CN113832449A - 半导体薄膜的沉积设备和沉积方法 - Google Patents

半导体薄膜的沉积设备和沉积方法 Download PDF

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Abstract

本发明是关于一种半导体薄膜的沉积设备和沉积方法，包括腔体和盖板，加热盘，加热盘通过支撑杆支撑，还包括：晶圆升降机构设置于腔体内；水平调节机构设置于腔体外；晶圆升降机构包括：同心定位盘设置于腔体内，位于加热盘的下方；同心调整手，通过板簧设置于同心定位盘的边缘上，与同心定位盘活动连接，同心调整手包括平行设置的第一横板第二横板和竖板；顶针支板，设置于加热盘和第二横板之间，均匀设有多个顶针；蓝宝石玻璃，设置于顶针支板的下方；动力单元，通过支杆与顶针支板连接，支杆贯穿腔体。保证晶圆与加热盘和喷淋板的同心设置，以及三者平行度，从而提高晶圆的薄膜沉积质量，提高产品的成品率，进而提高企业的经济性。

Description

半导体薄膜的沉积设备和沉积方法
技术领域
本发明涉及半导体薄膜沉积技术领域，尤其涉及一种半导体薄膜的沉积设备和沉积方法。
背景技术
对于半导体薄膜沉积设备，目前产能较高且应用广泛的产品为直径300毫米的硅晶圆衬底，对于直径300毫米的晶圆的沉积，薄膜沉积设备中与晶圆直接或间接接触的零部件通常设置为圆形，例如真空腔体、真空腔体内部的零件加热盘(下基板)、喷淋板(上极板)等。通过这样设置，能够使晶圆表面沉积的薄膜比较均匀，且真空腔体内部体积相对最小。晶圆与这些圆形部件的同心情况或平行位置，则会极大影响到薄膜沉积的质量。
因此，有必要开发一种半导体薄膜的沉积设备和沉积方法，在真空环境下，通过调整晶圆与加热盘(下基板)、喷淋板(上极板)同轴度及平行度，进而能够有效地提高薄膜沉积质量。
发明内容
本发明旨在解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此本发明的第一方面提出了一种半导体薄膜的沉积设备。
本发明的第二方面提出了一种半导体薄膜的沉积方法。
有鉴于此，本发明的第一方面提出了一种半导体薄膜的沉积设备，所述沉积设备包括腔体和设置于腔体上方的盖板，所述腔体的中心处设有加热盘，所述加热盘通过支撑杆支撑，所述沉积设备还包括：
晶圆升降机构，设置于所述腔体的内部；
水平调节机构，设置于所述腔体的外部；
其中，所述晶圆升降机构包括：
同心定位盘，设置于所述腔体内，所述同心定位盘位于所述加热盘的下方，所述同心定位盘的尺寸与所述腔体的尺寸相匹配；
同心调整手，通过板簧设置于所述同心定位盘的边缘上，所述同心调整手与所述同心定位盘活动连接，所述同心调整手包括平行设置的第一横板和第二横板，以及连接所述第一横板和所述第二横板的竖板，所述加热盘设置于所述第一横板和所述第二横板之间；
顶针支板，设置于所述加热盘和所述第二横板之间，所述顶针支板上均匀设有多个顶针；
蓝宝石玻璃，设置于所述顶针支板的下方；
动力单元，通过支杆与所述顶针支板连接，所述支杆贯穿所述腔体。
进一步地，所述水平调节机构包括：
X轴旋转弧形座，设置于所述支撑杆的下端；
第一伺服电机，与所述第一减速器连接，所述第一减速器的输出轴上设有第一偏心凸轮，所述第一偏心轮与所述X轴旋转弧形座匹配设置；
Y轴旋转弧形座，设置于所述支撑杆的下端，所述Y轴旋转弧形座位于所述X轴旋转弧形座的下方；
第二伺服电机，与所述第二减速器连接，所述第二减速器的输出轴上设有第二偏心轮，所述第二偏心轮与所述Y轴旋转弧形座匹配设置。
进一步地，所述沉积设备还包括：
吸附机构，设置于所述加热盘上。
进一步地，所述沉积设备还包括：
波纹管，外套于所述支撑杆上，所述波纹管位于所述腔体的外部。
进一步地，所述沉积设备还包括：
喷淋板，设置于所述盖板上，所述喷淋板位于所述腔体内。
进一步地，所述沉积设备还包括：
