CN114464519B - 抽气环及半导体处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种抽气环，适用于半导体处理装置的腔体中，包含：一第一环形通道；及一第二环形通道，与所述第一环形通道迭层配置，且所述第一环形通道与所述第二环形通道经由多个孔相互连通。此外本发明还揭示了一种半导体处理装置。

Description

抽气环及半导体处理装置

技术领域

本发明涉及一种用于半导体处理装置，特别涉及一种抽气环及包含所述抽气环的半导体处理装置。

背景技术

半导体设备进行沉积反应时，反应气体经过喷淋头达到腔室内，然后通过抽气环将反应后的多余气体抽离腔室。抽气的均匀性为影响反应成膜厚度均匀性的其中一关键因素，所以需要能够均匀抽气的抽气环，才能确保沉积薄膜的质量。

中国实用新型专利文献第CN204080101U号公开一种抽气环及沉积设备，其中抽气环包括慢速抽气区域和快速抽气区域。由于慢速抽气区域的抽气孔的密度大于快速抽气区域的抽气孔的密度，能够改变抽气时气体的分布情况，使反应气体在沉积的过程中(被抽出之前)可均匀分布在晶圆的表面。所述揭露所提出的沉积设备是利用将快速抽气区域设置于抽气口的对应处，藉此在抽气的过程中可能够起到平衡气体流量的作用，改善反应气体在晶圆表面的分布情况，保持较佳的晶圆沉积薄膜厚度均匀性。

类似地，美国公开专利文献US20200378402A1也揭露了一种抽气环，其利用双层排气孔的堆栈设计来决定快速抽气和慢速抽气的路径，藉此改善沉积薄膜在晶圆上的均匀性。

因此，如何优化半导体处理装置中的排气结构，如抽气环的结构，成为本领域亟待解决的其中一课题。

发明内容

本发明目的在于提供一种抽气环及半导体处理装置，以优化半导体处理装置中的排气结构。

本发明提供的抽气环，适用于半导体处理装置的腔体中，包含：一第一环形通道；及一第二环形通道，与所述第一环形通道迭层配置，且所述第一环形通道与所述第二环形通道经由多个孔相互连通。

所述抽气环的有益效果在于：利用所述第一环形通道、所述第二环形通道形成的迭层配置抽气通道，优化了半导体处理装置中的排气结构。

可选地，所述表面形成有多个第一孔，所述多个第一孔与第一环形通道连通。

可选地，所述多个第一孔沿着所述表面分布，且所述多个第一孔中的任何相邻孔的间距均相同。

可选地，还包含位于所述第一环形通道和所述第二环形通道之间的一隔板，所述隔板形成有多个第二孔，使所述第一环形通道与所述第二环形通道经由所述多个第二孔相互连通。

可选地，还包含一排气出口，其特征在于，所述多个第二孔中靠近所述排气出口的部分第二孔的孔径小于远离所述排气出口的另一部分第二孔的孔径。

可选地，所述多个第二孔中靠近所述排气出口的部分第二孔的孔间距大于远离所述排气出口的另一部分第二孔的孔间距。

可选地，所述多个第二孔的孔间距和孔径为不一致，所述多个第二孔的数量为40至100个，孔径为3至6mm。

此外，本发明还提供了一种半导体处理装置，包含：一腔体，具有一壁部，所述壁部定义一腔室；一晶圆承载盘，配置成在所述腔室中的一处理位置和一输送位置之间升降移动；根据所述抽气环，固定至所述腔体的壁部并围绕着所述晶圆承载盘。

可选地，所述半导体处理装置的有益效果在于：根据所述抽气环，固定至所述腔体的壁部并围绕着所述晶圆承载盘，所述抽气环具有所述第一环形通道、所述第二环形通道形成的迭层配置抽气通道，优化了所述半导体处理装置中的排气结构。

可选地，所述抽气环面对所述晶圆承载盘的一表面贴附有一内衬。

可选地，所述抽气环的材料选自铝、陶瓷或其组合。

附图说明

图1显示本发明半导体处理装置的剖面示意图。

图2显示本发明抽气环的一分解立体图。

图3显示本发明抽气环的一表面。

图4显示本发明抽气环中的一隔离板。

具体实施方式

底下将参考图式更完整说明本发明，并且藉由例示显示特定范例具体实施例。不过，本主张主题可具体实施于许多不同形式，因此所涵盖或申请主张主题的建构并不受限于本说明书所揭示的任何范例具体实施例；范例具体实施例仅为例示。同样，本发明在于提供合理宽阔的范畴给所申请或涵盖之主张主题。除此之外，例如主张主题可具体实施为方法、装置或系统。因此，具体实施例可采用例如硬件、软件、韧体或这些的任意组合(已知并非软件)之形式。

本说明书内使用的词汇「在一实施例」并不必要参照相同具体实施例，且本说明书内使用的「在其他(一些/某些)实施例」并不必要参照不同的具体实施例。其目的在于例如主张的主题包括全部或部分范例具体实施例的组合。

