CN116190283B - 一种工艺腔室具有自动排气功能的半导体工艺设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体加工技术领域，具体地说，涉及一种工艺腔室具有自动排气功能的半导体工艺设备。其包括加工外壳以及送气管道，加工外壳内设有承载装置。本发明中通过设有抽风结构，在蚀刻阶段时由于活动体只转动不升降，此时传动杆顶部位于所述插槽内，卡条不与卡槽接触，即底轴的转动无法带动传动杆转动，加工外壳内的工艺气体经气流汇聚结构向下汇聚后，仅在后续工艺气体的推动下向下通过排气口排向外界，当处于退火阶段时，活动体转动且升降，使得传动杆顶部沿着插槽下移直至卡条卡入卡槽内，此时底轴能够带动传动杆转动进而带动驱动杆转动，在桨叶的驱动下，加工外壳内底部的气体能够被快速抽出加工外壳内。

Description

一种工艺腔室具有自动排气功能的半导体工艺设备

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，具体地说，涉及一种工艺腔室具有自动排气功能的半导体工艺设备。

背景技术

半导体加工包括晶圆的生长技术、薄膜沉积、光刻、蚀刻、掺杂技术和工艺整合等技术，其中，在晶圆的刻蚀过程中，工艺气体通常通过真空管路从半导体工艺腔室的顶部进入到腔体内部，与基座上的晶圆表面接触并与之发生化学反应，从而达到刻蚀目的。

如CN115233303A中涉及一种半导体工艺腔室，包括腔室本体、承载部件和调节组件；其中，承载部件设置在腔室本体内，用于承载晶圆；腔室本体包括环结构、顶结构和底结构，环结构在其轴向上设置在顶结构和底结构之间，且环绕在承载部件的周围，顶结构、环结构和承载部件之间形成用于进行工艺反应的反应腔；调节组件与顶结构连接，用于调节顶结构的高度位置，以调节反应腔的容积，该发明提供的半导体工艺腔室，能够调节反应腔的容积，从而能够调节生长速率，进而能够提高适用性及使用灵活性，然而在刻蚀工艺结束后，由顶针将晶圆顶升最高工位，通过加热的匀流装置对晶圆进行退火，以通过高温促使反应产物充分挥发并被干泵抽走，但该发明中只设置有被动排气的排气道，无法主动的排出工艺腔室内多余气体，气体的流动效果较差，使得对晶圆的退火效果较差。

为了能够主动排出工艺腔室内多余气体，提出一种工艺腔室具有自动排气功能的半导体工艺设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺腔室具有自动排气功能的半导体工艺设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明目的在于，提供了一种工艺腔室具有自动排气功能的半导体工艺设备，包括用于提供密闭空间以进行晶圆加工的加工外壳以及设置于加工外壳顶部用于输送工艺气体的送气管道，所述加工外壳内设有承载装置，所述承载装置包括用于放置晶圆的活动体以及设置于活动体外围与所述加工外壳内壁转动连接的用于向下汇聚气流的气流汇聚结构，所述活动体顶部与所述送气管道底部之间设有用于控制所述送气管道喷出气体流向的集散气结构，所述活动体底部设有与所述加工外壳底部连通用于排出所述加工外壳内气体的抽风结构，所述活动体上升时会带动所述气流汇聚结构和所述抽风结构转动，所述集散气结构吹出的气流被所述气流汇聚结构汇聚并由所述抽风结构排出所述加工外壳。

作为本技术方案的进一步改进，所述活动体上表面中部设有搁置台，所述搁置台外围设有关于搁置台中心点对称分布的多个围板。

作为本技术方案的进一步改进，所述加工外壳内壁通过第一支臂连接有浮空圆盘，所述活动体位于所述浮空圆盘顶部，所述活动体底部中部设有底轴，所述底轴与所述浮空圆盘转动连接，所述底轴两侧分别设有电机和液压体，所述电机、所述液压体均位于所述浮空圆盘内，所述底轴外壁滑动连接有卡齿，所述底轴与所述电机通过所述卡齿啮合，所述液压体顶部设有套环，所述底轴穿过所述套环，所述底轴外壁与所述套环转动连接。

