CN111501000B - 承载装置及工艺腔室 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种承载装置及工艺腔室，其中，承载装置包括可升降的基座、顶针组件和多个封堵组件，基座中设置有多个通孔，多个通孔沿基座的周向间隔分布，顶针组件包括多个顶针，顶针的数量与通孔的数量相同，且每个顶针一一对应地穿设于每个通孔中；封堵组件的数量与通孔的数量相同，且每个封堵组件被设置为能够一一对应地将每个顶针限定在通孔中，使之能够随基座移动，且能够对各通孔进行封堵。本发明提供的承载装置及工艺腔室，能够提高半导体加工工艺的工艺效率及工艺结果。

Description

承载装置及工艺腔室
技术领域
本发明涉及半导体设备技术领域，具体地，涉及一种承载装置及工艺腔室。
背景技术
在半导体工艺中，溅射镀膜的是指利用氩气辉光放电产生氩离子，并通过氩离子在电场力的作用下，加速轰击以镀料制作的阴极靶材，将靶材中的镀料溅射出来并沉积在工件表面上的过程。
在现有的半导体工艺中，当无法对衬底(Wafer)的中心位置进行支撑时，会采用如图1-图3所示的一种工艺腔室11，工艺腔室11中设置有环形内衬12(Inner Shield)、环形外衬13(Outer Shield)、多个顶针14(Finger)和可升降的基座15。其中，基座15上沿其自身周向间隔设置有多个通孔16，每个通孔16供一个顶针14穿过，顶针14通过支撑衬底的外圆来承接衬底，环形内衬12设置在腔室的顶部，环形外衬13环绕设置在基座15的周围，当顶针14未支撑衬底时，基座15下降至基座15的上表面低于顶针14的顶部，当顶针14支撑有衬底时，基座15上升至基座15的上表面高于顶针14的顶部，以能够承载衬底，并且环形外衬13随基座15上升至与环形内衬12套合在一起，从而在环形外衬13与环形内衬12之间形成用于进行溅射镀膜工艺的反应腔。
但是，在工艺腔室11中，当基座15承载衬底时，衬底无法完全盖住基座15上的通孔16，这就导致在进行溅射镀膜工艺时，反应腔中的等离子体，会有部分通过通孔16流动至反应腔外，激发反应腔外的氩气电离，产生等离子体，浪费了能量，同时产生大量颗粒(Particle)，影响工艺结果。并且，等离子体还会通过通孔16，绕至衬底朝向基座15的背面，导致衬底背镀。
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，提出了一种承载装置及工艺腔室，能够提高半导体加工工艺的工艺效率及工艺结果。
为实现本发明的目的而提供一种承载装置，包括可升降的基座，所述基座中设置有多个通孔，多个通孔沿所述基座的周向间隔分布，所述承载装置还包括顶针组件和多个封堵组件，其中，所述顶针组件包括多个顶针，所述顶针的数量与所述通孔的数量相同，且每个所述顶针一一对应地穿设于每个所述通孔中；
所述封堵组件的数量与所述通孔的数量相同，且每个所述封堵组件被设置为能够一一对应地将每个所述顶针限定在所述通孔中，使之能够随所述基座移动，且能够对各所述通孔进行封堵。
优选的，每个所述封堵组件均包括设置在所述通孔中的台阶结构和设置在所述顶针顶端的封堵件，其中，所述封堵件的外径大于所述顶针的外径；所述台阶结构通过支撑所述封堵件来使每个所述顶针随所述基座移动，且所述台阶结构与所述封堵件在相接触时能够共同对所述通孔进行封堵。
优选的，所述台阶结构包括导向环，所述导向环设置在所述通孔中，且环绕在所述通孔与所述顶针之间，并且所述导向环的外周壁与所述通孔的内周壁相配合，且所述导向环的上端面低于所述通孔的上端面，以用作支撑所述封堵件的台阶面。
