CN114855149A - 阴影环及包含该阴影环的反应腔结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种阴影环及反应腔结构，该阴影环包括：环本体、多个突出部以及多个拨片结构，环本体包括环形内壁和环形外壁；多个突出部沿着环形外壁的周向间隔设置，用于与反应腔结构中的抽气环配合安装；拨片结构与突出部一一对应，拨片结构的一端与突出部可转动连接，拨片结构的另一端延伸至环本体的下方，使得拨片结构与环本体的下表面之间具有开合角度。由于阴影环的环本体下方设置可转动的引导拨片，在陶瓷套上升过程中引导拨片结构转动，并且与环本体下表面的开合角度逐渐减小，从而调整晶圆的位置，同时解决了由传片和通气造成晶圆偏移的问题，避免了晶圆的边缘及背面长膜，提升了晶圆表面边缘的薄膜形貌及片内薄膜的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体晶片处理设备的技术领域，尤其涉及一种阴影环及包含该阴影环的反应腔结构。
背景技术
现有技术中晶圆在沉积薄膜时，利用边缘环来防止边缘长膜，其固定方式是采用三个定位销，将边缘环固定在基片架上，虽然保证了边缘环与加热盘的同心度，但由于传片的偏移量及通气后造成的晶圆的偏移未进行考虑，导致忽略了晶圆与边缘环的同心度，故而导致沉积薄膜边缘的形貌存在差异，均匀性差的问题。
因此，如何在沉积薄膜过程中，控制晶圆表面边缘的薄膜形貌及均匀性是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阴影环及包含该阴影环的反应腔结构，以实现在沉积薄膜的过程中，防止晶圆的边缘及背面长膜，控制晶圆表面边缘的薄膜形貌及片内薄膜的均匀性。
第一个方面，本发明实施例提供了一种阴影环；所述阴影环包括：环本体、多个突出部以及多个拨片结构，所述环本体包括环形内壁和环形外壁；所述多个突出部沿着所述环形外壁的周向间隔设置，用于与所述反应腔结构中的抽气环配合安装；
所述拨片结构与所述突出部一一对应，所述拨片结构的一端与所述突出部可转动连接，所述拨片结构的另一端延伸至所述环本体的下方，使得所述拨片结构与所述环本体的下表面之间具有开合角度，用于在所述反应腔结构中的陶瓷套的引导下拨动所述加热盘上的晶圆平移，以将所述晶圆调整至与所述环形内壁的下端开口同心。
可选地，所述突出部沿平行于所述环本体中心线的方向设有一贯穿开口，所述拨片结构的一端位于所述贯穿开口内，并通过转动轴与所述突出部可转动连接；当所述拨片结构转动至与所述环本体的下表面贴合时，所述拨片结构的另一端抵接在所述晶圆的边缘。
可选地，所述环本体的下表面向内凹陷形成定位凹槽，所述定位凹槽沿着所述环本体的径向延伸并呈贯穿式结构，用于与所述拨片结构配合。
可选地，所述突出部的内部还设有缓冲组件；所述缓冲组件设置在所述转动轴上，用于维持初始状态下的所述开合角度，并在所述开合角度减小的过程中提供缓冲。
可选地，所述多个突出部沿所述环形外壁的周向等间距分布；和/或，所述晶圆的直径与所述环形内壁的下端开口直径的差值为2毫米～8毫米。
第二个方面，本发明实施例提供了一种反应腔结构，包括：抽气环、加热盘、陶瓷套以及如第一个方面所述的阴影环；所述突出部与所述抽气环配合安装；所述加热盘和所述陶瓷套位于所述阴影环的下方；
所述加热盘的上表面布置有晶圆，所述陶瓷套包围所述加热盘，并在上升过程中引导所述拨片结构拨动所述晶圆平移，以将所述晶圆调整至与所述环形内壁的下端开口同心。
可选地，所述抽气环内侧下边缘上设有与所述突出部一一对应的多个凹陷部，所述阴影环的所述突出部分别嵌入在对应的所述凹陷部中。
可选地，所述陶瓷套的上表面设置有多个拨片槽，所述拨片槽沿着所述陶瓷套的径向延伸并贯穿所述陶瓷套的上表面，用于引导所述拨片结构远离所述突出部的一端滑动，以拨动所述晶圆平移。
可选地，所述加热盘的上表面设置有用于布置所述晶圆的晶圆槽，所述拨片槽的槽底所在的平面低于所述晶圆槽的槽底所在的平面；
所述拨片结构靠近晶圆一端的厚度大于所述拨片槽的槽底与所述晶圆槽的槽底之间的高度差。
本发明实施例至少具有以下技术效果：
本发明实施例提供的阴影环及包含该阴影环的反应腔结构，由于环本体下方设置可转动的引导拨片，在陶瓷套上升过程中引导拨片结构转动，并且与环本体下表面的开合角度逐渐减小，从而调整晶圆的位置，同时解决了由传片和通气造成晶圆偏移的问题，避免了晶圆的边缘及背面长膜，提升了晶圆表面边缘的薄膜形貌及片内薄膜的均匀性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的反应腔结构的装配结构示意图；