作为本技术方案的进一步改进，所述活动体顶部两侧边缘处设有与所述气流汇聚结构内壁连接的侧板，所述侧板顶部连接所述集散气结构，所述加工外壳内壁开设有壁槽，所述气流汇聚结构与所述壁槽转动连接，所述气流汇聚结构内壁设有多个扰流板，相邻扰流板之间形成导流槽。

作为本技术方案的进一步改进，所述导流槽为带有向下倾斜角度的槽。

作为本技术方案的进一步改进，所述侧板外壁开设有升降槽，所述气流汇聚结构内壁对称设有连接臂，所述连接臂一端位于所述升降槽内，所述连接臂一端与所述升降槽滑动连接。

作为本技术方案的进一步改进，所述底轴内靠近底部开设有插槽，所述插槽底部设有卡槽，所述抽风结构包括与所述底轴底部插接的传动杆以及与传动杆底部卡接的驱动杆，所述传动杆顶部位于所述插槽内，所述传动杆靠近顶端侧壁设有卡条，所述加工外壳底部开设有排气口，所述驱动杆底端设有位于所述排气口内的桨叶。

作为本技术方案的进一步改进，所述排气口内顶端设有滤网，所述驱动杆穿过所述滤网，所述驱动杆表面设有卡环，所述卡环与所述滤网卡接配合。

作为本技术方案的进一步改进，所述送气管道为卡在所述加工外壳顶部的连通管，所述送气管道内壁开设有管槽，所述管槽内设有电热丝。

作为本技术方案的进一步改进，所述集散气结构包括空心气盘以及设置在所述送气管道底部边缘的外延边，所述空心气盘内底部开设多个通气口，所述空心气盘内上下表面对称设有环边，所述外延边上下表面对应开设有环槽，所述环槽与所述环边插接配合

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、该工艺腔室具有自动排气功能的半导体工艺设备中，通过设有气流汇聚结构，活动体在转动时能够同步带动气流汇聚结构在壁槽内进行转动，气流汇聚结构转动时，四散的工艺气体接触气流汇聚结构内壁并在扰流板的作用下沿着导流槽被汇聚流动。

2、该工艺腔室具有自动排气功能的半导体工艺设备中，通过设有抽风结构，在蚀刻阶段时由于活动体只转动不升降，此时传动杆顶部位于所述插槽内，卡条不与卡槽接触，即底轴的转动无法带动传动杆转动，加工外壳内的工艺气体经气流汇聚结构向下汇聚后，仅在后续工艺气体的推动下向下通过排气口排向外界，当处于退火阶段时，活动体转动且升降，使得传动杆顶部沿着插槽下移直至卡条卡入卡槽内，此时底轴能够带动传动杆转动进而带动驱动杆转动，在桨叶的驱动下，加工外壳内底部的气体能够被快速抽出加工外壳内。

3、该工艺腔室具有自动排气功能的半导体工艺设备中，通过设有集散气结构，在处于刻蚀阶段时，活动体只转动不升降，此时外延边上表面的环槽与空心气盘内上表面的环边插接配合，使得送气管道吹出的气体通过空心气盘底部的多个通气口均匀的吹向晶圆表面以进行刻蚀，在处于退火阶段时，活动体转动且上升，此时外延边下表面的环槽与空心气盘内下表面的环边插接配合，送气管道吹出的气体只能通过位于空心气盘内下表面环边内的通气口，使得气体被击中吹向晶圆表面中心，从而便于带走晶圆表面的反应物质。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的整体剖面结构图；

图3为本发明的加工外壳截面结构图；

图4为本发明的送气管道截面结构图；

图5为本发明的承载装置结构示意图；

图6为本发明的活动体截面结构图；

图7为本发明的气流汇聚结构示意图；

图8为本发明的抽风结构示意图。

图中各个标号意义为：

1、加工外壳；11、浮空圆盘；12、壁槽；13、滤网；

2、送气管道；21、管槽；22、外延边；

3、承载装置；31、活动体；311、底轴；312、侧板；313、空心气盘；314、环边；32、气流汇聚结构；321、扰流板；322、连接臂；33、抽风结构；331、传动杆；332、驱动杆；333、卡环。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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设备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。

