CN106611693B - 反应腔室及半导体加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种反应腔室及半导体加工设备，属于半导体制造的技术领域，其可解决现有的半导体加工设备中颗粒容易返回反应腔室中造成二次污染的问题。本发明的反应腔室包括设置在所述反应腔室底部的出气口，还包括颗粒阻挡板，在所述颗粒阻挡板上设置有可供颗粒单向通过的通道，用于阻挡自所述出气口排出所述反应腔室的颗粒重新返回所述反应腔室。本发明的反应腔室由于在其内部增设了颗粒阻挡板，可以有效阻挡处于颗粒阻挡板下方的颗粒回灌到反应腔室内部，避免了颗粒对反应腔室造成二次污染，使反应腔室长时间处于良好的工作状况下，提高了产品的良率。

Description

反应腔室及半导体加工设备
技术领域
本发明涉及半导体制造的技术领域，具体涉及一种反应腔室及半导体加工设备。
背景技术
半导体加工设备广泛地应用于集成电路(IC)或微机电系统器件(MEMS)的制造工艺中。在半导体集成电路制造中，半导体加工设备常采用含有大量活性粒子的等离子体将多层材料交替的沉积到衬底表面并从衬底表面刻蚀该多层材料。
常规的半导体加工设备，如图1所示，包括：介质窗1、调整支架2、内衬3、反应腔室4、衬底(Wafer)5、工艺组件6、静电卡盘7、基座8、射频线圈9及分子泵10。该半导体加工设备按如下过程工作：将衬底5放入反应腔室4中，并通过静电卡盘7固定衬底5；工艺气体从介质窗1的进气口A进入反应腔室4、被激发为等离子体状态；等离子体被内衬3限制在特定区域内，完成对衬底5的刻蚀。刻蚀反应后的气体通过内衬3上的孔隙进入反应腔室4的下部；分子泵10对反应腔室4进行抽真空操作，进而使反应腔室4中的反应气体从出气口B排出半导体加工设备。
上述半导体加工设备在实际应用中不可避免地存在以下问题：
如果出现衬底5破损或反应腔室4内部零部件上的微小颗粒脱落的情况，会在反应腔室4内产生颗粒，这些颗粒主要沿着抽气方向流动(如图1中示出的箭头方向，自进气口A向出气口B流动)，当较大的颗粒与高速旋转的分子泵10的叶片接触碰撞时，分子泵叶片会将颗粒打成微小的颗粒，这些微小颗粒容易返回反应腔室4中造成二次污染，循环反复的颗粒碰撞造成反应腔室4内的颗粒量超标严重，长时间不能满足使用条件，从而造成反应腔室的恢复时间长，产品良率降低。
发明内容
本发明针对现有的半导体加工设备中颗粒容易返回反应腔室中造成二次污染的问题，提供一种反应腔室及半导体加工设备。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是：上述反应腔室，包括设置在所述反应腔室底部的出气口，还包括颗粒阻挡板，在所述颗粒阻挡板上设置有可供颗粒单向通过的通道，用于阻挡自所述出气口排出所述反应腔室的颗粒重新返回所述反应腔室。
优选的是，所述颗粒阻挡板由一个或者多个子板组成，所述通道为均匀分布在各个子板上的通孔。
优选的是，所述颗粒阻挡板由一个圆形子板和一个截面为梯形的环形子板组成，所述圆形子板与所述出气口的中心区域相对应，所述环形子板与该中心区域四周的边缘区域相对应，所述通道为均匀分布在所述圆形子板和所述环形子板上的通孔。
优选的是，每个所述通孔的轴向与经过该通孔的气体流向一致。
优选的是，所述多个子板由一个多边形子板和多个梯形子板组成，所述多边形子板与所述出气口的中心区域相对应，所述多个梯形子板与该中心区域四周的边缘区域相对应，每个所述梯形子板的上底边与所述多边形子板的一边相连，所述梯形子板的侧边依次相连、形成一个多面体。
优选的是，所述多边形子板上各个通孔的轴向与所述出气口的轴向一致；所述梯形子板上各个通孔的轴向相对于所述出气口的轴向倾斜预设角度；
每个所述通孔的轴向与其所在子板的板面相互垂直。
优选的是，所述子板为一个，且所述子板的板面与所述出气口的轴向相互垂直；
