CN114156211B - 半导体腔室 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种半导体腔室，包括腔室本体(100)、承载台(200)、支撑柱(300)，所述腔室本体(100)的底板中心开设有抽气通道(110)；所述承载台(200)设置于所述腔室本体(100)内，所述承载台(200)的中心轴线和所述抽气通道(110)的中心轴线相重合；所述支撑柱(300)设置于所述腔室本体(100)内，所述支撑柱(300)具有第一端和第二端，所述第一端与所述底板相连接，所述第二端与所述承载台(200)的底面相连接，所述支撑柱(300)用于支撑所述承载台(200)，且位于所述承载台(200)的边缘。上述方案能够解决晶圆的去胶均匀性较差的问题。

Description

半导体腔室

技术领域

本发明涉及半导体芯片制造技术领域，尤其涉及一种半导体腔室。

背景技术

随着科技的快速发展，智能手机、平板电脑等电子产品已经成为现代人生活中不可或缺的产品。这些电子产品内部包括有许多半导体芯片，而半导体芯片的主要制造材料就是晶圆。晶圆需要刻蚀出线路图案，通常采用半导体工艺设备对晶圆进行刻蚀。

相关技术中，晶圆在刻蚀完成后需要去除表面的光刻胶，因此半导体腔室内通入反应气体，反应气体与晶圆表面残留的光刻胶反应，再通过干泵抽走反应的副产物，从而去除晶圆表面的光刻胶。

然而，由于半导体腔室的抽气通道开设在靠近承载台的边缘区域，此时，晶圆靠近抽气通道的位置流速较快，因此去胶速率较快。晶圆远离抽气通道的位置流速较慢，因此去胶速率较慢。因此造成晶圆的去胶均匀性较差。

发明内容

本发明公开一种半导体腔室，以解决晶圆的去胶均匀性较差的问题。

为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：

一种半导体腔室，包括：

腔室本体，所述腔室本体的底板中心开设有抽气通道；

承载台，所述承载台设置于所述腔室本体内，所述承载台的中心轴线和所述抽气通道的中心轴线相重合；

支撑柱，所述支撑柱设置于所述腔室本体内，所述支撑柱具有第一端和第二端，所述第一端与所述底板相连接，所述第二端与所述承载台的底面相连接，所述支撑柱用于支撑所述承载台，且位于所述承载台的边缘。

本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：

本发明公开的半导体腔室中，抽气通道的中心轴线与承载台的中心轴线相重合。此方案中，承载台的同一分度圆上的位置到抽气通道的距离相同，因此使得承载台同一分度圆位置上的工艺气体的密度和速率相等，从而提高了晶圆的去胶均匀性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例公开的半导体腔室的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的半导体腔室的俯视图；

图3和图4为本发明实施例公开的半导体腔室的局部放大图；

图5为本发明实施例公开的半导体腔室的承载台和支撑柱的结构示意图；

图6为图5的剖视图；

图7为本发明实施例公开的半导体腔室的承载台的剖视图；

图8为本发明实施例公开的半导体腔室的隔热环的结构示意图；

图9为图8的剖视图。

附图标记说明：

100-腔室本体、110-抽气通道、111-第一子通道、112-第二子通道、113-第三子通道、120-穿线孔、

200-承载台、

300-支撑柱、310-穿线通道、320-第二法兰、

410-抽气管、411-第一法兰、

510-第一密封圈、520-第二密封圈、530-第三密封圈、

600-导线、610-功能线、611-第一弧形段、612-第二弧形段、

700-过温开关、

800-隔热环、810-外环面、820-内环面、821-隔热槽、830-第二密封凹槽、910-第一连接件、920-第二连接件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明各个实施例公开的技术方案。

如图1～图9所示，本发明实施例公开一种半导体腔室，所公开的半导体腔室包括腔室本体100、承载台200和支撑柱300。

腔室本体100为半导体腔室的其他组成部件提供安装空间。腔室本体100的底板中心开设有抽气通道110，此时，抽气通道110的中心轴线与垂于底板的中心轴线相重合。

承载台200设置于腔室本体100内，承载台200的中心轴线和抽气通道110的中心轴线相重合，此时，抽气通道110的中心轴线、承载台200的中心轴线和垂于底板的中心轴线三者相重合。

