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CN112509901B - 工艺腔室及半导体工艺设备 - Google Patents

工艺腔室及半导体工艺设备 Download PDF

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CN112509901B CN202011299759.6A CN202011299759A CN112509901B CN 112509901 B CN112509901 B CN 112509901B CN 202011299759 A CN202011299759 A CN 202011299759A CN 112509901 B CN112509901 B CN 112509901B
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Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种工艺腔室及半导体工艺设备。该工艺腔室应用于半导体工艺设备，包括：腔室本体、基座及卡盘组件；腔室本体内形成有反应腔，基座位于反应腔内，卡盘组件与基座连接，以用于承载待加工工件；基座包括基座本体和多个悬臂，悬臂分别连接反应腔的内壁和基座本体的外壁，且多个悬臂沿基座本体的周向间隔且均匀设置；腔室本体、基座本体和悬臂为一体成型结构，且由具有导电性和导热性的材质制成。本发明实现了大幅提高工艺腔室的射频回路均匀性及整体温度均匀性，进而大幅提高待加工工件的良率。

Description

工艺腔室及半导体工艺设备
技术领域
本申请涉及半导体加工技术领域，具体而言，本申请涉及一种工艺腔室及半导体工艺设备。
背景技术
目前，等离子设备广泛用于当今的半导体、太阳能电池及平板显示等制作工艺中。在目前的制造工艺中，已经使用等离子设备的放电类型有电容耦合等离子体(CCP)类型、电感耦合等离子体(ICP)类型以及电子回旋共振等离子体(ECR)等类型。目前这些放电类型被广泛应用于物理气相沉积(Physical Vapour Deposition，PVD)、等离子体刻蚀及化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)、等离子体浸没离子注入(Plasma Immersion IonImplantation，PIII)等半导体工艺设备。为了保证晶圆中心到边缘的刻蚀结果有较好的一致性，工艺环境要求半导体工艺设备的工艺腔室射频回路具有良好的均匀性，也要求工艺腔室温度具有良好的均匀性。
但是现有技术中基座通过悬臂安装于工艺腔室内，由于加工公差和装配公差等因素，悬臂与工艺腔室之间具有微小间隙，造成两者之间的导电性能及热传导性能不佳，从而造成晶圆的良率较低。
发明内容
本申请针对现有方式的缺点，提出一种工艺腔室及半导体工艺设备，用以解决现有技术存在的基座与工艺腔室之间导电性能及热传导性能不佳，从而造成晶圆良率较低的技术问题。
第一个方面，本申请实施例提供了一种工艺腔室，应用于半导体工艺设备，包括：腔室本体、基座及卡盘组件；所述腔室本体内形成有反应腔，所述基座位于所述反应腔内，所述卡盘组件与所述基座连接，以用于承载待加工工件；所述基座包括基座本体和多个悬臂，所述悬臂分别连接所述反应腔的内壁和所述基座本体的外壁，且多个所述悬臂沿所述基座本体的周向间隔且均匀设置；所述腔室本体、所述基座本体和所述悬臂为一体成型结构，且由具有导电性和导热性的材质制成。
于本申请的一实施例中，所述基座本体内具有敞口的容置腔，多个所述悬臂内均设置有与所述容置腔连通的安装通道，所述腔室本体上开设有与所述安装通道连通的通孔；所述卡盘组件包括接口盘，所述接口盘密封设置于所述容置腔的敞口上。
于本申请的一实施例中，所述悬臂的顶面开设有与所述安装通道及所述容置腔连通的开口；所述接口盘包括盘主体和设置于所述盘主体外缘上的多个盖板，多个所述盖板沿所述盘主体的周向间隔且均匀设置，所述盘主体密封设于所述容置腔的上方，多个所述盖板一一对应的密封设于多个所述安装通道的上方。
