CN117599531B - 离子过滤装置及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及半导体制造技术领域，公开了一种离子过滤装置及半导体加工设备。其中的离子过滤装置包括沿预设方向相对设置的上离子过滤板与下离子过滤板，上离子过滤板的边缘处与下离子过滤板的边缘处连接，并在上离子过滤板与下离子过滤板之间形成空腔；下离子过滤板均匀设置有多个贯穿下离子过滤板的下离子过滤通道，每个下离子过滤通道的一端连通空腔，每个下离子过滤通道的另一端用于朝向载置台所在平面；上离子过滤板与下离子过滤板的连接处设置有多个进气孔。本申请实施例提供的离子过滤装置及半导体加工设备，能够有利于避免出现因气体分布不均匀而影响反应腔内工艺反应的均匀性的问题。

Description

离子过滤装置及半导体加工设备

技术领域

本申请实施例涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种离子过滤装置及半导体加工设备。

背景技术

随着半导体产品的应用范围不断丰富，半导体加工技术也在不断发展成熟。其中，在半导体加工过程中，需要经过等离子去胶、等离子刻蚀或者等离子薄膜沉积等工艺。在进行这些工艺的过程中，需要向加工设备的反应腔中通入工艺气体。

但是，在一些半导体加工工艺中，需要采用多类不同的工艺气体。这时，会在加工设备的反应腔中设计侧向进气模式。而在采用侧向进气模式的加工设备中，会出现因气体分布不均匀而影响反应腔内工艺反应的均匀性的问题。

发明内容

本申请实施方式的目的在于提供一种离子过滤装置及半导体加工设备，能够有利于避免出现因气体分布不均匀而影响反应腔内工艺反应的均匀性的问题。

为解决上述技术问题，本申请的实施方式提供了一种离子过滤装置，离子过滤装置包括沿预设方向相对设置的上离子过滤板与下离子过滤板，上离子过滤板的边缘处与下离子过滤板的边缘处连接，并在上离子过滤板与下离子过滤板之间形成空腔；下离子过滤板均匀设置有多个贯穿下离子过滤板的下离子过滤通道，每个下离子过滤通道的一端连通空腔，每个下离子过滤通道的另一端用于朝向载置台所在平面；上离子过滤板与下离子过滤板的连接处设置有多个进气孔，每个进气孔的一端朝向预设方向的垂直方向设置、用于连接工艺气体气源，每个进气孔的另一端与空腔连通；空腔中设置有环绕下离子过滤板的中心设置的多个隔挡板，每个隔挡板在下离子过滤板上的投影避开下离子过滤通道，多个隔挡板分布在不同的进气孔内工艺气体在空腔内的流动路径上、用于使多个进气孔内通入的工艺气体在空腔中均匀扩散至上离子过滤板表面。

本申请的实施方式还提供了一种半导体加工设备，半导体加工设备包括具有反应腔室的反应腔，反应腔室内设置有上述的离子过滤装置。

本申请的实施方式提供的离子过滤装置及半导体加工设备，通过上离子过滤板与下离子过滤板边缘连接处的进气孔，能够实现反应腔的侧向进气。而在进气到达上离子过滤板与下离子过滤板之间形成的内腔后，通过隔挡板起到的阻隔作用，使得进气能够向周围区域进行扩散，而不会直接冲向下离子过滤板的中心位置。并且，通过空腔内分布的多个隔挡板共同起到的阻隔作用，有利于进气在空腔内均匀扩散。而后通过均匀分布的下离子过滤通道到达反应腔内载置台所在区域，能够有利于避免出现因气体分布不均匀而影响反应腔内工艺反应的均匀性的问题。

在一些实施方式中，多个隔挡板中，包括自下离子过滤板的边缘至中心依次分布在进气孔内工艺气体的流出路径上的第一隔挡板，每个进气孔的延伸方向上依次设置有多个第一隔挡板。

在一些实施方式中，多个隔挡板中，还包括在自下离子过滤板的边缘至中心的方向上分布在相邻两个第一隔挡板之间的第二隔挡板，第二隔挡板在自下离子过滤板的边缘至中心的方向上与第一隔挡板错开设置。