支撑柱300设置于腔室本体100内，支撑柱300具有第一端和第二端，第一端与底板相连接，第二端与承载台200的底面相连接。支撑柱300用于支撑承载台200，且位于承载台200的边缘。此时，由于抽气通道110对应于承载台200的中心位置，因此支撑柱300设置于承载台200的边缘位置上。

具体的工作过程中，腔室本体100内通入反应气体，反应气体与晶圆表面残留的光刻胶反应，反应生成的副产物通过抽气通道110排出腔室本体100。抽气通道110可以与干泵连接，从而为排气提供抽吸力，吸出腔室本体100内的反应副产物。

本申请公开的实施例中，抽气通道110的中心轴线与承载台200的中心轴线相重合。承载台200的同一分度圆上的位置到抽气通道110的距离相同，因此使得承载台200同一分度圆位置上的工艺气体的密度和速率相等，从而提高了晶圆的去胶均匀性。

另外，抽气通道110开设于腔室本体100的底板中心，因此抽气通道110位于整个腔室本体100的中心位置，抽气通道110距离腔室本体100内同一分度圆上的距离相同，因此进一步提高腔室本体100内气流排出的均匀性，从而进一步提高晶圆的去胶均匀性。

在另一种可选的实施例中，抽气通道110可以包括第一子通道111和第二子通道112，第一子通道111和第二子通道112可以相连通，且第一子通道111和第二子通道112同轴设置。第一子通道111和第二子通道112可以沿第一方向依次排布，第一子通道111垂直于其轴线的横截面面积沿第一方向逐渐减小，此时第一子通道111沿第一方向渐缩。第二子通道112垂直于其轴线的横截面面积相同，第二子通道112为直管形通道。其中，第一方向可以为底板的内侧面指向底板的外侧面的方向。此时第一子通道111靠近腔室本体100的内侧，第二子通道112靠近腔室本体100的外侧。

此方案中，第一子通道111垂直于其轴线的横截面面积沿第一方向逐渐减小，也就是说第一子通道111背离第二子通道112的一端的端面面积大，第一子通道111朝向第二子通道112的一端的端面面积小，因此第一子通道111为放射状，或者说第一子通道111为喇叭口结构，第一子通道111此种结构能够有助于气体的收集，从而便于腔室本体100内的气体排除。

另外，第二子通道112垂直于其轴线的横截面面积相同，也就是说，第二子通道112为直管形通道，从而便于气体的排出，不容易在抽气通道110到内聚集，从而进一步提高了半导体腔室的去胶效率。

上述实施例中，第一子通道111的侧壁与其中心轴线的夹角可以在10°至20°之间。第二子通道112的抽气口内径可以在80mm至120mm之间。

进一步地，抽气通道110还包括第三子通道113，第二子通道112可以与第一子通道111通过第三子通道113连通，且第一子通道111、第三子通道113以及第二子通道112三者同轴设置。第三子通道113垂直于其轴线的横截面沿第一方向逐渐减小，第三子通道113的轴线截面为弧形面。本方案相当于在第一子通道111和第二子通道112之间进行倒圆角。

此方案中，第三子通道113也为渐缩结构，同时第三子通道113的侧壁为弧形面，弧形面具有较好的导流性能，因此便于气流的排出，使得抽气通道110内的风阻较小，从而进一步提高气体排出速率。

在另一种可选的实施例中，半导体腔室还可以包括设置于腔室本体100之外的抽气管410，抽气管410的一端可以与抽气通道110相连通，抽气管410的另一端用于与抽气泵相连通，抽气管410可以为直管。此处的抽气泵即是上述的干泵。抽气泵用于提高负压，从而使得腔室本体100内的气体被抽出。

此方案中，抽气管410用于与抽气通道110连通，从而便于排出腔室本体100内部的气体。另外，抽气管410为直管相比于抽气管410为弯管结构来说，直管的风阻较小，更容易气体的排出。

