CN112687513A - 半导体加工腔室 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体加工腔室，包括腔体和设置在腔体中的可升降的基座和内衬组件。内衬组件包括上内衬和下内衬，其中，上内衬环绕设置在腔体的侧壁内侧；下内衬固定环绕设置在基座的外周，下内衬中设置有导气通道，导气通道包括均沿下内衬的周向环绕的第一环形通气口和第二环形通气口，且第二环形通气口的内径小于第一环形通气口的内径；下内衬用于在基座位于工艺位置时，下内衬与上内衬围成第一空间，且下内衬与腔体之间的区域为第二空间，基座位于第一空间内，升降机构位于第二空间内；第一环形通气口和第二环形通气口分别与第一空间和第二空间连通。本发明提供的半导体加工腔室，其可以提高工艺气体的分布均匀性，从而提高产品质量。

Description

半导体加工腔室

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种半导体加工腔室。

背景技术

等离子加工设备中通常包括预清洗腔室，用于对晶圆进行刻蚀工艺，以去除晶圆表面的杂质，从而有利于后续工艺步骤的有效进行。由于等离子体是由工艺气体电离形成的，工艺气体的气流场对等离子体的形成及分布起着至关重要的作用，也影响到晶圆的最终刻蚀效果。此外，对于包括刻蚀腔室的等离子加工设备而言，工艺气体的气流场对于刻蚀的均匀性也有着较大影响。

目前，在进行等离子刻蚀工艺的过程中，工艺气体通常由腔室顶部中心的气道或者腔室侧壁左右对称地进入，并被腔室底部的抽气泵抽走，以保证工艺气体的气流场能够在腔室中维持动态平衡。但是，由于基座等部件的设置，抽气泵通常无法设置在腔室底部的中心位置，这往往会导致腔室内部的等离子体分布偏向泵口方向，造成工艺均匀性变差，进而严重影响产品质量。

发明内容

本发明实施例旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种半导体加工腔室，其可以提高工艺气体的分布均匀性，从而提高产品质量。

为实现本发明的目的而提供一种半导体加工腔室，包括腔体和设置在所述腔体中的可升降的基座和内衬组件，其特征在于，所述内衬组件包括上内衬和下内衬，其中，所述上内衬环绕设置在所述腔体的侧壁内侧；

所述下内衬环绕设置在所述基座的外周，且与所述基座固定设置，所述下内衬中设置有导气通道，所述导气通道包括均沿所述下内衬的周向环绕的第一环形通气口和第二环形通气口，且所述第二环形通气口的内径小于所述第一环形通气口的内径；所述下内衬用于在所述基座位于工艺位置时，所述下内衬与所述上内衬围成第一空间，且所述下内衬与所述腔体之间的区域为第二空间，所述基座位于所述第一空间内，位于所述基座下方且与所述基座连接的升降机构位于所述第二空间内；

所述第一环形通气口和所述第二环形通气口分别与所述第一空间和所述第二空间连通。

可选的，所述下内衬包括环形板体，所述环形板体的内周缘设置有第一环形凸缘，所述第一环形凸缘的内周缘位于所述基座的下方，且位于所述基座的外周壁内侧；所述环形板体的外周缘设置有自所述环形板体的上表面凸出的第二环形凸缘；所述导气通道设置在所述环形板体中，且所述第一环形通气口位于所述第二环形凸缘的内周面上；所述第二环形通气口位于所述第一环形凸缘的下表面上，且靠近所述第一环形凸缘的内周缘的位置处。

可选的，所述环形板体包括第一环形板和设置在所述第一环形板下方的第二环形板，所述第一环形凸缘包括第一子凸缘和设置在所述第一子凸缘下方的第二子凸缘；其中，所述第一子凸缘设置在所述第一环形板的内周缘；所述第二子凸缘设置在所述第二环形板的内周缘；

所述第二环形凸缘包括设置在所述第一环形板的外周缘上的第三子凸缘、设置在所述第二环形板的外周缘上，且环绕在所述第三子凸缘外侧的第四子凸缘，以及与所述第四子凸缘连接的第五子凸缘，且所述第五子凸缘自所述第四子凸缘延伸至所述第三子凸缘的上表面上方；

