CN108091587A - 一种工艺腔室 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种工艺腔室，通过在腔室本体上开设结构相同且对称设置第一腔室和第二腔室，并在所述腔室本体上开设连接腔以水平连接所述第一腔室与第二腔室，可以将两个晶片同时传递至第一腔室内和第二腔室内，从而将传片时间缩短一半，提高传片效率和设备产能。

Description

一种工艺腔室
技术领域
本发明涉及半导体设备制造技术领域，具体涉及一种工艺腔室。
背景技术
随着集成电路市场的高速发展，芯片产能扩大的需求一方面给设备商带来了新的市场机遇，另一方面也对设备商现有及前瞻性的技术能力提出了更高的要求。设备产能指设备单位工作时间内良品的产出数，是反映设备加工能力的一个重要技术参数。集成电路制造中使用的去气设备和退火设备在执行相应的工艺过程前，需要采用机械手与工艺腔室的升降机构配合完成晶片的传递。如何通过缩短传片时间、减少非工艺过程时间来提高设备产能，已经成为设备商亟需解决的一大难题。
如图1a和图1b所示，现有的工艺腔室(PM)的腔室本体100为单腔结构，腔室本体100包括：腔室、腔室传片口105、对接安装块107、对接定位销125、进气口119等。其中腔室本体100是由一块不锈钢或者铝合金毛坯一体加工而成。腔室本体100通过对接定位销125定位，并通过对接安装块107固定安装到传输腔(TM)上，机械手在腔室本体100与传输腔之间传递晶片。机械手装配体结构包括机械手、腕机械臂、肘机械臂和驱动器，机械手为单手，每次拾取一个晶片。单腔结构的工艺腔室每次只能处理一个晶片，工艺时间长，设备产能低。
如图1b所示，工艺气体从进气口119进入腔室内，并通过长进气孔结构进入到腔室内的加热器300的下面，然后通过加热器300与腔室之间的缝隙运动到加热器300的上方。
现有的工艺腔室存在以下技术缺陷：
1、单腔结构，每次只能处理一个晶片，工艺时间长，影响设备产能；
2、采用在加热器下方侧进气方式，进气不均匀，晶片表面不同位置气压差别较大，产品良率较差。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供一种工艺腔室，用以解决传片效率低，工艺进气不均匀、产品良率低的问题。
本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：
本发明提供一种工艺腔室，包括一体成型的腔室本体，所述腔室本体上开设有结构相同且对称设置第一腔室和第二腔室，所述腔室本体上还开设有连接腔，所述第一腔室与第二腔室通过所述连接腔水平连接。
进一步的，所述工艺腔室还包括进气结构，所述进气结构分别与所述第一腔室和第二腔室连通，且能够同时向所述第一腔室和第二腔室进气。
优选的，所述进气结构包括：位于所述腔室本体内的进气通道，以及分别用于向所述第一腔室和第二腔室内进气的第一进气环和第二进气环，所述第一进气环和第二进气环分别设置于所述第一腔室和第二腔室的上部；
所述第一腔室和第二腔室相对于所述进气通道对称设置，且所述进气通道包括进气口、第一出气口和第二出气口，所述进气口与外部气源连接，所述第一出气口和第二出气口分别与所述第一进气环和第二进气环相连通。
优选的，所述进气通道呈T型或Y型，其中，所述进气口设置于所述腔室本体的下部，所述第一出气口和第二出气口分别位于所述第一腔室和第二腔室的一侧。
优选的，所述第一进气环和第二进气环分别包括第一进气环本体和第二进气环本体，所述第一进气环本体和第二进气环本体上设有沿其径向贯通的气体匀流孔；
所述第一出气口和第二出气口分别与所述第一进气环和第二进气环的气体匀流孔相连通。
优选的，所述气体匀流孔为多个，且分别沿所述第一进气环和第二进气环的周向均匀分布。
优选的，所述气体匀流孔在所述第一进气环和第二进气环靠近第一腔室和第二腔室的一侧呈喇叭口状。
进一步的，所述第一进气环和第二进气环分别与所述腔室本体之间形成第一气体存储区域和第二气体存储区域，所述第一气体储存区域和所述第一出气口、所述第一进气环的气体匀流孔连通，所述第二气体存储区域和所述第二出气口、所述第二进气环的气体匀流孔连通。
优选的，所述第一进气环本体的顶端和第二进气环本体的顶端沿其径向方向向外延伸形成凸缘；
所述第一腔室和第二腔室还包括第一腔室上盖和第二腔室上盖，所述第一腔室上盖和第二腔室上盖分别将所述第一进气环和第二进气环的凸缘压紧在所述腔室本体上。
