CN117089822A - 半导体反应腔室及其隔离装置和隔离控制方法 - Google Patents

半导体反应腔室及其隔离装置和隔离控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种半导体反应腔室及其隔离装置和隔离控制方法。该半导体反应腔室包括用于处理基片的上腔室、用于传输基片的下腔室、用于承载基片的基座，基座由升降杆带动在上腔室和下腔室之间升降移动，该反应腔室还包括隔离装置、状态检测装置和控制器，隔离装置包括隔离环和基座隔离组件，状态检测装置包括上腔压力传感器和下腔压力传感器；控制器被配置为：在基座的移动过程中，实时获得第一气压和第二气压之间的压差；根据压差的变化来判断基座是否到达目标位置，其中，当压差到达某一预设阶段时，表示基座到达目标位置，上腔室和下腔室由隔离装置实现最佳流体密封隔离状态，可以有效减少或避免污染颗粒的产生。

Description

半导体反应腔室及其隔离装置和隔离控制方法
技术领域
本申请主要涉及半导体领域，尤其涉及一种半导体反应腔室、用于半导体反应腔室的隔离装置以及半导体反应腔室的隔离控制方法。
背景技术
半导体薄膜沉积是芯片制造过程中最核心的工序之一，沉积技术一般由多种薄膜沉积设备（如CVD，ALD，PECVD，PEALD等）完成。随着半导体先进制程的推进，特征尺寸慢慢减小到纳米级，芯片制造工艺对成膜的质量要求也越来越苛刻。薄膜厚度的均匀性不仅会影响下一步工艺的正常进行，也会进一步影响器件的电学性能，最终影响良率和产量。
薄膜沉积通常在半导体反应腔室中进行。反应腔室通常包括反应上腔和传输下腔，通过隔离结构来相互流体隔离。当上下腔未处于隔离状态时，反应气体会从上腔进入下腔，从而导致副生成物在下腔的积累，最终产生颗粒污染晶圆或基片（wafer）。当晶圆基座移动至目标位置使上下腔处于隔离状态时，晶圆基座与隔离结构之间的碰撞也极大可能会导致颗粒的产生，当晶圆基座下降时颗粒会落到晶圆表面造成污染。
发明内容
本申请要解决的技术问题是提供一种有效减少或避免产生污染颗粒的半导体反应腔室、用于半导体反应腔室的隔离装置以及半导体反应腔室的隔离控制方法。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种半导体反应腔室，包括用于处理基片的上腔室、用于传输基片的下腔室、用于承载基片的基座，所述基座由升降杆带动在所述上腔室和下腔室之间升降移动，其特征在于，所述反应腔室还包括：隔离装置、状态检测装置和控制器；所述隔离装置包括隔离环和基座隔离组件，所述隔离环固定设置在所述上腔室和所述下腔室之间，所述基座隔离组件设置于所述基座；所述状态检测装置包括上腔压力传感器和下腔压力传感器，所述上腔压力传感器用于检测所述上腔室的第一气压，所述下腔压力传感器用于检测所述下腔室的第二气压；所述控制器被配置为：在所述基座的移动过程中，实时获得所述第一气压和所述第二气压之间的压差；根据所述压差的变化来判断所述基座是否到达目标位置；其中，当所述压差到达一预设阶段，表示所述基座到达所述目标位置，由所述隔离环和所述基座隔离组件相互配合以构成所述上腔室和所述下腔室之间的流体隔离。
在本申请的一实施例中，所述预设阶段包括所述压差的下降期或稳定期。
在本申请的一实施例中，所述基座包括承载部和外缘部，所述承载部用于承载基片，所述外缘部设置在所述承载部的外周，所述承载部具有第一外径，所述外缘部具有第二外径，所述第二外径大于所述第一外径；所述隔离环具有第一内径，所述第一内径大于所述第一外径并且小于所述第二外径；所述基座隔离组件设置于所述基座的外缘部；其中，当所述升降杆带动所述基座移动时，使所述基座隔离组件与所述隔离环接触或分离，构成所述上腔室和所述下腔室的流体隔离或连通。
在本申请的一实施例中，所述隔离环的下表面为台阶状，包括第一台阶和第二台阶，所述第一台阶具有第一下表面，所述第二台阶具有第二下表面，其中，所述第一下表面的高度高于所述第二下表面的高度；所述基座隔离组件包括至少一个隔离开关件，当所述隔离开关件未接触所述隔离环的第二下表面，所述隔离开关件关闭，当所述隔离开关件接触所述第二下表面，并使所述隔离开关件被打开后，所述上腔室和下腔室的压差到达所述下降期。
在本申请的一实施例中，所述隔离开关件包括顶起件、弹性件和固定件，所述固定件将所述弹性件和所述顶起件固定在所述基座的外缘部的下表面，所述弹性件设置在所述固定件内，所述顶起件的下端是密封盖，所述密封盖与所述弹性件连接；所述外缘部具有贯通孔，所述顶起件通过所述贯通孔贯穿所述外缘部，所述密封盖与所述贯通孔相适配，当所述隔离开关件关闭时，所述密封盖与所述外缘部的下表面接触并密封所述贯通孔。
在本申请的一实施例中，所述隔离开关件和隔离环的配合过程包括：当所述隔离开关件接触所述隔离环的第二下表面时，所述顶起件的上端与所述第二下表面接触并使所述弹性件被压缩，使所述密封盖与所述外缘部的下表面分离，此时所述隔离开关件被打开，所述上腔室的气体能通过所述外缘部的贯通孔流向所述下腔室，所述上腔室和所述下腔室的压差开始下降，所述压差到达所述下降期。
