CN111063603B - 半导体工艺设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种半导体工艺设备。该半导体工艺设备包括：工艺腔室、介质窗组件及加热装置；介质窗组件设置于工艺腔室顶部，且介质窗组件内具有容置腔，容置腔用于容纳加热介质；加热装置与介质窗组件连接，用于向容置腔内通入加热介质。本申请实施例有效提高了介质窗加热的均匀性；加热介质与介质窗内部的多个表面接触并进行热交换，从而可以有效提高介质窗的加热效率；另一方面还可以避免射频线圈异常放电打火，从而提高安全性。

Description

半导体工艺设备

技术领域

本申请涉及半导体加工技术领域，具体而言，本申请涉及一种半导体工艺设备。

背景技术

目前，在半导体刻蚀设备中，通常将射频电源提供的射频能量传输到工艺腔室中，电离高真空状态下的工艺气体(如氩气Ar、氦气He、氮气N2、氢气H2等气体)，从而产生含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子的等离子体，这些活性粒子和置于工艺腔室并曝露在等离子体环境下的晶圆之间发生复杂的相互作用，使晶圆材料表面发生各种物理和化学反应，从而使材料表面性能发生变化，完成晶圆的刻蚀工艺。

当工艺腔室每次需要刻蚀之前，工艺腔室的每一个零部件需要达到理想刻蚀环境设计参数，以此来保证刻蚀工艺环境相同，进而保证晶圆刻蚀的型貌和均匀性一致。如何快速的将工艺腔室内每一个零件达到预设参数，减少机台的闲置时间，将成为衡量半导体刻蚀设备性能和客户选择刻蚀机的重要参数。工艺腔室的重要零部件介质窗，由于此零件壁厚以及直径较大且导热系数较小，将其温度达到预设温度耗时较长，如何快速的提高介质窗温度和保证温度的均匀性，将成为减少机台闲置时间的关键性能技术。

目前的介质窗加热方式是加热装置将空气加热后，通过通风管道和导热环，将高温空气输送到介质窗表面，进而对介质窗中心区域进行升温。高温空气将导热环加热后，导热环外表面将散去部分热量使得热能利用率较低，并且无法保证加热环温度的均匀性。

发明内容

本申请提出一种半导体工艺设备，用以解决介质窗加热效率低且加热温度不均匀的技术问题。

本申请实施例提供了一种半导体工艺设备，包括：工艺腔室、介质窗组件及加热装置；所述介质窗组件设置于所述工艺腔室顶部，且所述介质窗组件内具有容置腔，所述容置腔用于容纳加热介质；所述加热装置与所述介质窗组件连接，用于向所述容置腔内通入所述加热介质。

于本申请的一实施例中，所述介质窗组件包括底座及盖板，所述底座上开设有凹槽，所述盖板设置于所述底座上，与所述凹槽配合形成所述容置腔；所述盖板上开设有加热介质进入口和加热介质排出口。

于本申请的一实施例中，所述凹槽呈环形，其底面上设置有多个加强结构，多个所述加强结构呈放射状分布。

于本申请的一实施例中，所述加强结构包括沿所述凹槽径向延伸设置的加强筋。

于本申请的一实施例中，所述加强结构还包括支撑块，所述支撑块设置于所述加强筋上，用于顶抵所述盖板的底面。

于本申请的一实施例中，所述加热装置包括加热器、第一管路及第二管路，所述第一管路的两端分别与所述加热器及所述加热介质进入口连接，所述加热器通过所述第一管路向所述容置腔内通入所述加热介质；所述第二管路的两端分别与所述加热介质排出口及所述加热器连接，所述加热介质通过所述第二管路从所述容置腔内返回所述加热器。

于本申请的一实施例中，所述加热器包括隔热筒及多个加热片，多个所述加热片沿所述隔热筒的轴向延伸设置，任意两个相邻的所述加热片之间形成有加热通道。

于本申请的一实施例中，还包括有安装轴，所述安装轴与所述隔热筒同轴设置，多个所述加热片设置在所述安装轴上，且沿所述安装轴的周向均匀分布。

于本申请的一实施例中，所述加热片的外表面上包覆有防护层。

于本申请的一实施例中，所述加热介质为空气；所述第二管路上设置有空气放大器，用于加速所述空气的流动速度；所述第二管路上还设置有多孔结构，用于吸入所述介质窗组件周围的空气。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：

