CN113471134A - 一种半导体设备的托盘结构和半导体设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半导体设备的托盘结构和半导体设备，其中托盘结构包括：托盘本体；多个定位销，定位销与托盘本体的上表面可拆卸地固定连接，多个定位销用于在托盘本体的上表面限定出至少一个晶圆放置区域，晶圆放置区域用于承载并定位晶圆。本发明通过定位销定位晶圆实现托盘结构对多片晶圆实现承载和定位，且该定位销与托盘本体可拆卸地固定连接，若使用过程中定位销被刻蚀高度变小无法实现定位功能，只需更换托盘本体上的定位销，也可根据实际情况更换单个定位销，不需要频繁整体更换包括托盘本体的托盘结构，定位销降低了托盘结构整体的消耗速率，减小托盘结构这一整体部件的更换频率，降低成本，提升托盘结构的利用率。

Description

一种半导体设备的托盘结构和半导体设备
技术领域
本发明涉及半导体设备领域，更具体地，涉及一种半导体设备的托盘结构和半导体设备。
背景技术
等离子体刻蚀机是集成电路器件和MEMS器件的制造设备。目前市面上的多片等离子体刻蚀设备采用托盘作为载具，根据晶圆规格，托盘上设置有相应的片槽，片槽内放置晶圆。将承载有晶圆的托盘传入等离子工艺腔室内，完成工艺。氦气作为冷媒气体通到托盘背面，冷却托盘和晶圆，达到工艺温度控制的目的。
根据工艺和托盘材料不同，托盘分为平面托盘和三明治托盘。平面托盘包括托盘主体和凹陷于托盘主体上表面用于放置晶圆的片槽，片槽深度小于1mm，进行工艺时，通过机械手把托盘传入工艺反应腔的卡盘上，卡盘中具有氦气通气口，通入托盘的背面。平面托盘采用直接放片方式，氦气只通到托盘背面，冷却托盘，因氦气不直接通到晶圆背面，故晶圆无需上下固定。平面托盘材料一般采用导热率比较好的SiC陶瓷材料。托盘长时间使用后，托盘上片槽被等离子体刻蚀变浅甚至被刻平，最终无法起到装载晶圆的作用导致工艺目标无法实现，此时需更换新的托盘，而一般托盘的更换周期不超过200RF Hour，工艺成本高。
三明治托盘包括：托盘主体和凹陷于托盘主体上表面用于放置晶圆的片槽，同时片槽底部设置有氦气孔，可以使氦气同时通到托盘背面和晶圆的背面，更加有效的对晶圆进行温度控制。然而，三明治托盘上晶圆定位通过片槽实现，由于氦气直接通到晶圆背面，为防止晶圆被吹飞，需使用盖板压住晶圆，将晶圆上下固定。此种结构的托盘和盖板材料一般为金属铝，机械结构复杂，操作繁琐，同时等离子体极易对托盘和盖板造成损伤，且氦气无法密封，会造成泄露，需定期对托盘和盖板进行清洗、更换。
因此，如何简化托盘结构，提高操作便捷性，减少托盘的更换次数，是目前研究的课题。
发明内容
本发明的目的是提出一种半导体设备的托盘结构和半导体设备，能够简化托盘结构，提高操作便捷性，减少托盘的更换次数。
为了实现上述目的，本发明提供了一种半导体设备的托盘结构，包括：
托盘本体；
多个定位销，所述定位销与所述托盘本体的上表面可拆卸地固定连接，多个所述定位销用于在所述托盘本体的上表面限定出至少一个晶圆放置区域，所述晶圆放置区域用于承载并定位晶圆。
可选方案中，所述托盘本体的上表面设置有与所述定位销一一对应的定位孔，所述定位销下端具有螺纹，所述定位销通过螺纹固定在所述定位孔中；或，所述托盘本体的上表面设置有与所述定位销一一对应的定位孔，所述定位销通过粘合剂定位于所述定位孔中。
可选方案中，所述定位销为圆柱体或所述定位销朝向所述晶圆放置区域的一侧具有弧形的表面。
可选方案中，所述定位销的上表面高于所述晶圆的上表面。
可选方案中，所述晶圆放置区域设有若干个纵向贯穿所述托盘本体的通气孔；所述托盘结构还包括与所述定位销一一对应设置的固定部，所述固定部与所述定位销的上部可动连接，所述固定部可在水平面内移动，所述固定部能够遮挡或远离所述晶圆放置区域以实现固定或释放所述晶圆的边缘。
可选方案中，所述固定部呈片状，且所述固定部偏心于所述定位销的中轴设置。
可选方案中，所述定位销的材料包括铝、碳化硅陶瓷或氧化铝陶瓷。