在本申请的一实施例中，所述贯通孔是腰形孔，至少一个所述顶起件贯穿所述腰形孔，并且所述至少一个顶起件的下端设置有密封盖，所述密封盖与所述腰形孔相适配，当所述隔离开关件关闭时，所述密封盖密封所述腰形孔。
在本申请的一实施例中，所述基座还包括设置在所述基座的外缘部外周的外缘凸起部，所述外缘凸起部具有第一上表面，所述隔离开关件具有第二上表面，所述第一上表面的高度高于所述第二上表面的高度，在所述基座的移动过程中，所述第一下表面和所述第一上表面之间的距离始终大于所述第二下表面和所述第二上表面之间的距离，当所述隔离开关件接触所述第二下表面时，所述第一上表面未接触所述第一下表面。
在本申请的一实施例中，所述第二台阶在水平面的投影和所述外缘凸起部在水平面的投影之间具有间隙，在所述基座的移动过程中，所述上腔室的气体能通过所述间隙流向所述下腔室，在所述隔离开关件被打开之前的一段时间，所述气体的通过量被所述间隙限制，使所述压差到达所述稳定期。
本申请为解决上述技术问题还提出一种用于半导体反应腔室的隔离装置，所述半导体反应腔室包括用于处理基片的上腔室、用于传输基片的下腔室、用于承载基片的基座，所述基座由升降杆带动在所述上腔室和下腔室之间升降移动，其特征在于，包括：隔离环和基座隔离组件，其中，所述基座包括承载部和外缘部，所述承载部用于承载基片，所述外缘部设置在所述承载部的外周，所述承载部具有第一外径，所述外缘部具有第二外径，所述第二外径大于所述第一外径；所述隔离环固定设置在所述上腔室和所述下腔室之间，所述隔离环具有第一内径，所述第一内径大于所述第一外径并且小于所述第二外径；所述基座隔离组件设置于所述基座的外缘部；其中，当所述升降杆带动所述基座移动时，使所述基座隔离组件与所述隔离环接触或分离，并使所述上腔室的第一气压和所述下腔室的第二气压之间压差发生变化，其中，当所述压差到达一预设阶段，表示所述基座到达目标位置，由所述隔离环和所述基座隔离组件相互配合以构成所述上腔室和所述下腔室之间的流体隔离。
在本申请的一实施例中，所述预设阶段包括所述压差的下降期或稳定期。
在本申请的一实施例中，所述隔离环的下表面为台阶状，包括第一台阶和第二台阶，所述第一台阶具有第一下表面，所述第二台阶具有第二下表面，其中，所述第一下表面的高度高于所述第二下表面的高度；所述基座隔离组件包括至少一个隔离开关件，当所述隔离开关件接触所述第二下表面，并使所述隔离开关件被打开后，所述压差到达所述下降期。
在本申请的一实施例中，所述隔离开关件包括顶起件、弹性件和固定件，所述固定件将所述弹性件和所述顶起件固定在所述外缘部的下表面，所述弹性件设置在所述固定件内，所述顶起件的下端是密封盖，所述密封盖与所述弹性件连接；所述外缘部具有贯通孔，所述顶起件通过所述贯通孔贯穿所述外缘部，所述密封盖与所述贯通孔相适配，当所述隔离开关件关闭时，所述密封盖与所述外缘部的下表面接触并密封所述贯通孔。
在本申请的一实施例中，所述隔离开关件和隔离环的配合过程包括：当所述隔离开关件接触所述隔离环的第二下表面时，所述顶起件的上端与所述第二下表面接触并使所述弹性件被压缩，使所述密封盖与所述外缘部的下表面分离，此时所述隔离开关件被打开，所述上腔室的气体能通过所述外缘部的贯通孔流向所述下腔室，所述上腔室和所述下腔室的压差开始下降，所述压差到达所述下降期。
在本申请的一实施例中，所述贯通孔是腰形孔，至少一个所述顶起件贯穿所述腰形孔，并且所述至少一个顶起件的下端设置有同一个所述密封盖，所述密封盖与所述腰形孔相适配，当所述隔离开关件关闭时，所述密封盖密封所述腰形孔。
在本申请的一实施例中，所述基座还包括设置在所述基座的外缘部的外周的外缘凸起部，所述外缘凸起部具有第一上表面，所述隔离开关件具有第二上表面，所述第一上表面的高度高于所述第二上表面的高度，在所述基座的移动过程中，所述第一下表面和所述第一上表面之间的距离始终大于所述第二下表面和所述第二上表面之间的距离，当所述隔离开关件接触所述第二下表面时，所述第一上表面未接触所述第一下表面。
在本申请的一实施例中，所述第二台阶在水平面的投影和所述外缘凸起部在水平面的投影之间具有间隙，在所述基座的移动过程中，所述上腔室的气体能通过所述间隙流向所述下腔室，在所述隔离开关件被打开之前的一段时间，所述气体的通过量被所述间隙限制，使所述压差到达所述稳定期。
本申请为解决上述技术问题还提出一种半导体反应腔室的隔离控制方法，所述半导体反应腔室包括用于处理基片的上腔室、用于传输基片的下腔室、用于承载基片的基座，所述基座由升降杆带动在所述上腔室和下腔室之间升降移动，其特征在于，所述半导体反应腔室包括如前所述的隔离装置，所述隔离控制方法包括：在所述基座的移动过程中，实时获得所述上腔室的第一气压和所述下腔室的第二气压之间的压差；以及根据所述压差的变化判断所述基座是否到达目标位置，其中，在所述目标位置，压差到达一预设阶段，表示所述上腔室和所述下腔室流体隔离。
在本申请的一实施例中，所述预设阶段包括所述压差的下降期或稳定期。
本申请的半导体反应腔室以及控制方法根据基座移动过程中所处位置和上腔室和下腔室之间的压差之间的关系，通过压差判断基座是否到达目标位置，避免了隔离装置的硬接触，从而可以减少或避免由于碰撞所造成的污染颗粒的产生。本申请的隔离装置通过设置隔离环和基座隔离组件，使得可以根据上腔室和下腔室之间的压差来判断基座是否到达实现工艺过程最佳的密封隔离位置的目标位置，实现了上腔室和下腔室的有效流体隔离，并且还避免了隔离环和基座隔离组件的硬接触，从而进一步减少或避免由于二者碰撞所造成的污染颗粒的产生。
