CN217009133U - 工艺腔室及半导体工艺设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种工艺腔室及半导体工艺设备。其中，工艺腔室包括腔体和进气管路，腔体底部设置有下进气口，进气管路与下进气口连通；其还包括过滤装置；过滤装置设置于下进气口处，过滤装置能够阻挡腔体内部的固态颗粒下落至进气管路内部，且能够供吹扫气体由下进气口通入腔体内部。本实用新型提供的工艺腔室及半导体工艺设备，其能够有效防止残留在腔体内部的固态颗粒落入进气管路中，从而能够避免进气管路中发生颗粒问题。

Description

工艺腔室及半导体工艺设备

技术领域

本实用新型涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种工艺腔室及半导体工艺设备。

背景技术

在传统干法刻蚀工艺中，反应气体通常通过进气管路从上端通入工艺腔室中，经过匀流装置后，反应气体与基座上的晶圆表面接触，以对晶圆进行刻蚀。但一些刻蚀反应完成后通常会产生固态的副产物，例如：将HF和NH₃作为刻蚀气体刻蚀SiO₂晶圆的反应会生成(NH₄)₂SiF₆，(NH₄)₂SiF₆在一般状态下通常呈固态颗粒状；而在刻蚀工艺结束后，设置在工艺腔室底部的进气管路会向工艺腔室内部通入吹扫气体，同时与工艺腔室连接的干泵会开启，以抽出工艺腔室内部气体，从而将上述固态颗粒和剩余反应气体连同吹扫气体一起抽出。

但在实际生产中，为了追求产能最大化，上述通入吹扫气体和干泵开启的过程时长会很短，因此刻蚀反应产生的固态颗粒并不能完全地被抽出。而未被排出的固态颗粒会悬浮在工艺腔室内部，在工艺腔室闲置一定时长后，固态颗粒副产物会沉积到工艺腔室底部，进入进气管路内部。久而久之，固态颗粒会在进气管路内部大量聚集，影响进气管路的进气效果，进而需要对进气管路的部件进行频繁地更换，导致设备和工艺成本升高，也提高了设备的维护难度。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种工艺腔室及半导体工艺设备，其能够避免工艺反应生成的固态颗粒落入腔体底部的进气管路中，以大量的固态颗粒聚集在进气管路中。

为实现本实用新型的目的而提供一种工艺腔室，包括腔体和进气管路，所述腔体底部设置有下进气口，所述进气管路与所述下进气口连通；其特征在于，还包括过滤装置；

所述过滤装置设置于所述下进气口处，所述过滤装置能够阻挡所述腔体内部的固态颗粒下落至所述进气管路内部，且能够供吹扫气体由所述下进气口通入所述腔体内部。

可选的，所述过滤装置包括在竖直方向上间隔设置的至少两个过滤网，各所述过滤网的网孔尺寸由上至下依次减小。

可选的，各所述过滤网在水平方向上投影的轮廓均与所述下进气口在水平方向上投影的轮廓相同。

可选的，所述过滤装置包括至少两个可拆卸的分体。

可选的，所述过滤装置还包括沿其自身的外周缘凸出的凸起部，所述凸起部用于叠置在所述下进气口边缘处的表面上。

可选的，所述工艺腔室还包括基座和设置在所述基座底部的升降轴，所述升降轴用于驱动所述基座上升和下降；

所述升降轴由所述下进气口伸出，且所述进气管路环绕所述升降杆外周面设置；

所述过滤装置呈环状，套设在所述升降轴的外周面上。

可选的，所述进气管路为波纹管，所述波纹管环绕所述升降轴的外周面，且所述波纹管的出气端与所述下进气口密封连接，所述波纹管的进气端与气源连通。

可选的，所述过滤装置包括可拆卸的第一分体和第二分体，所述第一分体和所述第二分体呈相对称的半圆环状，且两者能够拼接成完整的圆环。

可选的，所述工艺腔室还包括抽气装置，所述抽气装置与所述腔体连通，用于抽出所述腔体内部的气体。

作为另一种技术方案，本申请还提供一种半导体工艺设备，其包括如上述的工艺腔室。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供的工艺腔室及应用其的半导体工艺设备，其中，工艺腔室包括腔体和与腔体的下进气口连通的进气管路，而且位于腔体底部的下进气口处设置有过滤装置，该过滤装置既能够阻挡腔体内部的固态颗粒下落至进气管路内部，也不会阻碍进气管路向腔体内部通入吹扫气体，以保证吹扫效果；而且，在工艺腔室的静置过程中落在过滤装置上的固态颗粒能够在下一次的吹扫过程中被吹起，以便于其由腔体内部排出。

