晶圆升降柱及其制备方法、晶圆处理设备与流程

1.本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶圆升降柱及其制备方法、晶圆处理设备。


背景技术：

2.现有的半导体镀膜设备，尤其是12英寸半导体镀膜设备中，需应用多种形式的支撑和提升晶圆的销(pin)。如在成膜过程中，为了使真空机械手与加热盘之间进行晶圆传送，需要晶圆在加热盘上顺利升降，而晶圆的顺利升降需要通过pin在加热盘的升降孔内进行升降运动而带动完成。
3.公开号为cn213093186u的中国专利公开了一种顶针、升降机构和半导体机台。所述顶针包括上部件和下部件，所述上部件的一端和所述下部件的一端螺纹连接；所述上部件为陶瓷结构，所述下部件为金属结构，且所述下部件的全部外表面覆盖有保护层，所述下部件为纯铝结构，所述保护层为氧化铝层。但该专利的上部件为陶瓷结构，存在易折断的问题，容易造成晶圆位置偏移，工艺异常，甚至出现碎片的现象，从而会影响机台的产能；而且陶瓷结构也存在静电导电率低的问题，容易在晶圆背面产生放电现象，影响等离子场的分布，从而会导致膜厚均匀性受到影响。而且该专利的所述上部件为了能实现高度调节，所述上部件的一端具有内孔，而所述上部件又为陶瓷结构，更容易折断。
4.因此，有必要提供一种新型的晶圆升降柱及其制备方法、晶圆处理设备以解决现有技术中存在的上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种晶圆升降柱及其制备方法、晶圆处理设备，以减小晶圆升降柱折断的概率，以及减少pa产生。
6.为实现上述目的，本发明的所述晶圆升降柱，设置于半导体基座内，以用于升降晶圆，所述晶圆升降柱包括金属基体和陶瓷涂层，所述陶瓷涂层设置于所述金属基体的外表面。
7.本发明的所述晶圆升降柱的有益效果在于：通过所述晶圆升降柱包括金属基体和陶瓷涂层，所述陶瓷涂层设置于所述金属基体的外表面，使得减小了晶圆升降柱折断的概率，减少了pa的产生，即通过金属材料制成的所述金属基体导电性好，可以有效地转移走静电，而且金属基体易加工，成型性强，韧性好，不易折断，而所述陶瓷涂层耐磨损，可解决pa超标引起的问题，而且所述陶瓷涂层可以重复加工，使得晶圆升降柱顶部承托晶圆的承托结构可以翻新使用。
8.优选的，所述金属基体的全部外表面均设置有所述陶瓷涂层。其有益效果在于：防止所述晶圆升降柱与晶圆以及基座的升降孔结构接触而磨损，更有利于减少pa产生，有效保证了产品晶圆的生产良率。
9.优选的，所述陶瓷涂层的厚度为0.01mm-1mm。其有益效果在于：能有效减少因磨损
和热扩散等原因所产生的pa。
10.优选的，所述晶圆升降柱的上端部的所述金属基体的外表面设置的所述陶瓷涂层的厚度大于所述金属基体的剩余外表面设置的所述陶瓷涂层的厚度，所述上端部为所述晶圆升降柱承托晶圆的端部。其有益效果在于：方便在所述晶圆升降柱的上端部的陶瓷涂层的表面进行具体特征结构的加工，以形成承托晶圆的所需的各种特征的承托结构。
11.优选的，所述陶瓷涂层设置于所述金属基体至少部分外表面，所述至少部分外表面包括位于外凸部的所述金属基体的外表面，所述外凸部为所述晶圆升降柱上升凸出所述基座的升降孔结构的部分，所述外凸部的长度为10mm-15mm。其有益效果在于：使得能有效避免晶圆升降柱在与晶圆接触的过程中，因为磨损和热扩散等原因而引起的pa超标，避免了影响产品晶圆的良率，而且所述晶圆升降柱上升凸出基座的升降孔结构的部分设置陶瓷涂层有利于减小静电或吸附力。
