CN105624634A - 反应腔室及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种反应腔室及半导体加工设备，该反应腔室包括压环、转盘、基座和移动环，压环内周壁上设置有多个压爪，压环的内径大于基片的外径；转盘上设置有通孔，压环、通孔和基座由上至下依次且同轴设置；移动环的内径小于基片的外径且其外径大于压环的内径；移动环叠置在所述通孔的端面上，用于承载基片；基座的外径大于移动环的内径，基座上设置有容纳移动环的第一环形凹部，且移动环承载基片的部分的厚度不大于第一环形凹部的深度，借助基座在通孔内上升将移动环顶起位于第一环形凹部且上升至预设位置，以实现压环的压爪将基片固定在基座的上表面上。该反应腔室可以解决基片的利用率低和沉积环的更换难度大的技术问题。

Description

反应腔室及半导体加工设备

技术领域

本发明属于微电子加工技术领域，具体涉及一种反应腔室及半导体加工设备。

背景技术

在集成电路的制备过程中，需要物理气相沉积(以下简称PVD)设备完成沉积薄膜工艺，在沉积工艺过程中通常需要基座来实现支撑基片、垂直传送基片、向基片提供负偏压以及控制基片的温度等功能。由于基片工艺的环境为真空环境，而真空环境的导热性差，因此，为实现对基片进行控温，需要向基片的背面吹导热媒介，但这会在基片的背面产生背压，为此，通常需要借助压环将基片固定在基座上。因此，PVD设备中通常需要压环和基座配套使用。

图1为沉积工艺之前压环和基座之间的位置关系示意图。请参阅图1，压环10位于工艺空间13内，承载有基片S的转盘12旋转至压环和基座11之间的传输位(如图1中转盘所在的位置)，转盘12的结构如图2所示，转盘12上设置有通孔121，且在通孔121的内周壁上设置有四个凸台122，用以支撑基片S；基座11的结构如图3所示，基座的径向尺寸小于转盘12上通孔121的径向尺寸，且基座11的边沿上设置有豁口111，豁口111的位置和数量与凸台122的位置和数量一一对应，以使基座11可通过通孔121上升将位于凸台122上的基片顶起。图4为沉积工艺时压环和基座之间的位置关系示意图。如图4示，基座11上升将位于凸台122上的基片顶起，然后继续上升直至将压环10顶起至预设距离，此时，利用压环10的重力和基座11的支撑力将基片S固定在二者之间，此时形成封闭的工艺空间13，将该工艺空间和其下方的传输空间(即转盘12所在的空间)完全隔开。

为提高基片S边缘的利用率和解决沉积工艺完成后基片S与压环10相接触的位置处粘连不易分离的问题，如图5所示，设置压环10的内径大于基片S的外径，且压环10的内周壁上设置有压爪101，借助压爪101将基片S固定在基座11上。但是，这会使得基片S的边缘和压环10的内周壁之间形成间隙14，等离子中的粒子能够经过该间隙14扩散或被牵引至基座上未被基片覆盖的表面上沉积而造成污染，因而影响工艺质量。为此，现有技术中，如图6所示，基座11为基座112和沉积环113采用可拆卸的方式(如螺钉)形成，其中，沉积环113覆盖基座11容易被污染的部分。

然而，采用上述提供的基座11和压环10在实际应用中不可避免地会存在以下问题：

其一，由于等离子体中的粒子沿竖直方向移动，因此为避免等离子体中的粒子自间隙14和位于其下方的豁口111进入传输空间内，使压爪101的位置与豁口111的位置对应设置，以借助压爪101来遮挡豁口111。因此，压爪101的周向尺寸应大于豁口111的周向尺寸，换言之，豁口111的尺寸限制了压爪101的尺寸，因而不能尽可能地减小压爪101的尺寸来提高基片S的可利用面积，因而使得基片S的利用率低，从而造成产能低和经济效益低；

其二，由于沉积环113容易受到污染，且其通过螺钉连接的方式固定在基座112上，更换该沉积环113时需要使用扳手拆除螺钉，并且，由于螺钉头朝下设置，因而其更换难度较大,，从而造成更换耗费时间较长、经济效益低。

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，提出了一种反应腔室及半导体加工设备，其可以解决基片的利用率低和沉积环的更换难度大的技术问题。