优选的，所述导向环的内周壁的径向截面形状和所述顶针的径向截面形状相同，且满足：在圆周方向上不同位置的直径不等，以限制所述顶针围绕其轴向的旋转自由度。
优选的，所述导向环的内周壁的径向截面形状和所述顶针的径向截面形状均为多边形或者椭圆形。
优选的，每个所述通孔包括第一子通孔和设置在所述第一子通孔下方的第二子通孔，所述第一子通孔的直径大于所述第二子通孔的直径，以构成所述台阶结构，且所述第二子通孔的上端面用作支撑所述封堵件的台阶面。
优选的，所述封堵件在所述通孔的径向截面上的正投影至少完全覆盖所述通孔的径向截面，且所述封堵件在所述通孔的径向截面上的正投影形状与所述通孔的径向截面形状相同。
优选的，在所述台阶结构与所述封堵件相接触时，所述封堵件的上表面与所述基座的承载面相平齐。
优选的，所述承载装置还包括支撑部件，所述支撑部件设置在所述基座的下方，且相对于所述基座固定不动；所述支撑部件用于在所述顶针随所述基座下降至指定位置时支撑所述顶针，以在所述基座继续下降时，能够使所述顶针相对于所述基座固定不动。
本发明还提供一种工艺腔室，包括腔体和用于承载晶片的承载装置，所述承载装置设置在所述腔体内，并采用如本发明提供的所述承载装置。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的承载装置，借助与顶针的数量和通孔的数量相同的封堵组件，将每个顶针限定的对应的各通孔中，使多个顶针和多个封堵组件能够随基座移动，并能够对各通孔进行封堵，以能够在半导体加工工艺过程中将各通孔封堵，以避免半导体加工工艺过程中，等离子体通过通孔外流，从而降低等离子体能量的浪费，并减少颗粒的产生，且避免外流的等离子体再通过通孔回流至衬底的背面，从而降低衬底背镀的情况发生，进而能够提高半导体加工工艺的工艺效率及工艺结果。
本发明提供的工艺腔室，借助本发明提供的承载装置承载衬底进行工艺，从而能够提高半导体加工工艺的工艺效率及工艺结果。
附图说明
图1为现有工艺腔室中基座处于传片位时的主视示意图；
图2为现有工艺腔室中基座处于工艺位时的主视示意图；
图3为现有工艺腔室中基座处于工艺位时的俯视示意图；
图4为本发明实施例提供的承载装置在工艺腔室中处于传片位时的主视示意图；
图5为本发明实施例提供的承载装置在工艺腔室中处于工艺位时的主视结构示意图；
图6为本发明实施例提供的承载装置的基座的俯视结构示意图；
图7为本发明第一实施例提供的承载装置中导向环和顶针的主视结构示意图；
图8为本发明第一实施例提供的承载装置中导向环和顶针的仰视结构示意图；
图9为本发明第一实施例提供的承载装置中导向环的主视结构示意图；
图10为本发明第一实施例提供的承载装置中导向环的俯视结构示意图；
附图标记说明：
11-工艺腔室；12-环形内衬；13-环形外衬；14-顶针；15-基座；
16-通孔；21-基座；22-承载面；23-顶针；24-封堵件；25-导向环；
26-台阶面；27-连接部；28-装配孔；29-螺栓；30-支撑部件；31-环形内衬；32-环形外衬。
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承载装置及工艺腔室进行详细描述。
如图4-图10所示，本实施例提供一种承载装置，包括可升降的基座21、顶针组件和多个封堵组件，其中，基座21中设置有多个通孔，多个通孔沿基座21的周向间隔分布，顶针组件包括多个顶针23，顶针23的数量与通孔的数量相同，且每个顶针23一一对应地穿设于每个通孔中；封堵组件的数量与通孔的数量相同，且每个封堵组件被设置为能够一一对应地将每个顶针23限定在通孔中，使之能够随基座21移动，且能够对各通孔进行封堵。