12.优选的，所述晶圆升降柱承托晶圆的上端部的所述陶瓷涂层为半球面结构。其有益效果在于：以减小所述晶圆升降柱与晶圆的接触面积。
13.优选的，所述晶圆升降柱承托晶圆的上端部的所述陶瓷涂层为锥形结构，所述上端部的所述陶瓷涂层的顶端面为球面结构，且所述顶端面设有环形凹槽。其有益效果在于：在减小了所述晶圆升降柱与晶圆的接触面积的同时，也能保证所述晶圆升降柱承托晶圆的稳定性。
14.优选的，所述晶圆升降柱承托晶圆的上端部的所述陶瓷涂层为锥形结构，且所述上端部的所述陶瓷涂层的顶端面为球面结构。其有益效果在于：保证了所述晶圆升降柱承托晶圆的稳定性。
15.优选的，所述陶瓷涂层的材料为氧化铝和氮化铝中的任意一种。其有益效果在于：氧化铝和氮化铝的导电性和导热性能好，而且氮化铝材料可以增加晶圆升降柱的导电性，更快的导走晶圆与下电极板之间残余的电荷。
16.优选的，所述晶圆升降柱包括上部件、下部件和高度调节结构，所述上部件和所述下部件通过所述高度调节结构连接固定。其有益效果在于：以实现调节所述晶圆升降柱的高度。
17.优选的，本发明的所述晶圆升降柱的制备方法，包括以下步骤：
18.s1：提供所述金属基体；
19.s2：在所述金属基体的外表面形成所述陶瓷涂层。
20.本发明的所述晶圆升降柱的制备方法的有益效果在于：通过s1：提供所述金属基体，s2：在所述金属基体的外表面形成所述陶瓷涂层，该制备方法简单方便，且减小了晶圆升降柱折断的概率，减少了pa产生，即通过金属材料制成的所述金属基体导电性好，可以有效地转移走静电，而且金属基体易加工，成型性强，韧性好，不易折断，而所述陶瓷涂层耐磨损，可解决pa超标引起的问题，而且所述陶瓷涂层可以重复加工，使得晶圆升降柱的顶部承托晶圆的承托结构可以翻新使用。
21.优选的，所述步骤s2中在所述金属基体的外表面形成所述陶瓷涂层的步骤之后还包括步骤s3：对所述晶圆升降柱的上端部的所述陶瓷涂层进行加工处理，以得到承托晶圆的承托结构。其有益效果在于：使得能根据需要在所述晶圆升降柱上端部的陶瓷涂层的表面进行具体特征结构的加工，以形成承托晶圆的所需的各种特征的承托结构。
22.优选的，所述步骤s2中在所述金属基体的外表面形成所述陶瓷涂层的步骤包括：通过喷涂方式和涂布方式中的任意一种在所述金属基体的外表面形成所述陶瓷涂层。其有益效果在于：形成所述陶瓷涂层的工艺简单方便。
23.优选的，本发明的所述晶圆处理设备，包括设置于腔体内的基座和所述晶圆升降柱，所述基座设有升降孔结构，所述晶圆升降柱活动设置于所述升降孔结构以升降晶圆。
24.本发明的所述晶圆处理设备的有益效果在于：通过所述晶圆处理设备包括设置于腔体内的基座和所述晶圆升降柱，所述基座设有升降孔结构，所述晶圆升降柱活动设置于所述升降孔结构以升降晶圆，使得减小了晶圆升降柱折断的概率，减少了pa产生，保证了晶圆生产的良率和产能，即通过金属材料制成的所述金属基体导电性好，可以有效地转移走静电，而且金属基体易加工，成型性强，韧性好，不易折断，而所述陶瓷涂层耐磨损，可解决pa超标引起的问题，而且所述陶瓷涂层可以重复加工，使得晶圆升降柱的顶部承托晶圆的承托结构可以翻新使用。
25.优选的，所述晶圆处理设备包括处理模块和装卸模块中的至少一种，所述腔体为所述处理模块和所述装卸模块中的任意一种的腔体。其有益效果在于：应用范围广，通用性强。
附图说明
26.图1为本发明第一种实施例的晶圆升降柱的剖视结构图；
27.图2为本发明第二种实施例的晶圆升降柱的剖视结构图；
28.图3为本发明第三种实施例的晶圆升降柱的上端部的剖视结构图；
