，真空机械手设置在传输腔室中，用于在任意两个功能腔室之间传递晶片，且能够将晶片传递至所述缓冲装置上。通过将缓冲装置设置在真空腔室中，延长晶片在真空状态下的时间，由于真空腔室的真空度远高于工厂抽气的真空度，因此对残气的处理效果更优，另外，由于缓冲装置设置在真空腔室，晶片在残气处理之前不会与空气中的水汽接触，从而避免影响晶片质量。

Description

半导体制造设备及半导体制造方法
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种半导体制造设备及半导体制造方法
背景技术
在集成电路的制造工艺中，刻蚀机是必不可少的设备。图1所示为一种常见的刻蚀设备的结构图，在刻蚀机工艺完成后，晶片通过传输平台1中的真空第一机械手从工艺腔2进入晶片中转站3，然后装卸腔室4中的大气第一机械手将其传回晶片装载盒5上的片盒6中，这一片晶片完成加工。由于在工艺腔中对Cl2和HBr等工艺气体的使用，完成工艺的晶片表面会有残余的工艺气体，Cl2和HBr与大气中的水蒸汽结合形成强烈腐蚀性的酸，容易对装载盒5造成严重腐蚀，损坏装载盒5的电路板，导致机台无法正常运行，残余气体形成的腐蚀性物质腐蚀装载盒5的外壳，形成颗粒的来源，影响晶片的质量。
现有技术提供了一种解决残余气体滞留的结构。图2a为现有技术提供的一种具有中转结构的刻蚀设备的结构图，图2b为图2a中采用的中转结构的结构图。如图2a-图2b所示，在装载盒5的上部增加一个晶片的中转结构7，中转结构7为独立装置，中转结构7包括晶片支撑架71、外壳72、匀流板73以及排风接口74，排风接口74用于连接工厂中的排风(Exhaust)。完成工艺的晶片8在进入片盒6之前，会在该中转结构7中停留一定时间，利用排风设备将晶片8表面的残余气体抽走，降低晶片8的残余气体，从而降低晶片8表面残余气体对装载盒5的腐蚀作用，降低晶片8的颗粒风险。
但是，在上述结构中，至少存在如下问题：
其一，新增的中转结构用于对残气的处理，通过工厂抽取残气，对零件的洁净度要求较高，且易造成晶片的污染；
其二，由于中转结构是独立设置在中转腔室的上方的，因此，完成工艺的晶片在由中转腔室进入中转结构之前，会先经过EFEM，再将晶片传入中转机构，而晶片在EFEM中会与空气中水汽接触，影响晶片质量。
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，提出了一种半导体制造设备及半导体制造方法。
为解决上述问题，本发明提供了一种半导体制造设备，包括多个真空腔室，其中一个真空腔室用作传输腔室，其余真空腔室用作功能腔室环绕设置在所述传输腔室周围，其还包括：
缓冲装置，设置在至少一个所述真空腔室中，用于承载晶片；
真空机械手，设置在所述传输腔室中，用于在所述功能腔室之间传递晶片，且能够将晶片传递至所述缓冲装置上。
进一步地，所述缓冲装置包括用于承载已完成加工的晶片的第一支架，和用于承载未完成加工的晶片的第二支架；所述第一支架和第二支架位于同一所述真空腔室中；或者，位于不同的所述真空腔室中。
进一步地，所述第一支架为一个或者多个，且多个所述第一支架位于同一所述真空腔室中；或者，位于不同的所述真空腔室中；
所述第二支架为一个或者多个，且多个所述第二支架位于同一所述真空腔室中；或者，位于不同的所述真空腔室中。
进一步地，在所述传输腔室中设置有至少一个所述第一支架和至少一个所述第二支架；并且，所述传输腔室在水平面上的正投影形状为多边形，每个所述第一支架和每个所述第二支架均位于所述多边形的拐角处。