所述第一子凸缘的下表面与所述第二子凸缘的上表面相对设置构成第一子通道、所述第一环形板的下表面与所述第二环形板的上表面相对设置构成第二子通道，所述第三子凸缘的外周面与所述第四子凸缘的内周面相对设置构成第三子通道，所述第五子凸缘的下表面与所述第三子凸缘的上表面相对设置构成第四子通道，所述第一子通道、第二子通道、第三子通道和第四子通道依次连通，以构成所述导气通道。

可选的，在所述第二子凸缘中，且靠近其内周缘的位置处设置有多个导气孔，多个所述导气孔沿所述第二子凸缘的周向间隔分布，每个所述导气孔的下端位于所述第二子凸缘的下表面，以用作所述第二环形通气口。

可选的，所述半导体加工腔室还包括位于所述基座的下方，且所述基座连接的升降机构；所述第一子凸缘的内周缘和第二子凸缘的内周缘均与所述升降机构连接。

可选的，在所述第二子凸缘的下表面，且位于所述导气孔所在圆周的外侧还设置有导气环体，所述导气环体的内周面与所述升降机构的外周面间隔形成辅助导气通道。

可选的，所述上内衬的下端延伸至所述第三子凸缘的上端面下方，且与所述第三子凸缘的内周面间隔设置。

可选的，所述第五子凸缘的内周缘与所述上内衬的外周面相抵。

可选的，所述第五子凸缘的下表面叠置在所述第四子凸缘的上表面，且在二者之间设置有密封圈。

可选的，所述第二环形板采用绝缘材料制成。

本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例提供的半导体加工腔室，其通过在下内衬中设置导气通道，可以连通位于腔体上部区域的第一空间和位于腔体下部区域的第二空间，以使第一空间中的工艺气体能够排出至第二空间，同时该导气通道可以用作迷宫式通道，以阻挡等离子体进入腔体的下部区域中；而且，由于导气通道的第二环形通气口的内径小于第一环形通气口的内径，导气通道的第二环形通气口更靠近腔体的中心区域，这可以缩小第二环形通气口在其圆周方向上不同位置与腔体底部的抽气泵之间的距离差值，同时缩短排气路径，从而可以避免气流扰乱腔体内部的工艺气体的动态平衡，进而可以提高工艺气体的分布均匀性，从而可以提高产品质量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的半导体加工腔室在基座升至工艺位置时的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的半导体加工腔室在基座降至装卸位置时的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的下内衬及基座和升降机构的剖视图；

图4为本发明实施例提供的下内衬及基座的剖视图；

图5为本发明实施例提供的半导体加工腔室的局部剖视图；

图6为本发明实施例提供的半导体加工腔室为穹顶式结构时的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的下内衬的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的下内衬的俯视图；

图9为本发明实施例提供的下内衬的局部剖视图；

图10为在本发明实施例提供的半导体加工腔室进行工艺时晶圆表面的气体流速分布图。

具体实施方式

下面详细描述本发明，本发明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发明的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，本实施例中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明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。

在现有的半导体加工腔室中，工艺气体通常由设置在腔室顶部中心位置处的气道或者由腔室侧壁左右对称地进入腔室中，同时被设置在腔室底部的抽气泵抽出，以在半导体加工腔室中形成动态的气流场。为了提高工艺均匀性，就需要保证腔室中的等离子体分布均匀，而工艺气体在腔室中的分布均匀性，是影响等离子体分布的重要因素。但是，由于基座通常设置在腔室的中心，这使得抽气泵只能设置在腔室底部，且位于基座的一侧，在这种情况下，抽气泵在抽气时会使工艺气体形成的动态气流场偏向抽气泵所在的一侧，从而导致气体分布不均匀，进而影响等离子体的分布均匀性。

为解决上述问题，如图1所示，本实施例提供一种半导体加工腔室1，其包括腔体11和设置在该腔体11中的可升降的基座3和内衬组件，其中，基座3用于承载晶片，且可上升至工艺位置或者下降至装卸位置。在一些实施例中，半导体加工腔室还包括升降机构31。该升降机构31位于基座3的下方并与基座3连接，用于驱动基座3升降，该升降机构31例如包括升降轴和套设在该升降轴上的波纹管。当然，在实际应用中，升降机构31还可以采用其他结构，本发明实施例对此没有限制。基座3通常与腔体11同轴设置，以保证工艺均匀性。

