CN111508806B - 半导体工艺腔室及半导体加工设备 - Google Patents

半导体工艺腔室及半导体加工设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种半导体工艺腔室及半导体加工设备，半导体工艺腔室包括腔体、承载装置、偏压电极装置、激励电极装置、整流结构，承载装置位于腔体中，设置在偏压电极装置下方，包括朝下设置的承载面，用于将晶片固定在承载面上；偏压电极装置位于腔体中，设置在腔体的顶壁上，用于向承载装置提供偏压功率，以将等离子体引向承载面；顶壁上环绕偏压电极装置开设有多个进气口，激励电极装置设置在腔体的侧壁上，用于激发自进气口进入腔体中的工艺气体形成等离子体；整流结构用于改变工艺气体的流向将等离子体导向承载装置的承载面。本发明提供的半导体工艺腔室及半导体加工设备，能够减少晶片上工艺颗粒的产生，从而提高半导体工艺的工艺结果。

Description

半导体工艺腔室及半导体加工设备
技术领域
本发明涉及半导体设备技术领域，具体地，涉及一种半导体工艺腔室及半导体加工设备。
背景技术
干法刻蚀在集成电路(Integrated Circuit，IC)、分立器件和先进封装等领域有重要应用，是工业生产中非常重要的一种工艺过程。而低温等离子体技术是干法刻蚀中的重要基础，一般使用平行板电容器或者缠绕线圈的方式在腔室中产生等离子体。
现有的一种基于缠绕线圈(即，Inductively Coupled Plasma，ICP 模式)原理的半导体刻蚀设备，在反应腔室中设置有内径由上至下逐渐减小的锥形整流筒，整流筒将反应腔室分割成上下两个部分，上部分用于产生等离子体，下部分用于等离子体与晶圆的刻蚀反应，并在反应腔室的底部设置有真空泵、下电极装置和用于承载晶圆的基座。在工艺过程中，工艺气体从机台的顶部进入反应腔室中，并在反应腔室中由射频线圈启辉离化产生等离子体，等离子体在下电极装置所产生的电场的作用下向下运动，经过整流筒后与基座上的晶圆发生刻蚀反应，刻蚀反应产生的废气被真空泵抽走。
但是，在上述反应腔室中，由于重力、电场的电磁力和真空泵的抽气方向均向下，这就使得刻蚀反应产生的颗粒会向下运动，随机掉落在晶圆的表面上，导致晶圆的表面产生工艺颗粒。
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，提出了一种半导体工艺腔室及半导体加工设备，其能够减少晶片上工艺颗粒的产生，从而提高半导体工艺的工艺结果。
为实现本发明的目的而提供一种半导体工艺腔室，包括腔体，还包括承载装置、偏压电极装置、激励电极装置、整流结构，其中，
所述承载装置、所述偏压电极装置位于所述腔体中，所述偏压电极装置设置在所述腔体的顶壁上，所述顶壁上环绕所述偏压电极装置开设有多个进气口，所述承载装置设置在所述偏压电极装置下方，所述激励电极装置设置在所述腔体的侧壁上；
所述激励电极装置用于激发自所述进气口进入所述腔体中的工艺气体形成等离子体；
所述承载装置包括朝下设置的承载面，所述承载装置用于将晶片固定在所述承载面上；
所述偏压电极装置用于向所述承载装置提供偏压功率，以将等离子体引向所述承载面；
所述整流结构用于改变所述工艺气体的流向将所述等离子体导向所述承载装置的承载面。
优选的，所述承载装置包括静电卡盘、托环、升降机构，其中，所述承载面为所述静电卡盘的朝下设置的静电吸附面，所述静电卡盘用于通过静电吸附力将晶片吸附在所述承载面上；
所述升降机构固定设置在所述腔体中，并与所述托环连接，用于驱动所述托环升降；
所述托环位于所述承载面的下方，用于承载晶片，且所述托环上开设有供晶片机械手通过的开口，所述托环能够在所述升降机构的驱动下贴近所述静电卡盘或远离所述静电卡盘。
优选的，所述托环的内径相比于所述晶片的直径小2mm-3mm。
优选的，所述整流结构包括锥形整流筒，所述整流筒设置在所述腔体的底壁上，位于所述承载面的下方，所述底壁上开设有排气口，所述整流筒环绕所述排气口设置，所述整流筒的外周壁为内径由上至下逐渐增大的环形锥面。
