CN114695246A - 一种新型的晶圆升降单元、半导体设备及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

一种新型的晶圆升降单元、半导体设备及其工作方法，新型的晶圆升降单元包括：晶圆支撑平台，晶圆支撑平台包括中心承载区和围绕中心承载区的边缘承载区，边缘承载区中具有若干间隔设置的第一容纳槽；顶针单元，顶针单元包括：升降支撑件，升降支撑件围绕中心承载区设置；若干个间隔的限位支撑件，若干个限位支撑件围绕中心承载区设置，限位支撑件适于移动至第一容纳槽中；每个限位支撑件包括连续的第一台阶至第N台阶，第一台阶在晶圆支撑平台上的投影到晶圆支撑平台的中心的距离至第N台阶在晶圆支撑平台上的投影到晶圆支撑平台的中心的距离递增，第一台阶至第N台阶的高度递增。新型的晶圆升降单元兼容多种尺寸晶圆且保证晶圆在传片过程中位置的稳定性。

Description

一种新型的晶圆升降单元、半导体设备及其工作方法
技术领域
本发明涉及半导体设备领域，尤其涉及一种新型的晶圆升降单元、半导体设备及其工作方法。
背景技术
在半导体制造中，涉及多道工序，每道工序都是由一定的设备和工艺来完成的。其中，等离子体反应常被用于半导体晶圆及其它基片的化学物理沉积、刻蚀以及光刻胶灰化去除等，在典型的等离子体刻蚀工艺中，不同的工艺气体组合(如CxFy、O2,、Ar等)在射频(Radio frequency)环境中经过射频激励作用形成等离子体，形成的等离子体在刻蚀腔体上下电极电场作用下与晶圆表面发生物理轰击和化学反应，完成对晶圆表面设计图案和关键工艺的处理过程。典型的等离子体刻蚀腔体包括容性耦合腔体(CCP)和感性耦合腔体(ICP)两种。
然而，现有的半导体设备难以兼容多种尺寸晶圆且晶圆在传片过程中位置容易滑片。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种新型的晶圆升降单元、半导体设备及其工作方法，以兼容多种尺寸晶圆且保证晶圆在传片过程中位置的稳定性。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种新型的晶圆升降单元，包括：晶圆支撑平台，所述晶圆支撑平台包括中心承载区和围绕所述中心承载区的边缘承载区，所述边缘承载区中具有若干间隔设置的第一容纳槽；顶针单元，所述顶针单元包括：升降支撑件，所述升降支撑件围绕所述中心承载区设置；若干个间隔的限位支撑件，各所述限位支撑件与所述升降支撑件的顶端固定连接，若干个限位支撑件围绕所述中心承载区设置，所述限位支撑件适于移动至第一容纳槽中；每个所述限位支撑件包括连续的第一台阶至第N台阶，第一台阶在晶圆支撑平台上的投影到晶圆支撑平台的中心的距离至第N台阶在晶圆支撑平台上的投影到晶圆支撑平台的中心的距离递增，第一台阶至第N台阶的高度递增，N为大于或等于2的整数。
可选的，所述升降支撑件围绕所述晶圆支撑平台设置。
可选的，所述第一容纳槽底部的部分边缘承载区中具有顶针升降口；所述升降支撑件穿过所述顶针升降口，所述升降支撑件适于在所述顶针升降口中移动。
可选的，还包括：固定件，所述固定件与所述升降支撑件背向所述限位支撑件的一端固定；顶针升降驱动单元，所述顶针升降驱动单元适于驱动所述固定件进行升降移动。
可选的，每个限位支撑件的第k台阶的拐角处对应第k内切圆，每个限位支撑件的第k台阶适于放置第k尺寸晶圆，第k内切圆的直径大于第k尺寸晶圆的直径，第k内切圆的直径与第k尺寸晶圆的直径之差为1mm～6mm。
本发明还提供一种半导体设备，包括：腔室主体；本发明的晶圆升降单元，所述新型的晶圆升降单元位于所述腔室主体中。
