CN113718229B - 半导体工艺腔室、半导体工艺设备和半导体工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体工艺腔室，包括反应腔和位于反应腔下方的传输腔，反应腔通过底部开口与传输腔连通，半导体工艺腔室中设置有可在反应腔与传输腔之间升降的基座，还设置有密封环和第一弹性密封筒，二者均设置于基座的下方且套设在基座的升降轴上，第一弹性密封筒的顶端在密封环的内孔处与密封环的底壁密封连接，底端在传输腔底部供升降轴穿出的通孔处与传输腔的底壁密封连接，第一弹性密封筒能够在基座上升至反应腔时，通过弹力驱动密封环上升并封闭反应腔的底部开口。本发明能够改善反应腔的控压效果，提高半导体工艺的工艺效果，并缩短传片时间，提高半导体工艺的成膜效率。本发明还提供一种半导体工艺设备和一种半导体工艺方法。

Description

半导体工艺腔室、半导体工艺设备和半导体工艺方法

技术领域

本发明涉及半导体工艺设备领域，具体地，涉及一种半导体工艺腔室、一种包括该半导体工艺腔室的半导体工艺设备和应用于该半导体工艺设备上的半导体工艺方法。

背景技术

随着电子产品的普及与更新换代以及国际形势的推动，半导体行业发展迅速，其中超大规模集成电路的进展尤为突出。各代工厂急需最优的扩产方案，即产能与占地面积比值最大化。现阶段提高产能的方案主要有以下两种：一、提高成膜速率，即提高单位时间内成膜衬底数量；二、增加同时成膜的衬底数量。

然而，采用现有的单晶圆加工腔室增加产能可提高成膜速率，但提高成膜速率提高产量有限。与之相比，大产能多反应区腔室设备优势明显，大产能多反应区腔室设备势必会成为各代工厂首要考虑设备。在此推动下，各个设备厂商为了争夺大产能多反应区腔室设备市场，纷纷研发大产能设备。大产能多反应区腔室设备的关键技术为各个反应区的独立性即隔离密封结构，以CVD/ALD工艺设备为例，隔离密封结构可保证气流场稳定、均匀，进一步保证成膜的稳定性、均匀性。但大产能多反应区腔室设备自身的传片结构导致各个反应区之间相互连通，传输腔空间较大且内部空间流道无规律，不能保证气流平稳及均匀。进一步导致工艺过程中控压不稳定，最终影响成膜质量。

因此，如何提供一种反应区密封性更高、控压效果更好的半导体工艺设备，成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

为实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种半导体工艺腔室，包括反应腔和位于所述反应腔下方的传输腔，所述反应腔通过底部开口与所述传输腔连通，所述半导体工艺腔室中设置有可通过所述底部开口在所述反应腔与所述传输腔之间升降的基座，所述半导体工艺腔室中还设置有密封环和第一弹性密封筒，所述密封环和所述第一弹性密封筒均设置于所述基座的下方且套设在所述基座的升降轴上，所述第一弹性密封筒的顶端在所述密封环的内孔处与所述密封环的底壁密封连接，所述第一弹性密封筒的底端在所述传输腔底部供所述升降轴穿出的通孔处与所述传输腔的底壁密封连接，所述第一弹性密封筒能够在所述基座上升至所述反应腔时，通过弹力驱动所述密封环上升并封闭所述反应腔的所述底部开口。

可选地，所述第一弹性密封筒为波纹管。

可选地，所述第一弹性密封筒的底端具有连接法兰，所述传输腔的底壁上环绕所述通孔形成有第一环形容纳槽，所述第一弹性密封筒底端的所述连接法兰密封设置在所述第一环形容纳槽中。

可选地，所述基座具有环绕所述基座轴线分布的多个基座孔，多个所述基座孔中一一对应地设置有多个支撑柱，所述支撑柱用于在基座上升时沿所述基座孔相对于所述基座下降，并在所述支撑柱的顶面与所述基座的承载面相平后随所述基座一同上升，以及，在所述基座下降至所述支撑柱的底端与所述传输腔的底壁接触后支撑并抬起所述基座上的晶圆；所述第一弹性密封筒环绕于多个所述支撑柱的外侧。

可选地，所述密封环包括凹盘和凹盘法兰，所述凹盘法兰环绕所述凹盘设置且与所述凹盘的外沿固定连接，所述凹盘法兰用于与所述反应腔的底部接触，所述凹盘朝向基座的一侧具有容纳凹槽，用于在所述基座下降至所述反应腔时容纳所述基座。

可选地，所述反应腔的底部具有环绕所述底部开口的第二环形容纳槽，所述第二环形容纳槽用于容纳所述凹盘法兰。

可选地，所述半导体工艺腔室包括多个所述反应腔，各所述反应腔均通过所述底部开口与所述传输腔连通，所述传输腔中设置有传输机械手，用于在不同所述反应腔对应的所述基座之间转移晶圆。

可选地，多个所述反应腔对应的多个所述基座环绕所述传输机械手设置，所述传输机械手包括驱动组件、上端法兰以及固定设置在所述上端法兰上的传输手指，所述驱动组件用于驱动所述上端法兰及其上固定的所述传输手指作升降动作和旋转动作，以使所述传输手指将部分所述基座上的晶圆取下，并将所述晶圆放置在其他所述基座上。

