CN114188258A - 一种改善外延片平坦度的硅片衬底传送装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种改善外延片平坦度的硅片衬底传送装置和方法，该传送装置布置在外延沉积设备的工艺腔室中，该传送装置包括：加热模块，所述加热模块经配置为在硅片从所述工艺腔室的外部抵达所述工艺腔室内的加工位置的过程中，以不同的加热功率向所述所述硅片辐射热量；运送模块，所述运送模块经配置为在所述硅片进入所述工艺腔室之后，根据所述硅片的位置以不同的运动速度将所述硅片运送至所述加工位置。通过运送模块调节衬底硅片在各个位置的速率，并且通过加热模块在硅片进入工艺腔室的过程中调节各阶段加热灯组功率配比，降低衬底由于温差为外延片的品质带来的影响。

Description

一种改善外延片平坦度的硅片衬底传送装置和方法

技术领域

本发明实施例涉及外延片制造技术领域，尤其涉及一种改善外延片平坦度的硅片衬底传送装置和方法。

背景技术

在半导体领域，硅片一般是集成电路的原料。其中，外延片因其表面缺陷少和电阻率可控等特性，被广泛用于高集成化的IC元件和MOS制程。电路与电子元件需要在外延片上制作完成，不同的应用如MOS型中PMOS、NMOS、CMOS和双极型中饱和型和非饱和型。随着集成电路设计朝向轻、薄、短、小及省电化的发展趋势，行动通讯、信息家电等产品无不力求节约能源消耗，对于外延片类产品的要求也不断提高。

目前，外延硅片采用最为广泛的方式为常压外延沉积，由于外延片是在抛光片的表面通过气相沉积反应，生长一层外延层，因此，衬底的品质对于外延片的品质有着至关重要的影响因素。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例期望提供用于改善外延片平坦度的硅片衬底传送装置和方法；在制造外延片时，在衬底加载至加工位置的过程中，通过调节外延炉基座支撑轴在各个位置的速率和外延片在进入沉积腔室过程中的各阶段加热灯组功率配比，改善衬底品质。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种改善外延片平坦度的硅片衬底传送装置，所述传送装置布置在外延沉积设备的工艺腔室中，所述传送装置包括：

加热模块，所述加热模块经配置为在硅片从所述工艺腔室的外部抵达所述工艺腔室内的加工位置的过程中，以不同的加热功率向所述所述硅片辐射热量；运送模块，所述运送模块经配置为在所述硅片进入所述工艺腔室之后，根据所述硅片的位置以不同的运动速度将所述硅片运送至所述加工位置。

第二方面，本发明实施例提供了一种改善外延片平坦度的硅片衬底传送方法，所述传送方法包括：

当硅片位于工艺腔室外部时，调节第二加热单元的的功率配比高于第一加热单元以使得托盘迅速升温；在所述硅片进入所述工艺腔室直到所述托盘承载到所述硅片的过程中，调节所述第一加热单元的功率配比高于所述第二加热单元以使得所述硅片的温度快速达到所述工艺腔室的温度；当所述托盘承载到所述硅片后，升高加热模块的总功率以完成对所述硅片的加工。其中，所述在所述硅片进入所述工艺腔室直到所述托盘承载到所述硅片的过程中具体包括：

当所述硅片进入所述工艺腔室后，支承杆穿过托盘以使得所述支承杆能够先于所述托盘接触所述硅片，驱动所述支承杆和所述托盘同步上升；当所述支承杆即将接触所述硅片时，降低所述支承杆和所述托盘的上升速度以使得所述支承杆缓慢支承所述硅片；当所述支承杆支承所述硅片后，所述支承杆承载所述硅片与所述托盘继续同步上升，直至所述支承杆抵达最高位置；所述支承杆抵达最高位置后，所述支承杆停止运动，所述托盘继续上升，直至所述托盘承载所述硅片；当所述托盘承载所述硅片后，提高所述托盘的上升速度并将所述硅片传送至加工位置。

本发明实施例提供了一种改善外延片平坦度的硅片衬底传送装置和方法，在制造外延片时，在衬底加载至加工位置的过程中，通过调节外延炉基座支撑轴在各个位置的速率和外延片在进入工艺腔室过程中的各阶段加热单元功率配比以使得外延片衬底在进入腔室各阶段的形变量最小化，提高衬底质量，从而改善外延片的平坦度（Bow/Warp）和颗粒缺陷等，提高外延片产品质量。

