半导体处理设备及其控制方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种半导体处理设备及其控制方法。

背景技术：

现有技术的半导体处理设备，在半导体制程腔室内，通过高度旋转的转盘承载晶圆，进行沉积镀膜时，由于转盘边缘与转盘轴心的流速不同，使得制程腔室内气体流场分量影响化学镀膜制程的膜层均匀度，使得愈接近转轴中间膜厚相对较厚，导致晶圆表面沉积膜层厚度不均匀。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种半导体处理设备，能够提高晶圆表面镀膜均匀度，实现自动化优化控制。

根据本发明实施例的半导体处理设备，包括：主转盘，所述主转盘的表面设有多个托盘槽；主转轴，所述主转轴与所述主转盘相连以驱动所述主转盘沿第一方向转动；多个用于承载晶圆的子转盘，所述子转盘沿第二方向可转动地设在所述托盘槽内且随所述主转盘沿第一方向作圆周运动，所述第一方向与所述第二方向转向相反；第一高度调节装置，所述第一高度调节装置与所述子转盘相连，以用于调节所述子转盘上晶圆的高度。

根据本发明的一些实施例，所述第一高度调节装置包括至少一个第一驱动装置和至少一个子转轴，所述子转轴的上端穿过所述主转盘与所述子转盘相连，所述第一驱动装置驱动所述子转轴沿上下方向活动以调节所述子转盘的高度。

根据本发明的一些实施例，所述半导体处理设备还包括：承载台，所述承载台设在所述子转轴的上端以用于承载晶圆，所述承载台的上表面高于所述主转盘的上表面。

根据本发明的一些实施例，所述第一驱动装置为压电陶瓷驱动装置。

根据本发明的一些实施例，所述第一高度调节装置包括多个高度调节杆和驱动器，每个所述子转盘设有多个晶圆接触孔，多个所述高度调节杆分别与多个所述晶圆接触孔一一对应，以穿过所述晶圆接触孔接触所述晶圆，所述驱动器驱动所述高度调节杆沿轴向移动以调节所述晶圆高度或使所述晶圆倾斜。

根据本发明的一些实施例，所述半导体处理设备还包括喷洒装置，所述喷洒装置设在所述主转盘的上方以用于向所述子转盘上的晶圆喷洒刻蚀或沉积气体。

根据本发明的一些实施例，还包括测距装置，所述测距装置设在所述子转盘或和所述喷洒装置中的至少一个上，以用于检测所述子转盘与所述喷洒装置之间的垂直距离，所述第一高度调节装置与所述测距装置相连以根据所述测距装置的测距信息调整所述子转盘上晶圆的高度。

根据本发明的一些实施例，所述测距装置设在所述子转盘的外边缘的侧部。

根据本发明的一些实施例，还包括用于与调节所述主转盘高度的第二高度调节装置，所述第二高度调节装置与所述测距装置相连，以根据所述测距装置的测距信息调节所述主转盘的高度。

根据本发明的一些实施例，所述第二高度调节装置与所述主转轴相连以驱动所述主转轴沿上下方向可活动。

根据本发明的一些实施例，还包括齿轮传动机构，所述齿轮传动机构包括套设在所述主转轴上的主齿轮和套设在所述子转轴上的子齿轮，所述子齿轮与所述主齿轮啮合传动。

根据本发明的一些实施例，还包括速度调节装置，所述速度调节装置与所述齿轮传动机构相连以调节所述主转盘和所述子转盘的旋转速度。

本发明还提出了一种半导体处理设备的控制方法。

所述半导体处理设备包括：主转盘、主转轴、多个用于承载晶圆的子转盘、第一高度调节装置和喷洒装置和测距装置，所述主转盘的表面设有多个托盘槽；所述主转轴与所述主转盘相连以驱动所述主转盘沿第一方向转动；所述子转盘沿第二方向可转动地设在所述托盘槽内且随所述主转盘沿第一方向作圆周运动，所述喷洒装置设在所述主转盘的上方以用于向所述子转盘上的晶圆喷洒刻蚀气体，所述测距装置用于检测所述子转盘与所述喷洒装置之间的垂直距离；所述控制方法包括：