进一步的，在所述第一进气环本体与所述腔室本体之间、第一进气环的凸缘与所述腔室本体之间，以及所述第二进气环本体与所述腔室本体之间、第二进气环的凸缘与所述腔室本体之间分别设有密封圈，以形成密闭的所述第一气体存储区域和第二气体存储区域。
本发明实施例还提供一种半导体装置，所述半导体装置包括如前所述的工艺腔室。
进一步的，所述半导体装置还包括传输腔和机械手，所述机械手包括对称的两个传片手指，能够在所述传输腔和所述第一腔室之间，以及在所述传输腔和所述第二腔室之间同时传输两个晶片。
本发明能够实现以下有益效果：
1、通过在腔室本体上开设结构相同且对称设置的第一腔室和第二腔室，并设置连接腔连通第一腔室和第二腔室，可以同时处理第一腔室内和第二腔室内的两个晶片，从而将工艺时间缩短一半，提高工艺效率和设备产能，通过进气结构同时向第一腔室和第二腔室进气，能够进一步提高工艺同步性，从而进一步提高设备产能。
2、通过在第一腔室和第二腔室的上方设置第一进气环和第二进气环，并在腔室本体内设置分别与第一进气环和第二进气环连通的进气通道，可以将外部气源的气体同时输送至第一腔室和第二腔室的上部，从而实现上进气方式，使得工艺气体直接到达加热器的正上方，提高了工艺的均匀性。
3、通过在第一进气环和第二进气环上设置多个沿其径向贯通的气体匀流孔，使得工艺气体通过气体匀流孔从第一进气环和第二进气环的圆周方向分别向第一腔室和第二腔室均匀进气，进一步提高了工艺进气的均匀性，减小晶片表面不同位置的气压差别，从而提高产品良率。
附图说明
图1a为现有的工艺腔室的结构示意图；
图1b为现有的工艺腔室的剖视图；
图2为本发明实施例提供的工艺腔室的结构示意图；
图3为用于向本发明实施例提供的工艺腔室传递晶片的机械手结构的结构示意图；
图4a为本发明实施例提供的工艺腔室的进气剖面示意图；
图4b为图4a中I处的局部放大图；
图5a为本发明实施例提供的第一进气环的结构示意图；
图5b为图5a中II处的局部放大图。
图例说明：
100、腔室本体 101、左腔室 102、右腔室
103、连接腔 105、腔室传片口 107、对接安装块
125、对接定位销 119、进气口 300、加热器
501、第一腔室上盖 502、第二腔室上盖 600、进气通道
601、第一出气口 602、第二出气口 701、第一进气环
702、第二进气环 703、第一进气环本体 704、气体匀流孔
705、凸缘 800、第一存储区域 901、传片手指
902、腕机械臂 903、肘机械臂 904、驱动器
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例通过引入一体双腔结构，实现双腔并行处理功能，提高工艺效率，增加设备产能。通过在腔室本体上设置进气通道，将工艺气体同时导入两个腔室内的加热器的上方，并配合进气环上的匀流孔结构，实现上部均匀进气，改善了工艺进气的不均匀性，提高晶片良率。
以下结合图2-图5b，详细说明本发明的技术方案。
如图2所示，本发明提供一种工艺腔室，该工艺腔室包括一体成型的腔室本体100，腔室本体100上开设有第一腔室101和第二腔室102，第一腔室101与第二腔室102结构相同并对称设置。第一腔室101和第二腔室102分别设有传片口105，机械手能够将晶片分别经由第一腔室101的传片口105和第二腔室102的传片口105传递至第一腔室101和第二腔室102内。
如图2所示，腔室本体100上还开设有连接腔103，连接腔103水平连接第一腔室101和第二腔室102。如图2所示，腔室本体100通过对接定位销125定位，在传片口105一侧的腔室本体100的上、下表面上(即传片口105的上方和下方)设置有多个对接安装块107，对接定位销125固定在对接安装块107上，此外，在第一腔室的传片口105和第二腔室的传片口105的两侧也设置有对接定位销125。腔室本体100通过所述对接定位销125固定安装到传输腔上。
通过在腔室本体上开设结构相同且对称设置的第一腔室和第二腔室，并设置连接腔连通第一腔室和第二腔室，可以同时处理第一腔室内和第二腔室内的两个晶片，从而将工艺时间缩短一半，提高工艺效率和设备产能。
所述工艺腔室还包括进气结构，进气结构分别与第一腔室101和第二腔室102连通，能够同时向第一腔室101和第二腔室102进气。
本发明通过进气结构同时向第一腔室和第二腔室进气，能够进一步提高工艺同步性，从而进一步提高设备产能。