附图说明
包括附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本申请原理的作用。附图中：
图1是本申请一实施例的半导体反应腔室的剖视侧视图；
图2是本申请一实施例的半导体反应腔室中的基座尚未到达目标位置时图1中的区域A的放大示意图；
图3是本申请一实施例的半导体反应腔室中的隔离环的第二下表面即将但尚未与基座隔离组件接触时图1中的区域A的放大示意图；
图4是本申请一实施例的半导体反应腔室中的隔离环的第二下表面与基座隔离组件接触时图1中的区域A的放大示意图；
图5是本申请一实施例的隔离开关件部分结构的立体结构示意图；
图6是本申请一实施例的隔离环的立体结构示意图；
图7是本申请一实施例的半导体反应腔室中的压差变化曲线图；
图8是本申请一实施例的基座的立体结构示意图；
图9是本申请一实施例的隔离开关件的立体结构示意图；
图10是安装了图9所示的隔离开关件的基座的立体结构示意图；
图11是图10的爆炸示意图；
图12是图10的截面示意图；
图13是本申请一实施例的半导体反应腔室的隔离控制方法的示例性流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
如本申请中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。
本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
本申请的半导体反应腔室可以用于半导体生产过程中的任意适用工艺，包括但不限于薄膜沉积工艺。该半导体反应腔室包括由外壳所围设而成的腔室，在半导体工艺过程中，基片或晶圆被放置在腔室中。
图1是本申请一实施例的半导体反应腔室的剖视侧视图。参考图1所示，该实施例的半导体反应腔室100包括用于处理基片的上腔室110、用于传输基片的下腔室120、升降杆130和用于承载基片的基座140。其中，上腔室110由上壳体111围设而成，下腔室120由下壳体121围设而成。
如图1所示，半导体反应腔室100的隔离装置包括隔离环150和基座隔离组件160。隔离环150固定设置在上腔室110和下腔室120之间，基座隔离组件160设置于基座140。如图1，隔离环150设置在上壳体111和下壳体121之间，隔离环150可以与上壳体111或下壳体121一体成型，也可以独立设置。基座140设置在升降杆130的顶端，升降杆130可以带动基座140在半导体反应腔室100中上升或下降。当基座140移动时，带动基座隔离组件160一起移动，当基座到达目标位置时，隔离环150和基座隔离组件160相互配合以构成上腔室110和下腔室120之间的流体隔离。
该实施例的半导体反应腔室100还包括状态检测装置和控制器（图未示）。状态检测装置包括上腔压力传感器171和下腔压力传感器172，上腔压力传感器171用于检测上腔室110的第一气压P1，下腔压力传感器172用于检测下腔室120的第二气压P2。可以理解，为了感测腔室内部的气压，压力传感器应与所要感测气压的腔室连通。本申请对上腔压力传感器171和下腔压力传感器172的具体设置位置不做限制。上腔压力传感器171和下腔压力传感器172都可以采用本领域常规的压力传感器。
如图1所示，在该实施例中，在上腔室110的顶部开设有上腔进气口112和上腔排气口113，进气混合装置114与上腔进气口112连通，进气混合装置114设置有若干进气管115和阀门116，进气管115用于连接供气装置，不同的进气管115可以对应于不同气体的供气装置，通过阀门116来控制进气管115的开关。上腔排气口113的主要作用是排出上腔室110中的气体。上腔压力传感器171通过上腔排气管173与上腔排气口113连接，从而感测上腔室110中的第一气压P1。本发明的优选实施例通过上腔排气口113排出气体的气压来感测上腔室110中的第一气压P1。在其他的实施例中，上腔压力传感器171可以通过其他的气口，例如专门开设的用于感测气压的气口来感测第一气压P1。如图1所示，上腔排气管173上还设置了阀门174，用于控制上腔排气管173的开关。
如图1所示，在该实施例中，在下腔室120的底部开设有下腔进气口122和下腔排气口123。气体如图1中的箭头所示从下腔进气口122进入下腔室120。下腔压力传感器172通过下腔排气管175与下腔排气口123连接，从而感测下腔室120中的第二气压P2。下腔排气管175上还设置了阀门176用于控制下腔排气管175的开关。
在本申请的半导体反应腔室100中，控制器被配置为：在基座140的移动过程中，实时获得第一气压P1和第二气压P2之间的压差ΔP；根据压差ΔP的变化来判断基座140是否到达目标位置，其中，当压差ΔP到达一预设阶段时，表示基座140到达了目标位置，也表示上腔室110和下腔室120流体隔离。具体地，ΔP=P1-P2。基座的目标位置是实现工艺过程最佳的密封隔离位置，对于不同的工艺过程，目标位置可以相同或不同。
