CN113972154A - 工艺腔室、半导体工艺设备和半导体工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种应用于半导体工艺设备的工艺腔室,包括传输腔和位于传输腔上方的多个反应腔,多个反应腔均通过底部开口与传输腔连通,工艺腔室中的多个基座可在反应腔与传输腔之间升降,还包括设置在传输腔底壁上的传输机构和承载机构,传输机构用于将晶圆由工艺腔室外部转移至承载机构或多个基座上,以及将多个基座上的晶圆传出工艺腔室,承载机构用于承载多片晶圆,并在传输机构取走多个基座上的晶圆后,将其所承载的多片晶圆转移至多个基座上。在本发明中,传输机构能够先将下一批晶圆传输至承载机构上,承载机构在半导体工艺结束后将其承载的晶圆转移至基座上,节约了晶圆传输时间。本发明还提供一种半导体工艺设备和半导体工艺方法。

Description

工艺腔室、半导体工艺设备和半导体工艺方法
技术领域
本发明涉及半导体工艺设备领域,具体地,涉及一种工艺腔室、一种包括该工艺腔室的半导体工艺设备和一种通过该工艺腔室实现的半导体工艺方法。
背景技术
近年来,随着半导体行业的迅猛发展,电子元器件小型化趋势越来越明显,在原子尺度上对材料进行加工的需求也越来越多,原子层沉积(Atomic Layer Deposition,ALD)技术,尤其是等离子体增强型原子层沉积(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition,PEALD)技术成为人们日益关注的课题。原子层沉积技术要求多种反应气体依次连续进入腔室,且进入腔室之前必须保持为彼此互相独立的气态,以保证在反应腔室中沉积生成预定厚度的膜层,进而获得性能达到要求的薄膜。
现有的原子层沉积工艺设备主要包括前端模块、传输平台和工艺腔室,其中传输平台中配置有机械手,用于在前端模块与工艺腔室之间传输晶圆。随着PEALD工艺产能需求越来越高,为提高机台产能,工艺腔室可采用多腔室结构,即,同一工艺腔室中设置有多个反应腔,从而可以同步向多个反应腔中加载晶圆、进气,并同步控制多个反应腔中的气压,在保证各个反应腔的独立性的同时,提高了晶圆的加工效率。
然而,传输平台中配置的机械手原先是与单腔室结构的工艺腔室配合使用,现有的机械手的传片效率已经远远无法满足多腔室结构的工艺需求,成为现有原子层沉积工艺设备提高产能的新的技术瓶颈。
发明内容
本发明旨在提供一种工艺腔室、半导体工艺设备和半导体工艺方法,该工艺腔室能够节约晶圆传输时间,提高机台产能。
为实现上述目的,本发明提供一种应用于半导体工艺设备的工艺腔室,包括传输腔和位于所述传输腔上方的多个反应腔,多个所述反应腔均通过底部开口与所述传输腔连通,所述工艺腔室中设置有多个用于承载晶圆的基座,多个所述基座与多个所述反应腔的位置一一对应,且可在所述反应腔与所述传输腔之间升降并封闭或打开所述底部开口,所述工艺腔室还包括设置在所述传输腔底壁上的传输机构和承载机构,所述传输机构用于将晶圆由所述工艺腔室外部转移至所述承载机构或多个所述基座上,以及将多个所述基座上的晶圆传出所述工艺腔室,所述承载机构用于承载多片晶圆,并在所述传输机构取走多个所述基座上的晶圆后,将其所承载的多片晶圆转移至多个所述基座上。
可选地,多个所述基座环绕所述承载机构设置,所述承载机构具有多个晶圆承载位,所述晶圆承载位的数量与所述基座数量一致,且所述承载机构能够驱动多个所述晶圆承载位同时靠近对应的所述基座,并将多片所述晶圆转移至多个所述基座上,以及在将晶圆转移至所述基座上后,驱动多个所述晶圆承载位同时离开对应的所述基座。
可选地,所述承载机构包括驱动器、连接件和多个手指件,所述手指件的上表面形成所述晶圆承载位,多个所述手指件环绕固定在所述连接件的四周,所述驱动器能够驱动所述连接件带动多个所述手指件升降以及绕所述连接件的旋转轴转动。
可选地,所述基座具有环绕所述基座轴线分布的多个基座孔,多个所述基座孔中一一对应地设置有多个支撑柱,所述支撑柱用于在基座上升时沿所述基座孔相对于所述基座下降,并在所述支撑柱的顶面与所述基座的承载面相平后随所述基座一同上升,以及,在所述基座下降至所述支撑柱的底端与所述传输腔的底壁接触后支撑并抬起所述基座上的晶圆;