基座，与所述腔体的外部连接；
升降电机，设置于所述基座上，所述升降电机的输出轴与所述支撑杆连接。
本发明的第二方面提出了一种半导体薄膜的沉积方法，所述沉积方法包括如下步骤：
将待加工晶圆传入腔体内，调整所述待加工晶圆的位置，使所述待加工晶圆与加热盘同心放置；
吸附所述待加工晶圆，开始薄膜沉积，并在沉积过程中根据需要调整所述加热盘位置，使所述加热盘能够与喷淋板处于任意角度；
所述薄膜沉积结束后，所述加热盘恢复至初始位置，松开所述待加工晶圆；
调整所述待加工晶圆的位置，使所述待加工晶圆与加热盘同心放置，所述待加工晶圆传出所述腔体。
进一步地，通过晶圆升降机构调整所述待加工晶圆的位置，使所述待加工晶圆与加热盘同心放置。
进一步地，通过吸附机构吸附所述待加工晶圆。
进一步地，通过水平调节机构调整所述加热盘的位置，使所述加热盘与喷淋板同心设置。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
通过晶圆升降机构的设置，能够调整待加工晶圆与加热盘和喷淋板的同轴度，保证三者同心设置，并通过水平调节机构的变化设置保证待加工晶圆与加热盘和喷淋板平行度的可调性，进而提高晶圆的薄膜沉积质量。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明一个实施例的一种半导体薄膜的沉积设备的示意图；
图2示出了根据本发明一个实施例的顶针升起状态的剖视图；
图3示出了根据本发明一个实施例的顶针落下状态的剖视图；
图4示出了根据本发明的一个实施例的晶圆升降机构调整同心状态的剖视图；
图5示出了根据本发明的一个实施例的调整加热盘上X轴水平状态的示意图；
图6示出了根据本发明的一个实施例的调整加热盘上Y轴水平状态的示意图；
图7示出了本发明的一个实施例的一种半导体薄膜的沉积方法的步骤流程图。
其中，图1至图6中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：
1腔体，2盖板，3加热盘，4同心定位盘，5同心调整手，6顶针，7顶针支板，8动力单元，9支撑杆，10波纹管，11喷淋板，12基座，13X轴旋转弧形座，14第一伺服电机，15第一减速器，16第一偏心凸轮，17Y轴旋转弧形座，18第二伺服电机，19第二减速器，20第二偏心凸轮，21蓝宝石玻璃，22定位销，23板簧。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
实施例1
图1示出了根据本发明一个实施例的一种半导体薄膜的沉积设备的示意图；图2示出了根据本发明一个实施例的顶针升起状态的剖视图；图3示出了根据本发明一个实施例的顶针落下状态的剖视图；图4示出了根据本发明的一个实施例的晶圆升降机构调整同心状态的剖视图。
如图1至图4所示，本实施例提出了一种半导体薄膜的沉积设备，沉积设备包括腔体1和设置于腔体1上方的盖板2，腔体1的中心处设有加热盘3，加热盘3通过支撑杆9支撑，沉积设备还包括：
晶圆升降机构，设置于腔体1的内部；
水平调节机构，设置于腔体1的外部；
其中，晶圆升降机构包括：
同心定位盘4，设置于腔体1内，同心定位盘4位于加热盘3的下方，同心定位盘4的尺寸与腔体1的尺寸相匹配；
同心调整5手，通过板簧23设置于同心定位盘4的边缘上，同心调整手5与同心定位盘4活动连接，同心调整手5包括平行设置的第一横板和第二横板，以及连接第一横板和第二横板的竖板，加热盘3设置于第一横板和第二横板之间；
顶针支板7，设置于加热盘3和第二横板之间，顶针支板7上均匀设有多个顶针3；
蓝宝石玻璃21，设置于顶针支板7的下方；
动力单元8，通过支杆与顶针支板7连接，支杆贯穿腔体1。
通过晶圆升降机构的设置，能够调整待加工晶圆与加热盘3和喷淋板11的同轴度，保证三者同心设置，提高薄膜沉积的质量。
需要说明的是，本实施例采用三个同心调整手5.