图2为本发明实施例提供的反应腔内部剖面的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的阴影环的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的抽气环的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的陶瓷套的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的陶瓷套的局部结构示意图；
图7为本发明实施例提供的阴影环的工作结构示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(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。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
基于现有技术中，在化学气相沉积薄膜的过程中，只保证了边缘环与加热盘的同心度，忽略了晶圆与边缘的同心度而导致沉积薄膜边缘的形貌存在差异，均匀性差的问题。因此，本发明实施例提供了一种阴影环及反应腔结构，保证了阴影环与晶圆的同心度，能够在PECVD沉积薄膜的过程中，防止晶圆的边缘及背面长膜，控制晶圆表面边缘的薄膜形貌及片内薄膜的均匀性。
具体而言，参阅图1至图7，本发明实施例提供了一种阴影环102，该阴影环102用于被配置在半导体薄膜沉积设备(例如：PECVD设备)的反应腔结构中，且作用于反应腔结构中加热盘103上的晶圆位置调整过程中。其中，阴影环102具体包括：环本体102a和拨片结构106，环本体102a包括环形内壁和环形外壁。
具体地，环形外壁沿周向设置有多个突出部102b，多个突出部102b沿着环形外壁的周向间隔设置，阴影环102利用突出部102b实现与反应腔结构中的抽气环101配合安装，从而将阴影环102悬于反应腔结构中。
进一步地，拨片结构106与突出部102b一一对应，即每个突出部102b上均连接有一个拨片结构106。拨片结构106的一端与突出部102b可转动连接，拨片结构106的另一端延伸至环本体102a的下方，使得拨片结构106与环本体102a的下表面之间具有开合角度，用于在反应腔结构中的陶瓷套104的引导下拨动加热盘103上的晶圆平移，以将晶圆的中心调整至与环形内壁的下端开口中心重叠。
需要说明的是，通过对拨片结构106的长度以及拨片结构106的转动中心的限定，使得拨片结构106远离突出部102b的一端最终与晶圆的边缘接触，从而将已实现位置调整的晶圆进行定位。
可以理解的是，由于阴影环102配合安装在抽气环101上，陶瓷套104和加热盘103均位于阴影环102的正下方且同心布置，晶圆设置传送至加热盘103上，并随着陶瓷套104一并上升，陶瓷套104在上升的过程中会慢慢引导拨片结构106转动，从而将加热盘103上处于偏位的晶圆拨正至加热盘103的中心(即对应于阴影环102的环形内壁的下端开口中心)。
在工艺过程中，晶圆传入反应腔结构内，放置于加热盘103的晶圆槽上；加热盘103开启上升动作，陶瓷套104上表面的边缘首先接触拨片结构106的前端，拨片结构106的前端向内侧滑动，阴影环102的开合角度逐渐缩小。当拨片结构106的前端接触到晶圆边缘后，会将“偏离”的晶圆推向晶圆槽的“中心”位置，直到陶瓷套104的上表面接触阴影环102的下表面，此时拨片结构106停止转动，并达到最大限制位置，加热盘103继续上升，顶起阴影环102，直至预设的工艺位置。
本实施例提供的阴影环102，由于环本体102a下方设置可转动的引导拨片，在陶瓷套104上升过程中引导拨片结构106转动，并且与环本体102a下表面的开合角度逐渐减小，从而调整晶圆的位置并直接定位，避免了晶圆的边缘及背部沉积薄膜的问题，提升了晶圆表面边缘的薄膜形貌及片内薄膜的均匀性。
可选地，继续参阅图3，为了便于拨片结构106与突出部102b实现转动连接，本实施例的突出部102b沿平行于环本体102a中心线的方向设有一贯穿开口1021，拨片结构106的一端位于贯穿开口1021内，并通过转动轴1022与突出部102b可转动连接。
可选地，拨片结构106与突出部102b转动连接的一端设置成凸起部位，凸起部位至少部分位于贯穿开口内，拨片结构106的另一端设置成扁平结构，便于与环本体的下表面贴合。