在所述子板的所有通孔中，与所述出气口的中心区域相对应的各个通孔的轴向与所述出气口的轴向一致；与所述出气口的边缘区域相对应的各个通孔的轴向相对于所述出气口的轴向倾斜预设角度。
优选的是，所述颗粒阻挡板由多个子板组成，且采用分体成型或者一体成型的方式制作。
优选的是，所述颗粒阻挡板为一个，且位于所述反应腔室内部或者所述反应腔室外部；或者，位于所述出气口内。
优选的是，所述颗粒阻挡板的数量为多个，多个所述颗粒阻挡板沿所述出气口的轴向间隔设置。
优选的是，所述颗粒阻挡板为两个，且分别位于在所述反应腔室内部和所述反应腔室外部；或者，
所述颗粒阻挡板为三个，且分别位于所述反应腔室内部和所述反应腔室外部以及所述出气口内。
优选的是，所述颗粒阻挡板由一个或者多个弧形板组成，所述通道为均匀分布在各个弧形板上的通孔。
优选的是，每个所述通孔的轴向与经过该通孔的气体流向一致。
优选的是，所述颗粒阻挡板采用不锈钢材料或者铝合金材料制成。
优选的是，所述通孔为圆孔，所述圆孔的径深比的取值范围在1/2-1/3，所述圆孔的直径的取值范围在2-4mm。
优选的是，所述通孔为方孔，所述方孔的边长与深度之比的取值范围在1/2-1/3，所述方孔的边长的取值范围在2-4mm。
优选的是，所述颗粒阻挡板采用螺纹连接或者焊接的方式与所述反应腔室固定连接。
作为另一种技术方案提供一种半导体加工设备，包括上述反应腔室。
本发明中的反应腔室，由于在其内部增设了颗粒阻挡板，可以有效阻挡处于颗粒阻挡板下方的颗粒回灌到反应腔室内部，避免颗粒对反应腔室造成二次污染，使反应腔室长时间处于良好的工作状况下，提高了产品的良率。
相应的采用上述反应腔室的半导体加工设备，在工作过程中衬底发生较大程度的破损时，颗粒阻挡板还可以阻挡衬底的碎块通过反应腔室的出气口落入到分子泵中，从而有效防止分子泵损坏。
附图说明
图1为现有的半导体加工设备的结构示意图；
图2为本发明的实施例1的反应腔室的结构示意图；
图3为图2中颗粒阻挡板的局部放大的结构示意图；
图4为本发明的实施例2的反应腔室的结构示意图；
图5为本发明的实施例3的反应腔室的结构示意图；
图6为本发明的实施例4中包括3个颗粒阻挡板的反应腔室的结构示意图；
其中，附图标记为：1、介质窗；2、调整支架；3、内衬；4、反应腔室；5、衬底；6、工艺组件；7、静电卡盘；8、基座；9、射频线圈；10、分子泵；11、颗粒阻挡板；12、通道。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例提供一种反应腔室，可以有效阻挡处于颗粒阻挡板下方的颗粒回灌到反应腔室内部，避免颗粒对反应腔室造成二次污染。
该反应腔室包括设置在反应腔室底部的出气口，还包括颗粒阻挡板，在颗粒阻挡板上设置有可供颗粒单向通过的通道，用于阻挡自出气口排出反应腔室的颗粒重新返回反应腔室。
如图2、图3所示，颗粒阻挡板11设置在反应腔室4底部的出气口的进气一侧，即反应腔室4内部。颗粒阻挡板11由一个圆形子板和一个截面为梯形的环形子板组成，圆形子板和环形子板上设置有均匀分布的通孔，这些通孔即充当供颗粒单向通过的通道12。
在现有的反应腔室中存在衬底破损或反应腔室4内部零部件上的微小颗粒脱落的情况，会在反应腔室4内产生颗粒，这些颗粒主要沿着抽气方向流动(如图2中示出的箭头方向所示)，当较大的颗粒与位于反应腔室4下方的高速旋转的分子泵的叶片接触碰撞时，分子泵叶片会将颗粒打成微小的颗粒，这些微小颗粒容易返回反应腔室4中造成二次污染。因此，将每个通孔的轴向设计成与经过该通孔的气体流向(如图2中箭头方向所示)一致，这样不仅可以使气体流动的阻力处在一个较低的水平，也可以使处在通孔内的颗粒始终受到沿通孔轴向向下的风力作用，可大大降低颗粒回灌到反应腔室4的几率，以减少颗粒污染。
具体的是，为了使组成颗粒阻挡板11的圆形子板和环形子板结构简单、制造方便，优选将每个子板上的通孔的轴向与所在子板的板面相互垂直。
