CN110556308B - 阀门保护机构、工艺腔室及半导体设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种阀门保护机构，阀门保护机构包括隔离管和遮蔽件，隔离管的内部空间用于设置基座，隔离管的管壁上设置有内传输口，内传输口用于朝向隔离阀，遮蔽件用于设置在基座上，且遮蔽件用于跟随基座在内部空间内移动，以封闭或打开内传输口。本发明还提供了一种工艺腔室和一种半导体设备，所述阀门保护机构能够保护隔离阀不被腐蚀性工艺气体或者药液腐蚀。

Description

阀门保护机构、工艺腔室及半导体设备

技术领域

本发明涉及半导体设备领域，具体涉及一种阀门保护机构、一种工艺腔室以及一种半导体设备。

背景技术

硅片是集成电路(IC)中的主要衬底材料，在硅片上制作电路时，硅片会被大气环境中的氧气氧化，在所述硅片的表面形成氧化物绝缘层，所述氧化物绝缘层会对后续在硅片上制作的电路造成不良影响，需要在制作后续电路前将其清除。

为了清除所述氧化物绝缘层，在工艺中会用到具有强腐蚀性的工艺气体或液体，容易腐蚀工艺腔室内的部件，而传输用的隔离阀是隔离腔室与其他设备模块的重要部件。

因此，如何设计一种阀门保护机构以使得所述隔离阀不被腐蚀性的工艺气体或液体损伤成为亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阀门保护机构和一种工艺腔室。所述阀门保护机构能够保护所述隔离阀不被腐蚀性工艺气体或者药液腐蚀。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种阀门保护机构，其中，所述阀门保护机构包括隔离管和遮蔽件，所述隔离管的内部空间用于设置基座，所述隔离管的管壁上设置有内传输口，所述内传输口用于朝向隔离阀，所述遮蔽件与所述基座连接，且所述遮蔽件用于跟随所述基座在所述内部空间内移动，以封闭或打开所述内传输口。

可选地，所述隔离管包括上隔离管、下隔离管、以及位于所述上隔离管和所述下隔离管之间的伸缩管，所述内传输口设置在所述伸缩管上，所述伸缩管用于沿所述隔离管的轴向进行伸缩运动。

可选地，所述伸缩管包括上波纹管、下波纹管、上连接部和下连接部，

所述上波纹管一端与所述上隔离管的一端连接，所述上波纹管的另一端与所述上连接部的一端连接，

所述上连接部的另一端与所述下连接部的一端部分连接，以形成所述内传输口，

所述下连接部的另一端与所述下波纹管的一端连接，所述下波纹管的另一端与所述下隔离管的一端连接。

可选地，所述上连接部朝向所述内部空间的一侧设置有限位板，所述限位板用于与所述遮蔽件可分离抵接。

可选地，沿所述遮蔽件的轴线方向自下向上，所述遮蔽件上与所述限位板端面对应的部分的外径逐渐减小以形成环形斜面。

可选地，所述隔离管上还设置有第一排气口，所述第一排气口沿所述隔离管的周向与所述内传输口间隔设置。

可选地，所述遮蔽件包括遮蔽管和连接部；

所述遮蔽管用于遮挡所述内传输口，且所述遮蔽管的管壁上设置有通孔，所述通孔的轴线方向与所述遮蔽管的轴线方向平行；

所述连接部用于与所述基座连接。

可选地，所述遮蔽管包括第二排气口，所述第二排气口设置于所述遮蔽管的管壁上与所述第一排气口对应的位置处。

作为本发明另一个方面，提供了一种工艺腔室，包括腔室主体，其中，还包括本发明所提供的所述阀门保护机构；所述阀门保护机构位于所述腔室主体内，且通过所述隔离管的两端分别与所述腔室主体相对的两个内壁连接；所述腔室主体上与所述内传输口对应的区域具有第一外传输口；所述隔离阀位于所述第一外传输口背离所述内传输口的一侧。

