CN110942982A - 半导体加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种半导体加工装置，其包括：腔体，包括内腔，所述内腔具有侧壁和顶壁；第一流道，位于所述侧壁外，所述第一流道还具有出气孔；多个排气孔，位于所述侧壁上，用于连通所述内腔与所述第一流道；以及进气口，位于所述顶壁的中部，连通所述内腔；载物平台，设置在所述腔体内；其中，多个所述排气孔沿着所述第一流道排列，随着所述排气孔到所述出气孔的距离的增长，所述排气孔的孔径具有增长的趋势。采用这种半导体加工装置来制作薄膜，则硅片上薄膜的局部应力的方向均趋于背离硅片的圆心。

Description

半导体加工装置

技术领域

本发明总体来说涉及一种半导体加工领域，具体而言，涉及一种半导体加工装置。

背景技术

在现今的半导体工业中，硬掩模主要运用于多重光刻工艺中，首先把多重光刻胶图像转移到硬掩模上，然后通过硬掩模将最终图形刻蚀转移到衬底上。

为应对集成电路临界尺寸越来越窄的需求，需要制造更高分辨率的图形，光刻胶厚度必须相应的降低以增加图样转移的精确度。因此,我们需要一个有高选择比的材料当硬掩模来减少光刻胶的厚度，尤其是应用在70纳米以下先进工艺中的高深宽比下的图样转移。

现有技术中氮化硅，氮碳化硅,非晶硅,碳薄膜等薄膜皆可作为硬掩模。但对于底材氧化硅薄膜或是掺杂硼、磷或氟的氧化硅薄膜而言，碳薄膜的制造成本低，因此碳薄膜常用于高深宽比的光刻胶图样转移层或是硬掩模层。

但在线宽越窄的高密度图形转移工艺中，光刻胶的曝光条件越趋严苛。对于前程工艺碳薄膜与光刻胶间的匹配程度，也会成为光刻胶曝光成功与否的重要关键。

随着集成电路临界尺寸越来越窄的要求，为了制造更高分辨率的图形，对硬掩模的要求也会越来越高；碳薄膜作为一种硬掩模，被用来作为图像转移的牺牲层，其薄膜的局部应力均匀性对图像的转移有着很大的影响。但是目前沉积得到的碳薄膜的膜厚的局部应力均匀性得不到很好的控制，尤其是局部应力方向分布不规则。如图1所示，先将硅片上的碳薄膜均匀划分成16个区；如图2所示，现有技术制作出来的碳薄膜上的16个区域内的局部应力的方向总体上分布不规则。

不同碳薄膜反应腔沉积出来的碳薄膜，会因前程工艺造成各硅片在乘载盒里放置的旋转角度不尽相同，且机台的本身传片机制也会造成硅片一定程度的旋转，造成每片硅片在沉积碳薄膜后的局部应力分布不尽相同。而现有的光刻机只能根据一种局部应力方向分布图进行曝光调整，如果每片的局部应力方向分布不规则，则会影响曝光结果甚至曝光是失败。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明所要解决的一个技术问题为如何使得硅片上生成的薄膜的局部应力的方向均背离圆心。

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种半导体加工装置，其包括：

腔体，包括

内腔，所述内腔具有侧壁和顶壁；

第一流道，位于所述侧壁外，所述第一流道还具有出气孔；

多个排气孔，位于所述侧壁上，用于连通所述内腔与所述第一流道；

以及

进气口，位于所述顶壁的中部，连通所述内腔；

载物平台，设置在所述腔体内；

其中，多个所述排气孔沿着所述第一流道排列，随着所述排气孔到所述出气孔的距离的增长，所述排气孔的孔径具有增长的趋势。

根据本发明的一个实施方式，所述内腔为筒形，所述第一流道为环形，且所述环形垂直于侧壁的延伸方向。

根据本发明的一个实施方式，所述第一流道包括为依次靠近所述出气孔的第一区域、第二区域和第三区域，所述侧壁对应所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域的部分分别为第一侧壁部分、第二侧壁部分和第三侧壁部分，所述第一侧壁部分、所述第二侧壁部分和所述第三侧壁部分上的排气孔的孔径依次减小。