所述手指件在朝向对应的所述基座的一侧形成有避让口,且当所述驱动器驱动所述连接件带动多个所述手指件转动至多个所述手指件一一对应地位于多个所述基座上方时,每一所述基座上的多个支撑柱位于对应的所述手指件的所述避让口中。
可选地,所述工艺腔室对应于所述传输腔的侧壁上形成有两个传片口,所述传输机构用于通过两个所述传片口由所述工艺腔室外部获取晶圆,并通过两个所述传片口将晶圆传出所述工艺腔室。
可选地,所述工艺腔室还包括多个密封环,多个密封环与多个所述基座一一对应,所述密封环沿周向套设在所述基座的侧壁上,且所述密封环能够在所述基座上升至对应的所述反应腔时密封该反应腔的底部开口。
可选地,所述传输腔的顶壁上形成有与多个所述反应腔的底部开口一一对应的多组环形密封槽,每组中的多个所述环形密封槽同心且环绕对应的所述底部开口设置,所述密封环具有朝向所述传输腔的顶壁的环形定位面,所述环形定位面上形成有多个同心设置的环形凸起部,多个所述环形凸起部与多个所述环形密封槽一一对应;在所述基座上升至所述反应腔时,所述环形凸起部至少部分进入对应的所述环形密封槽中。
可选地,所述传输机构包括驱动部、手指部和多个摆杆部,多个所述摆杆部依次连接在所述驱动部与所述手指部之间,多个所述摆杆部之间以及所述摆杆部与所述驱动部、所述手指部之间铰接连接,且多个铰接轴均沿竖直方向延伸,所述驱动部用于分别驱动所述手指部和多个所述摆杆部绕对应的所述铰接轴转动以及驱动多个所述摆杆部及所述手指部升降运动。
作为本发明的第二个方面,提供一种半导体工艺设备,所述半导体工艺设备包括前面所述的工艺腔室。
作为本发明的第三个方面,提供一种半导体工艺方法,应用于前面所述的工艺腔室,所述方法包括:
步骤S1、控制所述传输机构将工艺腔室外的晶圆传输至多个所述基座上;
步骤S2、控制多个所述基座上升至对应的所述反应腔中,并进行半导体工艺,同时控制所述传输机构将工艺腔室外的晶圆传输至所述承载机构上;
步骤S3、在所述半导体工艺结束后,控制多个所述基座下降至所述传输腔中,并控制所述传输机构将多个所述基座上的晶圆传出所述工艺腔室;
步骤S4、控制所述承载机构将其所承载的多片所述晶圆转移至多个所述基座上;
重复执行步骤S2至S4。
在本发明提供的工艺腔室、半导体工艺设备和半导体工艺方法中,工艺腔室的传输腔中设置有传输机构和承载机构,承载机构能够暂存晶圆,从而在多个基座分别承载晶圆上升至对应的反应腔中,并同步进行半导体工艺时,传输机构可以先将下一批晶圆由工艺腔室外传输至承载机构上,在上一批晶圆的半导体工艺结束后,传输机构将晶圆传出工艺腔室,再由承载机构将其所承载的多片晶圆转移至多个基座上,节约了相邻两批晶圆进行半导体工艺的步骤之间传输机构将工艺腔室外的晶圆依次传输至各个基座上的时间,提高了机台产能。
并且,晶圆的传输及定位均可由传输机构和承载机构实现,工艺腔室外侧无需设置带有机械手的传输平台,工艺腔室的传片口10一侧可直接与预装载台对接,进而使半导体工艺设备的整机结构更加紧凑,降低了设备占地面积,进而提高了半导体产线的经济效益。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明,但并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1是本发明实施例提供的工艺腔室的结构示意图;
图2是本发明实施例提供的工艺腔室的局部放大示意图;
图3是本发明实施例提供的工艺腔室中基座的结构示意图;
图4是本发明实施例提供的工艺腔室中承载机构、传输机构与基座在传输腔中的相对位置示意图;
图5是本发明实施例提供的工艺腔室中传输机构的部分结构示意图;
图6是本发明实施例提供的工艺腔室中传输机构由工艺腔室外部获取晶圆的原理示意图;
图7是本发明实施例提供的工艺腔室中传输机构将晶圆放置在承载机构上的原理示意图;
图8是本发明实施例提供的半导体工艺设备的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
为解决上述技术问题,作为本发明的一个方面,提供一种应用于半导体工艺设备的工艺腔室,如图1、图4所示,该工艺腔室包括传输腔4和位于传输腔4上方的多个反应腔2,多个反应腔2均通过底部开口与传输腔4连通,工艺腔室中设置有多个用于承载晶圆的基座8,多个基座8与多个反应腔2的位置一一对应,且可在反应腔2与传输腔4之间升降并封闭或打开对应的反应腔2底部开口。该工艺腔室还包括机械手组件7,机械手组件7包括设置在传输腔4底壁上的传输机构22和承载机构21(图1中未示出机械手组件7位于传输腔中的部分),传输机构22用于将晶圆由工艺腔室外部转移至承载机构21或多个基座8上,以及将多个基座8上的晶圆传出工艺腔室,承载机构21用于承载多片晶圆,并在传输机构22取走多个基座8上的晶圆后,将其所承载的多片晶圆转移至多个基座8上。