可选地，抽气管410的内径可以与第二子通道112的内径相同。当然，抽气管410的内径也可以略大于第二子通道112的内径，从而使得第二子通道112排出的气体能够全部进入抽气管410内，不会造成遮挡。

为了防止抽气管410与抽气通道110的连接处漏气，在另一种可选的实施例中，抽气管410可以与抽气通道110连接的一端设置有第一法兰411，第一法兰411可以环绕抽气管410。第一法兰411可以通过第一连接件910与底板连接。第一法兰411和底板中的至少一者设置有第一密封凹槽，第一密封凹槽可以环绕抽气管410，第一密封凹槽内可以设置有第一密封圈510，第一法兰411可以与底板通过第一密封圈510密封连接。示例性地，如图1所示，第一法兰411上设置有第一密封凹槽，该第一密封凹槽内可以设置有第一密封圈510。

此方案中，抽气管410上的第一法兰411与底板之间通过第一密封圈510密封，从而防止抽气管410与抽气通道110的连接处漏气，进而提高了半导体腔室的密封性能。

可选地，第一连接件910可以为螺纹件，因此第一法兰411与底板通过螺纹件螺纹连接。具体地，螺纹件可以为螺栓，也可以为螺柱，或者为螺栓和螺母的组合结构。

当然第一连接件910还可以为其他结构，本文不作限制。

上述实施例中，半导体腔室需要对加工的晶圆进行加热或冷却处理。为了提高晶圆的加热或者冷却的均匀性，在另一种可选的实施例中，半导体腔室还可以包括功能线610，功能线610可以用于对承载台200加热或冷却。当功能线610为冷却管线时，承载台200用于对晶圆进行降温冷却。当功能线610为加热丝时，承载条用于对晶圆进行升温加热。

如图7所示，功能线610可以由承载台200的第一侧伸入至承载台200内，且由第一侧伸出至承载台200。也就是说，功能线610由承载台200的同一侧伸入承载台200，再由同一侧伸出承载台200。

承载台200可以具有沿承载台200的其中一条径向轴线对称设置的第一区域和第二区域，功能线610自第一区域的边缘伸入承载台200，功能线610可以包括多个第一弧形段611，多个第一弧形段611由第一区域的边缘向第一区域的中心依次排布，且多个第一弧形段611同心设置，任意相邻的第一弧形段611的间距相同，相邻的两个第一弧形段611相连通。

功能线610自第二区域的边缘伸出承载台200，如图7所示，功能线610还可以包括多个第二弧形段612，多个第二弧形段612可以由第二区域的中心向第二区域的边缘依次排布，且多个第二弧形段612同心设置，任意相邻的第二弧形段612的间距相同，相邻的两个第二弧形段612相连通。

其中一个第一弧形段611和其中一个所述第二弧形段612相连通。

多个第一弧形段611形成的图形可以和多个所述第二弧形段612形成的图形沿第一区域和第二区域的对称轴对称设置。

此方案中，承载台200被分成了相对称两个区域，功能线610从第一区域的边缘伸入，然后向承载台200的中心延伸，功能线610延伸至承载台200的中心，再由承载台200的中心向第二区域的边缘延伸，同时，功能线610在第一区域形成的形状与在第二区域形成的形状相对称。因此功能线610能够均布在整个承载台200上，从而使得承载台200能够均匀的加热或冷却，进而能够提高晶圆的加热或者冷却的均匀性。

为了提高半导体腔室的安全性，在另一种可选的实施例中，半导体腔室还可以包括温度检测元件和过温开关700，温度检测元件和过温开关700均可以设置于承载台200内，温度检测元件可以用于检测承载台200的温度，在检测温度大于或小于预设温度时，过温开关700切断对承载台200的加热或冷却。

此方案中，温度检测元件用于检测承载台200的温度，当承载台200的温度超过预设温度时，可以通过过温开关700切断对承载台200加热或冷却，从而防止承载台200对晶圆的过度加热或过度冷却，造成晶圆的质量下降。

