CN105206558B - 晶片边缘的保护机构、反应腔室及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种晶片边缘的保护机构、反应腔室及半导体加工设备。该晶片边缘的保护机构包括环形基座、边缘保护环和升降驱动装置，环形基座环绕在下电极装置周围，并支撑下电极装置；边缘保护环位于下电极装置上方；升降驱动装置包括气源和至少三个气动升降机构，至少三个气动升降机构设置在环形基座的内部，且沿环形基座的周向间隔分布，用以驱动边缘保护环作升降运动，以使其与晶片边缘相接触或相分离；气源用于向位于环形基座外壁和内壁之间的气动升降机构提供气体。上述晶片边缘的保护机构与现有技术相比，可以使反应腔室内的气流场更均匀，从而有助于提高工艺的均匀性。

Description

晶片边缘的保护机构、反应腔室及半导体加工设备

技术领域

本发明涉及半导体设备制造领域，具体地，涉及一种晶片边缘的保护机构、反应腔室及半导体加工设备。

背景技术

目前，在半导体加工设备中，往往无法在工艺过程中保护到晶片边缘(即，晶片上表面的边缘区域)，导致晶片边缘因受到工艺过程的影响而在其表面产生细微的孔洞，从而造成在后续清洗工艺过程中细微孔洞中存在的颗粒物污染晶片。为了避免此类颗粒物污染晶片，就需要采用一种边缘保护环机构保护晶片边缘。

图1为现有的反应腔室的示意图。如图1所示，反应腔室包括下电极装置1、晶片边缘的保护机构和真空系统。其中，下电极装置1设置在反应腔室内，晶片2置于下电极装置1的上表面上；保护机构包括边缘保护环3和用于驱动该边缘保护环3作升降运动的升降驱动装置，在升降驱动装置的驱动下，边缘保护环3可以在进行工艺之前下降，直至压住晶片边缘；以及在完成工艺之后上升至晶片上方，以进行晶片的装卸。此外，真空系统用于在进行工艺时抽取反应腔室内的气体。

下面结合图1和图2对升降驱动装置的结构进行详细描述。具体地，升降驱动装置包括升降气缸4、支撑架5、波纹管6和三个升降杆7。其中，升降气缸4、支撑架5和波纹管6均位于反应腔室的下方，支撑架5在水平面上的投影形状为U形，升降杆7的下端与支撑架5连接，且三个升降杆7呈三角形分布在下电极装置1的外围，如图2所示。而且，在反应腔室的底壁上，且分布与三个升降杆7相对应的位置处设置有贯穿底壁厚度的通孔，升降杆7的上端自该通孔竖直向上延伸至反应腔室内，用以支撑边缘保护环3。波纹管6的数量与升降杆7的数量相对应，波纹管6一一对应地套制在升降杆7上，用以对通孔进行密封。

上述反应腔室在实际应用中不可避免地存在以下问题，即：由于上述升降驱动装置占用了反应腔室下方的空间，这不仅给下电极装置1的安装和调试带来困难，而且还使得真空系统只能采用侧下抽的方式抽取反应腔室内的气体，即，真空系统的接口位于反应腔室的侧下方，由于侧下抽的方式往往会导致反应腔室内的气流场不对称，这给工艺均匀性带来了不良影响。

图3为现有的另一种反应腔室的示意图。如图3所示，反应腔室同样包括下电极装置、保护机构和真空系统。该反应腔室与前述反应腔室的区别仅在于：该保护机构的升降驱动装置采用两个旋转电机通过两套滚珠丝杠和导轨分别独立驱动两个升降杆同步作升降运动。然而，该种升降驱动装置不仅仍然存在前述升降驱动装置所存在的上述问题，而且由于其采用两个旋转电机、两套滚珠丝杠和导轨，导致制造成本较高。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种晶片边缘的保护机构、反应腔室及半导体加工设备，该晶片边缘的保护机构的升降驱动装置设置在环形基座内，其不占用反应腔室下方的空间，从而可以将抽真空装置设置在反应腔室下方，有助于提高工艺的均匀性。

为实现本发明的目的而提供一种晶片边缘的保护机构，用于在进行工艺时保护置于下电极装置上的晶片的边缘，所述保护机构包括环形基座、边缘保护环和升降驱动装置，其中所述环形基座环绕在所述下电极装置周围，并支撑所述下电极装置；所述边缘保护环位于所述下电极装置上方；所述升降驱动装置包括气源和至少三个气动升降机构，其中，所述至少三个气动升降机构设置在所述环形基座的内部，且沿所述环形基座的周向间隔分布，用以驱动所述边缘保护环作升降运动，以使其与晶片边缘相接触或相分离；所述气源用于向位于所述环形基座外壁和内壁之间的所述气动升降机构提供气体。