控制所述主转盘沿第一方向旋转；

控制所述子转盘沿第二方向旋转，所述第一方向与所述第二方向转向相反；

调节所述主转盘和所述子转盘的旋转速度，使所述主转盘和所述子转盘以预设速度转动。

根据本发明的一些实施例，所述控制方法还包括：实时监测所述子转盘上表面与其上方所述喷洒装置的垂直距离；控制所述第一高度调节装置以调节所述子转盘上晶圆的高度。

根据本发明的一些实施例，所述半导体处理设备还包括用于调节所述主转盘高度的第二高度调节装置，所述控制方法还包括以下步骤：调节所述主转盘的高度。

根据本发明实施例的半导体处理设备，通过晶圆的反向自转可有效减少晶圆表面气流逆向流场分量影响，均衡晶圆表面的空气阻力，使得晶圆远离主转盘轴心位置受到的气流阻力减小，进而优化晶圆表面镀膜的均匀度。通过第一高度调节装置调节子转盘的高度来调节晶圆的高度，进而调节晶圆表面与上方的喷洒装置的距离，使得晶圆表面与上方的喷洒装置之间的距离处于更优化的范围，进一步地提高晶圆表面镀膜的均匀度，而且多个晶圆进行同时镀膜时，每个晶圆置于对应的子转盘上，可能存在多个晶圆的上表面不平齐的问题而使得多个晶圆镀膜厚度存在差异，通过第一高度调节装置来调节子转盘以调节晶圆的高度，从而能够使得多个晶圆的表面平齐，以提高多个晶圆同时制备时的镀膜效果和一致性。

附图说明

图1为根据本发明的一种具体实施例的半导体处理设备的俯视示意图；

图2为根据本发明的一种具体实施例的半导体处理设备的结构示意图；

图3为根据本发明的另一种具体实施例的半导体处理设备的部分结构示意图；

图4为根据本发明的又一种具体实施例的半导体处理设备的部分结构示意图；

图5为根据本发明的又一种具体实施例的半导体处理设备的晶圆调节平齐结构示意图；

图6为根据本发明的又一种具体实施例的半导体处理设备的晶圆调节倾斜的结构示意图；

图7为根据本发明的又一种具体实施例的半导体处理设备的结构示意图。

附图标记：

100：半导体处理设备；

1：主转盘，11：主转轴，12：第二高度调节装置，13：托盘槽，14：主齿轮；

2：子转盘，21：子转轴，22：子齿轮，23：第一驱动装置，24：高度调节杆，25：驱动器；

3：喷洒装置；

4：测距装置；

5：晶圆。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种半导体体处理设备作进一步详细说明。

下面参考附图描述根据本发明实施例的半导体处理设备100。

如图1-图7所示，根据本发明实施例的半导体处理设备100可以包括主转盘1、主转轴11、多个用于承载晶圆5的子转盘2和第一高度调节装置。

具体地，主转盘1的表面设有多个托盘槽13，主转轴11与主转盘1相连以驱动主转盘1沿第一方向转动，子转盘2沿第二方向可转动地设在托盘槽13内且随主转盘1沿第一方向作圆周运动，第一方向与第二方向转向相反；这样，主转轴11驱动主转盘1沿第一方向做圆周运动，并带动子转盘2沿第一方向公转，晶圆5位于子转盘2上，子转盘2带动晶圆5沿第二方向做圆周运动，由此，晶圆5可沿第一方向公转且沿第二方向自转，第一方向与第二方向相反，例如第一方向为逆时针方向，则第二方向为顺时针方向，或者第一方向为顺时针方向，则第二方向为逆时针方向。这样通过晶圆5的反向自转可有效减少晶圆5表面气流逆向流场分量影响，均衡晶圆5表面的空气阻力，使得晶圆5远离主转盘1轴心位置受到的气流阻力减小，进而优化晶圆5表面镀膜的均匀度。

如图7所示，半导体处理设备100还包括喷洒装置3，喷洒装置3设在主转盘1的上方以用于向子转盘2上的晶圆5喷洒刻蚀或沉积气体，具体可根据半导体制程实际需要设置，例如所述半导体处理设备100用于刻蚀工艺时，所述喷洒装置3可以为刻蚀气体喷头以用于向晶圆5表面喷洒刻蚀气体来对晶圆5进行刻蚀工艺；所述半导体处理设备100用于沉积工艺时，所述喷洒装置3用于向晶圆5喷洒沉积气体以对晶圆5进行沉积工艺。

第一高度调节装置与子转盘2相连以用于调节子转盘2上晶圆5的高度，具体而言，第一高度调节装置可通过调节子转盘2的高度来调节其上晶圆5的高度，或者第一高度调节装置可穿过子转盘2以接触晶圆5来调节晶圆5的高度，再或者，第一高度调节装置可以调节子转盘2的高度，同时也能够直接调节晶圆55的高度，以提高晶圆5高度调节的精确性。