于本申请的一实施例中，所述卡盘组件还包括静电卡盘，所述静电卡盘设置于所述盘主体上，用于承载所述待加工工件。
于本申请的一实施例中，所述盖板与所述悬臂之间设置有定位结构，以用于限定所述接口盘的位置。
于本申请的一实施例中，所述定位结构包括设置于所述盖板底面的定位孔，以及设置于所述悬臂顶面的定位柱，所述定位孔与所述定位柱配合定位。
于本申请的一实施例中，所述基座还包括有底盖，所述底盖设置于所述基座本体的底部，所述底盖的顶壁和所述基座本体的内壁围成所述容置腔；所述腔室本体的侧面对应所述底盖的位置设有维护口，所述维护口与所述反应腔连通，以用于对所述底盖进行维护。
于本申请的一实施例中，所述底盖的外径沿背离所述基座本体的方向上逐渐减小。
于本申请的一实施例中，所述基座及所述腔室本体均为铝合金材质制成。
第二个方面，本申请实施例提供了一种半导体工艺设备，包括射频组件和排气组件，其还包括如第一个方面提供的工艺腔室，所述射频组件设置于所述腔室本体的顶部，所述排气组件设置于所述腔室本体的底部。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：
本申请实施例中腔室本体、基座本体及悬臂采用相同材质制成的一体结构，使得悬臂与腔室本体之间不存在缝隙，以使得悬臂和腔室本体之间的导电性能较佳，从而大幅提高工艺腔室的射频回路均匀性；另外还提高了腔室本体向悬臂的热传导性能，从而大幅提高工艺腔室的整体温度均匀性，进而大幅提高待加工工件的良率。进一步的，由于腔室本体与基座采用一体结构，不仅能提高本申请实施例的结构稳定性，而且还能大幅降低应用及维护成本。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例提供的一种工艺腔室省略卡盘组件的立体结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种卡盘组件的立体结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种工艺腔室的剖视示意图；
图4为本申请实施例提供的一种工艺腔室的俯视示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。
本申请实施例提供了一种工艺腔室，应用于半导体工艺设备，该工艺腔室的结构示意图如图1及图3所示，包括：腔室本体1、基座2及卡盘组件3；腔室本体1内形成有反应腔11，基座2位于反应腔11内，卡盘组件3与基座2连接，以用于承载待加工工件(图中未示出)；基座2包括基座本体21和多个悬臂22，悬臂22分别连接反应腔11的内壁和基座本体21的外壁，且多个悬臂22沿基座本体21的周向间隔且均匀设置；腔室本体1、基座本体21和悬臂22为一体成型结构，且由具有导电性和导热性的材质制成。
如图1及图3所示，腔室本体1具体可以采用金属材质制成的立方体结构，腔室本体1的中部形成中空的反应腔11，以用于容置基座2及卡盘组件3。在实际应用时腔室本体1的顶部可以设置有盖体(图中未示出)，底部的抽气口12可以半导体工艺设备的排气组件(图中未示出)连接，以使反应腔11呈真空状态，从而为待加工工件提供反应环境，该待加工工件具体为晶圆，但是本申请实施例并不以此为限。基座2与腔室本体1采用一体成型结构，即基座2和腔室本体1材质相同，并且均采用具有导电性和导热性的材质制成，例如采用金属材质。具体来说，基座本体21具体成圆柱形结构，基座本体21的外周设置有三个悬臂22，三个悬臂22与基座本体21及腔室本体1均采用一体成型的方式制成，即各悬臂22的两端分别与反应腔11的内壁及基座本体21的外壁连接，并且三个悬臂22沿基座本体21的周向间隔且均匀分布。卡盘组件3整体结构可以采用圆盘形结构，卡盘组件3设置于基座本体21的顶部，以用于承载并吸附待加工工件。
本申请实施例中腔室本体、基座本体及悬臂采用相同材质制成的一体结构，使得悬臂与腔室本体之间不存在缝隙，以使得悬臂和腔室本体之间的导电性能较佳，从而大幅提高工艺腔室的射频回路均匀性；另外还提高了腔室本体向悬臂的热传导性能，从而大幅提高工艺腔室的整体温度均匀性，进而大幅提高待加工工件的良率。进一步的，由于腔室本体与基座采用一体结构，不仅能提高本申请实施例的结构稳定性，而且还能大幅降低应用及维护成本。