作为本发明又一个方面，提供了一种半导体设备，所述半导体设备包括转接板、隔离阀和工艺腔室，所述转接板上设置有第二外传输口，其中，所述工艺腔室为本发明所提供的所述工艺腔室，所述转接板设置在所述腔室主体的侧壁的外表面上，且腔室主体的第一外传输口、所述内传输口与所述第二外传输口连通；所述隔离阀位于所述转接板背离所述内传输口的一侧。

本发明的有益技术效果：

本发明所提供的所述阀门保护机构，通过所述遮蔽件与所述隔离管的配合，利用所述基座带动所述遮蔽件实现对位于所述隔离管上的所述内传输口的封闭，避免了腐蚀性工艺气体或者药液通过所述内传输口腐蚀所述隔离阀，实现了对隔离阀的保护。此外，本发明所提供的所述阀门保护机构不需要设置“边缘吹扫气体”，由于没有非工艺气体(边缘吹扫气体)从晶圆表面通过，使得所述晶圆表面的工艺气体分布更加均匀，进而提升了晶圆的工艺品质。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明所提供的阀门保护机构的整体结构示意图；

图2为本发明所提供的阀门保护机构局部结构示意图；

图3为本发明所提供的阀门保护机构的遮蔽件剖视图；

图4为本发明所提供的阀门保护机构的遮蔽件与隔离管接触时的局部放大示意图；

图5为本发明所提供的阀门保护机构的隔离管剖视图。

附图标记说明

101：隔离阀 102：设备平台

103：转接板 104：工艺腔室

1031：第二外传输口 1041：第一外传输口

105：工艺气体管路 106：隔离管

1061：上隔离管 1062：上波纹管

1063：上连接部 1064：内传输口

1065：下连接部 1066：下波纹管

1067：下隔离管 1068：第一排气口

107：遮蔽件 1071：通孔

1072：第二排气口 1073：环形连接板

1074：遮挡部 1075：连接板安装部

108：真空管路 109：基座

110：基座升降装置 111：晶圆

A：第一间隙 B：第一接触面

C：第二间隙

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

首先，需要说明的是，本发明中所述“上升”、“下降”以图1为示例，沿着隔离管106的轴线方向向上移动定义为“上升”，反之，沿着隔离管106的轴线方向向下移动定义为“下降”。

上述定义仅仅是为了便于理解本发明的技术方案，并不对本申请的发明构思造成限制。

作为本发明的一个方面，提供了一种阀门保护机构，如图1和图2所示，所述阀门保护机构包括隔离管106和遮蔽件107，隔离管106的内部空间用于设置基座109，隔离管106的管壁上设置有内传输口1064，内传输口1064用于朝向隔离阀101，遮蔽件107与基座109连接，且遮蔽件107用于跟随基座109在所述内部空间内移动，以封闭或打开所述内传输口。

本发明中，所述阀门保护机构所保护的阀门是半导体设备中传输腔室与工艺腔室之间的隔离阀101。由于在对所述晶圆的处理工艺中，需要向工艺腔室内通入腐蚀性很强的化学气体或者药液，若所述化学气体或者药液与隔离阀101接触，会腐蚀并破坏隔离阀101的结构，使得隔离阀101不能很好地实现对传输腔室与工艺腔室的隔离。

因此，为了保护隔离阀101，本发明提供了所述阀门保护机构对隔离阀101进行保护，具体地，如上所述，所述阀门保护机构包括隔离管106和遮蔽件107，遮蔽件107设置于隔离管106围成的空间内部，并且遮蔽件107与同样设置于隔离管106围成的空间内部的基座109连接，进而，当基座109上升或者下降时，遮蔽件107跟随基座109一起移动。具体地，当基座109上升至工艺位置，遮蔽件107跟随基座109一起上升并恰好使得遮蔽件107遮挡住内传输口1064，此时，如图1所示，基台109上方通入的工艺气体不会通过内传输口1064，也就不会对隔离阀101造成损伤。