本申请实施例通过在介质窗内设置容置腔，并且由加热装置向容置腔内循环输送加热介质，以此达到对介质窗加热的目的。由于设置有容置腔，加热介质可以直接与介质窗均匀接触，从而有效提高介质窗加热的均匀性；加热介质与介质窗内部的多个表面接触并进行热交换，从而可以有效提高介质窗的加热效率；另一方面由于加热介质在容置腔内对介质窗加热，还可以防止加热介质中携带的颗粒物散落在射频线圈上，避免了射频线圈异常放电打火，从而提高了本申请实施例的安全性。进一步的，采用上述设计还可以有效降低介质窗的重量，从而可以有效降低装配的难度。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例提供的一种半导体工艺设备的剖视示意图；

图2为本申请实施例提供的一种半导体工艺设备的部分结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种半导体工艺设备的俯视示意图；

图4A为本申请实施例提供的一种底座的俯视示意图；

图4B为本申请实施例提供的一种底座的横向剖视示意图；

图4C为本申请实施例提供的一种底座的纵向剖视示意图；

图5A为本申请实施例提供的一种盖板的俯视示意图；

图5B为本申请实施例提供的一种盖板的横向剖视示意图；

图5C为本申请实施例提供的一种盖板的侧视示意图；

图6为本申请实施例提供的一种加热装置的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的一种加热片与安装轴配合的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。

本申请实施例提供了一种半导体工艺设备，半导体工艺设备的结构示意图如图1至图3所示，包括：包括工艺腔室1、介质窗组件2及加热装置3；介质窗组件2设置于工艺腔室1顶部，且介质窗组件2内具有容置腔21，容置腔21用于容纳加热介质；加热装置3与介质窗组件2连接，用于向容置腔21内的通入加热介质。

如图1所示，工艺腔室1内设置有用于承载晶圆的卡盘11，工艺腔室1的顶部设置有环形的调整支架14，调整支架14中部凹设有安装部，且该安装部内设置有衬垫141及密封圈142，介质窗组件2的外缘与衬垫141的内缘接触，并且介质窗组件2的底面压抵于密封圈142上，从而实现与工艺腔室1密封连接，喷嘴12可以安装于介质窗组件2上。射频线圈13通过一线圈支架131设置于介质窗组件2的上方，线圈支架131例如可以采用圆形板状结构，其外缘可以通过支腿132与调整支架14的顶部连接，射频线圈13可以设置于线圈支架131的底面上。

介质窗组件2内设置有容置腔21，加热装置3可以向容置腔21内输送加热介质，加热介质可以在容置腔21内对介质窗组件2进行均匀加热。加热介质例如可以是洁净且干燥的空气。当加热介质与介质窗组件2完成热交换后，加热装置3可以将加热介质由容置腔21内导出，并且再次对该加热介质进行加热，并以此循环对介质窗组件2进行加热。工艺腔室1的顶部还可以设置有箱体15，箱体15的侧壁和线圈支架131共同支撑加热装置3。介质窗组件2及射频线圈13等部件均设置在箱体15内部。

优选的，如图1所示，可以设置两个加热装置3，从而可以进一步提高介质窗组件2的加热效率，进而可以有效降低半导体工艺设备的闲置时间。本申请实施例通过在介质窗组件内设置容置腔，并且由加热装置向容置腔内循环输送加热介质，以此达到对介质窗组件加热的目的。由于设置有容置腔，加热介质可以直接与介质窗组件均匀接触，从而有效提高介质窗组件加热的均匀性；加热介质与介质窗组件内部的多个表面接触并进行热交换，从而可以有效提高介质窗组件的加热效率；另一方面由于加热介质在容置腔内对介质窗组件加热，还可以防止加热介质中携带的颗粒物散落在射频线圈上，避免了射频线圈异常放电打火，从而提高了本申请实施例的安全性。进一步的，采用上述设计还可以有效降低介质窗组件的重量，从而可以有效降低装配的难度。

需要说明的是，本申请实施例并不限定加热装置3的具体实施方式，例如其也可以采用其它类型的加热介质对介质窗组件2进行加热，例如采用液体。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例，介质窗组件2包括底座22及盖板23，底座22上开设有凹槽，盖板23设置于底座22上，与凹槽配合形成容置腔21；盖板23上开设有加热介质进入口231和加热介质排出口232。

如图3至图5C所示，介质窗组件2可以为采用陶瓷材质或其他类似材质制成的圆盘形结构。结合参照图1可知，由于介质窗组件2上设置有喷嘴12，因此容置腔21具体可以是设置于介质窗组件2内部圆环形空腔，但是本申请实施例并不以此为限。具体来说，介质窗组件2可以包括底座22及盖板23，底座22内可以形成有圆环形的凹槽，而盖板23则可以是圆形的盖板23结构，盖板23可以盖设于底座22的上方，与底座22配合以形成容置腔21，盖板上可以开设两个加热介质进入口231以及两个加热介质排出口232，以配合两个加热装置使用，从而提高介质窗组件2的加热效率。采用上述设计，可以使得本申请实施例的介质窗组件2结构简单便于拆装维护，而且分体式设置还可以有效降低成本。