作为本发明的第二个方面，提供一种半导体工艺设备，包括上述任一半导体工艺腔室。

作为本发明的第三个方面，提供一种半导体工艺方法，所述半导体工艺方法应用于前面所述的半导体工艺设备，所述方法包括：

向所述基座上放置工艺前晶圆；

控制所述基座上升至所述反应腔，以使所述密封环上升并封闭所述反应腔的所述底部开口；

进行半导体工艺；

控制所述基座下降至所述传输腔；

取下所述基座上的工艺后晶圆。

可选地，所述半导体工艺腔室包括多个所述反应腔，所述传输腔中设置有传输机械手，用于在不同所述反应腔对应的所述基座之间转移晶圆；

所述向所述基座上放置工艺前晶圆，包括：

向部分基座上放置工艺前晶圆；

控制所述传输机械手将所述部分基座上的工艺前晶圆转移至其他所述基座上；

再次向所述部分基座上放置工艺前晶圆；

所述取下所述基座上的工艺后晶圆，包括：

取下所述部分基座上的工艺后晶圆；

控制所述传输机械手将其他所述基座上的工艺后晶圆转移至所述部分基座上；

再次取下所述部分基座上的工艺后晶圆。

可选地，多个所述反应腔对应的多个所述基座环绕所述传输机械手设置，所述传输机械手包括驱动组件、上端法兰以及固定设置在所述上端法兰上的传输手指；

所述控制所述传输机械手将所述部分基座上的工艺前晶圆转移至其他所述基座上，包括：

控制所述驱动组件驱动所述上端法兰升降，使所述传输手指的高度升降至所述工艺前晶圆与所述基座的承载面之间；

控制所述驱动组件驱动所述上端法兰旋转，使至少部分所述传输手指旋转至其他所述基座上的工艺前晶圆下方，并控制所述驱动组件驱动所述上端法兰升高，使所述传输手指取下其他所述基座上的工艺前晶圆；

控制所述驱动组件驱动所述上端法兰旋转，使所述传输手指上承载的工艺前晶圆旋转至位于其他所述基座上方，并控制所述驱动组件驱动所述上端法兰下降，使所述传输手指将所述工艺前晶圆放置在其他所述基座上；

控制所述驱动组件驱动所述上端法兰旋转，使所述传输手指离开所述基座；

所述控制所述传输机械手将其他所述基座上的工艺后晶圆转移至所述部分基座上包括：

控制所述驱动组件驱动所述上端法兰升降，使所述传输手指的高度升降至所述工艺前晶圆与所述基座的承载面之间；

控制所述驱动组件驱动所述上端法兰旋转，使至少部分所述传输手指旋转至上的工艺前晶圆下方，并控制所述驱动组件驱动所述上端法兰升高，使所述传输手指取下其他所述基座上的工艺前晶圆；

控制所述驱动组件驱动所述上端法兰旋转，使所述传输手指上承载的工艺前晶圆旋转至位于所述部分基座上方，并控制所述驱动组件驱动所述上端法兰下降，使所述传输手指将所述工艺前晶圆放置在所述部分基座上；

控制所述驱动组件驱动所述上端法兰旋转，使所述传输手指离开所述基座。

在本发明中，密封环与第一弹性密封筒能够将反应腔和密封筒内部空间与密封筒外部空间隔绝，从而提高了反应腔的密封效果，改善了反应腔的控压效果，进而提高了半导体工艺的工艺效果。并且，密封筒外部空间中的机械手等装置与反应腔之间为严格的隔离密封关系，从而可以在反应腔中进行半导体工艺的同时，对密封筒外部空间进行抽真空处理，无需在半导体工艺之间的传片步骤中再次将传输腔抽至本底真空，缩短了传片时间，进而提高了半导体工艺的成膜效率，提高了机台产能。此外，本发明提供的半导体工艺腔室结构尤其适用于多反应区腔室，密封环与第一弹性密封筒能够对反应腔进行严格密封，从而可解决多反应区腔室中各个反应区之间的气流相互干扰问题，提高多反应区腔室的成膜质量。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是一种现有的多反应区腔室设备中单个工艺腔室的结构示意图；

图2是图1中工艺腔室另一种状态的示意图；

图3是图2中工艺腔室的局部放大示意图；

图4是本发明实施例提供的半导体工艺腔室的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的半导体工艺腔室的另一结构示意图；

图6是图5中半导体工艺腔室的局部放大示意图；

图7是本发明实施例提供的半导体工艺设备中传输机械手与多个工艺腔室的基座之间的相对位置关系示意图；

图8是本发明实施例提供的半导体工艺腔室中密封环与第一弹性密封筒的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的半导体工艺方法的流程示意图；

图10是本发明实施例提供的半导体工艺方法中部分步骤的流程示意图；

图11是本发明实施例提供的半导体工艺方法中部分步骤的流程示意图。

附图标记说明：

1：薄膜沉积装置 2：反应室

3：基板传送室 4：基座

5：排气管装置 6：花洒

7：隔板 8：波纹管

9：基板升降销 10：细孔

11：反应气入口 12：升降装置

13：晶圆 14：台阶部分

15：反应区 16：间隙

17：底面。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1至图3为一种现有的大产能多反应区腔室设备中单个工艺腔室的结构示意图，其中图1为基座4放下的取放晶圆状态，图2所示为基座4升高至封闭隔板7的开口并使反应区密封（实际未完全密封，参见下文）的反应状态。