29.图4为本发明第四种实施例的晶圆升降柱的上端部的剖视结构图；
30.图5为本发明实施例的晶圆升降柱的制备方法的流程示意图；
31.图6为本发明实施例的晶圆处理设备的剖视结构图。
具体实施方式
32.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
33.现有技术中，一般采用陶瓷材料的pin或金属材料的pin。金属材料的pin在与晶圆接触的过程中，因为磨损和热扩散等原因容易引起pa超标的问题，从而会影响产品晶圆的良率。pa为颗粒、微粒和粉层。在处理模块和装卸模块的晶圆升降柱或者支撑柱，大量使用金属基体材料，也存在因为磨损和热扩散等原因引起颗粒度(pa)超标的问题，而半导体设备对于颗粒度控制要求较高，颗粒度高会导致晶圆良率降低。而陶瓷材料的pin存在易折断的问题，容易造成晶圆位置偏移，工艺异常，甚至出现碎片的现象，从而会影响机台的产能；而且陶瓷材料的pin也存在静电导电率低的问题，容易在晶圆背面产生放电现象，影响等离
子场的分布，从而会导致膜厚均匀性受到影响。
34.为克服现有技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种晶圆升降柱及其制备方法、晶圆处理设备，以减小晶圆升降柱折断的概率，以及减少pa产生。
35.图1为本发明第一种实施例的晶圆升降柱的剖视结构图。
36.本发明一些实施例中，所述晶圆升降柱设置于半导体基座内，以用于升降用于承托晶圆，参考图1，所述晶圆升降柱1包括金属基体11和陶瓷涂层12，所述陶瓷涂层12设置于所述金属基体11的外表面，通过金属材料制成的所述金属基体11导电性好，可以有效地转移走静电，而且金属基体11易加工，成型性强，韧性好，不易折断，而所述陶瓷涂层12耐磨损，可解决pa超标引起的问题，而且所述陶瓷涂层12可以重复加工，使得所述晶圆升降柱1顶部承托晶圆(图中未示出)的承托结构可以翻新使用，从而减小了所述晶圆升降柱1折断的概率，减少了pa产生。
37.本发明一些实施例中，所述陶瓷涂层的厚度为0.01mm-1mm，能有效减少因磨损和热扩散等原因所产生的pa。
38.本发明一些可能实施例中，所述陶瓷涂层的厚度为0.1mm-0.8mm，能有效减少因磨损和热扩散等原因所产生的pa。
39.本发明另一些可能实施例中，所述陶瓷涂层的厚度为0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、0.05mm和0.55mm中的任意一种。
40.本发明一些可能实施例中，所述晶圆升降柱的上端部的所述金属基体的外表面设置的所述陶瓷涂层的厚度大于所述金属基体的剩余外表面设置的所述陶瓷涂层的厚度，所述上端部为所述晶圆升降柱承托晶圆的端部。方便在所述晶圆升降柱的上端部的陶瓷涂层的表面进行具体特征结构的加工，以形成承托晶圆的所需的各种特征的承托结构。
41.本发明一些可能实施例中，所述晶圆升降柱的上端部的所述金属基体的外表面设置的所述陶瓷涂层的厚度为第一厚度，所述金属基体的剩余外表面设置的所述陶瓷涂层的厚度为第二厚度，所述第一厚度与所述第二厚度的差值为0.1mm-0.9mm。
42.本发明实施例中，所述上端部为所述晶圆升降柱承托晶圆的端部。
43.本发明一些实施例中，参考图1，所述金属基体11的全部外表面均设置有所述陶瓷涂层12。防止所述晶圆升降柱1与晶圆以及基座的升降孔结构接触而磨损，减少了pa超标的问题，有效保证了产品晶圆的生产良率。
44.图2为本发明第二种实施例的晶圆升降柱的剖视结构图。