根据本发明的一个实施方式，所述第一侧壁部分上的排气孔的直径取值范围为21～30mm，所述第二侧壁部分上的排气孔的直径取值范围为16～20mm，所述第三侧壁部分上的排气孔的直径取值范围为10～15mm。

根据本发明的一个实施方式，所述第一侧壁部分上的相邻两个排气孔的间距、所述第二侧壁部分上的相邻两个排气孔的间距和所述第三侧壁部分上的相邻两个排气孔的间距依次增大。

根据本发明的一个实施方式，所述第一侧壁部分上的相邻排气孔的间距的取值范围为5～20mm，所述第二侧壁部分上的相邻排气孔的间距的取值范围为21～25mm，所述第三侧壁部分上的相邻排气孔的间距的取值范围为26～50mm。

根据本发明的一个实施方式，所述第一侧壁部分上的排气孔数占总排气孔数的10～30％，所述第二侧壁部分上的排气孔数占总排气孔数的40～80％，所述第三侧壁部分上的排气孔数占总排气孔数的10～30％。

根据本发明的一个实施方式，随着所述排气孔到所述出气孔的距离的增长，所述排气孔的孔径逐渐增长。

根据本发明的一个实施方式，随着所述排气孔到所述出气孔的距离的增长，相邻两个排气孔的间距逐渐增长。

根据本发明的一个实施方式，所述侧壁还包括

环形开口；

抽气环，覆盖在所述环形开口上，

其中，多个所述排气孔设置在所述抽气环上并沿所述抽气环依次排布。

根据本发明的一个实施方式，所述抽气环与所述环形开口均为圆环形，且所述圆环形均垂直于所述侧壁的延伸方向。

根据本发明的一个实施方式，所述进气口朝向所述载物平台并用于向所述内腔输入加工气体，所述出气孔用于将加工气体排出所述内腔。

由上述技术方案可知，本发明的半导体加工装置的优点和积极效果在于：

进气口用于向腔体的内腔输入加工气体，出气孔用于将加工气体排出内腔。由于随着排气孔到出气孔的距离的增长，排气孔的横截面积具有增长的趋势，靠近出气孔的排气孔的横截面积较远离出气孔的排气孔的横截面积要小，这样，每个排气孔吸入的加工气体的速度更加接近，从进气口输入的加工气体气流喷在载物平台上后能更均匀地向四周流动进而被吸入到第一流道内。当硅片放置在载物平台上时，加工气体从硅片中心向四周均匀扩散，由此，硅片上生成的薄膜的局部应力的方向均趋于背离硅片的圆心。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1显示了一种在硅片表面上进行分区的方法；

图2是采用现有技术制作出的5块硅片的薄膜的局部应力方向分布图。

图3的本发明的一种实施方式中的半导体加工装置的全剖示意图；

图4是本发明的一种实施方式中的抽气环的立体示意图；

图5是本发明的一种实施方式中的第一流道的立体示意图；

图6是本发明的一种实施方式中的硅片表面的局部应力方向的分布示意图；

图7是本发明的一种实施方式中的5块硅片的薄膜的局部应力方向的分布图。

其中，附图标记说明如下：

1、半导体加工装置；10、腔体；11、侧壁；110、筒体；111、第一流道；112、环形开口；113、抽气环；114、排气孔；115、出气孔；116、第一区域；117、第二区域；118、第三区域；12、底壁；13、顶壁；131、进气口；14、载物平台；15、喷头；16、内腔；17、第二流道；2、硅片。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

如图3所示，图3显示了一种半导体加工装置1。半导体加工装置1包括腔体10和载物平台14。载物平台14设置在腔体10内，用于承载待加工的硅片2。腔体10包括内腔16、第一流道111、多个排气孔114和进气口131。

