CN113345822A - 批处理用晶圆支撑架和加载互锁真空室 - Google Patents

批处理用晶圆支撑架和加载互锁真空室 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种批处理用晶圆支撑架，所述晶圆支撑架设置于加载互锁真空室，其特征在于，包括顶板、至少两根支撑柱和基板，所述支撑柱一端固定于所述顶板，另一端固定于所述基板；每一所述支撑柱沿其延伸方向上设置有多个垂直其延伸方向的支撑平台，多个所述支撑平台上处于同一平面的支撑平台用于放置一片晶圆。所述晶圆支撑架可一次运送多片晶圆，提升了晶圆运送的效率；并且在现有技术基础上，结合所述晶圆支撑架的特点重新设计了一种与之配套使用的加载互锁真空室。

Description

批处理用晶圆支撑架和加载互锁真空室
技术领域
本发明涉及半导体设备技术领域，特别涉及一种批处理用晶圆支撑架和加载互锁真空室。
背景技术
目前的晶圆支撑架只提供单片或者2片晶圆进行往复传片，晶圆进入的大致过程如下：
1、大气机械手从晶圆盒取片，设备前端模块(Equipment Front End Module，EFEM)内为微正压，转向到加载互锁真空室(Load-lock chamber，LL)方向，此时门阀打开，同时隔离阀关闭；
2、大气机械手将晶圆送入LL内支撑架上，大气机械手退出。门阀关闭。开启真空泵，抽至真空环境；
3、隔离阀打开，同时真空机械手转到LL方向，真空机械手上的托片进入LL内，取出晶圆，送至工艺腔内；
4、隔离阀关闭，气体扩散器启动，充气至微正压，当压力与EFEM内的压力接近时，打开门阀，至此，完成一个晶圆送入过程；
相应地，当成品的晶圆返回晶圆盒时，大致过程如下：
1、因传输腔(TransferModule，TM)内为真空，LL需要抽至真空，确保压力与TM内一致，此时隔离阀打开；
2、晶圆被送入LL内，真空机械手退出，关闭隔离阀；
3、LL内充气，当压力与EFEM内正压一致时，此时门阀打开。
4、大气机械手待命，进入LL内，取出晶圆，返回至晶圆盒，完成晶圆返回的过程。
可见，单片晶圆从进入至退出的整个过程周期很长。
因此，有必要提供一种晶圆支撑架，缩短晶圆进出的周期。
发明内容
本发明提供了一种晶圆支撑架和加载互锁真空室，新型改进的加载互锁真空室用于容置所述晶圆支撑架，所述晶圆支撑架可一次运送多片晶圆，提升了晶圆运送的效率；在现有技术基础上，结合所述晶圆支撑架的特点重新设计了一种与之配套使用的加载互锁真空室。
为实现上述目的和其他相关目的，本发明提供了一种批处理用晶圆支撑架，所述晶圆支撑架设置于加载互锁真空室，包括顶板、至少两根支撑柱和基板，所述支撑柱一端固定于所述顶板，另一端固定于所述基板；
每一所述支撑柱沿其延伸方向上设置有多个垂直其延伸方向的支撑平台，多个所述支撑平台上处于同一平面的支撑平台用于放置一片晶圆。
优选地，所述支撑平台为台阶状，包括第一台阶和第二台阶，所述第二台阶一端连接所述支撑柱的侧壁，另一端连接所述第一台阶的一端，所述第一台阶的另一端为自由端，在所述支撑柱的延伸方向上所述第一台阶的台阶面低于所述第二台阶的台阶面，晶圆放置于至少两根所述支撑平台上的所述第一台阶上，所述第一台阶和所述第二台阶的连接面作为第一挡边，用于晶圆边沿的定位。
优选地，所述第一台阶上设置有第一凹槽，所述第一凹槽用于放置支撑组件，所述支撑组件用于支撑晶圆。
优选地，所述第一凹槽设置于所述第一台阶的自由端，所述第一凹槽与所述自由端相对的侧壁上设置有沿所述支撑柱的延伸方向贯穿所述第一台阶的滑槽，所述第一凹槽底壁上设置有贯穿所述第一台阶的通槽，所述通槽由所述第一凹槽与所述自由端相对的侧壁延伸到所述自由端，所述滑槽与所述通槽连通。
优选地，所述支撑组件包括支撑块和固定块，所述固定块的形状与所述第一凹槽的形状相匹配，固定于所述第一凹槽中，所述支撑块固定于所述固定块上，所述支撑块用于支撑晶圆。