在一些实施方式中，在自下离子过滤板的边缘至中心的方向上，第二隔挡板与相邻两个第一隔挡板之间的距离相同。

在一些实施方式中，环绕在下离子过滤板中心的同一周向方向的多个第一隔挡板与多个第二隔挡板具有相同的对称轴。

在一些实施方式中，多个进气孔在环绕下离子过滤板边缘的方向上均匀分布。

在一些实施方式中，在自下离子过滤板的边缘至中心的方向上，隔挡板的隔挡长度依次减小。

在一些实施方式中，下离子过滤通道在预设方向上呈弯折状。

在一些实施方式中，每个隔挡板与上离子过滤板之间均具有间隔。

在一些实施方式中，上离子过滤板均匀设置有多个贯穿上离子过滤板的上离子过滤通道，每个上离子过滤通道的一端用于连通反应腔室的顶部进气装置，每个上离子过滤通道的另一端与空腔连通。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本申请一些实施例提供的离子过滤装置的剖面结构示意图；

图2是本申请一些实施例提供的离子过滤装置不包含上离子过滤板时的俯视结构示意图；

图3是本申请一些实施例提供的离子过滤装置中包含隔挡板时的气体扩散路径示意图；

图4是本申请一些实施例提供的离子过滤装置不包含隔挡板时的气体扩散路径示意图；

图5是图1中X处的放大结构示意图；

图6是本申请一些实施例提供的半导体加工设备的结构示意图；

图7是本申请一些实施例提供的另一种半导体加工设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本申请的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，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、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

在半导体制造领域，半导体加工设备的反应腔室内的进气均匀性会影响加工工艺的均匀性。目前，在半导体加工设备中，广泛使用顶部进气模式。在顶部进气模式中，半导体加工设备的反应腔室顶部设置有向待处理基片以喷淋状供气的喷淋头。例如在等离子去胶设备、等离子体刻蚀处理设备中，反应腔室内设置有用于载置基片的载置台，与该载置台相对的上方位置设置有喷淋头，该喷淋头的表面设置有多个气体喷出孔，以喷淋状供给反应气体来产生等离子体。在对基片进行等离子体刻蚀处理时，等离子体的分布均匀度对基片刻蚀均匀度有很大影响。而通过喷淋头提供的反应气体的分布均匀度决定着等离子体的分布均匀度，为了得到具有良好均一性的刻蚀基片，需要气体喷淋头的气体喷出孔致密且均匀。

而在一些半导体加工工艺中，需要将多路气体混合。而在采用多路气体混合方案的半导体加工设备中，会针对部分气体采用侧向进气模式。但在侧向进气模式中，容易出现气流分布不均匀的问题，这种不均匀性会造成半导体加工工艺的不均匀性。

为此，本申请一些实施例提供了一种半导体加工设备。在半导体加工设备中，针对侧向进气位置设置气体挡板，挡板可以采用厚度较薄的板材。通过气体挡板可以避免反应腔室的侧向进气直冲反应腔室的中心区域。通过气体挡板使得侧向进气均匀扩散后，经由离子过滤板的气孔到达反应腔室的载置台所在区域。

其中，半导体加工设备中的离子过滤板用于阻隔进气中的离子通过，从而避免或者减少到达载置台所在区域的离子数量。需要说明的是，在一些半导体加工工艺中，离子的数量不同会影响位于载置台上的加工基片的加工效果。因此在反应腔室内部，基片上方一定距离处会放置挡板，即离子过滤板。该挡板会接地处理，并设置有离子过滤通道，起到过滤进气中所含离子的作用。该挡板用于在气体通过时阻止气体中的离子穿过并到达基片，从而避免或者减少离子对加工工艺的影响。

下面结合图1至图7，说明本申请一些实施例提供的离子过滤装置及半导体加工设备。其中的离子过滤装置用于在反应腔室中阻隔进气中的离子到达载置台所在区域。

如图1和图2所示，本申请一些实施例提供的离子过滤装置包括沿预设方向相对设置的上离子过滤板11与下离子过滤板12，上离子过滤板11的边缘处与下离子过滤板12的边缘处连接，并在上离子过滤板11与下离子过滤板12之间形成空腔101。下离子过滤板12均匀设置有多个贯穿下离子过滤板12的下离子过滤通道121，每个下离子过滤通道121的一端连通空腔101，每个下离子过滤通道121的另一端用于朝向载置台所在平面。上离子过滤板11与下离子过滤板12的连接处设置有多个进气孔102，每个进气孔102的一端朝向预设方向的垂直方向设置、用于连接工艺气体气源，每个进气孔102的另一端与空腔101连通。空腔101中设置有环绕下离子过滤板12的中心设置的多个隔挡板13，每个隔挡板13在下离子过滤板12上的投影避开下离子过滤通道121，多个隔挡板13分布在不同的进气孔102内工艺气体在空腔101内的流动路径上、用于使多个进气孔102内通入的工艺气体在空腔101中均匀扩散至上离子过滤板11表面。