附图说明

图1为实施例提供的工艺腔室的结构简图；

图2为实施例提供的过滤装置的侧面剖视图；

图3为实施例提供的过滤装置在未拼合状态时的俯视图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图来对本实用新型提供的工艺腔室及应用其的半导体工艺设备进行详细描述。

本实施例提供一种工艺腔室，其包括腔体1和进气管路2；腔体1底部设置有下进气口，进气管路2与下进气口连通。具体的，前述进气管路2例如为工艺腔室的吹扫管路，用于在工艺过程中向腔室内部通入惰性气体；吹扫管路还用于向腔体1内部通入吹扫气体，以在工艺过程结束后，将腔体1内部的固态颗粒吹起，以便于将固态颗粒排出腔体1。在一些实施例中，工艺腔室还包括抽气装置6，抽气装置6与腔体1连通，用于抽出腔体1内部的气体。当腔体1中的工艺过程结束后，进气管路2会向腔体1内部通入吹扫气体，同时抽气装置6开启，以在腔体1内部形成吹扫气流，从而带动工艺生成的固态颗粒以及未完全反应的剩余工艺气体一同流出腔体1。具体的，抽气装置6例如为干泵。

为了避免部分未被抽出的固态颗粒落入进气管路2，本实施例提供的工艺腔室还包括过滤装置3。过滤装置3设置于下进气口处；过滤装置3能够阻挡腔体1内部的固态颗粒下落至进气管路2内部，且能够供吹扫气体由下进气口通入腔体1内部，从而既能够避免固态颗粒在进气管路2中聚集，也不会妨碍进气管路2向腔体1内部通入吹扫气体；而且，在下一次吹扫过程中，留在过滤装置3上的固态颗粒能够被吹扫气体再次吹起，以便于被抽气装置6抽出。

在一些实施例中，过滤装置3包括在竖直方向上间隔设置的至少两个过滤网，各过滤网的网孔尺寸由上至下依次减小，以由大至小地依次过滤固态颗粒，从而使不同大小的固态颗粒均能够落在相应孔径的过滤网上，而不会继续下落。而且，与单层过滤网相比，间隔设置的至少两层过滤网能够将不同大小的固态颗粒分散在不同的过滤网上，避免大量固态颗粒堆积在同一个过滤网上，从而能够避免阻碍进气管路2向腔体1内部输送气体。具体的，过滤网的网孔尺寸应当根据腔体1内部的固态颗粒的尺寸进行选取。

以图2所示的过滤装置为例，该过滤装置3包括第一过滤网31和第二过滤网32。其中，第一过滤网31位于第二过滤网32的上方，且第一过滤网31的网孔尺寸大于第二过滤网32。当腔体1中的固态颗粒在重力作用下下落时，首先要经过第一过滤网31，固态颗粒中尺寸较大的部分会留在第一过滤网31上；固态颗粒继续下落，固态颗粒中尺寸较小的部分会则留在第二过滤网32上，不再继续下落，从而有效的阻止固态颗粒进入到波纹管21内部。

在一些实施例中，过滤网在水平方向上的投影轮廓与下进气口在水平方向上的投影轮廓相同，即，过滤网边缘与下进气口的边缘之间不存在缝隙，以防止固态颗粒从过滤网与下进气口之间的缝隙落入进气管路2中。

在一些实施例中，过滤装置3包括至少两个可拆卸的分体。所有分体在拼合后能够与下进气口相配合，且拼合后相邻的两个分体之间不存在缝隙。

在一些实施例中，如图2所示，相邻的两个分体的配合处边缘均垂直于过滤网，即沿竖直方向延伸，以使配合处边缘的延伸方向平行于进气管路2中吹扫气体的流动方向，从而尽可能地减小对气体流动的阻碍。或者，在另一些实施例中，相邻的两个分体的配合处边缘安可为相互插接的形状，以提高相邻的两个分体配合的稳定性。

在一些实施例中，如图2所示，过滤装置3还包括沿其自身的外周缘向外凸出的凸起部33，凸起部33用于叠置在下进气口边缘处的表面上，以使过滤装置3能够直接搭接在下进气口边缘，而无需其他的连接结构，从而便于将过滤装置3安装在下进气口中，也便于将过滤装置3从下进气口拆卸出来。

在一些实施例中，上述凸起部33为自过滤装置3外周面的上端部向外延伸的金属板。由于金属材料不容易与腔体1中的工艺气体发生反应，因此金属材料制成的凸起部33不容易被腐蚀且使用寿命较长。而且，由于金属材料的强度较大，所以金属板可以尽可能地薄，从而能够尽可能减少其占用的空间，因此当腔体1内部的基座4为升降式时，金属材料的凸起部33可以避免影响基座4的升降。