可选的，还包括：设置在所述腔室主体的顶部的离子隔离件；位于所述离子隔离件上的射频源。
本发明还提供一种半导体设备的工作方法，包括：提供上述的半导体设备；驱动升降支撑件上升，使得限位支撑件的表面高于中心承载区的表面；驱动升降支撑件上升之后，将第k尺寸晶圆放置在各所述限位支撑件的第k台阶上，k为大于等于1且小于或等于N的整数；将第k尺寸晶圆放置在各所述限位支撑件的第k台阶上之后，对所述腔室主体进行抽真空处理；对所述腔室主体进行抽真空处理之后，驱动升降支撑件下降直至所述限位支撑件移动至第一容纳槽中且第k尺寸晶圆与中心承载区和部分边缘承载区接触；驱动升降支撑件下降直至所述限位支撑件移动至第一容纳槽中之后，对第k尺寸晶圆进行工艺处理。
可选的，对第k尺寸晶圆进行工艺处理之后，驱动升降支撑件上升，使得第k台阶上的第k尺寸晶圆与晶圆支撑平台的表面分离；第k台阶上的第k尺寸晶圆与晶圆支撑平台的表面分离之后，对所述腔室主体进行破真空处理；对所述腔室主体进行破真空处理之后，将第k尺寸晶圆移出腔室主体。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
本发明技术方案提供的新型的晶圆升降单元，每个所述限位支撑件包括连续的第一台阶至第N台阶，第一台阶在晶圆支撑平台上的投影到晶圆支撑平台的中心的距离至第N台阶在晶圆支撑平台上的投影到晶圆支撑平台的中心的距离递增，第一台阶至第N台阶的高度递增。这样第k个台阶的侧壁会对第k尺寸晶圆的边缘具有限位作用，晶圆在传片过程中位置的稳定性提高。其次，N大于或等于2，每个台阶上用于放置的晶圆尺寸不同，能兼容对种尺寸晶圆的传输。
附图说明
图1为一种半导体设备的示意图；
图2为本发明一实施例中的半导体设备的示意图；
图3为本发明一实施例中的晶圆支撑平台和顶针单元的俯视图；
图4为本发明另一实施例中的半导体设备的示意图；
图5为本发明一实施例中的半导体设备的一种状态下的示意图；
图6为本发明一实施例中的半导体设备的另一种状态下的示意图。
具体实施方式
一种半导体设备，参考图1，包括：腔体主体8；支撑平台1，支撑平台1上适于放置晶圆5；顶针2；顶针升降执行机构3；顶针移动通道4；离子隔离环6；ICP等离子体源7；抽气口9；顶针升降口10。
晶圆5由腔体传送口传入腔体主体8中并放到顶针2上，顶针2下沉至晶圆5落到支撑平台1上；晶圆5落到支撑平台1后，腔体主体8开始抽真空至可反应压力；完成抽真空后，ICP等离子体源7产生等离子体，等离子体经离子隔离环6对离子进行过滤后，活性基团到达晶圆5表面与晶圆5发生灰化反应，完成去胶过程。由于灰化反应是一种高温驱动的化学反应，为使支撑平台1的温度尽快传导至晶圆5表面，需要保证晶圆5与支撑平台1之间具有良好的物理接触，因此两者之间的相对平整度和粗糙度都要满足特定需求。然而，晶圆5到达支撑平台1后对腔体主体8进行抽真空的过程中，会出现晶圆5背部气垫效应，使晶圆5在支撑平台1上滑动，晶圆5中心出现较大偏差，影响灰化反应的均匀性以及传片过程的一致性，甚至会出现传片的失败。
基于上述分析，本发明提出一种新型的晶圆升降单元，包括：晶圆支撑平台，所述晶圆支撑平台包括中心承载区和围绕所述中心承载区的边缘承载区，所述边缘承载区中具有若干间隔设置的第一容纳槽；顶针单元，所述顶针单元包括：升降支撑件，所述升降支撑件围绕所述中心承载区设置；若干个间隔的限位支撑件，各所述限位支撑件与所述升降支撑件的顶端固定连接，若干个限位支撑件围绕所述中心承载区设置，所述限位支撑件适于移动至第一容纳槽中；每个所述限位支撑件包括连续的第一台阶至第N台阶，第一台阶至第N台阶的高度递增，第一台阶在晶圆支撑平台上的投影到晶圆支撑平台的中心的距离至第N台阶在晶圆支撑平台上的投影到晶圆支撑平台的中心的距离递增，N为大于或等于2的整数。所述新型的晶圆升降单元兼容多种尺寸晶圆且保证晶圆在传片过程中位置的稳定性。
