TWI548021B - Semiconductor processing device - Google Patents

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Description

半導體加工裝置
本發明涉及半導體加工技術領域，具體地，涉及一種半導體加工裝置。
半導體加工裝置通常要求其反應腔室處於真空狀態，以保證製程環境的穩定性。而且，進行製程時，需要不斷地向反應腔室內通入製程氣體，以與晶片相互反應，同時需要利用抽氣系統（包含有抽氣管道和真空泵等等）持續抽氣，以使反應後的廢氣排出反應腔室，從而保持反應腔室內具有一定的真空度。此外，針對只有反應腔室的半導體加工裝置，還需要在製程結束後對反應腔室進行充氣，使其恢復至大氣狀態，以便於進行取/放晶片的操作，這樣，在進行下一次製程之前，就需要再次利用抽氣系統抽氣，以使反應腔室達到真空狀態。
上述利用抽氣系統抽氣的過程往往會擾動反應腔室內的氣流，導致製程環境的穩定性受到影響，為此，就要求抽氣系統應具備以下功能：1）穩定、均勻的抽氣氣流；2）能夠及時地將反應後的廢氣中所含有的副產物顆粒隨氣流排出反應腔室，並抑制其返回反應腔室。
為了能夠獲得穩定、均勻的抽氣氣流，最常用的做法是將反應腔室的與抽氣系統連接的排氣口設置在反應腔室下方的中心位置處。然而，這在實際應用中經常會遇到抽氣管道的口徑有限，或者抽氣管道因受到反應腔室下方空間的限制而不便於在豎直方向設置等的問題，為了解決這些問題，通常在反應腔室的排氣口和抽氣系統之間設置一個抽氣腔室，以起到過渡作用。而且，抽氣腔室的進氣口尺寸可以針對反應腔室的排氣口尺寸做適應性設計，同時抽氣腔室的排氣口的方向也可以靈活佈置。
第1圖為現有的半導體加工裝置的結構示意圖。如第1圖所示，抽氣腔室107設置在反應腔室101的下方。具體地，在反應腔室101內設置有載片台104，用於承載被加工工件105；在反應腔室101的頂部中心位置處設置有進氣口103，並且在反應腔室101底部的中心位置處設置有排氣口102；抽氣腔室107通過螺釘106固定在反應腔室101的底部，在抽氣腔室107與反應腔室101的連接處設置有密封圈111，以對二者之間的間隙進行密封。抽氣腔室107的進氣口與反應腔室101的進氣口103相連通。抽氣腔室107的出氣口橫向設置，以便於連接抽氣系統的管道（圖中未示出）。此外，為了方便清理在抽氣腔室107內積存的副產物顆粒，在抽氣腔室107的底部還設置有可拆卸的底蓋110，具體地，底蓋110利用螺栓108和螺母109固定在抽氣腔室107的底部，並且在底蓋110與抽氣腔室107之間設置有密封圈111，以對二者之間的間隙進行密封。
第2圖為現有的半導體加工裝置的氣流仿真圖。如第2圖所示，在進行製程的過程中，製程氣體通過反應腔室101的進氣口103流入反應腔室101中，並與置於載片台104上的被加工工件105發生反應；反應後的廢氣依次自反應腔室101的排氣口102和抽氣腔室107的進氣口流入抽氣腔室107中，然後由抽氣系統自抽氣腔室107的出氣口抽出。
上述抽氣腔室在實際應用中不可避免地存在以下問題，即：由第2圖可知，由於氣流在抽氣腔室107的底部角落處遇到阻擋而形成渦流，尤其在抽氣腔室107的出氣口對面的底部角落處會形成非常大的渦流和反彈流，這不僅會導致氣流中所攜帶的部分副產物顆粒在底部角落堆積，而且渦流和反彈流還會攜帶部分副產物顆粒返回反應腔室101，從而使反應腔室101被污染。
