CN105632967B - 半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室、下电极和固定机构，其中，下电极由该固定机构固定在反应腔室内，且在该下电极底部设置有加热器，该固定机构包括至少三个支撑柱，且关于该下电极的轴向中心线对称分布；每个支撑柱的两端分别与加热器的底部和反应腔室底部的腔室壁密封连接，并且在所有的支撑柱中，至少有一个支撑柱采用空腔结构；在反应腔室底部的腔室壁上，且与各个空腔的支撑柱一一对应地位置处设置有通孔，空腔的支撑柱和与之相对应的通孔用于将加热器的线缆引出至反应腔室之外。本发明提供的半导体加工设备，其不仅结构简单、安装方便，而且还可以使下电极的底部结构呈对称分布，从而可以保证气流分布均匀。

Description

半导体加工设备

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，具体地，涉及一种半导体加工设备。

背景技术

LED PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积)设备主要用于在蓝宝石或硅片表面沉积镀膜(例如SiN/SiO等)。LED PECVD设备的反应腔室作为镀膜发生场所，其结构尤其重要，进行沉积镀膜的很多重要指标都与腔室结构紧密相关，例如气流均匀性、腔室大小等。

图1为现有的半导体加工设备的剖视图。如图1所示，半导体加工设备包括反应腔室10，在反应腔室10内设置有用于承载晶片的下电极11，且在下电极11内部还设置有加热器12(包括加热丝和热电偶)，用以加热晶片。该下电极11由沿其周向均匀分布的三个固定柱16支撑，并且在下电极11的底部还设置有接线引出件13，其上端与下电极11连接，下端自反应腔室10的底部延伸出去，并且该接线引出件13内设置有出线孔131，加热器12的线缆通过该出线孔131伸出至反应腔室10之外。此外，在接线引出件13上，且位于反应腔室10的底部外侧还套设有波纹管14，该波纹管14的上端与反应腔室10密封连接，下端通过连接法兰15与接线引出件13密封连接，从而实现对反应腔室10的内部的密封。另外，在反应腔室10的顶部还设置有上电极17，上电极17通过匹配器与射频电源电连接，用以将射频功率导入反应腔室10内，以激发等离子体；同时，上电极17采用气体匀流结构，如图1所示，用以将反应气体均匀地输送至反应区域。在进行沉积工艺时，反应气体经由上电极17进入反应腔室10内，并扩散至下电极11上的晶片表面进行化学反应，以在晶片表面形成薄膜；反应后的废气通过位于反应腔室10底部中心位置处的过渡腔18排出。

上述反应腔室在实际应用中不可避免地存在以下问题，即：

由于上述反应腔室在使用三个固定柱16支撑下电极11的基础上，单设一接线引出件13导出加热器12的线缆，导致下电极11底部结构呈不对称分布，如图2所示，这往往会导致反应腔室10内的气流分布不均，从而影响工艺结果。此外，接线引出件13的密封处结构复杂，且需要使用波纹管14，从而不仅安装困难、且制造成本较高。

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，提出了一种半导体加工设备，其不仅结构简单、安装方便，而且还可以使下电极的底部结构呈对称分布，从而可以保证气流分布均匀。

为实现本发明的目的而提供一种半导体加工设备，包括反应腔室、下电极和固定机构，所述下电极由所述固定机构固定在所述反应腔室内，且在所述下电极底部设置有加热器，所述固定机构包括至少三个支撑柱，且关于所述下电极的轴向中心线对称分布；每个支撑柱的两端分别与所述加热器的底部和所述反应腔室底部的腔室壁密封连接，并且在所有的所述支撑柱中，至少有一个支撑柱采用空腔结构；在所述反应腔室底部的腔室壁上，且与各个空腔的所述支撑柱一一对应地位置处设置有通孔，空腔的所述支撑柱和与之相对应的所述通孔用于将所述加热器的线缆引出至所述反应腔室之外。

