一种半导体晶圆移送装置及移送半导体晶圆的方法

摘要

本发明提供一种半导体晶圆移送装置及移送半导体晶圆的方法，所述装置包括：晶圆升降装置和晶圆转移装置，其中，晶圆转移装置包括晶圆承接环和晶圆承接棒，晶圆承接环上分布有可供晶圆承接棒横穿过的孔。根据本发明的半导体晶圆移送装置在半导体晶圆移送过程中将待移送晶圆平衡升至晶圆转移装置上，通过移送晶圆转移装置移送待移送晶圆，可减少在半导体设备自动传送系统中断后采用手动移送晶圆过程中对晶圆和半导体设备的损害，增加晶圆的良率，减少晶圆报废。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体而言涉及一种半导体晶圆移送装置及移送半导体晶圆的方法。

背景技术

在半导体制造过程中，将一个晶圆加工制成布满集成电路器件的晶圆涉及多达几百步制程。在这些制程中涉及到的主流工艺包括光刻工艺，干法刻蚀工艺，物理气相沉积工艺，化学气象沉积工艺等都通过半导体设备中的自动传送系统完成半导体晶圆的移送。在设备的运行过程中，常常不可避免的发生系统错误，造成自动传送系统的中断，将晶圆滞留在设备中，通常情况下滞留在设备的卡盘上(如图1所示)，在这种情况下，通常只能采用手动移送晶圆的方式，将晶圆从设备中移出。

目前在设备系统错误，将滞留在设备卡盘上晶圆移送出设备的方式通常采用薄片工具插入晶圆和卡盘边界缝隙将晶圆撬出来(图2A所示)，或者用晶圆吸笔将晶圆从上表面吸出来(图2B所示)。前者容易对卡盘和晶圆边缘造成损伤。而后者采用真空吸笔吸取晶圆直接接触晶圆表面容易造成刮伤；同时真空吸笔容易因断气或吸附不牢而发生晶圆掉落导致晶圆报废。在光刻工艺中，采用真空吸笔吸取晶圆因造成晶圆表面污染必然导致晶圆的报废。

如何在半导体设备自动传送系统中断的情况下，手动移送晶圆的过程中减少对晶圆和设备造成的损伤，减少晶圆良率的下降和晶圆的报废，是半导体制造厂商所长期关心与重视的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了减少在半导体设备自动传送系统中断后采用手动移送晶圆过程中对晶圆和半导体设备的损害，增加晶圆的良率，减少晶圆报废，本发明提供了一种半导体晶圆移送装置，包括：晶圆升降装置和晶圆转移装置，其中，晶圆转移装置包括晶圆承接环和晶圆承接棒，晶圆承接环上分布有可供晶圆承接棒横穿过的孔。

可选的，所述晶圆升降装置包括设置于晶圆背面提供可将晶圆平衡升起和降落的高压气体的真空管路。

可选的，所述真空管路与高压气体源通过三通接头连接。

可选的，所述高压气体源与三通接头之间设置有调压阀。

可选的，所述高压气体为氮气。

可选的，所述晶圆承接环内径较待移送晶圆大1～5mm。

可选的，所述晶圆承接环上形成的孔的个数为偶数个，沿所述晶圆承接环的中心对称布置。

可选的，所述晶圆承接环上形成的孔的个数大于等于4。

可选的，所述晶圆承接棒的长度大于晶圆承接环的外径，晶圆承接棒的直径小于晶圆承接环上圆孔直径。

可选的，所述真空管路设置于半导体晶圆的卡盘上。

本发明还提供了一种使用所述半导体晶圆移送装置移送半导体晶圆的方法，包括：将晶圆转移装置的晶圆承接环置于待移送晶圆上方与待移送晶圆同轴；打开晶圆升降装置使待移送晶圆平衡上升至晶圆承接环上分布的孔的上方；将晶圆承接棒穿过晶圆承接环上分布的孔；关闭所述晶圆升降装置以使待移送晶圆平衡下落至晶圆承接棒上；移送晶圆转移装置。