内衬组件包括上内衬21和下内衬22。其中，上内衬21环绕设置在腔体11的侧壁内侧。在一些实施例中，上内衬21可采用法拉第接地筒，用于将外部电场耦合到腔体11中。下内衬22环绕设置在基座3的外周，并与升降机构31连接，下内衬22用于在基座3位于工艺位置时，与上内衬21围成第一空间I，即，在腔体11内位于下内衬22以上的上部区域，而且其与腔体11之间的区域为第二空间II，即，在腔体11内位于下内衬22以下的下部区域。其中，基座3位于第一空间I内。而当基座3位于下降至装卸位置时，如图2所示，下内衬22则不会与上内衬21围成第一空间I，或与腔体11围成第二空间II。

而且，如图3所示，下内衬22中设置有导气通道223，该导气通道223包括均沿下内衬22的周向环绕的第一环形通气口2231和第二环形通气口2232，其中，第一环形通气口2231与腔体11的第一空间I连通，第二环形通气口2232与腔体11的第二空间II连通，这样，从腔体顶部通入的工艺气体，可以经由该导气通道223流入第二空间II，然后经由腔室底部的抽气泵4排出。同时，该导气通道223可以用作迷宫式通道，以阻挡等离子体进入腔体11的第二空间II中。

并且，导气通道223的第二环形通气口2232内径R2小于第一环形通气口2231内径1，这样，可以使第二环形通气口2232更靠近腔体11的中心区域。如图4所示，第二环形通气口2232圆周方向上不同位置与抽气泵4之间的最大距离差值为b1-a1，而第二环形通气口2232越靠近腔体11的中心区域，该差值就越小，由此可见，第二环形通气口2232越靠近腔体11的中心区域，其圆周方向上的不同位置与抽气泵4之间的距离差值就越小。所以本实施例提供的导气通道223能够缩短第二环形通气口2232圆周方向上不同位置与抽气泵4之间的距离差值，并同时缩短排气路径，使第一空间I中的工艺气体从第二环形通气口2232集中排出，从而可以避免气流扰乱腔体11内部的工艺气体的动态平衡，进而可以提高工艺气体的分布均匀性，从而可以提高产品质量。

还需要说明的是，本实施例提供的半导体加工腔室不仅限于为如图1所示的由腔室顶部中心进气的法拉第式腔室结构，其还可以为如图6所示的由腔室侧壁左右对称进气的穹顶式腔室结构。

在一些实施例中，如图3和图4所示，下内衬22包括环形板体224(即图3-4中虚线框指出的环形板状结构)，环形板体224的内周缘处设置有第一环形凸缘221(即图3-4中虚线框指出的环形凸缘结构)，第一环形凸缘221的内周缘S1位于基座3的下方，且位于基座3的外周壁S2内侧；在一些实施例中，第一环形凸缘221的内周缘S1延伸至升降机构31的外周面。

环形板体224的外周缘S3设置有自环形板体224的上表面凸出的第二环形凸缘222(即图3-4中虚线框指出的环形凸缘结构)；导气通道223设置在环形板体224中，且第一环形通气口2231位于第二环形凸缘222的内周面S4上；第二环形通气口2232位于第一环形凸缘221的下表面上，且靠近第一环形凸缘221的内周缘S1的位置处，即，更靠近腔室1在水平方向上的中心位置，以缩短第二环形通气口2232圆周方向上不同位置与抽气泵4之间的距离差值，从而提高气体分布均匀性。

在一些实施例中，如图7所示，前述环形板体224包括第一环形板2241和设置在第一环形板2241下方的第二环形板2242。

第一环形凸缘221包括第一子凸缘2211和设置在第一子凸缘2211下方的第二子凸缘2212；其中，第一子凸缘2211设置在第一环形板2241的内周缘；第二子凸缘2212设置在第二环形板2242的内周缘。

第二环形凸缘222包括设置在第一环形板2241的外周缘上的第三子凸缘2221、设置在第二环形板2242的外周缘上且环绕在第三子凸缘2221外侧的第四子凸缘2222，以及与第四子凸缘2222连接的第五子凸缘2223，且第五子凸缘2223自第四子凸缘2222延伸至第三子凸缘2221的上表面上方。