如图1所示，在半导体工艺过程中，通常是先将基座140移动至一初始位置，通常是靠近下腔室120底部的位置，通过机械手将基片W传递至基座140的承载部141上之后，升降杆130带动基座140上升至目标位置实现流体隔离。本申请的发明人在研究过程中发现，基座140在带动基片W上升的过程中，上述压差ΔP具有一定的变化规律，会经历一些变化阶段。例如，在初期，上腔室110和下腔室120是连通的，因此二者的气压较为接近，压差ΔP几乎为0；随着基座140的上升，该压差ΔP逐渐增大，即压差进入增长期。在基座140的上升过程中，由于上腔室110和下腔室120尚未隔离，气体仍然可以从上腔室110进入下腔室120，压差ΔP在一定时间段内的变化较小，趋于稳定，将这个阶段称为稳定期。当基座140到达目标位置时，上腔室110和下腔室120通过隔离装置而构成流体隔离，此时的压差ΔP会到达一预设阶段内。因此，根据这样的规律，就可以通过对压差ΔP的监测来判断基座140是否到达目标位置。需说明，该预设阶段不仅包括对压差值的限定，还包括对压差ΔP在时间轴上的变化阶段的限定，以及压差ΔP在时间轴上的不同阶段的数据拐点的限定。例如，压差ΔP的变化按顺序经过了增长期、稳定期和下降期，则该预设阶段可以是增长期、稳定期、下降期中的一个。在一些优选方案中，目标位置也可以根据压差变化的数据拐点来判断，例如，压差进入稳定期的数据拐点和\或进入下降期的数据拐点，并且，在下降期的数据拐点对应的目标位置即为密封隔离的最佳位置。
在一些实施例中，预设阶段是下降期或稳定期。优选地，该预设阶段是下降期。当压差ΔP到达下降期时，基座所处的位置为目标位置，上腔室和下腔室到达最佳密封隔离状态。
根据本申请的半导体反应腔室100，通过获得第一气压P1和第二气压P2之间的压差ΔP来判断基座140是否到达构成流体隔离的目标位置，避免了隔离环150与基座140的硬接触，从而可以减少或避免由于碰撞所造成的污染颗粒的产生。
在一些实施例中，如图1所示，基座140包括承载部141和外缘部142，承载部141用于承载基片W。基片W通常为圆形，因此承载部141通常也为圆形，外缘部142是围设在承载部141外周的圆环区域。如图1所示，承载部141的上表面高于外缘部142的上表面。承载部141具有第一外径DO1，外缘部142具有第二外径DO2，DO2>DO1。可以理解，第一外径DO1大于基片W的直径。升降杆130可升降地设置在半导体反应腔室100内，可以由外部的控制装置来控制其上升或下降，该控制装置也可以是本申请的半导体反应腔室100的控制器，可以控制升降杆130的升降速度和升降距离。例如，控制器根据压差ΔP所处阶段来控制升降杆130的上升速度，使其在快到达目标位置之前放慢速度，有利于避免硬接触。
如图1，隔离环150具有第一内径DI1，第一内径DI1大于承载部141的第一外径DO1并且小于外缘部142的第二外径DO2。基座隔离组件160设置在外缘部142。当升降杆130带动基座140升降时，使基座隔离组件160与隔离环150接触或分离，构成上腔室110和下腔室120的流体隔离或连通。
图2~图4为图1中的区域A的放大示意图。以图2为例，隔离环150的下表面为台阶状，包括第一台阶1501和第二台阶1502，第一台阶1501具有第一下表面151，第二台阶具有第二下表面152，第一下表面151的高度高于第二下表面152的高度。图2所示为基座140尚未到达目标位置时的状态，此时在隔离环150和基座隔离组件160之间具有较大的空隙，上腔室110中的气体可以沿着图中箭头所示线路进入下腔室120中。图3所示为第二下表面152即将但尚未与基座隔离组件160接触时的状态，此时隔离环150和基座隔离组件160之间具有较小的缝隙，上腔室110中的气体可以沿着图中箭头所示线路进入下腔室120中。图4所示为第二下表面152已经与基座隔离组件160接触时的状态，此时由于隔离开关件210被打开，因此上腔室110中的气体可以沿着图中箭头所示的多条线路进入下腔室120中。
以下结合图2至图4对隔离开关件210进行说明。在该实施例中，基座隔离组件160包括至少一个隔离开关件210。本申请对隔离开关件210的数量、分布方式不做限制。
参考图3所示，在一些实施例中，隔离开关件210包括顶起件311、弹性件320和固定件330，固定件330固定设置在外缘部142的下表面144，弹性件320设置在固定件330内，顶起件311贯穿外缘部142，顶起件311的下端是密封盖312，密封盖312与弹性件320连接，当第二下表面152未接触顶起件311的上端311a时，密封盖312与外缘部142的下表面144接触以防止气体从该贯通孔流通，此时隔离开关件210关闭。
参考图4，当第二下表面152接触基座隔离组件160时，第二下表面152接触顶起件311的上端311a，随着基座140的继续上升，第二下表面152挤压顶起件311和密封盖312，使弹性件320被压缩，并使密封盖312与外缘部142的下表面144分离，此时隔离开关件210被打开，上腔室110的气体能通过贯通孔流向下腔室120。