可选的，所述待移送晶圆平衡上升和降落采用调节高压空气压力将晶圆吹起和关闭高压空气使晶圆自然降落的方法。

可选的，所述调节高压气体压力和关闭高压气体步骤采用打开调压阀和关闭调压阀的方法。

综上所述，本发明所描述半导体晶圆移送装置和移送半导体晶圆的方法可用于半导体制程中半导体设备自动传送系统中断，需手动将晶圆移送出设备的情况。根据本发明所描述的半导体晶圆移送装置和移送半导体晶圆的方法，在移送晶圆的过程中可有效防止晶圆在移动过程对晶圆和设备造成损伤，减少晶圆良率的下降和晶圆的报废。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1为现有工艺制程中发生自动传送系统中断后，晶圆滞留在设备卡盘上的状态示意图；

图2A，图2B为现有手动将滞留在卡盘上的晶圆移送出设备的方法示意图，其中，图2A为现有采用薄片工具插入晶圆和卡盘边界缝隙将晶圆撬出来的方法示意图，图2B为现有采用晶圆真空吸笔将晶圆从卡盘吸出的方法示意图；

图3为本发明一个实施例中晶圆移送装置中晶圆升降装置示意图；

图4A-4B为本发明的一个实施例中晶圆移送装置中晶圆移送装置示意图；

图5A～5D为本发明的一个实施例中晶圆移送过程示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本发明所述半导体晶圆移送装置和移送半导体晶圆的方法。显然，本发明的施行并不限于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。

下面将以浸入式光刻机上发生自动传送系统错误时，采用本发明提供的半导体晶圆移送装置和移送半导体晶圆的方法手动将晶圆移出设备为具体实施例来解释本发明所涉及的原理。实施例以浸入式光刻机为示例，其并不是要对本发明的技术方案进行限定，显然本发明的技术方案还可以应用于其它半导体工艺制程中涉及到半导体设备自动移送晶圆的情况。

在浸入式光刻机上进行光刻工艺时，发生系统错误而使晶圆自动传动系统中断，晶圆无法通过设备自动传送系统传送出设备，必须手动取出。由于浸入式光刻机的卡盘结构特殊，使得晶圆上表面和卡盘边缘齐平，晶圆边缘和卡盘内圈间隙小于1mm，手动取出晶圆非常困难。目前在设备自动传动系统中断的情况下，取出滞留在设备卡盘上的方式通常采用薄片工具插入晶圆和卡盘边界缝隙将晶圆撬出来，或者用晶圆吸笔将晶圆从上表面吸出来。前者容易对卡盘和晶圆边缘造成损伤。真空吸笔吸取晶圆直接接触晶圆表面容易造成刮伤，在光刻工艺中因为对晶圆表面洁净度的要求，真空吸笔吸取晶圆直接导致晶圆报废。

为减少以上情况下晶圆移送过程中对晶圆和设备造成的损伤，导致的晶圆良率的下降和晶圆的报废，本发明提供了一种半导体晶圆移送装置，包括：晶圆升降装置和晶圆转移装置，其中，晶圆转移装置包括晶圆承接环和晶圆承接棒，晶圆承接环上分布有可供晶圆承接棒横穿过的孔。

可选的，所述晶圆升降装置包括设置于晶圆背面提供可将晶圆平衡升起和降落的高压气体的真空管路。

可选的，所述真空管路与高压气体源通过三通接头连接。

可选的，所述高压气体源与三通接头之间设置有调压阀。

可选的，所述高压气体为氮气。

可选的，所述晶圆承接环内径较待移送晶圆大1～5mm。

可选的，所述晶圆承接环上形成的孔的个数为偶数个，沿所述晶圆承接环的中心对称布置。

可选的，所述晶圆承接环上形成的孔的个数大于等于4。

可选的，所述晶圆承接棒的长度大于晶圆承接环的外径，晶圆承接棒的直径小于晶圆承接环上圆孔直径。

可选的，所述真空管路设置于半导体晶圆的卡盘上。

本发明还提供了一种使用所述半导体晶圆移送装置移送半导体晶圆的方法，包括：将晶圆转移装置的晶圆承接环置于待移送晶圆上方与待移送晶圆同轴；打开晶圆升降装置使待移送晶圆平衡上升至晶圆承接环上分布的孔的上方；将晶圆承接棒穿过晶圆承接环上分布的孔；关闭所述晶圆升降装置以使待移送晶圆平衡下落至晶圆承接棒上；移送晶圆转移装置。