45.本发明另一些实施例中，参考图1和图2，图2所示的第二种实施例的晶圆升降柱与图1所示的第一种实施例的晶圆升降柱的区别在于：图2所示的第二种实施例的晶圆升降柱(图中未标示)的所述陶瓷涂层12设置于所述金属基体11的至少部分外表面，所述至少部分外表面包括位于外凸部16的所述金属基体11的外表面，所述外凸部16为所述晶圆升降柱1上升凸出所述基座(图中未示出)的升降孔结构(图中未示出)的部分，所述外凸部16的长度为10mm-15mm。
46.具体的，所述晶圆升降柱在基座的升降孔结构内升降的过程中，所述晶圆升降柱的部分会因上升而凸出所述升降孔结构，所述晶圆升降柱凸出所述升降孔结构的部分即为所述外凸部，所述外凸部在伸出升降孔结构外而与晶圆接触容易产生静电或吸附力。而所述晶圆升降柱上升凸出基座的升降孔结构的所述外凸部设置陶瓷涂层有利于减小静电或
吸附力。而且能有效避免晶圆升降柱在与晶圆接触的过程中，因为磨损和热扩散等原因而引起的pa超标，避免了影响产品晶圆的良率。
47.本发明一些可能实施例中，所述外凸部的长度为11mm-14mm。
48.本发明一些可能实施例中，所述外凸部的长度为11.5mm、12mm、12.5mm、13mm、13.5mm和14.5mm中的任意一种。
49.本发明一些实施例中，参考图1，所述晶圆升降柱1承托晶圆的上端部13的所述陶瓷涂层12为锥形结构，且所述上端部13的所述陶瓷涂层12的顶端面14为球面结构，使得所述晶圆升降柱1承托晶圆的上端部13为锥形结构，从而保证了所述晶圆升降柱1承托晶圆的稳定性。
50.图3为本发明第三种实施例的晶圆升降柱的上端部的剖视结构图。
51.本发明另一些实施例中，参考图1和图3，图3所示的第三种实施例的晶圆升降柱与图1所示的第一种实施例的晶圆升降柱的区别在于：图3所示的第三种实施例的晶圆升降柱(图中未标示)承托晶圆的上端部13的所述陶瓷涂层12为锥形结构，所述上端部13的所述陶瓷涂层12的顶端面14为球面结构，且所述顶端面14设有环形凹槽15。即所述晶圆升降柱1承托晶圆的上端部13为锥形结构，保证了所述晶圆升降柱1承托晶圆的稳定性，而且所述顶端面14设置所述环形凹槽15减小了所述晶圆升降柱1与晶圆的接触面积。
52.图4为本发明第四种实施例的晶圆升降柱的上端部的剖视结构图。
53.本发明又一些实施例中，参考图1和图4，图4所示的第四种实施例的晶圆升降柱与图1所示的第一种实施例的晶圆升降柱的区别在于：图4所示的第四种实施例的晶圆升降柱(图中未标示)承托晶圆的上端部13的所述陶瓷涂层12为半球面结构，即所述晶圆升降柱1承托晶圆的上端部13为半球面结构，减小了所述晶圆升降柱1与晶圆的接触面积。
54.本发明一些实施例中，所述陶瓷涂层的材料为氧化铝和氮化铝中的任意一种，氧化铝和氮化铝的导电性和导热性能好。
55.本发明一些具体实施例中，所述陶瓷涂层的材料为氮化铝，氮化铝材料可以增加晶圆升降柱的导电性，更快的导走晶圆与下电极板之间残余的电荷。
56.本发明一些实施例中，所述金属基体的材料为金属材料。
57.本发明一些具体实施例中，所述金属基体的材料为铝、铜、铁、金、铂和不锈钢中的任意一种。
58.本发明一些实施例中，所述晶圆升降柱包括上部件、下部件和高度调节结构，所述上部件和所述下部件通过所述高度调节结构连接固定，以实现调节所述晶圆升降柱的高度。
59.本发明一些具体实施例中，所述晶圆升降柱包括上部件和下部件，所述下部件和所述上部件为圆柱体，且所述上部件的底端和所述下部件的顶端通过高度调节结构连接固定，其中，所述上部件的顶端用于与晶圆接触，所述下部件的底端可与升降机构的支架可拆卸地连接。