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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，也可以是电学连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。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。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明一实施例提供一种半导体设备，参考图2和图3，包括：
腔室主体8a；
位于所述腔室主体8a中的新型的晶圆升降单元；
所述新型的晶圆升降单元包括：晶圆支撑平台1a，所述晶圆支撑平台1a包括中心承载区和围绕所述中心承载区的边缘承载区，所述边缘承载区中具有若干间隔设置的第一容纳槽2a；顶针单元，所述顶针单元包括：升降支撑件3a，所述升降支撑件3a围绕所述中心承载区设置；若干个间隔的限位支撑件3c，各所述限位支撑件3c与所述升降支撑件3a的顶端固定连接，若干个限位支撑件3c围绕所述中心承载区设置，所述限位支撑件3c适于移动至第一容纳槽2a中；每个所述限位支撑件3c包括连续的第一台阶3-1a至第N台阶，第一台阶3-1a在晶圆支撑平台1a上的投影到晶圆支撑平台1a的中心的距离至第N台阶在晶圆支撑平台1a上的投影到晶圆支撑平台1a的中心的距离递增，第一台阶3-1a至第N台阶的高度递增，N为大于或等于2的整数。
半导体设备可以为刻蚀设备。
本实施例中，所述升降支撑件3a围绕所述晶圆支撑平台1a设置。升降支撑件3a位于所述晶圆支撑平台1a的侧部且与晶圆支撑平台1a间隔。
所述新型的晶圆升降单元还包括：固定件3b，所述固定件3b与所述升降支撑件3a背向所述限位支撑件3c的一端固定；顶针升降驱动单元4a，所述顶针升降驱动单元4a适于驱动所述固定件3b进行升降移动。所述固定件3b为环状结构。
本实施例中，升降支撑件3a的数量为若干个，若干个升降支撑件3a均与固定件3b连接，固定件3b能增加若干个升降支撑件3a相对位置的稳定性。升降支撑件3a的一端与限位支撑件3c一一对应固定连接。本实施例中，以升降支撑件3a的数量为4个进行示意，限位支撑件3c的数量为4个进行示意。在其他实施例中，升降支撑件的数量为3个，限位支撑件的数量为4个。在其他实施例中，升降支撑件的数量大于4个，限位支撑件的数量大于4个。
每个限位支撑件3c的第k台阶的拐角处对应第k内切圆，每个限位支撑件3c的第k台阶适于放置第k尺寸晶圆，第k内切圆的直径大于第k尺寸晶圆的直径，第k内切圆的直径与第k尺寸晶圆的直径之差为1mm～6mm，例如1mm、2mm、3mm、4mm、5mm或6mm。第k内切圆的直径与第k尺寸晶圆的直径之差的下限为晶圆尺寸精度或晶圆传送精度，第k内切圆的直径与第k尺寸晶圆的直径之差的上限由晶圆传送偏离量阈值决定。
本实施例中，以N等于4为示例进行说明。每个所述限位支撑件3c包括连续的第一台阶3-1a、第二台阶3-2a、第三台阶3-3a和第四台阶3-4a。第二台阶3-2a在晶圆支撑平台1a上的投影到晶圆支撑平台1a的中心的距离大于第一台阶3-1a在晶圆支撑平台1a上的投影到晶圆支撑平台1a的中心的距离。第三台阶3-3a在晶圆支撑平台1a上的投影到晶圆支撑平台1a的中心的距离大于第二台阶3-2a在晶圆支撑平台1a上的投影到晶圆支撑平台1a的中心的距离。第四台阶3-4a在晶圆支撑平台1a上的投影到晶圆支撑平台1a的中心的距离大于第三台阶3-3a在晶圆支撑平台1a上的投影到晶圆支撑平台1a的中心的距离。第二台阶3-2a的高度大于第一台阶3-1a的高度，第三台阶3-3a的高度大于第二台阶3-2a的高度，第四台阶3-4a的高度大于第三台阶3-3a的高度。