如图2至图4所示，顶起件311可以具体实施为一种顶针，其下端311b与密封盖312固定连接。外缘部142开设有与顶起件311相配合的贯通孔。为了起到密封效果，密封盖312的尺寸应大于该贯通孔的尺寸，以完全遮挡该贯通孔，从而在隔离开关件210闭合状态下起到防止气体流通的作用。密封盖312可以是平板状，也可以是其他任意适合的形状。顶起件311和密封盖312也可配置为一体成型，本申请对该构件的形状不做限定。
如图3所示，在该实施例中，外缘部142的下表面144具有容纳槽145，用于容纳密封盖312。容纳槽145相比于外缘部142的下表面144而向内部凹陷，根据该实施例，在隔离开关件210关闭时，密封盖312与容纳槽145的凹陷部相互接触而起到密封效果，当隔离开关件210被打开时，密封盖312与容纳槽145的凹陷部分离，而使气体可以流通。可以理解，在其他的实施例中，外缘部142的下表面144可以是一平面，无需开设容纳槽145，也可以使密封盖312起到相同的作用。
图5是本申请一实施例的隔离开关件部分结构的立体结构示意图。参考图5所示，其中示出了隔离开关件210中的弹性件320和固定件330。优选地，该固定件330可以是一种镂空的结构，包括底板331、顶板332和若干个固定支柱333，在一些实施例中，也可不设置顶板332。图5中示出了3个支柱333，设置在底板331和顶板332之间。该固定件330可以通过顶板332或支柱333固定在外缘部142的下表面144上。顶板332的中间部分具有开孔334，该开孔334可以是对应于密封盖312，密封盖312小于该开孔334，使得当弹性件320被压缩时，密封盖312可以跟随弹性件320一起向下移动，从而使气体通过贯通孔，并从支柱333之间的镂空空间流出。气体流出路径可参考图4中的箭头所示。
可以理解，为配合图5所示的隔离开关件210，外缘部142所开设的贯通孔可以是圆孔。
如图2所示，在一些实施例中，基座140还包括外缘凸起部220，设置在外缘部142的边缘，外缘凸起部220具有第一上表面221，隔离开关件210具有第二上表面211，也即顶起件311的上端311a的端面。第一上表面221的高度高于第二上表面211的高度，在基座140的移动过程中，第一下表面151和第一上表面221之间的距离Δh1始终大于第二下表面152和第二上表面211之间的距离Δh2，当第二下表面152接触隔离开关件210，也即接触顶起件311的上端311a时，第一下表面151未接触第一上表面221，即如图4所示，第一下表面151和第一上表面221之间会存在一缝隙Δy。
在一些实施例中，第二台阶1502在水平面的投影和外缘凸起部220在水平面的投影之间具有间隙Δx。例如，0.01mm<Δx<2mm，从而在隔离开关件210被打开之前的一段时间，上腔室110的气体通过该间隙Δx流向下腔室120的气流量被该间隙Δx限制。结合图2和图4，当第二下表面152接触顶起件311的上端311a时，气体可以通过该间隙Δx，同时还通过缝隙Δy，间隙Δx和缝隙Δy的存在还表示，上腔室110和下腔室120没有绝对的隔离。
图6是本申请一实施例的隔离环的立体结构示意图。参考图6，隔离环150为环状，其中示出了第一下表面151和第二下表面152。
通过设置隔离开关件210和外缘凸起部220，本申请的发明人发现在基座140的上升过程中，第一气压P1和第二气压P2之间的压差ΔP会经过增长期、稳定期和下降期。图7是本申请一实施例的半导体反应腔室中的压差变化曲线图。参考图7，其中，横轴为时间t，单位是s；纵轴为压差ΔP，单位是Torr。K1、K2、K3分别表示该压差变化曲线上的第一拐点、第二拐点和第三拐点。K1是增长期的起点，K2既是增长期的终点又是稳定期的起点，K3既是稳定期的终点又是下降期的起点。结合该压差变化曲线，当所测量到的压差ΔP沿着该压差变化曲线到达稳定期的起点K2或下降期的起点K3时，均可表示基座140到达目标位置。
结合图2和图7，在增长期，如前文所述，升降杆130带动基座140从初始位置逐步上升，压差ΔP逐渐增大，可以确定压差变化曲线中的第一拐点K1。结合图3和图7，随着隔离环150与基座隔离组件160之间的缝隙变得越来越小，上腔室110中越来越少的气体通过隔离环150的第二台阶1502和外缘凸起部220之间的间隙Δx进入下腔室120，从而气体的通过量被该间隙Δx限制在一个很小的范围内，在隔离开关件210被打开之前的一段时间，使压差ΔP处于稳定期，可以确定压差变化曲线中的第二拐点K2。此时，压差ΔP到达第二拐点K2时基座140所处的位置可以作为目标位置。但是该目标位置还不是最佳的流体隔离位置，在某些情况下，该目标位置也可作为工艺位置。
结合图4和图7，随着基座140的继续上升，由于隔离开关件210被打开，上腔室110中的气体通过隔离开关件210进入下腔室120，从而使趋于稳定的压差ΔP突然降低，可以确定压差变化曲线中的第三拐点K3。当确定第三拐点K3或下降趋势时，即可判定基座140到达了目标位置。此时尽管在上腔室110和下腔室120之间有少量的气流（上腔室110和下腔室120之间连通有限的和受控的气体流动量），此时上腔室110和下腔室120到达最佳的流体密封隔离状态，该少量的气流不会引起颗粒污染。
