CN110273143A - 工艺腔室及半导体加工设备 - Google Patents

工艺腔室及半导体加工设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种工艺腔室及半导体加工设备，该工艺腔室包括下电极机构和设置在该下电极机构上方的上电极机构，下电极机构包括多个用于承载晶片的承载位，多个承载位均匀分布在以第一圆心为圆心的第一环形区域内，上电极机构包括多个出气口，多个出气口对称分布在与第一圆心同心，且半径不同的多个圆周上，排布形成第二环形区域，该第二环形区域在下电极机构上的正投影完全覆盖第一环形区域。本发明提供的工艺腔室，其可以降低对驱动机构的角度定位精度的要求，提高片内均匀性。

Description

工艺腔室及半导体加工设备
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体地，涉及一种工艺腔室及半导体加工设备。
背景技术
目前，PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学的气相沉积)设备，是普遍用于LED、MEMS及Power等相关领域的一种薄膜沉积设备，例如，在硅晶圆或蓝宝石晶圆表面沉积一层SiO2/SiNx薄膜。
为了提高产能，现有的PECVD设备如图1所示，包括片盒1、机械手2和工艺腔室3，其中，在工艺腔室3内设置有加热器4，多个晶片7环绕设置在加热器4上，且对应地在每个加热器4上方均设置有一个上电极机构5。如图2所示，每个上电极机构5的中心与晶片7的中心重合，且在每个上电极机构5上设置有多个出气口51，且多个出气口51均匀分布在以上电极机构5的中心，且半径不同的多个圆周上。PECVD设备还包括多个叉指机构6和驱动机构(图中未示出)，其中，驱动机构既能够驱动加热器4旋转一定的角度，又能够驱动叉指机构6升降。多个叉指机构6一一对应地设置在晶片7下方，用于自加热器4托起晶片7或者将晶片7放置在加热器4上。在进行工艺的过程中，机械手2将片盒1内的晶片7传输至反工艺腔室3内，并放置在叉指机构6上；叉指机构6下降，以将晶片7放置在加热器4上。
现有的PECVD设备在实际应用中不可避免的存在以下问题：
为了保证片内均匀性，需要上电极机构5与晶片7同心设置，这给驱动机构的角度定位精度提出了很高的要求。而且，由于驱动机构既驱动加热器4旋转一定的角度，又驱动叉指机构6升降，驱动机构的结构较复杂，难免会因传动件的摩擦、损耗等因素而使驱动机构的角度定位精度逐渐恶化，从而造成上电极机构5与晶片7的同心关系出现偏差，进而造成晶片7的片内工艺结果出现偏心。
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，提出了一种工艺腔室及半导体加工设备，其可以降低对驱动机构的角度定位精度的要求，提高片内均匀性。
为实现本发明的目的而提供一种工艺腔室，包括下电极机构和设置在所述下电极机构上方的上电极机构，所述下电极机构包括多个用于承载晶片的承载位，多个所述承载位均匀分布在以第一圆心为圆心的第一环形区域内，所述上电极机构包括多个出气口，多个所述出气口对称分布在与所述第一圆心同心，且半径不同的多个圆周上，排布形成第二环形区域，所述第二环形区域在所述下电极机构上的正投影完全覆盖所述第一环形区域。
可选的，所述第一环形区域的内径等于所述出气口排列的最小圆周的直径；所述第一环形区域的外径等于所述出气口排列的最大圆周的直径。
可选的，所述下电极机构包括承载盘、加热器和旋转机构，其中，
所述承载盘间隔设置在所述加热器的上方，所述承载位位于所述承载盘上；
所述旋转机构用于驱动所述承载盘围绕所述第一圆心旋转。
可选的，在所述承载盘和所述加热器的中心位置均设置有通孔。
可选的，所述通孔的径向截面面积小于或者等于1平方厘米。
可选的，所述旋转机构包括主轴、密封件和驱动源，其中，
所述主轴竖直设置，且所述主轴的上端位于所述承载盘的通孔中，并通过连接柱与所述承载盘固定连接；所述主轴的下端自所述工艺腔室的底壁延伸至所述工艺腔室的外部，并与所述驱动源连接；
所述密封件用于密封所述主轴与所述工艺腔室的底壁之间的间隙，并能够保证所述主轴的旋转运动。
可选的，所述密封件为磁流体轴承，所述磁流体轴承套设在所述主轴上。
可选的，在所述工艺腔室的底壁设置有排气口；并且在所述工艺腔室的底壁上，且位于所述工艺腔室的外部设置有抽气腔；在所述抽气腔的底壁上设置有开口；
所述主轴的上端自所述抽气腔的下方依次穿过所述抽气腔的开口和所述排气口，并延伸至所述承载盘的通孔中；
所述磁流体轴承设置在所述抽气腔的开口中，且密封所述开口。
可选的，所述连接柱为多个，且以所述承载盘的通孔的轴线对称分布，并且每个所述连接柱沿所述通孔的径向设置。