在一些实施例中，工艺腔室还包括基座4和设置在基座4底部的升降轴5，升降轴5用于驱动基座4上升和下降；升降轴5由下进气口伸出，且进气管路2环绕升降杆外周面设置。由图1可见，升降轴5的外周与进气管路2的内缘之间形成了环形的下进气口；相应的，过滤装置3呈环状，其套设在升降轴5的外周面上。

在一些实施例中，以如图3所示的过滤装置为例，过滤装置3包括可拆卸的第一分体和第二分体，第一分体和第二分体呈相对称的半圆环状，且在第一分体和第二分体拼合之后，两者之间不会存在缝隙，从而能够拼接成一个完整的圆环，与上述环形的下进气口相配合。如图1所示，在对工艺腔室进行周期性检修(PM)的过程中，具体的，在拆除过滤装置3时，可以控制升降轴5驱动基座4升起，增大基座4下方的空间，以供操作人员将固定在下进气口处的过滤装置3向上提，并将第一分体和第二分体向相反的方向拉开，从而能够将整个过滤装置3由腔体1内部取出，以便于更换新的过滤装置3或者对使用了一定时长的过滤装置3进行清洗；而且，在安装过滤装置3时，可以先将第一分体和第二分体绕升降轴5拼合，再将拼合为一体的第一分体和第二分体向下按，以将过滤装置3安装在下进气口处。而若过滤装置3为一体成型，则在拆除和安装过滤装置3时，均需要将基座4与升降轴5拆分或者将基座4和升降轴5一同取出，才能拆除过滤装置3或者安装新的过滤装置3。可见，相较于一体成型的过滤装置3，可拆卸的过滤装置3在拆装的过程中均无需对腔体1内部的其他部件进行拆卸，这降低了检修的难度且大大减少了检修的用时。

在一些实施例中，如图2所示，相邻的两个过滤网的内缘和外缘分别由两个环状体34连接固定，两个环状体34均垂直于两个过滤网设置。而且为了使过滤网与进气口密封安装，位于两个过滤网外缘处的环状体34的外周面应当与下进气口的内周面尺寸相同，且位于两个过滤网内缘处的环状体34的内周面应当与升降轴5的外周面尺寸相同，从而当过滤装置3被安装到下进气口处时，其与下进气口之间的连接处不存在缝隙，进而保证固态颗粒全部落在过滤网上，而不会从过滤装置3与下进气口之间的缝隙落入进气管路2中。

在一些实施例中，进气管路2为波纹管21，波纹管21环绕升降轴5的外周面；而且，波纹管21的出气口与下进气口密封连接，波纹管21的进气口与气源连通，以形成密封的气体通道。而且如图1所示，若气源的出气口较为狭窄，波纹管21的进气口处还设置有与之密封连接的进气块，进气块用于连接可延伸的细管22，以将气源转接到波纹管22的进气口处。

在一些实施例中，工艺腔室还包括上进气管路7和匀流装置8。其中，上进气管路7与位于腔体1顶部的上进气口连通，上进气管路7用于向腔体1内部通入工艺气体；匀流装置8位于腔体1内部的上端，且位于上进气口下方，匀流装置8用于将由上进气口进入腔体1的工艺气体均匀扩散。具体的，在工艺过程中，工艺气体由上进气口通入腔体1内部，工艺气体经过匀流装置8后会充分混合且被扩散；匀流后的工艺气体均匀地与基座4上的晶圆表面接触并发生工艺反应，在上进气口通气的同时，吹扫气体也由下进气口通入腔体1，向上流动的吹扫气体能够阻止工艺气体向下流动，以能够保证工艺气体始终处于基座4上方。具体的，上述吹扫气体例如为氮气或者惰性气体。上升的惰性气体阻止了反应气体向下的流向。反应后，腔室会进行吹扫，一边向腔室内充入大量惰性气体，一边用干泵进行抽气。通过进行反复的吹扫，使得腔室内部的反应气体、惰性气体以及部分反应产物会通过干泵抽走排出。未被及时排出的固态反应产物会沉积在过滤装置的滤网上。下一次的吹扫过程会将沉积的颗粒扬起，最终通过干泵抽出腔室。