如图1至图2所示，在向基板升降销9上加载晶圆13后，基座4上升，此时基板升降销9（pin）在重力的作用下仍然停留在原位置（基板升降销9与基座4中容纳基板升降销9的孔之间存在间隙）。直到基板升降销9的上端锥面与基座4接触，此时基板升降销9的锥面已与基座4孔上端的锥面接触。基座4继续上升，基座4的平面14与波纹管8的下端面接触，压缩波纹管8，从而起到密封效果，将上部反应区与下部传输区隔开。

然而实际上，上部反应区与下部传输区之间还能通过基板升降销9与孔之间的间隙连通，不仅影响反应区的控压效果，反应区的气体还会流经晶圆13下方并流动至基板升降销9与孔之间的间隙中，进一步进入到下部传输区，在传输区内反应形成颗粒。在基座4下降或传片时，颗粒会落到晶圆13上表面造成污染。工艺过程中，工艺气体也会从25处缝隙进入到22所指的空间，在此形成薄膜和颗粒，在基座4下降过程中，这些颗粒也会落在晶圆13上表面造成污染。并且，由于基座4需要穿过波纹管8，而波纹管存在波纹宽度，因此波纹管波纹宽度也需要占用一些横向空间，从而增加了腔室的占地面积。

为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供一种半导体工艺腔室，如图4所示，该半导体工艺腔室包括反应腔100和位于反应腔100下方的传输腔200，反应腔100通过底部开口与传输腔200连通，半导体工艺腔室中设置有可通过反应腔100底部开口在反应腔100与传输腔200之间升降的基座300，还设置有密封环410和第一弹性密封筒420。密封环410和第一弹性密封筒420均设置于基座300的下方且套设在基座300的升降轴520上，第一弹性密封筒420的顶端在密封环410的内孔处与所述密封环410的底壁密封连接，第一弹性密封筒420的底端在传输腔200底部供所述升降轴520穿出的通孔处与所述传输腔的底壁密封连接，第一弹性密封筒420能够在基座300上升至反应腔100时，通过弹力驱动密封环410上升并封闭反应腔100的底部开口。

作为本发明的一种可选实施方式，第一弹性密封筒420可以为波纹管。在本发明中，第一弹性密封筒420能够通过弹性驱动密封环410上升，当基座300高度下降时，基座300下压密封环410并使第一弹性密封筒420被压缩，待工艺前晶圆被放置在基座300上后，基座300高度上升并进入反应腔100，第一弹性密封筒420顶起密封环410，使之封闭反应腔100的底部开口。此时，第一弹性密封筒420将传输腔200分隔为密封筒内部空间210和密封筒外部空间220，密封环410与第一弹性密封筒420均不存在气密性缺陷（如，升降销9与基座4中的孔之间的间隙），因而可以将密封筒内部空间210与密封筒外部空间220及密封筒外部空间220中的机械手等装置隔绝开，进而在反应腔100中通入工艺气体并进行半导体工艺时，反应腔100中的工艺气体不会因反应腔100与密封筒外部空间220之间的气压差而向密封筒外部空间220泄漏，提高了反应腔100的控压效果。

在本发明中，密封环410与第一弹性密封筒420能够将反应腔100和密封筒内部空间210与密封筒外部空间220隔绝，从而提高了反应腔100的密封效果，改善了反应腔100的控压效果，进而提高了半导体工艺的工艺效果。

并且，为保证晶圆表面洁净度，传输腔200每次传片前都需要进行抽真空，而在本发明中，密封筒外部空间220中的机械手等装置与反应腔100之间为严格的隔离密封关系，从而可以在反应腔100中进行半导体工艺的同时，对密封筒外部空间220进行抽真空处理，无需在半导体工艺之间的传片步骤中再次将传输腔200抽至本底真空，缩短了传片时间，进而提高了半导体工艺的成膜效率，提高了机台产能。

此外，本发明提供的半导体工艺腔室结构尤其适用于多反应区腔室（即，同一半导体工艺腔室中存在多个反应腔100，多个反应腔100与下方的同一传输腔200连通），如图5所示，密封环410与第一弹性密封筒420能够对反应腔100进行严格密封，从而可解决多反应区腔室中各个反应区（反应腔）之间的气流相互干扰问题，提高多反应区腔室的成膜质量。

本发明实施例对该半导体工艺腔室中进行的半导体工艺的反应类型不作具体限定，例如，该半导体工艺腔室可以是CVD（Chemical Vapor Deposition，化学气相淀积）工艺腔室，或者，也可以是ALD（Atomic Layer Deposition，原子层沉积）工艺腔室。

作为本发明的一种优选实施方式，如图4所示，第一弹性密封筒420的外径小于基座300的外径，从而不会额外增加腔室尺寸，减小了每一工艺腔室的占地面积，提高了机台空间的利用率。

为提高第一弹性密封筒420的两端与密封环410及传输腔200底壁之间的连接强度以及拆装便捷性，作为本发明的一种优选实施方式，如图4所示，第一弹性密封筒420的底端具有连接法兰421，传输腔200的底壁上环绕通孔形成有第一环形容纳槽，第一弹性密封筒420底端的连接法兰421密封设置在第一环形容纳槽中。