可选的，所述承载盘采用石墨材料制作。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括本发明提供的上述工艺腔室。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的工艺腔室，其上电极机构的多个出气口均匀分布在与下电极机构的第一圆心同心的第二环形区域内，且第二环形区域在下电极机构上的正投影完全覆盖第一环形区域。由于多个出气口排列成完整的圆周，当每个承载位旋转至任意位置时，与之相对的出气口的排列方式和数量大致相同，从而可以提高片内均匀性，这与现有技术相比，无需上电极机构与下电极机构同心设置，从而降低了对驱动机构的角度定位精度的要求。
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工艺腔室，可以降低对驱动机构的角度定位精度的要求，提高片内均匀性。
附图说明
图1为现有的PECVD设备的结构简图；
图2为现有的上电极机构的结构图；
图3为本发明实施例提供的工艺腔室的下电极机构的俯视图；
图4为本发明实施例提供的工艺腔室的上电极机构的仰视图；
图5为上电极机构与下电极机构的位置关系图；
图6为本发明实施例提供的工艺腔室的局部剖视图；
图7为本发明实施例采用的承载盘的俯视图。
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工艺腔室及半导体加工设备进行详细描述。
请一并参阅图3至图7，本发明实施例提供的工艺腔室，其包括下电极机构8和设置在该下电极机构8上方的上电极机构9，其中，下电极机构8包括多个用于承载晶片的承载位81，多个承载位81均匀分布在以第一圆心A为圆心的第一环形区域B内。所谓承载位，是指下电极机构上用于放置晶片的位置。
上电极机构9包括多个出气口91，多个出气口91对称分布在与第一圆心A同心，且半径不同的多个圆周上，从而多个出气口91排布形成第二环形区域D。也就是说，第二环形区域D的圆心C在下电极机构上的正投影与第一圆心A重合。容易理解，上电极机构9位于下电极机构8的上方，出气口91与下电极机构8相对，用于朝向下电极机构8输送工艺气体。并且，第二环形区域D在下电极机构8上的正投影完全覆盖第一环形区域B，以保证出气口91能够覆盖每个承载位81的各个区域。
由于多个出气口91排列成完整的圆周，当每个承载位81旋转至任意位置时，与之相对的出气口91的排列方式和数量大致相同，这与现有技术相比，无需上电极机构9与下电极机构8同心设置，从而降低了对驱动机构的角度定位精度的要求，提高了片内均匀性。
在本实施例中，第一环形区域B的内径等于出气口91排列的最小圆周的直径；第一环形区域B的外径等于出气口91排列的最大圆周的直径。这样，可以实现第二环形区域D在下电极机构8上的正投影完全覆盖第一环形区域B。
在本实施例中，下电极机构8包括承载盘82、加热器83和旋转机构，其中，承载盘82间隔设置在加热器83的上方，承载位81位于承载盘82上，即，承载盘82用于承载晶片11。加热器83用于在进行工艺时朝向承载盘82辐射热量，承载盘82将热量传递至晶片11。在实际应用中，承载盘82与加热器83之间的竖直间距H的大小只要能够保证承载盘82能够作旋转运动即可。
优选的，承载盘82采用诸如石墨等的导热性能较好的材料制作，以提高加热效率。
优选的，在承载盘82的中心位置设置有通孔821；在加热器83的中心位置设置有通孔831。这样，可以使气流同时自承载盘82和加热器83的周边和中心通过，从而使分布在晶片表面附近的气流更均匀，从而提高了工艺均匀性。经仿真计算，对于PECVD工艺，当腔室内的气压低于200Pa时，可以使承载盘82和加热器83的通孔的径向截面面积小于或者等于1平方厘米，以保证气流均匀性。当然，在实际应用中，可以根据不同的气压，设计通孔的径向截面面积，气压越低，则通孔的径向截面面积越大；反之，气压越高，则通孔的径向截面面积越小。
旋转机构用于驱动承载盘82围绕第一圆心A旋转。在进行工艺时，利用旋转机构驱动承载盘82旋转至指定角度，由于在任意角度，与承载位相对应的出气口的排列方式和数量大致相同，因此，即使旋转机构的角度定位精度有一定的误差，也不会影响片内均匀性。另外，与现有技术相比，旋转机构只用于驱动承载盘82旋转，而不存在升降运动，从而更容易密封，同时简化了驱动机构。
在本实施例中，旋转机构包括主轴12、密封件13和驱动源14，其中，主轴12竖直设置，且主轴12的上端位于承载盘82的通孔821中，并通过连接柱18与承载盘82固定连接；主轴12的下端自工艺腔室的底壁10延伸至工艺腔室的外部，并通过传动机构17与驱动源14连接，传动机构17可以为诸如传送带、齿轮传动等的传动结构。
