CN104103549A - 半导体工艺腔室 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种半导体工艺腔室，包括：腔室本体、阀门、晶圆卡盘、支撑轴、真空密封传动装置、第一驱动装置、连接板及第二驱动装置。腔室本体的壁上开设有进气口、晶圆出入口及排气口。阀门设置在腔室本体的晶圆出入口处，用于打开或关闭晶圆出入口。晶圆卡盘收容于腔室本体，晶圆卡盘承载晶圆。支撑轴的一端与晶圆卡盘的底部相连接，支撑轴的另一端穿出腔室本体。真空密封传动装置与支撑轴的另一端相连接。第一驱动装置与真空密封传动装置相连接以驱动晶圆卡盘旋转。连接板与腔室本体的下壁平行设置且与腔室本体之间密封连接，连接板与支撑轴的另一端之间经由真空密封传动装置相连接。第二驱动装置驱动连接板运动，从而带动晶圆卡盘在腔室本体内向上或向下运动。采用本发明半导体工艺腔室对晶圆进行工艺处理时，由于第一驱动装置驱动晶圆卡盘旋转，因而可以提高晶圆边缘刻蚀或沉积等均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造装置，尤其涉及一种适用于气相沉积或气相刻蚀等工艺的半导体工艺腔室。
背景技术
随着半导体技术的快速发展，集成电路器件的特征尺寸不断缩小，为了制造出高品质的集成电路器件，对集成电路的制造工艺及工艺结果要求越来越严苛，因为每一道工艺的处理结果都有可能影响集成电路器件的特性、品质以及使用寿命。
在半导体领域，晶圆是制造集成电路的基础材料，在晶圆上可加工制作成各种电路元件结构。通常，晶圆被传输至工艺腔室，并被放置在工艺腔室内的晶圆卡盘上进行工艺处理，因此，工艺腔室的构造也会对工艺结果造成影响。以气相刻蚀为例，现有的气相刻蚀工艺腔室在晶圆传输的地方开设有用于取放晶圆的晶圆出入口，并且在其另外两侧分别开设有用于观测工艺腔室内工艺反应过程的观测窗口。当工艺气体输送至该工艺腔室与晶圆反应时，由于工艺腔室内壁在晶圆出入口及观测窗口处形成有凹陷，工艺气体流经晶圆出入口及观测窗口处时，因受到的阻力与工艺腔室内壁的其他地方不一致，从而导致工艺气体气流不均一，同时，由于现有的工艺腔室中的晶圆卡盘通常只能在腔室内上下运动，而不能旋转，使得晶圆边缘在靠近晶圆出入口及观测窗口处的刻蚀速率比晶圆边缘距离晶圆出入口及观测窗口较远处的刻蚀速率高，最终导致晶圆边缘刻蚀均匀性变差。在集成电路器件的制造过程中，刻蚀均匀性是关键指标之一，晶圆边缘的刻蚀均匀性变差将对集成电路器件的特性、品质以及使用寿命造成不良影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够提高晶圆边缘刻蚀或沉积等均匀性的半导体工艺腔室。
为实现上述目的，本发明提供的一种半导体工艺腔室，包括：腔室本体、阀门、晶圆卡盘、支撑轴、真空密封传动装置、第一驱动装置、连接板及第二驱动装置。腔室本体的壁上开设有进气口、晶圆出入口及排气口。阀门设置在腔室本体的晶圆出入口处，用于打开或关闭晶圆出入口。晶圆卡盘收容于腔室本体，晶圆卡盘承载晶圆。支撑轴的一端与晶圆卡盘的底部相连接，支撑轴的另一端从腔室本体的下壁穿出腔室本体。真空密封传动装置与支撑轴的另一端相连接。第一驱动装置与真空密封传动装置相连接以驱动晶圆卡盘旋转。连接板与腔室本体的下壁平行设置且与腔室本体之间密封连接，连接板与支撑轴的另一端之间经由真空密封传动装置相连接。第二驱动装置驱动连接板运动，从而带动晶圆卡盘在腔室本体内向上或向下运动。
在一个实施例中，腔室本体内沿垂直方向设置有数个支杆，晶圆卡盘上开设有与该数个支杆分别对应的数个通孔，取、放晶圆时，支杆从通孔伸出并顶起晶圆。第一驱动装置驱动晶圆卡盘旋转时，晶圆卡盘的底部与支杆的顶部之间间隔一定距离，或者支杆卡设于晶圆卡盘的通孔内，支杆悬挂在晶圆卡盘的下方并随晶圆卡盘一起旋转。