优选地，所述固定块与所述第一凹槽之间为过盈配合。
优选地，所述支撑块的形状为圆台，用于支撑晶圆的支撑面的面积小于用于连接所述固定块的连接面的面积。
优选地，所述基板的板面形状为圆形，其圆心上开设有中心对正孔，放置于多个所述支撑平台上处于同一平面的支撑平台上的晶圆的圆心与所述中心对正孔对准。
优选地，沿着所述基板的圆形板面一直径方向上开设有多个连接固定孔，所述连接固定孔用于将所述基板固定到所述加载互锁真空室。
优选地，所述基板在所述一直径方向的两侧开设有多个水平调整孔，所述水平调整孔用于通过螺栓调节所述基板的水平度。
优选地，所述基板上还开设有定位销孔，所述定位销孔用于所述支撑柱下端的定位。
优选地，所述支撑柱的下端开设有排气孔，所述排气孔与所述定位销孔相通。
优选地，所述顶板、所述支撑柱和所述基板为金属材料制成。
优选地，所述固定块由塑料制成，所述支撑块由石英或者蓝宝石制成。
优选地，所述支撑柱的数量为3个或4个。
优选地，所述顶板上设置有上连接孔，所述基板上设置有下连接孔，所述上连接孔和所述下连接孔用于将所述晶圆支撑架与所述加载互锁真空室的内侧壁连接。
优选地，所述顶板的形状为穹顶形状。
与现有技术相比，本发明提供的晶圆支撑架的优点在于：本发明提供的晶圆支撑架分层放置晶圆，包括多层，用于放置多片晶圆，提升了晶圆运送的效率，减少了充气和抽真空的次数。
作为上述晶圆支撑架的配套设计，本发明提供了一种加载互锁真空室，用于放置上述的晶圆支撑柱，所述加载互锁真空室包括由上到下依次连接并互通的上圆筒、腔室和下圆筒，以及设置在所述上圆筒顶部的气体扩散器和设置在所述下圆筒底部的提升机构，所述提升机构用于控制所述晶圆支撑架上下移动。
该加载互锁真空室的优点在于，在现有技术的腔室基础上增加上圆筒和下圆筒，即可完成改进，所述提升机构实现晶圆支撑架在上圆筒、腔室和下圆筒之间上下运动，取下和放置晶圆时只需将晶圆支撑架的该区域位于腔室内即可；所述气体扩散器用于充气和抽气。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的晶圆支撑架和加载互锁真空室应用的CVD设备示意图；
图2为本发明一实施例提供的加载互锁真空室示意图；
图3为本发明一实施例提供的加载互锁真空室放置晶圆支撑架的俯视示意图；
图4为本发明一实施例提供的晶圆支撑架示意图；
图5为本发明一实施例提供的晶圆支撑架俯视截面图；
图6为本发明一实施例提供的晶圆支撑架中支撑柱的示意图；
图7为本发明一实施例提供的晶圆支撑架中支撑柱与支撑组件配合的示意图；
图8为本发明一实施例提供的晶圆支撑架中支撑组件示意图。
具体实施方式
以下结合附图1-8和具体实施方式对本发明提出的批处理用晶圆支撑架和加载互锁真空室作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“高度”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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。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。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系。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。
本发明一实施例提供了一种批处理用晶圆支撑架和加载互锁真空室，该晶圆支撑架和加载互锁真空室应用于如图1所示的CVD设备。
