CN218568787U - 半导体设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种半导体设备。设备包括真空本体及腔体盖，真空本体内设置有真空腔体，腔体盖用于盖设在开口处，真空本体具有开口一端内外套设有第一密封圈及第二密封圈的顶部，第一密封圈与第二密封圈间形成真空外腔体，用于测量真空腔体内部的真空度的第一压力计与真空腔体的内部相连接，用于测量第一密封圈和第二密封圈之间的真空度的第二压力计连接至第一密封圈和第二密封圈的间隙中。本申请可以有效提高真空腔体的密封性，确保半导体设备的真空度满足工艺要求，有助于提高生产良率；可以实现对检测设备的漏率的实时在线检测，进而判断密封圈是否出现损坏，达到及时止损的效果。

Description

半导体设备

技术领域

本申请涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种半导体设备。

背景技术

半导体制造中的刻蚀，薄膜等工艺通常需在真空环境下进行，故而相应的设备一般会用到真空腔体(包括工艺腔，载入/载出腔，传送腔等)，且对腔体的密封性有严格要求，以确保相关腔室在工艺过程中达到所需的真空度。真空腔体通常是通过泵进行抽真空，并利用压力计检测其真空度是否达到需求，工程师需日常检查测试密封性是否良好。

现有的半导体设备的真空腔室通常都是采用单条密封圈加密封盖板进行密封，当密封圈出现微损情况导致微漏时，很难在第一时间检测到，由此因漏气导致工艺过程无法在所需的真空度下进行，容易导致生产良率下降，严重时将导致晶圆报废。当密封圈损坏导致腔体密封性变差时，需立即停机对密封圈更换，这将导致机台利用率下降，严重影响设备产能。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种半导体设备，用于解决现有技术中的半导体设备的真空腔室因采用单条密封圈加密封盖板进行密封，当密封圈出现微损情况导致腔体微漏时，会导致工艺过程无法在所需的真空度下进行，容易导致生产良率下降，严重时将导致晶圆报废，且当密封圈损坏导致腔体密封性变差时，需立即停机检查维修，致使机台利用率下降，严重影响设备产能等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种半导体设备，所述半导体设备包括真空本体及腔体盖，所述半导体设备包括真空本体及腔体盖，所述真空本体内设置有朝上具有开口的真空腔体，所述腔体盖用于盖设在所述开口处，以闭合所述真空腔体；所述真空本体具有开口一端内外套设有第一密封圈及第二密封圈的顶部，所述第一密封圈与所述第二密封圈间形成真空外腔体，第一压力计与所述真空腔体的内部相连接，用于测量真空腔体内部的真空度，第二压力计连接至所述第一密封圈和第二密封圈的间隙中，用于测量第一密封圈和第二密封圈之间的真空度。

可选地，所述第一密封圈和第二密封圈之间的间隙为沟槽，所述沟槽的宽度和深度均大于等于1cm。

可选地，所述第一密封圈和第二密封圈包括含氟橡胶圈。

可选地，所述真空腔体包括刻蚀腔体、薄膜沉积腔体、离子注入腔体、退火腔体、装载腔体和传送腔体中的任意一种。

可选地，所述腔体盖上设置有对应所述第一密封圈和第二密封圈的卡槽，当所述腔体盖覆盖所述真空腔体时，所述第一密封圈和第二密封圈对应卡设于所述卡槽内。

可选地，所述第一密封圈和第二密封圈之间的间隙通过真空管路连接至真空泵，且与所述真空腔体连接至同一真空泵。

可选地，所述真空管路上设置有隔离阀。

可选地，所述隔离阀包括气动阀和/或电磁阀。

可选地，所述真空管路包括不锈钢管、铝合金管和钛合金管的任意一种。

可选地，所述半导体设备还包括与所述第一压力计和第二压力计相连接，以基于所述第一压力计和第二压力计的检测结果判定所述半导体设备的泄漏情况的控制器。

如上所述，本申请的半导体设备，具有以下有益效果：本申请通过双密封圈并配合双压力计的结构设计，可以有效确保真空腔体的密封性，确保半导体设备的真空度满足工艺要求，有助于提高生产良率；可以实现对检测设备的漏率的实时在线检测，进而判断密封圈是否出现损坏，达到及时止损的效果。同时，两个密封圈互为备用，使得当其中一条损坏时也不至于导致腔体泄漏，可以在不停机的情况下继续进行工艺生产，有助于降低设备宕机概率，提高半导体设备的稳定性，由此有助于提高设备产出率。