为提高气密性，第一弹性密封筒420的两端均具有连接法兰421，且第一弹性密封筒420优选通过焊接方式与两端的连接法兰421连接，在本发明实施例中，第一弹性密封筒420的两端均通过连接法兰421与其他部件紧固连接，从而在提高第一弹性密封筒420两端连接强度的同时，还提高了对第一弹性密封筒420及其内部部件进行维护时的拆装效率。并且，传输腔200的底壁上形成有容纳第一弹性密封筒420底端连接法兰421的第一环形容纳槽，提高了第一弹性密封筒420水平位置的定位精确性。

本发明实施例对基座300上的其他结构不做具体限定，例如，基座300上可以包括用于顶起晶圆的支撑柱。具体地，如图4所示，基座300具有环绕基座300轴线分布的多个基座孔（大于等于3个），多个基座孔中一一对应地设置有多个支撑柱310，支撑柱310用于在基座300上升时沿基座孔相对于基座300下降，并在支撑柱310的顶面与基座300的承载面相平后随基座300一同上升，以及，在基座300下降至支撑柱310的底端与传输腔200的底壁接触后支撑并抬起基座300上的晶圆。

在本发明实施例中，支撑柱310的顶部具有倒锥段（直径由顶部向下逐渐减小），基座孔的顶端同样具有与之配合的倒锥面。当基座300处于低位时，支撑柱310底端与传输腔200的底面相抵触，此时支撑柱310上端面高于基座上端面，从而为传输晶圆留足空间。基座300上升，支撑柱310上端的倒锥段与基座孔的倒锥面接触前，支撑柱310受重力作用不上升。当支撑柱310上端的倒锥段与基座孔的倒锥面接触后，倒锥面的支撑力抵消支撑柱310所受重力，支撑柱310随基座300上升到工艺位。

为了避免支撑柱310与基座孔之间的间隙导致的漏气问题，实现严格意义上的密封，如图4所示，第一弹性密封筒420环绕于多个支撑柱310的外侧，即，第一弹性密封筒109的内径大于基座圆周方向上均布的基座孔所在的分度圆。

为提高基座300下压密封环410时二者之间相对位置的稳定性，作为本发明的一种优选实施方式，如图8所示，密封环410包括凹盘411和凹盘法兰412，凹盘法兰412环绕凹盘411设置且与凹盘411的外沿固定连接，用于与反应腔100的底部接触，凹盘411朝向基座300的一侧具有容纳凹槽，用于在所述基座300下降至反应腔100时容纳基座300。密封环410的容纳凹槽中央形成有密封环410的内孔。

在本发明实施例中，密封环410的表面上具有与基座300（在水平面上的投影）位置、大小对应的容纳凹槽，基座300下降时先落入容纳凹槽中，再下压容纳凹槽的底面，使密封环410与第一弹性密封筒420均被下压；同理在基座300上升至进入反应腔100前，密封环410均在第一弹性密封筒420的抬升力作用下与基座300接触并将基座300保持在容纳凹槽中，从而通过容纳凹槽的侧壁保持密封环410与基座300之间相对位置的稳定性，进而提高了晶圆传输的平稳性。同时还能够保证密封环410上升至与反应腔100底部接触时，密封环410与反应腔100底部开口之间的相对位置，进而保证了密封环410与第一弹性密封筒420对反应腔100的密封效果。

为避免连接法兰421影响基座300顶部功能层上的结构，作为本发明的一种优选实施方式，密封环410上容纳凹槽的深度小于基座300底部的加热板的厚度。

为进一步保证反应腔100的密封效果，作为本发明的一种优选实施方式，如图4、图5所示，反应腔100的底部（传输腔200的顶壁上）具有环绕反应腔100底部开口的第二环形容纳槽130，第二环形容纳槽130用于容纳凹盘法兰412。

在本发明实施例中，反应腔100的底部具有第二环形容纳槽130，密封环410上升后，凹盘法兰412竖直进入第二环形容纳槽130中，从而通过凹盘法兰412与第二环形容纳槽130之间的配合关系进一步限制了密封环410水平方向上的自由度，使密封环410仅可以沿上下方向相对于反应腔100运动，进一步保证了密封环410与第一弹性密封筒420对反应腔100的密封效果。

需要说明的是，传输腔200的底面到第二环形容纳槽130的底面之间的距离需小于第一弹性密封筒109的自由长度，即第一弹性密封筒109需一直处于压缩状态，以保证密封效果。

为进一步提高密封环410与第一弹性密封筒420对反应腔100的密封效果，作为本发明的一种优选实施方式，如图4、图6、图8所示，凹盘法兰412的顶面上形成有绕凹盘411周向延伸的凸起结构413，第二环形容纳槽130的底面上形成有（在水平面上的投影）位置、形状对应的凹槽结构，从而延长了凹盘法兰412与第二环形容纳槽130之间缝隙的宽度，进而提高了凹盘法兰412密封反应腔100底部开口的气密性。

本发明实施例对凹盘法兰412与第二环形容纳槽130的外轮廓形状以及凸起结构413的图案形状不作具体限定，例如，凹盘法兰412与第二环形容纳槽130的外轮廓形状以及凸起结构413的图案形状可以为三角形（或近似三角形）、方形（或近似方形）或者边数更多的正多边形（或近似正多边形）等。优选地，凹盘法兰412与第二环形容纳槽130的外轮廓形状以及凸起结构413的图案形状均为圆形，从而可以提高凹盘法兰412与第二环形容纳槽130之间的受力均匀性，并且，凹盘法兰412与第二环形容纳槽130之间无需进行角度对位，简化了设备结构并提高了设备组装效率。