上述圆形子板与出气口的中心区域相对应，环形子板与该中心区域四周的边缘区域相对应。由于反应腔室4内气体的流向如图2、图3中的箭头所示，在出气口的中心区域，气体的流向基本与出气口的轴向一致；在出气口的边缘区域，气体向出气口汇聚，气体的流向与出气口轴向的夹角大小的范围为30°～60°。所以，颗粒阻挡板11中与出气口的中心区域相对应的圆形子板上各个通孔的轴向与出气口的轴向一致；与出气口的边缘区域相对应的环形子板上各个通孔的轴向相对于出气口的轴向倾斜预设角度，以保证每个通孔的轴向与经过该通孔的气体流向一致，以获得最佳的阻挡颗粒回灌的效果，这里的预设角度优选的范围是：30°～60°。
需要说明的是，反应腔室4内气体的流向会受到反应腔室4的进气口和出气口的位置的影响，当反应腔室4的进气口和出气口的位置改变，需要相应的调整颗粒阻挡板11上通孔的轴向方向，在这里不再限定。此外，在实际应用中，每个通孔的轴向与经过该通孔的气体流向也可以不一致。
圆形子板和环形子板上的通孔可以是圆孔，也可以是方孔。当通孔是圆孔时，优选圆孔的径深比的取值范围在1/2-1/3，圆孔的直径的取值范围在2-4mm；当通孔是方孔时，方孔的边长与深度之比的取值范围在1/2-1/3，方孔的边长的取值范围在2-4mm。当然，通孔还可以采用其它的形状，例如三角形孔、梯形孔等。
颗粒阻挡板11优选采用不锈钢材料或者铝合金材料制成，具体可以采用分体成型的方式：先分别形成圆形子板和环形子板，再将圆形子板和环形子板拼接成一体；或者采用一体成型的方式：采用相应的模具，将圆形子板和环形子板同时一体形成。最后，采用常用的连接方式将颗粒阻挡板11与反应腔室4固定连接，例如采用螺纹连接的方式或者焊接的方式。
容易理解的是，本实施例中的颗粒阻挡板11也可以由一个多边形子板和多个梯形子板组成，多边形子板与出气口的中心区域相对应，多个梯形子板与该中心区域四周的边缘区域相对应，梯形子板的数量等于多边形子板的边数，每个梯形子板的上底边与多边形子板的一边相连，梯形子板的侧边依次相连、形成一个多面体。
多边形子板上通孔的设置方式与上述圆形子板相同，比如说，多边形子板上各个通孔的轴向与出气口的轴向一致；梯形子板上通孔的设置方式与上述环形子板相同，比如说，梯形子板上各个通孔的轴向相对于出气口的轴向倾斜预设角度；整体上，每个通孔的轴向与其所在子板的板面相互垂直。
本实施例中的颗粒阻挡板11是设置在反应腔室4底部的出气口的进气一侧，即反应腔室4内部，在不严格要求每个通孔的轴向与经过该通孔的气体流向一致的情况下，可以将上述颗粒阻挡板设置在出气口的出气一侧，即反应腔室4外部，以起到阻挡颗粒回灌的效果。
本实施例中的反应腔室，由于在其内部增设了颗粒阻挡板，可以有效阻挡处于颗粒阻挡板下方的颗粒回灌到反应腔室内部，避免了颗粒对反应腔室造成二次污染，使反应腔室长时间处于良好的工作状况下，提高了产品的良率。
实施例2：
本实施例提供一种反应腔室，该反应腔室相比于实施例1中的反应腔室的区别在于：本实施例反应腔室内的颗粒阻挡板由一块子板组成，该子板可以是圆形子板，也可以是多边形子板，其板面与出气口的轴向相互垂直。
本实施例的反应腔室，如图4所示，其内部的颗粒阻挡板11设置在反应腔室4底部的出气口的进气一侧，即反应腔室4内部，颗粒阻挡板11上的通道12为均匀分布在子板上的通孔，每个通孔的轴向与经过该通孔的气体流向一致。
为了保证每个通孔的轴向与经过该通孔的气体流向一致，在子板的所有通孔中，将与出气口的中心区域相对应的各个通孔的轴向设置成与出气口的轴向一致；将与出气口的边缘区域相对应的各个通孔的轴向设置成相对于出气口的轴向倾斜预设角度，以尽量保证每个通孔的轴向与经过该通孔的气体流向一致，这里通孔轴向的倾斜预设角度优选的范围是：45°～90°。
本实施例反应腔室中的颗粒阻挡板的其它结构特征与实施例1中的颗粒阻挡板相似，在这里不再赘述。容易理解的是，也可以将上述颗粒阻挡板设置在反应腔室内部或者反应腔室外部，为了得到更好的阻挡颗粒回灌的效果，可以相应调整通孔的轴向的倾斜角度，以尽量达到每个通孔的轴向与经过该通孔的气体流向一致。