附图说明

图1显示为本申请提供的半导体设备的例示性结构示意图。

元件标号说明

11 真空腔体

12 腔体盖

13 第一密封圈

14 第二密封圈

15 第一压力计

16 第二压力计

17 气体管路

18 间隙

19 真空管路

20 隔离阀

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本申请实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本申请保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。且本说明书中，“第一”和“第二”的用语只是出于描述的简便而非限制。

需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，遂图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。为使图示尽量简洁，各附图中并未对所有的结构全部标示。

如图1所示，本申请提供一种半导体设备，所述半导体设备包括真空本体及腔体盖12，所述真空本体内设置有朝上具有开口的真空腔体11，所述腔体盖12用于盖设在所述开口处，以闭合所述真空腔体11；所述真空本体具有开口一端内外套设有第一密封圈13及第二密封圈14的顶部，所述第一密封圈13与所述第二密封圈14间具有间隙而形成真空外腔体，且两者在各处的间距优选一致；用于测量真空腔体11内部的真空度的第一压力计15与所述真空腔体11的内部相连接，用于测量第一密封圈13和第二密封圈14之间的真空度的第二压力计16连接至所述第一密封圈13和第二密封圈14的间隙中，通过所述第一压力计15和第二压力计16的检测结果可以判定所述半导体设备的泄漏情况。判定设备泄露情况的过程可以人工操作，但在更优的方案中，可以在半导体设备上设置控制器，控制器与所述第一压力计15和第二压力计16相连接，以基于所述第一压力计15和第二压力计16的检测结果判定所述半导体设备的泄漏情况，由此可以提高设备的自动化作业程度。

比如，在工艺开始前，将晶圆载入真空腔体11后，腔体盖12覆盖于真空腔体11的顶部以将真空腔体11密封，真空装置开始作业，以使第一密封圈13和第二密封圈14之间的间隙18内以及真空腔体11内的真空度达到预设的参数，这两个空间内的初始真空度可以设定为不同，比如第一密封圈13和第二密封圈14之间的间隙18内的真空度略低于真空腔体11内的真空度，但仍在工艺允许的范围内，然后真空腔体11启动对晶圆的工艺处理。工艺处理过程中，第一压力计15和第二压力计16实时检测各自对应空间内的压力值(即真空度)，随着工艺处理的持续进行，当发现第二压力计16的检测值变化但第一压力计15的检测值不变，说明最外部的密封圈破损导致了漏气，但由于真空腔体11内的真空度没有变化，不影响工艺生产，设备无需停机；当第一压力计15的检测值发生变化但第二压力计16的检测值没变，说明真空腔体11内存在泄漏且该泄漏不是由第一密封圈13和第二密封圈14的破损而是因为其他原因(例如真空腔体11的侧壁出现裂缝等原因)导致的；而当两者的检测值均与初始设定值不同，但随着工艺的持续进行，两者的检测值达到一致且保持在一恒定数值，且该恒定数值在工艺运行的范围内时，则说明内部的密封圈有损伤，但由于工艺腔室内的真空度仍能满足工艺要求，仍然可以继续进行生产，只需在设备维修保养时更换损坏的密封圈即可。