需要说明的是，本申请实施例并不限定悬臂22及腔室本体1的具体实施方式，例如悬臂22可以采用两个或者三个以上，而腔室本体1也可以采用圆筒形结构。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
于本申请的一实施例中，如图1所示，基座本体21内具有敞口的容置腔211，多个悬臂22内设置有与容置腔211连通的安装通道221，腔室本体1上开设有与安装通道221连通的通孔13；卡盘组件3包括接口盘32，接口盘32密封设置于容置腔211的敞口上。
如图1所示，基座本体21具体为圆筒形结构，以使基座本体21内形成有容置腔211。各悬臂22例如采用矩形的杆状结构，悬臂22为中空结构以形成安装通道221，腔室本体1上设置有与各悬臂22内安装通道221对应的通孔13。通孔13具体可以采用矩形结构，并且通孔13截面尺寸与悬臂22内的安装通道221尺寸相同。安装通道221既可用于设置腔室本体1内外连接的线缆、气管和水管等零部件(图中未示出)，也可以安装一些尺寸合适的零部件，从而大幅节约腔室本体1外部空间和以及腔室本体1的空间占用。卡盘组件3的接口盘32具体可以采用金属材质制成的圆盘形结构，接口盘32可以盖合于基座本体21顶部以密封容置腔211的敞口。接口盘32与基座本体21之间采用可拆卸方式连接，从而提高本申请实施例的拆装维护效率。另外，由于基座本体21及悬臂22均采用中空结构，还可以大幅节省本申请实施例的制造成本。
需要说明的是，本申请实施例并不限定悬臂22的具体形状，例如悬臂22也可以采用圆杆形结构。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
于本申请的一实施例中，如图1至图4所示，悬臂22的顶面开设有与安装通道221及容置腔211连通的开口222；接口盘32包括盘主体321和设置于盘主体321外缘上的多个盖板322，多个盖板322沿盘主体321的周向间隔且均匀设置，盘主体321密封设于容置腔211的上方，多个盖板322一一对应的密封设于多个安装通道221的上方。
如图1至图4所示，悬臂22的顶面上设置有开口222，该开口222与基座本体21的容置腔211及悬臂22内的安装通道221连通。接口盘32包括一体形成的盘主体321及多个盖板322，多个盖板322分别与多个悬臂22对应设置。盘主体321盖合于容置腔211的上方，用于密封容置腔211。接口盘32装配至基座本体21上时，三个盖板322可对应盖合于三个悬臂22上，以用于一一对应的密封三个悬臂22的安装通道221。盖板322可以盖合于该开口222上，以保护悬臂22内安装的零部件，从而避免工艺腔室在执行工艺时对零部件造成腐蚀，进而大幅降低故障率及提高使用寿命。在实际应用时，由于设置有开口222，拆开接口盘32即可以对基座本体21内及悬臂22内安装的零部件进行维护，从而大幅提高本申请实施例的拆装维护效率。
需要说明的是，本申请实施例并不限定盖板322的具体数量，只要盖板322的数量与悬臂22的数量对应设置即可。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
于本申请的一实施例中，如图1至图4所示，卡盘组件3包括静电卡盘31，静电卡盘31设置于盘主体321上，用于承载待加工工件。
如图1至图4所示，静电卡盘31具体可以采用陶瓷材质制成的圆盘形结构，静电卡盘31的顶面可以用于承载待加工工件，静电卡盘31的底面与盘主体321贴合设置。盘主体321可以盖合于基座本体21顶部，盘主体321可以用于安装静电卡盘31，以及为静电卡盘31的电极及背气提供接口。盘主体321的直径可以大于静电卡盘31的直径，以便于与静电卡盘31及基座本体21连接，并且连接方式可以采用可拆卸方式连接，从而提高本申请实施例的拆装维护效率。但是需要说明的是，本申请实施例并不限定卡盘组件3的具体类型，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