内腔16优选为圆柱形空腔。内腔16具有底壁12、侧壁11和顶壁13。侧壁11设置成筒形结构，且竖直设置。顶壁13和底壁12分别设置在侧壁11的顶端和底端，底壁12、侧壁11和顶壁13围合成密闭的腔室。载物平台14设置在该内腔16内。侧壁11优选为圆筒结构，载物平台14优选为圆板形，载物平台14与侧壁11同轴设置。

第一流道111设置在侧壁11外。第一流道111沿侧壁11的周向延伸。第一流道111上还设置有出气孔115。出气孔115可以是圆孔。出气孔115设置在侧壁11外，出气孔115通常与抽气管路相连通，抽气管路与真空泵相连。真空泵用于从第一流道111抽出加工气体。

排气孔114可以是圆孔。多个排气孔114设置在侧壁11上。排气孔114从第一流道111延伸到内腔16，排气孔114接通内腔16和第一流道111。多个排气孔114沿着第一流道111排列，随着排气孔114到出气孔115的距离的增长，排气孔114的孔径具有增长的趋势。

顶壁13可以是圆形。顶壁13覆盖在侧壁11的顶端上，密封侧壁11的顶端开口。

进气口131设置在顶壁13的中部。进气口131朝外的一端通过管路与加工气体源接通。加工气体源可以是盛装有加工气体的罐体，也可以是制造加工气体的发生装置。该进气口131用于向腔体10内输入加工气体。进气口131朝下设置以使得加工气体向下喷出。载物平台14设置在进气口131的下方。载物平台14为圆盘形，进气口131对准载物平台14的中部。

底壁12设置在侧壁11的底端，并密封侧壁11的底端开口。底壁12可以设置成平板结构，优选为圆板。

进气口131用于向腔体10的内腔16输入加工气体，出气孔115用于将加工气体排出内腔16。由于随着排气孔114到出气孔115的距离的增长，排气孔114的横截面积具有增长的趋势，靠近出气孔115的排气孔114的横截面积较远离出气孔115的排气孔114的横截面积要小，这样，每个排气孔114吸入的加工气体的速度更加接近，从进气口131输入的加工气体气流喷在载物平台14上后能更均匀地向四周流动进而被吸入到第一流道111内。当硅片2放置在载物平台14上时，加工气体从硅片2中心向四周均匀扩散，由此，最终生成的薄膜的局部应力的方向均趋于背离硅片2的圆心。

因硅片2在沉积完薄膜后，薄膜上的方向性局部应力均背离硅片2的圆心。由此，无论硅片2的转角如何不同，在光刻胶曝光时都只会看到一种局部应力方向分布方式，即只需要设置一种局部应力方向分布图就可满足对这种硅片2进行光刻胶曝光，进而大幅度降低光刻胶曝光失败的几率。

进一步地，侧壁11包括环形开口112和抽气环113。侧壁11凹陷形成环形开口112。环形开口112构造为环形的条槽。环形开口112水平设置。环形开口112的底部设置有出气孔115，出气孔115连通环形开口112。抽气环113优选为圆环状。参照图4，抽气环113上设置有多个径向延伸的排气孔114。排气孔114为设置在环形抽气环113上的通孔。抽气环113与环形开口112同轴设置，并覆盖在该环形开口112上。抽气环113的外周壁与环形开口112的内壁围合出第一流道111。

进一步地，抽气环113为圆环形，环形开口112为圆环形，第一流道111即为圆环形。同时，抽气环113和环形开口112均垂直于侧壁11的延伸方向，第一流道111即垂直于侧壁11的延伸方向。当第一流道111构造为垂直于侧壁11的圆环形流道时，每个排气孔114吸入的加工气体的速度更加接近，硅片2上的薄膜生长得更加均匀，硅片2上生成的薄膜的局部应力的方向均背离硅片2的圆心。

进一步地，参照图5，第一流道111包括依次靠近出气孔115的第一区域116、第二区域117和第三区域118。侧壁11对应于第一区域116、第二区域117和第三区域118的部分分别为第一侧壁部分、第二侧壁部分和第三侧壁部分。第一侧壁部分、第二侧壁部分和第三侧壁部分上的排气孔114的直径依次减小。