本申请通过双密封圈并配合双压力计的结构设计，可以有效确保真空腔体的密封性，确保半导体设备的真空度满足工艺要求，有助于提高生产良率；可以实现对半导体设备的漏率的实时在线检测，进而判断密封圈是否出现损坏，达到及时止损的效果。同时，两个密封圈互为备用，使得当其中一条损坏时也不至于导致腔体泄漏，可以在不停机的情况下继续进行工艺生产，有助于降低设备宕机概率，提高半导体设备的稳定性，由此有助于提高设备产出率。此外还有助于帮助快速排查设备泄露来源，有助于降低设备管理难度。

所述半导体设备可以进一步包括真空装置，即前述的真空装置是半导体设备的一部分。真空装置至少包括真空泵，真空泵经气体管路17与真空腔体11及第一密封圈13及第二密封圈14之间的间隙18相连通，以在需要时对对应的空间进行抽真空。当然，真空装置也可以是完全独立于半导体设备的外部装置。

同样地，前述提及的控制器可以是半导体设备的一部分，也可以是独立于半导体设备的外部装置。该控制器可以同时控制设备的生产，其既可以设置在真空腔体11的旁边，也可以设置在远离生产车间的地方，例如设置在工程师的办公室或中控室内，因而工程师无需值守在无尘车间的设备旁边就可以实现对设备的远程监控。在另外的示例中，第一密封圈13和第二密封圈14之间的间隙18内的真空度和真空腔体11内的初始真空度也可以设定为相同，因而工艺过程中，若第二压力计16的检测值变化而第一压力计15的检测值无变化，则判断外部的密封圈损坏导致泄露；而如果第一压力计15和第二压力计16的检测值都发生变化，则可以初步判断两个密封圈都出现了损坏导致设备泄露。

为确保第一密封圈13和第二密封圈14能够有足够的空间用于抽真空及容纳第二压力计16以实现真空度检测，在一示例中，所述第一密封圈13和第二密封之间的间隙18为沟槽，且所述沟槽的宽度和深度较佳地均大于等于1cm，一般不超过3cm，所述沟槽可以为矩形沟槽或U型沟槽，该沟槽绕设于真空腔体11的周向上，横亘于第一密封圈13和第二密封圈14之间。第一密封圈13和第二密封圈14的形状可以为方形或圆形(该形状指沿真空腔体11径向的截面形状而非绕设呈现出的形状)，两者均较佳地为但不仅限为含氟橡胶圈，更佳地为全氟橡胶圈，这使两者在有良好的密封性的同时还能耐高温，有助于延长其使用寿命，降低设备维修保养的成本。

为更好地固定第一密封圈13和第二密封圈14，以更好地实现半导体设备的密封，在一示例中，所述腔体盖12上设置有对应所述第一密封圈13和第二密封圈14的卡槽，当所述腔体盖12覆盖所述真空腔体11时，所述第一密封圈13和第二密封圈14对应卡设于所述卡槽内。如图1所示，在一示例中，所述腔体盖12背离所述真空腔体11的一面设置有把手，因而在工艺作业结束，需要开启所述真空腔体11时，可借助外界设备，例如利用带有挂钩的天车勾住该把手以将该腔体盖12提起。当然，在其他示例中，所述腔体盖和真空腔体也可以采取其他连接方式，对此不做严格限制。

在一示例中，所述第一密封圈13和第二密封圈14之间的间隙18通过真空管路19连接至真空泵，且与所述真空腔体11连接至同一真空泵，这有助于简化半导体设备的结构，降低设备成本。为更好地进行控制，所述真空管路19上设置有隔离阀20，在设置有控制器的情况下，隔离阀20与所述控制器相连接，因而控制器通过控制所述隔离阀20的开闭，可以控制抽真空的作业起止点。在其他示例中，第一密封圈13和第二密封圈14之间的间隙18和真空腔体11各自也可以连通至不同的真空泵，且可以通过控制真空泵的抽气时间而非通过设置所述隔离阀20来控制抽真空的作业起止点，或者还可以同时采取这两种控制方式，即同时在所述真空管路19上设置隔离阀20和在控制器上设置真空泵的作业时间这两种方式，对此不做严格限制。所述隔离阀20包括但不限于气动阀和/或电磁阀，所述真空管路19包括但不限于不锈钢管、铝合金管和钛合金管的任意一种。