在现有技术中,晶圆的传输功能均通过传输平台中的机械手独立实现,在前一批晶圆(每批晶圆指多个基座同步进行半导体工艺加工的多片晶圆)完成半导体工艺后,由传输平台中的机械手将工艺腔室中多个基座上的晶圆依次取出工艺腔室,再将下一批晶圆依次传入工艺腔室并放置在各个基座上。
而在本发明中,传输腔4中设置有传输机构22和承载机构21,承载机构21能够暂存待加工的晶圆3,从而在多个基座8分别承载晶圆3上升至对应的反应腔2中,并同步进行半导体工艺时,传输机构22可以先将下一批晶圆由工艺腔室外传输至承载机构21上,在上一批晶圆3的半导体工艺结束后,传输机构22将加工后的晶圆3传出工艺腔室,再由承载机构21将其所承载的多片晶圆转移至多个基座8上,从而节约了相邻两批晶圆3进行半导体工艺的步骤之间传输机构22将工艺腔室外的晶圆依次传输至各个基座8上的时间(相当于将传输机构22将下一批晶圆依次传输至工艺腔室中并进行定位的操作时间,调整为与上一批晶圆进行半导体工艺的时间重叠),提高了机台产能。
并且,晶圆的传输及定位均可由传输机构22和承载机构21实现,从而工艺腔室外侧无需设置带有机械手的传输平台,工艺腔室的传片口10一侧可直接与预装载台(Loadlock,用于在接收晶圆后将自身腔室抽气至(接近)真空,从而在与工艺腔室连通并进行传片操作后无需再次对工艺腔室进行抽真空操作,同时还可具有晶圆完整性检测等功能)对接,进而使半导体工艺设备的整机结构更加紧凑,降低了设备占地面积,进而提高了半导体产线的经济效益。
作为本发明的一种可选实施方式,如图1、图2所示,工艺腔室包括沿高度方向层叠设置的上盖1、上腔体210和下腔体410,多个反应腔2形成于上腔体210中,传输腔4形成于下腔体410中,上盖1封闭多个反应腔2在上腔体210顶部形成的顶部开口。可选地,上腔体210中还形成有多个环绕各反应腔2的排气通路,排气通路中设置有排气组件,排气组件通过周向分布的多个排气孔与对应的反应腔2连通,用于抽取反应腔2中的尾气并排出工艺腔室。
作为本发明的一种可选实施方式,工艺腔室包括4个反应腔2。
为提高承载机构21向多个基座8上转移晶圆3的传片效率,作为本发明的一种优选实施方式,承载机构21上能够承载的晶圆3数量与基座8数量相同,且承载机构21能够同步向多个基座8上转移晶圆3。具体地,如图4、图6所示,多个基座8(例如,包括第一基座25、第二基座23、第三基座24、第四基座26)环绕承载机构21设置,承载机构21具有多个晶圆承载位,晶圆承载位的数量与基座8数量一致,且承载机构21能够驱动多个晶圆承载位同时靠近对应的基座8,并将多片晶圆转移至多个基座8上,以及在将晶圆转移至基座8上后,驱动多个晶圆承载位同时离开对应的基座8。
作为本发明的一种可选实施方式,承载机构21通过旋转的方式驱动多个晶圆承载位同步靠近或远离各个基座8,具体地,如图4、图6所示,承载机构21包括驱动器(图中视角下位于连接件的下方,未示出)、连接件和多个手指件(例如,包括手指件211、手指件212、手指件213、手指件214),手指件的上表面形成晶圆承载位,多个手指件环绕固定在连接件的四周,驱动器能够驱动连接件带动多个手指件升降以及绕连接件的旋转轴转动,以使多个手指件同时靠近对应的基座8,并同步将晶圆转移至对应的基座8上,或者在将晶圆转移至基座8上后,使多个手指件同时离开对应的基座8。
为节约工艺腔室空间,作为本发明的一种优选实施方式,驱动器可设置在工艺腔室外部,并通过穿过传输腔底壁上通孔的传动轴与连接件连接。
为提高晶圆3在基座8、手指件以及传输机构22之间交接的平稳性,作为本发明的一种优选实施方式,如图4所示,基座8具有环绕基座8轴线分布的多个基座孔,多个基座孔中一一对应地设置有多个支撑柱11,支撑柱11用于在基座8上升时沿基座孔相对于基座8下降,并在支撑柱11的顶面与基座8的承载面相平后随基座8一同上升,以及,在基座8下降至支撑柱11的底端与传输腔4的底壁接触后支撑并抬起基座8上的晶圆。