优选的，所述整流筒的外周壁的上端相比于所述整流筒的外周壁的其余部分向其中心弯折。
优选的，所述整流筒与所述承载面同心设置，高度为10mm-30mm，下端的外径为300mm-400mm，上端的外径为 275mm-325mm。
优选的，所述激励电极装置包括环形线圈，所述环形线圈设置在所述腔体的侧壁中。
优选的，所述半导体工艺腔室还包括冷却装置，所述冷却装置设置在所述承载装置与所述偏压电极装置之间，用于对所述承载装置进行冷却。
优选的，所述半导体工艺腔室还包括设置在所述腔体内的遮蔽筒，所述承载装置和所述偏压电极装置均设置在所述遮蔽筒中，且所述遮蔽筒下端开设有能够露出所述承载面的开口。
本发明还提供一种半导体加工设备，包括如本发明提供的所述半导体工艺腔室。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的半导体工艺腔室，借助承载装置将晶片固定在朝下设置的承载面上，使晶片能够以晶片的用于进行工艺的工艺面朝下的方式固定在承载面上，并借助整流结构改变工艺气体的流向将等离子体导向承载装置的承载面，以及设置在承载装置上方的偏压电极装置提供偏压功率将等离子体向上引向承载面，以能够在半导体工艺过程中，将激励电极装置激发的自进气口进入腔体中的工艺气体所形成等离子体引导向晶片的工艺面，这就使得在半导体工艺过程中，晶片的工艺面是朝下的，进入腔体的工艺气体被激励电极装置激发所形成的等离子体，受到偏压功率所产生的电场和整流结构生成的气流场的作用而向上运动至晶片的工艺面，对晶片进行加工，而工艺过程中所产生的工艺颗粒，由于其并不带电，其只会受到自身重力和抽真空装置的抽力而向下运动，这样就可以降低工艺颗粒落在晶片的工艺面上的可能性，从而减少晶片上工艺颗粒的产生，进而提高半导体工艺的工艺结果。
本发明提供的半导体加工设备，借助本发明提供的半导体工艺腔室，能够减少晶片上工艺颗粒的产生，从而提高半导体工艺的工艺结果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的半导体工艺腔室处于工艺过程中的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的半导体工艺腔室处于工艺过程前的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的半导体工艺腔室的俯视示意图；
图4为本发明实施例提供的半导体工艺腔室中托环的俯视示意图；
图5为本发明实施例提供的半导体工艺腔室中托环的侧视示意图；
图6为本发明实施例提供的半导体工艺腔室中冷却装置及静电卡盘的结构示意图；
附图标记说明：
10-腔体；11-偏压电极装置；12-激励电极装置；13-进气口；14- 静电卡盘；15-托环；16-升降机构；17-抽真空装置；18-整流结构； 19-冷却装置；20-遮蔽筒；21-排气口；22-晶片。
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半导体工艺腔室及半导体加工设备进行详细描述。
如图1-图6所示，本发明实施例提供一种半导体工艺腔室，包括腔体10、承载装置、偏压电极装置11和激励电极装置12、整流结构18，其中，承载装置、偏压电极装置11位于腔体10中，偏压电极装置11设置在腔体10的顶壁上，顶壁上环绕偏压电极装置11开设有多个进气口13，承载装置设置在偏压电极装置11下方，激励电极装置12设置在腔体10的侧壁上；激励电极装置12用于激发自自进气口13进入腔体10中的工艺气体形成等离子体；承载装置包括朝下设置的承载面，承载装置用于将晶片22固定在承载面上；偏压电极装置11用于向承载装置提供偏压功率，以将等离子体引向承载面；整流结构18用于改变工艺气体的流向将等离子体导向承载装置的承载面。