进一步地，其中两个所述功能腔室分别用作第一中转腔室和第二中转腔室，其余所述功能腔室用作工艺腔室，其中，所述第一支架设置在所述第一中转腔室中；所述第二支架设置在所述第二中转腔室中。
进一步地，所述第一支架和第二支架各自均包括：
沿圆周方向间隔设置的至少两个支撑体，且在每个所述支撑体上沿竖直方向间隔设置有多个凹槽，并且至少两个支撑体上的每个凹槽一一对应地设置，用以共同支撑一个晶片。
进一步地，所述支撑体的顶端与其所在所述真空腔室的顶部内壁之间的竖直间距大于等于3mm。
进一步地，在每个所述支撑体上设置的所述凹槽的数量大于等于所述功能腔室的数量。
作为本发明的另一方面，本发明还提供了一种半导体制造方法，其采用本发明提供的半导体制造设备加工晶片，该半导体制造方法包括：
利用所述真空机械手将未加工的晶片传输至功能腔室中，以对所述晶片进行加工；
利用所述真空机械手将已完成工艺的晶片自所述功能腔室中取出，并传递至所述缓冲装置所在的所述真空腔室中，并将该晶片放置在该缓冲装置上，且停留预定时间，以去除所述晶片上的残气。
进一步地，所述缓冲装置包括用于承载已完成加工的晶片的第一支架，和用于承载未完成加工的晶片的第二支架；在所述传输腔室中设置有至少一个所述第一支架和至少一个所述第二支架；
在所述利用所述真空机械手将未加工的晶片传输至功能腔室中，以对所述晶片进行加工的步骤中，具体包括：在所述功能腔室对晶片进行加工的同时，利用所述真空机械手将未加工的晶片传输至所述第二支架上；
在所述利用所述真空机械手将已完成工艺的晶片自所述功能腔室中取出，并传递至所述缓冲装置所在的所述真空腔室中，并将该晶片放置在该缓冲装置上，且停留预定时间，以去除所述晶片上的残气的步骤中，具体包括：将完成加工的晶片放置在所述第一支架上去除残气，并将下一个所述未加工的晶片传输至所述功能腔室中进行加工。
进一步地，所述缓冲装置包括用于承载已完成加工的晶片的第一支架，和用于承载未完成加工的晶片的第二支架；两个所述功能腔室分别用作第一中转腔室和第二中转腔室，其余所述功能腔室用作工艺腔室，其中，所述第一支架设置在所述第一中转腔室中，所述第二支架设置在所述第二中转腔室中；
在所述利用所述真空机械手将未加工的晶片传输至功能腔室中，以对所述晶片进行加工的步骤中，具体包括：利用大气机械手将未加工的晶片传输至所述第二支架上，将所述第二中转腔室维持大气状态；利用真空机械手将所述未加工的晶片自所述第二支架传输至所述工艺腔室中，并将所述第二中转腔室维持在真空状态；
在所述利用所述真空机械手将已完成工艺的晶片自所述功能腔室中取出，并传递至所述缓冲装置所在的所述真空腔室中，并将该晶片放置在该缓冲装置上，且停留预定时间，以去除所述晶片上的残气的步骤中，具体包括：将完成加工的晶片放置在所述第一支架上去除残气，将所述第一中转腔室维持在真空状态，并且，将所述第一中转腔室在预定时间之后恢复大气状态。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的半导体制造设备，包括多个真空腔室、缓冲装置及机械手，其中一个真空腔室用作传输腔室，其余真空腔室用作功能腔室环绕设置在传输腔室周围，缓冲装置设置在至少一个真空腔室中，用于承载晶片，真空机械手设置在传输腔室中，用于在任意两个功能腔室之间传递晶片，且能够将晶片传递至所述缓冲装置上。通过将缓冲装置设置在真空腔室中，延长晶片在真空状态下的时间，由于真空腔室的真空度远高于工厂抽气的真空度，因此对残气的处理效果更优，另外，由于缓冲装置设置在真空腔室，晶片在残气处理之前不会与空气中的水汽接触，从而避免影响晶片质量。
