CN105655272B - 反应腔室及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反应腔室及半导体加工设备，其背吹供气系统包括分别向上背吹空腔和下背吹空腔供给背吹气体的上背吹气路和下背吹气路，二者分别具有上背吹抽气旁路和下背吹抽气旁路，其中，上背吹抽气旁路与所述反应腔室连接，用以将上背吹气路中多余的背吹气体输送至反应腔室；下背吹抽气旁路与腔室抽气系统连接，用以将下背吹气路中多余的背吹气体输送至腔室抽气系统。本发明提供的反应腔室，其不仅可以避免下背吹气路对工艺过程产生影响，而且还可以延长冷泵再生周期，从而可以提高产能。

Description

反应腔室及半导体加工设备

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，更具体地，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(IC)制造工艺过程中，特别是等离子刻蚀(ETCH)、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)等工艺过程中，为了固定、支撑及传送晶片等被加工器件，避免被加工器件出现移动或错位现象，往往使用静电卡盘(Electro Static Chuck，简称ESC)或者机械夹具等晶片夹持装置。

目前，通常将高温静电卡盘引入到硬掩膜(Hardmask)的制造工艺中，用于固定晶片同时控制晶片的温度。请参阅图1，其中示出了现有技术中常见的晶片夹持装置。该晶片夹持装置包括静电卡盘1以及用于支撑和加热该静电卡盘1的加热基座2。其中，在晶片4的下表面与静电卡盘1的上表面之间通过第一密封环12密封形成上背吹空腔13，并且在静电卡盘1的下表面与加热基座2的上表面之间通过第二密封环14密封形成下背吹空腔15。通过分别向上背吹空腔13和下背吹空腔15通入背吹气体，可以保证在高真空的反应腔室中，静电卡盘1与晶片4之间以及静电卡盘1与加热基座2之间能够保持良好的导热性能，从而可以获得良好的工艺结果。

请参阅图2，其中示出了应用上述晶片夹持装置的反应腔室的气路示意图。该反应腔室100包括背吹供气系统200和抽真空系统300。其中，抽真空系统300包括抽气气路301和系统干泵302，系统干泵302通过抽气气路301与反应腔室100连接，用以对反应腔室100进行抽真空。上述晶片夹持装置安装于反应腔室100内，且与背吹供气系统200连接。该背吹供气系统200包括两路背吹气路，即：上背吹气路201和下背吹气路202，用以分别向上背吹空腔13和下背吹空腔15供给背吹气体，并且每路背吹气路还具有旁路，即：上背吹旁路2011和下背吹旁路2021，用以在稳压后将背吹气体溢流到反应腔室100内。另外，在进行工艺的过程中，上述两路背吹气路同时向上背吹空腔13或下背吹空腔15供给背吹气体，且在完成工艺之后，上背吹气路201停止向上背吹空腔13通气，而下背吹气路202仍然保持向下背吹空腔15通气，以保证ESC温度的均匀性和热变形的稳定性。

上述进气机构在实际应用中不可避免地存在以下问题：

其一，由于下背吹气路202需要一直向下背吹空腔15供给背吹气体，而且下背吹气路202内的多余背吹气体是自旁路气路流入反应腔室100，再由抽气气路抽出，这在工艺过程中会影响反应腔室100的压升率和工艺压力，从而影响工艺结果；

其二，由于受到冷泵的抽气容量的限制，其在抽气容量达到设定值时需要停止进行工艺操作进行再生，而下背吹气路202一直向下背吹空腔15供给背吹气体会缩短冷泵达到抽气容量的时间，从而导致冷泵再生的次数增多，进而影响产能。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种反应腔室及半导体加工设备，其不仅可以避免下背吹气路对工艺过程产生影响，而且还可以延长冷泵再生周期，从而可以提高产能。

为此，本发明提供了一种反应腔室，其包括腔室抽气系统、晶片夹持装置和背吹供气系统，所述腔室抽气系统用于对所述反应腔室进行抽真空；所述晶片夹持装置包括用于承载晶片的卡盘以及用于支撑和加热所述卡盘的加热基座，并且在所述卡盘与加热基座之间以及所述卡盘与晶片之间分别形成有上背吹空腔和下背吹空腔；所述背吹供气系统包括分别向所述上背吹空腔和下背吹空腔供给背吹气体的上背吹气路和下背吹气路，所述上背吹气路和下背吹气路分别具有上背吹抽气旁路和下背吹抽气旁路，其中，所述上背吹抽气旁路与所述反应腔室连接，用以将所述上背吹气路中多余的背吹气体输送至所述反应腔室；所述下背吹抽气旁路与所述腔室抽气系统连接，用以将所述下背吹气路中多余的背吹气体输送至所述腔室抽气系统。