具体的操作过程中，温度检测元件检测承载台200的温度，并将检测的温度传输至上位机，上位机通过与预存的预设温度相比较，如果承载台200的温度已经超过了预设温度，上位机为过温开关700发出断开信号，从而使得过温开关700断开，进而停止对承载台200加热或冷却。

上述实施例中，支撑柱300的数量可以为一个，此时由于支撑柱300支撑在承载台200的边缘，从而使得承载台200远离支撑柱300的一侧悬空，进而容易造成承载台200悬空的一侧发生倾斜的现象，容易使得晶圆从承载台200上滑落。

基于此，在另一种可选的实施例中，支撑柱300的数量可以至少为两个，至少两个支撑柱300可以沿承载台200的周向间隔分布，每个支撑柱300的中心轴线可以与承载台200的中心轴线之间的距离均相等。此方案中，承载台200相对的两侧均设置有支撑柱300，从而使得承载台200的两侧受力均匀，不容易朝向一侧倾斜，从而使得晶圆不容易从承载台200上滑落，提高了半导体腔室的工艺的安全性能。

另外，本方案中的承载台200为两侧支撑，相对于单侧支撑来说，单侧支撑为了提高支撑的稳定性，需要使得支撑柱300与底板具有较大的接触面，这就要求支撑柱300的尺寸较大，因此使得腔室本体100的热量较多的传递至腔室本体100的底板上。而本方案为两侧支撑，两侧支撑更加稳定，因此支撑柱300的尺寸可以设置的较小，从而使得支撑柱300与腔室本体100的接触面积可以设置的较小，从而能够减少传递至腔室本体100的底板上的热量，进而降低了腔室本体100的底板的局部温度，从而有助于延长底板上设置的部件的使用寿命，还能够避免操作人员烫伤的风险。

可选地，支撑柱300还可以为三个或四个，支撑柱300的具体数量本文不作限制。

为了进一步降低底板的局部温度，在另一种可选的实施例中，半导体腔室还可以包括隔热环800，第一端可以设置有第二法兰320，隔热环800可以位于第二法兰320与底板之间，第二法兰320与底板通过第二连接件920连接，隔热环800的内环面820可以环绕第二连接件920设置。

此方案中，隔热环800可以位于第二法兰320与底板之间，从而使得第二法兰320与底板不会直接连接，隔热环800能够对第二法兰320上的热量进行阻隔，从而使得第二法兰320上的热量不容易传递至底板上，从而进一步降低底板的局部温度。

可选地，隔热环800可以选用导热系数小的金属材料制作，例如，钛合金等金属材料。隔热环800的导热系数一般可以小于20W/m·K。

可选地，第二连接件920可以为螺纹件，因此第二法兰320与底板通过螺纹件螺纹连接。具体地，螺纹件可以为螺栓，也可以为螺柱，或者为螺栓和螺母的组合结构。

进一步地，隔热环800的内环面820以及外环面810的至少一者在沿隔热环800的周向开设有隔热槽821。此方案中，隔热环800上开设隔热槽821相当于去除了隔热环800的部分材料，去除材料的部分的热传导性能下降，因此使得隔热环800由上部至下部的热传导性下降，因此进一步使得第二法兰320上的热量不容易传递至底板上，从而更进一步降低底板的局部温度。

可选地，隔热环800的内环面820与外环面810之间的距离为可以在12mm至20mm之间，隔热环800外环面810与隔热槽821的槽底之间的距离在3mm至4mm之间。

上述实施例中，与承载台200连接的导线600可以由腔室本体100的底板穿入腔室本体100内，再穿入承载台200，此时，导线600外露在腔室本体100内，容易造成导线600损坏。

基于此，在另一种可选的实施例中，支撑柱300可以开设有穿线通道310，且穿线通道310贯穿第二法兰320。底板可以开设有穿线孔120，穿线通道310可以与穿线孔120相连通。导线600可以通过穿线通道310与穿线孔120穿入承载台200。