第一子凸缘2211的下表面与第二子凸缘2212的上表面相对设置构成第一子通道2233；第一环形板2241的下表面与第二环形板2242的上表面相对设置构成第二子通道2234；第三子凸缘2221的外周面与第四子凸缘2222的内周面相对设置构成第三子通道2235；第五子凸缘2223的下表面与第三子凸缘2221的上表面相对设置构成第四子通道2236；前述第一子通道2233、第二子通道2234、第三子通道2235和第四子通道2236依次连通，以构成导气通道223，从而导通第一空间I和第二空间II，并使工艺气体能够经由导气通道223从第一空间I流入至第二空间II。在一些实施例中，第五子凸缘2223与上内衬21的外周面相抵，以封闭第三子凸缘2221和上内衬21的间隔的上方开口，避免气体从该开口处直接流入第二空间II。

在一些实施例中，如图7所示，第一子凸缘2211的内周缘和第二子凸缘2212的内周缘均与升降机构连接，以使第一环形板2241第二环形板2242能够跟随基座3同步升降。在实际生产中，第一环形板2241和第二环形板2242与升降机构31之间的固定方式可根据升降机构31的结构进行选择，例如，可在第二环形板2242的内周缘的周围设置固定孔，以使第二环形板2242能够通过在该固定孔中安装紧固件来实现与升降机构31的固定连接。

在一些实施例中，如图8和图9所示，在第二子凸缘2212中，且靠近其内周缘的位置处设置有多个导气孔2252。多个导气孔2252沿第二子凸缘2212的周向间隔分布，每个导气孔2252的下端位于第二子凸缘2212的下表面，以用作第二环形通气口2232与腔体11的第二空间II连通。

在一些实施例中，如图7所示，半导体加工腔室还包括导气环体225，其设置在第二环形板2242的下表面，且位于导气孔2224所在圆周的外侧。导气环体225的内周面与升降机构31的外周面间隔设置，以形成辅助导气通道2251。辅助导气通道2251用于延长前述导气通道223，以减小第二环形通气口2232到抽气泵4的直线距离，从而进一步减小抽气泵4到第二环形通气口2232圆周方向上不同位置的距离差值。容易理解，辅助导气通道223的下端口到腔室底部的距离越小，上述距离差值就越小。

在一些实施例中，如图5所示，上内衬21的下端延伸至第三子凸缘2221的上端面下方，且与第三子凸缘2221的内周面间隔设置，从而既可以进一步延长导气通道223，又可以形成迷宫式通道，有利于阻挡等离子体进入第二空间II。

在一些实施例中，如图9所示，第五子凸缘2223的下表面叠置在第四子凸缘2222的上表面，而且两者之间的连接处设置有密封圈2224，以对二者之间的间隙进行密封。

在一些实施例中，第二环形板2242采用绝缘材料制成，这样可以避免等离子体在腔体11的第二空间II中发生起辉现象。上述绝缘材料例如包括陶瓷或PTFE等等。

将采用本实施例提供的半导体加工腔室和采用现有的半导体加工腔室对晶圆进行刻蚀工艺的工艺结果进行比较。请参考图10，其为前述两种条件下的晶圆表面的气体流速分布图。图10中的横轴为晶圆上的不同半径处的位置。以从-150mm到150mm为例，具体的，抽气泵口距离-150mm处更近。纵轴代表每一个点的气体流速。可以很明显地看出，当采用现有的半导体加工腔室对晶圆进行刻蚀时，晶圆最左侧(-150mm位置附近)，即靠近抽气泵一侧的晶圆边缘的流速明显高于右侧，气体流速的整体分布也明显不均衡。而当采用本实施例中提供的半导体加工腔室对晶圆进行刻蚀时，晶圆表面的气体流速整体呈现出左右对称的均匀分布。由此可见，因此本实施例中提供的半导体加工腔室能够提高工艺气体流速的分布的均匀度，从而提高腔室中的等离子体的均匀度，以使待加工晶元的刻蚀效果更均匀。

综上所述，本发明实施例提供的半导体加工腔室，其通过在下内衬中设置导气通道，可以连通位于腔体上部区域的第一空间和位于腔体下部区域的第二空间，以使第一空间中的工艺气体能够排出至第二空间，同时该导气通道可以用作迷宫式通道，以阻挡等离子体进入腔体的下部区域中；而且，由于导气通道的第二环形通气口的内径小于第一环形通气口的内径，导气通道的第二环形通气口更靠近腔体的中心区域，这可以缩小第二环形通气口在其圆周方向上不同位置与腔体底部的抽气泵之间的距离差值，同时缩短排气路径，从而可以避免气流扰乱腔体内部的工艺气体的动态平衡，进而可以提高工艺气体的分布均匀性，从而可以提高产品质量。