优选的，在所述下背吹抽气旁路上设置有过滤器。

优选的，在所述下背吹抽气旁路上设置有单向阀。

优选的，在所述下背吹抽气旁路上设置有相互并联的第一针阀和第一通断阀。

优选的，在所述上背吹抽气旁路上设置有相互并联的第二针阀和第二通断阀。

优选的，所述腔室抽气系统包括系统干泵以及相互并联的第一支路和第二支路，所述系统干泵通过所述第一支路和第二支路与所述反应腔室连接；其中，在所述第一支路上设置有第三通断阀；在所述第二支路上设置有冷泵和第四通断阀，并且，所述反应腔室还包括抽气口和用于开启或关闭所述抽气口的门阀，所述冷泵在所述门阀开启时，通过所述抽气口对所述反应腔室进行抽真空。

优选的，分别在所述上背吹气路和下背吹气路上，且位于所述上背吹抽气旁路和下背吹抽气旁路的上游分别设置有前端通断阀、质量流量计、过滤器和中间通断阀。

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。

相对于现有技术，本发明具有下述有益效果：

本发明提供的反应腔室，其通过使下背吹抽气旁路与腔室抽气系统连接，可以将下背吹气路中多余的背吹气体输送至腔室抽气系统，这与现有技术相比，下背吹气路中多余的背吹气体不再通过反应腔室之后再由腔室抽气系统抽出，而是由腔室抽气系统直接抽出，从而不仅可以避免下背吹气路对工艺过程产生影响，进而可以提高工艺稳定性，保证工艺结果；而且还可以延长冷泵再生周期，从而可以提高产能。

本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述反应腔室，不仅可以提高工艺稳定性，保证工艺结果；而且还可以延长冷泵再生周期，从而可以提高产能。

附图说明

图1为现有技术中的晶片夹持装置的剖视图；

图2为应用图1所示晶片夹持装置的反应腔室的气路示意图；以及

图3为本发明实施例提供的反应腔室的气路示意图。

具体实施方式

为使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图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3为本发明实施例提供的反应腔室的气路示意图。请参阅图3，本发明实施例提供的反应腔室包括腔室抽气系统500、晶片夹持装置和背吹供气系统600。其中，腔室抽气系统500用于对反应腔室进行抽真空，其包括系统干泵501、以及相互并联的第一支路502和第二支路503，该系统干泵501通过第一支路503和第二支路502与反应腔室连接，用以对反应腔室进行中低真空初抽。其中，在第一支路503上设置有第三通断阀V51，用以控制第一支路503的接通/断开；在第二支路502上设置有冷泵504和第四通断阀V52，并且，反应腔室还包括抽气口(图中未示出)和用于开启或关闭该抽气口的门阀407，冷泵504在门阀407开启时，通过该抽气口对反应腔室进行抽真空，冷泵504可以实现将反应腔室维持在高真空度的状态。事实上，在实际应用中，冷泵504始终保持工作状态，并通过开启或关闭门阀407来控制抽真空操作的进行或结束。

晶片夹持装置包括用于承载晶片402的卡盘400以及用于支撑和加热该卡盘400的加热基座401，其中，卡盘400为静电卡盘，用以采用静电吸附的方式固定晶片402。而且，在卡盘400与加热基座401之间以及卡盘400与晶片402之间分别利用密封件405和密封件403形成有上背吹空腔404和下背吹空腔406。通过分别向上背吹空腔404和下背吹空腔406通入背吹气体，可以保证在高真空的反应腔室中，卡盘400与晶片402之间以及卡盘400与加热基座401之间能够保持良好的导热性能，从而可以获得良好的工艺结果。上述背吹气体可以为氩气或者氦气等。

背吹供气系统600用于分别向上背吹空腔404和下背吹空腔406提供背吹气体，其包括上背吹气路601和下背吹气路602，其中，上背吹气路601与上背吹空腔404连接，且在上背吹气路601上沿气体的流动方向依次设置有前端通断阀V611、质量流量计MFC1、过滤器F1和中间通断阀V612。其中，前端通断阀V611用作接通/断开上背吹气路601的总开关；质量流量计MFC1用于控制上背吹气路601内的气体流量；过滤器F1用于过滤流经其的背吹气体的杂质；中间通断阀V612用于接通/断开上背吹气路601。与上背吹气路601相类似的，下背吹气路602与下背吹空腔406连接，且在下背吹气路602上沿气体的流动方向依次设置有前端通断阀V621、质量流量计MFC2、过滤器F2和中间通断阀V622。上述元件的功能与上背吹气路601上的各个元件的功能相同，在此不再重复描述。而且，在进行工艺的过程中，上述两路背吹气路同时向上背吹空腔404和下背吹空腔406供给背吹气体，且在完成工艺之后，上背吹气路601停止向上背吹空腔404通气，而下背吹气路602仍然保持向下背吹空腔406通气，以保证卡盘400温度的均匀性和热变形的稳定性。