本实施例提供的承载装置，借助与顶针23的数量和通孔的数量相同的封堵组件，将每个顶针23限定的对应的各通孔中，使多个顶针23和多个封堵组件能够随基座21移动，并能够对各通孔进行封堵，以能够在半导体加工工艺过程中将各通孔封堵，以避免半导体加工工艺过程中，等离子体通过通孔外流，从而降低等离子体能量的浪费，并减少颗粒的产生，且避免外流的等离子体再通过通孔回流至衬底的背面，从而降低衬底背镀的情况发生，进而能够提高半导体加工工艺的工艺效率及工艺结果。
在本实施例中，每个封堵组件均包括设置在通孔中的台阶结构和设置在顶针23顶端的封堵件24，其中，封堵件24的外径大于顶针23的外径；台阶结构通过支撑封堵件24来使每个顶针23随基座21移动，且台阶结构与封堵件24在相接触时能够共同对通孔进行封堵。
具体的，在半导体加工工艺开始前，基座21下降至顶针23顶端的封堵件24高于基座21用于承载衬底的承载面22的位置，衬底被机械手携带进入工艺腔室，并被顶针23顶起，随后机械手退出工艺腔室，基座21上升使顶针23顶端的封堵件24落入至通孔中，并使通孔中的台阶结构对封堵件24进行支撑，此时，衬底由基座21的承载面22进行承载，以进行半导体加工工艺，由于封堵件24被台阶结构支撑，因此，封堵件24和顶针23能够随基座21移动，并且，由于台阶结构与封堵件24在相接触时能够共同对通孔进行封堵，从而在半导体加工工艺的过程中，能够避免等离子体通过通孔外流，进而降低等离子体能量的浪费，并减少颗粒的产生，且避免外流的等离子体再通过通孔回流至衬底的背面，进而降低衬底背镀的情况发生。
在本实施例中，可以是只有基座21能够升降，也可以是基座21和顶针组件均能够升降。当只有基座21能够升降时，承载装置还包括支撑部件30，支撑部件设置在基座21的下方，且相对于基座21固定不动；支撑部件30用于在顶针23随基座21下降至指定位置时支撑顶针23，以在基座21继续下降时，能够使顶针23相对于基座21固定不动。
具体的，在半导体加工工艺结束后，基座21下降，而顶针23和封堵件24也会随基座21下降，通过设置在基座21下方，且相对于基座21固定不动的支撑部件30，以能够在基座21下降至指定位置时，从顶针23的底端对顶针23进行支撑，使顶针23顶端的封堵件24与台阶结构分离，并在基座21继续下降时，使封堵件24伸出通孔，将位于基座21的承载面22上的衬底顶起，以使机械手能够将衬底取走，并且，在半导体加工工艺开始前，通过支撑部件30也可以从顶针23的底端对顶针23进行支撑，使顶针23顶端的封堵件24高于基座21，以能够从机械手上将衬底顶起。
当基座21和顶针组件均能够升降时，承载装置还包括升降部件，升降部件与多个顶针23连接，用于驱动多个顶针23在基座21的轴向上升降移动。具体的，升降部件可以设置在工艺腔室中的底部，在基座21升降的过程中，升降部件可以驱动多个顶针23同时升降，当基座21上升至工艺位置时，升降部件驱动多个顶针23下降使封堵件24落入至通孔中，并使通孔中的台阶结构对封堵件24进行支撑，以通过台阶结构和封堵件24共同对通孔进行封堵。但是，升降部件在工艺腔室中的位置并不限于此。
在本发明的第一实施例中，台阶结构包括导向环25，导向环25设置在通孔中，且环绕在通孔与顶针23之间，并且导向环25的外周壁与通孔的内周壁相配合，导向环25的上端面低于通孔的上端面，以用作支撑封堵件24的台阶面26。
具体的，导向环25的外周壁与通孔的内周壁相配合，以使导向环25能够被设置于通孔中，并堵住通孔的部分空间，且使导向环25的上端面能够作为台阶面26对封堵件24进行支撑，导向环25环绕在通孔与顶针23之间，以在基座21升降的过程中，顶针23能够穿过导向环25相对于基座21升降，当基座21上升至工艺位置时，封堵件24被导向环25的台阶面26所支撑，并将导向环25中空的部分封堵，从而与导向环25共同将通孔封堵。但是，台阶结构的形式并不以此为限。