例如，所述第一台阶3-1a上适于放置4寸晶圆，第二台阶3-2a上适于放置6寸晶圆，第三台阶3-3a上适于放置8寸晶圆。
需要说明的是，在其他实施例中，N还可以取其他数值。
第一台阶的中心至第N台阶的中心在晶圆支撑平台1a上的投影的连线的延长线经过晶圆支撑平台1a的中心。
每个限位支撑件3c的第k台阶的高度一致。本实施例中，每个限位支撑件3c的第一台阶3-1a的高度一致；每个限位支撑件3c的第二台阶3-2a的高度一致；每个限位支撑件3c的第三台阶3-3a的高度一致；每个限位支撑件3c的第四台阶3-4a的高度一致。
顶针单元的材料包括陶瓷、铝合金或不锈钢等刚性较强的材料。
所述半导体设备还包括：设置在所述腔室主体8a的顶部的离子隔离件6a；位于所述离子隔离件6a上的射频源7a。
所述离子隔离件6a用于对离子进行过滤。射频源7a包括ICP等离子体源。射频源7a用于产生等离子体。射频源7a产生的等离子体经过离子隔离件6a对离子进行过滤，等离子体中剩余的活性基团到达晶圆5a表面与晶圆5a进行工艺处理。
本实施例中，第k个台阶的侧壁会对第k尺寸晶圆的边缘具有限位作用，晶圆在传片过程中位置的稳定性提高。其次，N大于或等于2，每个台阶上用于放置的晶圆尺寸不同，能兼容对种尺寸晶圆的传输。
实施例2
本实施例的半导体设备与实施例1的半导体设备的区别在于：参考图4，第一容纳槽2a底部的部分边缘承载区中具有顶针升降口Q；升降支撑件3a’穿过所述顶针升降口Q，所述升降支撑件3a’适于在所述顶针升降口Q中移动。
实施例3
本实施例提供一种新型的晶圆升降单元，本实施例的新型的晶圆升降单元参照实施例1中关于新型的晶圆升降单元的描述。
实施例4
本实施例提供一种半导体设备的工作方法，包括：
S1:提供如实施例1或实施例2的半导体设备；
S2：驱动升降支撑件上升，使得限位支撑件的表面高于中心承载区的表面；
S3：驱动升降支撑件上升之后，将第k尺寸晶圆放置在各所述限位支撑件的第k台阶上，k为大于等于1且小于或等于N的整数；
S4：将第k尺寸晶圆放置在各所述限位支撑件的第k台阶上之后，对所述腔室主体进行抽真空处理；
S5：对所述腔室主体进行抽真空处理之后，驱动升降支撑件下降直至所述限位支撑件移动至第一容纳槽中且第k尺寸晶圆与中心承载区和部分边缘承载区接触；
S6：驱动升降支撑件下降直至所述限位支撑件移动至第一容纳槽中之后，对第k尺寸晶圆进行工艺处理。
本实施例中，在腔室主体处理破真空状态时，驱动升降支撑件上升，使得限位支撑件的表面高于中心承载区的表面。
步骤S3中，驱动升降支撑件上升之后，打开腔室主体，之后，采用机械手臂11将第k尺寸晶圆放置在各所述限位支撑件的第k台阶上。
步骤S4中，将第k尺寸晶圆放置在各所述限位支撑件的第k台阶上之后，对所述腔室主体进行抽真空处理，由于第k尺寸晶圆被第k台阶托起，因此抽真空处理的过程中，不存在第k尺寸晶圆的背部的气垫效应，第k尺寸晶圆的位置保持不变。
所述半导体设备的工作方法还包括:对第k尺寸晶圆进行工艺处理之后，驱动升降支撑件上升，使得第k台阶上的第k尺寸晶圆与晶圆支撑平台的表面分离；第k台阶上的第k尺寸晶圆与晶圆支撑平台的表面分离之后，对所述腔室主体进行破真空处理；对所述腔室主体进行破真空处理之后，将第k尺寸晶圆移出腔室主体。
由于第k尺寸晶圆被第k台阶托起，因此在对所述腔室主体进行破真空处理的过程中，因此不存在第k尺寸晶圆的背部的气垫效应，第k尺寸晶圆的位置保持不变。