其中，每个所述气动升降机构包括缸筒、缸杆和升降杆，其中所述缸筒为设置在所述环形基座的上表面上的安装孔；所述缸杆位于所述缸筒内，且所述缸杆的上端与所述升降杆的下端连接；所述缸杆的下端将所述缸筒分隔为彼此之间密封的上部空间和下部空间；并且，在所述环形基座的内周壁上分别设置有与所述上部空间连通的第一气孔，以及与下部空间连通的第二气孔；所述气源经由所述第一气孔和第二气孔分别向所述上部空间和下部空间输送气体；所述升降杆的上端沿竖直方向向上延伸，用以支撑所述边缘保护环。

其中，所述气源与每个所述气动升降机构之间连接有控制装置，所述控制装置用于控制气源与多个气动升降机构的缸筒的所述上部空间或下部空间同步连通，且控制所述气源向多个所述气动升降机构中通入相同流量的气体。

其中，所述控制装置为换向阀。

其中，所述升降杆上端设有定位件，所述边缘保护环下表面设有与所述定位件相配合的凹孔，所述凹孔与所述定位件相配合，对所述边缘保护环进行定位，并将所述保护环固定。

其中，所述缸筒上端设有支撑套筒，所述支撑套筒的外壁与所述缸筒的侧壁紧密贴合，所述支撑套筒上设有竖直的通孔，所述缸杆穿过所述通孔，且所述通孔的孔径与所述缸杆的外壁相对应，以将所述缸筒上端密封；所述缸杆上设有环形凸缘，所述环形凸缘位于所述支撑套筒内；所述支撑套筒内设有波纹管，所述波纹管环绕所述缸杆的上部，且其上端与所述缸筒的顶壁连接，下端与所述环形凸缘连接。

其中，所述缸筒下端设有密封件，所述密封件沿所述缸筒的侧壁环绕一周。

其中，所述缸筒的下端设有弹性部件，所述弹性部件用于在缸杆的下端运动至缸筒的底部时，缓冲缸杆与缸筒的底部之间的冲击力。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种反应腔室，其内部设有下电极装置和晶片边缘的保护机构，所述下电极装置上表面用于放置晶片，所述晶片边缘的保护机构用于保护所述晶片的边缘，所述晶片边缘的保护机构采用本发明提供的上述晶片边缘的保护机构。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，所述反应腔室采用本发明提供的上述反应腔室；所述反应腔室的正下方设置有抽真空装置，且所述反应腔室的底壁上设有多个与抽真空装置连通的排气口。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的晶片边缘的保护机构，其升降驱动装置设置在环形基座内，使其不占用反应腔室下方的空间，从而可以将抽真空设置在反应腔室的下方，并在反应腔室的底部均匀地设置多个排气口，这样在向外排出反应腔室内的气体时，反应腔室内的气体分别向多个排气口处流动，与现有技术相比，这样使反应腔室内的气流场更均匀，从而有助于提高工艺的均匀性。

本发明提供的反应腔室，其采用本发明提供的上述晶片边缘的保护机构，可以将抽真空设置在反应腔室的下方，并在反应腔室的底部均匀地设置多个排气口，这样在向外排出反应腔室内的气体时，反应腔室内的气体分别向多个排气口处流动，与现有技术相比，这样使反应腔室内的气流场更均匀，从而有助于提高工艺的均匀性。

本发明提供的半导体加工设备，其采用本发明提供的上述反应腔室，可以将抽真空设置在反应腔室的下方，并在反应腔室的底部均匀地设置多个排气口，这样在向外排出反应腔室内的气体时，反应腔室内的气体分别向多个排气口处流动，与现有技术相比，这样使反应腔室内的气流场更均匀，从而有助于提高工艺的均匀性。

附图说明

图1为现有的反应腔室的示意图；

图2为升降驱动装置的俯视图；

图3为现有的另一种反应腔室的示意图；

图4为本发明实施例提供的晶片边缘的保护机构的结构示意图；

图5为图4所示晶片边缘的保护机构的剖视图；以及

图6为图4所示晶片边缘的保护机构的立体示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的晶片边缘的保护机构、反应腔室及半导体加工设备进行详细描述。

请参看图4、图5和图6，图4为本发明实施例提供的晶片边缘的保护机构的结构示意图；图5为图4所示晶片边缘的保护机构的剖视图；图6为图4所示晶片边缘的保护机构的立体示意图。晶片边缘的保护机构用于在进行工艺时保护置于下电极装置11上的晶片的边缘，其包括环形基座13、边缘保护环14和升降驱动装置15。其中，环形基座13环绕在下电极装置11周围，并通过设置在环形基座13上方的支撑环160支撑下电极装置11，该支撑环160上方设有绝缘环161。边缘保护环14位于下电极装置11上方，用于在进行工艺时将晶片的边缘覆盖。升降驱动装置15包括气源和至少三个气动升降机构，其中，至少三个气动升降机构设置在环形基座13的内部，且沿环形基座13的周向间隔分布，用以驱动边缘保护环14作升降运动，以使其与晶片边缘相接触或相分离；气源用于向位于环形基座13外壁和内壁之间的气动升降机构提供气体。