60.具体的，所述高度调节结构为螺纹结构，所述高度调节结构包括内螺纹和外螺纹，所述上部件的底端设置有内孔，所述内孔设置所述内螺纹，所述下部件的顶端外表面设置所述外螺纹，使所述下部件的顶端插入所述上部件的内孔并与之螺纹连接即可。与现有的一体成型的所述晶圆升降柱相比，所述晶圆升降柱由于两部件通过螺纹连接，故而方便改
变两部件之间的相对位置，以此调整所述晶圆升降柱的高度，从而确保晶圆放置的水平度，提高抓取晶圆的成功率。不仅于此，螺纹连接的紧固性好，不容易脱落，且能达到微调的目的，调整精度高，调整操作也方便。
61.本发明一些实施例中，所述晶圆升降柱的制备方法，包括以下步骤：
62.s1：提供所述金属基体；
63.s2：在所述金属基体的外表面形成所述陶瓷涂层。
64.具体的，该制备方法简单方便，且减小了晶圆升降柱折断的概率，减少了pa产生，即通过金属材料制成的所述金属基体导电性好，可以有效地转移走静电，而且金属基体易加工，成型性强，韧性好，不易折断，而所述陶瓷涂层耐磨损，解决了pa超标引起的问题，而且所述陶瓷涂层可以重复加工，使得晶圆升降柱的顶部承托晶圆的承托结构可以翻新使用。
65.本发明一些实施例中，所述步骤s2中在所述金属基体的外表面形成所述陶瓷涂层的步骤之后还包括步骤s3：对所述晶圆升降柱的上端部的所述陶瓷涂层进行加工处理，以得到承托晶圆的承托结构，使得能根据需要在所述晶圆升降柱上端部的陶瓷涂层的表面进行具体特征结构的加工，以形成承托晶圆的所需的各种特征的承托结构。
66.图5为本发明实施例的晶圆升降柱的制备方法的流程示意图。
67.本发明一些实施例中，参考图5，所述晶圆升降柱的制备方法，包括以下步骤：
68.s1：提供所述金属基体；
69.s2：在所述金属基体的外表面形成所述陶瓷涂层，以制得所述晶圆升降柱；
70.s3：对所述晶圆升降柱的上端部的所述陶瓷涂层进行加工处理，以得到承托晶圆的承托结构。
71.本发明一些可能实施例中，所述步骤s2中在所述金属基体的外表面形成所述陶瓷涂层的步骤包括：通过喷涂方式和涂布方式中的任意一种在所述金属基体的外表面形成所述陶瓷涂层，形成所述陶瓷涂层的工艺简单方便。
72.图6为本发明实施例的晶圆处理设备的剖视结构图。
73.本发明一些实施例中，所述晶圆处理设备10包括设置于腔体2内的基座3和所述晶圆升降柱1，所述基座3设有升降孔结构31，所述晶圆升降柱1活动设置于所述升降孔结构31以升降晶圆4。
74.具体的，所述晶圆升降柱1的顶端用于承托晶圆4，所述晶圆升降柱1的底端与用于驱动所述晶圆升降柱1进行升降运动的升降机构5可拆卸地连接，使得减小了晶圆升降柱1折断的概率，减少了pa产生，保证了晶圆4生产的良率和产能，即通过金属材料制成的所述金属基体导电性好，可以有效地转移走静电，而且金属基体易加工，成型性强，韧性好，不易折断，而所述陶瓷涂层耐磨损，解决了pa超标引起的问题，而且所述陶瓷涂层可以重复加工，使得晶圆升降柱的顶部承托晶圆的承托结构可以翻新使用。所述腔体2的顶部还设有进气机构6和喷淋板7。
75.本发明一些可能实施例中，所述晶圆处理设备包括处理模块和装卸模块中的至少一种，所述腔体为所述处理模块和所述装卸模块中的任意一种的腔体，应用范围广，通用性强。
76.虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显
而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。