即,手指件或传输机构22在与基座8进行晶圆交接时,基座8为低位,支撑柱11的顶端伸出至基座8的承载面上方,从而在手指件或传输机构22先携带晶圆并移至支撑柱11上方,再下降高度,使晶圆3落在基座8对应的多根支撑柱11上,随后水平撤去手指件或传输机构22,随着基座8升高,支撑柱11组件缩回至顶端与基座8的承载面相平,进而使晶圆3平稳落在基座8的承载面上。
为提高晶圆位置的稳定性,作为本发明的一种优选实施方式,如图4、图6所示,手指件在朝向对应的基座8的一侧形成有避让口,且当驱动器驱动连接件带动多个手指件转动至多个手指件一一对应地位于多个基座8上方时,每一基座8上的多个支撑柱11位于对应的手指件的避让口中。优选地,如图4、图6所示,手指件可形成为弯钩状,以减小手指件与晶圆3之间的接触面积,该弯钩状手指件的开口即为避让口。
在本发明实施例中,手指件在朝向对应的基座8的一侧形成有避让口,从而在向基座8传输晶圆3时,手指件将在径向与基座8上的多个支撑柱11错开,避免了手指件与支撑柱11发生刮擦、碰撞,提高了晶圆的安全性及位置稳定性。
具体地,如图4、图6所示,以多个手指件的避让口均朝向顺时针方向为例:
在传输机构22取走多个基座8上的晶圆后,驱动器驱动连接件带动多个手指件及其上承载的晶圆3升降至高于基座8上的支撑柱11,再驱动连接件带动多个手指件沿顺时针转动,直至多个手指件上的晶圆3均与对应的基座8沿竖直方向对齐。此时,手指件211位于第一基座25上方,手指件212位于第二基座23上方,手指件213位于第三基座24上方,手指件214位于第四基座26上方;
随后驱动器驱动连接件带动多个手指件下降至高度低于多个支撑柱11的顶端且高于基座8的承载面,使晶圆落在支撑柱11上。即,手指件211承载的晶圆3落在第一基座25的支撑柱11上,手指件212承载的晶圆3落在第二基座23的支撑柱11上,手指件213承载的晶圆3落在第三基座24的支撑柱11上,手指件214承载的晶圆3落在第四基座26的支撑柱11上;
最后驱动器再驱动连接件带动多个手指件逆时针转动,使多个手指件同步离开对应的基座8,完成晶圆交接操作。
作为本发明的一种可选实施方式,如图5所示,传输机构22包括驱动部(图未示)、手指部221和多个摆杆部,多个摆杆部依次连接在驱动部与手指部221之间,多个摆杆部之间以及摆杆部与驱动部、手指部221之间铰接连接,且多个铰接轴均沿竖直方向延伸,驱动部用于分别驱动手指部221和多个摆杆部绕对应的铰接轴转动以及驱动多个摆杆部及手指部221升降运动。
为节约工艺腔室内部空间,作为本发明的一种优选实施方式,驱动部可设置在工艺腔室外部,并通过穿过传输腔底壁上通孔的传动轴与摆杆部连接。在本发明的一些实施例中,承载机构21的驱动器中驱动连接件带动多个手指件升降的结构可以与传输机构22的驱动部集成为同一结构。
在本发明实施例中,驱动部用于控制手指部221的高度,同时可通过调节多个摆杆部之间以及摆杆部与驱动部、手指部221之间的铰接轴转角的方式,控制手指部221的水平位置及朝向,从而控制手指部221依次携带晶圆移动至手指件或者基座8的支撑柱11的上方,并控制手指部221下降,使晶圆3落在对应的手指件或者基座8的支撑柱11上,再控制手指部221水平撤出,从而实现晶圆交接操作。
作为本发明的一种可选实施方式,如图5所示,传输机构22包括第一摆杆部222和第二摆杆部223两个摆杆部,第一摆杆部222的第一端与手指部221的尾端铰接,第一摆杆部222的第二端与第二摆杆部223的第一端铰接,第二摆杆部223的第二端与驱动部的输出轴铰接,各铰接位置均可通过相应的驱动结构自动调节转角,以改变传输机构22的姿态。
如6、图7所示为传输机构22驱动手指部221向手指件上传片的过程示意图,优选地,如图7所示,传片时手指部221的头部朝向对应的手指件的避让口,以避免手指部221在升降过程中与手指件发生刮擦、碰撞,从而提高晶圆的安全性及位置稳定性。
为提高传输机构22的传片效率,作为本发明的一种优选实施方式,如图4、图6、图7所示,工艺腔室对应于传输腔4的侧壁上形成有两个传片口10,传输机构22用于通过两个传片口10由工艺腔室外部获取晶圆,并通过两个传片口10将晶圆传出工艺腔室。
为提高各反应腔2的密封性,作为本发明的一种优选实施方式,如图1至图3所示,工艺腔室还包括多个密封环9,多个密封环9与多个基座8一一对应,密封环9沿周向套设在对应的基座8的侧壁上,且密封环9能够在基座8上升至对应的反应腔2时密封该反应腔2的底部开口。