本发明实施例对如何驱动基座300升降不作具体限定，例如，作为本发明的一种可选实施方式，如图4所示，半导体工艺腔室的底部设置有升降驱动组件510，升降驱动组件510通过升降轴520驱动基座300升降。可选地，如图4所示，升降驱动组件510可以包括导轨-滑块装置，导轨竖直延伸并固定在工艺腔室的底部，滑块活动设置在导轨上并与升降轴520的底端固定连接，滑块在导轨上竖直往复运动，以带动升降轴520以及升降轴520顶端连接的基座300升降运动。

为进一步提高反应腔100中半导体工艺的工艺效果并保持基座300下方结构的洁净度，作为本发明的一种优选实施方式，半导体工艺腔室还包括吹扫装置（图未示），如图4所示，吹扫装置用于通过传输腔200底部的通孔250向第一弹性密封筒420中通入吹扫气体a。

在本发明实施例中，吹扫装置能够在半导体工艺中通过传输腔200底部的通孔250向第一弹性密封筒420中通入吹扫气体a，从而可以保证基座300下部空间中气体的压强大于反应区内工艺气体的压强，进而避免工艺气体进入基座300下部空间并形成薄膜及颗粒（第一弹性密封筒420、密封环410与基座300之间的空间无死区，气流由下至上流动畅通），保证了基座300下方结构表面的洁净度。并且，工艺气体不会进入被吹扫气体a填充的基座300下部空间，从而减小了工艺气体所需填充的区域，即，减小了反应区域的容积，提高了同等量工艺气体进入反应区域后工艺气体的浓度，进而提高了半导体工艺的成膜速率。

为进一步提高基座300下部空间的气密性，作为本发明的一种优选实施方式，如图4所示，半导体工艺腔室还包括第二弹性密封筒530，第二弹性密封筒530的顶端与传输腔200底部的通孔250密封连接，第二弹性密封筒530的底端与升降轴520的底端密封连接，吹扫装置与第二弹性密封筒530的底端连接，并通过第二弹性密封筒530向传输腔200底部的通孔250通入吹扫气体a。

作为本发明的一种可选实施方式，如图4、图6所示，反应腔100的外侧设置有排气通路110，反应腔100的侧壁上形成有排气孔，反应腔100通过排气孔与排气通路110连通，且排气孔的高度高于基座300的工艺位置。

在本发明实施例中，反应腔100的外侧设置有排气通路110，排气通路110通过排气孔与反应腔100连通，且通过第一真空口120与外部的真空泵连接，从而由反应腔100中抽出反应废气以及进入反应区域的吹扫气体a（气体流向如图4中箭头方向所示）。

为提高反应腔100通过排气孔向排气通路110排气的均匀性，进而提高半导体工艺的均匀性，作为本发明的一种优选实施方式，排气通路110沿水平方向环绕反应腔100设置，反应腔100的侧壁上形成有多个排气孔，且多个排气孔周向均匀分布。

作为本发明的一种可选实施方式，如图4、图6所示，传输腔200的底壁上还形成有第二真空口230，传输腔200通过第二真空口230与外部的真空泵连接，从而可在反应腔100中进行半导体工艺时对密封筒外部空间220进行抽真空。

作为本发明的一种优选实施方式，如图5、图7所示，该半导体工艺腔室包括多个反应腔100，各反应腔100均通过底部开口与传输腔200连通，传输腔200中设置有传输机械手600，用于在不同反应腔100对应的基座300之间转移晶圆。

在本发明实施例中，每个反应腔100均能够由密封环410与第一弹性密封筒420实现严格密封，从而可解决不同反应腔100之间的气流相互干扰问题，提高各反应腔100中的成膜质量（经发明人实验验证，传输腔200抽真空并检测传输腔200中的压强，传输腔200中气体压强的压升率值很小（小于5mtorr/min），即，有效改善了传输腔200与反应腔100之间密封效果）。

在本发明实施例中，传输机械手600能够在不同工艺腔室的基座300之间转移晶圆，从而外部机械手可仅从传输腔200的传输口240向传输腔200中的部分基座300上放置晶圆或由该部分基座300上取走晶圆（进行晶圆取放操作），简化了外部机械手伸入传输腔200后选择不同位置的基座300的定位及传输动作，提高了晶圆位置的稳定性。

具体地，传输腔200（多个反应腔100共用一个传输腔200）的底壁上形成有机械手通孔，传输机械手600包括驱动组件和上端法兰62，驱动组件的输出轴顶端穿过机械手通孔并与上端法兰62固定连接。多个反应腔100对应的多个基座300环绕传输机械手600设置，上端法兰62上固定设置有传输手指61（包括第一传输手指611、第二传输手指612、第三传输手指613和第四传输手指614），驱动组件用于驱动上端法兰62及其上固定的传输手指61作升降动作和（绕输出轴轴线的）旋转动作，以使传输手指61将部分基座300上的晶圆取下，并将该晶圆放置在其他基座300上。作为本发明的一种优选实施方式，如图7所示，半导体工艺腔室包括四个反应腔100对应的四个基座300（包括第一基座71、第二基座72、第三基座73、第四基座74）绕传输机械手600周向等间隔设置。