在一个实施例中，腔室本体与连接板之间通过一可伸缩的卡套密封连接，卡套套设于支撑轴的另一端。腔室本体与一固定轴固定连结，固定轴上设置有一对承载板，该对承载板分别位于固定轴相对的两端，一丝杆与该对承载板相连接并与固定轴平行布置，丝杆的底端穿过连接板并与第二驱动装置相连接，在第二驱动装置的驱动下，连接板沿着丝杆上升或下降，从而带动晶圆卡盘在腔室本体内上升或下降。
在一个实施例中，腔室本体的内壁在与晶圆出入口等高的位置开设有环形凹槽。环形凹槽的高度与深度均与晶圆出入口的高度与深度一致。
在一个实施例中，腔室本体的进气口的下方设有收容于腔室本体的喷淋头。腔室本体内设置有收容于腔室本体的导流板，导流板为环状并环绕着喷淋头，导流板开设有导流孔，晶圆卡盘在腔室本体内向上运动时，导流板的底部抵顶晶圆卡盘的顶部。
在一个实施例中，晶圆卡盘的顶部设置有收容于腔室本体的导流板，导流板开设有导流孔，晶圆卡盘在腔室本体内向上运动时，导流板的顶部抵顶腔室本体并环绕着喷淋头。
在一个实施例中，导流板上导流孔的孔径一致且分布密度相同。
在一个实施例中，导流板上导流孔的孔径一致，导流板上距离晶圆出入口或排气口较近的区域的导流孔的分布密度小于距离晶圆出入口或排气口较远的区域的导流孔的分布密度。
在一个实施例中，导流板上导流孔的分布密度相同，导流板上距离晶圆出入口或排气口较近的区域的导流孔的孔径小于距离晶圆出入口或排气口较远的区域的导流孔的孔径。
在一个实施例中，导流板上距离晶圆出入口或排气口较近的区域的导流孔的总导通面积小于距离晶圆出入口或排气口较远的区域的导流孔的总导通面积。
综上所述，本发明半导体工艺腔室对晶圆进行工艺处理时，由于第一驱动装置驱动晶圆卡盘旋转，使晶圆边缘的工艺气体气流分布更均匀，因而可以提高晶圆边缘刻蚀或沉积等均匀性，进而提高集成电路器件的特性、品质以及使用寿命。
附图说明
图1为根据本发明的半导体工艺腔室的第一实施例的剖面结构示意图，示出了晶圆取、放时的状态。
图2为根据本发明的半导体工艺腔室的第一实施例的剖面结构示意图，示出了晶圆进行工艺处理时的状态。
图3为根据本发明的半导体工艺腔室的第二实施例的剖面结构示意图，示出了晶圆进行工艺处理时的状态。
图4为根据本发明的半导体工艺腔室的第三实施例的剖面结构示意图，示出了晶圆进行工艺处理时的状态。
图5为根据本发明的半导体工艺腔室的第四实施例的剖面结构示意图，示出了晶圆取、放时的状态。
图6为根据本发明的半导体工艺腔室的第五实施例的剖面结构示意图，示出了晶圆取、放时的状态。
图7为根据本发明的半导体工艺腔室的第四或第五实施例的剖面结构示意图，示出了晶圆进行工艺处理时的状态。
图8为根据本发明的半导体工艺腔室的导流板的一实施例的俯视图。
图8A和图8B为根据本发明的半导体工艺腔室的导流板的一实施例的侧视图。
图9为根据本发明的半导体工艺腔室的导流板的又一实施例的俯视图。
图9A和图9B分别为图9中A-A’和B-B’的截面图。
图10为根据本发明的半导体工艺腔室的导流板的又一实施例的俯视图。
图10A和图10B分别为图10中A-A’和B-B’的截面图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合图式予以详细说明。
