半导体工艺设备及其晶圆暂存腔室的制作方法

1.本实用新型涉及半导体加工领域，尤其涉及一种半导体工艺设备及其晶圆暂存腔室。


背景技术：

2.在晶圆加工过程中，当对晶圆完成一个阶段的工艺后，有时需要将晶圆转移在晶圆暂存腔室中。晶圆暂存腔室中具有制冷盘，在晶圆暂存腔室的密闭环境下，制冷盘能够对晶圆进行冷却。
3.现有技术的晶圆暂存腔室中，当有晶圆处于制冷盘上进行冷却时，其它晶圆无法经过暂存腔室进行晶圆传递。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种半导体工艺设备及其晶圆暂存腔室，使得其在容纳处于冷却中的晶圆的同时，仍然能够实现其它晶圆的正常传递。
5.本实用新型实施例提供晶圆暂存腔室，晶圆暂存腔室包括：腔室，腔室内部具有容纳空间；制冷盘，位于容纳空间内，制冷盘包括相对的第一表面和第二表面，第一表面能够承载晶圆；升降环，环绕制冷盘设置，升降环被配置为能够在第一方向上运动，第一方向垂直于第一表面；第一支撑组件以及第二支撑组件，第一支撑组件和第二支撑组件均与升降环连接，第一支撑组件和第二支撑组件均包括用于支撑晶圆的支撑部，第一支撑组件的支撑部与第二支撑组件的支撑部在第一方向上间隔设置。
6.根据本实用新型实施例的晶圆暂存腔室，包括第一支撑组件和第二支撑组件，第一支撑组件的支撑部与第二支撑组件的支撑部在第一方向上间隔设置。第一支撑组件和第二支撑组件均能够承载晶圆。当有晶圆需要冷却时，通过升降环带动第一支撑组件和第二支撑组件运动，使得第一支撑组件、第二支撑组件中的一者承载的晶圆放置在制冷盘上，使得该晶圆得以冷却。当有晶圆在冷却中且有其它晶圆需要正常经过腔室进行传递时，第一支撑组件和第二支撑组件中的另一者可以作为传递晶圆的暂存位，实现其它晶圆经过晶圆暂存腔室时的正常传递。
7.根据本实用新型的前述一些实施方式，升降环被配置为可以沿第一方向在第一预设位置和第二预设位置之间运动。在升降环处于第一预设位置的情况下，第一支撑组件的支撑部和第二支撑组件的支撑部均位于制冷盘的第一表面所在侧，第一支撑组件的支撑部与第一表面之间具有第一距离；在升降环处于第二预设位置的情况下，第二支撑组件的支撑部位于制冷盘的第一表面所在侧，第二支撑组件的支撑部与第一表面之间具有第二距离，第一距离等于第二距离。在升降环处于第一预设位置的情况下，例如机械手的传递工具可以将晶圆放置在第一支撑组件的支撑部上或将晶圆从第一支撑组件的支撑部上取走，在升降环处于第二预设位置的情况下，传递工具可以在第二支撑组件的支撑部上实现晶圆的取放、传递。由于第一预设位置下的第一支撑组件的支撑部在第一方向上的位置，与第二预
设位置下的第二支撑组件的支撑部在第一方向上的位置相同，使得用于取放晶圆的传递工具的工作行程在不同状态下保持不变，减少对传递工具的调节，保证取放晶圆的顺利进行。
8.根据本实用新型的前述一些实施方式，第一支撑组件和第二支撑组件均包括在升降环的周向上分布的至少两个支撑架，支撑架包括支撑部。
9.根据本实用新型的前述一些实施方式，支撑部平行于第一表面延伸，支撑部在第一表面上的正投影形状为v字形。
10.根据本实用新型的前述一些实施方式，支撑架还包括连接部，连接部连接于支撑部朝向第一表面的一侧，第一支撑组件的至少两个支撑架均通过连接部连接于升降环，第二支撑组件的至少两个支撑架均通过连接部连接于第一支撑组件。