此外，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，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在现有技术中的半导体工艺腔室，通过调节反应腔的容积，能够调节生长速率，进而能够提高适用性及使用灵活性，然而在刻蚀工艺结束后，由顶针将晶圆顶升最高工位，通过加热的匀流装置对晶圆进行退火，以通过高温促使反应产物充分挥发并被干泵抽走，但该发明中只设置有被动排气的排气道，无法主动的排出工艺腔室内多余气体，气体的流动效果较差，使得对晶圆的退火效果较差。

为了能够排出多余气体，请参阅图1-图8所示，本实施例目的在于，提供了一种工艺腔室具有自动排气功能的半导体工艺设备，包括用于提供密闭空间以进行晶圆加工的加工外壳1以及设置于加工外壳1顶部用于输送工艺气体的送气管道2，加工外壳1内设有承载装置3，承载装置3包括用于放置晶圆的活动体31以及设置于活动体31外围与加工外壳1内壁转动连接的用于向下汇聚气流的气流汇聚结构32，活动体31顶部与送气管道2底部之间设有用于控制送气管道2喷出气体流向的集散气结构，活动体31底部设有与加工外壳1底部连通用于排出加工外壳1内气体的抽风结构33，活动体31上升时会带动气流汇聚结构32和抽风结构33转动，集散气结构吹出的气流被气流汇聚结构32汇聚并由抽风结构33排出加工外壳1。

本实施例在具体使用时分为两种阶段，即刻蚀阶段和退火阶段，其中，

刻蚀阶段：送气管道2送入的工艺气体经过集散气结构均匀的吹向晶圆表面以进行刻蚀，此时活动体31仅在加工外壳1内转动以带动其顶部放置的晶圆旋转，确保晶圆表面与工艺气体的充分接触，并且活动体31转动时带动气流汇聚结构32在加工外壳1内壁转动，工艺气体经过晶圆后向四周分散与气流汇聚结构32内壁接触，在气流汇聚结构32的作用下四散的工艺气体被汇聚，进而在持续充入的工艺气体的推动下进入加工外壳1底部被排出；

退火阶段：活动体31在转动的同时向上移动，送气管道2对送入的工艺气体进行加热，加热后的工艺气体经过集散气结构集中吹向晶圆表面中心，高温气体会带走晶圆表面挥发的反应物质，活动体31在上移转动时会带动气流汇聚结构32转动，四散的含有挥发反应物质的气体经过气流汇聚结构32的汇聚后进入加工外壳1底部，进而被气流汇聚结构32持续抽出并排向外界。

为了便于晶圆的放置固定，活动体31上表面中部设有搁置台，搁置台外围设有关于搁置台中心点对称分布的多个围板，通过将晶圆放置于搁置台上并辅以围板对晶圆外沿进行限制，能够在进行刻蚀、退火阶段时避免晶圆被工艺气流吹拂导致的晶圆位移，从而实现对晶圆的固定。

为了便于活动体31的活动，加工外壳1内壁通过第一支臂连接有浮空圆盘11，活动体31位于浮空圆盘11顶部，活动体31底部中部设有底轴311，底轴311底部穿过浮空圆盘11，底轴311与浮空圆盘11转动连接，底轴311两侧分别设有电机和液压体，电机、液压体均位于浮空圆盘11内，底轴311外壁滑动连接有卡齿，底轴311与电机通过卡齿啮合，液压体顶部设有套环，底轴311穿过套环，底轴311外壁与套环转动连接，电机通过卡齿驱动底轴311进而带动活动体31在浮空圆盘11顶部转动，并且液压体通过与底轴311外壁转动连接的套环能够带动活动体31进行升降，从而便于活动体31的活动。

为了便于带动气流汇聚结构32的转动以汇聚气流，活动体31顶部两侧边缘处设有与气流汇聚结构32内壁连接的侧板312，侧板312顶部连接集散气结构，加工外壳1内壁开设有壁槽12，气流汇聚结构32位于壁槽12内，气流汇聚结构32与壁槽12转动连接，气流汇聚结构32内壁设有多个扰流板321，相邻扰流板321之间形成导流槽，活动体31在转动时能够同步带动气流汇聚结构32在壁槽12内进行转动，气流汇聚结构32转动时，四散的工艺气体接触气流汇聚结构32内壁并在扰流板321的作用下沿着导流槽被汇聚流动。