为解决上述问题之一，本发明提供了一种反应腔室，包括压环、转盘和基座，所述压环的内周壁上设置有多个压爪，所述压环的内径大于所述基片的外径；所述转盘上设置有通孔，所述压环、通孔和基座由上至下依次且同轴设置，还包括用于承载基片的移动环，所述移动环的内径小于基片的外径且其外径大于所述压环的内径；所述移动环叠置在所述通孔的端面上；所述基座的外径大于所述移动环的内径，并且，所述基座上设置有用于容纳所述移动环的第一环形凹部，且所述移动环承载基片的部分的厚度不大于所述第一环形凹部的深度，借助所述基座在所述通孔内上升，将所述移动环顶起位于第一环形凹部且所述基座上升至预设位置，以实现所述压爪将所述基片固定在所述基座的上表面上。

其中，所述移动环的上表面上设置有用于承载所述基片的第二环形凹部。

其中，在所述第二环形凹部下表面的靠近所述移动环环孔的区域内沿其周向设置有环形凸部，所述环形凸部用于承载所述基片，所述环形凸部的上表面低于所述移动环的上表面。

其中，在所述第二环形凹部下表面的靠近所述移动环环孔的区域内沿其周向间隔设置有多个子凸部，多个所述子凸部用于承载所述基片，各个所述子凸部的上表面位于同一平面且低于所述移动环的上表面。

其中，所述第二环形凹部远离所述移动环环孔的侧壁与其下表面之间的夹角为预设第一钝角。

其中，所述通孔的内周壁上设置有多个凸起，在所述基座上设置有与所述凸起的数量和位置一一对应的豁口，所述豁口的尺寸大于所述凸起的尺寸，以实现所述基座在所述通孔内升降。

其中，在每个所述凸起上设置有用于承载所述移动环的凹部。

其中，每个所述凹部靠近所述通孔内周壁的侧壁与其下表面之间的夹角为预设第二钝角，并且所述移动环外侧壁与其下表面之间的夹角为预设第三钝角；所述预设第二钝角等于所述预设第三钝角，以使所述移动环沿各个所述凹部的侧壁下滑至所述凹部内承载所述移动环的位置处。

其中，所述移动环承载基片的部分的厚度略微小于第一环形凹部的深度。

作为另外一个技术方案，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上述提供的反应腔室。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的反应腔室，其包括用于承载基片的移动环，移动环叠置在通孔的端面上，并且在基座上设置有容纳移动环的第一环形凹部，且移动环承载基片的部分的厚度不大于第一环形凹部的深度，基座的外径大于移动环的内径，因此，借助基座在通孔内上升，可以实现基座将移动环顶起位于第一环形凹部内，且使其随基座同时上升至预设位置，以实现压环的压爪将基片固定在基座的上表面上。并且，由于移动环的外径大于压环的内径，因此，移动环完全能够遮挡等离子体自压环的内周壁和基片边缘之间的间隙，也就不需要压爪的周向尺寸满足大于豁口的周向尺寸的要求，因而可以尽可能地减小压爪的周向尺寸来提高基片的可利用面积，从而可以提高单片基片的产能和经济效益；并且，由于该移动环叠置在通孔的端面上，对其更换时可直接进行取放，无需任何辅助工具，因而使得更换方便，从而可以节省维护时间和提高经济效益。

本发明提供的半导体加工设备，其采用本发明提供的反应腔室，因而可以尽可能地减小压爪的周向尺寸来提高基片的可利用面积，从而可以提高单片基片的产能和经济效益；并且，于该移动环叠置在通孔的多个凸起上，对其更换时可直接进行取放，无需任何辅助工具，因而使得更换方便，从而可以节省维护时间和提高经济效益。