11.根据本实用新型的前述一些实施方式，支撑部的背离第一表面的一侧表面嵌设陶瓷珠，陶瓷珠用于支撑晶圆。陶瓷珠耐磨性强，表面光滑，当晶圆置于支撑部上时，晶圆与陶瓷珠接触，接触面积较小，因此可以降低晶圆被接触污染、划伤的风险。陶瓷珠耐高温性能强，可以保证与传递经过支撑部的晶圆不发生化学反应，保证晶圆的品质。
12.根据本实用新型的前述一些实施方式，晶圆暂存腔室还包括：多个陶瓷支撑销，安装于制冷盘的第一表面。陶瓷支撑销的导热系数大于预设阈值，陶瓷支撑销导热效率较高，例如是石英材质导热效率的约2.5倍，从而提高对晶圆的冷却效率。陶瓷支撑销例如是氮化硅陶瓷制成，不含金属颗粒，并且更易将表面加工光滑，从而降低晶圆被划伤的风险，避免摩擦产生颗粒而污染晶圆。氮化硅陶瓷的陶瓷支撑销耐高温性能强，可以保证与处于冷却中的晶圆不发生化学反应，保证晶圆的品质。
13.根据本实用新型的前述一些实施方式，陶瓷支撑销远离制冷盘的一端与第一表面之间的距离大于或等于1毫米，使得待冷却的晶圆放置在陶瓷支撑销上时，晶圆与第一表面之间的距离大于或等于1毫米。该晶圆暂存腔室主要依靠陶瓷支撑销进行热传导，氮化硅陶瓷的陶瓷支撑销能够将晶圆上的大部分热量传导至制冷盘，因此不再主要依靠晶圆与第一表面之间的气体层导热。晶圆与第一表面之间的距离大于或等于1毫米，即使第一表面不设置导气槽，也能够保证晶圆与第一表面之间的气体能够排出，避免晶圆产生漂移。由于第一表面不再需要设置导气槽，减少了晶圆暂存腔室内因设置导气槽产生的灰尘死点，使得晶圆暂存腔室内更易清理。
14.根据本实用新型的前述一些实施方式，陶瓷支撑销包括相互连接的安装部和凸起部，安装部的直径大于凸起部的直径，安装部包括相对的第三表面和第四表面，凸起部连接于第三表面，制冷盘包括设置在第一表面的多个安装槽，每个安装槽的内周面设有环形槽，安装部的第四表面与安装槽的槽底相抵，环形槽内嵌设呈环状的弹性件，且弹性件与安装部的第三表面相抵。呈环状的弹性件将陶瓷支撑销弹性安装在制冷盘上，避免了硬性连接易压碎陶瓷支撑销而划伤晶圆的风险。
15.根据本实用新型的前述一些实施方式，晶圆暂存腔室还包括：换热管，嵌设于制冷盘的第二表面，换热管与制冷盘通过钎料焊接，由于钎料的导热性较好，保证了换热管与制冷盘之间更高的换热效率。
16.本实用新型还提供一种半导体工艺设备，所公开的半导体工艺设备包括上文所述中的任一项的晶圆暂存腔室。
附图说明
17.通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征，附图并未按照实际的比例绘制。
18.图1是根据本实用新型一种实施例的晶圆暂存腔室的截面示意图；
19.图2是根据本实用新型一种实施例的晶圆暂存腔室的俯视示意图；
20.图3是根据本实用新型一种实施例的晶圆暂存腔室在第二预设位置下的截面示意图；
21.图4是根据本实用新型一种实施例的晶圆暂存腔室中腔室内部一些结构的立体示意图；
22.图5是根据本实用新型一种实施例的晶圆暂存腔室中支撑架的立体示意图；
23.图6是根据本实用新型一种实施例的晶圆暂存腔室中制冷盘和陶瓷支撑销的俯视示意图；
24.图7是根据本实用新型一种实施例的晶圆暂存腔室中制冷盘和陶瓷支撑销的局部截面示意图；
25.图8是根据本实用新型一种实施例的晶圆暂存腔室中制冷盘和换热管的截面示意图。
具体实施方式
26.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
27.在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
