TWI634598B - Process chamber and semiconductor processing device - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種製程腔室及半導體處理裝置。本發明的製程腔室包括：腔體、上電極板、設置於該腔體內頂部的熱源、設置於腔體內底部的基座；熱源與基座區域相對設置；其中，上電極板中設置有輸氣通道且上電極板的位置能在預清洗製程位置和去氣製程位置之間移動；其中在上電極板處於預清洗製程位置的情況下，上電極板位於熱源和基座之間，上電極板與基座區域直接相對，以借助來自輸氣通道的製程氣體對待處理工件進行預清洗製程；在上電極板處於去氣製程位置的情況下，上電極板偏離於基座區域，熱源與基座區域直接相對，以對待處理工件進行去氣製程。本發明的製程腔室及半導體處理裝置，能夠提高製程氣體利用率高，和預清洗效果。

Description

一種製程腔室及半導體處理裝置
本發明涉及電漿裝置領域，更具體地，涉及一種製程腔室及半導體處理裝置。
電漿裝置廣泛應用於半導體、太陽能電池、平板顯示等製造領域中。常見的電漿裝置包括電容耦合電漿(Capacitively Coupled Plasma，CCP)、電感耦合電漿(Inductively Coupled Plasma，ICP)以及電子迴旋共振電漿(Electron Cyclotron Resonance，ECR)等類型的電漿處理裝置。這些電漿裝置通常可在電漿蝕刻、物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，PVD)、化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，CVD)以及增強化學氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)等加工製程中使用。
電漿裝置使用時需要使用大量的氣體，如何優化氣體的供應方式成為本領域亟需解決的技術難題。
以物理氣相沉積加工製程為例，該製程是微電子領域常用的加工技術，如，用於加工積體電路中的銅互連層。製作銅互連層主要包括去氣、預清洗、Ta(N)沉積以及Cu沉積等步驟。其中，去氣製程一般是通過熱源對例如為待處理工件的待處理工件待處理工件進行加熱，抽真空後去除氣體。預清洗的目的是為了在沉積金屬薄膜之前，清除待處理工件待處理工件的表面的污染物、溝槽和穿孔底部的殘餘物。常見的預清洗製程，是指將如Ar（氬氣）、He（氦氣）等製程氣體激發為電漿，利用電漿的化學反應和物理轟擊作用，對待處理工件的表面進行處理。在先前技術中，物理氣相沉積裝置將去氣腔室和預清洗腔室整合為一個製程腔室，如第1圖所示，該製程腔室包括腔體1′、車庫2′、基座3′、電極板4′、和旋轉機構6′，腔體1′和車庫2′相連通，基座3′位於腔體1′內，待處理工件7′放置在基座3′的表面。基座3′與射頻電源（圖中未示出）電連接。在腔體1′中設置有進氣口11′和出氣口12′，進氣口11′開設在腔體1′的側壁上，出氣口12′開設在腔體1′的底壁上，且其終端與真空幫浦相連；另外，在腔體1′的上部還設置有加熱燈泡13′。
當進行預清洗時，電極板4′被旋轉至腔體1′中，與基座3′上的待處理工件7′相對，製程氣體自進氣口進入腔體1′。製程氣體在電極板4′與基座3′之間所形成的電壓的作用下，被激發為電漿，電漿轟擊待處理工件7′的表面，實現對待處理工件7′的預清洗，圖中箭頭為製程氣體在加工腔內的流動路徑示意。當進行去氣時，電極板4′被旋轉至車庫2′中，接通加熱燈泡13′，對待處理工件7′進行加熱，同時真空幫浦將其中的氣體抽去，實現去氣製程。