附图说明

图1为沉积工艺之前压环和基座之间的位置关系示意图；

图2为图1中转盘的结构示意图；

图3为图1中基座的结构示意图；

图4为沉积工艺时压环和基座之间的位置关系示意图；

图5为图1中压环的结构示意图；

图6为图1中基座的另一种结构示意图；

图7为本发明实施例提供的反应腔室的未固定基片的工作状态的结构示意图；

图8为图7中转盘的部分俯视图；

图9为图7中区域I的放大图；

图10为本发明实施例提供的反应腔室的固定基片的工作状态的结构示意图；

图11为图7和图10中未放置基片时压爪、移动环和基座之间的结构示意图；以及

图12为本发明提供的反应腔室中基片的表面利用率的示意图。

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反应腔室及半导体加工设备进行详细描述。

图7为本发明实施例提供的反应腔室的未固定基片的工作状态的结构示意图。图8为图7中转盘的部分俯视图。图9为图7中区域I的放大图。图10为本发明实施例提供的反应腔室的固定基片的工作状态的结构示意图。图11为图7和图10中未放置基片时压爪、移动环和基座之间的结构示意图.请一并参阅图7-图11，本实施例提供的反应腔室，包括压环20、转盘21、基座22和移动环23。其中，压环20的内周壁上设置有多个压爪201，压环20的内径大于基片S的外径，借助压爪201叠置在基片S的边缘区域，用于固定基片，此时，压环20的内周壁与基片S的边缘之间存在间隙202。转盘21上设置有通孔211，压环20、通孔211和基座22由上至下依次且同轴设置，如图7所示，通孔211的内周壁上设置有多个凸起2111，在基座22上设置有与凸起2111一一对应的豁口221，以实现基座22可以在通孔211内升降。移动环23用于承载基片S，其设置在通孔211内周壁上的多个凸起2111上，并且，移动环23的内径小于基片S的外径且其外径大于压环20的内径。基座22的上表面上设置有容纳移动环23的第一环形凹部222，且移动环23承载基片的部分的厚度不大于第一环形凹部222的深度，借助基座22在通孔211内上升将移动环23顶起位于第一环形凹部222内且直至预设位置，以实现压环20的压爪201将基片S固定在基座22的上表面上，如图10所示。可以理解，借助移动环23承载基片的厚度不大于第一环形凹部222的深度，可以在移动环23位于第一环形凹部222内实现基片位于基座22上

由上可知，移动环23完全能够遮挡等离子体中的粒子自间隙202和位于该间隙202下方的豁口扩散至传输空间，也就不需要压爪201的周向尺寸满足大于豁口的周向尺寸的要求，因而可以尽可能地减小压爪201的周向尺寸来提高基片S的可利用面积，甚至减小压爪201的数量，只需要保证压爪201能够实现压爪201基片S以会被其背面背吹的热交换媒介吹起即可，如图11所示，从而可以提高单片基片S的产能和经济效益，如图12所示，压爪201未对基片S边缘的芯片(图12中正方形所表示)产生影响。并且，由于等离子体中的粒子会经由间隙202沉积在移动环23上，因此需要定期对移动环23进行更换，由于该移动环23叠置在通孔211的多个凸起2111上，对其更换时可直接进行取放，无需任何辅助工具，因而使得更换方便，从而可以节省维护时间和提高经济效益。

在移动环23的上表面上设置有用于承载基片S的第二环形凹部231，用以对基片S进行限位。可以理解，第二形凹部231的深度应与压环20的结构相配合，以实现压环20能够固定位于该第二环形凹部231内的基片S。

进一步优选地，第二环形凹部231远离移动环23环孔的侧壁与其下表面之间的夹角为预设第一钝角A，这可以在基片S装载出现偏心问题时，基片S受到其重力的作用通过该侧壁下滑至准确位置，即实现自动校正基片S的放置位置，从而可以提高工艺的准确性。

更进一步优选地，在第二环形凹部231下表面的靠近移动环23环孔的区域内沿其周向设置有环形凸部232，环形凸部232用于承载基片S，环形凸部232的上表面低于移动环23的上表面，在这种情况下，基片S自第二环形凹部231的侧壁下滑位于该环形凸部232上。借助该环形凸部232可以增大基片S与移动环23之间的间隙，因而可以避免等离子体沉积容易造成基片S和移动环23发生粘片，从而可以避免在取片时发生碎片等问题。

在本实施例中，优选地，移动环23承载基片的部分(即环形凸部232)的厚度略微小于第一环形凹部222的深度，例如，基座22的上表面和移动环23的承载基片S的部分的上表面之间的夹角在0.2度左右，这不仅可以通过基片S发生微小形变来实现基片S固定在基座22和移动环23的上表面上，而且可以实现基片S与基座22的上表面良好接触，这使得基座22上设置的热交换媒介通道能够有效地对基片S进行热传导，从而可以提高对基片S的温控精度。当然，在实际应用中，也可以使得基座22的上表面和移动环23的承载基片S的部分的上表面平齐，以承载基片S。

可以理解，第一环形凹部222的尺寸与移动环23的尺寸接近，且应尽可能地减小第一环形凹部222和移动环23的尺寸，以增大与基片S接触的基座22的上表面积，因而可以使得基座22上设置的热交换媒介通道能够有效地对基片S进行热传导，从而可以提高基片S的温度均匀性。

在本实施例中，在每个凸起2111上还设置有用于承载移动环23的凹部，用以对移动环23进行限位，以保证移动环23的位置准确。优选地，每个凹部靠近通孔211内周壁的侧壁与其下表面之间的夹角为预设第二钝角B，并且移动环23外侧壁与其下表面之间的夹角为预设第三钝角C；预设第二钝角B等于预设第三钝角C，以使移动环23沿各个凹部的侧壁下滑至凹部内承载移动环23的位置处，这可以在移动环23放置存在偏心时自动校正移动环23的位置，从而可以提高移动环23放置的准确性。

