CN117888084A - 原子层沉积晶圆承载装置和半导体制造设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种原子层沉积晶圆承载装置和半导体制造设备。原子层沉积晶圆承载装置包括承载件，一侧具有承载面，多组限位组件，可拆卸地设于承载面上，每组限位组件能够形成一对晶圆的外周进行限位的限位空间，各组限位组件形成的限位空间的径向尺寸不同；顶升机构，包括多根顶升杆，承载件还具有多个贯穿的通孔，每一顶升杆的一端能够穿设对应一通孔；顶升机构能够驱使多根顶升杆相对承载件作顶升运动，在顶升运动过程中包括顶升位置和下落位置，当处于顶升位置时，多根顶升杆凸伸于承载面以承载晶圆，当处于下落位置时，多根顶升杆缩回至承载面以下，以将晶圆放置在对应的限位空间内，如此，能够满足不同场景下的异种型号的晶圆的加工。

Description

原子层沉积晶圆承载装置和半导体制造设备

技术领域

本申请涉及半导体设备技术领域，特别是涉及原子层沉积晶圆承载装置和半导体制造设备。

背景技术

随着半导体技术的突飞猛进，各式各样的原子层沉积晶圆加工设备应运而生。大尺寸晶圆，如8寸、12寸晶圆由于其较大的空间利用率，可以提升芯片的加工效率，降低工艺过程中的材料和时间成本。

但相关技术中的半导体制造设备，多数局限于对单个晶圆型号的处理，难以满足不同场景下的异种型号的晶圆加工。

发明内容

基于此，有必要针对相关技术中的半导体制造设备难以满足不同场景下的异种型号的晶圆加工的问题，提供一种能够满足不同场景下的异种型号的晶圆加工的原子层沉积晶圆承载装置和半导体制造设备。

一种原子层沉积晶圆承载装置，包括：

承载件，一侧具有用于承载晶圆的承载面，

多组限位组件，可拆卸地设于承载面上，每组限位组件能够形成一对晶圆的外周进行限位的限位空间，各组限位组件形成的限位空间的径向尺寸不同；以及

顶升机构，包括多根顶升杆，承载件还具有多个贯穿的通孔，每一顶升杆的一端能够穿设对应一通孔；

其中，顶升机构能够驱使多根顶升杆相对承载件作顶升运动，在顶升运动过程中包括顶升位置和下落位置，当处于顶升位置时，多根顶升杆凸伸于承载面以承载晶圆，当处于下落位置时，多根顶升杆缩回至承载面以下，以将晶圆放置在承载面上对应的限位空间内。

在其中一个实施例中，每组限位组件包括多个限位件，多个限位件沿承载件的周向彼此间隔设置，多个限位件之间形成限位空间。

在其中一个实施例中，限位件包括限位柱，限位柱与承载面可拆卸地连接。

在其中一个实施例中，各限位空间的中心线重合，且多根顶升杆的中心线与限位空间的中心线重合。

在其中一个实施例中，顶升机构还包括顶升底板和顶升驱动件，顶升底板设于承载件背向承载面的一侧，多根顶升杆设于顶升底板朝向承载件的一侧，且一端与顶升底板相连，顶升驱动件与顶升底板相连，以驱动顶升底板及多根顶升杆作顶升运动。

在其中一个实施例中，承载件的内部设有铠装加热丝，铠装加热丝用于对承载于承载面上的晶圆进行加热。

在其中一个实施例中，原子层沉积晶圆承载装置还包括转运机械手；

转运机械手能够相对承载件运动，用于将晶圆转运至多根顶升杆上；

转运机械手具有多个容纳槽，每一容纳槽用于容纳晶圆，各容纳槽的径向尺寸不同。

在其中一个实施例中，多个容纳槽的中心线重合。

在其中一个实施例中，转运机械手包括钳部，钳部的一侧具有多个容纳槽，各容纳槽沿钳部的厚度方向呈阶梯状设置。

本申请的另一方面，还提供一种半导体制造设备，包括上述任意实施例中的原子层沉积晶圆承载装置。

上述原子层沉积晶圆承载装置和半导体制造设备，通过设置顶升机构在顶升位置通过凸伸于承载面的多根顶升杆对晶圆进行预承载，再通过顶升机构下落，将顶升杆上的晶圆正确地放置到承载面上具有与晶圆对应径向尺寸的限位空间内，能够提高原子层沉积晶圆承载装置的位置准确性，且由于承载面上具有多个不同径向尺寸的限位空间，进而能够使原子层沉积晶圆承载装置能够适应对不同径向尺寸的晶圆的承载，也即能够满足不同场景下的异种型号的晶圆的加工。

