晶圆传送装置及半导体工艺设备的制作方法

本实用新型涉及半导体工艺设备领域，更详细地说，本实用新型涉及半导体工艺设备的晶圆传送装置。

背景技术：

大多数半导体工艺设备，如刻蚀设备、物理气相沉积设备、化学气相沉积设备等，均需要将晶圆在各腔室之间传递，图1示出了现有技术的一种半导体工艺设备中，晶圆在真空传送腔101和四个独立的工艺腔室102之间的传送装置结构，该晶圆传送装置利用机械臂104在真空传送腔101和各工艺腔室102间传递晶圆，当任一工艺腔室102中的反应完成时，可以打开设置于真空传送腔101和该工艺腔室102之间的真空端门103，利用机械臂104将该工艺腔室102中的晶圆取下后直接送至真空传送腔101中。

然而，该过程极易使工艺腔室102中的工艺气体泄露至真空传送腔101中，即使在转移晶圆前耗费大量时间对工艺腔室102进行抽真空处理，由于刚完成反应的晶圆表面能很高，其表面依旧会吸附一定量的工艺气体。因此，从不同工艺腔室进入真空传送腔101的晶圆可能携带不同类型的工艺气体，从而在真空传送腔中101产生交叉污染，影响工艺设备的使用性能和寿命。

此外，部分工艺设备(如刻蚀设备)，会采用HBr等对晶圆表面有腐蚀性的反应气体，若此类气体残留在晶圆表面，当晶圆离开真空环境而进入有水蒸气的非真空环境时，此类反应气体可能与水汽结合电离，在晶圆表面形成缺陷。

因此，本领域技术人员需要提供一种能够适配于现有半导体工艺设备的晶圆传送装置，有效地解决工艺气体在真空传送腔中交叉污染的问题。

技术实现要素：

鉴于现有技术的上述问题，本实用新型提供一种能够直接改装现有半导体工艺设备得到的晶圆传送装置，快速、有效地解决晶圆表面工艺气体残留的问题。

本实用新型提供的技术方案中，所述半导体工艺设备包括真空传送腔和多个工艺腔室，所述晶圆传送装置用于在所述真空传送腔和每个所述工艺腔室间传送晶圆，所述晶圆传送装置包括缓冲腔和残气清洁装置，所述缓冲腔分别与所述真空传送腔及所述工艺腔室相连接并与真空泵连通，晶圆在所述缓冲腔内具有残气清洁工位，所述残气清洁装置能够对位于所述残气清洁工位上的晶圆进行清洁，以去除所述晶圆表面残留的工艺气体。

本实用新型中的晶圆传送装置在真空传送腔和工艺腔室之间增设能够单独对其执行抽真空操作的缓冲腔，利用残气清洁装置清除晶圆表面残留的工艺气体，再使用真空泵使缓冲腔内回复真空状态，同时将缓冲腔内的残余气体排出。通过以上方式，本实用新型提供的晶圆传送装置通过缓冲腔完成了真空传送腔与工艺腔室的隔离，无需等待对偌大的工艺腔室执行完抽真空操作后再取出晶圆，提高了生产效率，同时残气清洁装置有效去除晶圆表面残留的工艺气体，避免工艺气体被带入真空传送腔以及来自不同工艺腔室的工艺气体在真空传送腔中交叉污染。优选地，所述缓冲腔的容积小于所述工艺腔室。增设的空间狭小的缓冲腔能够迅速被真空泵抽至真空状态，提高晶圆表面工艺气体的去除效率以及晶圆由工艺腔室传送至真空传送腔步骤的执行效率。

在本实用新型的较优技术方案中，所述残气清洁装置为气体吹扫装置，能够对位于所述残气清洁工位上的晶圆进行吹扫。通过气体吹扫，能够迅速利用吹扫气体将晶圆表面吸附的残余工艺气体置换，提高清洁效果。在本实用新型的一些实施方式中，该气体吹扫装置还能够为缓冲腔提供保护气，在需要与工艺腔室进行晶圆传送时平衡腔体内外气压。

进一步地，在本实用新型的较优技术方案中，所述气体吹扫装置采用的气体为N2、Ar、He中的一种或多种。上述气体与晶圆表面材料不发生反应，能够在确保晶圆表面已形成的结构不被破坏的前提下，完成晶圆表面气体的置换。

进一步地，在本实用新型的较优技术方案中，所述气体吹扫装置包括朝向所述残气清洁工位设置的气体吹扫管以及与所述真空泵连通并通向所述缓冲腔内部的真空排气管。利用气体吹扫管产生高速气流对晶圆表面进行吹扫，再通过与真空泵连通的真空排气管将携带有残余工艺气体的气流抽离，能够使工艺气体离开晶圆表面后立刻被排开，提高气体置换的效率。