每个气动升降机构包括缸筒150、缸杆151和升降杆152。其中，缸筒150为设置在环形基座13的上表面上的安装孔；也就是说，缸筒150设置在环形基座13内部。缸杆151位于缸筒150内，其上端与升降杆152的下端连接；缸杆151的下端将缸筒150的内部空间分隔为彼此之间密封的上部空间A和下部空间B。在环形基座13的内周壁上分别设置有与上部空间A连通的第一气孔，以及与下部空间B连通的第二气孔。气源经由第一气孔和第二气孔分别向上部空间A和下部空间B输送气体；具体地，在气源向上部空间A输送气体时，下部空间B内的气体向外排出，从而带动缸杆151向下运动；在气源向下部空间B输送气体时，上部空间A内的气体向外排出，从而带动缸杆151向上运动。

升降杆152的下端与缸杆151的上端连接，其上端沿竖直方向向上延伸，用以支撑边缘保护环14，如图6所示。在图6中，为更清楚地显示升降杆152的连接关系，省去了支撑环160和绝缘环161。具体地，在缸杆151向上运动时，升降杆152随缸杆151同步运动，支撑边缘保护环14，使其与晶片边缘相分离；在缸杆151向下运动时，升降杆152随缸杆151同步运动，支撑边缘保护环14，使其与晶片边缘相接触。

气源与每个气动升降机构的缸筒150之间连接有控制装置，该控制装置用于控制气源与多个气动升降机构的缸筒150的上部空间A或下部空间B同步连通，且控制气源向多个气动升降机构中通入相同流量的气体；从而使多个气动升降机构中的缸杆151同时向上或向下运动，且其向上或向下运动的速度相同，进而，在多个升降杆152向上或向下运动的过程中，其上端可以稳固地支撑边缘保护环14，避免边缘保护环14在上升或下降的过程中从多个升降杆152上脱落。优选地，在本实施例中，控制装置为换向阀。

本发明实施例提供的晶片边缘的保护机构，其升降驱动装置15设置在环形基座13内，使其不占用反应腔室下方的空间，从而可以将抽真空设置在反应腔室的下方，并在反应腔室的底部均匀地设置多个排气口，这样在向外排出反应腔室内的气体时，反应腔室内的气体分别向多个排气口处流动，与现有技术相比，这样使反应腔室内的气流场更均匀，从而有助于提高工艺的均匀性。

在本实施例中，升降杆152上端设有定位件，边缘保护环14下表面设有与定位件相配合的凹孔，该凹孔与定位件相配合，对边缘保护环14进行定位，并将边缘保护环14固定。优选地，定位件由树脂材料制成，以避免其与边缘保护环14的相互接触造成边缘保护环14的磨损。

具体地，缸筒150上端设有支撑套筒153，支撑套筒153的外壁与缸筒150的侧壁紧密贴合，其上设有竖直的通孔，缸杆151穿过该通孔，且该通孔的孔径与缸杆151的外壁相对应，以将缸筒150上端密封。缸杆151上设有环形凸缘154，该环形凸缘154位于支撑套筒153内；并且，支撑套筒153内设有波纹管155，该波纹管155环绕缸杆151的上部，且其上端与缸筒150的顶壁连接，下端与环形凸缘154连接。在本实施例中，波纹管155可以将支撑套筒153密封，以及，可以在缸杆151向上运动至缸筒150顶部时，对缸杆151进行缓冲。优选地，波纹管155与升降杆152之间焊接，使其二者成为一体件。

在本实施例中，缸筒150下端设有密封件156，密封件156沿缸筒150的侧壁环绕一周，用于将缸筒150的下端密封。

在本实施例中，缸筒150的下端设有弹性部件157，弹性部件157用于在缸杆151的下端运动至缸筒150的底部时，缓冲缸杆151与缸筒150的底部之间的冲击力。优选地，弹性部件157为环形，其在缸筒150的底部环绕一周。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种反应腔室，其内部设有下电极装置和晶片边缘的保护机构，下电极装置上表面用于放置晶片，晶片边缘的保护机构用于保护所述晶片的边缘，并且，晶片边缘的保护机构采用本发明上述实施例提供的晶片边缘的保护机构。