可选方案中，所述固定部的材料与所述定位销的材料相同。
可选方案中，所述托盘本体对应所述晶圆放置区域的部分设有多个纵向贯穿所述托盘本体的通气孔。
本发明还提供了一种半导体设备，包括反应腔室和设置在所述反应腔室中的压环和承载装置，所述半导体设备还包括上述的托盘结构，所述承载装置用于承载所述托盘结构，所述压环用于在与所述托盘结构接触时将所述托盘结构固定设置在所述承载装置上。
本发明的有益效果在于：
本发明通过定位销定位晶圆实现托盘结构对多片晶圆实现承载和定位，且该定位销与托盘本体可拆卸地固定连接，若使用过程中定位销被刻蚀高度变小无法实现定位功能，只需更换托盘本体上的定位销，也可根据实际情况更换单个定位销，不需要频繁整体更换包括托盘本体的托盘结构，定位销降低了托盘结构整体的消耗速率，减小托盘结构这一整体部件的更换频率，降低了成本，提升托盘结构整体的利用率和半导体设备的产能。
进一步地，在定位销上设置固定部，省去盖板，简化三明治托盘结构，同时简化工艺后取片操作。
本发明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。
图1示出了根据本发明一实施例的一种半导体设备的托盘结构示意图。
图2为根据本发明一实施例的一种半导体设备的托盘结构的俯视图。
图3示出了根据本发明另一实施例的一种半导体设备的托盘结构示意图。
图4为根据本发明另一实施例的一种半导体设备的托盘结构的俯视图。
图5示出了根据本发明一实施例的定位销和固定部的结构示意图。
图6示出了根据本发明一实施例固定部处于关闭状态的结构示意图。
图7示出了根据本发明一实施例固定部处于开启状态的结构示意图。
图8示出了根据本发明一实施例的半导体设备的反应腔室的剖视图。
图9示出了根据本发明另一实施例的半导体设备的反应腔室的剖视图。
标号说明
1-定位销；2-托盘本体；3-晶圆；5-通气孔；6-固定部；7-反应腔室；8-压环；9-承载装置；10-氦气通道；11-凹槽。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明。虽然本发明提供了优选的实施例，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。
在本发明的描述中，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；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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。
实施例1
本发明实施例1提供了一种半导体设备的托盘结构，图1示出了本实施例中托盘结构示意图，图2示出了本实施例托盘结构的俯视图。具体地，请参照图1和图2，该托盘结构包括：托盘本体2和多个定位销1，其中定位销1与托盘本体2的上表面可拆卸地固定连接，多个定位销1用于在托盘本体2的上表面限定出至少一个晶圆放置区域，该晶圆放置区域用于承载并定位晶圆3。
具体地，托盘本体2的外形一般为圆形，常见托盘本体的直径一般分为330mm、370mm、380mm、410mm四种规格，根据不同晶圆3的规格，托盘本体分布数量不等的晶圆放置区域，比如380mm直径的托盘本体，可设计9片4吋晶圆放置区域。本发明用多个定位销1来限定出晶圆放置区域，定位销1的数量可以为3个或多个，可选实施例中，多个定位销1均匀分布。多个定位销1围成的晶圆放置区域呈圆形，该圆形的晶圆放置区域内部用于放置晶圆3，该圆形的晶圆放置区域的直径大于晶圆3的直径，公差一般不大于±0.01，比如，放置4吋晶圆3时定位销围成的圆形的直径尺寸为101mm±0.01，可保证晶圆3在有限的区域内移动，同时方便放片和取出。本实施例中，定位销1围成的圆形的尺寸可与现有技术中凹型片槽的尺寸一致。可选实施例中，定位销1的上表面高于晶圆3的上表面，可防止意外情况下晶圆3从定位区域中滑出，更好的时间对晶圆3位置的限定。