本发明提供的半导体制造方法，采用本发明提供的半导体制造设备加工晶片，该方法包括：利用真空机械手将未加工的晶片传输至功能腔室中，以对晶片进行加工；利用真空机械手将已完成工艺的晶片自功能腔室中取出，并传递至缓冲装置所在的真空腔室中，并将该晶片放置在该缓冲装置上，且停留预定时间，以去除晶片上的残气。由于去除晶片上的残气的步骤是在真空腔室中进行的，真空腔室的真空度远高于工厂抽气的真空度，因此对残气的处理效果更优，并且，晶片在残气处理结束之前均是在真空腔室中，故而不会与空气中的水汽接触，从而避免影响晶片质量。
附图说明
图1所示为一种常见的刻蚀设备的结构图；
图2a为现有技术提供的一种具有中转结构的刻蚀设备的结构图；
图2b为图2a中采用的中转结构的结构图；
图3为本发明实施例提供的一种半导体制造设备的结构图；
图4为本发明另一实施例提供的一种半导体制造设备的结构图；
图5a为本发明实施例采用的缓冲装置的俯视图；
图5b为本发明实施例采用的另一种缓冲装置的俯视图；
图5c为本发明实施例采用的支撑体的结构图；
图5d为本发明实施例采用的支撑体与真空腔室的位置关系图。
其中：
1-传输平台；11-机械手；2-工艺腔；3-中转站；4-装卸腔室；5-装载盒；6-片盒；7-中转结构；71-晶片支撑架；72-外壳；73-匀流板；74-排风接口；8-晶片；10-传输腔室；20-功能腔室；30-缓冲装置；31-第一支架；32-第二支架；300-支撑体。
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制造设备及半导体制造方法进行详细描述。
图3为本发明实施例提供的一种半导体制造设备的结构图。
如图3所示，本发明实施例提供了一种半导体制造设备，包括多个真空腔室，其中一个真空腔室用作传输腔室10，其余真空腔室用作功能腔室20环绕设置在传输腔室10周围，在传输腔室10中设置有真空机械手，用于在任意两个功能腔室20之间传递晶片，并且，本发明实施例提供的半导体制造设备还包括：
缓冲装置30，其设置在至少一个真空腔室中，用于承载晶片，此时，真空机械手还用于将晶片传递至缓冲装置30上。
其中，真空腔室指的是连接有真空泵，且通过真空泵能够维持其真空状态的腔室。
其中，功能腔室20指的是为了实现特定工艺或特定功能的腔室，例如，中转腔室和工艺腔室。
本发明实施例提供的半导体制造设备，通过在真空腔室中设置缓冲装置30，延长晶片在真空状态下的时间，相对现有技术而言，由于真空腔室的真空度远高于工厂抽气的真空度，因此，对残气的处理效果更优，另外，由于缓冲装置30设置在真空腔室，晶片在残气处理之前不会与空气中的水汽接触，从而避免影响晶片质量。
在本实施例中，如图3所示，缓冲装置30包括第一支架31和第二支架32。其中，第一支架31用于承载已完成加工的晶片，使已完成加工的晶片在第一支架31上去除残气；第二支架32用于承载未完成加工的晶片，用于对未完成加工的晶片在加工过程中进行缓存。
在本实施例中，如图3所示，第一支架31和第二支架32位于传输腔室10中，以便于机械手在传输腔室10中对晶片的抓取。当然，第一支架31和第二支架32也可以位于其它任意真空腔室中，例如，也可以将第一支架31和第二支架32设置于用于工艺的功能腔室中，此时，用于工艺的功能腔室不再用于进行工艺，而仅仅用于放置第一支架31和第二支架32。