第一侧壁部分、第二侧壁部分和第三侧壁部分上的排气孔114的孔径成阶梯形下降，这种排气孔114更方便排布。

进一步地，第一侧壁部分上的相邻两个排气孔114的间距、第二侧壁部分上的相邻两个排气孔114的间距、第三侧壁部分上的相邻两个排气孔114的间距依次增大。

第一侧壁部分、第二侧壁部分和第三侧壁部分上的相邻排气孔114的间距呈阶梯状上升，这样，第一侧壁部分、第二侧壁部分和第三侧壁部分上的排气孔114整体吸气的速度更加均衡，参照图6，硅片上生长出薄膜后薄膜的局部应力的方向均背离硅片2的圆心且大小相近。

进一步地，第一侧壁部分上的排气孔114的直径取值范围为21～30mm，第一侧壁部分上的排气孔114的直径取值范围为16～20mm，第三侧壁部分上的排气孔114的直径取值范围为10～15mm。第一侧壁部分上的相邻排气孔114的间距的取值范围为5～20mm，第二侧壁部分上的相邻排气孔114的间距的取值范围为21～25mm，第三侧壁部分上的相邻排气孔114的间距的取值范围为26～50mm。第一侧壁部分上的排气孔数占总排气孔数的10～30％，第二侧壁部分上的排气孔数占总排气孔数的40～80％，第三侧壁部分上的排气孔数占总排气孔数的10～30％。参照图7，这样设置有能达到最佳效果，使得生成的薄膜的局部应力的方向均背离硅片2圆心，不同硅片2上的薄膜在同一测量区域的方向性局部应力的角度差在5°范围内。

进一步地，载物平台14的承载面的高度与排气孔114平齐。这样设置的好处在于，加工气体输入到内腔16后从再从排气孔114排出，气流流经的路径大致成L形，不会在内腔16内形成紊流，这样，加工气体均匀的流过硅片2表面，硅片2表面的生成的薄膜更加均匀。

进一步地，腔体10还包括设置在顶部的喷头15。喷头15连通于进气口131。喷头15用于将从进气口131输入的加工气体均匀地喷向载物平台14上。

进一步地，半导体加工装置1设置有多个腔体10和多个载物平台14。腔体10和载物平台14的数量相同，例如均设置有两个。载物平台14与腔体10一一对应设置，载物平台14设置在与其对应的腔体10内。半导体加工装置1还设置有第二流道17。第二流道17连通每个腔体10的出气孔115。第二流道17还连通于真空泵。这样设置后，通过一根第二流道17就可以将多个腔体10内加工气体抽出。

在另一个实施例中，随着排气孔114到出气孔115的距离的增长，排气孔114的孔径逐渐增长。每个排气孔114吸入的加工气体的速度更加接近，硅片2上的薄膜生长得更加均匀，硅片2上生成的薄膜的局部应力的方向均背离硅片2的圆心。

进一步地，随着排气孔114到出气孔115的距离的增长，相邻两个排气孔114的间距逐渐增长。这样，载物平台14的四周抽气的速度相同，硅片2上生成薄膜后的局部应力方向均背离硅片2的圆心。

进一步地，半导体加工装置用于制备碳薄膜。载物平台14能进行加热，例如载物平台14内设置有电热丝。在制备碳薄膜时，硅片2被加热到250～550℃。该半导体加工装置可以是在AMAT Producer机型上进行改进而获得的。

可以理解的，从半导体加工装置的进气口还可以通入用于制备薄膜以外的其他加工气体，例如是惰性的保护气体或起催化作用的催化气体。半导体加工装置除了制备薄膜的功能之外，如果从进气口通入其他种类的加工气体还可以实现不同的功能，例如可以进行蚀刻、清洗等功能。

应理解，以上描述的多个示例可沿多个方向(如倾斜、颠倒、水平、垂直，等等)并且以多个构造被利用，而不背离本发明的原理。附图中示出的实施例仅作为本发明的原理的有效应用的示例而被示出和描述，本发明并不限于这些实施例的任何具体的细节。