如图1和图2所示，内传输口1064用于朝向隔离阀101，隔离管106的管壁上设置有内传输口1064，该内传输口1064的位置朝向隔离阀101，用于当隔离阀101打开时，实现工艺腔室与传输腔室的连通，进而使得所述传输腔室内的机械手能够在工艺腔室和传输腔室之间运输晶圆。

本发明所提供的所述阀门保护机构，通过所述遮蔽件与所述隔离管的配合，利用所述基座带动所述遮蔽件实现对位于所述隔离管上的所述内传输口的封闭，避免了腐蚀性工艺气体或者药液通过所述内传输口腐蚀所述隔离阀，实现了对隔离阀的保护。此外，将本发明所提供的所述阀门保护机构应用于工艺腔室中之后，不需要向工艺腔室内通入“边缘吹扫气体”，由于没有非工艺气体(边缘吹扫气体)流经晶圆表面，使得所述晶圆表面的工艺气体分布更加均匀，进而提升了晶圆的工艺品质。

在本发明中，如图1、图2和图5所示，隔离管106包括上隔离管1061、下隔离管1067、以及位于上隔离管1061和下隔离管1067之间的伸缩管，内传输口1064设置在所述伸缩管上，所述伸缩管用于沿隔离管106的轴向进行伸缩运动。

容易理解的是，上隔离管1061、下隔离管1067在所述阀门保护机构中的位置相对固定，所述伸缩管能够在上隔离管1061和下隔离管1067之间沿隔离管106的轴向进行伸缩运动。

具体地，作为本发明一种可选地实施方式，如图1、图2和图5所示，所述伸缩管包括上波纹管1062、下波纹管1066、上连接部1063和下连接部1065，上波纹管1062一端与上隔离管1061的一端连接，上波纹管1062的另一端与上连接部1063的一端连接，上连接部1063的另一端与下连接部1065的一端部分连接，以形成内传输口1064，下连接部1065的另一端与下波纹管1066的一端连接，下波纹管1066的另一端与下隔离管1067的一端连接。

其中，上连接部1063朝向所述内部空间的一侧设置有限位板，所述限位板用于与遮蔽件107可分离抵接。

如上所述，容易理解的是，内传输口1064形成在上连接部1063与下连接部1065的连接端面上，并且上连接部1063朝向所述内部空间的一侧设置有限位板，当所述限位板与遮蔽件107接触时，带动所述伸缩管跟随遮蔽件107移动。

在上述实施方式中，当遮蔽件107上升到预定位置并开始与所述限位板接触时，所述限位板会带动所述伸缩管整体结构跟随遮蔽件107上升，此时，上波纹管1062被压缩，而下波纹管1066被拉伸，内传输口1064的位置相对于下隔离管1067产生了“上升”的位移；当遮蔽件107下降时，上波纹管1062开始由“压缩”状态恢复至自由长度状态，而下波纹管1066开始有“拉伸”状态恢复至自由长度状态，当所述限位板到达所述预定位置时，与所述遮蔽件107分离，此时内传输口1064相对于下隔离管产生了“下降”的位移。

需要说明的是，所述“预定位置”指的是所述限位板与遮蔽件107未发生接触时所在的位置。内传输口1064的面积固定不变(按照工艺参数预先设定，在本发明中，优选地，内传输口1064的宽度为330mm，高度为30～40mm)，但是内传输口1064的相对位置会随着所述遮挡件107的移动而发生相对位置变化。基座109的上升或者下降由基座升降装置110驱动。

此外，在本发明中，对上波纹管1062和下波纹管1066的连接方式不做限定，例如，上波纹管1062可以通过焊接、螺栓等连接方式与上连接部1063以及上隔离管1061固定连接，

相应地，下波纹管1066也可以通过焊接、螺栓等连接方式与下连接部1065以及下隔离管1067固定连接。

在本发明中，如图3和图4所示，遮蔽件107包括遮蔽管和连接部；所述遮蔽管用于遮挡内传输口1064，且所述遮蔽管的管壁上设置有通孔1071，通孔1071的轴线方向与所述遮蔽管的轴线方向平行；所述连接部用于与所述基座连接。