需要说明的是，在图3所示实施例中，第一支架31和第二支架32均位于同一真空腔室中。但本发明并不局限于此，只要第一支架31和第二支架32位于真空腔室中，第一支架31和第二支架32也可以不在同一个真空腔室中。
本发明中，对第一支架31与第二支架32的个数并不做限定。即可以如图3所示，第一支架31的数量为一个，第二支架32的数量为一个；也可以如图4所示，缓冲装置的数量为3个以上，其中，第一支架的数量为多个，第二支架的数量为多个，或者，第一支架的数量为一个，第二支架的数量为多个，或者，第一支架的数量为多个，第二支架的数量为一个。当第一支架31和/或第二支架32的数量为多个时，多个第一支架31可以位于不同的真空腔室或者相同真空腔室中；多个第二支架32可以位于不同的真空腔室，或者相同真空腔室中。因此，只要确保第一支架31与第二支架32均位于真空腔室中即可。
可选地，如图3所示，在传输腔室10中设置有至少一个第一支架31和至少一个第二支架32。并且，传输腔室10在水平面上的正投影形状为多边形，此时，每个第一支架31和每个第二支架32均位于多边形的拐角处。
下面结合附图对第一支架31和第二支架32的具体结构进行详细介绍。图5c为本发明实施例采用的支撑体的结构图。如图5c所示，第一支架31和第二支架32各自均包括：沿圆周方向间隔设置的至少两个支撑体300，且在每个支撑体300上沿竖直方向间隔设置有多个凹槽，并且至少两个支撑体300上的每个凹槽一一对应地设置，用以共同支撑一个晶片。
优选地，如图5a和图5b所示，缓冲装置30包括三个或四个支撑体300。当支撑体300的数量为两个时，对晶片的支撑不够稳定；当支撑体300的数量超过四个时，对晶片的稳定性没有过多的提高，反而因为数量增加导致支撑体300的浪费。因此，优选地，缓冲装置30包括三个或四个支撑体300。
进一步地，每个支撑体300上凹槽的数量可根据需求自行设定。优选地，为提高传输效率，在每个支撑体300上设置的凹槽的数量大于等于功能腔室的数量。
为保证机械手11安全通过，如图5d所示，优选地，支撑体300的顶端与其所在真空腔室的顶部内壁之间的竖直间距大于等于3mm。
作为半导体制造设备的另一种实施方式，与前一实施例的区别在于，缓冲装置30的设置位置不同。在本实施例中，有两个功能腔室分别用作第一中转腔室和第二中转腔室，其中，第一支架31设置在第一中转腔室中，第二支架32设置在第二中转腔室中。
其中，所谓中转腔室，其一侧用于与真空状态的传输腔室连接，另一侧用于与大气状态的装卸腔室连接，因此，中转腔室需要连接真空泵，在中转腔室与真空状态的传输腔室连通时，真空泵维持中转腔室的真空状态，以使中转腔室与传输腔室共同形成的空间维持真空，而在中转腔室与大气状态的装卸腔室连通时，真空泵则停止工作，中转腔室保持为大气状态。
如前一实施例中所说，功能腔室也是真空腔室，通过在第一中转腔室21和第二中转腔室22中分别设置第一支架31和第二支架32，也能够达到延长晶片在真空状态下的时间的目的。
作为本发明的另一方面，本发明还提供了一种半导体制造方法，其采用本发明提供的半导体制造设备加工晶片，该半导体制造方法包括：
S1，利用真空机械手将未加工的晶片传输至功能腔室中，以对晶片进行加工；
S2，利用真空机械手将已完成工艺的晶片自功能腔室中取出，并传递至缓冲装置所在的真空腔室中，并将该晶片放置在该缓冲装置上，且停留预定时间，以去除晶片上的残气。
由于本发明中，去除晶片上的残气的步骤是在真空腔室中进行的，真空腔室的真空度远高于工厂抽气的真空度，因此对残气的处理效果更优，并且，晶片在残气处理结束之前均是在真空腔室中，故而不会与空气中的水汽接触，从而避免影响晶片质量。
