CN103715121B - 一种晶圆装载方法 - Google Patents

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Abstract

一种晶圆的装载方法，适用于薄型晶圆片。该装置方法将取片过程中机械手的上升行程加大和上升速度减缓，使机械手接触晶圆时撞击产生的损坏减小，同时加大静电吸盘在固定晶圆时的静电吸附力，保证工艺过程中晶圆不会产生移位，使整个晶圆工艺在装载过程中的所产生的损坏降低，进而提高了工艺的品质。

Description

一种晶圆装载方法
技术领域
本发明涉及一种半导体生产工艺，具体地说，是一种薄片工艺中的晶圆装载方法。
背景技术
在半导体器件制造过程中，为了获得较好的机械性能、电性能，以及后续加工工艺的需要，一般需要将产品片减薄，减薄后的厚度通常在200-400微米左右。而对于一些特殊的半导体器件，尤其是一些功率半导体器件，为了获得更薄的芯片，或者为了满足更优电性能的要求，需要将产品片的厚度减得更薄，比如达到200微米以下甚至达到100微米以下，即加工成所谓的超薄片，并且在减薄后还要进行离子注入、干法刻蚀等工艺加工。
在进行这些加工工艺之前，通常需要将晶圆片从圆片支架上装置的工艺腔室内。图1和图2分别是一种常用的机械手以及工艺腔室的结构示意图。如图1所示，机械手8上包括承载晶圆片用的承载臂7，以及分布在机械手上的若干气孔，这个机械手内部就有气路***，连接在一气阀上，通孔气阀的抽气可以在气孔上形成负压。取片时，将机械手8移动到晶圆片下方开动抽气装置，将晶圆吸附在承载臂7上。然后移动机械手，将晶圆装载到如图2所示的工艺腔室中。其中该工艺腔室包括由腔室臂1围成的工艺空间2，设置在该工艺空间2内的静电吸盘(E-chuck)3，在该静电吸盘3包括表面的电极，多个气孔，内部连接在该多个气孔上的冷却气路，连接在该冷却气路上的进气阀11和抽气阀10，连接在进气阀上的冷却气体He源4，以及供静电吸附的DC电源部12经由RF滤波器5连接在静电吸盘3上。
然而就图1和图2所示的取片和固定机构，在针对薄片晶圆时，会出现如下问题：
第一：机械手8在取片工程中，需要先从晶圆片的下方深入圆片支架，然后向上移动接触目标晶圆片，进行吸附。由于机械手在上升过程中，行程过短和速度过快，导致惯性过大而在接触晶圆片的瞬间仍有上升速度，如此容易导致薄晶圆片的破损；
第二：当晶圆片装置到静电吸盘3上时，现有的静电吸盘3的参数都是以常规尺寸的晶圆片设计，没有针对超薄型的晶圆片，因此容易产生吸附强度不够，使得晶圆片在工艺加工时发生移位而使工艺失败，导致废片。
因此有必要对现有的晶圆装载工艺提出改进，以克服薄型晶圆片在取片和装片过程中形成的损坏。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种半导体加工工艺中晶圆装载方法，该方法能够避免晶圆在取片和固定的过程中产生的损坏，从而提供半导体加工工艺的品质。
根据本发明的目的提出的一种晶圆装载方法，包括步骤：
根据圆片支架型号，设定机械手的取片参数，该参数包括机械手的上升行程和上升速度，其中上升行程大于圆片支架中相邻晶圆间距的一半；
以所述取片参数运行控制机械手，将晶圆片从晶圆支架转移到静电吸盘上；
开启吸附电压，将功率调升至1500w-1900w，使晶圆片固定于静电吸盘之上；
以上述功率对晶圆片吸附750s之后，对该晶圆片实施半导体加工工艺；
待上述半导体加工工艺结束后，控制静电吸盘进行放电，以消除对晶圆的吸附力；
取出晶圆片。
优选的，所述机械手的上升行程不超过上下晶圆间距的3/4。
优选的，所述机械手的上升速度为1cm/s。
优选的，所述静电吸盘的功率为1800w。
优选的，进一步可以包括对晶圆背面通入冷却He的步骤。
优选的，所述He的气压为1.2毫巴。
优选的，所述放电时间大于60秒。