在本发明实施例中,每个基座8的侧壁上均套设有密封环9,从而在各基座8上升至对应的反应腔2时,通过基座8及密封环9封闭对应的反应腔2的底部开口,构成该反应腔2独立的工艺环境,从而根据工艺需要,不仅可以实现在单个工艺腔室中实现两道以上工序(即多个反应腔2中的晶圆进行不同工序),也可以在单个工艺腔室中同时对多片晶圆进行同一工艺(即多个反应腔2中的晶圆进行相同工序),进一步提高机台产能。
为进一步提高各反应腔2的密封性,作为本发明的一种优选实施方式,如图1至图3所示,传输腔4的顶壁上形成有与多个反应腔2的底部开口一一对应的多组环形密封槽201,每组中的多个环形密封槽201同心且环绕对应的底部开口设置,密封环9具有朝向传输腔4的顶壁的环形定位面,环形定位面上形成有多个同心设置的环形凸起部901,多个环形凸起部901与多个环形密封槽201一一对应;在基座8上升至反应腔2时,环形凸起部901至少部分进入对应的环形密封槽201中。
在本发明实施例中,随着基座8上升至对应的反应腔2中,密封环9上的多个环形凸起部901也分别进入对应的环形密封槽201中,从而在密封环9的环形定位面与传输腔4的顶壁之间形成迷宫密封结构,进一步提高了各反应腔2的密封性。在本发明的一些实施例中,密封环9上的环形凸起部901高度与环形密封槽201的深度不同(例如,环形凸起部901的高度小于环形密封槽201的深度,以确保密封环9的环形定位面与传输腔4的顶壁接触),以保证机械密封的效果。
为提高密封环9与基座8之间轴向相对位置的稳定性,进一步提高各反应腔2的密封性,作为本发明的一种优选实施方式,如图1至图3所示,密封环9的内壁顶部形成有内凸沿,内凸沿的上表面与密封环9的顶端端面平齐,基座8的顶部形成有环绕基座8承载面的环形定位槽,内凸沿设置在环形定位槽中,且内凸沿的上表面与基座8的承载面平齐。密封环9的外壁底部形成有外凸沿,环形定位面形成在外凸沿上。
在本发明实施例中,密封环9的顶端通过内凸沿搭接在基座8的顶部,底端通过外凸沿与传输腔4的顶壁接触,从而在基座8下方的升降装置(例如,如图1所示,可以是电机5)通过支撑轴驱动基座8上升至反应腔2中时,密封环9能够通过内凸沿与环形定位槽之间的配合关系保持与基座8之间的轴向相对位置,进而通过内凸沿及外凸沿结构精确定位基座8的高度。
作为本发明的一种可选实施方式,支撑柱11的顶端具有限位头,限位头的侧面为由顶部向下组件缩窄的锥形限位面,基座孔的顶端对应地具有锥形段,基座孔在锥形段的孔径由基座8的承载面向下逐渐缩窄,在支撑柱11的顶面(即限位头的顶面)与基座8的承载面相平后,限位头的锥形限位面与基座孔锥形段的内壁接触,从而基座8可带动支撑柱11一同上升。
为提高传输腔4的洁净度,作为本发明的一种优选实施方式,该工艺腔室还包括气体管路6,多个反应腔2中均设置有第一工艺规,传输腔4中设置有第二工艺规,半导体工艺设备的控制装置能够通过第一工艺规和第二工艺规检测并比较反应腔2与传输腔4中的气体压强,并根据反应腔2与传输腔4中气体压强的比较结果控制气体管路6气体的通断,使传输腔4中的气体压强大于各反应腔2中的气体压强,从而避免反应腔2中的工艺气体通过密封环9的环形定位面与传输腔4的顶壁之间形成迷宫密封结构或者支撑柱11与基座孔之间的缝隙流入传输腔4,消除传输腔4中的颗粒源,提高传输腔4的洁净度,并且还能够保证各反应腔2在半导体工艺中总是处于独立的工艺环境中。
作为本发明的第二个方面,提供一种半导体工艺设备,该半导体工艺设备包括本发明实施例提供的工艺腔室。
在本发明提供的半导体工艺设备中,传输腔4中设置有传输机构22和承载机构21,承载机构21能够暂存待加工的晶圆3,从而在多个基座8分别承载晶圆3上升至对应的反应腔2中,并同步进行半导体工艺时,传输机构22可以先将下一批晶圆由工艺腔室外传输至承载机构21上,在上一批晶圆3的半导体工艺结束后,传输机构22将加工后的晶圆3传出工艺腔室,再由承载机构21将其所承载的多片晶圆转移至多个基座8上,从而节约了相邻两批晶圆3进行半导体工艺的步骤之间传输机构22将工艺腔室外的晶圆依次传输至各个基座8上的时间,提高了机台产能。