需要说明的是，作为本发明一种可选地实施方式，如图1所示，所述遮蔽管的内径大于基座109的直径，以使得基座109能够容纳在所述遮蔽管的内腔中，所述连接部可以是环形连接板1073，环形连接板1073用于与基座109连接，具体地，环形连接板1073设置在所述遮蔽管的顶端，当遮蔽件107与基座109连接时，相当于遮蔽件107罩在基座109外部，其中环形连接板1073与基座109的边缘的上表面接触，而所述遮蔽管环绕在基座109的周围且与所述基座109的侧面贴合。晶圆111设置在环形连接板1073与基座109上表面围成的区域内，环形连接板1073对晶圆起“限位”的作用。

进一步地，所述遮蔽管沿该遮蔽管的轴线方向划分为遮挡部1074和连接板安装部1075，遮挡部1074的外径大于连接板安装部1075的外径，遮挡部1074的内壁与连接板安装部1075的内壁对齐。在所述遮蔽管的管壁上设置有通孔1071，通孔1071的轴线方向与所述遮蔽管的轴线方向平行，通孔1071的一个端口形成在连接板安装部1075的顶端面上，环形连接板1073固定在连接板安装部1075上，且避开通孔1071的端口；当遮蔽件107与所述限位板连接时，遮挡部1074的顶端面上位于连接板安装部1075外侧的部分与所述限位板贴合。

作为一种优选地实施方式，多个通孔1071的出口在连接板安装部1075的顶端面上沿周向均匀分布，通孔1071用于将位于基座109上方的工艺气体排出所述内部空间。

环形连接板1073固定在连接板安装部1075上，且避开通孔1071的端口，如图4所示，环形连接板1073设置在连接板安装部1075顶部端面上，且向所述遮蔽管的轴线方向延伸，以形成前述环形连接板1073的内径小于基座109的外径的结构。

如图1和图2所示，遮蔽件107与所述限位板连接，指的是遮挡部1074的顶端面上位于连接板安装部1075外侧的部分与所述限位板贴合，以使得当遮蔽件107上升时，带动设置在所述伸缩管上的内传输口1064上升。

需要说明的是，在本发明中，对通孔1071的具体结构不做限定，例如，通孔1071的截面可以是圆形、方形，通孔也可以替换为狭缝，只要是能够使得工艺气体从该通孔流出到排气口进而排出工艺腔室104即可。

在本发明中，如图1、图3和图5所示，隔离管106上还设置有第一排气口1068，第一排气口1068沿隔离管106的周向与内传输口1064间隔设置；所述遮蔽管包括第二排气口1072，第二排气口1072设置于所述遮蔽管的管壁上与第一排气口1068对应的位置处。

作为本发明一种可选地实施方式，第一排气口1068设置在所述伸缩管上，且沿所述伸缩管的周向与内传输口1064间隔设置。

需要说明的是，所述伸缩管的管壁横截面形成为圆形，所述“周向”指的沿着所述圆形的轨迹运动的方向。

如上所述，容易理解的是，当基座109到达工艺位置时，第一排气口1068与第二排气口1072连通，以使得所述内部空间的工艺气体能够经由通孔1071到达所述排气口并排出。

作为本发明一种优选地实施方式，如图5所示，内传输口1064与第一排气口1068分别位于隔离管106的一条直径的两端，换言之，内传输口1064与第一排气口1068之间的连线构成了隔离管106的一条直径。

在本发明中，如图4所示，沿遮蔽件107的轴线方向自下向上，遮蔽件107上与所述限位板端面对应的部分的外径逐渐减小以形成环形斜面。

容易理解的是，遮蔽件107上与所述限位板端面对应的部分实际就是图3所示的连接板安装部1075，也就是说，沿遮蔽件107的轴线方向自下向上，连接板安装部1075的外径逐渐减小，形成了一个近似于“圆锥面”的结构，即所述环形斜面，其主要作用是便于遮挡部1074的顶端面上位于连接板安装部1075外侧的部分与所述限位板接触。