本实施例通过定位销1定位晶圆3实现托盘结构对多片晶圆3实现承载和定位，且该定位销1与托盘本体2可拆卸地固定连接，若使用过程中定位销被刻蚀高度变小无法实现定位功能，只需更换定托盘本体2上的定位销1，当然，也可根据实际情况更换单个定位销1，因此，无需频繁更换包括托盘本体2的托盘结构，定位销1降低了托盘本体2的消耗速率，进而减小托盘结构更换频率，降低了成本，提升托盘结构整体的利用率和半导体设备的产能。
本实施例中，定位销1为圆柱体，圆柱体的直径和高度可根据晶圆3的尺寸、晶圆3的布局以及托盘本体2的尺寸等信息设定。在其他实施例中，定位销1还可以是其他各种形状，可选方案中，定位销1朝向晶圆放置区域的一侧具有弧形的表面。这样的设计方式使晶圆3的外周与定位销1的朝向晶圆3的表面二者之间的接触面积较小，易于晶圆3的取放。
在本实施例中，托盘本体2的上表面设置有与定位销1一一对应的定位孔，定位销1下端具有螺纹，定位销1通过螺纹固定在托盘本体2的定位孔中。具体为，定位销1下端设置外螺纹，托盘本体2的定位孔中设有内螺纹，将定位销1拧入定位孔中即可实现二者可拆卸的安装固定。在另一个实施例中，托盘本体2的上表面设置有与定位销1一一对应的定位孔，定位销的下部通过粘合剂定位于定位孔中。粘合剂可以选择硅胶粘合剂或其他常用的粘合材料。上述固定方式的选择可实现定位销1与托盘本体2之间的可拆卸固定连接。
具体地，托盘本体2的材料可以为铝也可以采用导热率比较好的碳化硅陶瓷材料。定位销1的材料可以为铝或碳化硅陶瓷或氧化铝陶瓷，但不限于这两种材料，可选实施例中，为了使定位销1与托盘本地2更好的结合，托盘本体2的材料与定位销1的材料相同。。
实施例2
图3至图7示出了本实施例中托盘结构示意图以及托盘结构的俯视图。本实施例2与实施例1的区别在于，本实施例中，托盘本体2上的晶圆放置区域设有若干个纵向贯穿托盘本体2的通气孔5；托盘结构还包括与定位销1一一对应设置的固定部6，该固定部6与定位销1的上部可动连接，固定部6可在水平面内移动，固定部6能够遮挡或远离晶圆放置区域以实现固定或释放晶圆的边缘。请参照图3和图7，本实施例主要描述与实施例1区别的部分，其他结构与实施例1相同。
托盘本体2用于放置晶圆3的区域设有若干个纵向贯穿托盘本体2的通气孔5。通气孔5用于通入氦气，使氦气均匀地通到晶圆3的背面，更加有效的对晶圆3进行温度控制。为了防止晶圆3被氦气吹动，本实施例在定位销1的上端设置固定部6。固定部6与定位销1的上部可动连接，固定部6可在水平面内移动，固定部6能够遮挡或远离晶圆放置区域以实现固定或释放晶圆3的边缘。当固定部6遮挡晶圆3的边缘时，固定部6将晶圆3固定住，防止晶圆3移动。
固定部6的形式可以有多种，参考图5，定位销1的上端设有螺纹，固定部6为螺帽结构，当晶圆3放置好后，将固定部6拧在定位销1上即可。拧上螺帽时，螺帽边缘能够遮挡晶圆3的边缘。可选实施例中，参考图6和图7，固定部6呈片状，且固定部6偏心于定位销1的中轴设置。即固定部6为非对称结构，一端相对于旋转轴向外延伸出一定长度，旋转固定部6，延伸的部分能够遮挡或远离晶圆放置区域。使用时，先将所有定位销1安装于托盘本体2上，将固定部6转到开启状态，不要遮挡放片区域，将晶圆3放入定位区域内，再将固定部6转回关闭状态，使固定部6压住晶圆3，然后通过机械手将托盘结构传入工艺腔开始工艺。工艺结束后，机械手取出托盘结构，转动固定部6，取出晶圆3。在另一个实施例中，固定部6采用推拉式与定位销1连接。具体为，固定部6为具有长圆形导向孔的长条形，水平拉动固定部6，固定部6端部能够靠近或远离晶圆放置区域，当固定部6端部位于晶圆放置区域上方时，固定部6能够压住晶圆3的边缘，当将固定部6向远离晶圆放置区域拉动时，可无障碍的取放晶圆3。后面两种定位销1与固定部6的连接方式操作简单，固定部6不用脱离定位销1，还可以防止固定部6丢失。固定部6的材料与定位销1的材料相同。但不限于以上两种材料。固定部6的尺寸可根据晶圆3的布局、托盘本体2的尺寸以及定位销1的尺寸等信息设定。