为了便于气流的向下汇聚，导流槽为带有向下倾斜角度的槽，工艺气体在进入并沿着向下倾斜的导流槽移动时，在后续工艺气体的推动下进入导流槽内的气体能够沿着导流槽顺势进入加工外壳1底部进而排出。

为了在活动体31升降时能够带动气流汇聚结构32的转动，侧板312外壁开设有升降槽，气流汇聚结构32内壁对称设有连接臂322，连接臂322一端位于升降槽内，连接臂322一端与升降槽滑动连接，通过滑动连接的方式，使得活动体31在升降时能够通过侧板312卡住连接臂322的方式继续带动气流汇聚结构32同步转动，从而确保对气流的汇聚效果。

为了便于将加工外壳1内气体排向外界，底轴311内靠近底部开设有插槽，插槽底部设有卡槽，抽风结构33包括与底轴311底部插接的传动杆331以及与传动杆331底部卡接的驱动杆332，传动杆331顶部位于插槽内，传动杆331靠近顶端侧壁设有卡条，加工外壳1底部开设有排气口，驱动杆332底端设有位于排气口内的桨叶，通过设有抽风结构33，在蚀刻阶段时由于活动体31只转动不升降，此时传动杆331顶部位于插槽内，卡条不与卡槽接触，即底轴311的转动无法带动传动杆331转动，加工外壳1内的工艺气体经气流汇聚结构32向下汇聚后，仅在后续工艺气体的推动下向下通过排气口排向外界，当处于退火阶段时，活动体31转动且升降，使得传动杆331顶部沿着插槽下移直至卡条卡入卡槽内，此时底轴311能够带动传动杆331转动进而带动驱动杆332转动，在桨叶的驱动下，加工外壳1内底部的气体能够被快速抽出加工外壳1内。

为了避免外部杂质的混入，排气口内顶端设有滤网13，驱动杆332穿过滤网13，驱动杆332表面设有卡环333，卡环333与滤网13卡接配合，通过设有滤网13，能够避免加工外壳1内外气体流动时外部空气中的杂质进入加工外壳1内，从而确保对晶圆的加工质量。

为了便于工艺气体的送入并升温，送气管道2为卡在加工外壳1顶部的连通管，送气管道2内壁开设有管槽21，管槽21内设有电热丝，通过设有送气管道2并在送气管道2内设置电热丝，在工艺气体输入端对气体进行加热，从而在便于工艺气体送入的同时通过高温气体促使晶圆表面的反应物质蒸发。

为了便于控制气流的喷出，集散气结构包括底部与侧板312顶部连接的空心气盘313以及设置在送气管道2底部边缘的外延边22，空心气盘313内底部开设多个通气口，空心气盘313内上下表面对称设有环边314，外延边22上下表面对应开设有环槽，环槽与环边314插接配合，通过设有集散气结构，在处于刻蚀阶段时，活动体31只转动不升降，此时外延边22上表面的环槽与空心气盘313内上表面的环边314插接配合，使得送气管道2吹出的气体通过空心气盘313底部的多个通气口均匀的吹向晶圆表面以进行刻蚀，在处于退火阶段时，活动体31转动且上升，此时外延边22下表面的环槽与空心气盘313内下表面的环边314插接配合，送气管道2吹出的气体只能通过位于空心气盘313内下表面环边314内的通气口，使得气体被击中吹向晶圆表面中心，从而便于带走晶圆表面的反应物质。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种工艺腔室具有自动排气功能的半导体工艺设备，其特征在于：包括用于提供密闭空间以进行晶圆加工的加工外壳（1）以及设置于加工外壳（1）顶部用于输送工艺气体的送气管道（2），所述加工外壳（1）内设有承载装置（3），所述承载装置（3）包括用于放置晶圆的活动体（31）以及设置于活动体（31）外围与所述加工外壳（1）内壁转动连接的用于向下汇聚气流的气流汇聚结构（32），所述活动体（31）顶部与所述送气管道（2）底部之间设有用于控制所述送气管道（2）喷出气体流向的集散气结构，所述活动体（31）底部设有与所述加工外壳（1）底部连通用于排出所述加工外壳（1）内气体的抽风结构（33），所述活动体（31）上升时会带动所述气流汇聚结构（32）和所述抽风结构（33）转动，所述集散气结构吹出的气流被所述气流汇聚结构（32）汇聚并由所述抽风结构（33）排出所述加工外壳（1）。