此方案中，导线600位于穿线通道310内，因此导线600不会外露在腔室本体100内，从而使得导线600不容易损坏，提高了半导体腔室的安全性能。

可选地，导线600可以包括上述的功能线610以及用于连接温度检测元件和过温开关700的线缆。此时当支撑柱300的数量至少为两个时，其中一个支撑柱300的穿线通道310用于穿入功能线610，另一个支撑柱300的穿线通道310用于穿入连接温度检测元件和过温开关700的线缆。

为了进一步提高半导体腔室的密封性能，在另一种可选的实施例中，隔热环800可以开设有第二密封凹槽830，第二密封凹槽830可以环绕穿线通道310设置，第二密封圈520可以位于第二密封凹槽830内。第二法兰320和隔热环800可以通过第二密封圈520密封连接。此方案中，第二密封圈520能够提高第二法兰320和隔热环800之间的密封性能，从而进一步提高了半导体腔室的密封性能。

进一步地，隔热环800和底板中一者可以开设有第三密封凹槽，第三密封凹槽可以环绕穿线孔120设置。第三密封圈530可以位于第三密封凹槽内，隔热环800可以与底板通过第三密封圈530密封连接。此方案能够进一步提高半导体腔室的密封性能。

在另一种可选的实施例中，底板的内侧面可以开设有容纳凹槽，第二法兰320和隔热环800均可以位于容纳凹槽内。此方案中，第二法兰320和隔热环800位于容纳凹槽内，从而能够减少第二法兰320和隔热环800与腔室本体100内的热气体接触的面积，从而使得第二法兰320和隔热环800的温度较低，进一步能够降低传递至底板上的热量。

另外，容纳凹槽还能够对支撑柱300起到定位的作用，从而提高了半导体腔室的装配精度。

本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (11)

1.一种半导体腔室，其特征在于，包括：

腔室本体(100)，所述腔室本体(100)的底板中心开设有抽气通道(110)；

承载台(200)，所述承载台(200)设置于所述腔室本体(100)内，所述承载台(200)的中心轴线和所述抽气通道(110)的中心轴线相重合；

支撑柱(300)，所述支撑柱(300)设置于所述腔室本体(100)内，所述支撑柱(300)具有第一端和第二端，所述第一端与所述底板相连接，所述第二端与所述承载台(200)的底面相连接，所述支撑柱(300)用于支撑所述承载台(200)，且位于所述承载台(200)的边缘；

所述半导体腔室还包括隔热环(800)，所述第一端设置有第二法兰(320)，所述隔热环(800)位于所述第二法兰(320)与所述底板之间，所述第二法兰(320)与所述底板通过第二连接件(920)连接，所述隔热环(800)的内环面(820)环绕所述第二连接件(920)设置；

所述隔热环(800)开设有第二密封凹槽(830)和第三密封凹槽，第二密封圈(520)位于所述第二密封凹槽(830)内，所述第二法兰(320)和所述隔热环(800)通过所述第二密封圈(520)密封连接；第三密封圈(530)位于所述第三密封凹槽内，所述隔热环(800)与所述底板通过所述第三密封圈(530)密封连接；

所述半导体腔室还包括温度检测元件和过温开关(700)，所述温度检测元件和所述过温开关(700)均设置于所述承载台(200)内，所述温度检测元件用于检测所述承载台(200)的温度，在所述检测温度大于或小于预设温度时，所述过温开关(700)切断对所述承载台(200)的加热或冷却。

2.根据权利要求1所述的半导体腔室，其特征在于，所述抽气通道(110)包括第一子通道(111)和第二子通道(112)，所述第一子通道(111)和所述第二子通道(112)相连通，且所述第一子通道(111)和所述第二子通道(112)同轴设置，所述第一子通道(111)和所述第二子通道(112)沿第一方向依次排布，所述第一子通道(111)垂直于其轴线的横截面面积沿第一方向逐渐减小，所述第二子通道(112)垂直于其轴线的横截面面积相同；