可选地，结合图2-图7所示，第一高度调节装置可设在子转盘2的下方，其中所述第一高度调节装置分别可用于调节每个子转盘2上晶圆5的高度，即每个子转盘2上晶圆5的高度可单独调节，这样通过第一高度调节装置分别调节多个晶圆5的高度，进而调节晶圆5表面与上方的喷洒装置3的距离，使得晶圆5表面与上方的喷洒装置3之间的距离处于更优化的范围，进一步地提高晶圆5表面镀膜的均匀度或刻蚀均匀性，而且多个晶圆5进行同时镀膜时，每个晶圆5置于对应的子转盘2上，可能存在多个晶圆5的上表面不平齐的问题而使得多个晶圆5镀膜厚度存在差异，通过第一高度调节装置来调节子转盘2上晶圆5的高度，从而能够使得多个晶圆5的表面平齐，以提高多个晶圆5同时制程时的镀膜效果和一致性。

在本发明的一些实施例中，第一高度调节装置可以包括至少一个第一驱动装置23和至少一个子转轴21，子转轴21的上端穿过主转盘1与子转盘2相连，第一驱动装置23驱动子转轴21沿上下方向活动以调节子转盘2的高度，进而调节晶圆5的高度。

在一些示例中，如图2所示，第一高度调节装置可包括一个第一驱动装置23和一个由第一驱动装置23驱动的子转轴21，这样第一驱动装置23可驱动子转轴21沿轴向移动来调节晶圆5的高度，结构简单且调节方便，其中第一高度调节装置可以为多个，多个第一高度调节装置分别与多个子转盘2一一对应以分别调节每个子转盘2的高度。

在另一示例中，如图3所示，第一高度调节装置可以包括多个第一驱动装置23和子转轴21，多个第一驱动装置23分别与多个子转轴21一一对应，以分别驱动多个子转轴21沿上下方向移动，即每个子转轴21的高度可单独调节，多个子转轴21均与子转盘2连接，这样每个子转盘2可与多个子转轴21连接，多个子转轴21可沿子转盘2的轴向间隔开，当晶圆5表面不平齐时，通过单独调节每个子转轴21的高度，以调节子转盘2各处的高度，使得子转盘2的表面相对平齐，或者通过调节每个子转轴21的高度以使得晶圆5相对倾斜一定角度，例如可调节子转轴21使得晶圆5距离主转盘1的轴心近的区域低于晶圆5距离主转盘1的轴心远的区域，由于距离主转盘1轴心越近，其线速度越小，空气阻力越小，镀膜时膜层容易沉积的较厚，通过将距离主转盘1轴心较近的晶圆5的区域高度减小，从而能够减少镀膜沉积的厚度，以使得整个晶圆5表面镀膜膜层厚度较为均匀。

在本发明的另一些实施例中，如图4-图6所示，第一高度调节装置可以包括多个高度调节杆24和驱动器25，每个子转盘2设有多个晶圆接触孔，多个高度调节杆24分别与多个晶圆接触孔一一对应，以穿过晶圆接触孔接触晶圆5，驱动器25驱动高度调节杆24沿轴向移动以调节晶圆5高度或使晶圆5倾斜。这样通过多个高度调节杆24可调节晶圆5的高度，而不需要调节子转盘2的高度来调节晶圆5的高度，使得子转盘2的自转和高度调节结构较为简单且不影响子转盘2的自转。

具体地，多个高度调节杆24和驱动器25可形成在子转盘2内，多个晶圆接触孔形成在子转盘2表面，高度调节杆24穿过晶圆接触孔与子转盘2上承载的晶圆5接触，或者多个晶圆接触孔可沿轴向贯穿子转盘2，多个高度调节杆24穿设在晶圆接触孔内且多个高度调节杆24的上端适于与晶圆5接触以承载晶圆5，即通过多个高度调节杆24承载晶圆5，一方面可减少晶圆5与子转盘2的接触面积，另一方面每个高度调节杆24可单独调节，通过多个高度调节杆24可对晶圆5的各处位置进行微调，以使得晶圆5表面平齐或者相对倾斜，而且通过高度调节杆24和驱动器25能够直接调节晶圆5的高度，也能够进一步地提高晶圆5高度调节的精确性。高度调节杆24的材质可以与现有技术中支撑晶圆的顶针材质相同，既能够提供足够的支撑力，又防止破坏晶圆。