在陶瓷套104上升过程中，拨片结构106被逐渐顶起实现转动，且开合角度逐渐减小。当拨片结构106转动至与环本体102a的下表面贴合时，拨片结构106的另一端抵接在晶圆的边缘，实现对晶圆的定位。
可选地，开合角度的范围为30°～0°，即初始状态下开合角度设置为30°，当拨片结构106转动至与环本体102a的下表面贴合时开合角度为0°。
在一个可选的实施例中，继续参阅图3，环本体102a的下表面向内凹陷形成定位凹槽(图中未示出)，定位凹槽沿着环本体102a的径向延伸并呈贯穿式结构，用于与拨片结构106配合。这样当开合角度变为0°时，拨片结构106与环本体102a的接触更加贴合。
在一个可选的实施例中，突出部102b的内部还设有缓冲组件，在转动轴1022的其中一端设置缓冲组件，或者在转动轴1022的两端分别设置缓冲组件来缓冲转轴的转动，用于维持初始状态下的开合角度，并在开合角度减小的过程中提供缓冲。
可选地，缓冲组件可以是扭转弹簧或者阻尼器，扭转弹簧或者阻尼器可以使得拨片结构106在初始状态下与环本体102a的下表面之间保持一定的开合角度，起到预定位和缓冲的作用，可防止拨片结构106随意转动。
可选地，为了方便将阴影环102布置在抽气环101上，即不作过多的硬件结构改变，作为技术方案的改进，设有多个突出部102b等间距分布在环形外径上；突出部102b可以设置为六个，等间距均匀分布在阴影环102上。
可选地，环形内壁的下端开口略小于晶圆的外形轮廓，避免晶圆的边缘外露在整个环形内壁的下端开口范围内。
在一个实施例中，晶圆的直径与环形内壁的下端开口直径的差值为2毫米～8毫米，这样阴影环102的下表面与晶圆接触时，能够遮挡晶圆的边缘。
基于同一发明构思，继续参阅图1、图2和图7，本发明实施例还提供了一种反应腔结构，包括：抽气环101、加热盘103、陶瓷套104以及前述实施例中的阴影环102。其中，为了实现对晶圆的直接定位，阴影环102与抽气环101配合安装，悬于反应结构的内部；加热盘103和陶瓷套104位于阴影环102的下方。
具体地，加热盘103的上表面布置有晶圆，陶瓷套104包围加热盘103，并在上升过程中引导拨片结构106拨动晶圆平移，以将晶圆调整至与环形内壁的下端开口同心。
晶圆传入反应腔结构内，放置于加热盘103的晶圆槽上；加热盘103开启上升动作，陶瓷套104上表面的边缘首先接触拨片结构106的前端，拨片结构106的前端向内侧滑动，阴影环102的开合角度逐渐缩小。当拨片结构106的前端接触到晶圆边缘后，会将“偏离”的晶圆推向晶圆槽的“中心”位置，直到陶瓷套104的上表面接触阴影环102的下表面，此时拨片结构106停止转动，并达到最大限制位置，加热盘103继续上升，顶起阴影环102，直至预设的工艺位置。
本实施例提供的反应腔结构，在抽气环101内侧设置了阴影环102，由于阴影环102的环本体102a下方设置可转动的引导拨片，在陶瓷套104上升过程中引导拨片结构106转动，并且与环本体102a下表面的开合角度逐渐减小，从而调整晶圆的位置，同时解决了由传片和通气造成晶圆偏移的问题，避免了晶圆的边缘及背面长膜，提升了晶圆表面边缘的薄膜形貌及片内薄膜的均匀性。
在一个可选的实施例中，如图4所示，抽气环101内侧下边缘上设有与突出部102b一一对应的多个凹陷部105，阴影环102的突出部102b分别嵌入在对应的凹陷部105中，从而实现阴影环102的周向定位，有利于阴影环102与抽气环101的快速安装。
示例性的，突起部的数量为六个且沿环本体102a的周向等间距分布，对应的凹陷部105的数量也为六个，六个凹陷部105沿着抽气环101内侧的周向等间距分布。
在一个可选的实施例中，继续参阅图5，为了方便对拨片结构106进行引导，本实施例中陶瓷套104的上表面设置有多个拨片槽107，拨片槽107沿着陶瓷套104的径向延伸并贯穿陶瓷套104的上表面，拨片槽107主要用于引导拨片结构106远离突出部102b的一端滑动，以拨动晶圆平移。
可选地，拨片槽107的宽度大于或者等于拨片结构106远离突出部102b一端的宽度。
可以理解的是，当拨片结构106与环本体102a的下表面接触时，拨片结构106靠近上表面的一部分与凹陷部105配合，拨片结构106靠近下表面的一部分与拨片槽配合，使得陶瓷套104更容易与环本体102a直接接触，在后续顶起阴影环102的过程中会更加稳定。
在一个可选的实施例中，继续参阅图6，加热盘103的上表面设置有用于布置晶圆的晶圆槽108，拨片槽107的槽底109所在的平面低于晶圆槽108的槽底所在的平面，这样拨片结构106在拨片槽的引导下能够对晶圆槽108上的晶圆位置进行拨动。