在先前技術中，由於腔體頂壁安裝有加熱燈泡13′，在腔體頂壁上不能設置進氣口，因此在腔體的側壁上設置了進氣口11′，但側壁進氣存在如下問題：製程氣體容易被真空幫浦從出氣口12′中抽走，只有部分進入基座3′和電極板4′之間，導致製程氣體的利用率不高；且製程氣體自腔體1′的側壁上的進氣口11′進入腔體1′，到達待處理工件7′的表面的路徑長度差異大，導致激發產生的電漿能量不均勻，這直接影響到預清洗的效果。
本發明提供一種製程腔室和一種半導體處理裝置，其至少解決了先前技術中存在的製程氣體由於側方進氣導致的利用率不高和產生的電漿能量不均勻的技術問題。
根據本發明的一方面，提供了一種製程腔室，該製程腔室用於對待處理工件進行去氣和預清洗，該腔室包括：腔體、上電極板、設置於該腔體內頂部的熱源、設置於該腔體內底部的基座，該基座用於承載該待處理工件；其中，該熱源與該基座區域相對設置；其中，該上電極板中設置有輸氣通道且該上電極板的位置能在預清洗製程位置和去氣製程位置之間移動；其中在該上電極板處於該預清洗製程位置的情況下，該上電極板位於該熱源和該基座之間，該上電極板與該基座區域直接相對，以借助來自該輸氣通道的製程氣體對該待處理工件進行預清洗製程；在該上電極板處於該去氣製程位置的情況下，該上電極板偏離於該基座區域，該熱源與該基座區域直接相對，以對該待處理工件進行去氣製程。
其中，該上電極板包括電極板主體；該電極板主體上設有進氣口、氣流通道和出氣口，且該氣流通道連通該進氣口和該出氣口；該製程氣體自該進氣口進入該氣流通道，並自該出氣口流出該電極板主體。
其中，該電極板主體為圓盤形；該氣流通道設置在該電極板主體的內部；該進氣口設置於該電極板主體沿厚度方向的側壁上；該出氣口設置於該電極板主體的與該基座相對的表面上。
其中，該上電極板還包括電極勻流板，該電極勻流板上設置有勻流孔；該電極勻流板設置於該電極板主體的下方，其在該電極板主體下表面上的正投影覆蓋住該出氣口；該電極勻流板和該電極板主體之間形成勻流腔，該製程氣體自該出氣口進入該勻流腔，並經該勻流孔輸送至該基座區域的上方。
其中，該上電極板還包括調節件，該調節件設置於該電極板主體和該電極勻流板之間,用於調節該電極板主體和該電極勻流板之間的距離；該電極板主體、該調節件和該電極勻流板構成該勻流腔。
其中，該製程腔室還包括翻轉機構，其與該上電極板連接，並通過翻轉動作而使該上電極板的位置在預清洗製程位置和去氣製程位置之間移動。
其中，該製程腔室還包括平移機構，其與該上電極板連接，並通過平移動作而使該上電極板的位置在預清洗製程位置和去氣製程位置之間移動。
其中，該製程腔室還包括連接軸和旋轉機構；該連接軸的一端與該上電極板固定連接，另一端與該旋轉機構連接，該旋轉機構驅動該連接軸帶動該上電極板旋轉；該連接軸內設置有第一進氣通道，該製程氣體經該第一進氣通道輸送至該上電極板。
其中，該旋轉機構包括擺動氣缸、聯軸器和旋轉軸，其中，該擺動氣缸通過該聯軸器與該旋轉軸的一端連接，該旋轉軸的另一端與該連接軸連接，該擺動氣缸驅動該旋轉軸帶動該連接軸轉動；該旋轉軸內設置有第二進氣通道，該第二進氣通道與該第一進氣通道連通。
其中，該腔室還包括進氣管，該進氣管設置在該旋轉機構的外部並與該第二進氣通道連通；該製程氣體自該進氣管流經該第二進氣通道後輸入該第一進氣通道。
其中，該連接軸位於該腔體內並穿過該腔體的底壁，該旋轉機構位於該腔體的底壁的外側；在該底壁和該旋轉機構之間還設置有水平調節機構，該水平調節機構用於調節該上電極板的水平度。