作为本发明的一种可选实施方式，外部机械手仅对两个基座300（如，第一基座71和第四基座74）进行晶圆取放操作，传输机械手600向另外两个基座300（如，第二基座72和第三基座73）上转移晶圆。

为便于本领域技术人员理解，以下提供一种利用本发明实施例提供的半导体工艺腔室进行半导体工艺的具体实施例：

在半导体工艺开始前，四个基座300均处于低位。

晶圆700由工艺腔室外部经传输口240传至第一基座71和第二基座72上方，并分别下降落到第一基座71和第二基座72对应的多个支撑柱310的上端面。传输机械手600的驱动组件驱动上端法兰62上升到预定高度并顺时针旋转直到第一手指611和第二手指612分别旋转到第四基座74和第一基座71承载的晶圆700下方。

传输机械手600的驱动组件驱动上端法兰62再次上升，使第一手指611和第二手指612分别将第一基座71和第二基座72上的晶圆700托起。

随后，驱动上端法兰62顺时针旋转180°，使第一手指611和第二手指612旋转至分别位于第二基座72和第三基座73上方。驱动上端法兰62下降，使第一手指611和第二手指612分别将晶圆700放置于第二基座72和第三基座73支撑柱310上端面。

传输机械手600逆时针旋转一定角度，藏于基座300之间的空间处。

再次传送两片晶圆700至第一基座71和第二基座72上方，第一基座71、第二基座72、第三基座73、第四基座74在各自的升降驱动组件510的驱带动下上升。第一弹性密封筒109在自身弹力的作用下伸长使密封环410上升，直至密封环410的凹盘法兰412进入反应腔100的第二环形容纳槽130。

基座300进一步上升至工艺位，与密封环410脱离，基座300继续上升到要求的工艺位。在反应腔100中进行半导体工艺时，吹扫组件由传输腔200底部的通孔250吹入吹扫气体a，同时传输腔200通过第二真空口230排气，真空泵通过第一真空口120抽取反应区域气体，保证基座300下方压强大于基座300上方压强，在工艺过程中工艺气体不会进入到传输腔，从而消除颗粒源。

工艺完成后，升降驱动组件510驱动基座300下降至低位，晶圆700由支撑柱310顶起，并脱离基座300的上表面，为取出晶圆做准备。

先取下第一基座71和第四基座74上的晶圆700并由传输口240传出工艺腔室。

然后驱动组件驱动上端法兰62顺时针旋转，直至两根手指61旋转至位于第二基座72和第三基座73上方的晶圆700下方，驱动组件驱动上端法兰62带动两根手指61上升并分别托起第二基座72和第三基座73上方的晶圆700。然后顺时针旋转180°，再下降，将两片晶圆700分别放置于第一基座71和第四基座74上，再次取下第一基座71和第四基座74上的晶圆700并由传输口240传出工艺腔室。

如上步骤循环进行，从而对晶圆进行分组（在半导体工艺腔室包括四个反应腔100的情况下四片晶圆为一组）处理，实现高效生产。

作为本发明的第二个方面，提供一种半导体工艺设备，包括上述的半导体工艺腔室。通过采用上述的半导体工艺腔室，本实施例提供的半导体工艺设备可以获得上述半导体工艺腔室的各种优势，此处不再赘述。

作为本发明的第三个方面，提供一种半导体工艺方法，该半导体工艺方法应用于本发明实施例提供的半导体工艺腔室，如图9所示，该方法包括：

步骤S1、向基座300上放置工艺前晶圆700；

步骤S2、控制基座300上升至反应腔100，以使密封环上升并封闭反应腔100的底部开口；

步骤S3、进行半导体工艺；

步骤S4、控制基座300下降至传输腔200；

步骤S5、取下基座300上的工艺后晶圆700。

在本发明中，密封环410与第一弹性密封筒420能够将反应腔100和密封筒内部空间210与密封筒外部空间220隔绝，从而提高了反应腔100的密封效果，改善了反应腔100的控压效果，进而提高了半导体工艺的工艺效果。并且，为保证晶圆700表面洁净度，传输腔200每次传片前都需要进行抽真空，而在本发明中，密封筒外部空间220中的机械手等装置与反应腔100之间为严格的隔离密封关系，从而可以在反应腔100中进行半导体工艺的同时，对密封筒外部空间220进行抽真空处理，无需在半导体工艺之间的传片步骤中再次将传输腔200抽至本底真空，缩短了传片时间，进而提高了半导体工艺的成膜效率，提高了机台产能。此外，本发明提供的半导体工艺腔室结构尤其适用于多反应区腔室（即，同一半导体工艺腔室中存在多个反应腔100，多个反应腔100与下方的同一传输腔200连通），如图5所示，密封环410与第一弹性密封筒420能够对反应腔100进行严格密封，从而可解决多反应区腔室中各个反应区（反应腔100）之间的气流相互干扰问题，提高多反应区腔室的成膜质量。

为进一步提高反应腔100中半导体工艺的工艺效果并保持基座300下方结构的洁净度，作为本发明的一种优选实施方式，半导体工艺腔室还包括吹扫装置（图未示），如图4所示，吹扫装置用于通过传输腔200底部的通孔250向第一弹性密封筒420中通入吹扫气体a。