附图说明

图1为现有技术中常压外延沉积装置的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种改善外延片平坦度的硅片衬底传送装置的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种改善外延片平坦度的硅片衬底传送方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种改善外延片平坦度的硅片衬底传送方法中硅片进入工艺腔室直到托盘承载到所述硅片的过程的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见附图1，其示出了现有技术中常用的外延沉积装置10的传送路径示意图。外延沉积装置10包括：硅片加载端口1、FI2、Loadlock 3、缓冲腔室4以及工艺腔室5。通常外延沉积装置10可包含一个或多个Loadlock 3，用以将进入外延沉积装置10的衬底吸住，通过机械臂或其他转运装置将Loadlock 3内的衬底运输至工艺腔室进行加工处理。在衬底的整个传输过程中，工艺腔室5的温度很高，而其他腔室维持在常温状态下，当硅片在进出工艺腔室5的过程中由于温度的骤然变化，会导致衬底硅片产生变形，对后续的加工造成影响。

其中，整个工艺腔室5由外部的卤素灯作为加热单元，通过热辐射作用提供工艺腔室5内发生的化学反应所需要的热量。衬底硅片在进入工艺腔室5之前一直处于常温状态，然而工艺腔室内的温度约为600-700摄氏度，急剧的温度变化会导致硅片在传输过程中产生变形，在硅片和用于传输硅片的用具接触的部位产生局部变形之外，在传输过程中由于接触碰撞也会导致硅片位置的偏移，此时在传输过程中可能会出现硅片背部、即硅片与用于传输硅片的用具产生剐蹭，从而在工艺腔室内形成颗粒。此外，在后续的加工过程中硅片落入用于传输硅片的用具的位置也会偏斜，造成外延片的平坦度、滑移线和颗粒等品质问题。

因此，针对上述所面临的技术问题，本发明提出了一种改善外延片平坦度的硅片衬底传送装置，通过控制不同阶段硅片的传输速率和加热硅片的加热单元的功率配比，改善衬底硅片的质量。参见附图2，其示出了本发明实施例的一种改善外延片平坦度的硅片衬底传送装置，该传送装置包括加热模块6和运送模块7。

该运送模块7用于将进入工艺腔室的硅片运送至工艺位置进行加工，通过改善其运送速率，使得硅片在传输过程中充分受热并且降低在接触时可能发生的摩擦、剐蹭的现象。该运送模块7包括托盘71和托盘支撑轴72，该托盘71用于承载待加工的硅片，托盘支撑轴72用于驱动该托盘71升降和旋转，通过托盘支撑轴72能够驱动托盘71上升以承载硅片并且继续上升以将硅片传输至工艺位置实现加工。进一步地，该运送模块7还包括支承杆73和支承杆支撑轴74，支承杆支撑轴74驱动支承杆73上升。支承杆73经配置为穿过托盘71优先与硅片接触，托盘71表面均匀设置有多个可供支承杆73穿过的通孔。通过上述结构，托盘支撑轴72和支承杆支撑轴74分别驱动托盘71和支承杆73上升以迎接硅片，在上升过程中托盘71和支承杆73速度始终保持一致，在即将与硅片接触时，支承杆73先与硅片率先接触，支承杆73支承硅片，托盘71和支承杆73继续同步上升，直到所述支承杆73抵达最高位置后，支承杆73停止上升，托盘71继续上升使得托盘71的上表面与硅片的底面接触，从而通过托盘71完全承载硅片。在该过程中，该运送模块7通过速度控制器（未示出）以保障支承杆73与硅片接触部分不会发生局部变形、支承杆73不会剐蹭硅片底面以及硅片与托盘71上的位置不发生偏移等问题，从而保证衬底硅片的质量，提高外延片的品质。通过速度控制器，实现支承杆73与硅片、托盘71与硅片的平稳接触。速度控制器通过电机控制支承杆支撑轴74和托盘支撑轴72以调节支承杆73和托盘71的上升速度。进一步地，每当支承杆73上升与硅片发生接触以支承硅片或者每当托盘71上升与硅片发生接触以承载硅片时，降低支承杆73和托盘71的上升速度以减弱由于机械碰撞造成的损伤。另外，通过速度控制器还能够实现分别调节托盘71和支承杆72的上升速度，能够延长硅片的受热时间。