本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提出了一種半導體加工裝置，其不僅可以減少氣流中所攜帶的部分副產物顆粒的積存，而且還可以抑制積存的副產物顆粒被氣流揚起，從而可以避免副產物顆粒返回反應腔室。
為實現本發明的目的而提供一種半導體加工裝置，其包括反應腔室和設置在該反應腔室底部的抽氣腔室，在該反應腔室的底部設置有排氣口，且對應地在該抽氣腔室的頂部設置有進氣口，該進氣口與該排氣口連接；並且，在該抽氣腔室的側壁上設置有出氣口，用以排出該抽氣腔室內的氣體。其中，在該抽氣腔室內，且位於該出氣口的下方設置有呈漏斗狀的錐狀環，該錐狀環的下埠小於上埠；該錐狀環用於將該抽氣腔室分隔為上腔室和下腔室，該上腔室和下腔室通過該錐狀環的環孔相連通。
其中，該抽氣腔室還包括顆粒儲存槽，該顆粒儲存槽採用可拆卸的方式設置在該下腔室的底部，用於儲存進入該下腔室內的副產物顆粒；並且在該顆粒儲存槽與該下腔室之間設置有密封圈，用於對二者之間的間隙進行密封。
其中，在該顆粒儲存槽的側壁內設置有環狀通道，該環狀通道沿周向環繞該顆粒儲存槽而設置，且用於容納冷卻水。
其中，在該環狀通道上分別設置有進水口和出水口。並且該半導體加工裝置還包括冷卻水源，該冷卻水源用於經由該進水口向該環狀通道內通入冷卻水，並經由該出水口回收該環狀通道內的冷卻水。
其中，該顆粒儲存槽採用緊固件連接方式或卡接方式固定在該下腔室的下方。
其中，在該錐狀環的底部還設置有柱狀環，該柱狀環的環孔與該錐狀環的環孔相連通，且該柱狀環的埠尺寸與該錐狀環的下埠尺寸相適配。
其中，在該抽氣腔室與該反應腔室之間設置有密封圈，用於對二者之間的間隙進行密封。
其中，該反應腔室的排氣口位於該反應腔室底部的中心位置處。
其中，該反應腔室的進氣口設置在該反應腔室頂部的中心位置處，用以均勻地向該反應腔室的內部輸送製程氣體。
其中，該半導體加工裝置還包括抽氣系統，該抽氣系統連接該抽氣腔室的出氣口，用於向外抽取該抽氣腔室內的氣體。
本發明具有以下有益效果：
本發明提供的半導體加工裝置，其在抽氣腔室內的位於出氣口的下方的區域設置有錐狀環，該錐狀環的下埠小於上埠，且將抽氣腔室分隔為上腔室和下腔室，並且二者通過錐狀環的環孔相連通。在對反應腔室進行排氣時，自反應腔室的排氣口排出的氣體在經由抽氣腔室的進氣口進入抽氣腔室後，其中的大部分氣體從上腔室通過，並自抽氣腔室的出氣口排出，在此過程中，氣流攜帶的部分副產物顆粒會經錐狀環的環孔掉落至下腔室內積存。
而且，由於錐狀環採用下埠小於上埠的類似“漏斗”結構，其傾斜的內壁面相對於現有技術中抽氣腔室由垂直側壁形成的直角角落而言，不僅更有利於氣流順暢地流動至抽氣腔室的出氣口，而且可以使氣流不會出現渦流和反彈流，從而氣流可以更有效地攜帶副產物顆粒經抽氣腔室的出氣口排出，進而可以減少氣流中所攜帶的部分副產物顆粒的積存。此外，“漏斗”結構的錐狀環還可以使積存在下腔室內的副產物顆粒很難再被氣流揚起，從而可以避免副產物顆粒返回反應腔室。
為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖來對本發明提供的半導體加工裝置進行詳細描述。
第3圖為本發明實施例提供的半導體加工裝置的剖視圖。請參閱第3圖，本發明實施例提供的半導體加工裝置包括反應腔室201、設置在反應腔室201底部的抽氣腔室207和抽氣系統。其中，在反應腔室201的底部設置有排氣口202，且對應地在抽氣腔室207的頂部設置有進氣口207c，進氣口207c與排氣口202密封連接；並且，在抽氣腔室207的側壁上設置有出氣口207b；出氣口207b與抽氣系統的排氣管212連接，抽氣系統用於經由出氣口207b抽取抽氣腔室207內的氣體。在排氣時，反應腔室201內的氣體依次經由排氣口202、進氣口207c排入抽氣腔室207內，再被抽氣系統經由出氣口207b抽出。