参阅图1和图2，为根据本发明的半导体工艺腔室的第一实施例的剖面结构示意图。该半导体工艺腔室包括腔室本体110，腔室本体110的顶壁的中部开设有进气口111，进气口111的下方设有收容于腔室本体110的喷淋头120，工艺气体经由进气口111和喷淋头120进入腔室本体110并均匀分布于腔室本体110内。腔室本体110的侧壁开设有用于取放晶圆W的晶圆出入口112，阀门130设置在腔室本体110的晶圆出入口112处，用于关闭或打开晶圆出入口112。腔室本体110的底壁开设有数个排气口113，用于将腔室本体110内的气体排出。腔室本体110的底壁沿垂直方向还设有数个收容于腔室本体110的支杆114。用于承载晶圆W的晶圆卡盘141收容于腔室本体110，晶圆卡盘141的底部的中心与支撑轴142的一端相连接，支撑轴142的另一端穿过腔室本体110底壁的中心，并通过真空密封传动装置150与第一驱动装置160相连接，以驱动晶圆卡盘141旋转。晶圆卡盘141开设有数个通孔144，以收容支杆114。在腔室本体110的底壁的下方设置有连接板143，连接板143与腔室本体110的底壁平行设置并与支撑轴142的另一端之间通过真空密封传动装置150相连接。一可伸缩卡套170设置在腔室本体110的底壁与连接板143之间并套设于支撑轴142的另一端。通过设置卡套170及真空密封传动装置150可以防止腔室本体110内的气体泄漏。腔室本体110的底壁与固定轴191固定连结，固定轴191上设置有一对承载板192，该对承载板192分别位于固定轴191相对的两端。丝杆193与该对承载板192相连接并与固定轴191平行布置。丝杆193的底端穿过连接板143并与第二驱动装置180相连接。在第二驱动装置180的驱动下，连接板143可以沿着丝杆193上升或下降，从而带动晶圆卡盘141在腔室本体110内上升或下降。第一驱动装置160和第二驱动装置180可以是马达。
使用上述半导体工艺腔室对晶圆W进行工艺处理时，以气相刻蚀工艺为例，第二驱动装置180驱动连接板143沿丝杆193向下运动，从而通过支撑轴142带动晶圆卡盘141在腔室本体110内向下运动，支杆114收容于晶圆卡盘141的通孔144，并从通孔144中伸出，打开阀门130，晶圆W从晶圆出入口112处进入腔室本体110并被放置在支杆114上，如图1所示。关闭阀门130，第二驱动装置180驱动连接板143沿丝杆193向上运动，从而通过支撑轴142带动晶圆卡盘141在腔室本体110内向上运动，支杆114上的晶圆W被晶圆卡盘141托起，晶圆卡盘141继续向上运动，直至与喷淋头120间隔工艺所需的距离，此时，晶圆卡盘141的底部与支杆114的顶部之间间隔一定距离，以保证晶圆卡盘141在旋转过程中不与支杆114发生干涉。工艺气体通过进气口111和喷淋头120进入腔室本体110并与晶圆W发生反应时，第一驱动装置160驱动晶圆卡盘141在腔室本体110内旋转。因而，即使因腔室本体110的侧壁上开设有晶圆出入口112导致工艺气体在腔室本体110内气流不均一，由于晶圆卡盘141在气相刻蚀过程中带动晶圆W旋转，从而提高了晶圆W边缘刻蚀均匀性。残余的工艺气体和工艺气体与晶圆W反应生成的产物通过排气口113排出至腔室本体110外，如图2所示。气相刻蚀工艺结束后，第二驱动装置180驱动连接板143沿丝杆193向下运动，从而通过支撑轴142带动晶圆卡盘141在腔室本体110内向下运动，支杆114收容于晶圆卡盘141的通孔144，并从通孔144中伸出，支杆114将晶圆卡盘141中的晶圆W顶起，打开阀门130，晶圆W从支杆114上取走。
如图3所示，晶圆卡盘141在腔室本体110内向上运动时，可以带着支杆114一起向上运动，此时，支杆114卡设于晶圆卡盘141的通孔144内。工艺处理时，支杆114悬挂在晶圆卡盘141的下方并随晶圆卡盘141一起旋转。
参阅图4，为了进一步提高晶圆W边缘刻蚀均匀性，腔室本体110的侧壁在与晶圆出入口112等高的位置开设有环形凹槽115，环形凹槽115的高度与深度均与晶圆出入口112的高度与深度一致，从而可以在晶圆卡盘141的周围形成均一的凹陷，使工艺气体在腔室本体110内的气流更均一，进而提高了晶圆W边缘刻蚀均匀性。