离子过滤装置在应用于半导体加工设备的反应腔内时，上离子过滤板11位于下离子过滤板12的上方，即预设方向为半导体加工设备正常放置在地面上时的竖直方向。也就是说，上离子过滤板11靠近反应腔顶部进气口的位置设置，下离子过滤板12相对上离子过滤板11设置在下方。上离子过滤板11与下离子过滤板12在连接后形成空腔101，空腔101可以为反应腔侧向进气的扩散提供空间。而设置在二者连接处的多个进气孔102，可以为工艺气体从反应腔侧向进入提供通道，每个进气孔102朝向下离子过滤板12的中心。

工艺气体在经由进气孔102进入空腔101内后，通过隔挡板13对进气进行阻挡，避免进气直冲下离子过滤板12的中心区域。隔挡板13环绕下离子过滤板12的中心设置，且避开下离子过滤通道121所在位置，避免影响气体通过下离子过滤通道121。每个隔挡板13在环绕下离子过滤板12中心的周向方向上延伸，在隔挡板13所处区域，能够对进入空腔101内的气体起到阻隔作用，使得气体向隔挡板13周围区域扩散。进而向下离子过滤板12中心位置扩散。

进入空腔101并扩散在空腔101内的工艺气体通过下离子过滤板12上的下离子过滤通道121进入反应腔内。在工艺气体流经下离子过滤通道121时，进气中的离子会通过接地的下离子过滤板12导出，从而在完成离子过滤后进入反应腔内到达载置台所在区域，参与刻蚀反应。

本申请一些实施例提供的离子过滤装置，通过上离子过滤板11与下离子过滤板12边缘连接处的进气孔102，能够实现反应腔的侧向进气。而在进气到达上离子过滤板11与下离子过滤板12之间形成的内腔后，通过隔挡板13起到的阻隔作用，使得进气能够向周围区域进行扩散，而不会直接冲向下离子过滤板12的中心位置。并且，通过空腔101内分布的多个隔挡板13共同起到的阻隔作用，有利于进气在空腔101内均匀扩散。而后通过均匀分布的下离子过滤通道121到达反应腔内载置台所在区域，能够有利于避免出现因气体分布不均匀而影响反应腔内工艺反应的均匀性的问题。

在一些实施例中，多个隔挡板13中，包括自下离子过滤板12的边缘至中心依次分布在进气孔102内工艺气体的流出路径上的第一隔挡板131，每个进气孔102的延伸方向上依次设置有多个第一隔挡板131。

第一隔挡板131沿进气孔102的延伸方向分布，对自进气孔102进入的工艺气体形成直接阻隔作用。工艺气体在穿出进气孔102后，经过第一隔挡板131的阻挡，向第一隔挡板131的边缘位置处扩散。进而继续向下离子过滤板12中心位置处流动。

另外，多个隔挡板13中，还可以包括在自下离子过滤板12的边缘至中心的方向上分布在相邻两个第一隔挡板131之间的第二隔挡板132，第二隔挡板132在自下离子过滤板12的边缘至中心的方向上与第一隔挡板131错开设置。

也就是说，第二隔挡板132在环绕下离子过滤板12中心的方向上，位于相邻两个第一隔挡板131之间的间隔区域内。从而在最外围的第一隔挡板131对进气进行第一次阻隔后，对分流后的进气进行第二次阻隔，气体再一次被分流，向第二隔挡板132的周围区域扩散。进而有利于进气在下离子过滤板12表面均匀扩散。