在本實施例中，抽氣腔室207通過螺釘206固定在反應腔室201的底部，並且在抽氣腔室207與反應腔室201之間設置有密封圈211，用於對抽氣腔室207與反應腔室201之間的間隙進行密封。容易理解，進氣口207c的尺寸應不小於排氣口202的尺寸，以保證反應腔室201的密封。
在抽氣腔室207內，且位於出氣口207b的下方設置有錐狀環207a，該錐狀環207a的下埠小於上埠，換言之，該錐狀環207a的環孔為錐形孔，且該錐形孔的孔徑由上而下逐漸減小，從而使錐狀環207a形成“漏斗”結構。而且，錐狀環207a將抽氣腔室207分隔為上腔室和下腔室，即，錐狀環207a將抽氣腔室207分隔形成上、下兩個空間，並且上腔室和下腔室通過錐狀環207a的環孔（錐形孔）相連通。
在對反應腔室201進行排氣時，自反應腔室201排出的氣體進入抽氣腔室207後，其中的大部分氣體從上腔室通過，並由抽氣系統從抽氣腔室的出氣口207b抽出，在此過程中，氣流攜帶的部分副產物顆粒會經錐狀環207a的環孔掉落至下腔室內積存。
第4圖為本發明實施例提供的半導體加工裝置的氣流仿真圖。由第4圖可以看出，氣流在經過錐狀環207a傾斜的內壁面時不會出現渦流和反彈流，這是由於錐狀環207a採用下埠小於上埠的類似“漏斗”結構，其內壁面在上腔室的底部形成傾斜的壁面，該傾斜的壁面與現有技術中抽氣腔室由垂直側壁形成的直角角落相比，不僅可以使流經上腔室的氣流更順暢地流動至抽氣腔室的出氣口207b，而且可以使氣流更有效地攜帶副產物顆粒自該出氣口207b排出，從而可以減少氣流中所攜帶的部分副產物顆粒的積存。
此外，由第4圖還可以看出，氣流在流經錐狀環207a的環孔內時的流速最慢，這使得氣流在流經環孔時會有一部分副產物顆粒通過該環孔掉落至下腔室，並且附著在上腔室內壁上的副產物顆粒在集結成較大的顆粒後也會在重力的作用下沿環孔傾斜的壁面進入下腔室。而且，由於氣流在下腔室的直角角落會產生小渦流，這會將下腔室內的副產物顆粒攜帶至下腔室的邊緣，從而可以使積存在下腔室內的副產物顆粒很難再被氣流揚起，進而可以避免副產物顆粒返回反應腔室。
較佳的，在錐狀環207a的底部還設置有柱狀環207d，柱狀環207d的環孔與錐狀環207a的環孔相連通，且柱狀環207d的埠尺寸與錐狀環的下埠尺寸相適配。借助柱狀環207d，可以進一步阻擋副產物顆粒從下腔室向上逸出，從而可以加強對副產物顆粒上揚的抑制作用。
在本實施例中，抽氣腔室還包括顆粒儲存槽210，顆粒儲存槽210採用可拆卸的方式設置在下腔室的下方，並與下腔室連通，用於儲存進入下腔室內的副產物顆粒。這種情況下，下腔室為無底壁的筒狀結構且其中設置有錐狀環207a，顆粒儲存槽210的底壁即為該抽氣腔室的底壁。並且，可拆卸的方式可以為：採用諸如螺栓、螺釘、銷、鉚釘等的緊固件連接方式或卡接方式將顆粒儲存槽210固定在下腔室的下方。其中，螺栓可以為螺柱208和螺母209。
並且，在顆粒儲存槽210與下腔室之間設置有密封圈211，用於對顆粒儲存槽210與下腔室之間的間隙進行密封。容易理解，顆粒儲存槽210可視為下腔室的底蓋，且該底蓋可以與下腔室可拆卸地連接。這樣，在需要清理下腔室內積存的副產物顆粒時，只需將顆粒儲存槽210拆卸下來即可，從而給副產物顆粒的清理帶來了方便。