其中，該水平調節機構包括複數調節桿和連接板，其中，該連接板設置於該底壁和該旋轉機構之間，並與該旋轉機構連接；該連接軸穿過該連接板，該連接板與該底壁具有一定間距；該調節桿的一端與該底壁固定連接，另一端穿過該連接板，且其穿過該連接板的長度可調；通過調節該調節桿穿過該連接板的長度，調節該連接板的水平度，該調節板帶動該旋轉機構對該連接軸的垂直度進行調節，從而實現對該電極板的水平度進行調節。
其中，該水平調節機構還包括伸縮管；該伸縮管套設於該連接軸外，且其第一端與該底壁密封連接，第二端與該連接板密封連接。
其中，該腔體包括第一子腔體和第二子腔體，其中，該第一子腔體設置在該第二子腔體的側壁上，並與該第二子腔體連通；其中，該基座設置在該第二子腔體內；該上電極板的位置能在該第一子腔體和該第二子腔體之間變換；當該上電極板移動至該第二子腔體中時，該上電極板處於該預清洗製程位置；當該電極板移動至該第一子腔體中時，該上電極板處於該去氣製程位置。
作為另一個方面，本發明還提供一種半導體處理裝置，其包括本發明上述任一種方案該的製程腔室。 有益效果：
本發明的製程腔室，可使上電極板的位置在預清洗製程位置和去氣製程位置之間變動，並且，在上電極板處於去氣製程位置時，上電極板偏離於基座區域，從而保證熱源與基座區域直接相對，以對待處理工件進行去氣製程；在上電極板處於預清洗製程位置時，上電極板位於熱源和基座之間，即，上電極板與基座區域直接相對，借助帶有輸氣通道的上電極板而將製程氣體直接輸送至基座的上方，由於製程氣體不是由腔室的下部區域進入腔室，因此其不會被位於腔室下方的真空幫浦直接抽走，也就無需補充大量的製程氣體來保持電漿的激發狀態，因此提高了製程氣體的利用率，減少了製程氣體的消耗和浪費。此外，通過上電極板的輸氣通道輸出的製程氣體到達待處理工件的路徑長度基本一致，這樣，製程氣體激發產生的電漿能量基本均勻，在待處理工件的上方區域中的電漿穩定，從而提高了預清洗的效果。
本發明的半導體處理裝置，包括本發明提供的製程腔室，其中的上電極板的位置可根據製程要求而在預清洗製程位置和去氣製程位置之間變動，即，在上電極板處於去氣製程位置時，上電極板偏離於基座區域，以對待處理工件進行去氣製程；在上電極板處於預清洗製程位置時，上電極板與基座區域直接相對，借助帶有輸氣通道的上電極板而將製程氣體直接輸送至基座的上方以進行預清洗製程。由於在預清洗製程時，製程氣體不是由腔室的下部區域進入腔室，因此其不會被位於腔室下方的真空幫浦直接抽走，因而無需補充大量的製程氣體來保持電漿的激發狀態，因此，本發明的半導體處理裝置可提高製程氣體的利用率，減少製程氣體的消耗和浪費。此外，通過上電極板的輸氣通道輸出的製程氣體到達待處理工件的路徑長度基本一致，因此，利用本發明的半導體處理裝置進行製程，製程氣體激發產生的電漿能量基本均勻，在待處理工件的上方區域中的電漿穩定，從而可提高預清洗的效果。
現在將參照附圖來詳細描述本發明的各種示例性實施例。應注意到：除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對佈置、數位運算式和數值不限制本發明的範圍。
以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本發明及其應用或使用的任何限制。
對於相關領域普通技術人員已知的技術、方法和裝置可能不作詳細討論，但在適當情況下，該技術、方法和裝置應當被視為說明書的一部分。