在本发明的一些具体实施例中，结合图4-图6所示，第一高度调节装置可以包括第一驱动装置23、子转轴21和多个高度调节杆24以及驱动器25，其中第一驱动装置23和子转轴21用于调节子转盘2的高度，多个高度调节杆24和驱动器25用于直接调节晶圆5的高度；具体地，通过第一驱动装置23调节子转轴21的高度以调节子转盘2的高度，实现对位于子转盘2上晶圆5的高度调节，同时可通过多个高度调节杆24和驱动器25来直接调节晶圆5各处的高度以使得晶圆5表面平齐或相对倾斜。这样当第一驱动装置23和子转轴21以及高度调节和驱动器25中的一对出现故障问题时，另一对可用于调节高度，以使得设备能够正常工作，另一方面通过第一驱动装置23和子转轴21可对子转盘2高度进行粗调后，再通过高度调节杆24和驱动器25对晶圆5进行微调，以提高晶圆5高度调节的精确性；再一方面，当晶圆5与子转盘2的接触面与子转盘2的表面不平齐时，通过高度调节杆24和驱动器25直接调节晶圆5的高度也能够进一步地提高晶圆5高度调节的效果和精确性，减少调节误差。为了提高设备智能化程度，所述驱动器25及第一驱动装置23均与控制装置相连。由控制装置统一控制操作。

可选地，第一驱动装置23和驱动器25均为微位移驱动元件，例如可以为压电陶瓷驱动装置，由于晶圆5的尺寸较为小且较为精密，晶圆5的调节高度也较为小，压电陶瓷驱动装置为精密位移驱动器，能够实现微量进给，从而能够实现对晶圆5高度的精密调整。进一步地，第一驱动装置23和驱动器25还可以为电磁驱动类、机电驱动类或磁致伸缩驱动类等，对此本发明不做具体限定。

可选地，子转盘2上还设有承载台，承载台设在子转轴21的上端以用于承载晶圆5，承载台的上表面高于主转盘1的上表面，晶圆5置于承载台的上表面上，且高于主转盘1的上表面，不能避免晶圆5与主转盘1发生碰撞或摩擦接触，也便于晶圆5在承载台的取放。

在本发明的一些具体实施例中，半导体处理设备100还包括测距装置4，测距装置4设在子转盘2或和喷洒装置3中的至少一个上，以用于检测子转盘2与喷洒装置3之间的垂直距离，第一高度调节装置与测距装置4相连以根据测距装置4的测距信息调整子转盘2上晶圆5的高度。具体地，测距装置4可设在子转盘2上，或设在喷洒装置3上，再或者如图7所示，测距装置4可设在子转盘2和喷洒装置3上，来用于检测子转盘2与喷洒装置3之间的垂直距离，以用于作为子转盘2高度调节的高度调节参数，根据测距装置4的测量结果能够调节每个子转盘2的高度，使得多个子转盘2的高度一致，提高晶圆5制程的一致性。其中测距装置4和第一高度调节装置均可以与半导体处理设备100的控制装置相连，这样在晶圆5的制备过程中，测距装置4进行实时垂直距离的测量，控制装置根据实时测量结果来控制第一高度调节装置对子转盘2以及晶圆5的高度进行调节，从而能够实现半导体处理设备100的自动控制化，实现了晶圆5与喷洒装置3的垂直距离的闭环控制自动寻优。

如图7所示，测距装置4可设在子转盘2的外边缘的侧部，从而能够避免子转盘2承载晶圆5，也能够避免晶圆5遮挡测距装置4而影响测距效果。可选地，测距装置4可以为红外传感器，当然可以理解的是，测距装置4也可以为其它测距仪器如电磁波测距仪等，对此本发明不做具体限定。

在本发明的一些实施例中，半导体处理设备100还包括用于与调节主转盘1高度的第二高度调节装置12，第二高度调节装置12与测距装置4相连，以根据测距装置4的测距信息调节主转盘1的高度，这样，根据测距装置4的测距结果，在多个子转盘2的高度均需要进行调节时，可通过第二高度调节装置12调节主转盘1的高度以对子转盘2与喷洒装置3之间的垂直距离进行初步调节，然后通过第一高度调节装置对子转盘2和晶圆5的高度进行微调，从而能够进一步地提高晶圆5高度的调节效果和精确性。

可选地，第二高度调节装置12与主转轴11相连以驱动主转轴11沿上下方向可活动，通过第二高度调节装置12驱动主转轴11上下移动以带动主转盘1上下活动，主转轴11能够同时带动主转盘1转动和上下移动，而不需要设置其它的高度调节结构来带动主转盘1上下活动，结构简单且连接方便。