进一步地，在本实用新型的较优技术方案中，在所述缓冲腔与所述真空泵连通的气体出口处设置有气体浓度传感器，以监测所述工艺气体的浓度。利用气体浓度传感器检测工艺气体浓度，当工艺气体浓度小于阈值浓度时，关闭所述真空泵，开启缓冲腔向所述真空传送腔的真空端门，执行传送操作。该气体浓度传感器的设置使得晶圆传送装置能够实时检测工艺气体的残留情况，合理调整气体吹扫和抽真空的时间，提高生产效率。

在本实用新型的较优技术方案中，所述残气清洁装置为液体冲洗装置，所述液体冲洗装置包括朝向所述残气清洁工位设置的出液口、与所述出液口连通的进液管道以及设置于所述缓冲腔底部的排液口。利用液体冲洗装置中的进液管道及出液口，向残气清洁工位上的晶圆喷淋大量清洗液，能够将晶圆表面吸附的工艺气体溶入清洗液中并带离晶圆表面。

在本实用新型的较优技术方案中，所述缓冲腔设置有加热设备，用于对位于所述缓冲腔内的晶圆进行加热。采用加热设备在残气清洁过程中加热晶圆，能够增强晶圆表面吸附的工艺气体的热运动，进而提高其被置换的能力。具体地，在采用气体吹扫装置作为残气清洁装置时，对晶圆进行加热能够进一步提高吹扫气体对于工艺气体的置换能力；而在采用液体冲洗装置对晶圆表面进行冲洗的过程中，热的晶圆表面的工艺气体更加容易断开与晶圆的结合而溶解进入清洗液中；通过以上方式，本较优技术方案中设置的加热装置能够提高工艺气体被置换的效率。

进一步地，在本实用新型的较优技术方案中，所述加热设备包括照射灯组，对位于所述缓冲腔内的晶圆正面进行照射加热。对晶圆正面照射加热能够使晶圆表面吸附的杂质得到充分的蒸发，并且避免了晶圆由于加热不均匀引起的缺陷、位错、裂纹甚至开裂。

在本实用新型的较优技术方案中，所述真空泵可以是与用于抽取所述工艺腔室或所述真空传送腔真空用的真空泵切换或联通兼用，也可以是为所述缓冲腔单独配置的真空泵。另外，所述真空泵为初级泵和高真空泵的组合泵组，所述初级泵可以去除所述缓冲腔内绝大部分例如99.99％的原始气体或其他成分，所述高真空泵能够将所述缓冲腔内的气压抽至10^-7Torr以下。通过设置初级泵和高真空泵，能够根据实际情况，适配不同腔体的真空条件，同时提高抽真空的效率。

本实用新型还提供一种具有本实用新型所提供的晶圆传送装置的半导体工艺设备。

在本实用新型的较优技术方案中，所述半导体工艺设备为刻蚀设备、化学气相沉积设备或物理气相沉积设备。

附图说明

图1是现有技术中一种半导体工艺设备的晶圆传送装置结构示意图；

图2是本实用新型一个实施方式中半导体工艺设备的晶圆传送装置结构示意图；

图3是图2实施方式中晶圆传送装置的缓冲腔结构示意图；

图4是本实用新型另一实施方式中晶圆传送装置的缓冲腔结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理及技术方案，并非旨在限制本实用新型的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其做出调整，以便适应具体的应用场合。

需要说明的是，在本实用新型的优选实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或组成部分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实用新型的限制。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“配合”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组成部分内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图2所示，本实用新型的实施方式提供了一种干法刻蚀设备的晶圆传送装置，该干法刻蚀设备具有真空传送腔201和四个分立的工艺腔室202，每个工艺腔室202能够独立执行对于晶圆的刻蚀步骤，由于不同刻蚀步骤中采用的刻蚀反应气体均不相同，若采用现有技术中的晶圆传送装置，将会导致不同工艺腔室202中的工艺气体分别进入真空传送腔201形成交叉污染；此外，若某一工艺腔室202需要进行多晶硅刻蚀、STI沟槽刻蚀等刻蚀步骤时，需要采用HBr此类腐蚀性气体，若该类气体残留在晶圆表面，后续遇到非真空环境时，可能与水蒸气结合而在晶圆表面留下缺陷。

因此，为了避免发生上述状况，本实施方式中的晶圆传送装置在真空传送腔201和每个工艺腔室202的连接位置加装了独立的缓冲腔205，每个缓冲腔205均与真空泵(图中未示出)连通，所述缓冲腔205的容积小于所述工艺腔室202。