在這裡示出和討論的所有例子中，任何具體值應被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實施例的其它例子可以具有不同的值。
應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步討論。
本發明提供了一種製程腔室，用於對待處理工件進行去氣和預清洗，該腔室包括：腔體、上電極板、設置於腔體內頂部的熱源、設置於腔體內底部的基座。該基座用於承載待處理工件；其中，熱源與基座區域相對設置。上電極板中設置有輸氣通道且上電極板的位置能夠根據製程要求而在預清洗製程位置和去氣製程位置之間移動；其中，在上電極板處於預清洗製程位置的情況下，上電極板位於熱源和基座之間，即，上電極板與基座區域直接相對，以借助來自輸氣通道的製程氣體對待處理工件進行預清洗製程；在上電極板處於去氣製程位置的情況下，上電極板偏離於基座區域，熱源與基座區域直接相對，以對待處理工件進行去氣製程。
下面結合第2圖至第7圖對採用旋轉方式而使上電極板的位置在預清洗製程位置和去氣製程位置之間移動的具體實施方式進行詳細說明。
如第2圖至第7圖所示，該製程腔室包括：腔體1、設置於腔體1下部的基座2、上電極板3，以及熱源13。通常，熱源13設置在腔體1內的頂部區域，基座2設置在腔體1內的底部區域，基座2為射頻基座，也即是，基座2上設有與射頻電源電連接的下電極板，或者基座2直接與射頻電源電連接。上電極板3也和電源進行連接，當上電極板3被旋轉至基座2的上方時，製程氣體通過輸氣通道輸送至基座2的上方，製程氣體在基座2和上電極板3之間形成的電壓的作用下被激發為電漿，藉此可對待處理工件8進行預清洗。具體地，在上電極板3中設置有用於輸送製程氣體的輸氣通道。製程氣體經輸氣通道直接輸送至基座2的上方，在基座2和上電極板3之間被激發為電漿，從而對待處理工件8進行預清洗。
第2圖中的箭頭為製程氣體的流動路徑的示意，具體地，上電極板3的輸氣通道中的製程氣體沿箭頭方向被輸送至基座2的上方。在基座2和上電極板3之間形成的電壓作用下，製程氣體在基座2和上電極板3之間被激發為電漿，借助電漿對待處理工件8的表面的轟擊作用，實現對待處理工件8的預清洗。
本發明的製程腔室通過上電極板3中的輸氣通道將製程氣體直接輸送至基座2的上方，由於製程氣體不是由腔室的下部區域進入腔室，因此其不會被位於腔室下方的真空幫浦直接抽走，這樣也就不需要補充大量的製程氣體來保持電漿的激發狀態，因此提高了製程氣體的利用率，減少了製程氣體的消耗和浪費。此外，由上電極板3的輸氣通道所輸出的製程氣體到達待處理工件8的路徑的長度基本一致，這樣，製程氣體激發產生的電漿能量基本均勻，因而在待處理工件8的上方區域中的電漿穩定，由此提高了預清洗的效果。
根據本發明製程腔室的一種實施方式，上電極板包括電極板主體；電極板主體上設有進氣口、氣流通道和出氣口；製程氣體自進氣口輸入，流經氣流通道後，自出氣口輸送至基座的上方。
在上述實施方式中，上電極板上設置的進氣口、氣流通道和出氣口構成輸氣通道，出氣口設置在電極板主體的正對基座的一面，以便將製程氣體直接輸送至上電極板和基座相對的空間。
根據本發明製程腔室的一種實施方式，上電極板主體為圓盤形；進氣口設置於電極板主體沿厚度方向的側壁上；出氣口設置於電極板主體的與基座相對的表面上；氣流通道設置在電極板主體的內部，且氣流通道連通進氣口和出氣口。