本发明通过在半导体工艺中对晶圆的取片及固定等装载方法进行改进，将取片过程中机械手的上升行程加大和速度减缓，使机械手接触晶圆时撞击产生的损坏减小，同时加大静电吸盘在固定晶圆时的静电吸附力，保证工艺过程中晶圆不会产生移位，使整个晶圆工艺在装载过程中的所产生的损坏降低，进而提高了工艺的品质。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有的机械手结构示意图；
图2是现有的静电吸盘结构示意图；
图3是本发明的晶圆装载方法的流程示意图。
具体实施方式
正如背景技术中所述，现有的晶圆取片和固定的工艺，没有专门针对薄型晶圆片进行单独的设计，所有的工艺参数和步骤都是以常规晶圆片相同的规格进行操作，容易导致薄型晶圆片的损坏。
因此本发明的目的在于提出一种半导体制作工艺中的薄型晶圆片装载方法，尤其是在诸如离子注入、等离子体刻蚀等工艺过程中，需要用到静电吸盘进行晶圆固定的工艺。通过本发明的方法，能够有效的避免薄型晶圆片在取片和装片过程中产生的损坏。
本发明的一个改进点在于，在机械手进行晶圆片的取片过程中，增加机械手的上升行程，并同时减缓机械手上升的速度，使机械上的惯性减少，在接触晶圆的时候确保晶圆不会因为机械手的撞击而产生损坏。
本发明的另一个改进点在于，当晶圆通过机械手装载到静电吸盘之后，加大静电吸盘的静电功率，使产生的静电吸附力足够大，同时加大静电吸附的时间，确保晶圆的固定强度不会在工艺过程中产生位移，从而避免晶圆在加工过程中形成损坏。
请参见图3，图3是本发明的晶圆片装载方法的流程示意图。如图所示，本发明的晶圆片装载方法包括如下步骤：
S1：根据圆片支架型号，设定机械手的取片参数，该参数包括机械手的上升行程和上升速度，其中上升行程大于圆片支架中相邻两片晶圆之间间距的一半。
S2：控制机械手以步骤S1中的取片参数运行，将晶圆片从晶圆支架转移到静电吸盘上。
S3：开启吸附电压，将功率调升至1500w-1900w，使晶圆片固定于静电吸盘之上。
S4：以上述功率对晶圆片吸附750s之后，对该晶圆片实施一半导体加工工艺。
S5：待上述半导体加工工艺结束后，控制静电吸盘进行放电，以消除对晶圆的吸附力，该放电时间大于60s。
S6：取出晶圆片。
在上述步骤S3和S4过程中，进一步可以包括对晶圆背面通入冷却He的步骤。该步骤可以帮助晶圆在一些热加工工艺，比如刻蚀工艺等，避免因高温而引发的晶圆表面器件损坏的问题。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
由于本发明对实施过程中使用到的硬件未做改动，所以本发明所使用的机械手以及静电吸盘请参见图1和图2。
首先，需要根据晶圆支架的型号尺寸来确定机械手的取片参数。受晶圆本身尺寸的影响，比如4尺晶圆和8尺晶圆，放置晶圆的圆片支架也通常具有不同尺寸的规格，而多块晶圆处于圆片支架上时，是以上下平行且彼此存在一定的间隔距离的形式排列。当机械手8需要取片时，先将承载臂7伸入到目标晶圆的下方。现有的工艺中，为了减少机械手的取片时间，该机械手8在晶圆下方的距离（即上升行程）通常小于上下晶圆间距的一半。而在本发明中，该机械手8的承载臂7则需要移动到晶圆下方大于上下晶圆间距一半的地方，才开始上升。这样一来就大大增加了机械手的上升行程，使得该机械手的驱动装置具有很好的缓冲距离，减小了因机械手的惯性而带来的与晶圆之间的冲撞动量。
在具体控制该机械手8达到目标位置时，可以先让该机械手的承载臂伸入到晶圆下方任意位置处，然后根据一测量装置测量此时与晶圆的距离是否达到所要的行程距离。如果已经达到，则进行上升控制；如果还没达到，则控制该机械手下降，直至达到所要的行程距离为止。
当然也可以控制该机械手一次性达到所要的行程距离，然后再将机械手8的承载臂7伸入到晶圆下方。
需要指出的是，该机械手位于晶圆下方的行程距离不能超过两片晶圆之间的间距，否则会影响圆片支架的装片能力。较优地，该机械手位于晶圆下方的距离不超过上下晶圆间距的3/4。留下的空间可以保证机械手不会触碰到下方晶圆。以一种上下晶圆间距为4cm的圆片支架为例。机械手8伸入到晶圆片下方的距离最好是在2cm至3cm之间。