优选的，所述固定机构还包括中心法兰和第一转接法兰，其中，所述中心法兰固定在所述加热器的底部，其具有中心孔，用以将所述加热器的线缆引出；所述第一转接法兰的上端面与所述中心法兰的下端面密封连接，所述第一转接法兰的下端面与各个支撑柱的上端密封连接；并且，在所述第一转接法兰内设置有第一引出孔，用于一一对应地将各个支撑柱的空腔与所述中心孔连通。

优选的，在所述中心法兰的下端面与所述第一转接法兰的上端面之间设置有第一密封圈，用以对二者之间的间隙进行密封。

优选的，所述第一转接法兰的下端面与各个支撑柱采用焊接或者一体成型的方式密封连接。

优选的，在所述第一转接法兰内设置有冷却管道，所述冷却管道的输入管和输出管依次通过所述中心孔、所述第一引出孔、所述支撑柱的空腔和所述通孔伸出至所述反应腔室之外；通过向所述冷却管道通入冷却水，对所述第一密封圈进行冷却。

优选的，所述固定机构还包括第一接地连接装置，用于将所述下电极与第一转接法兰电连接。

优选的，所述固定机构还包括第二转接法兰，所述第二转接法兰的下端面与所述反应腔室底部的腔室壁密封连接，所述第二转接法兰的上端面与各个支撑柱的下端密封连接；在所述第二转接法兰内设置有第二引出孔，用于将各个支撑柱的空腔一一对应地与各个通孔连通。

优选的，在所述第二转接法兰的下端面与所述反应腔室底部的腔室壁之间设置有第二密封圈，用以对二者之间的间隙进行密封。

优选的，在所述反应腔室底部的腔室壁上设置有定位槽，所述第二转接法兰的下部分位于所述定位槽内。

优选的，所述固定机构还包括第二接地连接装置，用于将所述第二转接法兰和所述反应腔室底部的腔室壁电连接；所述反应腔室底部的腔室壁接地。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的半导体加工设备，其仅利用关于下电极的轴向中心线对称分布的至少三个支撑柱承载加热器，可以使得下电极底部结构呈对称分布，从而可以保证气流分布均匀。同时，在所有的支撑柱中，将至少一个支撑柱采用空腔结构，并在反应腔室底部的腔室壁上，且与各个空腔的支撑柱一一对应地位置处设置有通孔，可以将加热器的线缆引出至反应腔室之外，这与现有技术相比，不仅结构简单、安装方便，从而可以降低制造和加工成本。

附图说明

图1为现有的反应腔室的剖视图；

图2为图1中沿A-A线的剖视图；

图3A为本发明实施例提供的半导体加工设备的局部剖视图；

图3B为图3A中I区域的放大图；以及

图4为本发明实施例提供的半导体加工设备所采用的支撑柱的俯视图。

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半导体加工设备进行详细描述。

图3A为本发明实施例提供的半导体加工设备的局部剖视图。图3B为图3A中I区域的放大图。请一并参阅图3A和图3B，半导体加工设备包括反应腔室20、下电极21和固定机构。其中，下电极21由本发明实施例提供的固定机构固定在反应腔室20内，下电极21用于承载晶片；并且，在下电极21的底部设置有加热器27，用以加热置于下电极21上的晶片，加热器27通常包括诸如铠装加热管或者电阻丝等的发热元件，以及用于检测晶片温度的热电偶。

在本实施例中，固定机构包括四个支撑柱26，且关于下电极21的轴向中心线对称分布。每个支撑柱26的两端分别与加热器27的底部和反应腔室20底部的腔室壁密封连接，并且每个支撑柱26均采用空腔结构。而且，在反应腔室20底部的腔室壁上，且与各个空腔261的支撑柱26一一对应地位置处设置有通孔201，即，通孔201的数量也为四个，且与四个支撑柱26一一对应。加热器27的线缆271(包括发热元件以及热电偶的引线)，可以依次经由支撑柱26的空腔261和与之相对应的通孔201引出至反应腔室20之外。

如图3A所示，下电极21底部结构呈对称分布，从而可以保证气流分布均匀。同时，借助每个支撑柱26的空腔261和与之相对应的通孔201可以将加热器27的线缆引出至反应腔室20之外，这与现有技术相比，不仅结构简单、安装方便，从而可以降低制造和加工成本。