于本申请的一实施例中，如图1至图3所示，盖板322与悬臂22之间设置有定位结构4，以用于限定接口盘32的位置。可选地，定位结构4包括设置于盖板322底面的定位孔(图中未示出)，以及设置于悬臂22顶面的定位柱41，定位孔与定位柱41配合定位。
如图1至图3所示，盖板322的底面上可以设置有定位孔(图中未示出)，而悬臂22的顶面上则凸设有定位柱41，定位孔与定位柱41共同构成定位结构4。定位结构4具体可以为两个，分别位于两个悬臂22及两个盖板322之间，定位结构4用于将接口盘32定位安装到正确的位置上。但是本申请实施例并不以此为限，例如定位结构4还可以采用凸块与凹槽配合的方式，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。进一步的，三个盖板322的外缘可以采用弧面结构，并且弧面结构直径小于反应腔11内径2mm(毫米)左右，以避免安装接口盘32时与反应腔11的内壁之间发生机械干涉，从而大幅提高本申请实施的拆装维护效率，并且还能有效降低本申请实施例的故障率。另外，为了便于接口盘32与基座本体21之间的安装和密封，悬臂22顶面靠近反应腔11侧壁处为封闭结构，即开口222远离容置腔211的侧边与反应腔11侧壁之间具有一预设距离，该预设距离具体可以为30mm，并且悬臂22的壁厚可以设置为20mm左右。定位柱41可以靠近反应腔11侧壁设置，以用于定位接口盘32的位置。但是本申请实施例并不以上为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
于本申请的一实施例中，如图1至图4所示，基座2还包括有底盖34，底盖34设置于基座本体21的底部，底盖34的顶壁和基座本体21的内壁围成容置腔211；腔室本体1的侧面对应底盖34的位置开设有维护口14，维护口14与反应腔11连通，以用于对底盖34进行维护。
如图1至图4所示，底盖34具体采用金属材质制成的壳状结构，底盖34的顶部边缘与基座本体21的底面连接，并且底盖34的顶壁和基座本体21的内壁围成容置腔211。底盖34用于封闭容置腔211，容置腔211内可安装多种部件，例如升降组件(图中未示出)，该升降组件可以穿过接口盘32及静电卡盘31，以用于带动待加工工件相对于卡盘组件3升降，通过拆卸底盖34可方便维修容置腔211内的部件。底盖34和基座本体21具体可以通过法兰及螺栓配合连接，但是本申请实施例并不以此为限，例如底盖34与基座本体21之间还可以采用螺接或者卡接等方式连接。底盖34与基座本体21采用可拆卸式结构，以便于对升降组件进行维护，从而大幅提高拆装维护效率。需要说明的是，本申请实施例并非所有实施例都必须包括有底盖34，例如底盖34可以与基座本体21之间采用一体成形结构，并且在基座本体21上开设有用于维护各零部件的维护门结构。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整高度设置。腔室本体1的侧面可开设有矩形的维护口14，该维护口14的长度大于底盖34的直径，并且维护口14的高度大于底盖34的厚度，以便于底盖34的拆装维护，从而大幅提高本申请实施例的拆装维护效率。需要说明的是，本申请实施例并不限定维护口14的具体位置及形状，只要维护口14所在位置与底盖34位置对应设置即可。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
于本申请的一实施例中，如图3所示，底盖34的外径沿背离基座本体21的方向上逐渐减小。具体来说，底盖34具体可以为上大下小的锥形圆台结构，即底盖34外径自顶面至底面的方向上逐渐减小。采用上述设计，由于底盖34采用锥形圆台设计，以利于腔室本体1内的气体向下方的抽气口12流动，从而降低反应腔11内的气流稳定性，进而提高待加工工件的良率。