在本實施例中，在顆粒儲存槽210的側壁內設置有沿其周向環繞的顆粒儲存槽210的環狀通道210b，換言之，環狀通道210b環繞在顆粒儲存槽210的內部空間的週邊。這樣，在進行化學氣相沉積、電漿蝕刻等的半導體製程的情況下，當反應溫度較高導致自反應腔室排出的氣體的溫度也很高時，副產物顆粒很難從氣流中分離出來，此時，通過向環狀通道210b內通入冷卻水來冷卻顆粒儲存槽210，並間接降低下腔室的內部溫度，從而有利於冷卻進入下腔室內的高溫氣流，這樣，不僅可以提高副產物顆粒的積存效率，而且還可以進一步抑制副產物顆粒從下腔室逸出。
在本實施例中，採用迴圈供水的方式向環狀通道210b內通入冷卻水，具體地，在環狀通道210b上分別設置有進水口210a和出水口210c，而且，半導體加工裝置還包括冷卻水源（圖中未示出），該冷卻水源利用其進水介面用於經由環狀通道210b的進水口210a向環狀通道210b內通入冷卻水，並利用冷卻水源的回水介面經由環狀通道210b的出水口210c回收環狀通道210b內的冷卻水，從而實現冷卻水在環形通道210b內迴圈流動。容易理解，進水口210a和出水口210c在環狀通道210b上的位置不同，且應保證冷卻水能夠流經環狀通道210b中的各個位置。
較佳的，排氣口202設置在反應腔室201底部的中心位置，以能夠獲得對稱且均勻的抽氣氣流，從而可以提高反應腔室201的製程穩定性。
較佳的，為了進一步獲得對稱且均勻的抽氣氣流，在反應腔室201頂部的中心位置處設置有進氣口203，用以向反應腔室201的內部均勻地輸送製程氣體，而使所輸送製程氣體不影響反應腔室201內的氣體的均勻性。在進行製程的過程中，製程氣體自進氣口203流入反應腔室201內，並作用於設置在承載裝置204上的被加工工件205；反應後的廢氣攜帶副產物顆粒向下流動，並自排氣口202流入抽氣腔室207，然後由抽氣系統抽出。
當然，在實際應用中，反應腔室的進氣口和排氣口還可以根據具體情況設置在腔室側部等的其他任意位置處，而並不侷限於本實施例中的腔室頂部和底部，較佳地，使其保證進氣和排氣的均勻性。
需要說明的是，在本實施例中，抽氣腔室207內的氣體是由抽氣系統經由出氣口207b抽出，但是本發明並不侷限於此，在實際應用中，也可以省去抽氣系統，而僅依靠氣流經由抽氣腔室的出氣口207b自然排出。
可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而採用的示例性實施方式，然而本發明並不侷限於此。對於本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護範圍。
101、201‧‧‧反應腔室
102、202‧‧‧排氣口
103、203、207c‧‧‧進氣口
104‧‧‧載片台
105、205‧‧‧被加工工件
106、206‧‧‧螺釘
107、207‧‧‧抽氣腔室
108、208‧‧‧螺栓
109、209‧‧‧螺母
110‧‧‧底蓋
111、211‧‧‧密封圈
204‧‧‧承載裝置
207a‧‧‧錐狀環
207b‧‧‧出氣口
207d‧‧‧柱狀環
210‧‧‧顆粒儲存槽
210a‧‧‧進水口
210b‧‧‧環狀通道
210c‧‧‧出水口
212‧‧‧排氣管
第1圖為現有的半導體加工裝置的結構示意圖； 第2圖為現有的半導體加工裝置的氣流仿真圖； 第3圖為本發明實施例提供的半導體加工裝置的剖視圖；以及 第4圖為本發明實施例提供的半導體加工裝置的氣流仿真圖。
201‧‧‧反應腔室
202‧‧‧排氣口
203、207c‧‧‧進氣口
204‧‧‧承載裝置
205‧‧‧被加工工件