如图4所示，所述“圆锥面”与所述限位板之间形成第一间隙A，所述限位板与第一台面1075接触时，形成有第一接触面B，且所述遮蔽管与内传输口1064之间形成有第二间隙C，第二间隙C可方便所述遮蔽管与所述伸缩管之间的相对运动，不会造成器件损伤。

此外，由于波纹管自身具有弹性力，当基座109到达工艺位置时，上波纹管1062被压缩，所以此时上波纹管1062具有沿其自身轴向的扩张力，利用所述扩张力可以实现第一接触面B的密封，以避免工艺气体经过第一间隙A进入到内传输口1064。

作为本发明一种可选地实施方式，第一间隙A的取值为0.5mm～1mm；第一接触面B的取值范围为2mm～3mm；第二间隙C的取值范围为3mm～4mm。

需要说明的是，为防止基座109上方的工艺气体经由通孔1071以及第二间隙C进入到内传输口1064，进而对隔离阀101造成损伤，本发明在基座109的下方的空间中通入了保护气体，利用所述保护气体的气压与所述工艺气体的气压达成动态平衡，以使得所述工艺气体不会经过通孔1071进入到第二间隙C，从而保证了隔离阀101不会被所述工艺气体损伤。

作为本发明的另一个方面，提供了一种工艺腔室，包括腔室主体，其中，如图1所示，还包括本发明所提供的所述的阀门保护机构；

所述阀门保护机构位于所述腔室主体内，且通过隔离管106的两端分别与所述腔室主体相对的两个内壁连接；

所述腔室主体上与内传输口1064对应的区域具有第一外传输口1041；隔离阀101位于第一外传输口1041背离内传输口1064的一侧。

如上所述，作为本发明一种可选地实施方式，隔离管106设置于所述腔室主体内，上隔离管1061的上端与所述腔室主体的顶板连接，下隔离管1067的下端与所述腔室主体的底板连接，进而通过隔离管106在所述工艺腔室主体内部限定出所述内部空间，即图1中所示，基座109上方空间和基座109下方的空间。

容易理解的是，在工艺执行过程中，晶圆111由半导体设备的传输腔室通过隔离阀101、第一外传输口1041以及内传输口1064放置在基座109的上表面，关闭隔离阀101，基座109上升到工艺位置，所述遮蔽管与所述伸缩管的限位板贴合，实现所述遮蔽管对内传输口1064的遮挡，进而使得基座109上方的空间的腐蚀性性工艺气体或者药液无法通过内传输口1064，保证了隔离阀101不被腐蚀。

此外，在工艺执行过程中，不会有其他气流干扰工艺气体，从而保证了晶圆表面的工艺气体分布更均匀，进而提高晶圆的工艺品质。

在本发明中，如图1所示，所述腔室主体的顶板上设置有工艺气体入口，所述腔室主体上与第一外传输口1041相对的另一侧设置有抽真空口。

需要说明的是，所述工艺气体入口处设置有工艺气体管路105，而在所述抽真空口处设置有真空管路108，工艺过程中，可以经由工艺气体管路105向所述腔室主体内通入工艺气体，以利用所述工艺气体对晶圆111进行处理，在这一过程中，已经与晶圆发生反应的工艺气体会转变为废气，需要排出工艺腔室104，以维持工艺腔室104内气压稳定，具体地，所述废气会经过通孔1071到达第二排气口1072，然后通过第一排气口1068进入到真空管路108，最终利用真空系统将所述废气抽出。

作为本发明的又一个方面，提供了一种半导体设备，如图1所示，所述半导体设备包括转接板103、隔离阀101和工艺腔室104，转接板103上设置有第二外传输口1031，其中，工艺腔室104为本发明所提供的上述工艺腔室104，转接板103设置在所述腔室主体的侧壁的外表面上，且所述腔室主体的第一外传输口1041、内传输口1064与第二外传输口1031连通；隔离阀101位于转接板103背离内传输口1064的一侧。