需要说明，控制器可以通过实时获得的压差ΔP来实时获取压差变化曲线，从而实时确定压差变化曲线上的特征点，即K1、K2、K3，从而可以实时判断压差ΔP是否到达第三拐点K3或是否出现下降趋势，从而判断压差是否到达预设阶段。
在一些实施例中，当检测到压差ΔP到达稳定期，基座140即停止继续上升，将当前的位置作为目标位置。
在一些实施例中，当检测到压差ΔP到达下降期，基座140停止继续上升，将当前的位置作为目标位置。
结合图1至图6，本领域技术人员可以理解，基座隔离组件160可以包括一个隔离开关件210，即基座140的外缘部142设置的贯通孔为环状孔，隔离开关件210的密封盖与该环状孔相适配，可设置多个弹性件与该密封盖连接，多个固定件用于固定该弹性件，并可设置多个顶起件与隔离环150的第二下表面152接触或分离，以实现上下腔的流体隔离和连通。在一些实施例中，基座隔离组件160可以包括多个隔离开关件210，多个隔离开关件210相互间隔均匀地设置在外缘部142，并且能够同步或几乎同步地与隔离环150的第二下表面152接触或分离，从而同步或几乎同步地被打开或关闭，使上腔室110的气体可以均匀的从不同位置的隔离开关件210处流出至下腔室120。优选的，至少3个隔离开关件210间隔均匀地设置在外缘部142。
在一些实施例中，贯穿外缘部142的贯通孔可以是腰形孔，至少1个顶起件贯穿腰形孔，并且该至少1个顶起件的下端设置有密封盖，密封盖与腰形孔相适配，当隔离开关件关闭时，密封盖密封腰形孔。
图8是本申请一实施例的基座的立体结构示意图，其示出了基座140的外缘部142及其下表面144，外缘凸起部220以及连接在基座140底部的升降杆130。3个腰形孔810间隔均匀地分布在外缘部142。
图9是本申请一实施例的隔离开关件的立体结构示意图。参考图9所示，在一种优选的实施方案中，该隔离开关件910包括2个顶起件921、922，2个弹性件941、942和2个固定件951、952。结合图8和图9，可设置2个顶起件921、922共同贯穿一个腰形孔810，下端设置同一个密封盖930，相应地，该密封盖930也为腰形，其形状和大小都与腰形孔810相适配。
需说明，腰形孔810的弧度与外缘部142的弧度相适配。在一些实施例中，腰形孔810较长时，可以设置2个以上的顶起件贯穿一个腰形孔810。
图10是安装了图9所示的隔离开关件的基座的立体结构示意图，图11是图10的爆炸示意图，图12是图10的截面示意图。结合图10~图12，该实施例包括3个隔离开关件910，间隔均匀地设置在外缘部142。当基座140到达目标位置时，隔离环150与隔离开关件910相互配合以构成流体隔离。
需说明，图5和图9所示仅为隔离开关件的示例。在其他的实施例中，隔离开关件也可以是其他的任意能够实现其功能的结构形式。
如图1所示，本申请的半导体反应腔室100中还可以包括喷淋装置180，设置在上腔室110中，用于以喷淋状进行工艺气体的供给。在一些实施例中，半导体反应腔室100中还包括上下腔加热板等其他装置，这些装置是目前半导体反应腔室中的常用装置，都可以设置在本申请的半导体反应腔室100中。
本申请还提出一种用于半导体反应腔室的隔离装置，该半导体反应腔室100可以参考图1，该半导体反应腔室100包括上腔室110、下腔室120、升降杆130和基座140。该隔离装置包括隔离环150和基座隔离组件160，其中，基座140包括承载部141和外缘部142，承载部141用于承载基片W，承载部141具有第一外径DO1，外缘部142设置在承载部141的外围，外缘部142具有第二外径DO2，第二外径DO2大于第一外径DO1；隔离环150固定设置在上腔室110和下腔室120之间，隔离环150具有第一内径DI1，第一内径DI1大于第一外径DO1并且小于第二外径DO2；基座隔离组件160设置于基座140的外缘部142，升降杆130带动基座140移动时，使外缘部142与隔离环150接触或分离，并使上腔室110的第一气压P1和下腔室120的第二气压P2之间压差ΔP发生变化，其中，当压差ΔP到达一预设范围内，表示基座140到达目标位置，上腔室110和下腔室120由隔离环150和基座隔离组件160相互配合以构成流体隔离。
关于该隔离装置的具体描述已在前文中说明，不再赘述。
采用本申请的隔离装置，通过设置隔离环150和基座隔离组件160，可以根据第一气压P1和第二气压P2之间的压差ΔP来判断基座140是否到达目标位置，实现了上腔室110和下腔室120的最佳隔离，并且还避免了隔离环150和基座140的硬接触，从而进一步减少或避免由于二者碰撞所造成的污染颗粒的产生。
图13是本申请一实施例的半导体反应腔室的隔离控制方法的示例性流程图。其中，该半导体反应腔室包括上腔室、下腔室、升降杆和基座，以及前文所述的隔离装置。在一些实施例中，该半导体反应腔室可以是图1中所示的半导体反应腔室100，因此前文关于半导体反应腔室100的描述都可以用于说明本实施例的隔离控制方法。参考图13所示，该实施例的隔离控制方法包括以下步骤：
步骤S1310：在基座的移动过程中，实时获得上腔室的第一气压和下腔室的第二气压之间的压差；