在第一支架和第二支架设置在传输腔室中的方案中，即，缓冲装置包括用于承载已完成加工的晶片的第一支架，和用于承载未完成加工的晶片的第二支架，在传输腔室中设置有至少一个第一支架和至少一个第二支架。此时：
步骤S1具体包括：在功能腔室对晶片进行加工的同时，利用真空机械手将未加工的晶片传输述第二支架上。
步骤S2具体包括：将完成加工的晶片放置在第一支架上去除残气，并将下一个未加工的晶片传输至功能腔室中进行加工。
现有技术中，先将晶片传入功能腔室进行加工，加工完成后，将该晶片传出半导体制造设备，而后，再将下一个晶片传入功能腔室进行加工，也就是说，多个晶片之间是串行加工的，效率较低。在本实施例中，通过步骤S1-S2，利用当前晶片进行加工的时间，将下一个晶片传输至第二支架上进行等候，当前晶片传出功能腔室之后，立即将下一个晶片传入功能腔室进行工艺，缩短了功能腔室的等待时间，从而提高了工艺效率。
在第一支架和第二支架分别设置在第一中转腔室和第二中转腔室中的方案中，即，在缓冲装置包括用于承载已完成加工的晶片的第一支架，和用于承载未完成加工的晶片的第二支架，两个功能腔室分别用作第一中转腔室和第二中转腔室，其中，第一支架设置在第一中转腔室中，第二支架设置在第二中转腔室中，此时：
步骤S1具体包括，利用大气机械手将未加工的晶片传输至第二支架上，将第二中转腔室维持大气状态；利用真空机械手将未加工的晶片自第二支架传输至所述工艺腔室中，并将第二中转腔室维持在真空状态；
步骤S2具体包括，将完成加工的晶片放置在第一支架上去除残气，将第一中转腔室维持在真空状态，并且，将第一中转腔室在预定时间之后恢复大气状态。
需要说明的是，第一中转腔室可以是现有的腔室结构，本实施例在将第一支架设置在第一中转腔室中之后，需要通过改变连接至第一中转腔室的真空泵的运行方式，实现去除残气的目的，即，在步骤S2中，在将完成加工的晶片放置在第一支架上去除残气时，将第一中转腔室维持在真空状态，并使第一中转腔室在预定时间之后恢复大气状态，以使位于装载腔室中的大气机械手能够将已完成工艺的晶片取出。
下面针对附图3中提供的半导体制造设备的制造方法流程进行详细说明。
初始状态中，晶圆位于装载盒5中的片盒6中，装载盒5为大气状态；首先，利用大气机械手将片盒6上的第一片晶圆经过装载腔室4传递至装载中转站3中，将中转站3抽至真空状态之后，再利用真空机械手将中转站3中的第一片晶圆传递至工艺腔室进行工艺；在第一片晶圆进行工艺的同时，将第二片晶圆自片盒6、经过装载腔室4、中转站3传递至第一支架31上，等待第一片晶圆结束工艺；当第一片晶圆完成工艺，利用真空机械手将第一片晶圆自工艺腔室转移至第二支架32上，并将等待工艺的第二片晶圆自第一支架31传递至工艺腔室中，以对第二片晶圆进行工艺；当第一片晶圆在第二支架32上停留预定时间之后，通过真空机械手将第一片晶圆自第二支架32传递至处于真空状态的中转站3中，最后，将中转站3保持大气状态，再利用大气机械手将第一片晶圆传递至片盒6。后续晶圆均可参照第二片晶圆的流程，在等待工艺时将晶圆存放在第一支架31上，在工艺结束后将晶圆存放在第二支架32上进行残气去除。
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 (9)

1.一种半导体制造设备，包括多个真空腔室，其中一个真空腔室用作传输腔室，其余真空腔室用作功能腔室环绕设置在所述传输腔室周围，其特征在于，还包括：