结合图4a、图4b所示，所述进气结构包括：位于腔室本体100内的进气通道600，以及分别用于向第一腔室101和第二腔室102内进气的第一进气环701和第二进气环702，第一进气环701和第二进气环702分别设置于第一腔室101和第二腔室102的上部。
进气通道600设置于第一腔室101与第二腔室102之间的腔室本体100上，第一腔室101和第二腔室102相对于进气通道600对称设置，该进气通道600包括进气口119、第一出气口601和第二出气口602，进气口119与外部气源(图中未绘示)连接，第一出气口601与第一进气环701相连通，第二出气口602与第二进气环702相连通。
本发明通过在第一腔室101与第二腔室102之间的腔室本体100上设置进气通道600，从中间分别向两侧的第一腔室101和第二腔室102进气，使得第一腔室101和第二腔室102同时进气且相对均匀。
进气通道600可以呈T型或Y型，进气口119设置于腔室本体100的下部，第一出气口601和第二出气口602分别位于第一腔室101和第二腔室102的一侧。
优选的，进气通道600呈T型，在腔室本体100上便于加工实现。
如图4a所示，第一进气环701和第二进气环702分别设置于第一腔室101的上开口处和第二腔室102的上开口处，从而实现从第一腔室101和第二腔室102的上方进气，这样，工艺气体可以直接到达加热器的正上方，于晶片表面发生反应，有利于提高工艺的均匀性。同时，加热器300的灯泡辐射产生的热量可以对工艺气体进行预热，避免冷的工艺气体直接吹到晶片表面，不利于工艺处理。
以下结合图4b，详细说明第一进气环的结构。
如图4b所示，第一进气环701包括第一进气环本体703，第一进气环本体上设有沿其径向贯通的气体匀流孔704，第一出气口601与第一进气环的气体匀流孔704相连通。第二进气环702的结构与第一进气环701的结构相同，在此不再赘述。
第一进气环701与腔室本体100之间形成第一气体存储区域800，第一气体储存区域800和第一出气口601、第一进气环701的气体匀流孔704连通。第一存储区域800为在第一进气环701的第一进气环本体703外侧形成的环形且密闭的气体存储区域。同理，第二进气环702与腔室本体100之间形成第二气体存储区域，第二气体储存区域和第二出气口602、第二进气环702的气体匀流孔704连通。
通过设置环形的第一气体存储区域和第二气体存储区域，使得工艺气体通过气体匀流孔704从第一进气环701和第二进气环702的圆周方向分别向第一腔室101和第二腔室102内均匀进气，并直接到达加热器300的正上方，实现上部均匀进气，减小晶片表面不同位置的气压差别，从而提高产品良率。
结合图5a和图5b所示，第一进气环701和第二进气环702的气体匀流孔704为多个，气体匀流孔704沿第一进气环701和第二进气环702的周向均匀分布。
通过在第一进气环本体和第二进气环本体上均匀设置多个气体匀流孔704，使得工艺气体通过气体匀流孔从第一进气环和第二进气环的圆周方向分别向第一腔室和第二腔室均匀进气，进一步提高了工艺进气的均匀性，减小晶片表面不同位置的气压差别，从而提高产品良率。优选的，气体匀流孔704在第一进气环701和第二进气环702的靠近第一腔室101和第二腔室102的一侧呈喇叭口状。具体的，如图5b所示，气体匀流孔704在第一进气环701和第二进气环702靠近第一腔室101和第二腔室102的一侧的孔径大于第一气体存储区域和第二气体存储区域一侧的孔径。
通过将气体匀流孔704在第一进气环701和第二进气环702靠近第一腔室101和第二腔室102的一侧设置为喇叭口状，能够减缓工艺气体进入第一腔室101和第二腔室102内的流速，避免工艺气体喷射，从而使工艺气体匀速进入腔室。
结合图4a和图4b所示，第一进气环本体703的顶端和第二进气环本体的顶端沿其径向方向向外延伸形成凸缘705。第一腔室101和第二腔室102还包括第一腔室上盖501和第二腔室上盖502，第一腔室上盖501和第二腔室上盖502分别将第一进气环701和第二进气环702的凸缘705压紧在腔室本体100上。
在第一进气环本体703与腔室本体100之间、以及第一进气环701的凸缘705与腔室本体100之间设有第一密封圈，在第二进气环本体与腔室本体100之间，以及第二进气环的凸缘与腔室本体100之间设有第二密封圈，以形成密闭的第一气体存储区域800和第二气体存储区域。