并且,晶圆的传输及定位均可由传输机构22和承载机构21实现,从而工艺腔室外侧无需设置带有机械手的传输平台,作为本发明的一种优选实施方式,如图8所示,工艺腔室的传片口10一侧可直接与预装载台42(Loadlock)对接,进而使半导体工艺设备的整机结构更加紧凑,降低了设备占地面积,进而提高了半导体产线的经济效益。
作为本发明的一种可选实施方式,如图8所示,该半导体工艺设备还包括前端模块43和多个装载台44,前端模块43中设置有机械手,机械手用于在大气环境下将装载台44上的晶圆存储装置(如,储片盒)中的晶圆取出至预装载台42中,或者将预装载台42中的晶圆传回装载台44上的晶圆存储装置中。预装载台42用于在接收晶圆后将自身腔室抽气至(接近)真空,以便传输腔4中的传输机构22在(接近)真空环境下取片;还用于在接收传输机构22传出的晶圆后恢复至大气压强,以便前端模块43的机械手取走晶圆。
为提高传片效率,作为本发明的一种优选实施方式,如图4、图6、图7、图8所示,工艺腔室对应于传输腔4的侧壁上形成有两个传片口10,工艺腔室的外侧对应于两个传片口10的位置设置有两个预装载台42,传输机构22用于通过两个传片口10由两个预装载台42获取晶圆,并通过两个传片口10将晶圆传输至两个预装载台42中。
作为本发明的第三个方面,提供一种半导体工艺方法,应用于本发明实施例提供的工艺腔室,该方法包括:
步骤S1、控制传输机构22将工艺腔室外的晶圆传输至多个基座8上;
步骤S2、控制多个基座8上升至对应的反应腔2中,并进行半导体工艺,同时控制传输机构22将工艺腔室外的晶圆传输至承载机构21上;
步骤S3、在半导体工艺结束后,控制多个基座8下降至传输腔4中,并控制传输机构22将多个基座8上的晶圆传出工艺腔室;
步骤S4、控制承载机构21将其所承载的多片晶圆转移至多个基座8上;
重复执行步骤S2至S4。
需要说明的是,步骤S1中基座8位于低位,支撑柱11伸出至顶部高于基座8的承载面。在执行最后一批晶圆的半导体工艺时,仅需执行步骤S2和步骤S3,且步骤S2中无需控制传输机构22将工艺腔室外的晶圆传输至承载机构21上(工艺腔室外无下一批待传入工艺腔室的晶圆)。
在本发明提供的半导体工艺方法中,由承载机构21暂存待加工的晶圆3,从而在多个基座8分别承载晶圆3上升至对应的反应腔2中,并同步进行半导体工艺时,传输机构22可以先将下一批晶圆由工艺腔室外传输至承载机构21上,在上一批晶圆3的半导体工艺结束后,传输机构22将加工后的晶圆3传出工艺腔室,再由承载机构21将其所承载的多片晶圆转移至多个基座8上,节约了相邻两批晶圆3进行半导体工艺的步骤之间传输机构22将工艺腔室外的晶圆依次传输至各个基座8上的时间,提高了机台产能。
并且,晶圆的传输及定位均由传输机构22和承载机构21实现,从而工艺腔室外侧无需设置带有机械手的传输平台,工艺腔室的传片口10一侧可直接与预装载台42(Loadlock)对接,进而使半导体工艺设备的整机结构更加紧凑,降低了设备占地面积,进而提高了半导体产线的经济效益。
在工艺腔室包括4个反应腔2的情况下,步骤S1具体可以包括:
步骤S11、控制传输机构22校正高度,使手指部221高于支撑柱11的顶端,并由工艺腔室外(的预装载台42)获取待处理的晶圆3,控制传输机构22的多个摆杆部摆动,使手指部221及其上承载的晶圆运动至第一基座25的支撑柱11上方;
控制传输机构22驱动手指部221下降,使待处理的晶圆3落在支撑柱11上,并驱动手指部221回到初始位置(例如,位于第二基座23与第四基座26之间,且不与基座8及承载机构21干涉的位置)。
步骤S12、控制传输机构22校正高度,使手指部221高于支撑柱11的顶端,并由工艺腔室外(的预装载台42)获取待处理的晶圆3,控制传输机构22的多个摆杆部摆动,使手指部221及其上承载的晶圆运动至第二基座23的支撑柱11上方;
控制传输机构22驱动手指部221下降,使待处理的晶圆3落在支撑柱11上,并驱动手指部221回到初始位置。
步骤S13、控制传输机构22校正高度,使手指部221高于支撑柱11的顶端,并由工艺腔室外(的预装载台42)获取待处理的晶圆3,控制传输机构22的多个摆杆部摆动,使手指部221及其上承载的晶圆运动至第三基座24的支撑柱11上方;
控制传输机构22驱动手指部221下降,使待处理的晶圆3落在支撑柱11上,并驱动手指部221回到初始位置。