机械手8上升过程中，需要以较慢的速度移动，该速度最好使得机械手8产生的冲量不足以损坏晶圆，这样即使在惯性或者行程误差的影响下，机械手8在接触晶圆的时候还带有一定的动量，也可以避免晶圆因机械手的撞击而损坏。较优地，该速度比如是1cm/s。较优地，在机械手接触晶圆之前，制动机构就可以对机械手的驱动电机进行制动，以确保机械手接触晶圆的一瞬间，速度为最小。
当机械手8接触晶圆之后，连接在机械手8上的外部抽真空装置开始运作，分布在机械手8上的气孔形成负压，晶圆片被吸附固定在机械手8上。
然后该机械手8将晶圆从圆片支架转移到工艺腔室2的静电吸盘3上。当静电吸盘3检测到晶圆之后，启动DC电源部12，产生静电吸附力，固定住该晶圆。在本发明中，提出了比普通的晶圆片的静电吸附功率(1200W)更大的静电吸附功率，因为薄型的晶圆片，其本身的固有翘曲比较严重。在静电吸附力不够的情况，晶圆片无法贴合于静电吸盘3的表面，这样会严重影响固定强度，在工艺过程中，比如接受等离子轰击时，容易产生移位，进而导致晶圆片的报废。因此加大静电吸附功率，使晶圆能够紧贴住静电吸盘3的表面，对晶圆工艺的成功率具有较大的帮助。然而需要指出的是，过大的静电电压也会导致晶圆表面器件的损坏，因此需要在晶圆所能承受的静电电压下提高该静电吸附功率，在本发明中，DC电源部12的功率为1500W至1900W，较优地，可以设定为1800W。
此外，静电吸附的时间对晶圆的固定也起到关键的作用。在现有的技术中，晶圆被静电吸附20S之后，就开始进行加工工艺。这种情况下容易产生晶圆吸附不稳而导致的移位问题，在本发明中，将该吸附时间提升至750S，大大提高了晶圆吸附的稳定性，在确保晶圆有效固定的情况下才开始工艺，使得晶圆的工艺良率进一步提升。
在进行加工工艺过程中，He源4通过进气阀11对晶圆背面通冷却He气，并通过抽气阀10进行循坏。背He的作用可以防止晶圆表面因温度过高而引起的器件损坏。但是同时背He又会对晶圆在静电吸盘3上的吸附固定产生影响。在现有的厚晶圆工艺下，背He的气压达到1.8毫巴。然而对于薄型晶圆来说，冷却所需的气体流量比普通晶圆要小。因此在本发明中，将背He的气压控制在1.2毫巴，即可以实现对晶圆的冷却，又使得气体对静电吸附强度的影响进一步减小，可以有效提高工艺的品质。
当工艺结束之后，在取出晶圆片之前，还需要对静电吸盘3上的静电进行放电处理，放电时间控制在60秒以上，以静电释放完全为止。较优地，放电时间控制在120秒，能够确保静电吸盘3上的静电被释放完全。这样在取片时，不会因为残余静电的吸附，而出现对晶圆的损坏。
综上所述，本发明通过在半导体工艺中对晶圆的取片及固定等装载方法进行改进，将取片过程中机械手的上升行程加大和速度减缓，使机械手接触晶圆时撞击产生的损坏减小，同时加大静电吸盘在固定晶圆时的静电吸附力，保证工艺过程中晶圆不会产生移位，使整个晶圆工艺在装载过程中的所产生的损坏降低，进而提高了工艺的品质。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种晶圆装载方法，其特征在于，包括步骤：
根据圆片支架型号，设定机械手的取片参数，该参数包括机械手的上升行程和上升速度，其中上升行程大于圆片支架中相邻晶圆间距的一半；
以所述取片参数运行控制机械手，将晶圆片从晶圆支架转移到静电吸盘上；
开启吸附电压，将功率调升至1500w-1900w，使晶圆片固定于静电吸盘之上；
以上述功率对晶圆片吸附750s之后，对该晶圆片实施半导体加工工艺；
待上述半导体加工工艺结束后，控制静电吸盘进行放电，以消除对晶圆的吸附力；
取出晶圆片。
2.如权利要求1所述的晶圆装载方法，其特征在于：所述机械手的上升行程不超过上下晶圆间距的3/4。
3.如权利要求1所述的晶圆装载方法，其特征在于：所述机械手的上升速度为1cm/s。
4.如权利要求1所述的晶圆装载方法，其特征在于：所述静电吸盘的功率为1800w。
5.如权利要求1所述的晶圆装载方法，其特征在于：进一步包括对晶圆背面通入冷却He的步骤。
6.如权利要求5所述的晶圆装载方法，其特征在于：所述He的气压为1.2毫巴。
7.如权利要求1所述的晶圆装载方法，其特征在于：所述放电时间大于60秒。
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