初始的抽真空作业过程可以为，先确保隔离阀20与控制器连接，控制器根据预存的工艺参数先对真空腔体11进行预设时长(也可以根据压力计的检测结果判定抽真空作业的终点)的抽真空作业，以使真空腔体11的真空度达到工艺要求，之后，控制器控制隔离阀20打开，真空泵开始对第一密封圈13和第二密封圈14之间的空间抽真空抽至预设值，比如抽至底压，之后关闭隔离阀20，然后真空腔体11开启晶圆的工艺作业，第一压力计15和第二压力计16开始实时检测，并将检测结果实时传送给控制器，比如传送至工作人员的电脑上，控制器根据第一压力计15和第二压力计16的检测结构判断设备是否存在泄漏。所述半导体设备还可以包括报警装置，与控制器相连接，以在第一压力计15和第二压力计16的检测结果超出预设范围时发出报警信息，所述报警器例如可以为声光报警器，也可以是可以带通信功能的报警器，还可以同时设置这两种功能的报警器。当检测到设备存在严重泄漏时，控制器可以关闭设备的作业。

所述控制器包括但不限于单片机或上位机，还可以是智能机器人。在一示例中，所述控制器根据所述第二压力计16的检测结果，基于公式S＝(P1-P2)/Δt而得到所述半导体设备的实时漏率，其中，Δt为预设时长，P1为第二压力计16的初始读值，P2为第二压力计16自初始读值的时间点经所述预设时长后的读值。由于第二压力计16检测的空间更靠近大气环境，因而可以将第二压力计16的检测值作为衡量设备漏率的标准。通过计算该实时漏率，可以为设备的控制作业提供更有价值的参考。比如，如果检测到设备确实存在泄漏，但通过计算到的实时漏率，判断真空腔体11内的真空度要经过a时间才会达到下限水平，而该a时间足够使真空腔体11内当前的晶圆完成当下的工艺处理，则可以等到当前晶圆完成工艺作业后再对设备进行停机，可以有效避免晶圆损失(半导体设备如果突然宕机，则正在设备内进行工艺处理的晶圆通常要做报废处理)，如果检测到实时漏率很大，真空腔体11内的真空度下降到下限水平的时间不足以支撑当前晶圆的工艺生产，那最好当下就将设备关闭，以将泄漏带来的不良影响降到最低。当然，在其他示例中，也可以根据所述第一压力计15的检测结果作为决定设备是否关闭。

本申请提供的半导体设备可以适用于各种对真空度有要求的工艺作业，故而对应的真空腔体可以是刻蚀腔体、薄膜沉积腔体、离子注入腔体、退火腔体、装载腔体和传送腔体中的任意一种，同一半导体设备上可以同时包括多种和/或多个真空腔体，比如同时包括刻蚀腔体、装载腔体和传送腔体等，多个工艺腔体可以连接至同一传腔体，对此不做严格限制。当该半导体设备例如为干法刻蚀设备时，该半导体设备的真空腔体内还设置有承载晶圆的载盘，腔体盖上还设置有刻蚀气体喷淋装置等，对此不做一一展开。

采用如上述任一方案所示的半导体设备执行的一例示性半导体工艺方法包括在工艺过程中，通过实时检测所述第一密封圈13及第二密封圈14之间的间隙内的真空度和真空腔体11内的真空度，以判断所述半导体设备的泄漏情况。具体地，所述半导体工艺方法在工艺作业开始前，在采用腔体盖12将真空腔体11密封后，先对真空腔体11和第一密封圈13及第二密封圈14之间的间隙18进行抽真空(可以同时抽真空，也可以先对真空腔体11抽真空，然后对第一密封圈13及第二密封圈14之间的间隙抽真空)，然后工艺作业启动，第一压力计15和第二压力计16开始测量对应空间内的真空度。控制器还可以根据所述第二压力计16的检测结果，基于公式S＝(P1-P2)/Δt而得到所述半导体设备的实时漏率，根据得到的实时漏率控制该半导体设备的作业。且所述半导体工艺方法还可以根据检测到的实时漏率判断是否要关闭设备。本申请提供的半导体工艺方法，由于采用前述的半导体设备，可以有效减少设备宕机时间，有助于提高生产效率和良率。