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)

1.一种半导体加工腔室，包括腔体和设置在所述腔体中的可升降的基座和内衬组件，其特征在于，所述内衬组件包括上内衬和下内衬，其中，所述上内衬环绕设置在所述腔体的侧壁内侧；

所述下内衬环绕设置在所述基座的外周，且与所述基座固定设置，所述下内衬中设置有导气通道，所述导气通道包括均沿所述下内衬的周向环绕的第一环形通气口和第二环形通气口，且所述第二环形通气口的内径小于所述第一环形通气口的内径；所述下内衬用于在所述基座位于工艺位置时，所述下内衬与所述上内衬围成第一空间，且所述下内衬与所述腔体之间的区域为第二空间，所述基座位于所述第一空间内；

所述第一环形通气口和所述第二环形通气口分别与所述第一空间和所述第二空间连通。

2.根据权利要求1所述的半导体加工腔室，其特征在于，所述下内衬包括环形板体，所述环形板体的内周缘设置有第一环形凸缘，所述第一环形凸缘的内周缘位于所述基座的下方，且位于所述基座的外周壁内侧；所述环形板体的外周缘设置有自所述环形板体的上表面凸出的第二环形凸缘；

所述导气通道设置在所述环形板体中，且所述第一环形通气口位于所述第二环形凸缘的内周面上；所述第二环形通气口位于所述第一环形凸缘的下表面上，且靠近所述第一环形凸缘的内周缘的位置处。

3.根据权利要求2所述的半导体加工腔室，其特征在于，所述环形板体包括第一环形板和设置在所述第一环形板下方的第二环形板，所述第一环形凸缘包括第一子凸缘和设置在所述第一子凸缘下方的第二子凸缘；其中，所述第一子凸缘设置在所述第一环形板的内周缘；所述第二子凸缘设置在所述第二环形板的内周缘；

所述第二环形凸缘包括设置在所述第一环形板的外周缘上的第三子凸缘、设置在所述第二环形板的外周缘上，且环绕在所述第三子凸缘外侧的第四子凸缘，以及与所述第四子凸缘连接的第五子凸缘，且所述第五子凸缘自所述第四子凸缘延伸至所述第三子凸缘的上表面上方；

所述第一子凸缘的下表面与所述第二子凸缘的上表面相对设置构成第一子通道、所述第一环形板的下表面与所述第二环形板的上表面相对设置构成第二子通道，所述第三子凸缘的外周面与所述第四子凸缘的内周面相对设置构成第三子通道，所述第五子凸缘的下表面与所述第三子凸缘的上表面相对设置构成第四子通道，所述第一子通道、第二子通道、第三子通道和第四子通道依次连通，以构成所述导气通道。

4.根据权利要求3所述的半导体加工腔室，其特征在于，在所述第二子凸缘中，且靠近其内周缘的位置处设置有多个导气孔，多个所述导气孔沿所述第二子凸缘的周向间隔分布，每个所述导气孔的下端位于所述第二子凸缘的下表面，以用作所述第二环形通气口。

5.根据权利要求4所述的半导体加工腔室，其特征在于，所述半导体加工腔室还包括位于所述基座的下方，且所述基座连接的升降机构；

所述第一子凸缘的内周缘和所述第二子凸缘的内周缘均与所述升降机构连接。

6.根据权利要求5所述的半导体加工腔室，其特征在于，在所述第二子凸缘的下表面，且位于所述导气孔所在圆周的外侧还设置有导气环体，所述导气环体的内周面与所述升降机构的外周面间隔形成辅助导气通道。

7.根据权利要求3所述的半导体加工腔室，其特征在于，所述上内衬的下端延伸至所述第三子凸缘的上端面下方，且与所述第三子凸缘的内周面间隔设置。

8.根据权利要求7所述的半导体加工腔室，其特征在于，所述第五子凸缘的内周缘与所述上内衬的外周面相抵。

9.根据权利要求3所述的半导体加工腔室，其特征在于，所述第五子凸缘的下表面叠置在所述第四子凸缘的上表面，且在二者之间设置有密封圈。

10.根据权利要求2所述的半导体加工腔室，其特征在于，所述第二环形板采用绝缘材料制成。

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