在本实施例中，导向环25的内周壁的径向截面形状和顶针23的径向截面形状相同，且满足：在圆周方向上不同位置的直径不等，以限制顶针23围绕其轴向的旋转自由度。通过导向环25的内周壁限制顶针23围绕其轴向的旋转自由度，以避免由于顶针23在导向环25中自由旋转，导致顶针23顶端的封堵件24与通孔的上端面，也就是与基座21的承载面22发生干涉而无法落入至通孔中的情况发生，从而提高封堵组件封堵通孔的稳定性。
可选的，导向环25的内周壁的径向截面形状和顶针23的径向截面形状均为多边形或者椭圆形。
在本实施例中，导向环25上设置有连接部27，基座21上设置有连接结构，连接部27用于与连接结构可拆卸的连接。通过连接部27与连接结构可拆卸的连接，以使导向环25与基座21可拆卸的连接，从而便于对导向环25进行维护以及更换，并能够提高导向环25在通孔中的稳定性，从而提高封堵组件的使用稳定性。
可选的，封堵件24上的连接部27可以设置有装配孔28，连接结构可以是设置在基座21上的螺纹孔，通过将螺栓29穿过连接部27的装配孔28，再与基座21的螺纹孔螺纹配合，就可以实现连接部27与连接结构可拆卸的连接，从而实现导向环25与基座21可拆卸的连接。
在本发明的第二实施例中，每个通孔包括第一子通孔和设置在第一子通孔下方的第二子通孔，第一子通孔的直径大于第二子通孔的直径，以构成台阶结构，且第二子通孔的上端面用作支撑封堵件24的台阶面。
具体的，通孔中设置有孔径不同的第一子通孔和第二子通孔，且孔径较小的第二子通孔设置在孔径较大的第一子通孔的下方，由于第二子通孔的孔径小于第一子通孔的孔径，因此，第二子通孔的上端面相对于第一子通孔沿通孔的径向向通孔的中心凸出，以在通孔中直接形成台阶结构，且第二子通孔的上端面能够用作支撑封堵件24的台阶面，当第二子通孔的上端面对封堵件24进行支撑时，封堵件24将第二子通孔封堵，从而与台阶结构共同对通孔进行封堵。
在以上各实施例中，封堵件24在通孔的径向截面上的正投影至少完全覆盖通孔的径向截面，且封堵件24在通孔的径向截面上的正投影形状与通孔的径向截面形状相同。例如，通孔的径向截面形状为圆形，则封堵件24在通孔的径向截面上的正投影形状也为圆形，且封堵件24在通孔的径向截面上的正投影的直径至少与通孔的径向截面的直径相同，以能够使封堵件24在通孔的径向截面上的正投影至少完全覆盖通孔的径向截面。这样的设计可以使封堵件24不需要与台阶结构配合，就能够单独的对通孔进行封堵，并且可以避免当台阶结构支撑封堵件24时，在台阶结构上方，封堵件24的外周壁与通孔的内周壁之间出现空隙，从而避免等离子体落入该空隙中，以进一步降低等离子体能量的浪费，减少颗粒的产生，降低衬底背镀的情况发生，从而进一步提高半导体加工工艺的工艺效率及工艺结果。
在以上各实施例中，台阶结构与封堵件24相接触时，封堵件24的上表面与基座21的承载面22相平齐。这样的设计，一方面可以避免由于封堵件24的上表面高于基座21的承载面22，使衬底的背面在加工工艺中与承载面22之间出现缝隙，导致等离子体流入该缝隙中，造成衬底背镀的情况发生，从而进一步提高半导体加工工艺的工艺结果。另一方可以避免由于封堵件24的上表面低于基座21的承载面22，使衬底的背面与封堵件24的上表面之间出现缝隙，导致等离子体流入该缝隙中，造成衬底背镀的情况发生，从而进一步提高半导体加工工艺的工艺结果。
如图4和图5所示，作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种工艺腔室，该工艺腔室内设置有用于承载衬底的承载装置，且承载装置采用如本发明实施例所提供的承载装置。