206‧‧‧螺釘
207‧‧‧抽氣腔室
207a‧‧‧錐狀環
207b‧‧‧出氣口
207d‧‧‧柱狀環
208‧‧‧螺柱
209‧‧‧螺母
210‧‧‧顆粒儲存槽
210a‧‧‧進水口
210b‧‧‧環狀通道
210c‧‧‧出水口
211‧‧‧密封圈
212‧‧‧排氣管

Claims (10)

  1. 一種半導體加工裝置，其包括反應腔室和設置在該反應腔室底部的抽氣腔室，其中，在該反應腔室的底部設置有排氣口，且對應地在該抽氣腔室的頂部設置有進氣口，該進氣口與該排氣口連接；並且，在該抽氣腔室的側壁上設置有出氣口，用以排出該抽氣腔室內的氣體，其特徵在於，在該抽氣腔室內，且位於該出氣口的下方設置有呈漏斗狀的錐狀環，該錐狀環的下埠小於上埠； 該錐狀環用於將該抽氣腔室分隔為上腔室和下腔室，該上腔室和下腔室通過該錐狀環的環孔相連通。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的半導體加工裝置，其特徵在於，該抽氣腔室還包括顆粒儲存槽，該顆粒儲存槽採用可拆卸的方式設置在該下腔室的底部，用於儲存進入該下腔室內的副產物顆粒；並且 在該顆粒儲存槽與該下腔室之間設置有密封圈，用於對二者之間的間隙進行密封。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的半導體加工裝置，其特徵在於，在該顆粒儲存槽的側壁內設置有環狀通道，該環狀通道沿周向環繞該顆粒儲存槽而設置，且用於容納冷卻水。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的半導體加工裝置，其特徵在於，在該環狀通道上分別設置有進水口和出水口，並且 該半導體加工裝置還包括冷卻水源，該冷卻水源用於經由該進水口向該環狀通道內通入冷卻水，並經由該出水口回收該環狀通道內的冷卻水。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的半導體加工裝置，其特徵在於，該顆粒儲存槽採用緊固件連接方式或卡接方式固定在該下腔室的下方。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的半導體加工裝置，其特徵在於，在該錐狀環的底部還設置有柱狀環，該柱狀環的環孔與該錐狀環的環孔相連通，且該柱狀環的埠尺寸與該錐狀環的下埠尺寸相適配。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的半導體加工裝置，其特徵在於，在該抽氣腔室與該反應腔室之間設置有密封圈，用於對二者之間的間隙進行密封。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的半導體加工裝置，其特徵在於，該反應腔室的排氣口位於該反應腔室底部的中心位置處。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的半導體加工裝置，其特徵在於，該反應腔室的進氣口設置在該反應腔室頂部的中心位置處，用以均勻地向該反應腔室的內部輸送製程氣體。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的半導體加工裝置，其特徵在於，該半導體加工裝置還包括抽氣系統，該抽氣系統連接該抽氣腔室的出氣口，用於向外抽取該抽氣腔室內的氣體。
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