作为另一种技术方案，本实施例还提供一种半导体工艺设备，其包括上述多个实施例中的工艺腔室。具体的，半导体工艺设备例如为干法刻蚀设备等容易产生固态颗粒副产物的工艺设备，通过采用上述工艺腔室来避免工艺产生的固态颗粒落入进气管路而导致管路部件频繁更换，还能够避免固态颗粒进一步进入半导体工艺设备的气源中，造成堵塞问题。具体地，干法刻蚀机台在进行工艺时，通过循环的吹扫排出颗粒。当干法刻蚀机台闲置时，反应腔室内部残存的固态颗粒会向下沉积，首先会落到腔室底部的第一层滤网上，第一层滤网主要过滤尺寸较大颗粒。第二层滤网主要过滤尺寸较小的颗粒。双层的滤网装置可以确保更好的对颗粒的阻截效果，防止颗粒继续向下沉积。第一层滤网和第二层滤网组成的双层滤网结构可有效的阻止固态颗粒进入到波纹管内部；当执行工艺过程中，惰性气体会持续不断通入到反应腔室内。向上的气流会带动沉积在第一层滤网和第二层滤网上的固态颗粒，固态颗粒会随着气流被干泵抽走排出。

例如，干法刻蚀SiO₂工艺中，可以选择HF和NH₃作为反应气体。反应气体通过上进气管路进入到反应腔室内，经过匀流装置后，HF和NH₃能够均匀的与基座上的硅片发生下述化学反应：

SiO₂+6HF+2NH₃→(NH₄)₂SiF₆+2H₂O；

其中(NH₄)₂SiF₆为固态反应产物。工艺开始阶段，下进气管路一般通入N₂作为惰性气体，N₂通过波纹管进入到腔室内。工艺结束后，反应腔室进行吹扫，较大气流量的N₂将未反应的HF、NH₃以及反应产物(NH₄)₂SiF₆均匀的被干泵抽走。循环吹扫结束后，未及时排出的微量固态产物(NH₄)₂SiF₆会缓慢向下沉积，掉落在过滤装置上。固态产物仅会停留在滤网上，不会再向下进入到波纹管内，避免了颗粒在波纹管内部聚集。下一次工艺进行时，滤网上的固态产物会随着下进气管路中的N₂流而上扬，与未反应的气体一同被干泵抽走排出。

本实施例提供的工艺腔室及应用其的半导体工艺设备，其中，工艺腔室包括腔体和与腔体的下进气口连通的进气管路，而且位于腔体底部的下进气口处设置有过滤装置，该过滤装置既能够阻挡腔体内部的固态颗粒下落至进气管路内部，也不会阻碍进气管路向腔体能不通入吹扫气体，以保证吹扫效果；而且，在工艺腔室的静置过程中落在过滤装置上的固态颗粒能够在下一次的吹扫过程中被吹起，以便于其由腔体内部排出。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种工艺腔室，包括腔体和进气管路，所述腔体底部设置有下进气口，所述进气管路与所述下进气口连通；其特征在于，还包括过滤装置；

所述过滤装置设置于所述下进气口处，所述过滤装置能够阻挡所述腔体内部的固态颗粒下落至所述进气管路内部，且能够供吹扫气体由所述下进气口通入所述腔体内部。

2.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述过滤装置包括在竖直方向上间隔设置的至少两个过滤网，各所述过滤网的网孔尺寸由上至下依次减小。

3.根据权利要求2所述的工艺腔室，其特征在于，各所述过滤网在水平方向上投影的轮廓均与所述下进气口在水平方向上投影的轮廓相同。

4.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述过滤装置包括至少两个可拆卸的分体。

5.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述过滤装置还包括沿其自身的外周缘凸出的凸起部，所述凸起部用于叠置在所述下进气口边缘处的表面上。

6.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述工艺腔室还包括基座和设置在所述基座底部的升降轴，所述升降轴用于驱动所述基座上升和下降；

所述升降轴由所述下进气口伸出，且所述进气管路环绕所述升降轴外周面设置；

所述过滤装置呈环状，套设在所述升降轴的外周面上。

7.根据权利要求6所述的工艺腔室，其特征在于，所述进气管路为波纹管，所述波纹管环绕所述升降轴的外周面，且所述波纹管的出气端与所述下进气口密封连接，所述波纹管的进气端与气源连通。

8.根据权利要求6所述的工艺腔室，其特征在于，所述过滤装置包括可拆卸的第一分体和第二分体，所述第一分体和所述第二分体呈相对称的半圆环状，且两者能够拼接成完整的圆环。

9.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述工艺腔室还包括抽气装置，所述抽气装置与所述腔体连通，用于抽出所述腔体内部的气体。

10.一种半导体工艺设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的工艺腔室。

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