本实施例提供的工艺腔室，借助本实施例提供的承载装置承载衬底进行工艺，从而能够提高半导体加工工艺的工艺效率及工艺结果。
在本实施例中，工艺腔室内还可以设置有位于工艺腔室顶部的环形内衬31，还可以在基座21的周围环绕设置环形外衬32，环形外衬32能够随基座21的升降而升降，当基座21上升至工艺位置时，环形外衬32与环形内衬31套合在一起，以在环形外衬32与环形内衬31之间形成用于进行溅射镀膜工艺的反应腔。
综上所述，本发明实施例提供的承载装置及工艺腔室，能够提高半导体加工工艺的工艺效率及工艺结果。
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 (8)

1.一种承载装置，包括可升降的基座，所述基座中设置有多个通孔，多个通孔沿所述基座的周向间隔分布，其特征在于，所述承载装置还包括顶针组件和多个封堵组件，其中，所述顶针组件包括多个顶针，所述顶针的数量与所述通孔的数量相同，且每个所述顶针一一对应地穿设于每个所述通孔中；
所述封堵组件的数量与所述通孔的数量相同，且每个所述封堵组件被设置为能够一一对应地将每个所述顶针限定在所述通孔中，使之能够随所述基座移动，且能够对各所述通孔进行封堵；
每个所述封堵组件均包括设置在所述通孔中的台阶结构和设置在所述顶针顶端的封堵件，其中，所述封堵件的外径大于所述顶针的外径；所述台阶结构通过支撑所述封堵件来使每个所述顶针随所述基座移动，且所述台阶结构与所述封堵件在相接触时能够共同对所述通孔进行封堵；
在所述台阶结构与所述封堵件相接触时，所述封堵件的上表面与所述基座的承载面相平齐。
2.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述台阶结构包括导向环，所述导向环设置在所述通孔中，且环绕在所述通孔与所述顶针之间，并且所述导向环的外周壁与所述通孔的内周壁相配合，且所述导向环的上端面低于所述通孔的上端面，以用作支撑所述封堵件的台阶面。
3.根据权利要求2所述的承载装置，其特征在于，所述导向环的内周壁的径向截面形状和所述顶针的径向截面形状相同，且满足：在圆周方向上不同位置的直径不等，以限制所述顶针围绕其轴向的旋转自由度。
4.根据权利要求3所述的承载装置，其特征在于，所述导向环的内周壁的径向截面形状和所述顶针的径向截面形状均为多边形或者椭圆形。
5.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，每个所述通孔包括第一子通孔和设置在所述第一子通孔下方的第二子通孔，所述第一子通孔的直径大于所述第二子通孔的直径，以构成所述台阶结构，且所述第二子通孔的上端面用作支撑所述封堵件的台阶面。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的承载装置，其特征在于，所述封堵件在所述通孔的径向截面上的正投影至少完全覆盖所述通孔的径向截面，且所述封堵件在所述通孔的径向截面上的正投影形状与所述通孔的径向截面形状相同。
7.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述承载装置还包括支撑部件，所述支撑部件设置在所述基座的下方，且相对于所述基座固定不动；所述支撑部件用于在所述顶针随所述基座下降至指定位置时支撑所述顶针，以在所述基座继续下降时，能够使所述顶针相对于所述基座固定不动。
8.一种工艺腔室，其特征在于，包括腔体和用于承载晶片的承载装置，所述承载装置设置在所述腔体内，并采用如权利要求1-7任意一项所述的承载装置。
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