密封件13用于密封主轴12与工艺腔室的底壁10之间的间隙，并能够保证主轴12的旋转运动。在本实施例中，密封件13为磁流体轴承，该磁流体轴承套设在主轴12上。磁流体轴承是采用导电流体作润滑剂并有外加磁场的滑动轴承，借助磁流体轴承，可以利用由其产生的磁场而对流体的运动起阻滞作用，从而可以使流体的等效粘度成倍增加，进而可以提高轴承的承载能力；同时，磁流体轴承的动密封效果更可靠。当然，在实际应用中，还可以采用其他类型的密封件，只要能够密封主轴12与工艺腔室的底壁10之间的间隙，并能够保证主轴12的旋转运动。
在本实施例中，在工艺腔室的底壁10设置有排气口101；并且在工艺腔室的底壁10上，且位于工艺腔室的外部设置有抽气腔15；在该抽气腔15的底壁上设置有开口151。主轴12的上端自抽气腔15的下方依次穿过抽气腔15的开口151和排气口101，并延伸至承载盘82的通孔821中；磁流体轴承设置在抽气腔15的开口151中，且密封开口151。具体地，磁流体轴承由支架16固定在抽气腔15的开口151中。
优选的，如图7所示，连接柱18为多个，且以承载盘82的通孔821的轴线对称分布，并且每个连接柱18沿通孔821的径向设置。由于连接柱18均匀分布，这可以使通孔821中的空间均匀分布，从而可以保证气流分布均匀。
综上所述，本发明实施例提供的工艺腔室，其上电极机构的多个出气口均匀分布在与下电极机构的第一圆心同心的第二环形区域内，且第二环形区域在下电极机构上的正投影完全覆盖第一环形区域。由于多个出气口排列成完整的圆周，当每个承载位旋转至任意位置时，与之相对的出气口的排列方式和数量大致相同，从而可以提高片内均匀性，这与现有技术相比，无需上电极机构与下电极机构同心设置，从而降低了对驱动机构的角度定位精度的要求。
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，其包括本发明实施例提供的上述工艺腔室。
本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的上述工艺腔室，可以降低对驱动机构的角度定位精度的要求，提高片内均匀性。
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 (11)

1.一种工艺腔室，包括下电极机构和设置在所述下电极机构上方的上电极机构，所述下电极机构包括多个用于承载晶片的承载位，多个所述承载位均匀分布在以第一圆心为圆心的第一环形区域内，其特征在于，所述上电极机构包括多个出气口，多个所述出气口对称分布在与所述第一圆心同心，且半径不同的多个圆周上，排布形成第二环形区域，所述第二环形区域在所述下电极机构上的正投影完全覆盖所述第一环形区域。
2.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述第一环形区域的内径等于所述出气口排列的最小圆周的直径；所述第一环形区域的外径等于所述出气口排列的最大圆周的直径。
3.根据权利要求1或2所述的工艺腔室，其特征在于，所述下电极机构包括承载盘、加热器和旋转机构，其中，
所述承载盘间隔设置在所述加热器的上方，所述承载位位于所述承载盘上；
所述旋转机构用于驱动所述承载盘围绕所述第一圆心旋转。
4.根据权利要求3所述的工艺腔室，其特征在于，在所述承载盘和所述加热器的中心位置均设置有通孔。
5.根据权利要求4所述的工艺腔室，其特征在于，所述通孔的径向截面面积小于或者等于1平方厘米。
6.根据权利要求4所述的工艺腔室，其特征在于，所述旋转机构包括主轴、密封件和驱动源，其中，
所述主轴竖直设置，且所述主轴的上端位于所述承载盘的通孔中，并通过连接柱与所述承载盘固定连接；所述主轴的下端自所述工艺腔室的底壁延伸至所述工艺腔室的外部，并与所述驱动源连接；
所述密封件用于密封所述主轴与所述工艺腔室的底壁之间的间隙，并能够保证所述主轴的旋转运动。
7.根据权利要求6所述的工艺腔室，其特征在于，所述密封件为磁流体轴承，所述磁流体轴承套设在所述主轴上。
8.根据权利要求7所述的工艺腔室，其特征在于，在所述工艺腔室的底壁设置有排气口；并且在所述工艺腔室的底壁上，且位于所述工艺腔室的外部设置有抽气腔；在所述抽气腔的底壁上设置有开口；
所述主轴的上端自所述抽气腔的下方依次穿过所述抽气腔的开口和所述排气口，并延伸至所述承载盘的通孔中；
所述磁流体轴承设置在所述抽气腔的开口中，且密封所述开口。
9.根据权利要求6所述的工艺腔室，其特征在于，所述连接柱为多个，且以所述承载盘的通孔的轴线对称分布，并且每个所述连接柱沿所述通孔的径向设置。
10.根据权利要求3所述的工艺腔室，其特征在于，所述承载盘采用石墨材料制作。
11.一种半导体加工设备，其特征在于，包括权利要求1-10任意一项所述的工艺腔室。
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