下面对每个支撑柱26的两端分别与加热器27的底部和反应腔室20底部的腔室壁密封连接的具体方式进行详细描述。

具体地，固定机构还包括中心法兰22、第一转接法兰24和第二转接法兰29，其中，中心法兰22固定在加热器27的底部，其具有中心孔221，用以将加热器27的线缆引出；第一转接法兰24的上端面与中心法兰22的下端面密封连接，第一转接法兰24的下端面与各个支撑柱26的上端密封连接；并且，在第一转接法兰24内设置有第一引出孔241，用于一一对应地将各个支撑柱26的空腔261与中心孔221连通，进一步说，第一引出孔241的数量与支撑柱26的数量相对应，且各个第一引出孔241的上端均与中心孔221连通，各个第一引出孔241的下端一一对应地与各个支撑柱26的空腔261连通。第二转接法兰29的下端面与反应腔室20底部的腔室壁密封连接，第二转接法兰29的上端面与各个支撑柱26的下端密封连接；并且，在第二转接法兰29内设置有第二引出孔291，用于将各个支撑柱26的空腔261一一对应地与各个通孔201连通。

如图3B所示，加热器27的各条线缆271首先同时经由中心法兰22的中心孔221引出，然后可以依次经由第一引出孔241、支撑柱26的空腔261、第二引出孔291以及通孔201引出至反应腔室20之外。容易理解，加热器27的每条线缆271可以选择四个支撑柱26的空腔261中的任意一个引出。

为了保证反应腔室20的真空环境，在中心法兰22的下端面与第一转接法兰24的上端面之间设置有第一密封圈23，用以对二者之间的间隙进行密封。同时，在第二转接法兰29的下端面与反应腔室20底部的腔室壁之间设置有第二密封圈31，用以对二者之间的间隙进行密封。

在本实施例中，在反应腔室20底部的腔室壁的中心位置处还设置有排气口202，并且在反应腔室20的底部，且与该排气口202相对应的位置处还设置有过渡腔30，在进行工艺时，反应后产生的废气可以依次经由排气口202和过渡腔30排出反应腔室20。在这种情况下，第二转接法兰29采用环形结构，且环绕在排气口202的外围，从而可以使与第二转接法兰29连接的各个支撑柱26能够斜跨在排气口202的周围，而不会影响废气的排出，进而可以保证气流分布均匀。另外，由于第二转接法兰29采用环形结构，因而第二密封圈31的数量为两个，且分别环绕在第二引出孔291的内侧和外侧，从而可以实现第二引出孔291的密封。

优选的，在反应腔室20底部的腔室壁上设置有定位槽，第二转接法兰29的下部分位于该定位槽内，以便于对第二转接法兰29的安装和定位，同时还可以提高固定机构支撑下电极21的稳定性。

优选的，第一转接法兰24的下端面与各个支撑柱26采用焊接或者一体成型的方式密封连接，第二转接法兰29的上端面与各个支撑柱26的下端采用焊接或者一体成型的方式密封连接，这样，第一转接法兰24、各个支撑柱26和第二转接法兰29形成如图4所示的一体式结构，且该一体式结构关于下电极21的轴向中心线对称分布，从而可以保证气流分布均匀，同时一体式结构的稳定性更好、且加工成本较低。

进一步优选的，在第一转接法兰24内设置有冷却管道25，通过向冷却管道25通入冷却水，对第一密封圈23进行冷却，以防止第一密封圈23因过热而密封失效。冷却管道25的输入管和输出管的引出方式与加热器27的电缆的引出方式相同，即，输入管和输出管依次通过中心孔221、第一引出孔241、支撑柱26的空腔261和通孔201伸出至反应腔室20之外，以实现对冷却水的输入和输出。