本发明实施例提供的反应腔室，其采用本发明上述实施例提供的晶片边缘的保护机构，可以将抽真空设置在反应腔室的正下方，并在反应腔室的底部均匀地设置多个排气口，这样在向外排出反应腔室内的气体时，反应腔室内的气体分别向多个排气口处流动，与现有技术相比，这样使反应腔室内的气流场更均匀，从而有助于提高工艺的均匀性。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，且该反应腔室采用本发明上述实施例提供的反应腔室；并且，该反应腔室的正下方设置有抽真空装置，且反应腔室的底壁上设置有多个与抽真空装置连通的排气口。在工艺过程中，在抽真空装置的抽取下，反应腔室内的气体从多个排气口向外排出。优选地，多个排气口环绕反应腔室的下电极装置，且在周向上均匀设置。

本发明实施例提供的半导体加工设备，其采用本发明上述实施例提供的反应腔室，可以将抽真空设置在反应腔室的下方，并在反应腔室的底部均匀地设置多个排气口，这样在向外排出反应腔室内的气体时，反应腔室内的气体分别向多个排气口处流动，与现有技术相比，这样使反应腔室内的气流场更均匀，从而有助于提高工艺的均匀性。

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。

Claims (9)

1.一种晶片边缘的保护机构，用于在进行工艺时保护置于下电极装置上的晶片的边缘，其特征在于，所述保护机构包括环形基座、边缘保护环和升降驱动装置，其中

所述环形基座环绕在所述下电极装置周围，并支撑所述下电极装置；

所述边缘保护环位于所述下电极装置上方；

所述升降驱动装置包括气源和至少三个气动升降机构，其中，所述至少三个气动升降机构设置在所述环形基座的内部，且沿所述环形基座的周向间隔分布，用以驱动所述边缘保护环作升降运动，以使其与晶片边缘相接触或相分离；

所述气源用于向位于所述环形基座外壁和内壁之间的所述气动升降机构提供气体；

每个所述气动升降机构包括缸筒、缸杆和升降杆，其中

所述缸筒为设置在所述环形基座的上表面上的安装孔；

所述缸杆位于所述缸筒内，且所述缸杆的上端与所述升降杆的下端连接；所述缸杆的下端将所述缸筒分隔为彼此之间密封的上部空间和下部空间；并且，在所述环形基座的内周壁上分别设置有与所述上部空间连通的第一气孔，以及与下部空间连通的第二气孔；所述气源经由所述第一气孔和第二气孔分别向所述上部空间和下部空间输送气体；

所述升降杆的上端沿竖直方向向上延伸，用以支撑所述边缘保护环。

2.根据权利要求1所述的晶片边缘的保护机构，其特征在于，所述气源与每个所述气动升降机构之间连接有控制装置，所述控制装置用于控制气源与多个气动升降机构的缸筒的所述上部空间或下部空间同步连通，且控制所述气源向多个所述气动升降机构中通入相同流量的气体。

3.根据权利要求2所述的晶片边缘的保护机构，其特征在于，所述控制装置为换向阀。

4.根据权利要求1所述的晶片边缘的保护机构，其特征在于，所述升降杆上端设有定位件，所述边缘保护环下表面设有与所述定位件相配合的凹孔，所述凹孔与所述定位件相配合，对所述边缘保护环进行定位，并将所述保护环固定。

5.根据权利要求1所述的晶片边缘的保护机构，其特征在于，所述缸筒上端设有支撑套筒，所述支撑套筒的外壁与所述缸筒的侧壁紧密贴合，所述支撑套筒上设有竖直的通孔，所述缸杆穿过所述通孔，且所述通孔的孔径与所述缸杆的外壁相对应，以将所述缸筒上端密封；

所述缸杆上设有环形凸缘，所述环形凸缘位于所述支撑套筒内；所述支撑套筒内设有波纹管，所述波纹管环绕所述缸杆的上部，且其上端与所述缸筒的顶壁连接，下端与所述环形凸缘连接。

6.根据权利要求5所述的晶片边缘的保护机构，其特征在于，所述缸筒下端设有密封件，所述密封件沿所述缸筒的侧壁环绕一周。

7.根据权利要求6所述的晶片边缘的保护机构，其特征在于，所述缸筒的下端设有弹性部件，所述弹性部件用于在缸杆的下端运动至缸筒的底部时，缓冲缸杆与缸筒的底部之间的冲击力。

8.一种反应腔室，其内部设有下电极装置和晶片边缘的保护机构，所述下电极装置上表面用于放置晶片，所述晶片边缘的保护机构用于保护所述晶片的边缘，其特征在于，所述晶片边缘的保护机构采用权利要求1-7任意一项所述的晶片边缘的保护机构。

9.一种半导体加工设备，包括反应腔室，其特征在于，所述反应腔室采用权利要求8所述的反应腔室；所述反应腔室的正下方设置有抽真空装置，且所述反应腔室的底壁上设有多个与抽真空装置连通的排气口。