在本实施例中，上背吹气路601和下背吹气路602分别具有上背吹抽气旁路6011和下背吹抽气旁路6021，二者分别连接在各自背吹气路上各个元件的下游，用以在背吹空腔内的气压稳定之后排出背吹气路中多余的背吹气体。而且，上背吹抽气旁路6011与反应腔室连接，用以将上背吹气路601中多余的背吹气体输送至反应腔室内，然后这部分背吹气体会由上述背吹供气系统600抽出反应腔室；下背吹抽气旁路6021与腔室抽气系统600连接，用以将下背吹气路602中多余的背吹气体输送至腔室抽气系统600。也就是说，下背吹气路602中多余的背吹气体不通过反应腔室，而是直接由腔室抽气系统抽出，这不仅可以避免下背吹气路602对工艺过程产生影响，从而可以提高工艺稳定性，进而保证工艺结果；而且还可以延长冷泵再生周期，从而可以提高产能。

优选的，在下背吹抽气旁路6021上设置有过滤器F3，用以避免其他气路中的颗粒进入下背吹抽气旁路6021。

当下背吹气路602中的压力过低时，或者当系统干泵501对其他腔室初抽真空时，气体可能会从系统干泵501的管路倒流入下背吹气路602，造成下背吹空腔406中的背吹压力产生较大波动，从而影响卡盘400的正常工作。为此，优选的，在下背吹抽气旁路6021上设置有单向阀D1，借助单向阀D1，用以避免系统干泵501的管路内的气体倒流。

另外，在下背吹抽气旁路6021上还设置有相互并联的第一针阀Z2和第一通断阀V623，其中，通过调整第一针阀Z2的开口大小，可以调节下背吹空腔406的背吹压力，且将该背吹压力保持在设定的压力值，通常，下背吹空腔406的背吹压力优选保持在2～8Torr；第一通断阀V623用于短接上述第一针阀Z2。

在本实施例中，在上背吹抽气旁路6011上设置有相互并联的第二针阀Z1和第二通断阀V613，其中，通过调整第二针阀Z1的开口大小，可以调节上背吹空腔404的背吹压力，且将该背吹压力保持在设定的压力值，通常，上背吹空腔404的背吹压力优选保持在6～10Torr；第二通断阀V613用于短接上述第一针阀Z2。

需要说明的是，上述各个通断阀可以为气动阀、电磁阀或者手动阀等等。

综上所述，本发明实施例提供的反应腔室，其通过使下背吹抽气旁路与腔室抽气系统连接，可以将下背吹气路中多余的背吹气体输送至腔室抽气系统，这与现有技术相比，下背吹气路中多余的背吹气体不再通过反应腔室之后再由腔室抽气系统抽出，而是由腔室抽气系统直接抽出，从而不仅可以避免下背吹气路对工艺过程产生影响，进而可以提高工艺稳定性，保证工艺结果；而且还可以延长冷泵再生周期，从而可以提高产能。

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，其包括反应腔室，该反应腔室采用了本发明实施例提供的上述反应腔室。

本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述反应腔室，不仅可以提高工艺稳定性，保证工艺结果；而且还可以延长冷泵再生周期，从而可以提高产能。

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 (8)

1.一种反应腔室，其包括腔室抽气系统、晶片夹持装置和背吹供气系统，所述腔室抽气系统用于对所述反应腔室进行抽真空；所述晶片夹持装置包括用于承载晶片的卡盘以及用于支撑和加热所述卡盘的加热基座，并且在所述卡盘与加热基座之间以及所述卡盘与晶片之间分别形成有上背吹空腔和下背吹空腔；所述背吹供气系统包括分别向所述上背吹空腔和下背吹空腔供给背吹气体的上背吹气路和下背吹气路，其特征在于，所述上背吹气路和下背吹气路分别具有上背吹抽气旁路和下背吹抽气旁路，其中，

所述上背吹抽气旁路与所述反应腔室连接，用以将所述上背吹气路中多余的背吹气体输送至所述反应腔室；

所述下背吹抽气旁路与所述腔室抽气系统连接，用以将所述下背吹气路中多余的背吹气体输送至所述腔室抽气系统。

2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，在所述下背吹抽气旁路上设置有过滤器。

3.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，在所述下背吹抽气旁路上设置有单向阀。

4.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，在所述下背吹抽气旁路上设置有相互并联的第一针阀和第一通断阀。

5.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，在所述上背吹抽气旁路上设置有相互并联的第二针阀和第二通断阀。

6.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述腔室抽气系统包括系统干泵以及相互并联的第一支路和第二支路，所述系统干泵通过所述第一支路和第二支路与所述反应腔室连接；其中，

在所述第一支路上设置有第三通断阀；

在所述第二支路上设置有冷泵和第四通断阀，并且，所述反应腔室还包括抽气口和用于开启或关闭所述抽气口的门阀，所述冷泵在所述门阀开启时，通过所述抽气口对所述反应腔室进行抽真空。

7.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，分别在所述上背吹气路和下背吹气路上，且位于所述上背吹抽气旁路和下背吹抽气旁路的上游分别设置有前端通断阀、质量流量计、过滤器和中间通断阀。

8.一种半导体加工设备，包括反应腔室，其特征在于，所述反应腔室采用权利要求1-7中任意一项所述的反应腔室。