当然，一旦仔细考虑代表性实施例的以上描述，本领域技术人员就将容易理解，可对这些具体的实施例做出多种改型、添加、替代、删除以及其他变化，并且这些变化在本发明的原理的范围内。因此，前面的详细描述应被清楚地理解为是仅以说明和示例的方式来给出的，本发明的精神和范围仅由所附权利要求书及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种半导体加工装置，其特征在于，包括：

腔体(10)，包括

内腔(16)，所述内腔具有侧壁(11)和顶壁(13)；

第一流道(111)，位于所述侧壁(11)外，所述第一流道(111)还具有出气孔(115)；

多个排气孔(114)，位于所述侧壁(11)上，用于连通所述内腔(16)与所述第一流道(111)；以及

进气口(131)，位于所述顶壁(13)的中部，连通所述内腔(16)；

载物平台(14)，设置在所述腔体(10)内；

其中，多个所述排气孔(114)沿着所述第一流道(111)排列，随着所述排气孔(114)到所述出气孔(115)的距离的增长，所述排气孔(114)的孔径具有增长的趋势。

2.如权利要求1所述的半导体加工装置，其特征在于，所述内腔(16)为筒形，所述第一流道(111)为环形，且所述环形垂直于侧壁(11)的延伸方向。

3.如权利要求2所述的半导体加工装置，其特征在于，所述第一流道(111)包括为依次靠近所述出气孔(115)的第一区域(116)、第二区域(117)和第三区域(118)，所述侧壁(11)对应所述第一区域(116)、所述第二区域(117)和所述第三区域(118)的部分分别为第一侧壁部分、第二侧壁部分和第三侧壁部分，所述第一侧壁部分、所述第二侧壁部分和所述第三侧壁部分上的排气孔(114)的孔径依次减小。

4.如权利要求3所述的半导体加工装置，其特征在于，所述第一侧壁部分上的排气孔(114)的直径取值范围为21～30mm，所述第二侧壁部分上的排气孔(114)的直径取值范围为16～20mm，所述第三侧壁部分上的排气孔(114)的直径取值范围为10～15mm。

5.如权利要求3或4所述的半导体加工装置，其特征在于，所述第一侧壁部分上的相邻两个排气孔(114)的间距、所述第二侧壁部分上的相邻两个排气孔(114)的间距和所述第三侧壁部分上的相邻两个排气孔(114)的间距依次增大。

6.如权利要求5所述的半导体加工装置，其特征在于，所述第一侧壁部分上的相邻排气孔(114)的间距的取值范围为5～20mm，所述第二侧壁部分上的相邻排气孔(114)的间距的取值范围为21～25mm，所述第三侧壁部分上的相邻排气孔(114)的间距的取值范围为26～50mm。

7.如权利要求6所述的半导体加工装置，其特征在于，所述第一侧壁部分上的排气孔(114)数占总排气孔(114)数的10～30％，所述第二侧壁部分上的排气孔(114)数占总排气孔(114)数的40～80％，所述第三侧壁部分上的排气孔(114)数占总排气孔(114)数的10～30％。

8.如权利要求1所述的半导体加工装置，其特征在于，随着所述排气孔(114)到所述出气孔(115)的距离的增长，所述排气孔(114)的孔径逐渐增长。

9.如权利要求1所述的半导体加工装置，其特征在于，随着所述排气孔(114)到所述出气孔(115)的距离的增长，相邻两个排气孔(114)的间距逐渐增长。

10.如权利要求1所述的半导体加工装置，其特征在于，所述侧壁(11)还包括

环形开口(112)；

抽气环(113)，覆盖在所述环形开口(112)上，

其中，多个所述排气孔(114)设置在所述抽气环(113)上并沿所述抽气环(113)依次排布。

11.如权利要求10所述的半导体加工装置，其特征在于，所述抽气环(113)与所述环形开口(112)均为圆环形，且所述圆环形均垂直于所述侧壁的延伸方向。

12.如权利要求1所述的半导体加工装置，其特征在于，所述进气口(131)朝向所述载物平台(14)并用于向所述内腔输入加工气体，所述出气孔(115)用于将加工气体排出所述内腔(16)。

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