参考图2和图3，本实施方式中的缓冲腔205内设置有残气清洁工位206，晶圆放置在所述残气清洁工位206上时，能够使用气体吹扫装置，即残气清洁装置对晶圆表面残余的工艺气体进行去除。所述气体吹扫装置包括朝向残气清洁工位206设置的气体吹扫管209以及一端与真空泵连通，另一端与所述缓冲腔205连通的真空排气管208。气体吹扫管209与缓冲腔205外接的氮气接口连通，可以向晶圆表面吹扫高速气流，同时利用真空泵的持续工作将腔内废气持续抽离所述缓冲腔205，使工艺气体一旦从晶圆表面脱吸附即迅速离开所述缓冲腔205，提高气体置换的效率。

本实施方式提供的晶圆传送装置在使用时，若需要将工艺腔室202中的晶圆转移至真空传送腔201中，可以通过以下步骤完成：首先打开位于缓冲腔205一端的第一真空端门203，将晶圆转移至缓冲腔205内的残气清洗工位206上，关闭第一真空端门203，开启与真空排气管208连通的真空泵，将缓冲腔205的腔内迅速抽至真空状态；之后，在真空泵维持运转的状态下，开启气体吹扫管209进气口处的阀门，利用气体吹扫管209的角度调节组件(图中未示出)，对整个晶圆表面进行吹扫，吹扫过程中产生的废气将经真空排气管208排出；经过一段时间的吹扫后，关闭气体吹扫管209的进气阀门，保持真空泵的维持运转状态；抽真空一段时间后，开启第二真空端门204，利用机械臂207将晶圆转移至真空传送腔201中。

本实施方式中，所述第一真空端门203和所述第二真空端门204均采用滑门形式，以增大端门开启面积，方便晶圆进出。当然，技术人员也可以根据实际情况选择其他合适类型的真空端门形式。

在本实用新型的其他实施方式中，为了确定吹扫停止的合理时间范围，在所述缓冲腔205向真空泵排气的气体出口处还设置有气体浓度传感器(图中未示出)，该气体浓度传感器能够检测不同类型工艺气体的浓度。当气体浓度传感器检测到的各种工艺气体的浓度均小于阈值时，可以认为晶圆表面残余的工艺气体浓度已达到进行后道工序的标准，此时方可关闭气体吹扫管209，并进行后续的晶圆转移步骤。

在本实用新型的其他实施方式中，所述气体吹扫管209还可以用作为缓冲腔205提供保护气，例如在需要从缓冲腔205向工艺腔室202转移晶圆时，为缓冲腔205提供保护气体以平衡两腔室的内外气压。

需要说明的是，虽然本实施方式中经所述气体吹扫管209吹出的气体为氮气，但技术人员也可以根据实际情况，选择其他类型的气体，如氩气或氦气等惰性气体，只要该气体不与晶圆表面材料发生反应，也不会与表面吸附气体结合后腐蚀晶圆表面即可。

参考图4，在本实用新型的其他实施方式中，所述残气清洁装置还可以是液体冲洗装置，所述液体冲洗装置包括朝向所述残气清洁工位206设置的出液口(喷淋头209a)、与喷淋头209a连通的进液管道209b以及设置于所述缓冲腔底部的排液口211，所述排液口211具有阀门(图中未示出)，所述残气清洁工位206设置于加热台210上。

该液体冲洗装置可以通过以下方法实现对于残气的清洁：首先，转移晶圆至残气清洁工位206上，打开加热台210的加热功能，对晶圆进行加热，同时使用喷淋头209a对晶圆表面喷淋大量超纯水，以去除所述晶圆表面残留的工艺气体；加热状态的晶圆表面工艺气体的分子热运动更加剧烈，易于打破其与晶圆表面的结合力而进入超纯水中；喷淋清洗完成后，打开排液口211的阀门，将废液排出；保持加热台210加热功能的开启以烘干晶圆，同时开启真空泵，一方面将缓冲腔205内残余的水汽排出，一方面保证缓冲腔205处于真空环境，以便于执行后续与真空传送腔201之间的晶圆传递。

在本实用新型的其他实施方式中，所述加热台210还可以用其他形式的加热装置替换，例如采用照射灯组对晶圆正面进行照射。对晶圆正面直接加热能够使晶圆正面吸附的杂质得到充分的蒸发，同时，照射灯组对晶圆各位置的加热程度较为平均，避免了晶圆由于受热不均造成的缺陷、位错、裂纹甚至开裂现象。

通过以上方式，本实施方式中的晶圆传送装置在真空传送腔201和工艺腔室202之间设置独立的空间相对狭小的缓冲腔205，在该缓冲腔205内执行对于晶圆的清洁和抽真空步骤，整个过程方便、高效，无需等待漫长的对于工艺腔室的抽真空过程，在有效消除工艺气体交叉污染问题的同时，提高了生产效率；此外本实施方式提供的晶圆传送装置结构能够直接加装于现有的半导体工艺设备上，易于推广使用。

至此，已经结合附图描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。