本实施例中颗粒阻挡板由一个子板形成，结构简单，优选采用一体成型的方式制作，且能够有效阻挡处于颗粒阻挡板下方的颗粒回灌到反应腔室内部，避免了颗粒对反应腔室造成二次污染，使反应腔室长时间处于良好的工作状况下，提高了产品的良率。
实施例3：
本实施例提供一种反应腔室，该反应腔室相比于实施例1或实施例2中的反应腔室的区别在于：本实施例反应腔室内的颗粒阻挡板由一个弧形板组成。
如图5所示，本实施例反应腔室内的颗粒阻挡板11由一个弧形板组成，该弧形板上均匀分布有多个通孔作为供气体流过的通道12。为了得到最佳的阻挡颗粒回灌的效果，优选是将每个通孔的轴向设置成与经过该通孔的气体流向一致。
本实施例反应腔室中的颗粒阻挡板的其它结构特征与实施例1中的颗粒阻挡板相似，在这里不再赘述。容易理解的是，也可以将上述颗粒阻挡板设置在反应腔室外部，为了得到更好的阻挡颗粒回灌的效果，可以相应调整通孔的轴向的倾斜角度，以尽量达到每个通孔的轴向与经过该通孔的气体流向一致。
实施例4：
本实施例提供一种反应腔室，其具有与实施例1-3中任一项类似的颗粒阻挡板结构，其与实施例1-3的区别在于：颗粒阻挡板的数量为多个，并且多个颗粒阻挡板沿出气口的轴向间隔设置。
在反应腔室中，以颗粒阻挡板的数量为2个为例，在反应腔室内部可以设置一个实施例-3中任一所述的颗粒阻挡板；相应的，在反应腔室外部同样可以设置一个实施例1-3中任一所述的颗粒阻挡板。
在反应腔室中，以颗粒阻挡板的数量为3个为例，如图6所示，在上述颗粒阻挡板的数量为2个的基础上，在反应腔室底部的出气口的内部可以增设一个实施例2中所述的颗粒阻挡板。
容易理解的是，反应腔室中的颗粒阻挡板的数量可以不仅为2个或3个，还可以设置更多数量的颗粒阻挡板，例如，在在反应腔室底部的出气口的进气一侧，即反应腔室内部，可以设置多个实施例1-3中任一所述的颗粒阻挡板；在反应腔室底部的出气口的内部也可以设置多个实施例2中所述的颗粒阻挡板；在反应腔室底部的出气口的出气一侧，即反应腔室外部，还可以设置多个实施例1-3中任一所述的颗粒阻挡板。所以，可以根据实际的需要灵活地选择颗粒阻挡板的数量和设置颗粒阻挡板的位置，在这里不具体限定。
本实施例中的反应腔室通过采用多个颗粒阻挡板，可以有效阻挡处于颗粒阻挡板下方的颗粒回灌到反应腔室内部，避免了颗粒对反应腔室造成二次污染，使反应腔室长时间处于良好的工作状况下，提高了产品的良率。
实施例5：
本实施例提供了一种半导体加工设备，包括实施例1-4任一项所述的反应腔室，还包括：介质窗、调整支架、内衬、反应腔室、衬底(Wafer)、工艺组件、静电卡盘、基座、射频线圈及分子泵。
当衬底或反应腔室内部零部件上的微小颗粒脱落时，这些颗粒主要会沿着分子泵的抽气方向流动，并通过颗粒阻挡板流出反应腔室，当较大的颗粒与高速旋转的分子泵的叶片接触碰撞时，分子泵叶片会将颗粒打成微小的颗粒，并将部分微小颗粒向反应腔室的方向反弹，但是颗粒阻挡板的实体部分会起到直接阻挡颗粒进入到反应腔室内部，反弹到颗粒阻挡板的通道内的颗粒会与通道的内壁发生碰撞，同时由于颗粒阻挡板的通道是由多个轴向与经过该通孔的气体流向一致，在气体气流的影响下，颗粒连续多次碰撞后很难通过颗粒阻挡板的通道。从而在颗粒阻挡板的作用下，能够大幅降低颗粒回灌到反应腔室内部的几率，避免了颗粒对反应腔室造成二次污染，使反应腔室长时间处于良好的工作状况下，提高了产品的良率。
此外，当衬底发生较大程度的破损时，颗粒阻挡板可以阻挡衬底的碎块通过反应腔室的出气口落入到分子泵中，从而有效防止分子泵损坏。
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 (16)