如图1所示，该CVD设备分工艺腔104、传输腔105、设备前端模块110和晶圆传送盒111四个部分。若干个工艺腔104连接在传输腔105周围，组成一个密闭真空环境。晶圆102会由设备前端模块110内的大气机械手109取出，三轴联动旋转到合适的位置，面对加载互锁真空室107的方向，打开门阀108，大气机械手109将晶圆102送入加载互锁真空室107内的晶圆支撑架上，大气机械手退出。重复以上过程，将晶圆盒内的晶圆全部送入到加载互锁真空室107内的晶圆支撑架对应的层上，关闭门阀108，然后真空机械手旋转延伸至加载互锁真空室107，打开隔离阀106，取出晶圆，收缩旋转至腔室105内，随后旋转到工艺腔104的方向，在程序的控制下，打开阀门，送入工艺腔104内的托架上，真空机械手退出，完成晶圆传输过程。晶圆102在工艺腔104内通过一系列化学反应工艺之后，表面生长成一定厚度的薄膜。工艺完成后，晶圆从工艺腔104返回晶圆传送盒111。
该CVD设备用到的晶圆支撑架和容置其的加载互锁真空室107即为本发明提供的批处理用晶圆支撑架和加载互锁真空室。
参阅图5，本实施例提供的晶圆支撑架包括顶板501、至少两根支撑柱502和基板505，所述支撑柱502一端固定于所述顶板501，另一端固定于所述基板505；每一所述支撑柱502沿其延伸方向上设置有多个垂直其延伸方向的支撑平台503，多个所述支撑平台503上处于同一平面的支撑平台用于放置一片晶圆。晶圆支撑架分层放置晶圆，包括多层，用于放置多片晶圆，提升了晶圆运送的效率，减少了充气和抽真空的次数。层与层之间间隙(例如为10mm)需要保证大气端托片和真空侧托片进入和退出时上下不干涉。
并且，晶圆支撑架上设计有所述顶板501为穹顶形状，目的是加载互锁真空室107上面流出的气体可以经所述顶板501均匀地从边缘流下，而后经晶圆外表面流过，有效地减少了气流的正面冲击，从而减少扰流振动带来的颗粒污染。
在本实施例中，参阅图6，所述支撑平台503位台阶状，包括第一台阶1000a和第二台阶1000b，所述第二台阶1000b一端连接所述支撑柱502的侧壁，所述支撑柱502的侧壁作为第二挡边1005，另一端连接所述第一台阶1000a的一端，所述第一台阶1000a的另一端为自由端，在所述支撑柱502的延伸方向上所述第一台阶1000a的台阶面低于所述第二台阶1000b的台阶面，晶圆放置于多根所述支撑平台502上的所述第一台阶1000a上，所述第一台阶1000a和所述第二台阶1000b的连接面作为第一挡边1006，用于晶圆边沿的定位。晶圆在落片的过程中，或者在取片的过程中，亦或在提升过程中，如果偏离中心，出现微小地运动偏移时，所述第一挡边1006可以有效地阻止晶圆滑落。所述第二挡边1005作为相邻两个凸起之间的间隙，可以为机械手臂取下或者放置晶圆提供空间。放置晶圆时，晶圆需要从所述第二台阶1000a上方空间进入，待定位对准后晶圆落到第一台阶1000a上。
在本实施例中，参阅图6和图7，所述第一台阶1000a上设置有第一凹槽1002，所述第一凹槽1002用于放置支撑组件1008，所述支撑组件1008用于支撑晶圆。相比于直接放在所述第一台阶1000a上，将晶圆放置在所述支撑组件1008上可以减小与晶圆的接触面积。
并且，所述第一凹槽1002设置于所述第一台阶1000a的自由端，所述第一凹槽1002与所述自由端相对的侧壁上设置有沿所述支撑柱502的延伸方向贯穿所述第一台阶1000a的滑槽1001，所述第一凹槽1002底壁上设置有贯穿所述第一台阶1000a的通槽1004，所述通槽1004由所述第一凹槽1002与所述自由端相对的侧壁延伸到所述自由端，所述滑槽1001与所述通槽连通。所述滑槽1001与所述通槽1004的设置使得所述支撑组件1008便于装拆，易于更换。