具体的，如图4b所示，在腔室本体100与第一进气环701的凸缘705接触的表面上设置有第一凹槽，以及在腔室本体100与第一进气环本体703接触的表面上设置有第一凹槽，第一密封圈容置于第一凹槽内，用于密封第一进气环701与腔室本体100之间的第一存储区域；相应的，在腔室本体100与第二进气环702的凸缘接触的表面上设置有第二凹槽，以及在腔室本体100与第二进气环本体接触的表面上设置有第二凹槽，第二密封圈容置于第二凹槽内，用于密封第二进气环702与腔室本体100之间的第二存储区域。
通过设置第一密封圈和第二密封圈密封第一、二腔室的进气环本体与腔室本体，以及第一、二腔室的凸缘与腔室本体，从而在第一进气环701和第二进气环702的外侧形成环形且密闭的第一气体存储区域和第二气体存储区域，保证工艺气体能够从第一腔室101和第二腔室102的圆周方向进入第一腔室101和第二腔室102内。
本发明实施例还提供一种半导体装置，该半导体装置包括如前所述的工艺腔室。
进一步的，所述半导体装置还包括传输腔和双机械手。如图3所示，双机械手包括：两个传片手指901、腕机械臂902、肘机械臂903和驱动器904，两个传片手指901的高度相同，可以同时拾取两个晶片并同时在传输腔和第一腔室、第二腔室之间传输两个晶片。从而进一步节省传片时间，增加设备产能。
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 (12)

1.一种工艺腔室，包括一体成型的腔室本体，其特征在于，所述腔室本体上开设有结构相同且对称设置第一腔室和第二腔室，所述腔室本体上还开设有连接腔，所述第一腔室与第二腔室通过所述连接腔水平连接。
2.如权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述工艺腔室还包括进气结构，所述进气结构分别与所述第一腔室和第二腔室连通，且能够同时向所述第一腔室和第二腔室进气。
3.如权利要求2所述的工艺腔室，其特征在于，所述进气结构包括：位于所述腔室本体内的进气通道，以及分别用于向所述第一腔室和第二腔室内进气的第一进气环和第二进气环，所述第一进气环和第二进气环分别设置于所述第一腔室和第二腔室的上部；
所述第一腔室和第二腔室相对于所述进气通道对称设置，且所述进气通道包括进气口、第一出气口和第二出气口，所述进气口与外部气源连接，所述第一出气口和第二出气口分别与所述第一进气环和第二进气环相连通。
4.如权利要求3所述的工艺腔室，其特征在于，所述进气通道呈T型或Y型，其中，所述进气口设置于所述腔室本体的下部，所述第一出气口和第二出气口分别位于所述第一腔室和第二腔室的一侧。
5.如权利要求3所述的工艺腔室，其特征在于，所述第一进气环和第二进气环分别包括第一进气环本体和第二进气环本体，所述第一进气环本体和第二进气环本体上设有沿其径向贯通的气体匀流孔；
所述第一出气口和第二出气口分别与所述第一进气环和第二进气环的气体匀流孔相连通。
6.如权利要求5所述的工艺腔室，其特征在于，所述气体匀流孔为多个，且分别沿所述第一进气环和第二进气环的周向均匀分布。
7.如权利要求5所述的工艺腔室，其特征在于，所述气体匀流孔在所述第一进气环和第二进气环靠近第一腔室和第二腔室的一侧呈喇叭口状。
8.如权利要求5所述的工艺腔室，其特征在于，所述第一进气环和第二进气环分别与所述腔室本体之间形成第一气体存储区域和第二气体存储区域，所述第一气体储存区域和所述第一出气口、所述第一进气环的气体匀流孔连通，所述第二气体存储区域和所述第二出气口、所述第二进气环的气体匀流孔连通。
9.如权利要求8所述的工艺腔室，其特征在于，所述第一进气环本体的顶端和第二进气环本体的顶端沿其径向方向向外延伸形成凸缘；
所述第一腔室和第二腔室还包括第一腔室上盖和第二腔室上盖，所述第一腔室上盖和第二腔室上盖分别将所述第一进气环和第二进气环的凸缘压紧在所述腔室本体上。
10.如权利要求9所述的工艺腔室，其特征在于，在所述第一进气环本体与所述腔室本体之间、第一进气环的凸缘与所述腔室本体之间，以及所述第二进气环本体与所述腔室本体之间、第二进气环的凸缘与所述腔室本体之间分别设有密封圈，以形成密闭的所述第一气体存储区域和第二气体存储区域。
11.一种半导体装置，其特征在于：包括如权利要求1-10任一项所述的工艺腔室。
12.如权利要求11所述的半导体装置，其特征在于，还包括传输腔和机械手，所述机械手包括对称的两个传片手指，能够在所述传输腔和所述第一腔室之间，以及在所述传输腔和所述第二腔室之间同时传输两个晶片。
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