对所述腔室主体进行破真空处理之后，采用机械手臂11将第k尺寸晶圆移出腔室主体。
参考图5，为将第k尺寸晶圆放置在中心承载区和部分边缘承载区上，限位支撑件移动至第一容纳槽中的状态。
参考图6，为第k台阶上的第k尺寸晶圆与晶圆支撑平台的表面分离之后，的状态。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种新型的晶圆升降单元，其特征在于，包括：
晶圆支撑平台，所述晶圆支撑平台包括中心承载区和围绕所述中心承载区的边缘承载区，所述边缘承载区中具有若干间隔设置的第一容纳槽；
顶针单元，所述顶针单元包括：升降支撑件，所述升降支撑件围绕所述中心承载区设置；若干个间隔的限位支撑件，各所述限位支撑件与所述升降支撑件的顶端固定连接，若干个限位支撑件围绕所述中心承载区设置，所述限位支撑件适于移动至第一容纳槽中；每个所述限位支撑件包括连续的第一台阶至第N台阶，第一台阶在晶圆支撑平台上的投影到晶圆支撑平台的中心的距离至第N台阶在晶圆支撑平台上的投影到晶圆支撑平台的中心的距离递增，第一台阶至第N台阶的高度递增，N为大于或等于2的整数。
2.根据权利要求1所述的新型的晶圆升降单元，其特征在于，所述升降支撑件围绕所述晶圆支撑平台设置。
3.根据权利要求1所述的新型的晶圆升降单元，其特征在于，所述第一容纳槽底部的部分边缘承载区中具有顶针升降口；所述升降支撑件穿过所述顶针升降口，所述升降支撑件适于在所述顶针升降口中移动。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的新型的晶圆升降单元，其特征在于，还包括：固定件，所述固定件与所述升降支撑件背向所述限位支撑件的一端固定；顶针升降驱动单元，所述顶针升降驱动单元适于驱动所述固定件进行升降移动。
5.根据权利要求1所述的新型的晶圆升降单元，其特征在于，每个限位支撑件的第k台阶的拐角处对应第k内切圆，每个限位支撑件的第k台阶适于放置第k尺寸晶圆，第k内切圆的直径大于第k尺寸晶圆的直径，第k内切圆的直径与第k尺寸晶圆的直径之差为1mm～6mm。
6.一种半导体设备，其特征在于，包括：
腔室主体；
如权利要求1至5任意一项所述的新型的晶圆升降单元，所述新型的晶圆升降单元位于所述腔室主体中。
7.根据权利要求6所述的半导体设备，其特征在于，还包括：设置在所述腔室主体的顶部的离子隔离件；位于所述离子隔离件上的射频源。
8.一种半导体设备的工作方法，其特征在于，包括：
提供如权利要求6或7所述的半导体设备；
驱动升降支撑件上升，使得限位支撑件的表面高于中心承载区的表面；
驱动升降支撑件上升之后，将第k尺寸晶圆放置在各所述限位支撑件的第k台阶上，k为大于等于1且小于或等于N的整数；
将第k尺寸晶圆放置在各所述限位支撑件的第k台阶上之后，对所述腔室主体进行抽真空处理；
对所述腔室主体进行抽真空处理之后，驱动升降支撑件下降直至所述限位支撑件移动至第一容纳槽中且第k尺寸晶圆与中心承载区和部分边缘承载区接触；
驱动升降支撑件下降直至所述限位支撑件移动至第一容纳槽中之后，对第k尺寸晶圆进行工艺处理。
9.根据权利要求8所述的半导体设备的工作方法，其特征在于，还包括:对第k尺寸晶圆进行工艺处理之后，驱动升降支撑件上升，使得第k台阶上的第k尺寸晶圆与晶圆支撑平台的表面分离；第k台阶上的第k尺寸晶圆与晶圆支撑平台的表面分离之后，对所述腔室主体进行破真空处理；对所述腔室主体进行破真空处理之后，将第k尺寸晶圆移出腔室主体。
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