附图说明

图1为本申请一个或多个实施例中的原子层沉积晶圆承载装置的结构示意图。

图2为本申请一个或多个实施例中的承载件的结构示意图。

图3为本申请一个或多个实施例中的顶升机构的部分结构的结构示意图。

图4为本申请一个或多个实施例中的转运机械手的结构示意图。

附图标记说明：

原子层沉积晶圆承载装置100、承载件10、承载面11、通孔12、限位组件20、限位件21、顶升机构30、顶升杆31、顶升底板32、顶升驱动件33、晶圆200、转运机械手300、容纳槽310、承托面320、钳部330、柄部340。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，这些术语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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，若有出现这些术语“第一”、“第二”，这些术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，若元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。若一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。如若存在，本申请所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

图1为本申请一个或多个实施例中的原子层沉积晶圆承载装置的结构示意图；图2为本申请一个或多个实施例中的承载件的结构示意图；图3为本申请一个或多个实施例中的顶升机构的部分结构的结构示意图。参阅图1~图3，本申请一实施例提供的原子层沉积晶圆承载装置100，包括承载件10、多组限位组件20以及顶升机构30。

承载件10一侧具有用于承载晶圆200的承载面11。承载件10是主要对晶圆200进行承载的部件，能够使晶圆200稳定地支撑在其上。其中，承载面11能够直接与晶圆200相接触。在本申请的实施方式中，承载件10呈圆盘状，其一侧表面为承载面11，在其他实施方式中，承载件10也可以呈矩形或者其他形状，具体可不作限制。

多组限位组件20可拆卸地设于承载面11上，每组限位组件20能够形成一对晶圆200的外周进行限位的限位空间AA，各组限位组件20形成的限位空间AA的径向尺寸不同。对承载面11上的晶圆200的限位方式是限位在晶圆200的外周，具体，限位组件20可以直接与晶圆200的外周面相接触，或保持仅微小的间隙。限位空间AA的径向方向实际与晶圆200放置在承载面11上的径向方向相同，因此，当限位空间AA的径向尺寸不同时，能够对具有不同的径向尺寸的晶圆200进行限位。例如，晶圆200的尺寸有8寸和12寸，其中一组限位组件20形成的限位空间AA的径向尺寸可以适应8寸的晶圆200，进而对8寸的晶圆200进行限位，其中另一组限位组件20形成的限位空间AA的径向尺寸可以适应12寸的晶圆200，进而对12寸的晶圆200进行限位。

另外，限位组件20相对承载面11可拆卸的方式也不局限于卡接可拆卸、螺纹可拆卸等。每组限位组件20可以整体地相对承载面11拆卸和安装，当限位组件20包括多个子部件时，也可以是每个子部件独立地相对承载面11拆卸和安装。

顶升机构30包括多根顶升杆31，承载件10还具有多个贯穿的通孔12，每一顶升杆31的一端能够穿设对应一通孔12。其中，顶升机构30能够驱使多根顶升杆31相对承载件10作顶升运动，在顶升运动过程中包括顶升位置和下落位置，当处于顶升位置时，多根顶升杆31凸伸于承载面11以承载晶圆，当处于下落位置时，多根顶升杆31缩回至承载面11以下以将晶圆200放置在承载面11上对应的限位空间AA内。

承载件10的通孔12是沿承载件10的轴向贯穿整个承载件10的孔。顶升杆31的一端能够穿设该通孔12，以凸伸于承载面11，也可以缩回至承载面11以下，例如顶升杆31的一端缩回至通孔12内，也可以直接缩回至整个承载件10的下方。当承载件10凸伸于承载面11时，能够在承载面11的上方对晶圆进行预承载，一方面通过顶升杆31能够方便从其他设备承接晶圆，另一方面能够通过顶升杆31使晶圆更稳定地放置在承载面11上。