可以理解的是，晶圆槽108位于加热盘103的中心位置，即晶圆槽的中心与加热盘103的中心重合，同时晶圆槽的中心还与阴影环102的中心重合，从而保证晶圆与阴影环102的同心度。
可选地，拨片结构106靠近晶圆一端的厚度应该大于拨片槽的底部与晶圆槽的槽底之间的高度差，以保证拨片结构106与环本体102a接触时，其端部能抵接在晶圆的边缘，从而实现对晶圆的限位。
本发明实施例提供的反应腔结构，结构简单，易于安装，该装置可以产业化，具有良好的生产经济价值。
本技术领域技术人员可以理解，本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本发明中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体状况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种阴影环(102)，其特征在于，包括：
环本体(102a)，所述环本体(102a)包括环形内壁和环形外壁；
多个突出部(102b)，所述多个突出部(102b)沿着所述环形外壁的周向间隔设置，用于与反应腔结构中的抽气环(101)配合安装；
多个拨片结构(106)，所述拨片结构(106)与所述突出部(102b)一一对应，所述拨片结构(106)的一端与所述突出部(102b)可转动连接，所述拨片结构(106)的另一端延伸至所述环本体(102a)的下方，使得所述拨片结构(106)与所述环本体(102a)的下表面之间具有开合角度，用于在所述反应腔结构中的陶瓷套(104)的引导下拨动所述加热盘(103)上的晶圆平移，以将所述晶圆调整至与所述环形内壁的下端开口同心。
2.根据权利要求1所述的阴影环(102)，其特征在于，所述突出部(102b)沿平行于所述环本体(102a)中心线的方向设有一贯穿开口(1021)，所述拨片结构(106)的一端位于所述贯穿开口内，并通过转动轴(1022)与所述突出部(102b)可转动连接；
当所述拨片结构(106)转动至与所述环本体(102a)的下表面贴合时，所述拨片结构(106)的另一端抵接在所述晶圆的边缘。
3.根据权利要求2所述的阴影环(102)，其特征在于，所述环本体(102a)的下表面向内凹陷形成定位凹槽，所述定位凹槽沿着所述环本体(102a)的径向延伸并呈贯穿式结构，用于与所述拨片结构(106)配合。
4.根据权利要求2所述的阴影环(102)，其特征在于，所述突出部(102b)的内部还设有缓冲组件；所述缓冲组件设置在所述转动轴(1022)上，用于维持初始状态下的所述开合角度，并在所述开合角度减小的过程中提供缓冲。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的阴影环(102)，其特征在于，所述多个突出部(102b)沿所述环形外壁的周向等间距分布；
和/或，所述晶圆的直径与所述环形内壁的下端开口直径的差值为2毫米～8毫米。
6.一种反应腔结构，其特征在于，包括：抽气环(101)、加热盘(103)、陶瓷套(104)以及如权利要求1至5中任一项所述的阴影环(102)；
所述突出部(102b)与所述抽气环(101)配合安装；所述加热盘(103)和所述陶瓷套(104)位于所述阴影环(102)的下方；
所述加热盘(103)的上表面布置有晶圆，所述陶瓷套(104)包围所述加热盘(103)，并在上升过程中引导所述拨片结构(106)拨动所述晶圆平移，以将所述晶圆调整至与所述环形内壁的下端开口同心。
7.根据权利要求6所述的反应腔结构，其特征在于，所述抽气环(101)内侧下边缘上设有与所述突出部(102b)一一对应的多个凹陷部(105)，所述阴影环(102)的所述突出部(102b)分别嵌入在对应的所述凹陷部(105)中。
8.根据权利要求6所述的反应腔结构，其特征在于，所述陶瓷套(104)的上表面设置有多个拨片槽(107)，所述拨片槽(107)沿着所述陶瓷套(104)的径向延伸并贯穿所述陶瓷套(104)的上表面，用于引导所述拨片结构(106)远离所述突出部(102b)的一端滑动，以拨动所述晶圆平移。
9.根据权利要求8所述的反应腔结构，其特征在于，所述加热盘(103)的上表面设置有用于布置所述晶圆的晶圆槽(108)，所述拨片槽(107)的槽底(109)所在的平面低于所述晶圆槽(108)的槽底所在的平面；
且所述拨片结构(106)靠近晶圆一端的厚度大于所述拨片槽(107)的槽底(109)与所述晶圆槽(108)的槽底之间的高度差。
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