步骤S1320：根据压差的变化来判断基座是否到达目标位置，其中，在目标位置，压差到达一预设阶段，表示上腔室和下腔室流体隔离。
在一些实施例中，该预设阶段包括压差ΔP的下降期或稳定期。
其中，结合图2~图4和图7，步骤S1320可具体实施为以下步骤：
步骤S1：当基座140位于下腔室120中的初始位置时，压差ΔP为0；
步骤S2：基座140上升，在基座隔离组件160越来越靠近隔离环150的过程中，压差ΔP增大至第一拐点K1，判断压差ΔP进入增长期；
步骤S3：基座140继续上升，压差ΔP逐渐增大至第二拐点K2，在第二拐点K2之后，压差ΔP逐渐稳定，进入稳定期；
步骤S4：基座140继续上升，基座隔离组件160与隔离环150相互接触，基座隔离组件160中的隔离开关件210被打开，上腔室110的气体流向下腔室120，压差ΔP从第三拐点K3开始下降，判断压差ΔP进入下降期；
步骤S5：当压差ΔP到达下降期，表示基座140到达目标位置，上腔室110和下腔室120由隔离装置进行流体隔离。
需要说明，本申请的隔离控制方法并不限于仅由前文所述的半导体反应腔室100来实施，其他任何可以实现步骤S1310~S1320的半导体反应腔室都可以用来实施本申请的隔离控制方法。
根据本申请的隔离控制方法，可以通过对压差ΔP进行实时监测即可获知基座是否到达目标位置，避免了基座和隔离环的硬接触，从而可以减少或避免由于碰撞所造成的污染颗粒的产生。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。
同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比所要求保护的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20%的变化。相应地，在一些实施例中，本申请中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

Claims (19)

1.一种半导体反应腔室，包括用于处理基片的上腔室、用于传输基片的下腔室、用于承载基片的基座，所述基座由升降杆带动在所述上腔室和下腔室之间升降移动，其特征在于，
所述反应腔室还包括：隔离装置、状态检测装置和控制器；
所述隔离装置包括隔离环和基座隔离组件，所述隔离环固定设置在所述上腔室和所述下腔室之间，所述基座隔离组件设置于所述基座；
所述状态检测装置包括上腔压力传感器和下腔压力传感器，所述上腔压力传感器用于检测所述上腔室的第一气压，所述下腔压力传感器用于检测所述下腔室的第二气压；
所述控制器被配置为：
在所述基座的移动过程中，实时获得所述第一气压和所述第二气压之间的压差；
根据所述压差的变化来判断所述基座是否到达目标位置；
其中，当所述压差到达一预设阶段，表示所述基座到达所述目标位置，由所述隔离环和所述基座隔离组件相互配合以构成所述上腔室和所述下腔室之间的流体隔离。
2.如权利要求1所述的半导体反应腔室，其特征在于，所述预设阶段包括所述压差的下降期或稳定期。
3.如权利要求2所述的半导体反应腔室，其特征在于，基座包括承载部和外缘部，所述承载部用于承载基片，所述外缘部设置在所述承载部的外周，所述承载部具有第一外径，所述外缘部具有第二外径，所述第二外径大于所述第一外径；
隔离环具有第一内径，所述第一内径大于所述第一外径并且小于所述第二外径；
基座隔离组件设置于所述基座的外缘部；
其中，当所述升降杆带动所述基座移动时，使所述基座隔离组件与所述隔离环接触或分离，构成所述上腔室和所述下腔室的流体隔离或连通。
4.如权利要求3所述的半导体反应腔室，其特征在于，所述隔离环的下表面为台阶状，包括第一台阶和第二台阶，所述第一台阶具有第一下表面，所述第二台阶具有第二下表面，其中，所述第一下表面的高度高于所述第二下表面的高度；
所述基座隔离组件包括至少一个隔离开关件，当所述隔离开关件未接触所述隔离环的第二下表面，所述隔离开关件关闭，当所述隔离开关件接触所述第二下表面，并使所述隔离开关件被打开后，上腔室和下腔室的压差到达下降期。
5.如权利要求4所述的半导体反应腔室，其特征在于，所述隔离开关件包括顶起件、弹性件和固定件，所述固定件将所述弹性件和所述顶起件固定在基座的外缘部的下表面，所述弹性件设置在所述固定件内，所述顶起件的下端是密封盖，所述密封盖与所述弹性件连接；
所述外缘部具有贯通孔，所述顶起件通过所述贯通孔贯穿所述外缘部，所述密封盖与所述贯通孔相适配，当所述隔离开关件关闭时，所述密封盖与所述外缘部的下表面接触并密封所述贯通孔。
6.如权利要求5所述的半导体反应腔室，其特征在于，所述隔离开关件和隔离环的配合过程包括：
当所述隔离开关件接触所述隔离环的第二下表面时，所述顶起件的上端与所述第二下表面接触并使所述弹性件被压缩，使所述密封盖与所述外缘部的下表面分离，此时所述隔离开关件被打开，上腔室的气体能通过所述外缘部的贯通孔流向下腔室，所述上腔室和所述下腔室的压差开始下降，所述压差到达下降期。
7.如权利要求5所述的半导体反应腔室，其特征在于，所述贯通孔是腰形孔，至少一个所述顶起件贯穿所述腰形孔，并且所述至少一个顶起件的下端设置有密封盖，所述密封盖与所述腰形孔相适配，当所述隔离开关件关闭时，所述密封盖密封所述腰形孔。