2.根据权利要求1所述的工艺腔室具有自动排气功能的半导体工艺设备，其特征在于：所述活动体（31）上表面中部设有搁置台，所述搁置台外围设有关于搁置台中心点对称分布的多个围板。

3.根据权利要求1所述的工艺腔室具有自动排气功能的半导体工艺设备，其特征在于：所述加工外壳（1）内壁通过第一支臂连接有浮空圆盘（11），所述活动体（31）位于所述浮空圆盘（11）顶部，所述活动体（31）底部中部设有底轴（311），所述底轴（311）与所述浮空圆盘（11）转动连接，所述底轴（311）两侧分别设有电机和液压体，所述电机、所述液压体均位于所述浮空圆盘（11）内，所述底轴（311）外壁滑动连接有卡齿，所述底轴（311）与所述电机通过所述卡齿啮合，所述液压体顶部设有套环，所述底轴（311）穿过所述套环，所述底轴（311）外壁与所述套环转动连接。

4.根据权利要求1所述的工艺腔室具有自动排气功能的半导体工艺设备，其特征在于：所述活动体（31）顶部两侧边缘处设有与所述气流汇聚结构（32）内壁连接的侧板（312），所述侧板（312）顶部连接所述集散气结构，所述加工外壳（1）内壁开设有壁槽（12），所述气流汇聚结构（32）与所述壁槽（12）转动连接，所述气流汇聚结构（32）内壁设有多个扰流板（321），相邻扰流板（321）之间形成导流槽。

5.根据权利要求4所述的工艺腔室具有自动排气功能的半导体工艺设备，其特征在于：所述导流槽为带有向下倾斜角度的槽。

6.根据权利要求4所述的工艺腔室具有自动排气功能的半导体工艺设备，其特征在于：所述侧板（312）外壁开设有升降槽，所述气流汇聚结构（32）内壁对称设有连接臂（322），所述连接臂（322）一端位于所述升降槽内，所述连接臂（322）一端与所述升降槽滑动连接。

7.根据权利要求3所述的工艺腔室具有自动排气功能的半导体工艺设备，其特征在于：所述底轴（311）内靠近底部开设有插槽，所述插槽底部设有卡槽，所述抽风结构（33）包括与所述底轴（311）底部插接的传动杆（331）以及与传动杆（331）底部卡接的驱动杆（332），所述传动杆（331）顶部位于所述插槽内，所述传动杆（331）靠近顶端侧壁设有卡条，所述加工外壳（1）底部开设有排气口，所述驱动杆（332）底端设有位于所述排气口内的桨叶。

8.根据权利要求7所述的工艺腔室具有自动排气功能的半导体工艺设备，其特征在于：所述排气口内顶端设有滤网（13），所述驱动杆（332）穿过所述滤网（13），所述驱动杆（332）表面设有卡环（333），所述卡环（333）与所述滤网（13）卡接配合。

9.根据权利要求1所述的工艺腔室具有自动排气功能的半导体工艺设备，其特征在于：所述送气管道（2）为卡在所述加工外壳（1）顶部的连通管，所述送气管道（2）内壁开设有管槽（21），所述管槽（21）内设有电热丝。

10.根据权利要求9所述的工艺腔室具有自动排气功能的半导体工艺设备，其特征在于：所述集散气结构包括空心气盘（313）以及设置在所述送气管道（2）底部边缘的外延边（22），所述空心气盘（313）内底部开设多个通气口，所述空心气盘（313）内上下表面对称设有环边（314），所述外延边（22）上下表面对应开设有环槽，所述环槽与所述环边（314）插接配合。

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