此外，为了进一步减小所述支撑组件1008与晶圆的接触面，最大程度地减少晶圆表面的颗粒物接触，从而保护晶圆的结净；如图8所示，所述支撑组件1008包括固定块1008a和支撑块1008b，所述固定块1008a的形状与所述第一凹槽1002的形状相匹配，用于将所述支撑组件1008匹配放置到所述第一凹槽1002中，所述固定块1008a与所述第一凹槽1002之间为过盈配合。所述支撑块1008b的形状为圆台，用于支撑晶圆的支撑面的面积小于用于连接所述固定块1008a的连接面的面积。所述支撑块还可以所述晶圆线接触或点接触，以减小接触面积，例如所述支撑面可以为球形、弧形。
在本实施例中，如图5所示，所述基板505的板面形状为圆形，圆心上开设有中心对正孔604，放置于多个所述支撑平台上处于同一平面的支撑平台上的晶圆的圆心与所述中心对正孔对准，通过设置所述中心对正孔604可便于晶圆支撑架在加载互锁真空室中的精确定位。
并且，沿着所述基板505的圆形板面一直径方向上开设有多个连接固定孔603，所述连接固定孔603用于将所述基板505固定到所述加载互锁真空室。
此外，所述基板505在所述一直径方向的两侧开设有多个水平调整孔602，所述水平调整孔602用于通过螺栓调节所述基板的水平度。当晶圆表面不平即一侧倾斜时，可以通过所述水平调整孔602调整晶圆的水平度，期望值＜0.1°。
在本实施例中，所述基板505上还开设有定位销孔，所述定位销孔用于所述支撑柱502下端的定位，如图6所示，所述支撑柱502的下端开设有排气孔1007，所述排气孔1007与所述定位销孔相通，用于排出所述定位销孔中的杂物。
在本实施例中，所述顶板501、所述支撑柱502和所述基板505为金属材料制成；所述固定块1008a由塑料制成，所述支撑块1008b由石英或者蓝宝石制成，可以有效避免静电的产生。
在实施例中，参阅图3，所述支撑柱502的数量为3个，在所述加载互锁真空室107中，3个所述支撑柱502呈等腰三角形设置，所述等腰三角形的顶点到底边的垂线垂直于晶圆在所述加载互锁真空室107中的运输方向，三个所述支撑柱502所在位置位于一外接圆上，所述垂线的长度接近于所述外接圆的直径。其中两个所述支撑柱502尽量靠近，使得晶圆从两边运输(即图中通道大气侧401和通道真空侧402)时，所述支撑柱502不会干扰晶圆的运输。当然，本发明技术领域内的人员应该明白，所述支撑柱502的数量并不局限，例如，所述支撑柱502的数量为4个，如前述3个所述支撑柱502的设置位置类似，4个所述支撑柱分为两组分别位于晶圆在所述加载互锁真空室107中的运输方向的两侧，同一侧的2个所述支撑柱尽量靠近。
每一所述支撑柱502上的所述支撑平台的数量可以大于等于晶圆传送盒111中装载晶圆的最大数量，可以满足一个标准晶圆传送盒中晶圆全部导入或者移出，减少了抽真空、再充气至大气的反复循环次数，提高了工艺效率。作为上述晶圆支撑架的配套设计，如图2所示，本发明还提供了一种加载互锁真空室，用于放置上述的晶圆支撑柱302，所述加载互锁真空室包括由上到下依次连接并互通的上圆筒301、腔室303和下圆筒304，以及设置在所述上圆筒301顶部的气体扩散器306和设置在所述下圆筒304底部的提升机构305，所述提升机构305用于所述晶圆支撑架302上下运动。所述提升机构305上下推动所述晶圆支撑架302，所述晶圆支撑架302对准所述腔室303的部分可以进行晶圆的取下和放置操作，在不改变原有腔室高度的情况下，仅仅增加的上下圆筒即可完成上述的晶圆支撑柱302的使用。
该加载互锁真空室的优点在于，在现有技术的腔室基础上增加上圆筒和下圆筒，即可完成改进，所述提升机构实现晶圆支撑架在上圆筒、腔室和下圆筒之间上下运动，取下和放置晶圆时只需将晶圆支撑架的该区域位于腔室内即可；所述气体扩散器用于充气和抽气。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (18)