参阅图5、图7至图8B，为了进一步提高晶圆W边缘刻蚀均匀性，腔室本体110的顶壁设置有收容于腔室本体110的导流板200，导流板200为环状并环绕着喷淋头120。导流板200开设有孔径一致且均匀分布的导流孔201，导流孔201的形状可以为长条形，如图8A所示，或者为圆形，如图8B所示。当对晶圆W进行气相刻蚀工艺处理时，第二驱动装置180驱动晶圆卡盘141在腔室本体110内向上运动，并使晶圆卡盘141的顶部抵顶导流板200的底部，工艺气体通过进气口111和喷淋头120进入由晶圆W、晶圆卡盘141及导流板200围成的空间，由于导流板200的阻挡作用，晶圆W上方残余的工艺气体和工艺气体与晶圆W反应生成的产物只能从导流板200的导流孔201中流出，最后通过排气口113排出至腔室本体110外。通过设置导流板200，工艺气体在晶圆W上的分布不受腔室本体110形体结构的影响，因而，工艺气体可以很均匀地分布在晶圆W上，提高了晶圆W边缘刻蚀均匀性。
较佳地，导流板200上距离晶圆出入口112或排气口113较近的区域的导流孔201的总导通面积小于距离晶圆出入口112或排气口113较远的区域的导流孔201的总导通面积，以达到调节由晶圆W、晶圆卡盘141及导流板200围成的空间内的气流的目的，进而提高晶圆W边缘刻蚀均匀性。具体地，如图9-9B所示，导流板200上导流孔201的孔径一致，而导流板200上距离晶圆出入口112或排气口113较近的区域的导流孔201的分布密度小于距离晶圆出入口112或排气口113较远的区域的导流孔201的分布密度。反之，如图10-10B所示，导流板200上导流孔201的分布密度相同，而导流板200上距离晶圆出入口112或排气口113较近的区域的导流孔201的孔径小于距离晶圆出入口112或排气口113较远的区域的导流孔201的孔径。
如图6所示，导流板200可以设置在晶圆卡盘141的顶部，当对晶圆W进行气相刻蚀工艺处理时，第二驱动装置180驱动晶圆卡盘141在腔室本体110内向上运动，并使导流板200的顶部抵顶腔室本体110的顶壁，导流板200环绕着喷淋头120。
综上所述，本发明半导体工艺腔室在对晶圆W进行工艺处理时，通过采用第一驱动装置160驱动晶圆卡盘141旋转，可以使晶圆W边缘的工艺气体气流分布更均匀，因而可以获得更好的刻蚀均匀性，而且，通过在腔室本体110的侧壁与晶圆出入口112等高的位置开设环形凹槽115或设置导流板200，进一步提高了晶圆W边缘刻蚀均匀性。
本发明半导体工艺腔室不仅适用于气相刻蚀工艺，还适用于气相沉积工艺，以提高晶圆W边缘沉积均匀性。
本发明半导体工艺腔室通过上述实施方式及相关图式说明，己具体、详实的揭露了相关技术，使本领域的技术人员可以据以实施。而以上所述实施例只是用来说明本发明，而不是用来限制本发明的，本发明的权利范围，应由本发明的权利要求来界定。至于本文中所述元件数目的改变或等效元件的代替等仍都应属于本发明的权利范围。
Claims (15)
1.一种半导体工艺腔室，其特征在于，包括：
腔室本体，所述腔室本体的壁上开设有进气口、晶圆出入口及排气口；
阀门，所述阀门设置在腔室本体的晶圆出入口处，用于打开或关闭晶圆出入口；
晶圆卡盘，所述晶圆卡盘收容于腔室本体，所述晶圆卡盘承载晶圆；
支撑轴，所述支撑轴的一端与晶圆卡盘的底部相连接，所述支撑轴的另一端从腔室本体的下壁穿出腔室本体；
真空密封传动装置，所述真空密封传动装置与支撑轴的所述另一端相连接；
第一驱动装置，所述第一驱动装置与真空密封传动装置相连接以驱动晶圆卡盘旋转；
连接板，所述连接板与腔室本体的下壁平行设置且与腔室本体之间密封连接，所述连接板与支撑轴的所述另一端之间经由真空密封传动装置相连接；及
第二驱动装置，所述第二驱动装置驱动连接板运动，从而带动晶圆卡盘在腔室本体内向上或向下运动。
2.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述腔室本体内沿垂直方向设置有数个支杆，晶圆卡盘上开设有与该数个支杆分别对应的数个通孔，取、放晶圆时，支杆从通孔伸出并顶起晶圆。