如上所述，所述半导体设备包括隔离阀101，隔离阀101设置在设备平台102和工艺腔室104之间，用于将所述半导体设备的传输腔室和工艺腔室104隔离，以维持工艺腔室104的密封真空工艺环境。

设备平台102与工艺腔室104之间通过转接板103连接，第二外传输口1031设置在转接板103上与隔离阀101对应位置处，第一外传输口1041设置在工艺腔室104的侧壁上与第二外传输口1031对应位置处，第二外传输口1031和第一外传输口1041连通，且由第二外传输口1031和第一外传输口1041构成的外传输口与内传输口1064的位置对应。

工艺准备阶段和工艺结束阶段，所述传输腔室的机械手可以通过所述外传输口、内传输口1064实现对工艺腔室104内晶圆的传输，在工艺执行阶段，所述遮蔽管会遮挡内传输口1064，以防止腐蚀性工艺气体或药液通过内传输口1064腐蚀隔离阀101。

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)

1.一种阀门保护机构，其特征在于，所述阀门保护机构包括隔离管和遮蔽件，所述隔离管的内部空间用于设置基座，所述隔离管的管壁上设置有内传输口，所述内传输口用于朝向隔离阀，所述遮蔽件与所述基座连接，且所述遮蔽件用于跟随所述基座在所述内部空间内移动，以封闭或打开所述内传输口；

所述隔离管包括上隔离管、下隔离管、以及位于所述上隔离管和所述下隔离管之间的伸缩管，所述内传输口设置在所述伸缩管上，所述伸缩管用于沿所述隔离管的轴向进行伸缩运动。

2.根据权利要求1所述的阀门保护机构，其特征在于，所述伸缩管包括上波纹管、下波纹管、上连接部和下连接部，

所述上波纹管一端与所述上隔离管的一端连接，所述上波纹管的另一端与所述上连接部的一端连接，

所述上连接部的另一端与所述下连接部的一端部分连接，以形成所述内传输口，

所述下连接部的另一端与所述下波纹管的一端连接，所述下波纹管的另一端与所述下隔离管的一端连接。

3.根据权利要求2所述的阀门保护机构，其特征在于，所述上连接部朝向所述内部空间的一侧设置有限位板，所述限位板用于与所述遮蔽件可分离抵接。

4.根据权利要求3所述的阀门保护机构，其特征在于，沿所述遮蔽件的轴线方向自下向上，所述遮蔽件上与所述限位板端面对应的部分的外径逐渐减小以形成环形斜面。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的阀门保护机构，其特征在于，所述隔离管上还设置有第一排气口，所述第一排气口沿所述隔离管的周向与所述内传输口间隔设置。

6.根据权利要求5所述的阀门保护机构，其特征在于，所述遮蔽件包括遮蔽管和连接部；

所述遮蔽管用于遮挡所述内传输口，且所述遮蔽管的管壁上设置有通孔，所述通孔的轴线方向与所述遮蔽管的轴线方向平行；

所述连接部用于与所述基座连接。

7.根据权利要求6所述的阀门保护机构，其特征在于，所述遮蔽管包括第二排气口，所述第二排气口设置于所述遮蔽管的管壁上与所述第一排气口对应的位置处。

8.一种工艺腔室，包括腔室主体，其特征在于，还包括如权利要求1至7中任意一项所述的阀门保护机构；其中，

所述阀门保护机构位于所述腔室主体内，且通过所述隔离管的两端分别与所述腔室主体相对的两个内壁连接；

所述腔室主体上与所述内传输口对应的区域具有第一外传输口；所述隔离阀位于所述第一外传输口背离所述内传输口的一侧。

9.一种半导体设备，所述半导体设备包括转接板、隔离阀和工艺腔室，所述转接板上设置有第二外传输口，其特征在于，所述工艺腔室为上述权利要求8所述的工艺腔室，

所述转接板设置在所述腔室主体的侧壁的外表面上，且腔室主体的第一外传输口、所述内传输口与所述第二外传输口连通；所述隔离阀位于所述转接板背离所述内传输口的一侧。

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