综上所述，本申请提供一种半导体设备，所述半导体设备包括真空本体及腔体盖，所述真空本体内设置有朝上具有开口的真空腔体，所述腔体盖用于盖设在所述开口处，以闭合所述真空腔体；所述真空本体具有开口一端内外套设有第一密封圈及第二密封圈的顶部，所述第一密封圈与所述第二密封圈间形成真空外腔体，用于测量真空腔体内部的真空度的第一压力计与所述真空腔体的内部相连接，用于测量第一密封圈和第二密封圈之间的真空度的第二压力计连接至所述第一密封圈和第二密封圈的间隙中。本申请通过双密封圈并配合双压力计的结构设计，可以有效提高真空腔体的密封性，确保半导体设备的真空度满足工艺要求，有助于提高生产良率；可以实现对检测设备的漏率的实时在线检测，进而判断密封圈是否出现损坏，达到及时止损的效果。同时，两个密封圈互为备用，使得当其中一条损坏时也不至于导致腔体泄漏，可以在不停机的情况下继续进行工艺生产，有助于降低设备宕机概率，提高半导体设备的稳定性，由此有助于提高设备产出率。所以，本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种半导体设备，其特征在于，所述半导体设备包括真空本体及腔体盖(12)，所述真空本体内设置有朝上具有开口的真空腔体(11)，所述腔体盖(12)用于盖设在所述开口处，以闭合所述真空腔体(11)；所述真空本体具有开口一端内外套设有第一密封圈(13)及第二密封圈(14)的顶部，所述第一密封圈(13)与所述第二密封圈(14)间形成真空外腔体，用于测量真空腔体(11)内部的真空度的第一压力计(15)与所述真空腔体(11)的内部相连接，用于测量第一密封圈(13)和第二密封圈(14)之间的真空度的第二压力计(16)连接至所述第一密封圈(13)和第二密封圈(14)的间隙(18)中。

2.根据权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述第一密封圈(13)和第二密封圈(14)之间的间隙(18)为沟槽，所述沟槽的宽度和深度均大于等于1cm。

3.根据权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述第一密封圈(13)和第二密封圈(14)包括含氟橡胶圈。

4.根据权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述真空腔体(11)包括刻蚀腔体、薄膜沉积腔体、离子注入腔体、退火腔体、装载腔体和传送腔体中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述腔体盖(12)上设置有对应所述第一密封圈(13)和第二密封圈(14)的卡槽，当所述腔体盖(12)覆盖所述真空腔体(11)时，所述第一密封圈(13)和第二密封圈(14)对应卡设于所述卡槽内。

6.根据权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述第一密封圈(13)和第二密封圈(14)之间的间隙(18)通过真空管路(19)连接至真空泵，且与所述真空腔体(11)连接至同一真空泵。

7.根据权利要求6所述的半导体设备，其特征在于，所述真空管路(19)上设置有隔离阀(20)。

8.根据权利要求7所述的半导体设备，其特征在于，所述真空管路(19)包括不锈钢管、铝合金管和钛合金管的任意一种。

9.根据权利要求7所述的半导体设备，其特征在于，所述隔离阀(20)包括气动阀和/或电磁阀。

10.根据权利要求1-9任一项所述的半导体设备，其特征在于，所述半导体设备还包括与所述第一压力计(15)和第二压力计(16)相连接，以基于所述第一压力计(15)和第二压力计(16)的检测结果判定所述半导体设备的泄漏情况的控制器。

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