图1显示本发明半导体处理装置实施例的剖面示意图。本发明半导体处理装置包含一腔体100，其还含有一壳体、一晶圆承载盘101和上盖组件102。壳体主要由一壁部103和一底部104连接而成，并定义出一容置空间。晶圆承载盘101被支撑于所述容置空间中并可通过已知的升降手段进行垂直移动。晶圆承载盘101在不同的制程中因其功能亦可被称为加热盘或电极。上盖组件102结合于壳体上方以封闭所述容置空间。上盖组件102由多个构件所组成，其具有面对晶圆承载盘的一喷淋板，用于提供反应气体至承载盘101。喷淋板的种类将依据处理的种类或气体分布盘的种类而定。举例而言，在等离子处理中，喷淋板可提供有一或多个电极板来产生等离子并允许等离子气体前往晶圆表面。然而，本发明重点并非在于上盖组件，故其细节将不赘述。本发明半导体处理装置可为多站处理装置，意即所述装置包含多个如图1所示的晶圆处理站，无论这些站是否可相互连通。晶圆承载盘101通过升降手段可在一处理位置(如图1所示)与一传输位置之间升降移动。所述处理位置是指晶圆接收反应气体的位置，所述传输位置是指晶圆在承载盘和机械手指之间转移的位置，通常是低于处理位置。

本发明半导体处理装置还包含一抽气环105，其固定于壁部103并沿着所述壁部103延伸而围绕着所述容置空间。抽气环105配置成将所述内部空间连通耦接至一抽气系统(未显示)，且抽气环105的一部份暴露于容置空间中作为一抽气接口。本实施例的抽气环105的剖面为矩形结构，且抽气环105通过一定位手段而坐落在壁部103的一肩部位置。抽气环105的底部还与一内衬106一体成形，使抽气环105定位于壁部103的肩部时，内衬106则贴合壁部103的一表面上而围绕着所述容置空间。具体而言，抽气环105配置成围绕着位于所述处理位置的晶圆承载盘101，意即承载盘101的侧向周围大致上对应抽气环105。当晶圆承载盘105下降至传输位置时，抽气环105则位于承载盘105的上方。这样的设计是为了让抽气环105靠近晶圆的表面，易于将多余的反应气体抽离容置空间。

图2显示抽气环105的爆炸立体图，由上至下分别为一第一环体1051、一第二环体1052及一第三环体1053，其材料可选自铝、陶瓷或其组合。同时参阅图1及图2，第三环体1053具有一外壁201、一内壁202和一底部203，其共同形成一环形容器并定义出一环形容置空间。内衬106则从内壁202或底部203向下延伸，呈一圆筒状。内衬106还形成有一开口204，其用于对应晶圆的传输闸门。底部203还形成有一排气出口205，所述环形容置空间通过所述排气出口205与所述排气系统(未显示)连通耦接，意即抽气环105所收集的反应气体最终会从排气出口205前往抽气系统。

第二环体1052作为一隔板而容置于所述环形容置空间中并与底部203保持一间距，藉此由第二环体1052、外壁201、内壁202和底部203共同定义一环形通道。第二环体1052还形成有贯穿的多个第二孔H2，沿着第二环体1052而排列。

第一环体1051作为一封盖而容置于所述环形容置空间中并与第二环体1052保持一间距，藉此第一环体1051、外壁201、内壁202和第二环体1052共同定义另一环形通道。第一环体1051还形成有贯穿的多个第一孔H1，沿着第一环体1051而排列。

所述第一环体1051和第二环体1052的容置可由已知手段达成，故不在此赘述。将第一环体1051和第二环体1052之间的通道称为第一环形通道，第二环体1052和底部203之间的通道称第二环形通道，可知本实施例的第一环形通道处在相对上层的位置，第二环形通道则处在相对下层。应了解，本发明所述环形通道不限于只有上下层的关系。在可能的配置中，所述环形通道可以是内外层的关系，如第一环形通道较靠近容置空间，第二环形通道则较远离容置空间。

第一环体1051具有一上表面，如图2所示的表面。第一环体1051的上表面也是抽气环105的一表面，且所述表面暴露于容置空间中。第一孔H1是以均匀的方式沿着第一环体1051的上表面环状排列。所述均匀的方式是指这些第一孔H1中任何相邻孔的孔间距都是一致的，且所有第一孔H1的孔径也是一致的。通过第一孔H1，第一环形通道与容置空间流体连通。在可能的实施例中，第一孔H1可形成于内壁202，而第一环体1051的表面可选择性形成孔。第一孔H1的数量可为40至100个，孔径可为3至6mm。在本发明的具体实施方式中，所述第一孔H1的数量可为40个、60个、8个0或100个，所述孔径可为3mm、4mm、5mm或6mm。

第二环体1052的表面，如图2所示，形成有多个第二孔H2，但这些第二孔H2是以不均匀的方式沿着第二环体1052的表面环状排列。所述不均匀的方式是指这些第二孔H2中部份的相邻孔间距不同于另一部分的孔间距，且这些第二孔H2的孔径也非完全一致。通过第二孔H2，第一环形通道与所述第二环形通道流体连通，而第二通到又通过排气出口205与排气系统连通。第二孔H2的数量可为40至100个，孔径可为3至6mm。在本发明的具体实施方式中，所述第二孔H2的数量可为40个、60个、8个0或100个，所述孔径可为3mm、4mm、5mm或6mm。