需要说明的是，在本实施例中，在第二环形凹部231的下表面上且靠近移动环23环孔的位置处设置有环形凸部232，用以承载基片S。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，也可以在第二环形凹部231下表面的靠近移动环23环孔的区域内沿其周向间隔设置有多个子凸部，多个子凸部用于承载基片S；并且，每个子凸部的上表面位于同一平面且低于移动环23的上表面，在这种情况下，基片S自第二环形凹部的侧壁下滑位于该多个子凸部上。可以理解，在环形凸部232替换成为多个子凸部的情况下，由于等离子体的运动方向为竖直方向，也就是说，等离子体中的粒子进入间隙202后很难水平运动，因此，不会自间隙202、相邻两个自凸部之间的间隙和基座22上的豁口221扩散至传输空间；并且由于移动环23完全遮挡了等离子自间隙202和位于间隙202下方的基座22上豁口221扩散至传输空间，因此，在环形凸部232替换成为多个子凸部的情况下，同样可以避免等离子体中的粒子扩散至传输空间。

还需要说明的是，在实际应用中，为实现基座22在通孔211内升降，可以不需要在通孔211设置凸起2111和以及在基座22上设置豁口221，只需要基座22的外径小于通孔211的内径，同样可以借助基座22的外径大于移动环23的内径实现将移动环23顶起。

作为另外一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，该反应腔室采用本发明上述实施例提供的反应腔室。

本实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本实施例提供上述反应腔室，可以尽可能地减小压爪的周向尺寸来提高基片的可利用面积，从而可以提高单片基片的产能和经济效益；并且，由于该移动环叠置在通孔的多个凸起上，对其更换时可直接进行取放，无需任何辅助工具，因而使得更换方便，从而可以节省维护时间和提高经济效益。

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 (10)

1.一种反应腔室，包括压环、转盘和基座，所述压环的内周壁上设置有多个压爪，所述压环的内径大于所述基片的外径；所述转盘上设置有通孔，所述压环、通孔和基座由上至下依次且同轴设置；其特征在于，还包括用于承载基片的移动环，所述移动环的内径小于基片的外径且其外径大于所述压环的内径；所述移动环叠置在所述通孔的端面上；

所述基座的外径大于所述移动环的内径，并且，所述基座上设置有用于容纳所述移动环的第一环形凹部，且所述移动环承载基片的部分的厚度不大于所述第一环形凹部的深度，借助所述基座在所述通孔内上升，将所述移动环顶起位于第一环形凹部且所述基座上升至预设位置，以实现所述压爪将所述基片固定在所述基座的上表面上。

2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述移动环的上表面上设置有用于承载所述基片的第二环形凹部。

3.根据权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，在所述第二环形凹部下表面的靠近所述移动环环孔的区域内沿其周向设置有环形凸部，所述环形凸部用于承载所述基片，所述环形凸部的上表面低于所述移动环的上表面。

4.根据权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，在所述第二环形凹部下表面的靠近所述移动环环孔的区域内沿其周向间隔设置有多个子凸部，多个所述子凸部用于承载所述基片，各个所述子凸部的上表面位于同一平面且低于所述移动环的上表面。

5.根据权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，所述第二环形凹部远离所述移动环环孔的侧壁与其下表面之间的夹角为预设第一钝角。

6.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述通孔的内周壁上设置有多个凸起，在所述基座上设置有与所述凸起的数量和位置一一对应的豁口，所述豁口的尺寸大于所述凸起的尺寸，以实现所述基座在所述通孔内升降。

7.根据权利要求6所述的反应腔室，其特征在于，在每个所述凸起上设置有用于承载所述移动环的凹部。

8.根据权利要求7所述的反应腔室，其特征在于，每个所述凹部靠近所述通孔内周壁的侧壁与其下表面之间的夹角为预设第二钝角，并且

所述移动环外侧壁与其下表面之间的夹角为预设第三钝角；所述预设第二钝角等于所述预设第三钝角，以使所述移动环沿各个所述凹部的侧壁下滑至所述凹部内承载所述移动环的位置处。

9.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述移动环承载基片的部分的厚度略微小于第一环形凹部的深度。

10.一种半导体加工设备，包括反应腔室，其特征在于，所述反应腔室采用权利要求1-9任意一项所述的反应腔室。