8.如权利要求4所述的半导体反应腔室，其特征在于，基座还包括设置在所述基座的外缘部外周的外缘凸起部，所述外缘凸起部具有第一上表面，所述隔离开关件具有第二上表面，所述第一上表面的高度高于所述第二上表面的高度；
在所述基座的移动过程中，所述第一下表面和所述第一上表面之间的距离始终大于所述第二下表面和所述第二上表面之间的距离，当所述隔离开关件接触所述第二下表面时，所述第一上表面未接触所述第一下表面。
9.如权利要求8所述的半导体反应腔室，其特征在于，所述第二台阶在水平面的投影和所述外缘凸起部在水平面的投影之间具有间隙，在所述基座的移动过程中，上腔室的气体能通过所述间隙流向下腔室，在所述隔离开关件被打开之前的一段时间，所述气体的通过量被所述间隙限制，使所述上腔室和所述下腔室的压差到达稳定期。
10.一种用于半导体反应腔室的隔离装置，所述半导体反应腔室包括用于处理基片的上腔室、用于传输基片的下腔室、用于承载基片的基座，所述基座由升降杆带动在所述上腔室和下腔室之间升降移动，其特征在于，包括：隔离环和基座隔离组件，其中，
所述基座包括承载部和外缘部，所述承载部用于承载基片，所述外缘部设置在所述承载部的外周，所述承载部具有第一外径，所述外缘部具有第二外径，所述第二外径大于所述第一外径；
所述隔离环固定设置在所述上腔室和所述下腔室之间，所述隔离环具有第一内径，所述第一内径大于所述第一外径并且小于所述第二外径；
所述基座隔离组件设置于所述基座的外缘部；
其中，当所述升降杆带动所述基座移动时，使所述基座隔离组件与所述隔离环接触或分离，并使所述上腔室的第一气压和所述下腔室的第二气压之间压差发生变化，其中，当所述压差到达一预设阶段，表示所述基座到达目标位置，由所述隔离环和所述基座隔离组件相互配合以构成所述上腔室和所述下腔室之间的流体隔离。
11.如权利要求10所述的隔离装置，其特征在于，所述预设阶段包括所述压差的下降期或稳定期。
12.如权利要求11所述的隔离装置，其特征在于，隔离环的下表面为台阶状，包括第一台阶和第二台阶，所述第一台阶具有第一下表面，所述第二台阶具有第二下表面，其中，所述第一下表面的高度高于所述第二下表面的高度；
基座隔离组件包括至少一个隔离开关件，当所述隔离开关件接触所述第二下表面，并使所述隔离开关件被打开后，所述压差到达所述下降期。
13.如权利要求12所述的隔离装置，其特征在于，所述隔离开关件包括顶起件、弹性件和固定件，所述固定件将所述弹性件和所述顶起件固定在外缘部的下表面，所述弹性件设置在所述固定件内，所述顶起件的下端是密封盖，所述密封盖与所述弹性件连接；
所述外缘部具有贯通孔，所述顶起件通过所述贯通孔贯穿所述外缘部，所述密封盖与所述贯通孔相适配，当所述隔离开关件关闭时，所述密封盖与所述外缘部的下表面接触并密封所述贯通孔。
14.如权利要求13所述的隔离装置，其特征在于，所述隔离开关件和隔离环的配合过程包括：
当所述隔离开关件接触所述隔离环的第二下表面时，所述顶起件的上端与所述第二下表面接触并使所述弹性件被压缩，使所述密封盖与所述外缘部的下表面分离，此时所述隔离开关件被打开，上腔室的气体能通过所述外缘部的贯通孔流向下腔室，所述上腔室和所述下腔室的压差开始下降，所述压差到达下降期。
15.如权利要求13所述的隔离装置，其特征在于，所述贯通孔是腰形孔，至少一个所述顶起件贯穿所述腰形孔，并且至少一个所述顶起件的下端设置有密封盖，所述密封盖与所述腰形孔相适配，当所述隔离开关件关闭时，所述密封盖密封所述腰形孔。
16.如权利要求12所述的隔离装置，其特征在于，基座还包括设置在所述基座的外缘部的外周的外缘凸起部，所述外缘凸起部具有第一上表面，所述隔离开关件具有第二上表面，所述第一上表面的高度高于所述第二上表面的高度；在所述基座的移动过程中，所述第一下表面和所述第一上表面之间的距离始终大于所述第二下表面和所述第二上表面之间的距离，当所述隔离开关件接触所述第二下表面时，所述第一上表面未接触所述第一下表面。
17.如权利要求16所述的隔离装置，其特征在于，所述第二台阶在水平面的投影和所述外缘凸起部在水平面的投影之间具有间隙，在所述基座的移动过程中，所述上腔室的气体能通过所述间隙流向所述下腔室，在所述隔离开关件被打开之前的一段时间，所述气体的通过量被所述间隙限制，使所述压差到达稳定期。
18.一种半导体反应腔室的隔离控制方法，所述半导体反应腔室包括用于处理基片的上腔室、用于传输基片的下腔室、用于承载基片的基座，所述基座由升降杆带动在所述上腔室和下腔室之间升降移动，其特征在于，所述半导体反应腔室包括如权利要求10-17任一项所述的隔离装置，所述隔离控制方法包括：
在所述基座的移动过程中，实时获得所述上腔室的第一气压和所述下腔室的第二气压之间的压差；以及
根据所述压差的变化判断所述基座是否到达目标位置，其中，在所述目标位置，压差到达一预设阶段，表示所述上腔室和所述下腔室流体隔离。
19.如权利要求18所述的隔离控制方法，其特征在于，所述预设阶段包括所述压差的下降期或稳定期。
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