因此，本申请实施例的原子层沉积晶圆承载装置100，通过设置顶升机构30在顶升位置通过凸伸于承载面11的多根顶升杆31对晶圆200进行预承载，再通过顶升机构30下落，将顶升杆31上的晶圆200正确地放置到承载面11上具有与晶圆200对应径向尺寸的限位空间AA内，能够提高原子层沉积晶圆承载装置100的位置准确性，且由于承载面11上具有多个不同径向尺寸的限位空间AA，进而能够使原子层沉积晶圆承载装置100能够适应对不同径向尺寸的晶圆200的承载，也即能够满足不同场景下的异种型号的晶圆200的加工。

这里需要指出的是，顶升杆31由于在顶升运动过程中，受到了承载件10的通孔12的约束，实际上已经改善了顶升杆31晃动等对晶圆200的位置偏差的影响，进一步地，限位组件20的进一步对晶圆200的限位作用，能够有助于对晶圆200的位置的偏差的校正，进而提升了晶圆200在承载件10上的承载位置的准确性。

具体到本申请的实施例中，每组限位组件20包括多个限位件21，多个限位件21沿承载件10的周向彼此间隔设置，多个限位件21之间形成限位空间AA。

设置多个限位件21沿承载件10的周向彼此间隔，能够使任意相邻两个限位件21之间具有一定的间隔空间，该间隔空间一方面减小限位组件20与晶圆200的接触面积，从而减小两者之间的摩擦力，使晶圆200从顶升杆31下落而进入限位空间AA的过程变得容易，另一方面，也减小限位件21对晶圆200的限位面积，减小晶圆200因过渡限位而受损。

具体地，每组限位组件20的多个限位件21呈正方形分布。

也就是说，每组限位组件20可以包括四个限位件21，每个限位件21能够形成正方形的一角。

呈正方形分布的每组限位组件20对晶圆200的限位更稳定。

在其他实施方式中，每组限位组件20的多个限位件21也可以呈三角形或者圆环形。

在一些实施例中，限位件21包括限位柱，限位柱与承载面11可拆卸地连接。

限位柱的结构不仅简单，相对承载件10的装配拆卸更容易，且限位柱的外表面为圆弧面，对晶圆200的外周表面损害小。

具体地，承载面11开设有多个安装孔，安装孔可以销孔或者螺纹孔等，限位柱的一端能够与销孔或者螺纹孔相配合。

在本申请的实施例中，每组限位组件20的限位件21的数量、结构相同，且分布形状也相同。

在一些实施例中，各限位空间AA的中心线重合，且多根顶升杆31的中心线与限位空间AA的中心线重合。

当各限位空间AA的中心线、多根顶升杆31的中心线均重合时，实现了顶升机构30和承载件10的基准重合，可以使用多根同样的顶升杆31将不同的晶圆200放置到对应的限位空间AA内，这不但简化了顶升机构30的结构，且提升了晶圆200从顶升机构30放置到对应的限位空间AA的准确度。

在其他实施方式中，也可以使用一部分顶升杆31将其中一种径向尺寸的晶圆200放置到对应的限位空间AA内，使用另一部分顶升杆31将其中另一种径向尺寸的晶圆200放置到对应的限位空间AA内。

在一些实施例中，承载件10的内部设有铠装加热丝，铠装加热丝用于对承载于承载面11上的晶圆200进行加热和保温。

通过在承载件10内设置铠装加热丝，能够对晶圆进行表面加热和保温，为原子层沉积工艺或者半导体工艺提供条件，提升工艺稳定性和可靠性。

另外，由于铠装加热丝是设置在承载件10的内部，避免了沉积过程中化学物质的吸附影响性能，且受真空影响较小，温度更加稳定，保温效果较好。

在一些实施例中，承载件10的承载面11上还设有多个吸附孔，吸附孔用于对承载于承载面11上的晶圆200进行吸附。

通过吸附的方式，能够进一步地使晶圆200在承载面11的位置稳定。

具体地，承载件10内设有与多个吸附孔连通的吸附通道，吸附通道与真空源连通，真空源用于向吸附通道提供真空吸附气流。

真空源可以是机械泵，也可以是风机等，具体不作限制。

在本申请的实施方式中，多个吸附孔也可以与多个通孔12一样，呈正方形分布在承载面11上。如此，能够使对晶圆200的吸附力分布均匀。

在一些实施例中，顶升机构30还包括顶升底板32和顶升驱动件33，顶升底板32设于承载件10背向承载面11的一侧，多根顶升杆31设于顶升底板32朝向承载件10的一侧，且一端与顶升底板32相连，顶升驱动件33与顶升底板32相连，以驱动顶升底板32及多根顶升杆31作顶升运动。