在一些实施例中，在自下离子过滤板12的边缘至中心的方向上，第二隔挡板132与相邻两个第一隔挡板131之间的距离可以相同。

即第二隔挡板132相对两个沿同一方向布置的第一隔挡板131均匀分布在下离子过滤板12上。通过将隔挡板13均匀分布在上离子过滤板11与下离子过滤板12之间，有利于气体在第二隔挡板132两侧流动相同路径长度，从而有利于气体在下离子过滤板12表面的均匀扩散。

实际情形中，环绕在下离子过滤板12中心的同一周向方向的多个第一隔挡板131与多个第二隔挡板132可以具有相同的对称轴。

也就是说，多个第一隔挡板131与多个第二隔挡板132在内腔中对称设置，这样，可以与对称设置的进气孔102结合。从而有利于反应腔室的侧向进气在下离子过滤板12表面均匀扩散，并最终确保进气通过下离子过滤通道121到达载置台所在区域的均匀性。

如图2所示，多个进气孔102可以在环绕下离子过滤板12边缘的方向上均匀分布。

另外，在自下离子过滤板12的边缘至中心的方向上，隔挡板13的隔挡长度依次减小。

这样，越靠近下离子过滤板12中心的位置，隔挡板13的格挡长度越小，所起到的阻隔作用越低。从而适应不断降低的进气流速以及越来越小的周向区域范围。

其中，图3通过虚线箭头示出了离子过滤装置中包含隔挡板13时的气体扩散路径，图4通过虚线箭头示出了离子过滤装置中不包含隔挡板13时的气体扩散路径。可以看出，在离子过滤装置中设置隔挡板13后，从进气孔102进入的气体能够在隔挡板13的阻隔作用下，在下离子过滤板12表面均匀扩散。可以避免进气直接冲向下离子过滤板12中心区域而导致出现进气不均匀的现象。

在一些实施例中，下离子过滤通道121在预设方向上呈弯折状。

通过将下离子过滤通道121设置成弯折状，可以增加进气在下离子过滤通道121内的流动路径长度，从而确保下离子过滤板12的离子过滤效果。弯折处可以为弧形过渡，也可以为为直角过渡或者钝角过渡。

如图5所示，每个隔挡板13与上离子过滤板11之间可以具有间隔。

这样，部分进气可以沿图5中虚线箭头所示方向越过隔挡板13，从而翻过隔挡板13到达隔挡板13沿进气方向的后方。可以防止隔挡板13沿进气方向的后方出现气体分布量少的冷点。另外，在预设方向上，隔挡板13的上沿相较于进气口102更靠近上离子过滤板11。在进气过程中，气体遇到隔挡板13时，会受到阻隔作用而沿着隔挡板13延伸方向扩散。同时，部分气体能够从隔挡板13上沿越过而到达隔挡板13后方，从而避免隔挡板13背离进气口102的一侧出现气体分布量少的冷点。

在一些实施例中，上离子过滤板11均匀设置有多个贯穿上离子过滤板11的上离子过滤通道，每个上离子过滤通道的一端用于连通反应腔室的顶部进气装置，每个上离子过滤通道的另一端与空腔101连通。

上离子过滤板11的上离子过滤通道可以为反应腔室的顶部进气提供流通通道，从而使得进气中的部分能够经由上离子过滤板11到达空腔101内，并最终到达反应腔室内载置台所在区域。

如图6和图7所示，本申请一些实施例还提供了一种半导体加工设备，半导体加工设备包括具有反应腔室的反应腔10。反应腔室内设置有上述的离子过滤装置。

半导体加工设备可以为图6所示的等离子去胶设备，或者图7所示的薄膜沉积设备。

其中，在图6所示的等离子去胶设备中，反应腔10顶部的进气（图6中箭头A所示方向进入）可以通过离子过滤装置，进而到达载置台20所在区域。同时，反应腔10侧向进气（图6中箭头B所示方向进入）也可以通过离子过滤装置，进而到达载置台20所在区域。两路进气参与反应，对基片30进行等离子去胶工艺。最终，气体在反应完成后通过泵抽出反应腔室（图6中箭头C所示方向抽出）。

在图7所示的薄膜沉积设备中，离子过滤装置位于箭头D指向的区域，反应腔10顶部的进气（图7中箭头E所示方向进入）可以通过离子过滤装置，进而到达载置台20所在区域。同时，反应腔10侧向进气（图7中箭头F所示方向进入）也可以通过离子过滤装置，进而到达载置台20所在区域。两路进气参与反应，在基片30上沉积薄膜。最终，气体在反应完成后通过泵抽出反应腔室（图7中箭头G所示方向抽出）。