1.一种反应腔室，包括设置在所述反应腔室底部的出气口，其特征在于，还包括颗粒阻挡板，在所述颗粒阻挡板上设置有可供颗粒单向通过的通道，用于阻挡自所述出气口排出所述反应腔室的颗粒重新返回所述反应腔室；所述颗粒阻挡板由一个或者多个子板组成，所述通道为均匀分布在各个子板上的通孔；每个所述通孔的轴向与经过该通孔的气体流向一致。
2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述颗粒阻挡板由一个圆形子板和一个截面为梯形的环形子板组成，所述圆形子板与所述出气口的中心区域相对应，所述环形子板与该中心区域四周的边缘区域相对应，所述通道为均匀分布在所述圆形子板和所述环形子板上的通孔。
3.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述多个子板由一个多边形子板和多个梯形子板组成，所述多边形子板与所述出气口的中心区域相对应，所述多个梯形子板与该中心区域四周的边缘区域相对应，每个所述梯形子板的上底边与所述多边形子板的一边相连，所述梯形子板的侧边依次相连、形成一个多面体。
4.根据权利要求3所述的反应腔室，其特征在于，所述多边形子板上各个通孔的轴向与所述出气口的轴向一致；所述梯形子板上各个通孔的轴向相对于所述出气口的轴向倾斜预设角度；
每个所述通孔的轴向与其所在子板的板面相互垂直。
5.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述子板为一个，且所述子板的板面与所述出气口的轴向相互垂直；
在所述子板的所有通孔中，与所述出气口的中心区域相对应的各个通孔的轴向与所述出气口的轴向一致；与所述出气口的边缘区域相对应的各个通孔的轴向相对于所述出气口的轴向倾斜预设角度。
6.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述颗粒阻挡板由多个子板组成，且采用分体成型或者一体成型的方式制作。
7.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述颗粒阻挡板为一个，且位于所述反应腔室内部或者所述反应腔室外部；或者，位于所述出气口内。
8.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述颗粒阻挡板的数量为多个，多个所述颗粒阻挡板沿所述出气口的轴向间隔设置。
9.根据权利要求8所述的反应腔室，其特征在于，所述颗粒阻挡板为两个，且分别位于在所述反应腔室内部和所述反应腔室外部；或者，
所述颗粒阻挡板为三个，且分别位于所述反应腔室内部和所述反应腔室外部以及所述出气口内。
10.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述颗粒阻挡板由一个或者多个弧形板组成，所述通道为均匀分布在各个弧形板上的通孔。
11.根据权利要求10所述的反应腔室，其特征在于，每个所述通孔的轴向与经过该通孔的气体流向一致。
12.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述颗粒阻挡板采用不锈钢材料或者铝合金材料制成。
13.根据权利要求1或10所述的反应腔室，其特征在于，所述通孔为圆孔，所述圆孔的径深比的取值范围在1/2-1/3，所述圆孔的直径的取值范围在2-4mm。
14.根据权利要求1或10所述的反应腔室，其特征在于，所述通孔为方孔，所述方孔的边长与深度之比的取值范围在1/2-1/3，所述方孔的边长的取值范围在2-4mm。
15.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述颗粒阻挡板采用螺纹连接或者焊接的方式与所述反应腔室固定连接。
16.一种半导体加工设备，包括反应腔室，其特征在于，所述反应腔室采用权利要求1-15任一项所述的反应腔室。
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