步骤S3还包括，在进行半导体工艺时，控制吹扫装置向第一弹性密封筒420中通入吹扫气体a。

在本发明实施例中，吹扫装置能够在半导体工艺中通过传输腔200底部的通孔250向第一弹性密封筒420中通入吹扫气体a，从而可以保证基座300下部空间中气体的压强大于反应区内工艺气体的压强，进而避免工艺气体进入基座300下部空间并形成薄膜及颗粒（第一弹性密封筒420、密封环410与基座300之间的空间无死区，气流由下至上流动畅通），保证了基座300下方结构表面的洁净度。并且，工艺气体不会进入被吹扫气体a填充的基座300下部空间，从而减小了工艺气体所需填充的区域，即，减小了反应区域的容积，提高了同等量工艺气体进入反应区域后工艺气体的浓度，进而提高了半导体工艺的成膜速率。

为简化外部机械手伸入传输腔200后的定位及传输动作，提高晶圆700位置的稳定性，作为本发明的一种优选实施方式，如图5、图7所示，半导体工艺腔室包括多个反应腔100，传输腔200中设置有传输机械手600，用于在不同反应腔100对应的基座300之间转移晶圆700；

如图10所示，向基座300上放置工艺前晶圆700的步骤S1包括：

步骤S11、向部分基座300上放置工艺前晶圆700；

步骤S12、控制传输机械手600将部分基座300上的工艺前晶圆700转移至其他基座300上；

步骤S13、再次向部分基座300上放置工艺前晶圆700。

相应地，如图11所示，取下基座300上的工艺后晶圆700的步骤S5包括：

步骤S51、取下部分基座300上的工艺后晶圆700；

步骤S52、控制传输机械手600将其他基座300上的工艺后晶圆700转移至部分基座300上；

步骤S53、再次取下部分基座300上的工艺后晶圆700。

具体地，传输腔200的底壁上形成有机械手通孔，传输机械手600包括驱动组件和上端法兰62，驱动组件的输出轴顶端穿过机械手通孔并与上端法兰62固定连接。多个反应腔100对应的多个基座300环绕传输机械手600设置，上端法兰62上固定设置有传输手指6161（包括第一传输手指611、第二传输手指612、第三传输手指613和第四传输手指614），驱动组件用于驱动上端法兰62及其上固定的传输手指61作升降动作和（绕输出轴轴线的）旋转动作，以使传输手指61将部分基座300上的晶圆700取下，并将该晶圆700放置在其他基座300上。

对应地，控制传输机械手600将部分基座300上的工艺前晶圆700转移至其他基座300上的步骤S12包括：

步骤S121、控制驱动组件驱动上端法兰62升降，使传输手指61的高度升降至工艺前晶圆700与基座300的承载面之间；

步骤S122、控制驱动组件驱动上端法兰62旋转，使至少部分传输手指61旋转至部分基座300（如，在图7所示的半导体工艺腔室包括4个反应腔100的情况下，部分基座300可以是第一基座71和第四基座74）上的工艺前晶圆700下方，并控制驱动组件驱动上端法兰62升高，使传输手指61取下部分基座300（第一基座71和第四基座74）上的工艺前晶圆700；

步骤S123、控制驱动组件驱动上端法兰62旋转，使传输手指61上承载的工艺前晶圆700旋转至位于其他基座300（第二基座72和第三基座73）上方，并控制驱动组件驱动上端法兰62下降，使传输手指61将工艺前晶圆700放置在其他基座300上；

步骤S124、控制驱动组件驱动上端法兰62旋转，使传输手指61离开基座300。

相应地，控制传输机械手600将其他基座300上的工艺后晶圆700转移至部分基座300上的步骤S52包括：

步骤S521、控制驱动组件驱动上端法兰62升降，使传输手指61的高度升降至工艺前晶圆700与基座300的承载面之间；

步骤S522、控制驱动组件驱动上端法兰62旋转，使至少部分传输手指61旋转至其他基座300（第二基座72和第三基座73）上的工艺前晶圆700下方，并控制驱动组件驱动上端法兰62升高，使传输手指61取下其他基座300上的工艺前晶圆700；

步骤S523、控制驱动组件驱动上端法兰62旋转，使传输手指61上承载的工艺前晶圆700旋转至位于部分基座300（第一基座71和第四基座74）上方，并控制驱动组件驱动上端法兰62下降，使传输手指61将工艺前晶圆700放置在部分基座300上；

步骤S524、控制驱动组件驱动上端法兰62旋转，使传输手指61离开基座300。

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 (12)

1.一种半导体工艺腔室，包括反应腔和位于所述反应腔下方的传输腔，所述反应腔通过底部开口与所述传输腔连通，所述半导体工艺腔室中设置有可通过所述底部开口在所述反应腔与所述传输腔之间升降的基座，其特征在于，所述半导体工艺腔室中还设置有密封环和第一弹性密封筒，所述密封环和所述第一弹性密封筒均设置于所述基座的下方且套设在所述基座的升降轴上，所述第一弹性密封筒的顶端在所述密封环的内孔处与所述密封环的底壁密封连接，所述第一弹性密封筒的底端在所述传输腔底部供所述升降轴穿出的通孔处与所述传输腔的底壁密封连接，所述第一弹性密封筒能够在所述基座上升至所述反应腔时，通过弹力驱动所述密封环上升并封闭所述反应腔的所述底部开口。