缓冲装置，设置在所述传输腔室或用于工艺的所述功能腔室中，用于承载晶片，其中设置有所述缓冲装置的所述功能腔室不再用于进行工艺；所述缓冲装置包括第一支架和第二支架；所述第一支架用于承载已完成加工的晶片，使已完成加工的晶片在所述第一支架上去除残气；所述第二支架用于承载未完成加工的晶片，所述第二支架用于对未完成加工的晶片在加工过程中进行缓存；
真空机械手，设置在所述传输腔室中，用于在所述功能腔室之间传递晶片，且能够将晶片传递至所述缓冲装置上。
2.根据权利要求1所述的半导体制造设备，其特征在于，所述第一支架和第二支架位于同一所述功能腔室中；或者，位于不同的所述功能腔室中。
3.根据权利要求2所述的半导体制造设备，其特征在于，所述第一支架为一个或者多个，且多个所述第一支架位于同一所述功能腔室中；或者，位于不同的所述功能腔室中；
所述第二支架为一个或者多个，且多个所述第二支架位于同一所述功能腔室中；或者，位于不同的所述功能腔室中。
4.根据权利要求2或3所述的半导体制造设备，其特征在于，在所述传输腔室中设置有至少一个所述第一支架和至少一个所述第二支架；并且，所述传输腔室在水平面上的正投影形状为多边形，每个所述第一支架和每个所述第二支架均位于所述多边形的拐角处。
5.根据权利要求2所述的半导体制造设备，其特征在于，所述第一支架和第二支架各自均包括：
沿圆周方向间隔设置的至少两个支撑体，且在每个所述支撑体上沿竖直方向间隔设置有多个凹槽，并且至少两个支撑体上的每个凹槽一一对应地设置，用以共同支撑一个晶片。
6.根据权利要求5所述的半导体制造设备，其特征在于，所述支撑体的顶端与其所在所述真空腔室的顶部内壁之间的竖直间距大于等于3mm。
7.根据权利要求5所述的半导体制造设备，其特征在于，在每个所述支撑体上设置的所述凹槽的数量大于等于所述功能腔室的数量。
8.一种半导体制造方法，其特征在于，采用权利要求1-7中任一所述的半导体制造设备加工晶片，该半导体制造方法包括：
利用所述真空机械手将未加工的晶片传输至功能腔室中，以对所述晶片进行加工；
利用所述真空机械手将已完成工艺的晶片自所述功能腔室中取出，并传递至所述缓冲装置所在的所述传输腔室或用于工艺的所述功能腔室中，其中设置有所述缓冲装置的所述功能腔室不再用于进行工艺，并将该晶片放置在该缓冲装置上，且停留预定时间，以去除所述晶片上的残气；
其中，所述缓冲装置包括第一支架和第二支架；所述第一支架用于承载已完成加工的晶片，使已完成加工的晶片在所述第一支架上去除残气；所述第二支架用于承载未完成加工的晶片，所述第二支架用于对未完成加工的晶片在加工过程中进行缓存。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在所述传输腔室中设置有至少一个所述第一支架和至少一个所述第二支架；
在所述利用所述真空机械手将未加工的晶片传输至功能腔室中，以对所述晶片进行加工的步骤中，具体包括：在所述功能腔室对晶片进行加工的同时，利用所述真空机械手将未加工的晶片传输至所述第二支架上；
在所述利用所述真空机械手将已完成工艺的晶片自所述功能腔室中取出，并传递至所述缓冲装置所在的所述传输腔室或用于工艺的所述功能腔室中，其中设置有所述缓冲装置的所述功能腔室不再用于进行工艺，并将该晶片放置在该缓冲装置上，且停留预定时间，以去除所述晶片上的残气的步骤中，具体包括：将完成加工的晶片放置在所述第一支架上去除残气，并将下一个所述未加工的晶片传输至所述功能腔室中进行加工。
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