3.根据权利要求2所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述第一驱动装置驱动晶圆卡盘旋转时，晶圆卡盘的底部与支杆的顶部之间间隔一定距离。
4.根据权利要求2所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述第一驱动装置驱动晶圆卡盘旋转时，支杆卡设于晶圆卡盘的通孔内，支杆悬挂在晶圆卡盘的下方并随晶圆卡盘一起旋转。
5.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述腔室本体与连接板之间通过一可伸缩的卡套密封连接，卡套套设于支撑轴的所述另一端。
6.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述腔室本体与一固定轴固定连结，固定轴上设置有一对承载板，该对承载板分别位于固定轴相对的两端，一丝杆与该对承载板相连接并与固定轴平行布置，丝杆的底端穿过连接板并与第二驱动装置相连接，在第二驱动装置的驱动下，连接板沿着丝杆上升或下降，从而带动晶圆卡盘在腔室本体内上升或下降。
7.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述腔室本体的内壁在与晶圆出入口等高的位置开设有环形凹槽。
8.根据权利要求7所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述环形凹槽的高度与深度均与晶圆出入口的高度与深度一致。
9.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述腔室本体的进气口的下方设有收容于腔室本体的喷淋头。
10.根据权利要求9所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述腔室本体内设置有收容于腔室本体的导流板，导流板为环状并环绕着喷淋头，导流板开设有导流孔，晶圆卡盘在腔室本体内向上运动时，导流板的底部抵顶晶圆卡盘的顶部。
11.根据权利要求9所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述晶圆卡盘的顶部设置有收容于腔室本体的导流板，导流板开设有导流孔，晶圆卡盘在腔室本体内向上运动时，导流板的顶部抵顶腔室本体并环绕着喷淋头。
12.根据权利要求10或11所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述导流板上导流孔的孔径一致且分布密度相同。
13.根据权利要求10或11所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述导流板上导流孔的孔径一致，导流板上距离晶圆出入口或排气口较近的区域的导流孔的分布密度小于距离晶圆出入口或排气口较远的区域的导流孔的分布密度。
14.根据权利要求10或11所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述导流板上导流孔的分布密度相同，导流板上距离晶圆出入口或排气口较近的区域的导流孔的孔径小于距离晶圆出入口或排气口较远的区域的导流孔的孔径。
15.根据权利要求10或11所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述导流板上距离晶圆出入口或排气口较近的区域的导流孔的总导通面积小于距离晶圆出入口或排气口较远的区域的导流孔的总导通面积。
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