28.如图1-图8所示，本实用新型公开一种半导体工艺设备及其晶圆暂存腔室，图1是根据本实用新型一种实施例的晶圆暂存腔室的截面示意图，图2是根据本实用新型一种实施例的晶圆暂存腔室的俯视示意图。晶圆暂存腔室包括腔室100、制冷盘200、升降环310、第一支撑组件400a以及第二支撑组件400b。
29.腔室100内部具有容纳空间110。制冷盘200位于容纳空间110内。制冷盘200包括相对的第一表面s1和第二表面s2，第一表面s1能够承载晶圆。升降环310环绕制冷盘200设置，被配置为能够在第一方向x上运动，第一方向x垂直于第一表面s1。第一支撑组件400a和第二支撑组件400b均与升降环310连接，第一支撑组件400a和第二支撑组件400b均包括用于支撑晶圆的支撑部411，第一支撑组件400a的支撑部411与第二支撑组件400b的支撑部411在第一方向x上间隔设置。
30.根据本实用新型实施例的晶圆暂存腔室，包括第一支撑组件400a和第二支撑组件400b，第一支撑组件400a的支撑部411与第二支撑组件400b的支撑部411在第一方向x上间
隔设置。第一支撑组件400a和第二支撑组件400b均能够承载晶圆。当有晶圆需要冷却时，通过升降环310带动第一支撑组件400a和第二支撑组件400b运动，使得第一支撑组件400a、第二支撑组件400b中的一者承载的晶圆放置在制冷盘200上，使得该晶圆得以冷却。当有晶圆在冷却中且有其它晶圆需要正常经过腔室100进行传递时，第一支撑组件400a、第二支撑组件400b中的另一者可以作为传递晶圆的暂存位，实现其它晶圆经过晶圆暂存腔室时的正常传递。
31.在一些实施例中，晶圆暂存腔室的上游和下游连接有其它晶圆加工腔室或晶圆存放腔室，因此腔室100还可以包括门阀120，门阀120分别设置在腔室100与上游设备连接处以及与下游设备连接处。当门阀120闭合时，腔室100的容纳空间110与上下游设备隔绝。
32.在一些实施例中，晶圆暂存腔室还可以包括进气系统和排气孔740。进气系统包括进气孔710、进气管路720以及扩散器730。进气孔710设置于腔室100的侧壁，一端与外界连通，用于连接气体输送装置。扩散器730与容纳空间110连通，并设置在制冷盘200的第一表面s1所在侧。进气管路720将进气孔710与扩散器730连通。排气孔740设置于腔室100，并将容纳空间110与外界连通。当晶圆暂存腔室内容纳待冷却的晶圆时，晶圆放置在制冷盘200上。进气系统通过扩散器730持续向容纳空间110输入气体，同时排气孔740进行尾气排气，从而带走容纳空间110中的热量，辅助制冷盘200冷却晶圆。
33.在本实施例中，升降环310被配置为可以沿第一方向x在第一预设位置和第二预设位置之间运动。在升降环310处于第一预设位置的情况下，第一支撑组件400a的支撑部411和第二支撑组件400b的支撑部411均位于制冷盘200的第一表面s1所在侧，第一支撑组件400a的支撑部411与第一表面s1之间具有第一距离。
34.在升降环310处于第二预设位置的情况下，第二支撑组件400b的支撑部411位于制冷盘200的第一表面s1所在侧，第二支撑组件400b的支撑部411与第一表面s1之间具有第二距离。