针对均匀方式的区别，从图3和图4可看出明显的差异。图3显示第一环体1051的俯视图，图4显示第二环体1052的俯视图。可看出，第一孔H1是以均匀的方式排列，所有孔径尺寸相同，相邻的孔与孔间距保持一致。第二孔H2则是根据孔径尺寸和孔间距区分为第一组第二孔401和第二组第二孔402。第一组第二孔401相对靠近排气出口205的位置，第二组第二孔402则相对远离排气出口205。换言之，第一组第二孔401至排气出口205的距离大于第二组第二孔402至排气出口205的距离。如图所示，第一组第二孔401的孔径略小于第二组第二孔402的孔径，第一组第二孔401的孔间距则明显大于第二组第二孔402的孔间距。然而，无论是第一组或第二组第二孔401、402，这些孔均以排气出口205的位置为对称排列的参考。应了解，第二孔H2的布局种类不以此为限制，根据孔径尺寸和孔间距的差异，第二孔可以包含更多组的第二孔H2。

返参图1，抽气环105在面对晶圆承载盘101的一侧还提供有一内衬107。当晶圆在处理位置进行薄膜沉积时，反应气体会从晶圆表面扩散至晶圆承载盘101的周围。抽气环105的第一孔位置可大致上与晶圆表面平行或略低。据此，反应气体会向晶圆承载盘101的两侧扩散至抽气环105的一表面并通过第一孔H1向下传输至第一环形通道。反应气体在第一环形通道中扩散，接着通过第二孔H2向下传输至第二环形通道。由于第二孔H2的不均匀布局，使反应气体通过不同第二孔H2的流量(以SCCM为单位)并不一致，藉此补偿第一环形通道和第二环形通道之间流量的差异，并使通过第一孔H1的气流倾向一致。

经实验，抽气环为单层结构(即仅有单一环形通道)与双层结构(如图1的第一环形通道和第二环形通道)的抽气效果明显有差异。举例而言，具有47个孔的单层结构抽气环，在一测试环境中，靠近抽气环的排气出口的孔与远离排气出口的孔之间可观察到明显的流量落差，约±50sccm；然而，具有相同47个孔(第一孔H1)的双层结构且第二孔H2以不均匀的方式排列，在相同的测试环境中，靠近抽气环的排气出口的第一孔H1与远离排气出口的第一孔H2之间可观察到仅有±5sccm的落差，即流量已趋近一致。本发明第一孔H1和第二孔H2均为单一孔径的直孔。但在其他可能性中，孔可包含多个孔径，也有可能是斜孔。因此，本发明抽气环的最外侧孔可提供一致的抽气气流，得归咎于不同通道间的不同孔径尺寸和孔间距的组合。

虽然为了清楚了解已经用某些细节来描述前述本发明，吾人将了解在申请专利范围内可实施特定变更与修改。因此，以上实施例仅用于说明，并不设限，并且本发明并不受限于此处说明的细节，但是可在附加之申请专利范围的领域及等同者下进行修改。

Claims (7)

1.一种抽气环，适用于半导体处理装置的腔体中，其特征在于，包含：一第一环形通道；及一第二环形通道，与所述第一环形通道迭层配置，且所述第一环形通道与所述第二环形通道经由多个孔相互连通；

还包含位于所述第一环形通道和所述第二环形通道之间的一隔板，所述隔板形成有多个第二孔，使所述第一环形通道与所述第二环形通道经由所述多个第二孔相互连通；

还包含一排气出口，所述多个第二孔中靠近所述排气出口的部分第二孔的孔径小于远离所述排气出口的另一部分第二孔的孔径；

所述多个第二孔中靠近所述排气出口的部分第二孔的孔间距大于远离所述排气出口的另一部分第二孔的孔间距；

所述第一环形通道位于所述第二环形通道的上方，所述排气出口位于所述第二环形通道的底部。

2.根据权利要求1所述之抽气环，还包含一表面，其特征在于，所述表面形成有多个第一孔，所述多个第一孔与第一环形通道连通。

3.根据权利要求2所述之抽气环，其特征在于，所述多个第一孔沿着所述表面分布，且所述多个第一孔中的任何相邻孔的间距均相同。

4.根据权利要求1所述之抽气环，其特征在于，所述多个第二孔的孔间距和孔径为不一致，所述多个第二孔的数量为40至100个，孔径为3至6mm。

5.一种半导体处理装置，包含：一腔体，具有一壁部，其特征在于，所述壁部定义一腔室；一晶圆承载盘，配置成在所述腔室中的一处理位置和一输送位置之间升降移动；根据权利要求1至4任意一项所述的抽气环，固定至所述腔体的壁部并围绕着所述晶圆承载盘。

6.根据权利要求5所述之半导体处理装置，其特征在于，所述抽气环面对所述晶圆承载盘的一表面贴附有一内衬。

7.根据权利要求5所述之半导体处理装置，其特征在于，所述抽气环的材料选自铝、陶瓷或其组合。