半导体处理设备及其晶圆托盘组件的制作方法

本发明涉及一种半导体处理设备及其晶圆托盘组件。

背景技术：

1、目前的薄膜沉积设备中，反应腔内设置可承载一片或多片晶圆的晶圆托盘，晶圆托盘的底部与托盘旋转机构连接，反应腔的底部设置驱动器，托盘旋转机构在驱动器的驱动下带动晶圆托盘旋转。反应腔内通入反应气体，对晶圆进行沉积操作，晶圆托盘上方的区域称为工艺区，晶圆托盘下方的区域称为内腔区，通过抽气装置排出制程结束后的剩余气体。在晶圆托盘的下方设置有加热装置，用于在半导体制程中加热晶圆托盘，以控制晶圆的制程温度。由于晶圆托盘的中心区域的下方无法设置加热装置，导致晶圆托盘的中央区域和外侧边缘之间存在温度差，整个晶圆托盘的温度不均衡，影响工艺质量。而晶圆托盘的外侧气流由于反应腔的底部通入的吹扫气和抽气装置的影响，会导致晶圆托盘的外侧气流发生局部紊乱，影响工艺质量，且容易导致内腔区和工艺区串流，使来自工艺区的腐蚀性气体进入内腔区腐蚀金属器件，降低了器件的使用寿命。

2、这里的陈述仅提供与本发明有关的背景技术，而并不必然地构成现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种半导体处理设备及其晶圆托盘组件，使晶圆托盘组件的中央区域和边缘区域之间达到温度均衡，确保工艺质量稳定，且实现了工艺区和内腔区的物理隔绝，使内腔区和工艺区减少串流，避免工艺气体进入内腔区腐蚀器件。

2、为了达到上述目的，本发明提供一种晶圆托盘组件，其设置在半导体处理设备的反应腔内，所述反应腔内设置托盘旋转机构，所述晶圆托盘组件设置在所述托盘旋转机构的顶部，可跟随所述托盘旋转机构旋转，所述晶圆托盘组件包含：

3、托盘，其设置在所述托盘旋转机构的顶部；

4、多个晶圆基座，所述晶圆基座分布在所述托盘的上表面，所述晶圆基座内用于容纳待处理晶圆；

5、托盘盖板，其设置在所述托盘上方，所述托盘盖板具有多个晶圆通孔，所述晶圆通孔的位置与所述晶圆基座的位置相匹配；

6、多个定位销，所述定位销设置在所述托盘和所述托盘盖板之间；

7、所述定位销包含环绕所述托盘的中心区域设置的第一组定位销，所述第一组定位销上套设有隔热垫环，所述隔热垫环将所述托盘盖板承载于所述托盘上方。

8、所述定位销还包含靠近所述托盘的边缘设置的第二组定位销，所述第二组定位销上不设置隔热垫环。

9、所述隔热垫环的材料采用耐高温非金属材料。

10、所述隔热垫环的厚度为0.3mm～0.5mm。

11、所述托盘的边缘具有凸檐，所述凸檐的顶面与所述托盘的上表面形成阶梯，所述凸檐的底面延伸至所述托盘的下表面。

12、所述托盘的上表面设置多个第一定位销孔，所述定位销与所述托盘盖板的下表面固定连接，每个所述定位销对应设置在每个所述第一定位销孔中；或者，所述托盘盖板的下表面设置多个第二定位销孔，所述定位销与所述托盘的上表面固定连接，每个所述定位销对应设置在每个所述第二定位销孔中；或者，所述托盘的上表面设置多个第一定位销孔，所述托盘盖板的下表面设置多个第二定位销孔，所述第二定位销孔的位置与所述第一定位销孔的位置相匹配，每个所述定位销的两端分别设置在匹配的所述第一定位销孔和所述第二定位销孔中。