需要说明的是，本申请实施例并不限定介质窗组件2的具体实施方式，例如介质窗组件2也可以是采用石英材质制成的一体式结构，其内部可以一体成型的形成有容置腔21。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，凹槽呈环形，其底面上设置有多个加强结构24，多个加强结构24呈放射状分布。

如图4A至图4C所示，底座22内的凹槽可以呈圆环形结构，并且凹槽的底面上可以向容置腔21内凸设有多个加强结构24，多个加强结构24均可以由底座22的中心部分向边缘延伸设置。可选的，上述加强结构24可以包括沿底座22的径向延伸设置的加强筋241，且加强筋241横截面为矩形或者三角形，但是本申请实施例并不限定加强筋241的具体截面形状。可选地，多个加强结构24可以均匀排布于底座22上。采用上述设计，不仅可以有效提高介质窗组件2的结构强度，从而有效提高了结构的稳定性，而且还可以增加与加热介质的接触面积，进而可以有效提高加热效率。

在一些其它实施例中，加强筋241还可以根据加热介质的流动方向来设置自身的倾斜方向，例如当加热介质沿底座22的圆周方向流动时，加强筋241的延伸方向依然是底座22的径向，但是其可以向圆周方向的某一侧倾斜设置，从而可以有效降低加热介质的流动阻力，进而进一步提高加热效率。

需要说明的是，本申请实施例并不限定加强结构24的具体结构，例如加强结构24可以采用圆环形结构，并且该圆环形结构可以与底座22同心设置。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，加强结构24还包括支撑块242，支撑块242设置于加强筋241上，用于顶抵盖板23的底面。如图4A至图4C所示，支撑块242可以一体形成于加强筋241上，并且其可以位于盖板23及加强筋241之间，采用该设计可以使加热介质均匀在容置腔21内流动，还可以增加盖板23与底座22之间的结构强度。进一步，支撑块242可以均设置有密封槽，在密封槽内可以设置柔性件，由于设置有柔性件，可以使得盖板23与底座22之间采用柔性接触，从而可以有效降低介质窗组件2的故障率，进而大幅提高稳定性及延长使用寿命。

需要说明的是，本申请实施例并不限定支撑块242的设置位置，例如支撑块242也可以分体设置于底座22上，且用于支撑盖板23。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例，底座22及盖板23通过多个紧固件25固定连接，紧固件25为树脂螺钉。

如图2、图5A至图5C所示，盖板23上可以设置有多个绕轴心分布的通孔233，多个通孔233具体可以分别布置于多个同心圆上，以供多个紧固件25穿过后与底座22固定连接，紧固件25具体可以采用树脂螺钉。采用上述设计，可以使得盖板23的结构稳定，并且由于树脂螺针具有耐高温抗氧化的优点，还可以有效提高盖板23的使用寿命。需要说明的是，本申请实施例对于紧固件25的具体实施方式并不限定，只要其采用非金属材质并且具有耐高温及抗氧化等特征点的材质均可以。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一个实施例中,结合参考图1、图3、图5A至图5C，加热装置3可以包括加热器31、第一管路32及第二管路33，第一管路32的两端分别与加热器31及加热介质进入口231连接，加热器31通过第一管路32向容置腔21内通入加热介质；第二管路33的两端分别与加热介质排出口232及加热器31连接，加热介质通过第二管路33从容置腔21内返回加热器31。

在本优选实施例中，加热器31通过第一管路32向容置腔21内输送加热介质，加热介质在容置腔21内均匀对介质窗组件2进行加热。加热介质例如可以是洁净且干燥的空气。当加热介质与介质窗组件2完成热交换后，可以通过第二管路33由容置腔21内导出，并且由加热器31再次对该加热介质进行加热，并以此循环对介质窗组件2进行加热。

于本申请的一实施例，加热器31包括隔热筒311及多个加热片312，多个加热片312沿隔热筒311的轴向延伸设置，任意两个相邻的加热片312之间形成有加热通道。

如图6至图7所示，加热器31可以包括隔热筒311及多个加热片312。隔热筒311可以为采用金属材质制成的圆筒形结构，隔热筒311的两端分别为进口及出口。加热片312可以为采用金属材质制成的片状结构，其设置于隔热筒311内，并且加热片312的延伸方向与隔热筒311的延伸方向相同，即加热片沿隔热筒311的轴向延伸设置，两个相邻的加热片312之间形成有加热通道，用于供加热介质通过并对加热介质进行加热。采用上述设计，相对于传统的加热丝来说，加热片312与加热介质的接触面积更大，从而可以大幅提高热利用率以及有效降低在成本。另一方面，加热介质沿加热通道通过加热器31进行加热，加热介质流动阻力更弱，从而可以进一步提高本申请的加热效率。