本实施例提供的半导体工艺腔室，借助承载装置将晶片22固定在朝下设置的承载面上，使晶片22能够以晶片22的用于进行工艺的工艺面朝下的方式固定在承载面上，并借助整流结构18改变工艺气体的流向将等离子体导向承载装置的承载面，以及设置在承载装置上方的偏压电极装置11提供偏压功率将等离子体向上引向承载面，以能够在半导体工艺过程中，将激励电极装置12激发的自进气口进入腔体10中的工艺气体所形成等离子体引导向晶片22的工艺面，这就使得在半导体工艺过程中，晶片22的工艺面是朝下的，进入腔体10的工艺气体被激励电极装置12激发所形成的等离子体，受到偏压功率所产生的电场和整流结构18生成的气流场的作用而向上运动至晶片22的工艺面，对晶片22进行加工工艺，而工艺过程中所产生的工艺颗粒，由于其并不带电，其只会受到自身重力和抽真空装置23的抽力而向下运动，这样就可以降低工艺颗粒落在晶片22的工艺面上的可能性，从而减少晶片22上工艺颗粒的产生，进而提高半导体工艺的工艺结果。
通过在腔体10的顶壁上环绕承载装置和偏压电极装置11开设多个进气口13，使工艺气体在进入腔体10后，由上至下流动，而由于晶片22的工艺面也是朝下的，这就可以使得工艺气体需要经过 180°的旋转之后才会与晶片22的工艺面相接触，整流结构18可以优化工艺气体的流场，实现这一功能，进一步提高工艺均匀性及工艺效果。
可选的，工艺气体进气的气体流量的范围为25sccm-1000sccm。
在本实施例中，半导体工艺腔室还包括设置在腔体10内的遮蔽筒20，承载装置和偏压电极装置11均设置在遮蔽筒20中，且遮蔽筒20下端开设有能够露出承载面的开口，该开口用于使腔体10中的等离子体能够进入遮蔽筒20中，从而使腔体10中的等离子体能够与晶片22的工艺面接触。
通过将承载装置和偏压电极装置11设置在遮蔽筒20中，可以避免承载装置和偏压电极装置11受到腔体10中的等离子体的刻蚀，以减少工艺过程中工艺颗粒物的产生，从而进一步减少晶片22上工艺颗粒的产生，进一步提高半导体工艺的工艺结果，并且还能够延长承载装置和偏压电极装置11的使用寿命，降低半导体工艺腔室的使用成本。
可选的，腔体10的内径为300mm-400mm，遮蔽筒20的内径为 275mm-325mm，腔体10的高度为400mm-600mm。其中，腔体10 的内径可以根据晶片22的直径进行调整，例如，当对12寸晶片22 进行加工时，腔体10的内径优选为350mm。
在本实施例中，多个进气口13设置在腔体10的顶壁，并位于遮蔽筒20的外周壁与腔体10的内周壁之间，从而在遮蔽筒20的外周壁与腔体10的内周壁之间形成供工艺气体流通的通道。
可选的，遮蔽筒20的外周壁与腔体10的内周壁之间的垂直距离的范围为30mm-40mm。
在本实施例中，偏压电极装置11能够提供偏压功率，以在腔体 10中形成电磁场，通过电磁力以吸引等离子体运动，本实施例中的设置在承载装置上方的偏压电极装置11与现有技术中设置在承载装置下方的偏压电极装置11相比，其内部产生偏压功率的组件可以是相同的，但是，需要将现有技术中的设置在承载装置下方的偏压电极装置11水平翻转180°，从而使电磁力能够向上吸引等离子体，以能够将等离子体引向朝下设置的承载面。
在本实施例中，偏压电极装置11设置在腔体10的顶壁上，并可以位于遮蔽筒20中，偏压电极装置11中的供电线路可以穿设在遮蔽筒20的筒壁中，并通过遮蔽筒20的筒壁向上引出。
可选的，偏压电极装置11在将等离子体向上引向承载面时，可以提供大于0W，小于等于400W的偏压功率。
可选的，激励电极装置12包括环形线圈，环形线圈设置在腔体10的侧壁中，以能够环绕在腔体10的内部周围，从而在工艺气体进入腔体10后，激发工艺气体形成等离子体。
可选的，激励电极装置12提供的源射频功率为100W-5000W。
在本实施例中，承载装置包括静电卡盘14、托环15、升降机构 16，其中，承载面为静电卡盘14的朝下设置的静电吸附面，静电卡盘14用于通过静电吸附力将晶片22吸附在承载面上；升降机构16 固定在腔体10中，并与托环15连接，用于驱动托环15升降；托环 15位于承载面的下方，用于承载晶片22，且托环15上开设有供晶片机械手通过的开口(如图4所示)，托环15能够在升降机构16的驱动下贴近静电卡盘或远离所述静电卡盘。