通过将顶升底板32设置在承载件10背向承载面11的一侧，不影响多根顶升杆31承载晶圆200，且由于多根顶升杆31设于顶升底板32的同一侧且与顶升底板32相连，能够提高多根顶升杆31作顶升运动的平稳性，也使多根顶升杆31的结构强度更高，进而提升承载晶圆200的可靠性。

具体地，顶升驱动件33可以是顶升气缸等。顶升驱动件33的数量可以为多个，例如两个，多个顶升驱动件33能够同时与顶升底板32相连，以共同驱使作顶升运动。

在一些实施例中，顶升机构30的多根顶升杆31和顶升底板32均选用陶瓷材质。选用陶瓷材质，能够避免晶圆200加工过程中的静电干扰。

结合图4，原子层沉积晶圆承载装置100还包括转运机械手300。

转运机械手300能够相对承载件10运动，用于将晶圆200转运至顶升机构30上。

具体地，当顶升机构30处于顶升位置时，转运机械手300可以将其上承载的晶圆200放置到顶升机构30上，进而实现转运。

转运机械手300在转运过程中承载晶圆200的方式可以不限于夹持、承托、吸附等。

转运机械手300具有多个容纳槽310，每一容纳槽310用于容纳晶圆200，各容纳槽310的径向尺寸不同。

通过在转运机械手300上设置容纳槽310，能够容纳晶圆200的同时，也可以通过容纳槽310的槽壁对晶圆200进行一定的限位，另外，由于各容纳槽310的径向尺寸不同，可以通过不同容纳槽310容纳不同径向尺寸的晶圆200，进而提高了转运机械手300的适应性。

具体地，转运机械手300通过承托的方式承载晶圆200。转运机械手300的一侧具有承托面320，容纳槽310设于承托面320上。

在一些实施例中，多个容纳槽310的中心线重合。通过设置多个容纳槽310的中心线重合，使得各容纳槽310在承载每一晶圆200时的基准相同，简化了转运机械手300的结构，且当转运至多根顶升杆31上时，能够使转运的基准也统一。

例如，在本申请的实施方式中，转运机械手300包括两个容纳槽310，两个容纳槽310设于转运机械手300的同一侧，且两者的中心线重合。具体地，容纳槽310具有与晶圆200的外形相适配的圆弧状内廓，两个圆弧状内廓的容纳槽310的中轴线相重合。

为了避免转运机械手300在向多根顶升杆31进行转运的过程中与多根顶升杆31的位置相互干涉，而影响转运的可靠性，在一些实施例中，转运机械手300设有对处于顶升位置的多根顶升杆31进行避位的避位位置。这些避位位置可以是有避位孔、避位槽或者对转运机械手300的一部分结构进行去除获得的。

具体而言，转运机械手300包括钳部330，钳部330的一侧具有多个容纳槽310，各容纳槽310沿钳部330的厚度方向呈阶梯状设置。

钳部330的两侧由于收窄，因此，能够为伸入到多根顶升杆31的内部，进而在将晶圆200进行转运时，不与多根顶升杆31之间产生位置干涉，使晶圆转运平稳。

具体地，当多根顶杆31呈正方形分布时，其中两根顶升杆31可以凸伸在转运机械手300的一个钳子的外侧，其中另外两根顶升杆31可以凸伸在转运机械手300的另一个钳子的外侧。

另外，各容纳槽310沿钳部330的厚度方向呈阶梯状设置，能够使各容纳槽310互不干涉，且在各容纳槽310中心线重合的情况下，能够进一步地简化转运机械手300承载晶圆200部分的结构。

在一些实施例中，转运机械手300还包括柄部340，柄部340与钳部330的一侧相连，柄部340可以与转运机械手300的移动机构相连，以在移动机构的作用下，带动柄部340与钳部330移动，实现对晶圆200的转运。