该加热模块6用于对处于工艺腔室内的硅片进行热辐射，通过改善加热模块的功率配比，使得硅片的温度尽可能均匀一致。该加热模块6包括布置在托盘上方的第一加热单元61以及布置在托盘71下方的第二加热单元62，第一加热单元61直接向硅片的上表面进行热辐射，第二加热单元62通过托盘71的热传导将热点传递至硅片的下表面。第一加热单元61和第二加热单元62由两个或者更多个卤素灯组成，第一加热单元61经配置为由不同的卤素灯分别向硅片的中心部分和外侧部分提供热量，第二加热单元62同理。由于硅片的下表面是通过托盘71进行热传导，硅片上下表面的温度分布不均匀。为了使得硅片的温度尽可能一致，加热模块6还包括温度控制器和温度感应器，温度感应器用于监测硅片上表面的温度以及硅片下表面的温度，由于硅片下表面的温度由托盘71传递所以监测托盘71下表面的温度以表征硅片下表面的温度。参见附图2，第一加热单元61与第二加热单元62上下同时加热，加热模块6通过温度控制器控制第一加热单元61与第二加热单元62的功率配比，使得硅片上下表面的温度均匀。该温度控制器经配置为：当硅片进入工艺腔室之前，调节第二加热单元功率大于第一加热单元，使得托盘71迅速升温；当硅片进入反应腔室仍未被托盘71承载时，提高第一加热单元的功率配比；当硅片承载在托盘71上时，调节第一加热单元与第二加热单元的功率配比，通过温度更高的托盘快速热传导和功率配比高的第一加热单元使得硅片迅速达到工艺腔室的温度，从而减小因为温度导致的变形量。需要注意的是，在调节功率配比以调整温度时，过度的调节会导致硅片上班下表面受热不均匀，出现更大的变形或者滑移线等其他缺陷。

通过附图2所示的改善外延片平坦度的硅片衬底传送装置在从外部接收硅片并将硅片传送至工艺位置的过程中，通过温度感应器监控硅片上下表面的温度，并根据监测到的温度值通过温度控制器控制第一加热单元和第二加热单元在不同的阶段以不同的功率向硅片的上表面和下表面辐射热量，以使得硅片上下表面的温度均匀。同时在硅片进入工艺腔室后，传送装置通过运送模块控制托盘与支承杆与硅片接触时的速度，避免机械运动造成的损伤，并且根据需要调控托盘的运动速度以延长硅片的加热时间。参见附图3，其示出了本发明实施例提供的一种改善外延片平坦度的硅片衬底传送方法，该传送方法能够应用于附图2所示的传送装置，该传送方法包括以下步骤：

当硅片位于工艺腔室外部时，调节第二加热单元的的功率配比高于第一加热单元以使得托盘迅速升温；

在硅片进入工艺腔室直到托盘承载到所述硅片的过程中，调节第一加热单元的功率配比高于第二加热单元以使得硅片的温度快速达到工艺腔室的温度；

当托盘承载到所述硅片后，升高加热模块的总功率以完成对所述硅片的加工。

在一个示例中，本发明实施例提供的改善外延片平坦度的硅片衬底传送方法可以按照下述参数进行：当硅片位于工艺腔室外部时，第二加热单元的功率调整为58%，第二加热单元用于加热硅片中心部分的功率调整为12.5%，第一加热单元用于加热硅片中心部分的功率调整为52%；在硅片进入工艺腔室直到托盘承载到所述硅片的过程中，第二加热单元的功率调整为60%，第二加热单元用于加热硅片中心部分的功率调整为14.5%，第一加热单元用于加热硅片中心部分的功率调整为70%；当托盘承载到所述硅片后，第二加热单元的功率调整为50%，第二加热单元用于加热硅片中心部分的功率调整为15%，第一加热单元用于加热硅片中心部分的功率调整为60%。

通过附图3所示的技术方案，本发明的实施例能够通过分别调节第一加热单元和第二加热单元的功率以实现保障硅片上下表面的温度均匀。为了进一步地提高衬底硅片的质量，在硅片进入工艺腔室直到托盘承载到所述硅片的过程中，由于硅片通过机械装置进行转运，容易收到机械碰撞产生损伤从而影响外延工艺，因此为了解决该技术问题，参见附图4，所述在硅片进入工艺腔室直到托盘承载到所述硅片的过程中具体包括：

当所述硅片进入所述工艺腔室后，支承杆穿过托盘以使得所述支承杆能够先于所述托盘接触所述硅片，驱动所述支承杆和所述托盘同步上升；

当所述支承杆即将接触所述硅片时，降低所述支承杆和所述托盘的上升速度以使得所述支承杆缓慢支承所述硅片；

当所述支承杆支承所述硅片后，所述支承杆承载所述硅片与所述托盘继续同步上升，直至所述支承杆抵达最高位置；

所述支承杆抵达最高位置后，所述支承杆停止运动，所述托盘继续上升，直至所述托盘承载所述硅片；

当所述托盘承载所述硅片后，提高所述托盘的上升速度并将所述硅片传送至加工位置。

通过附图4所示的技术方案，其中本发明实施例能够通过支承杆支撑轴和托盘支撑轴分别驱动支承杆和托盘上升，在支承杆或托盘接触硅片时降低支承杆或托盘的速度以保证支承杆或托盘与硅片缓慢接触，避免机械结构接触时造成的损伤，进一步提高了衬底硅片的质量。