需要说明的是，本申请实施例并不限定加热片312的具体材质，其也可以采用其它非金属材质的加热材质制成。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例，如图7所示，加热器31还包括有安装轴313，安装轴313与隔热筒311同轴设置，且多个加热片312沿安装轴313的周向均匀分布。安装轴313可以沿隔热筒311的轴线方向沿伸设置，多个加热片312设置于安装轴313的周向，多个加热片312与安装轴313可以采用一体成型的方式制成，但是本申请实施例并不以此为限。采用上述设计，可以使得本申请实施例结构简单便于拆装维护。可选地，加热片312的外表面还包覆防护层，防护层为耐高温及抗氧化材料制成。具体来说，结合参照图1所示，加热片312的外表面可以包覆有陶瓷材质的涂层，不仅可以避免颗粒物的产生，从而可以防止射频线圈13异常打火情况发生，还可以避免加热片312表面氧化及老化，从而可以大幅延长加热装置3的使用寿命。需要说明的是，本申请实施例并不限定防护层的具体材质，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整。

于本申请的一实施例中，如图3及图6所示，当加热介质为气体时，例如可以为洁净干燥的空气，第二管路33上还可以设置有空气放大器34及多孔结构35，多孔结构35位于空气放大器34与介质窗组件2之间；空气放大器34用于加速加热介质的流动速度，多孔结构35用导入加热介质。在实际应用时，第二管路33上可以贯穿设置有多孔结构35，当少量的空气流入空气放大器34内，空气放大器34入口会形负压，第二管路33可以通过多孔结构35将介质窗组件2周围的热空气吸入，从而形成一个高温空气的循环状态，进而达到节省空气用量的目的。

应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：

本申请实施例通过在介质窗组件内设置容置腔，并且由加热装置向容置腔内循环输送加热介质，以此达到对介质窗组件加热的目的。由于设置有容置腔，加热介质可以直接与介质窗组件均匀接触，从而有效提高介质窗组件加热的均匀性；加热介质与介质窗组件内部的多个表面接触并进行热交换，从而可以有效提高介质窗组件的加热效率；另一方面由于加热介质在容置腔内对介质窗组件加热，还可以防止加热介质中携带的颗粒物散落在射频线圈上，避免了射频线圈异常放电打火，从而提高了本申请实施例的安全性。进一步的，采用上述设计还可以有效降低介质窗组件的重量，从而可以有效降低装配的难度。

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。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种半导体工艺设备，其特征在于，包括：工艺腔室、介质窗组件及加热装置；

所述介质窗组件设置于所述工艺腔室顶部，且所述介质窗组件内具有容置腔，所述容置腔用于容纳加热介质；

所述加热装置与所述介质窗组件连接，用于向所述容置腔内通入所述加热介质；

所述加热装置包括加热器，所述加热器用于对所述加热介质进行加热；

所述加热器包括隔热筒及多个加热片，多个所述加热片沿所述隔热筒的轴向延伸设置，任意两个相邻的所述加热片之间形成有加热通道。

2.如权利要求1所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述介质窗组件包括底座及盖板，所述底座上开设有凹槽，所述盖板设置于所述底座上，与所述凹槽配合形成所述容置腔；所述盖板上开设有加热介质进入口和加热介质排出口。

3.如权利要求2所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述凹槽呈环形，其底面上设置有多个加强结构，多个所述加强结构呈放射状分布。

4.如权利要求3所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述加强结构包括沿所述凹槽径向延伸设置的加强筋。

5.如权利要求4所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述加强结构还包括支撑块，所述支撑块设置于所述加强筋上，用于顶抵所述盖板的底面。

6.如权利要求2至5的任一所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述加热装置还包括第一管路及第二管路，所述第一管路的两端分别与所述加热器及所述加热介质进入口连接，所述加热器通过所述第一管路向所述容置腔内通入所述加热介质；所述第二管路的两端分别与所述加热介质排出口及所述加热器连接，所述加热介质通过所述第二管路从所述容置腔内返回所述加热器。

7.如权利要求6所述的半导体工艺设备，其特征在于，还包括有安装轴，所述安装轴与所述隔热筒同轴设置，多个所述加热片设置在所述安装轴上，且沿所述安装轴的周向均匀分布。

8.如权利要求6所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述加热片的外表面上包覆有防护层。

9.如权利要求6所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述加热介质为空气；所述第二管路上设置有空气放大器，用于加速所述空气的流动速度；所述第二管路上还设置有多孔结构，用于吸入所述介质窗组件周围的空气。

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