可选的，所述待移送晶圆平衡上升和降落采用调节高压空气压力将晶圆吹起和关闭高压空气使晶圆自然降落的方法。

可选的，所述调节高压气体压力和关闭高压气体步骤采用打开调压阀和关闭调压阀的方法。

综上所述，本发明所描述半导体晶圆移送装置和移送半导体晶圆的方法可用于半导体制程中半导体设备自动传送系统中断，需手动将晶圆移送出设备的情况。根据本发明所描述的半导体晶圆移送装置和移送半导体晶圆的方法，在移送晶圆的过程中可有效防止晶圆在移动过程对晶圆和设备造成损伤，减少晶圆良率的下降和晶圆的报废。

实施例一

下面参考图3和图4A～4B来描述本发明的一个实施例提出的一种晶圆移送装置，其中，图3为本发明的一个实施例提出的晶圆移送装置所包含的晶圆升降装置示意图，图4A～4B为本发明的一个实施例提出的半导体晶圆移送装置所包含的晶圆转移装置的示意图。

参看图3，示出了本发明涉及的晶圆移送装置所包含晶圆升降装置示意图。所述晶圆转移装置设置于半导体设备承载晶圆的卡盘上。如图3所示，半导体设备的卡盘1上设置有承接晶圆2升降晶圆升降装置。晶圆升降装置包括真空管路3，管路4，三通接头5，调压阀6，管路7，以及高压气体源。真空管路3通过管路4连接至三通接头5，三通接头5的一端连接至调压阀6，调压阀6另一端连接高压气体源，三通接头5剩余一端通过管路7连接至大气。高压气体通过真空管路3和4通入待移送晶圆2背面对晶圆2施加有一个向上的压力，调压阀6控制通过真空管路4和3的高压气体压力。

打开调压阀，高压气体源通过真空管路的提供高压气体对晶圆背面有一个向上的力，缓慢调高高压气体通过压力时，高压空气对晶圆背面施加的力增加，当高压气体压力增加到一定值将使晶圆脱离卡盘表面上升，继续调高整调压阀调高通过的高压气体压力，可使晶圆上升至一定程度。锁止调压阀，高压气体保持通入的压力不变，从而使晶圆保持上升的高度不变。关闭调压阀，高压气体停止通入真空管路，同时晶圆受高压气体向上的力逐渐减小，当小于晶圆重力时晶圆下降。

采用调整高压气体压力控制晶圆升降时，由于气体的流动性使得高压气体在晶圆背面均匀平衡分布，可保证高压气体对晶圆施加的向上的力在晶圆的整个作用面上保持均匀分布，从而保证晶圆的平衡升降。采用的高压气体，可选用普通氮气，氦气，氩气等对空气无污染气体，这里优选为普通氮气，可降低制造成本。

在本实施例中，对浸入式光刻机卡盘进行改造得到晶圆升降装置。对浸入式光刻机卡盘1上承接晶圆2升降的升降三针机构进行改造，将与三针机构相连的真空管路3通过管路4连接至三通接头5；三通接头5的一端连接至调压阀6；调压阀6另一端连接高压气体；三通接头5剩余一端通过管路7连接至大气。应当理解的是，晶圆升降装置并不限定于对设备卡盘进行改造，显然本发明的技术方案还可以应用于其它自身具备有此种高压气体升降装置的设备中。

参看图4A和4B，示出了本发明涉及的晶圆移送装置所包含晶圆转移装置示意图。图4A和图4B分别示出了本发明涉及的晶圆移送装置中晶圆转移装置所包含的两个部件，晶圆承接环和晶圆承接棒。如图4A所示，晶圆承接环8直径设计为较待移送晶圆直径大1～5mm的圆环，高度设计为8～10mm，以保证晶圆可在所述承接环中自由升降，且在升降过程中不至于被高压气体吹出至圆环外。所述晶圆承接环8上分布有孔9，所述孔在承接环中部位置并行排列沿中心对称分布，用于所述晶圆承接棒沿直径方向穿过，如图4A所示。所述承接环8上的孔9可以是4个、6个、8个或以上个数的偶数个孔。如图4B所示，晶圆承接棒10设计为可横穿晶圆承接环上孔的圆棒。所述承接棒10长度大于承接环外径8，直径小于承接环上圆孔9直径，以保证所述晶圆承接棒10能沿直径方向横穿过承接环8，所述晶圆承接棒的数量为2、3、4或以上自然数数值，其数值为承接环个数数值的二分之一。