35.图3是根据本实用新型一种实施例的晶圆暂存腔室在第二预设位置的截面示意图。在处于第二预设位置的情况下，相比于处于第一预设位置，升降环310向制冷盘200的第二表面s2的方向移动，放置在第一支撑组件400a的支撑部411上的第一晶圆w1被置于制冷盘200的第一表面s1，使得第一晶圆w1处于冷却状态中。同时，在升降环310处于第二预设位置的情况下，第二晶圆w2可以放置于第二支撑组件400b的支撑部411上，使得第二晶圆w2经过晶圆暂存腔室时可以被正常传递。
36.在本实施例中，第一距离等于第二距离。在升降环310处于第一预设位置的情况下，例如机械手的传递工具可以将晶圆放置在第一支撑组件400a的支撑部411上，或将晶圆从第一支撑组件400a的支撑部411上取走，在升降环310处于第二预设位置的情况下，传递工具可以在第二支撑组件400b的支撑部411上实现晶圆的取放、传递。由于第一预设位置下的第一支撑组件400a的支撑部411在第一方向x上的位置，与第二预设位置下的第二支撑组件400b的支撑部411在第一方向x上的位置相同，使得用于取放晶圆的传递工具的工作行程在不同预设位置下保持不变，从而能够减少对传递工具的调节，保证取放晶圆的顺利进行。
37.图4是根据本实用新型一种实施例的晶圆暂存腔室中腔室100内部一些结构的立体示意图。在一些实施例中，第一支撑组件400a和第二支撑组件400b均可以包括在升降环310的周向上分布的至少两个支撑架410，例如本实施例中，第一支撑组件400a可以包括两
个支撑架410，第二支撑组件400b也可以包括两个支撑架410。在第一支撑组件400a中，两个支撑架410以升降环310的中心为对称中心对称布置。第二支撑组件400b的两个支撑架410层叠设置于第一支撑组件400a的两个支撑架410上。
38.在一些实施例中，晶圆暂存腔室还可以包括升降机构320，升降机构320与腔室100固定连接。升降机构320包括升降轴321，升降环310与升降轴321连接，使得升降轴321能够带动升降环310沿第一方向x运动。升降轴321的外周侧套设波纹管330，波纹管330将容纳空间110与外界隔绝。
39.图5是根据本实用新型一种实施例的晶圆暂存腔室中支撑架410的立体示意图。支撑架410可以包括支撑部411。
40.在一些实施例中，支撑部411平行于第一表面s1延伸，支撑部411在第一表面s1上的正投影形状为v字形。在一些实施例中，支撑架410安装于升降环310时，呈v字形的支撑部411包括的两个末端e1悬空。可选地，呈v字形的支撑部411的两个末端e1设置倒角，从而防止末端e1接触晶圆时划伤晶圆。
41.在一些实施例中，支撑架410还可以包括连接部412，连接部412连接于支撑部411朝向第一表面s1的一侧。具体的，第一支撑组件400a的至少两个支撑架410均通过连接部412连接于升降环310上，第二支撑组件400b的至少两个支撑架410均通过连接部412连接于第一支撑组件400a上，使得第一支撑组件400a和第二支撑组件400b均能够通过连接部412实现与升降环310的连接。
42.在一些实施例中，支撑部411还可以包括安装孔h1和定位孔h2。安装孔h1和定位孔h2均沿第一方向x贯穿支撑部411以及连接部412。当安装支撑架410时，定位孔h2内可以穿设定位销，安装孔h1内可以穿设螺栓等连接件，保证支撑架410能够准确安装。
43.在一些实施例中，支撑部411的背离第一表面s1的一侧表面可以嵌设陶瓷珠413，陶瓷珠413可以用于支撑晶圆。陶瓷珠413耐磨性强，表面光滑，当晶圆置于支撑部411上时，晶圆与陶瓷珠413接触，接触面积较小，因此可以降低晶圆被沾污、划伤的风险。陶瓷珠413耐高温性能强，可以保证与传递经过支撑部411的晶圆不发生化学反应，保证晶圆的品质。