在实际应用中，转运机械手300将晶圆200转运到承载件10的上方后，顶升机构30从下落位置上升至顶升位置，多根顶升杆31对晶圆200进行承接后，转运机械手300移离，顶升机构30再从顶升位置下落至下落位置，已将晶圆200放置在承载面11上。

基于同样的发明构思，本申请还提供一种半导体制造设备，其特征在于，包括上述任意实施例中的原子层沉积晶圆承载设备100。

通过设置顶升机构30在顶升位置通过凸伸于承载面11的多根顶升杆31对晶圆200进行预承载，再通过顶升机构30下落，将顶升杆31上的晶圆200正确地放置到承载面11上具有与晶圆200对应径向尺寸的限位空间AA内，能够提高原子层沉积晶圆承载装置100的位置准确性，且由于承载面11上具有多个不同径向尺寸的限位空间AA，进而能够使原子层沉积晶圆承载装置100能够适应对不同径向尺寸的晶圆200的承载，也即能够满足不同场景下的异种型号的晶圆200的加工。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种原子层沉积晶圆承载装置，其特征在于，包括：

承载件，一侧具有用于承载晶圆的承载面，

多组限位组件，可拆卸地设于所述承载面上，每组所述限位组件能够形成一对所述晶圆的外周进行限位的限位空间，各组所述限位组件形成的所述限位空间的径向尺寸不同；以及

顶升机构，包括多根顶升杆，所述承载件还具有多个贯穿的通孔，每一顶升杆的一端能够穿设对应一所述通孔；

其中，所述顶升机构能够驱使所述多根顶升杆相对所述承载件作顶升运动，在所述顶升运动过程中包括顶升位置和下落位置，当处于所述顶升位置时，所述多根顶升杆凸伸于所述承载面以承载所述晶圆，当处于所述下落位置时，所述多根顶升杆缩回至所述承载面以下，以将所述晶圆放置在所述承载面上对应的所述限位空间内。

2.根据权利要求1所述的原子层沉积晶圆承载装置，其特征在于，每组限位组件包括多个限位件，所述多个限位件沿所述承载件的周向彼此间隔设置，所述多个限位件之间形成所述限位空间。

3.根据权利要求2所述的原子层沉积晶圆承载装置，其特征在于，所述限位件包括限位柱，所述限位柱与所述承载面可拆卸地连接。

4.根据权利要求1所述的原子层沉积晶圆承载装置，其特征在于，各所述限位空间的中心线重合，且所述多根顶升杆的中心线与所述限位空间的中心线重合。

5.根据权利要求1~4任一项所述的原子层沉积晶圆承载装置，其特征在于，所述顶升机构还包括顶升底板和顶升驱动件，所述顶升底板设于所述承载件背向所述承载面的一侧，所述多根顶升杆设于所述顶升底板朝向所述承载件的一侧，且一端与所述顶升底板相连，所述顶升驱动件与所述顶升底板相连，以驱动所述顶升底板及所述多根顶升杆作所述顶升运动。

6.根据权利要求1~4任一项所述的原子层沉积晶圆承载装置，其特征在于，所述承载件的内部设有铠装加热丝，所述铠装加热丝用于对承载于所述承载面上的所述晶圆进行加热。

7.根据权利要求1~4任一项所述的原子层沉积晶圆承载装置，其特征在于，所述原子层沉积晶圆承载装置还包括转运机械手；

所述转运机械手能够相对所述承载件运动，用于将所述晶圆转运至所述多根顶升杆上；

所述转运机械手具有多个容纳槽，每一所述容纳槽用于容纳所述晶圆，各所述容纳槽的径向尺寸不同。

8.根据权利要求7所述的原子层沉积晶圆承载装置，其特征在于，所述多个容纳槽的中心线重合。

9.根据权利要求8所述的原子层沉积晶圆承载装置，其特征在于，所述转运机械手包括钳部，所述钳部的一侧具有所述多个容纳槽，各所述容纳槽沿所述钳部的厚度方向呈阶梯状设置。

10.一种半导体制造设备，其特征在于，包括如权利要求1~9任一项所述的原子层沉积晶圆承载装置。