本实施例，在定位销1上设置固定部6，省去盖板，简化三明治托盘结构，在实现晶圆3固定的基础上，简化工艺后取片操作。
实施例3
参照图8和图9，本发明再一实施例还提供了一种半导体设备，如刻蚀设备。包括反应腔室7和设置在反应腔室7中的压环8和承载装置9，半导体设备还包括上述的托盘结构，承载装置9用于承载托盘结构，压环8用于在与托盘结构接触时将托盘结构固定设置在承载装置9上。其中，图8为托盘结构为实施例1的结构时半导体设备的反应腔室的剖视图，图9为托盘结构为实施例2的结构时半导体设备的反应腔室的剖视图。承载装置9中设有氦气通道10，氦气通道10用于通入氦气。参照图8，氦气通道10通入托盘结构的下表面，通过对托盘结构的温度控制，实现对晶圆3的温度控制。参考图9，承载装置9中设有氦气通道10，且承载装置9的上表面设有凹槽11，氦气通道10与凹槽11连通，托盘结构设置于承载装置9上方并遮盖凹槽11，凹槽11与托盘结构的通气孔5连通，因此，氦气可直接通到晶圆3的背面，更加有效的对晶圆3进行温度控制。
本发明的半导体设备通过定位销1定位晶圆3实现托盘结构对多片晶圆3实现承载和定位，且该定位销1与托盘本体2可拆卸地固定连接，若使用过程中定位销1被刻蚀高度变小无法实现定位功能，只需更换托盘本体2上的定位销1，也可根据实际情况更换单个定位销1，不需要频繁整体更换包括托盘本体2的托盘结构，定位销1降低了托盘结构整体的消耗速率，减小托盘结构这一整体部件的更换频率，降低了成本，提升托盘结构整体的利用率和半导体设备的产能。进一步地，在定位销1上设置固定部6，省去盖板，简化三明治托盘结构，同时简化工艺后取片操作。
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)

1.一种半导体设备的托盘结构，其特征在于，包括：
托盘本体；
多个定位销，所述定位销与所述托盘本体的上表面可拆卸地固定连接，多个所述定位销用于在所述托盘本体的上表面限定出至少一个晶圆放置区域，所述晶圆放置区域用于承载并定位晶圆。
2.根据权利要求1所述的托盘结构，其特征在于，所述托盘本体的上表面设置有与所述定位销一一对应的定位孔，所述定位销下端具有螺纹，所述定位销通过螺纹固定在所述定位孔中；或，所述托盘本体的上表面设置有与所述定位销一一对应的定位孔，所述定位销通过粘合剂定位于所述定位孔中。
3.根据权利要求1所述的托盘结构，其特征在于，所述定位销为圆柱体或所述定位销朝向所述晶圆放置区域的一侧具有弧形的表面。
4.根据权利要求1所述的托盘结构，其特征在于，所述定位销的上表面高于所述晶圆的上表面。
5.根据权利要求4所述的托盘结构，其特征在于，所述晶圆放置区域设有若干个纵向贯穿所述托盘本体的通气孔；所述托盘结构还包括与所述定位销一一对应设置的固定部，所述固定部与所述定位销的上部可动连接，所述固定部可在水平面内移动，所述固定部能够遮挡或远离所述晶圆放置区域以实现固定或释放所述晶圆的边缘。
6.根据权利要求5所述的托盘结构，其特征在于，所述固定部呈片状，且所述固定部偏心于所述定位销的中轴设置。
7.根据权利要求1所述的托盘结构，其特征在于，所述定位销的材料包括铝、碳化硅陶瓷或氧化铝陶瓷。
8.根据权利要求5所述的托盘结构，其特征在于，所述固定部的材料与所述定位销的材料相同。
9.根据权利要求4至6任一项所述的托盘结构，其特征在于，所述托盘本体对应所述晶圆放置区域的部分设有多个纵向贯穿所述托盘本体的通气孔。
10.一种半导体设备，其特征在于，包括反应腔室和设置在所述反应腔室中的压环和承载装置，所述半导体设备还包括权利要求1-9任一项所述的托盘结构，所述承载装置用于承载所述托盘结构，所述压环用于在与所述托盘结构接触时将所述托盘结构固定设置在所述承载装置上。
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