因此本发明提供了一种改善外延片平坦度的硅片衬底传送装置，在制造外延片时，在衬底加载至加工位置的过程中，通过调节外延炉基座支撑轴在各个位置的速率和外延片在进入工艺腔室过程中的各阶段加热单元功率配比以使得外延片衬底在进入腔室各阶段的形变量最小化，提高衬底质量，从而改善外延片的平坦度和颗粒缺陷等，提高外延片产品质量。

需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种改善外延片平坦度的硅片衬底传送装置，所述传送装置布置在外延沉积设备的工艺腔室中，其特征在于，所述传送装置包括：

加热模块，所述加热模块经配置为在硅片从所述工艺腔室的外部抵达所述工艺腔室内的加工位置的过程中，以不同的加热功率向所述所述硅片辐射热量；

运送模块，所述运送模块经配置为在所述硅片进入所述工艺腔室之后，根据所述硅片的位置以不同的运动速度将所述硅片运送至所述加工位置。

2.根据权利要求1所述的传送装置，其特征在于，所述运送模块包括用于承载所述硅片的托盘和用于驱动所述托盘升降和旋转的托盘支撑轴。

3.根据权利要求2所述的传送装置，其特征在于，所述运送模块还包括支承杆和用于驱动所述支承杆升降运动的支承杆支撑轴，所述支承杆经配置为从所述托盘穿过以先于所述托盘支承所述硅片。

4.根据权利要求3所述的传送装置，其特征在于，所述运送模块还包括速度控制器，所述速度控制器经配置为控制所述托盘支撑轴和所述支承杆支撑轴的运动速度。

5.根据权利要求4所述的传送装置，其特征在于，所述速度控制器通过电机调节实现所述托盘支撑轴和所述支承杆支撑轴的运动速度控制。

6.根据权利要求2所述的传送装置，其特征在于，所述加热模块包括布置在所述托盘上方的第一加热单元以及布置在所述托盘下方的第二加热单元。

7.根据权利要求6所述的传送装置，其特征在于，所述加热模块还包括温度控制器和温度感应器，所述温度感应器经配置为监测并向所述温度控制器反馈所述硅片的上表面温度以及所述托盘的下表面温度，所述温度控制器经配置为根据所述硅片的上表面温度以及所述托盘的下表面温度分别调节所述第一加热单元和所述第二加热单元的功率配比。

8.根据权利要求6所述的传送装置，其特征在于，所述第一加热单元和所述第二加热单元由两个或者更多个卤素灯组成。

9.一种改善外延片平坦度的硅片衬底传送方法，所述传送方法应用于根据权利要求1-8任一所述的改善外延片平坦度的硅片衬底传送装置，其特征在于，所述传送方法包括：

当硅片位于工艺腔室外部时，调节第二加热单元的的功率配比高于第一加热单元以使得托盘迅速升温；

在所述硅片进入所述工艺腔室直到所述托盘承载到所述硅片的过程中，调节所述第一加热单元的功率配比高于所述第二加热单元以使得所述硅片的温度快速达到所述工艺腔室的温度；

当所述托盘承载到所述硅片后，升高加热模块的总功率以完成对所述硅片的加工。

10.根据权利要求9所述的传送方法，所述在所述硅片进入所述工艺腔室直到所述托盘承载到所述硅片的过程中具体包括：

当所述硅片进入所述工艺腔室后，支承杆穿过托盘以使得所述支承杆能够先于所述托盘接触所述硅片，驱动所述支承杆和所述托盘同步上升；

当所述支承杆即将接触所述硅片时，降低所述支承杆和所述托盘的上升速度以使得所述支承杆缓慢支承所述硅片；

当所述支承杆支承所述硅片后，所述支承杆承载所述硅片与所述托盘继续同步上升，直至所述支承杆抵达最高位置；

所述支承杆抵达最高位置后，所述支承杆停止运动，所述托盘继续上升，直至所述托盘承载所述硅片；

当所述托盘承载所述硅片后，提高所述托盘的上升速度并将所述硅片传送至加工位置。

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