在本实施例中，所述待移送晶圆为12英寸300mm，所述转移装置的晶圆承接环8内径为302mm，高度为10mm，所述承接环8上沿直径均匀对称分布的孔为8个，所述晶圆承接棒10的长度为330mm，数量为4个。应当理解的是，晶圆转移装置的直径并不限定于相对12英寸晶圆的尺寸，显然本发明的技术方案根据晶圆尺寸还可以设计应用于其他晶圆尺寸的情况中。

实施例二

本实施例还提供一种采用实施例一提供的半导体晶圆移送装置获得的移送半导体晶圆的方法。图5A～5D示出了本发明的一个实施例中晶圆移送过程中待移送晶圆与半导体晶圆移送装置在各步骤所处状态示意图。

首先，提供半导体晶圆移送装置，包括晶圆升降装置和晶圆转移装置，其中晶圆转移装置包括晶圆承接环和晶圆承接棒，晶圆承接环上分布有可供晶圆承接棒横穿过的孔；

所述晶圆移送装置如实施例一描述，在此不再赘述。

接着，将所述晶圆转移装置的晶圆承接环置于待移送晶圆上方与待移送晶圆同轴。图5A示出了晶圆承接环置于带移送晶圆上方的正视图。将晶圆转移装置的承接环8置于待移送晶圆2的上方，其中，承接环8与晶圆2处于同轴的位置，同时因承接环8内径大于晶圆2，可保证晶圆能在承接环内升降。

接着，打开晶圆升降装置使待移送晶圆平衡上升至晶圆承接环上分布的孔的上方。图5B示出了待移送晶圆平衡上升至晶圆承接环上分布的孔的上方的正视图。缓慢打开调压阀6，使得高压气体通过三通接口通入真空管路3，通过调压阀缓慢调高通入高压气体的压力，使晶圆缓慢上升。待移送晶圆2上升的高度超过承接环上孔9的位置时，锁止调压阀6。所述待转移晶圆2在调压阀6持续通入的高压气体的作用力下保持停留在承接环上分布的孔9上方的位置。

接着，将晶圆承接棒穿过晶圆承接环上的孔。图5C示出了晶圆承接棒穿过晶圆承接环上的孔的俯视图。承接棒10沿直径穿过承接环8上的孔9，直至沿直径横穿过承接环，位于待转移晶圆2的下方。所述待转移晶圆在调压阀持续高压气体的压力下保持在承接环上分布的孔上方的位置，位于承接棒10的上方。

接着，关闭晶圆升降装置以使待移送晶圆平衡下落至晶圆承接棒上。图5D示出了晶圆平衡下落至晶圆承接棒上的正视图。关闭调压阀6，使待转移晶圆缓慢降落到承接棒上。缓慢关闭调压阀6，由于调压阀6的关闭，高压气体停止通入真空管路，三针真空管道3内高压气体压力逐渐减小，同时晶圆受到高压气体向上的力逐渐减小，使得待转移晶圆2没有足够的气体压力保持在承接棒10上方，晶圆下降。待转移晶圆2随着真空管道内气体压力的减小，缓慢降落到承接棒10上。

最后，转移晶圆转移装置。手动将承接有待转移晶圆2的转移装置，包含晶圆承接环8和晶圆承接棒10，从卡盘1上移出设备，从而实现将待转移晶圆从设备上移出，保证了晶圆和设备不发生损伤。

综上所述，本发明所描述半导体晶圆移送装置和移送半导体晶圆的方法可用于半导体制程中半导体设备自动传送系统中断，需手动将晶圆移出设备的情况。根据本发明所描述的半导体晶圆移送装置和移送半导体晶圆的方法，可有效防止移送晶圆的过程中对晶圆和设备造成损伤，减少晶圆良率的下降和晶圆的报废。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。