44.在一些实施例中，晶圆暂存腔室还可以包括多个陶瓷支撑销500，图6是根据本实用新型一种实施例的晶圆暂存腔室中制冷盘200和陶瓷支撑销500的俯视示意图。多个陶瓷支撑销500安装于制冷盘200的第一表面s1。本实施例中，陶瓷支撑销500的材质为氮化硅陶瓷，使得陶瓷支撑销500的导热系数大于预设阈值(预设阈值为可以正常完成导热的导热系数)，即陶瓷支撑销500的导热效率较高，例如是石英材质导热效率的约2.5倍，从而能够提高对晶圆的冷却效率。氮化硅陶瓷的陶瓷支撑销500不含金属颗粒，并且更易将表面加工光滑，从而降低晶圆被划伤的风险，避免摩擦产生颗粒而污染晶圆。氮化硅陶瓷的陶瓷支撑销500耐高温性能强，可以保证与处于冷却中的晶圆不发生化学反应，保证晶圆的品质。
45.图7是根据本实用新型一种实施例的晶圆暂存腔室中制冷盘200和陶瓷支撑销500的局部截面示意图。在一些实施例中，陶瓷支撑销500远离制冷盘200的一端与第一表面s1之间的距离d1大于或等于1毫米，使得待冷却的晶圆放置在陶瓷支撑销500上时，晶圆(例如第一晶圆w1)与第一表面s1之间的距离大于或等于1毫米。该晶圆暂存腔室主要依靠陶瓷支撑销500进行热传导，氮化硅陶瓷的陶瓷支撑销500能够将晶圆上的大部分热量传导至制冷盘200，因此不再主要依靠晶圆与第一表面s1之间的气体层导热。晶圆与第一表面s1之间的
距离大于或等于1毫米，即使第一表面s1不设置导气槽，也能够保证晶圆与第一表面s1之间的气体能够排出，避免晶圆产生漂移。由于第一表面s1不再需要设置导气槽，减少了晶圆暂存腔室内因设置导气槽产生的灰尘死点，使得晶圆暂存腔室内更易清理。
46.如图7，在一些实施例中，陶瓷支撑销500包括相互连接的安装部510和凸起部520。安装部510的直径大于凸起部520的直径。安装部510包括相对的第三表面s3和第四表面s4，凸起部520连接于第三表面s3。
47.制冷盘200包括设置在第一表面s1的多个安装槽210，每个安装槽210的内周面设有环形槽211。安装部510的第四表面s4与安装槽210的槽底相抵。环形槽211内嵌设呈环状的弹性件220，且弹性件220与安装部510的第三表面s3相抵。呈环状的弹性件220将陶瓷支撑销500弹性安装在制冷盘200上，避免了硬性连接易压碎陶瓷支撑销500而划伤晶圆的风险。
48.如图8，在一些实施例中，晶圆暂存腔室还可以包括换热管600，换热管600嵌设于制冷盘200的第二表面s2。
49.图8是根据本实用新型一种实施例的晶圆暂存腔室中制冷盘200和换热管600的截面示意图。在本实施例中，换热管600与制冷盘200通过钎料sd焊接。由于钎料sd的导热性较好，保证了换热管600与制冷盘200之间更高的换热效率。
50.在一些实施例中，制冷盘200为液冷制冷盘，换热管600内设有流动的液体，例如是水，通过液体与制冷盘进行换热，将晶圆的热量带走，实现晶圆的冷却。可选地，晶圆暂存腔室还包括进液管810和回液管820，进液管810和回液管820均与换热管600连通。进液管810用于向换热管600输入冷却液体，回液管820用于将换热管600内完成换热的液体排出。
51.在本实用新型公开的实施例中，还公开一种半导体工艺设备，所公开的半导体工艺设备包括上文所述的任一项的晶圆暂存腔室。
52.以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。