1.一种批处理用晶圆支撑架，所述晶圆支撑架设置于加载互锁真空室，其特征在于，包括顶板、至少两根支撑柱和基板，所述支撑柱一端固定于所述顶板，另一端固定于所述基板；
每一所述支撑柱沿其延伸方向上设置有多个垂直其延伸方向的支撑平台，多个所述支撑平台上处于同一平面的支撑平台用于放置一片晶圆。
2.如权利要求1所述的批处理用晶圆支撑架，其特征在于，所述支撑平台为台阶状，包括第一台阶和第二台阶，所述第二台阶一端连接所述支撑柱的侧壁，另一端连接所述第一台阶的一端，所述第一台阶的另一端为自由端，在所述支撑柱的延伸方向上所述第一台阶的台阶面低于所述第二台阶的台阶面，晶圆放置于至少两根所述支撑平台上的所述第一台阶上，所述第一台阶和所述第二台阶的连接面作为第一挡边，用于晶圆边沿的定位。
3.如权利要求2所述的批处理用晶圆支撑架，其特征在于，所述第一台阶上设置有第一凹槽，所述第一凹槽用于放置支撑组件，所述支撑组件用于支撑晶圆。
4.如权利要求3所述的批处理用晶圆支撑架，其特征在于，所述第一凹槽设置于所述第一台阶的自由端，所述第一凹槽与所述自由端相对的侧壁上设置有沿所述支撑柱的延伸方向贯穿所述第一台阶的滑槽，所述第一凹槽底壁上设置有贯穿所述第一台阶的通槽，所述通槽由所述第一凹槽与所述自由端相对的侧壁延伸到所述自由端，所述滑槽与所述通槽连通。
5.如权利要求3所述的批处理用晶圆支撑架，其特征在于，所述支撑组件包括支撑块和固定块，所述固定块的形状与所述第一凹槽的形状相匹配，固定于所述第一凹槽中，所述支撑块固定于所述固定块上，所述支撑块用于支撑晶圆。
6.如权利要求5所述的批处理用晶圆支撑架，其特征在于，所述固定块与所述第一凹槽之间为过盈配合。
7.如权利要求6所述的批处理用晶圆支撑架，其特征在于，所述支撑块的形状为圆台，用于支撑晶圆的支撑面的面积小于用于连接所述固定块的连接面的面积。
8.如权利要求1所述的批处理用晶圆支撑架，其特征在于，所述基板的板面形状为圆形，其圆心上开设有中心对正孔，放置于多个所述支撑平台上处于同一平面的支撑平台上的晶圆的圆心与所述中心对正孔对准。
9.如权利要求8所述的批处理用晶圆支撑架，其特征在于，沿着所述基板的圆形板面一直径方向上开设有多个连接固定孔，所述连接固定孔用于将所述基板固定到所述加载互锁真空室。
10.如权利要求9所述的批处理用晶圆支撑架，其特征在于，所述基板在所述一直径方向的两侧开设有多个水平调整孔，所述水平调整孔用于通过螺栓调节所述基板的水平度。
11.如权利要求1所述的批处理用晶圆支撑架，其特征在于，所述基板上还开设有定位销孔，所述定位销孔用于所述支撑柱下端的定位。
12.如权利要求11所述的批处理用晶圆支撑架，其特征在于，所述支撑柱的下端开设有排气孔，所述排气孔与所述定位销孔相通。
13.如权利要求1所述的批处理用晶圆支撑架，其特征在于，所述顶板、所述支撑柱和所述基板为金属材料制成。
14.如权利要求5所述的批处理用晶圆支撑架，其特征在于，所述固定块由塑料制成，所述支撑块由石英或者蓝宝石制成。
15.如权利要求1所述的批处理用晶圆支撑架，其特征在于，所述支撑柱的数量为3个或4个。
16.如权利要求1所述的批处理用晶圆支撑架，其特征在于，所述顶板上设置有上连接孔，所述基板上设置有下连接孔，所述上连接孔和所述下连接孔用于将所述晶圆支撑架与所述加载互锁真空室的内侧壁连接。
17.如权利要求1所述的批处理用晶圆支撑架，其特征在于，所述顶板的形状为穹顶形状。
18.一种加载互锁真空室，用于放置如权利要求1-17任一项所述的晶圆支撑柱，其特征在于，所述加载互锁真空室包括由上到下依次连接并互通的上圆筒、腔室和下圆筒，以及设置在所述上圆筒顶部的气体扩散器和设置在所述下圆筒底部的提升机构，所述提升机构用于控制所述晶圆支撑架上下移动。
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