于本申请的一实施例中，如图1所示，基座2及腔室本体1均为铝合金材质制成。具体来说，腔室本体1、基座本体21及悬臂22均可以采用铝合金材质制成，由于采用一体结构使得三者之间的导电性能优良，并且由于多个悬臂22之间几乎没有差异性，射频回路的等效电流可通过周向均布地由三个悬臂22流向腔室本体1并接地，从而提高了射频回路的均匀性。多个悬臂22具体可以为三个，三个悬臂22均匀排布于基座本体21的外周，并且两相邻悬臂22之间的夹角为120度，由于腔室本体1、基座本体21及悬臂22之间的热传导优良，腔室本体1通过三个均布地悬臂22传导至基座本体21，不但可减小腔室本体1与基座本体21的温度差异，而且还可提高基座本体21处的温度均匀性。另外，多个悬臂22在腔室本体1横截面的上宽度可以为100-200mm，但是本申请实施例并不以此为限，悬臂22的宽度具体可以根据悬臂22的数量以及对反应腔11内气流状态的影响而设定。因此本申请实施例对于悬臂22的具体规格并不限定，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种半导体工艺设备，包括射频组件和排气组件，还包括如上述各实施例提供的工艺腔室，射频组件设置于腔室本体的顶部，排气组件设置于腔室本体的底部。
应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：
本申请实施例中腔室本体、基座本体及悬臂采用相同材质制成的一体结构，使得悬臂与腔室本体之间不存在缝隙，以使得悬臂和腔室本体之间的导电性能较佳，从而大幅提高工艺腔室的射频回路均匀性；另外还提高了腔室本体向悬臂的热传导性能，从而大幅提高工艺腔室的整体温度均匀性，进而大幅提高待加工工件的良率。进一步的，由于腔室本体与基座采用一体结构，不仅能提高本申请实施例的结构稳定性，而且还能大幅降低应用及维护成本。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种工艺腔室，应用于半导体工艺设备，其特征在于，包括腔室本体、基座及卡盘组件；
所述腔室本体内形成有反应腔，所述基座位于所述反应腔内，所述卡盘组件与所述基座连接，以用于承载待加工工件；
所述基座包括基座本体和多个悬臂，所述悬臂分别连接所述反应腔的内壁和所述基座本体的外壁，且多个所述悬臂沿所述基座本体的周向间隔且均匀设置；
所述腔室本体、所述基座本体和所述悬臂为一体成型结构，且由具有导电性和导热性的材质制成。
2.如权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述基座本体内具有敞口的容置腔，多个所述悬臂内均设置有与所述容置腔连通的安装通道，所述腔室本体上开设有与所述安装通道连通的通孔；
所述卡盘组件包括接口盘，所述接口盘密封设置于所述容置腔的敞口上。
3.如权利要求2所述的工艺腔室，其特征在于，所述悬臂的顶面开设有与所述安装通道及所述容置腔连通的开口；
所述接口盘包括盘主体和设置于所述盘主体外缘上的多个盖板，多个所述盖板沿所述盘主体的周向间隔且均匀设置，所述盘主体密封设于所述容置腔的上方，多个所述盖板一一对应的密封设于多个所述安装通道的上方。
4.如权利要求3所述的工艺腔室，其特征在于，所述卡盘组件还包括静电卡盘，所述静电卡盘设置于所述盘主体上，用于承载所述待加工工件。
5.如权利要求3所述的工艺腔室，其特征在于，所述盖板与所述悬臂之间设置有定位结构，以用于限定所述接口盘的位置。
6.如权利要求5所述的工艺腔室，其特征在于，所述定位结构包括设置于所述盖板底面的定位孔，以及设置于所述悬臂顶面的定位柱，所述定位孔与所述定位柱配合定位。
7.如权利要求3所述的工艺腔室，其特征在于，所述基座还包括有底盖，所述底盖设置于所述基座本体的底部，所述底盖的顶壁和所述基座本体的内壁围成所述容置腔；
所述腔室本体的侧面对应所述底盖的位置设有维护口，所述维护口与所述反应腔连通，以用于对所述底盖进行维护。
8.如权利要求7所述的工艺腔室，其特征在于，所述底盖的外径沿背离所述基座本体的方向上逐渐减小。
9.如权利要求1至8中任一项所述的工艺腔室，其特征在于，所述基座及所述腔室本体均为铝合金材质制成。
10.一种半导体工艺设备，包括射频组件和排气组件，其特征在于，还包括如权利要求1至9中任一项所述的工艺腔室，所述射频组件设置于所述腔室本体的顶部，所述排气组件设置于所述腔室本体的底部。
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