在本发明的一些示例中，结合图2-图7所示，半导体处理设备100还包括齿轮传动机构，齿轮传动机构包括套设在主转轴11上的主齿轮14和套设在子转轴21上的子齿轮22，子齿轮22与主齿轮14啮合传动，其中主齿轮14与主转轴11固定连接，子齿轮22与子转轴21固定连接，由此，主转轴11转动带动主转盘1转动的同时，主齿轮14转动以带动子齿轮22转动，从而带动子转盘2转动，实现了子转轴21和主转轴11的传动连接，而且子转轴21与主转轴11不仅能够同步转动且转向相反，可不需要为子转盘2设置单独的转动装置。进一步地，多个子转盘2的子转轴21均可与主转轴11齿轮传动连接。在本发明的一些示例中，每个子转盘2与一个子转轴21相连时，多个子转盘2的多个子转轴21均套设有子齿轮22，且多个子齿轮22均与主转轴11的主齿轮14传动连接。在本发明的另一些示例中，如图3所示，每个子转盘2与多个子转轴21相连，此时子齿轮22可以为一个且套设在多个子转轴21上，所述子齿轮22可与多个子转轴21中的一个固定连接，这样通过子齿轮22转动不仅能够实现子转盘2的自转，也能够实现每个子转轴21的高度调节。或者每个子转盘2上均设有一个子齿轮22，每个所述子齿轮22均能够与主齿轮14啮合，从而也能够实现子齿轮22与主齿轮14的传动连接，以实现子转盘2和主转盘1的传动。

可选地，如图2所示，主齿轮14在上下方向的厚度大于子齿轮22在上下方向的厚度，由此在主转盘1或子转盘2进行高度调节时，使得在高度调节过程中以及高度调节后，主齿轮14均能够与子齿轮22啮合传动。或者子齿轮22在上下方向即轴向的厚度大于主齿轮14的上下方向的厚度，只要保持子齿轮22与主齿轮14在子转盘2高度调节时能够啮合传动即可。进一步地，主齿轮14和子齿轮22为直齿轮，这样在主转轴11和子转轴21沿上下方向进行高度调节时能够保持子齿轮22和主齿轮14的传动连接。

在本发明的一些实施例中，半导体处理设备100还包括速度调节装置，速度调节装置与齿轮传动机构相连以调节主转盘1和子转盘2的旋转速度，进而能够调节半导体处理设备100制程腔室内的气体流场，以进一步地优化镀膜均匀度，也可根据镀膜种类的不同或者制备步骤的需要调整旋转速度，实现优化镀膜。

本发明还公开了一种半导体处理设备的控制方法。所述半导体处理设备可以为上述任意实施例的半导体处理设备100，所述控制方法可用于控制上述实施例的半导体处理设备100。

结合图1-图7所示，根据本发明实施例的半导体处理设备100可以包括：主转盘1、主转轴11、多个用于承载晶圆5的子转盘2、第一高度调节装置和喷洒装置3和测距装置4，主转盘1的表面设有多个托盘槽13；主转轴11与主转盘1相连以驱动主转盘1沿第一方向转动；子转盘2沿第二方向可转动地设在托盘槽13内且随主转盘1沿第一方向作圆周运动，喷洒装置3设在主转盘1的上方以用于向子转盘2上的晶圆5喷洒刻蚀气体，测距装置4用于检测子转盘2与喷洒装置3之间的垂直距离，第一高度调节装置用于根据测距装置4的测距结果来调节子转盘2上晶圆5的高度。

所述半导体处理设备100的控制方法包括：控制主转盘1沿第一方向旋转，控制子转盘2沿第二方向旋转；第一方向与第二方向转向相反；调节主转盘1和子转盘2的旋转速度以使主转盘1和子转盘2以预设速度转动；实时监测子转盘2上表面与其上方喷洒装置3的垂直距离；根据垂直距离控制第一高度调节装置以调节子转盘2的高度。

由此根据本发明实施例的半导体处理设备100的控制方法，通过控制主转盘1和子转盘2分别能够转动且转向相反，能够实现子转盘2的公转和自转，并控制自转和公转的速度，从而能够有效减少逆向流场分量影响，以提高镀膜的均匀性或刻蚀均匀性；根据测距装置4检测子转盘2与喷洒装置3之间的垂直距离，来调节子转盘2的高度，使得多个子转盘2能够保持平齐，也能够调节多个子转盘2与喷洒装置3之间的垂直距离，从而进一步地能够保持多个子转盘2上晶圆5的一致性，也能够提高晶圆5表面镀膜的均匀度。

在本发明的一些实施例中，半导体处理设备100还包括用于调节主转盘1高度的第二高度调节装置12，所述控制方法还包括以下步骤：调节主转盘1的高度，具体地，可在调节子转盘2高度之前调节主转盘1的高度，这样，通过先调节主转盘1的高度可实现子转盘2高度的初步调节，然后通过第一高度调节装置实现对子转盘2高度的微调，以提高子转盘2高度调节的精确性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。