13、所述托盘盖板包含托盘内盘和托盘外环，所述托盘内盘覆盖所述托盘的中心和所述晶圆基座之间的区域，所述托盘外环覆盖所述晶圆基座和所述托盘边缘之间的区域；

14、所述托盘内盘包含多个托盘内侧盖板；

15、所述托盘外环包含多个托盘外侧盖板；

16、所述托盘内侧盖板与相邻的托盘内侧盖板或托盘外侧盖板接触的部分具有延展部或凹槽部，所述托盘外侧盖板与相邻的托盘外侧盖板或托盘内侧盖板接触的部分具有延展部或凹槽部，所述延展部延展至所述凹槽部下方，所述延展部和凹槽部形成重叠结构。

17、所述托盘的上表面设置多个基座放置区，所述晶圆基座设置在所述基座放置区内。

18、所述基座放置区的中心设置旋转轴，所述晶圆基座通过旋转轴连接至所述托盘，所述晶圆基座以所述旋转轴为圆心进行旋转，所述旋转轴的直径为1.2mm～3mm。

19、所述晶圆基座的边缘具有凸缘，所述凸缘的顶面与所述晶圆基座的上表面形成阶梯，所述凸缘的顶面与所述晶圆基座的上表面之间通过第一斜面连接，所述第一斜面与水平面的夹角为93°～98°，所述凸缘的底面延伸至所述晶圆基座的下表面。

20、所述晶圆基座的上表面具有圆形凹面，围绕所述圆形凹面设置有晶圆支撑装置；

21、所述晶圆基座的上表面的直径小于所述晶圆的直径；

22、所述圆形凹面的直径小于所述晶圆基座的上表面的直径，所述圆形凹面的中心点为所述圆形凹面的最低点。

23、可选地，所述晶圆支撑装置为多个晶圆支撑点，所述晶圆支撑点均匀设置在所述圆形凹面的周围，所述晶圆支撑点的高度为0.05mm～0.2mm。

24、可选地，所述晶圆支撑装置为晶圆支撑环，所述晶圆支撑环设置在所述圆形凹面的周围，所述晶圆支撑环的高度为0.05mm～0.2mm。

25、所述晶圆托盘组件还包含：晶圆传输环，其用于传输晶圆，在半导体处理过程中，所述晶圆传输环放置在所述晶圆基座的凸缘的顶面；

26、所述晶圆传输环包含：

27、环本体，当所述晶圆传输环放置到所述晶圆基座的凸缘的顶面后，所述环本体的上表面高于放置在所述晶圆基座上的晶圆的上表面；

28、晶圆承托部，所述晶圆承托部朝向所述晶圆基座方向延伸；所述晶圆承托部的顶面与所述环本体的上表面形成阶梯，所述晶圆承托部的顶面与所述环本体的上表面之间通过第二斜面连接，所述第二斜面与水平面的夹角为75°～85°；当所述晶圆传输环放置到所述晶圆基座的凸缘的顶面后，所述晶圆承托部的顶面低于放置在所述晶圆基座上的晶圆的下表面；所述晶圆承托部的底面延伸至所述环本体的下表面；所述晶圆承托部的侧壁面对所述晶圆基座上的第一斜面，所述晶圆承托部的侧壁与水平面的夹角为100°～120°；

29、凸台部，其连接至所述环本体的外侧壁，用于配合机械手的抓取。

30、可选地，所述晶圆承托部为环状凸起。

31、可选地，所述晶圆承托部为多个均匀分布的弧状凸起。

32、所述托盘中具有多条第一驱动气体通道，所述第一驱动气体通道的出口延伸至所述晶圆基座的下方。

33、所述托盘上具有多个第一定位凸起或第二定位凹槽，所述第一定位凸起或第二定位凹槽设置在所述托盘与所述托盘旋转机构接触的位置，所述第一定位凸起或第二定位凹槽非均匀布置。