在工艺开始前，升降机构16驱动托环15下降，使托环15远离静电卡盘14，随后，晶片机械手携带晶片22进入腔体10内，并移动至托环15与静电卡盘14之间，随后，升降机构16驱动托环15 上升，使托环15的上表面能够与晶片22的工艺面的边缘相接触，以能够从晶片机械手上托起晶片22，随后，晶片机械手退出至腔体10 外，升降机构16继续驱动托环15上升，使托环15贴近静电卡盘14，以使托环15上的晶片22被静电卡盘14吸附，并通过托环15将晶片 22压紧在静电卡盘14上，从而完成晶片22的传入过程。具体的，静电卡盘14的静电吸附面朝下设置，晶片22能够被静电卡盘14所产生的静电吸附力吸引，在工艺过程中，晶片22的工艺面朝下，而背离工艺面的背面朝上吸附在静电吸附面上，从而通过静电卡盘14 单独对晶片22进行承载并固定。
在工艺结束后，升降机构16驱动托环15下降，在该过程中，晶片22随着托环15的下降而下降，晶片机械手进入腔体10内，并移动至晶片22的下方，随后，升降机构16驱动托环15下降，使晶片22落在晶片机械手上，最后，晶片机械手携带晶片22退出至腔体 10外，从而完成晶片22的取出过程。在取放晶片22的过程中，晶片机械手穿过开设在托环15上的开口，以避免托环15与晶片机械手发生干涉，导致托环15的上表面无法完全与晶片22的工艺面的边缘相接触。
在本实施例中，静电卡盘14的直径可以根据晶片22的直径进行调整，例如，当对12寸晶片22进行加工时，静电卡盘14的直径优选为300mm。
可选的，遮蔽筒20的周壁可以由升降机构16来构成，也可以独立的设置壁体，并在壁体中设置可供升降机构16穿过的通道。
可选的，托环15的内径相比于晶片22的直径小2mm-3mm，以避免工艺过程中晶片22被托环15遮挡的面积过大，从而提高晶片 22的工艺效果。
在本实施例中，整流结构18包括锥形整流筒，整流筒设置在腔体10的底壁上，位于承载面的下方，底壁上开设有排气口21，整流筒环绕排气口和设置，整流筒的外周壁为内径由上至下逐渐增大的环形锥面。
通过将整流筒环绕排气口21设置，以使进入腔体10中的工艺气体在从排气口21被抽走的过程中，会经过整流筒的外周壁，并通过使整流筒，位于承载面的下方，以及将整流筒的外周壁为内径由上至下逐渐增大的环形锥面，从而使整流筒能够将工艺气体的流动方向改变至朝向承载面。
可选的，整流筒的外周壁的上端相比于整流筒的外周壁的其余部分向其中心弯折，以使工艺气体在流经整流筒的外周壁的上端时，能够沿其向中心弯折的部分向中心靠拢，从而提高中心区域的工艺气体的密度，使中心区域的等离子体密度与周围的等离子体密度相近，从而提高被引吸至晶片22的工艺面上的等离子体的分布均匀性，提供工艺均匀性，进而进一步提高工艺效果。
可选的，整流筒与承载面同心设置，以提高工艺气体在流经整流筒的外周壁的上端向承载面流动时的均匀性，从而提高被引吸至晶片22的工艺面上的等离子体的分布均匀性，提供工艺均匀性，进而进一步提高工艺效果。
可选的，整流筒的高度为10mm-30mm。
可选的，整流筒的下端的外径为300mm-400mm，整流筒的上端的外径为275mm-325mm。整流筒的上端的外径可以根据晶片22的直径进行调整，例如，当对12寸晶片22进行加工时，整流筒的上端口的外径优选为300mm。
可选的，整流筒的外周壁的上端弯折的角度范围为大于0°，且小于90°。优选的，整流筒的外周壁的上端弯折的角度范围为大于或等于30°，且小于或等于80°。
在本实施例中，排气口21还与抽真空装置17连通，通过抽真空装置17可以提高半导体工艺腔室的排气效率及效果。
在本实施例中，半导体工艺腔室还包括冷却装置19，冷却装置 19设置在承载装置与偏压电极装置11之间，用于对承载装置进行冷却。
可选的，静电卡盘14中可以设置冷却液通道，冷却装置19用于提供冷却液，并能够将冷却液输送至静电卡盘14的冷却液通道中，以对静电卡盘14进行冷却。
可选的，在工艺过程中，静电卡盘14的温度的范围为-20℃ -100℃。