2.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述第一弹性密封筒为波纹管。

3.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述第一弹性密封筒的底端具有连接法兰，所述传输腔的底壁上环绕所述通孔形成有第一环形容纳槽，所述第一弹性密封筒底端的所述连接法兰密封设置在所述第一环形容纳槽中。

4.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述基座具有环绕所述基座轴线分布的多个基座孔，多个所述基座孔中一一对应地设置有多个支撑柱，所述支撑柱用于在基座上升时沿所述基座孔相对于所述基座下降，并在所述支撑柱的顶面与所述基座的承载面相平后随所述基座一同上升，以及，在所述基座下降至所述支撑柱的底端与所述传输腔的底壁接触后支撑并抬起所述基座上的晶圆；所述第一弹性密封筒环绕于多个所述支撑柱的外侧。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述密封环包括凹盘和凹盘法兰，所述凹盘法兰环绕所述凹盘设置且与所述凹盘的外沿固定连接，所述凹盘法兰用于与所述反应腔的底部接触，所述凹盘朝向基座的一侧具有容纳凹槽，用于在所述基座下降至所述反应腔时容纳所述基座。

6.根据权利要求5所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述反应腔的底部具有环绕所述底部开口的第二环形容纳槽，所述第二环形容纳槽用于容纳所述凹盘法兰。

7.根据权利要求1至4中任意一项所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述半导体工艺腔室包括多个所述反应腔，各所述反应腔均通过所述底部开口与所述传输腔连通，所述传输腔中设置有传输机械手，用于在不同所述反应腔对应的所述基座之间转移晶圆。

8.根据权利要求7所述的半导体工艺腔室，其特征在于，多个所述反应腔对应的多个所述基座环绕所述传输机械手设置，所述传输机械手包括驱动组件、上端法兰以及固定设置在所述上端法兰上的传输手指，所述驱动组件用于驱动所述上端法兰及其上固定的所述传输手指作升降动作和旋转动作，以使所述传输手指将部分所述基座上的晶圆取下，并将所述晶圆放置在其他所述基座上。

9.一种半导体工艺设备，其特征在于，包括权利要求1至8中任意一项所述的半导体工艺腔室。

10.一种半导体工艺方法，其特征在于，所述半导体工艺方法应用于权利要求9所述的半导体工艺设备，所述方法包括：

向所述基座上放置工艺前晶圆；

控制所述基座上升至所述反应腔，以使所述密封环上升并封闭所述反应腔的所述底部开口；

进行半导体工艺；

控制所述基座下降至所述传输腔；

取下所述基座上的工艺后晶圆。

11.根据权利要求10所述的半导体工艺方法，其特征在于，所述半导体工艺腔室包括多个所述反应腔，所述传输腔中设置有传输机械手，用于在不同所述反应腔对应的所述基座之间转移晶圆；

所述向所述基座上放置工艺前晶圆，包括：

向部分基座上放置工艺前晶圆；

控制所述传输机械手将所述部分基座上的工艺前晶圆转移至其他所述基座上；

再次向所述部分基座上放置工艺前晶圆；

所述取下所述基座上的工艺后晶圆，包括：

取下所述部分基座上的工艺后晶圆；

控制所述传输机械手将其他所述基座上的工艺后晶圆转移至所述部分基座上；

再次取下所述部分基座上的工艺后晶圆。

12.根据权利要求11所述的半导体工艺方法，其特征在于，多个所述反应腔对应的多个所述基座环绕所述传输机械手设置，所述传输机械手包括驱动组件、上端法兰以及固定设置在所述上端法兰上的传输手指；

所述控制所述传输机械手将所述部分基座上的工艺前晶圆转移至其他所述基座上，包括：

控制所述驱动组件驱动所述上端法兰升降，使所述传输手指的高度升降至所述工艺前晶圆与所述基座的承载面之间；

控制所述驱动组件驱动所述上端法兰旋转，使至少部分所述传输手指旋转至所述部分基座上的工艺前晶圆下方，并控制所述驱动组件驱动所述上端法兰升高，使所述传输手指取下所述部分基座上的工艺前晶圆；

控制所述驱动组件驱动所述上端法兰旋转，使所述传输手指上承载的工艺前晶圆旋转至位于其他所述基座上方，并控制所述驱动组件驱动所述上端法兰下降，使所述传输手指将所述工艺前晶圆放置在其他所述基座上；

控制所述驱动组件驱动所述上端法兰旋转，使所述传输手指离开所述基座；

所述控制所述传输机械手将其他所述基座上的工艺后晶圆转移至所述部分基座上包括：

控制所述驱动组件驱动所述上端法兰升降，使所述传输手指的高度升降至所述工艺前晶圆与所述基座的承载面之间；

控制所述驱动组件驱动所述上端法兰旋转，使至少部分所述传输手指旋转至其他所述基座上的工艺前晶圆下方，并控制所述驱动组件驱动所述上端法兰升高，使所述传输手指取下其他所述基座上的工艺前晶圆；

控制所述驱动组件驱动所述上端法兰旋转，使所述传输手指上承载的工艺前晶圆旋转至位于所述部分基座上方，并控制所述驱动组件驱动所述上端法兰下降，使所述传输手指将所述工艺前晶圆放置在所述部分基座上；

控制所述驱动组件驱动所述上端法兰旋转，使所述传输手指离开所述基座。