34、本发明还提供一种半导体处理设备，包含：

35、反应腔；

36、托盘旋转机构，其设置在所述反应腔内；

37、驱动器，其设置在所述反应腔底部，与所述托盘旋转机构的底部连接，用于驱动所述托盘旋转机构旋转；

38、所述的晶圆托盘组件，其设置在所述托盘旋转机构上，可跟随所述托盘旋转机构旋转，所述晶圆托盘组件用于承载一片或多片晶圆；

39、进气装置，其设置在所述反应腔的顶部；

40、抽气装置，其沿所述反应腔的内壁环绕设置；

41、加热装置，其设置在所述晶圆托盘组件的下方，用于加热所述晶圆托盘组件。

42、所述半导体处理设备还包含：边缘环，所述边缘环设置在所述晶圆托盘组件的周围，所述边缘环从所述晶圆托盘组件的上表面延伸至所述抽气装置的顶部，所述边缘环的内侧面的形状与所述晶圆托盘组件的外侧面的形状相匹配。

43、所述托盘旋转机构包含：

44、分气座，其连接所述驱动器，所述分气座受所述驱动器输出的驱动力所驱动，带动整个托盘旋转机构旋转；

45、支撑套筒，其设置在所述分气座上，所述支撑套筒包围形成旋转机构内腔区域；

46、分气转接环，其设置在所述支撑套筒顶部，所述晶圆托盘组件设置在所述分气转接环上；

47、拉杆组件，其一端与所述分气座连接，另一端穿过并连接所述晶圆托盘组件。

48、所述分气转接环上具有多个第一定位凹槽或第二定位凸起，所述第一定位凹槽或第二定位凸起的位置和尺寸与所述托盘上的第一定位凸起或第二定位凹槽的位置和尺寸相匹配，所述第一定位凸起嵌设在所述第一定位凹槽内，或者，所述第二定位凸起嵌设在所述第二定位凹槽内，实现所述晶圆托盘组件和所述托盘旋转机构之间的定位连接。

49、所述分气转接环中具有多条第二驱动气体通道，所述支撑套筒的筒壁中具有多条第三驱动气体通道，所述分气座中具有多条第四驱动气体通道；所述分气转接环中的第二驱动气体通道的进口与所述支撑套筒中的第三驱动气体通道的出口连通，所述分气转接环中的第二驱动气体通道的出口和所述托盘中的第一驱动气体通道的进口连通，所述分气座中的第四驱动气体通道的出口与所述支撑套筒中的第三驱动气体通道的进口连通。

50、所述半导体处理设备还包含驱动气体泵，所述驱动气体泵通过管路连接至所述分气座中的第四驱动气体通道的进口，用于提供驱动气体。

51、本发明在晶圆托盘组件中的托盘和托盘盖板之间增设多个隔热垫环，且所述隔热垫环仅仅环绕所述托盘的中心区域设置，令所述托盘的中心区域的上表面不接触所述托盘盖板的下表面，减少从所述托盘传递至所述托盘盖板的热量，能够让热量更多地储存在所述托盘的中心区域，起到更好的保温作用。由于不存在隔热垫环的影响，所述托盘的边缘区域的上表面与所述托盘盖板的下表面可以发生接触，从而令所述托盘的边缘区域的热量可以更快地传递至所述托盘盖板，最终使所述托盘的中央区域和边缘区域之间达到温度均衡，进而令位于所述托盘上的多个所述晶圆基座的温度达到均衡，确保工艺质量稳定。

52、本发明在晶圆托盘组件中的托盘的外侧增设了凸檐，又配合凸檐的形状增设了围绕晶圆托盘组件的边缘环，且边缘环从所述晶圆托盘组件的上表面延伸至所述抽气装置的顶部，实现了工艺区和内腔区的物理隔绝，使内腔区和工艺区减少串流，减少了腐蚀性工艺气体进入内腔区后在高温状态下腐蚀内腔区金属器件的概率，所述边缘环的外侧面设置为斜面，能够使所述晶圆托盘组件外侧气流更加平顺，防止产生湍流，从而来自工艺区的工艺气体能够更加彻底地被所述抽气装置抽取，避免工艺气体进入内腔区。