步骤S14、控制传输机构22校正高度,使手指部221高于支撑柱11的顶端,并由工艺腔室外(的预装载台42)获取待处理的晶圆3,控制传输机构22的多个摆杆部摆动,使手指部221及其上承载的晶圆运动至第四基座26的支撑柱11上方;
控制传输机构22驱动手指部221下降,使待处理的晶圆3落在支撑柱11上,并驱动手指部221回到初始位置。
为避免承载机构21与传输机构22相互刮擦、碰撞,优选地,步骤S1还可以包括在步骤S11之前进行的步骤S10、控制承载机构21校正高度,使承载机构21位于承载位,高于传输机构22的最高极限位置。
在步骤S2中,控制传输机构22将工艺腔室外的晶圆传输至承载机构21上具体可以包括:
步骤S21、控制承载机构21校正高度,使承载机构21位于传输位,低于传输机构22的最高极限位置。
步骤S22、控制传输机构22校正高度,由工艺腔室外(的预装载台42)获取待处理的晶圆3(如图6所示),控制传输机构22升高至手指部221高于手指件,并控制传输机构22的多个摆杆部摆动,使手指部221及其上承载的晶圆运动至手指件211上方(如图7所示);
控制传输机构22驱动手指部221下降,使待处理的晶圆3落在手指件211上,并驱动手指部221回到初始位置。
步骤S23、控制传输机构22校正高度,由工艺腔室外获取待处理的晶圆3,控制传输机构22升高至手指部221高于手指件,并控制传输机构22的多个摆杆部摆动,使手指部221及其上承载的晶圆运动至手指件212上方;
控制传输机构22驱动手指部221下降,使待处理的晶圆3落在手指件212上,并驱动手指部221回到初始位置。
步骤S24、控制传输机构22校正高度,由工艺腔室外获取待处理的晶圆3,控制传输机构22升高至手指部221高于手指件,并控制传输机构22的多个摆杆部摆动,使手指部221及其上承载的晶圆运动至手指件213上方;
控制传输机构22驱动手指部221下降,使待处理的晶圆3落在手指件213上,并驱动手指部221回到初始位置。
步骤S25、控制传输机构22校正高度,由工艺腔室外获取待处理的晶圆3,控制传输机构22升高至手指部221高于手指件,并控制传输机构22的多个摆杆部摆动,使手指部221及其上承载的晶圆运动至手指件214上方;
控制传输机构22驱动手指部221下降,使待处理的晶圆3落在手指件214上,并驱动手指部221回到初始位置。
步骤S26、控制承载机构21回到承载位。
为提高半导体工艺腔室的安全性,优选地,承载机构21的初始周向位置为,每个手指件位于两相邻基座8之间。即,在工艺腔室包括4个反应腔2的情况下,两相邻基座8之间的周向夹角为90°,手指件与邻近基座8之间的周向夹角为45°,以避免基座8在升降过程中与手指件之间发生碰撞。
为增大手指部221的运动空间,优选地,步骤S21还包括控制承载机构21驱动连接件带动多个手指件沿逆时针方向转动预设角度(如,15°),从而在手指件211与第一基座25之间为手指部221流出足够的活动空间(此时基座8已升至反应腔2中,手指件不会与基座8下方较细的轴结构接触)。步骤S26还包括控制承载机构21驱动连接件带动多个手指件沿顺时针方向转动相同的预设角度(即恢复多个手指件的周向位置)。
在工艺腔室包括4个反应腔2的情况下,作为本发明的一种可选实施方式,步骤S4具体包括:
步骤S41、控制传输机构22驱动连接件带动多个手指件及其上承载的晶圆3沿顺时针转动(45°),使手指件211位于第一基座25上方,手指件212位于第二基座23上方,手指件213位于第三基座24上方,手指件214位于第四基座26上方;
步骤S42、控制传输机构22驱动连接件带动多个手指件,下降至高度低于多个支撑柱11的顶端且高于基座8的承载面,使手指件211上的晶圆3落在第一基座25的支撑柱11上,手指件212上的晶圆3落在第二基座23的支撑柱11上,手指件213上的晶圆3落在第三基座24的支撑柱11上,手指件214上的晶圆3落在第四基座26的支撑柱11上;
步骤S43、控制传输机构22驱动连接件带动多个手指件逆时针转动(45°),使多个手指件恢复初始周向位置,并驱动连接件带动多个手指件升高至承载位。
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 (10)