其中，所述第一方向为所述底板的内侧面指向所述底板的外侧面的方向。

3.根据权利要求2所述的半导体腔室，其特征在于，所述抽气通道(110)还包括第三子通道(113)，所述第二子通道(112)与所述第一子通道(111)通过所述第三子通道(113)连通，且所述第一子通道(111)、所述第三子通道(113)以及所述第二子通道(112)三者同轴设置，所述第三子通道垂直于其轴线的横截面沿所述第一方向逐渐减小，所述第三子通道(113)的轴线截面为弧形面。

4.根据权利要求1所述的半导体腔室，其特征在于，所述半导体腔室还包括设置于所述腔室本体(100)之外的抽气管(410)，所述抽气管(410)的一端与所述抽气通道(110)相连通，所述抽气管(410)的另一端用于与抽气泵相连通，所述抽气管(410)为直管。

5.根据权利要求4所述的半导体腔室，其特征在于，所述抽气管(410)与所述抽气通道(110)连接的一端设置有第一法兰(411)，所述第一法兰(411)环绕所述抽气管(410)，所述第一法兰(411)通过第一连接件(910)与所述底板连接，所述第一法兰(411)和所述底板中的至少一者设置有第一密封凹槽，所述第一密封凹槽环绕所述抽气管(410)，所述第一密封凹槽内设置有第一密封圈(510)，所述第一法兰(411)与所述底板通过所述第一密封圈(510)密封连接。

6.根据权利要求1所述的半导体腔室，其特征在于，所述半导体腔室还包括功能线(610)，所述功能线(610)用于对所述承载台(200)加热或冷却；

所述功能线(610)由所述承载台(200)的第一侧伸入至所述承载台(200)内，且由所述第一侧伸出至所述承载台(200)；

所述承载台(200)具有沿所述承载台(200)其中一条径向轴线对称设置的第一区域和第二区域，所述功能线(610)自所述第一区域的边缘伸入所述承载台(200)，所述功能线(610)包括多个第一弧形段(611)，所述多个第一弧形段(611)由所述第一区域的边缘向所述第一区域的中心依次排布，且所述多个第一弧形段(611)同心设置，任意相邻的所述第一弧形段(611)的间距相同，相邻的两个所述第一弧形段(611)相连通；

所述功能线(610)自所述第二区域的边缘伸出所述承载台(200)，所述功能线(610)还包括多个第二弧形段(612)，所述多个第二弧形段(612)由所述第二区域的中心向所述第二区域的边缘依次排布，且多个所述第二弧形段(612)同心设置，任意相邻的所述第二弧形段(612)的间距相同，相邻的两个所述第二弧形段(612)相连通；

其中一个所述第一弧形段(611)和其中一个所述第二弧形段(612)相连通；

所述多个所述第一弧形段(611)形成的图形和多个所述第二弧形段(612)形成的图形沿所述第一区域和所述第二区域的对称轴对称设置。

7.根据权利要求1所述的半导体腔室，其特征在于，所述支撑柱(300)的数量至少为两个，至少两个所述支撑柱(300)沿所述承载台(200)的周向间隔分布，每个支撑柱(300)的中心轴线与所述承载台(200)的中心轴线之间的距离均相等。

8.根据权利要求1所述的半导体腔室，其特征在于，所述隔热环(800)的内环面(820)以及外环面(810)的至少一者在沿隔热环(800)的周向开设有隔热槽(821)。

9.根据权利要求1所述的半导体腔室，其特征在于，所述支撑柱(300)开设有穿线通道(310)，且所述穿线通道(310)贯穿所述第二法兰(320)，所述底板开设有穿线孔(120)，所述穿线通道(310)与所述穿线孔(120)相连通，导线(600)通过所述穿线通道(310)与所述穿线孔(120)穿入所述承载台(200)。

10.根据权利要求9所述的半导体腔室，其特征在于，所述第二密封凹槽(830)环绕所述穿线通道(310)设置；

所述第三密封凹槽环绕所述穿线孔(120)设置。

11.根据权利要求9所述的半导体腔室，其特征在于，所述底板的内侧面开设有容纳凹槽，所述第二法兰(320)和所述隔热环(800)均可以位于所述容纳凹槽内。

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