作为另一个技术方案，本实施例还提供一种半导体加工设备，该半导体加工设备包括如本实施例所提供的半导体工艺腔室。
本实施例提供的半导体加工设备，借助本实施例提供的半导体工艺腔室，能够减少晶片上工艺颗粒的产生，从而提高半导体工艺的工艺结果。
综上所述，本实施例提供的半导体工艺腔室及半导体加工设备能够减少晶片22上工艺颗粒的产生，从而提高半导体工艺的工艺结果。
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 (10)

1.一种半导体工艺腔室，包括腔体，其特征在于，还包括承载装置、偏压电极装置、激励电极装置、整流结构，其中，
所述承载装置、所述偏压电极装置位于所述腔体中，所述偏压电极装置设置在所述腔体的顶壁上，所述顶壁上环绕所述偏压电极装置开设有多个进气口，所述承载装置设置在所述偏压电极装置下方，所述激励电极装置设置在所述腔体的侧壁上；
所述激励电极装置用于激发自所述进气口进入所述腔体中的工艺气体形成等离子体；
所述承载装置包括朝下设置的承载面，所述承载装置用于将晶片固定在所述承载面上；
所述偏压电极装置用于向所述承载装置提供偏压功率，以将等离子体引向所述承载面；
所述整流结构用于改变所述工艺气体的流向将所述等离子体导向所述承载装置的承载面。
2.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述承载装置包括静电卡盘、托环、升降机构，其中，
所述承载面为所述静电卡盘的朝下设置的静电吸附面，所述静电卡盘用于通过静电吸附力将晶片吸附在所述承载面上；
所述升降机构固定设置在所述腔体中，并与所述托环连接，用于驱动所述托环升降；
所述托环位于所述承载面的下方，用于承载晶片，且所述托环上开设有供晶片机械手通过的开口，所述托环能够在所述升降机构的驱动下贴近所述静电卡盘或远离所述静电卡盘。
3.根据权利要求2所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述托环的内径相比于所述晶片的直径小2mm-3mm。
4.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述整流结构包括锥形整流筒，所述整流筒设置在所述腔体的底壁上，位于所述承载面的下方，所述底壁上开设有排气口，所述整流筒环绕所述排气口设置，所述整流筒的外周壁为内径由上至下逐渐增大的环形锥面。
5.根据权利要求4所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述整流筒的外周壁的上端相比于所述整流筒的外周壁的其余部分向其中心弯折。
6.根据权利要求4所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述整流筒与所述承载面同心设置，高度为10mm-30mm，下端的外径为300mm-400mm，上端的外径为275mm-325mm。
7.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述激励电极装置包括环形线圈，所述环形线圈设置在所述腔体的侧壁中。
8.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述半导体工艺腔室还包括冷却装置，所述冷却装置设置在所述承载装置与所述偏压电极装置之间，用于对所述承载装置进行冷却。
9.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述半导体工艺腔室还包括设置在所述腔体内的遮蔽筒，所述承载装置和所述偏压电极装置均设置在所述遮蔽筒中，且所述遮蔽筒下端开设有能够露出所述承载面的开口。
10.一种半导体加工设备，其特征在于，包括根据权利要求1-9任一项所述的半导体工艺腔室。
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