1.一种应用于半导体工艺设备的工艺腔室,包括传输腔和位于所述传输腔上方的多个反应腔,多个所述反应腔均通过底部开口与所述传输腔连通,所述工艺腔室中设置有多个用于承载晶圆的基座,多个所述基座与多个所述反应腔的位置一一对应,且可在所述反应腔与所述传输腔之间升降并封闭或打开所述底部开口,其特征在于,所述工艺腔室还包括设置在所述传输腔底壁上的传输机构和承载机构,所述传输机构用于将晶圆由所述工艺腔室外部转移至所述承载机构或多个所述基座上,以及将多个所述基座上的晶圆传出所述工艺腔室,所述承载机构用于承载多片晶圆,并在所述传输机构取走多个所述基座上的晶圆后,将其所承载的多片晶圆转移至多个所述基座上。
2.根据权利要求1所述的工艺腔室,其特征在于,多个所述基座环绕所述承载机构设置,所述承载机构具有多个晶圆承载位,所述晶圆承载位的数量与所述基座数量一致,且所述承载机构能够驱动多个所述晶圆承载位同时靠近对应的所述基座,并将多片所述晶圆转移至多个所述基座上,以及在将晶圆转移至所述基座上后,驱动多个所述晶圆承载位同时离开对应的所述基座。
3.根据权利要求2所述的工艺腔室,其特征在于,所述承载机构包括驱动器、连接件和多个手指件,所述手指件的上表面形成所述晶圆承载位,多个所述手指件环绕固定在所述连接件的四周,所述驱动器能够驱动所述连接件带动多个所述手指件升降以及绕所述连接件的旋转轴转动。
4.根据权利要求3所述的工艺腔室,其特征在于,所述基座具有环绕所述基座轴线分布的多个基座孔,多个所述基座孔中一一对应地设置有多个支撑柱,所述支撑柱用于在基座上升时沿所述基座孔相对于所述基座下降,并在所述支撑柱的顶面与所述基座的承载面相平后随所述基座一同上升,以及,在所述基座下降至所述支撑柱的底端与所述传输腔的底壁接触后支撑并抬起所述基座上的晶圆;
所述手指件在朝向对应的所述基座的一侧形成有避让口,且当所述驱动器驱动所述连接件带动多个所述手指件转动至多个所述手指件一一对应地位于多个所述基座上方时,每一所述基座上的多个支撑柱位于对应的所述手指件的所述避让口中。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的工艺腔室,其特征在于,所述工艺腔室对应于所述传输腔的侧壁上形成有两个传片口,所述传输机构用于通过两个所述传片口由所述工艺腔室外部获取晶圆,并通过两个所述传片口将晶圆传出所述工艺腔室。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的工艺腔室,其特征在于,所述工艺腔室还包括多个密封环,多个密封环与多个所述基座一一对应,所述密封环沿周向套设在所述基座的侧壁上,且所述密封环能够在所述基座上升至对应的所述反应腔时密封该反应腔的底部开口。
7.根据权利要求6所述的工艺腔室,其特征在于,所述传输腔的顶壁上形成有与多个所述反应腔的底部开口一一对应的多组环形密封槽,每组中的多个所述环形密封槽同心且环绕对应的所述底部开口设置,所述密封环具有朝向所述传输腔的顶壁的环形定位面,所述环形定位面上形成有多个同心设置的环形凸起部,多个所述环形凸起部与多个所述环形密封槽一一对应;在所述基座上升至所述反应腔时,所述环形凸起部至少部分进入对应的所述环形密封槽中。
8.根据权利要求1至4中任意一项所述的工艺腔室,其特征在于,所述传输机构包括驱动部、手指部和多个摆杆部,多个所述摆杆部依次连接在所述驱动部与所述手指部之间,多个所述摆杆部之间以及所述摆杆部与所述驱动部、所述手指部之间铰接连接,且多个铰接轴均沿竖直方向延伸,所述驱动部用于分别驱动所述手指部和多个所述摆杆部绕对应的所述铰接轴转动以及驱动多个所述摆杆部及所述手指部升降运动。
9.一种半导体工艺设备,其特征在于,所述半导体工艺设备包括权利要求1至8中任意一项所述的工艺腔室。
10.一种半导体工艺方法,其特征在于,应用于权利要求1至8中任意一项所述的工艺腔室,所述方法包括:
步骤S1、控制所述传输机构将工艺腔室外的晶圆传输至多个所述基座上;
步骤S2、控制多个所述基座上升至对应的所述反应腔中,并进行半导体工艺,同时控制所述传输机构将工艺腔室外的晶圆传输至所述承载机构上;
步骤S3、在所述半导体工艺结束后,控制多个所述基座下降至所述传输腔中,并控制所述传输机构将多个所述基座上的晶圆传出所述工艺腔室;
步骤S4、控制所述承载机构将其所承载的多片所述晶圆转移至多个所述基座上;
重复执行步骤S2至S4。
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