另外，固定机构还包括第一接地连接装置和第二接地连接装置，其中，第一接地连接装置(图中未示出)用于将下电极21与第一转接法兰24电连接。第二接地连接装置(图中未示出)用于将第二转接法兰29和反应腔室20底部的腔室壁电连接；反应腔室20底部的腔室壁接地。这样，下电极21可以依次通过第一转接法兰24、支撑柱26和第二转接法兰29与反应腔室20底部的腔室壁导通，从而实现下电极21的接地。第一、第二接地连接装置可以为导线、螺线管等等。

需要说明的是，在本实施例中，支撑柱26的数量为四个，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，支撑柱的数量还可以为三个或者五个以上，且关于下电极的轴向中心线对称分布。而且，在所有的支撑柱中，也可以仅选择其中的一个或多个支撑柱采用空腔结构，而不必所有的支撑柱均采用空腔结构，具体可以根据单个空腔所能容纳的线缆的数量而考虑。与之相对应的，反应腔室底部的腔室壁上的通孔数量和位置与具有空腔的支撑柱的数量和位置一一对应；第一引出孔和第二引出孔各自的数量和位置与具有空腔的支撑柱的数量和位置一一对应。

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)

1.一种半导体加工设备，包括反应腔室、下电极和固定机构，所述下电极由所述固定机构固定在所述反应腔室内，且在所述下电极底部设置有加热器，其特征在于，所述固定机构包括至少三个支撑柱、中心法兰和第一转接法兰，其中，至少三个所述支撑柱关于所述下电极的轴向中心线对称分布；每个支撑柱的两端分别与所述加热器的底部和所述反应腔室底部的腔室壁密封连接，并且在所有的所述支撑柱中，至少有一个支撑柱采用空腔结构；

在所述反应腔室底部的腔室壁上，且与各个空腔的所述支撑柱一一对应地位置处设置有通孔，空腔的所述支撑柱和与之相对应的所述通孔用于将所述加热器的线缆引出至所述反应腔室之外；

所述中心法兰固定在所述加热器的底部，其具有中心孔，用以将所述加热器的线缆引出；

所述第一转接法兰的上端面与所述中心法兰的下端面密封连接，所述第一转接法兰的下端面与各个支撑柱的上端密封连接；并且，在所述第一转接法兰内设置有第一引出孔，用于一一对应地将各个支撑柱的空腔与所述中心孔连通。

2.根据权利要求1所述的半导体加工设备，其特征在于，在所述中心法兰的下端面与所述第一转接法兰的上端面之间设置有第一密封圈，用以对二者之间的间隙进行密封。

3.根据权利要求1所述的半导体加工设备，其特征在于，所述第一转接法兰的下端面与各个支撑柱采用焊接或者一体成型的方式密封连接。

4.根据权利要求2所述的半导体加工设备，其特征在于，在所述第一转接法兰内设置有冷却管道，所述冷却管道的输入管和输出管依次通过所述中心孔、所述第一引出孔、所述支撑柱的空腔和所述通孔伸出至所述反应腔室之外；

通过向所述冷却管道通入冷却水，对所述第一密封圈进行冷却。

5.根据权利要求1所述的半导体加工设备，其特征在于，所述固定机构还包括第一接地连接装置，用于将所述下电极与第一转接法兰电连接。

6.根据权利要求1所述的半导体加工设备，其特征在于，所述固定机构还包括第二转接法兰，所述第二转接法兰的下端面与所述反应腔室底部的腔室壁密封连接，所述第二转接法兰的上端面与各个支撑柱的下端密封连接；

在所述第二转接法兰内设置有第二引出孔，用于将各个支撑柱的空腔一一对应地与各个通孔连通。

7.根据权利要求6所述的半导体加工设备，其特征在于，在所述第二转接法兰的下端面与所述反应腔室底部的腔室壁之间设置有第二密封圈，用以对二者之间的间隙进行密封。

8.根据权利要求6或7所述的半导体加工设备，其特征在于，在所述反应腔室底部的腔室壁上设置有定位槽，所述第二转接法兰的下部分位于所述定位槽内。

9.根据权利要求6所述的半导体加工设备，其特征在于，所述固定机构还包括第二接地连接装置，用于将所述第二转接法兰和所述反应腔室底部的腔室壁电连接；

所述反应腔室底部的腔室壁接地。