其中，如图2所示，顶针6上升穿过加热板3时，顶针支板7不会触碰到同心调整手5。
如图3和图4所示，顶针6到最低位时，顶针支板7再下降，顶针支板7下的蓝宝石玻璃21会按压到同心调整手5的第二横板，同心调整手5发生转动，同心调整手5的第一横板转向晶圆的边缘，同心调整手5先靠近加热盘3，此时同心调整手5和待加工晶圆在加热盘3弧面上滑行，其三个同心调整手5将待加工晶圆推到相应的位置。
晶圆调整结束后，顶针支板7向上回到初始位置，同心调整手5则会在板簧23的弹力作用下回到初始位置。
其中，蓝宝石玻璃21防止顶针支板7与同心调整手5接触摩擦产生微粒，污染反应腔。
需要说明的是，顶针6与顶针支板7接触的一端设有配重块，能够保证顶针6与顶针支板7接触时，顶针6与顶针支板7垂直设置。
需要说明的是，第二横板的长度长于第一横板，顶针支板7的形状可以让支撑杆9穿过，同心定位盘4通过定位销22设置在腔体1内。
图5示出了根据本发明的一个实施例的调整加热盘上X轴水平状态的示意图；图6示出了根据本发明的一个实施例的调整加热盘上Y轴水平状态的示意图。
如图5和图6所示，水平调节机构包括：
X轴旋转弧形座13，设置于支撑杆9的下端；
第一伺服电机14，与第一减速器15连接，第一减速器15的输出轴上设有第一偏心凸轮16，第一偏心轮16与X轴旋转弧形座13匹配设置；
Y轴旋转弧形座17，设置于支撑杆9的下端，Y轴旋转弧形座17位于X轴旋转弧形座13的下方；
第二伺服电机18，与第二减速器19连接，第二减速器19的输出轴上设有第二偏心轮20，第二偏心轮20与Y轴旋转弧形座17匹配设置。
其中，第一伺服电机14通过第一减速器15减速后，带动第一偏心凸轮16转动，第一偏心凸轮16带动加热盘在X轴旋转弧形座13的限制下围绕加热盘3中心旋转，同理第二伺服电机18通过第二减速器19减速后，带动第二偏心凸轮20转动，第二偏心凸轮20带动加热盘3在Y轴旋转弧形座17的限制下围绕加热盘3中心旋转，使加热盘3即使水平发生变化时，加热盘3上平面的中心点位置也不会发生变化，使加热盘3能够与喷淋板11处于任意角度。
平调节机构使加热盘3和喷淋板11的水平度能够根据工艺沉积薄膜的薄厚，根据需要自行调节，例如待加工晶圆360度中135度的地方偏薄，那么可以让加热盘3对应的地方水平度发生变化，来让这个地方薄膜变厚，最终实现均匀性满足要求。
在实际工作中，有时候并不是绝对水平时薄膜沉积更均匀。
需要说明的是：一般的水平调节，当水平变化时，中心点是会变的，这就导致失去了加热盘3与喷淋板11的同心度，这套水平调节机构是弧形的，在调节时，是以加热盘3的中心为圆心旋转调节，所以能够保证同心度始终不变。
通过水平调节机构的变化设置保证待加工晶圆与加热盘3和喷淋板11平行度的可调性，使薄膜沉积更加均匀，进而提高晶圆的薄膜沉积质量。
进一步地，沉积设备还包括：
吸附机构，设置于加热盘3上。
待加工晶圆进腔体进行薄膜沉积前，待加工晶圆放置在加热盘3上表面后，晶圆吸附装置吸附功能启动，将待加工晶圆吸附在加热盘3盘面上不可移动，待加工晶圆进腔体进行薄膜沉积后，晶圆吸附装置吸附功能关闭，待加工晶圆在加热盘3盘面上可自由移动，移除腔体。
进一步地，沉积设备还包括：
波纹管10，外套于支撑杆9上，波纹管10位于腔体的外部。
波纹管10的设置能够保证加热盘3升降过程中的真空密封性。
进一步地，沉积设备还包括：
喷淋板11，设置于盖板2上，喷淋板11位于腔体1内。
进一步地，沉积设备还包括：
基座12，与腔体1的外部连接；
升降电机，设置于基座12上，升降电机的输出轴与支撑杆9连接。
实施例2
图7示出了本发明的一个实施例的一种半导体薄膜的沉积方法的步骤流程图。
如图7所示，本实施例提出了一种半导体薄膜的沉积方法，利用实施例1的半导体薄膜的沉积设备，沉积方法包括如下步骤：
步骤1，将待加工晶圆传入腔体内，调整待加工晶圆的位置，使待加工晶圆与加热盘同心放置；
步骤2，吸附待加工晶圆，开始薄膜沉积，并在沉积过程中根据需要调整加热盘位置，使加热盘能够与喷淋板处于任意角度；
步骤3，薄膜沉积结束后，加热盘恢复至初始位置，松开待加工晶圆；
步骤4，调整待加工晶圆的位置，使待加工晶圆与加热盘同心放置，待加工晶圆传出腔体。