通过在离子过滤装置中设置气体挡板，通过气体挡板可以避免反应腔室的侧向进气直冲反应腔室的中心区域。通过气体挡板使得侧向进气均匀扩散后，经由离子过滤板的气孔到达反应腔室的载置台所在区域。通过空腔内分布的多个隔挡板共同起到的阻隔作用，有利于进气在空腔内均匀扩散。而后通过均匀分布的下离子过滤通道到达反应腔内载置台所在区域，能够有利于避免出现因气体分布不均匀而影响反应腔内工艺反应的均匀性的问题。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。

Claims (11)

1.一种离子过滤装置，用于在反应腔室中阻隔进气中的离子到达载置台所在区域，其特征在于，包括沿预设方向相对设置的上离子过滤板与下离子过滤板，所述上离子过滤板的边缘处与所述下离子过滤板的边缘处连接，并在所述上离子过滤板与所述下离子过滤板之间形成空腔；

所述下离子过滤板均匀设置有多个贯穿所述下离子过滤板的下离子过滤通道，每个所述下离子过滤通道的一端连通所述空腔，每个所述下离子过滤通道的另一端用于朝向所述载置台所在平面；

所述上离子过滤板与所述下离子过滤板的连接处设置有多个进气孔，每个所述进气孔的一端朝向所述预设方向的垂直方向设置、用于连接工艺气体气源，每个所述进气孔的另一端与所述空腔连通；

所述空腔中设置有环绕所述下离子过滤板的中心设置的多个隔挡板，每个所述隔挡板在所述下离子过滤板上的投影避开所述下离子过滤通道，且每个隔挡板在环绕下离子过滤板中心的周向方向上延伸，多个所述隔挡板分布在不同的所述进气孔内工艺气体在所述空腔内的流动路径上、用于使多个所述进气孔内通入的工艺气体在所述空腔中均匀扩散至所述上离子过滤板表面。

2.根据权利要求1所述的离子过滤装置，其特征在于，多个所述隔挡板中，包括自所述下离子过滤板的边缘至中心依次分布在所述进气孔内工艺气体的流出路径上的第一隔挡板，每个所述进气孔的延伸方向上依次设置有多个所述第一隔挡板。

3.根据权利要求2所述的离子过滤装置，其特征在于，多个所述隔挡板中，还包括在自所述下离子过滤板的边缘至中心的方向上分布在相邻两个所述第一隔挡板之间的第二隔挡板，所述第二隔挡板在自所述下离子过滤板的边缘至中心的方向上与所述第一隔挡板错开设置。

4.根据权利要求3所述的离子过滤装置，其特征在于，在自所述下离子过滤板的边缘至中心的方向上，所述第二隔挡板与相邻两个所述第一隔挡板之间的距离相同。

5.根据权利要求3所述的离子过滤装置，其特征在于，环绕在所述下离子过滤板中心的同一周向方向的多个所述第一隔挡板与多个所述第二隔挡板具有相同的对称轴。

6.根据权利要求1所述的离子过滤装置，其特征在于，多个所述进气孔在环绕所述下离子过滤板边缘的方向上均匀分布。

7.根据权利要求1所述的离子过滤装置，其特征在于，在自所述下离子过滤板的边缘至中心的方向上，所述隔挡板的隔挡长度依次减小。

8.根据权利要求1所述的离子过滤装置，其特征在于，所述下离子过滤通道在预设方向上呈弯折状。

9.根据权利要求1所述的离子过滤装置，其特征在于，每个所述隔挡板与所述上离子过滤板之间均具有间隔。

10.根据权利要求1所述的离子过滤装置，其特征在于，所述上离子过滤板均匀设置有多个贯穿所述上离子过滤板的上离子过滤通道，每个所述上离子过滤通道的一端用于连通所述反应腔室的顶部进气装置，每个所述上离子过滤通道的另一端与所述空腔连通。

11.一种半导体加工设备，包括具有反应腔室的反应腔，其特征在于，所述反应腔室内设置有权利要求1至10任一项所述的离子过滤装置。