需要说明的是，此设备是由真空机械手责待加工晶圆的传进传出腔体1的，真空机械手的校准以加热盘3中心为基准，因此，待加工晶圆与加热盘3同心程度越好，晶圆传输的精准度越好，因此，待加工晶圆传出时也需要保证待加工晶圆与加热盘3同心程度。
保证待加工晶圆与加热盘3和喷淋板11的同心设置，以及待加工晶圆与加热盘3和喷淋板11的平行度，从而提高晶圆的薄膜沉积质量，提高产品的成品率，进而提高企业的经济性。
进一步地，通过晶圆升降机构调整待加工晶圆的位置，使待加工晶圆与加热盘3同心放置。
进一步地，通过吸附机构吸附待加工晶圆。
进一步地，通过水平调节机构能够调整加热盘3位置，使加热盘3能够与喷淋板11处于任意角度。
可以根据待加工晶圆各区域薄膜沉积情况，通过水平调节机构调整加热盘3的位置，使加热盘3能够与喷淋11板处于调节范围内的任意角度设置，使薄膜沉积效果更加均匀，来达到更好的沉积效果。
工作原理如实施例1所述，在此不再赘述。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种半导体薄膜的沉积设备，所述沉积设备包括腔体和设置于腔体上方的盖板，所述腔体的中心处设有加热盘，所述加热盘通过支撑杆支撑，其特征在于，所述沉积设备还包括：
晶圆升降机构，设置于所述腔体的内部；
水平调节机构，设置于所述腔体的外部；
其中，所述晶圆升降机构包括：
同心定位盘，设置于所述腔体内，所述同心定位盘位于所述加热盘的下方，所述同心定位盘的尺寸与所述腔体的尺寸相匹配；
同心调整手，通过板簧设置于所述同心定位盘的边缘上，所述同心调整手与所述同心定位盘活动连接，所述同心调整手包括平行设置的第一横板和第二横板，以及连接所述第一横板和所述第二横板的竖板，所述加热盘设置于所述第一横板和所述第二横板之间；
顶针支板，设置于所述加热盘和所述第二横板之间，所述顶针支板上均匀设有多个顶针；
蓝宝石玻璃，设置于所述顶针支板的下方；
动力单元，通过支杆与所述顶针支板连接，所述支杆贯穿所述腔体。
2.根据权利要求1所述的半导体薄膜的沉积设备，其特征在于，所述水平调节机构包括：
X轴旋转弧形座，设置于所述支撑杆的下端；
第一伺服电机，与所述第一减速器连接，所述第一减速器的输出轴上设有第一偏心凸轮，所述第一偏心轮与所述X轴旋转弧形座匹配设置；
Y轴旋转弧形座，设置于所述支撑杆的下端，所述Y轴旋转弧形座位于所述X轴旋转弧形座的下方；
第二伺服电机，与所述第二减速器连接，所述第二减速器的输出轴上设有第二偏心轮，所述第二偏心轮与所述Y轴旋转弧形座匹配设置。
3.根据权利要求1所述的半导体薄膜的沉积设备，其特征在于，所述沉积设备还包括：
吸附机构，设置于所述加热盘上。
4.根据权利要求1所述的半导体薄膜的沉积设备，其特征在于，所述沉积设备还包括：
波纹管，外套于所述支撑杆上，所述波纹管位于所述腔体的外部。
5.根据权利要求1所述的半导体薄膜的沉积设备，其特征在于，所述沉积设备还包括：
喷淋板，设置于所述盖板上，所述喷淋板位于所述腔体内。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体薄膜的沉积设备，其特征在于，所述沉积设备还包括：
基座，与所述腔体的外部连接；
升降电机，设置于所述基座上，所述升降电机的输出轴与所述支撑杆连接。
7.一种半导体薄膜的沉积方法，利用权利要求1至6中任一项所述的半导体薄膜的沉积设备实现，其特征在于，所述沉积方法包括如下步骤：
将待加工晶圆传入腔体内，调整所述待加工晶圆的位置，使所述待加工晶圆与加热盘同心放置；
吸附所述待加工晶圆，开始薄膜沉积，并在沉积过程中根据需要调整所述加热盘位置，使所述加热盘能够与喷淋板处于任意角度；
所述薄膜沉积结束后，所述加热盘恢复至初始位置，松开所述待加工晶圆；
调整所述待加工晶圆的位置，使所述待加工晶圆与加热盘同心放置，所述待加工晶圆传出所述腔体。
8.根据权利要求7所述的半导体薄膜的沉积方法，其特征在于，通过晶圆升降机构调整所述待加工晶圆的位置，使所述待加工晶圆与加热盘同心放置。
9.根据权利要求7所述的半导体薄膜的沉积方法，其特征在于，通过吸附机构吸附所述待加工晶圆。
10.根据权利要求7所述的半导体薄膜的沉积方法，其特征在于，通过水平调节机构能够调整所述加热盘位置，使所述加热盘能够与喷淋板处于任意角度。
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