具體地，參考第2圖和第3圖所示，上電極板3包括電極板主體31，電極板主體31的形狀較佳為具有一定厚度的圓盤形狀，也可以選用矩形盤形狀、橢圓形狀或者其他可以採用的形狀。電極板主體31上設有進氣口311、氣流通道312和出氣口313。具體實施時，氣源可直接與進氣口311相連，以將製程氣體輸入上電極板3的氣流通道312，進而從出氣口313輸送至基座2的上方。這樣，進氣口311設置在上電極板3的側壁上，出氣口313設置在上電極板3的與基座2正對的表面上，實現了上方進氣，由此解決了先前技術中由於加熱燈泡設置在腔體頂壁，阻擋了在頂壁上設置進氣口而導致無法實現上方進氣的問題。
進氣口311和出氣口313的數量和位置均可根據實際需求靈活選擇。例如，進氣口311和出氣口313分別設置在電極板主體31的長度方向（即，圓盤的徑向方向）的兩端上；又例如，進氣口311位於電極板主體31的厚度方向的壁上，出氣口313位於電極板主體31的長度方向的壁上。
製程氣體自進氣口311輸入，流經氣流通道312後，自出氣口313輸送至基座2的上方。氣流通道312可為位於進氣口311和出氣口313之間的管狀結構的通道；或者，氣流通道312可為電極板主體31內的腔狀結構的通道，由於該腔狀結構的氣流通道312為空腔狀的結構，因此其可以使由進氣口311輸送而來的製程氣體在其內進行充分擴散，從而有利於提高所輸出的製程氣體的均勻性和穩定性。
出氣口313的形狀、數量和設置位置均可靈活設置。例如，出氣口313為圓形或者矩形；又例如，出氣口313的數量為一個或兩個或者更多；再例如，當電極板主體31具有圓盤形結構時，出氣口313位於該圓盤的下表面的中心位置處，特別地，當電極板主體31具有圓盤形結構時，氣流通道312沿著圓盤的徑向方向延伸。
以第3圖中示出的上電極板3為例。在該實施例中，電極板主體31沿其軸向的剖面形狀為矩形。在該剖面圖中，進氣口311位於該矩形的寬邊上，出氣口313位於該矩形的長邊的中心點處。氣流通道312自該矩形的一個寬邊延伸至另一個寬邊。
出氣口313的數量設置為一個時，出氣口313位於電極板主體31的中心。這種設置方式既有利於製程氣體在氣流通道312中均勻擴散，又能夠使自出氣口313流出的製程氣體均勻且穩定地朝向基座2輸送。
根據本發明製程腔室的另一種實施方式，上電極板還包括電極勻流板，電極勻流板上設置有勻流孔；電極勻流板設置於電極板主體的下方；電極勻流板和電極板主體之間形成勻流腔，製程氣體自出氣口進入勻流腔，並經勻流腔通過勻流孔輸送至基座的上方。
具體參見第2圖和第3圖，上電極板3還包括電極勻流板32，電極勻流板32的形狀可根據實際需求設置。例如，電極勻流板32為圓形板或矩形板等。
電極勻流板32設置於電極板主體31的下方。在此，“電極板主體31的下方”是指電極板主體31與基座2之間的區域。電極勻流板32在電極板主體31上的正投影須覆蓋住電極板主體31的出氣口313，較佳地，出氣口313、電極勻流板32以及基座2上的待處理工件8同心設置。通常，電極勻流板32的形狀可與電極板主體31的形狀相匹配。例如，電極板主體31為圓盤形形狀時，電極勻流板32為圓形板。
電極勻流板32與電極板主體31連接在一起。電極勻流板32與電極板主體31之間的連接可通過焊接或螺栓連接等方式實現。應當注意的是，當電極板主體31和電極勻流板32通過螺栓連接在一起時，為了保證氣流通道312中的製程氣體都能夠經由電極勻流板32的勻流孔321朝向基座2輸送，可在電極板主體31和電極勻流板32的連接處設置例如為密封圈的密封件，以確保勻流腔33的氣密性。
電極勻流板32和電極板主體31之間形成有勻流腔33，製程氣體自出氣口313進入勻流腔33，並經勻流腔33輸送至基座2的上方，以提高輸送至基座2的上方的製程氣體的均勻性。
勻流腔33由電極板主體31和電極勻流板32形成。具體實施時，可通過在電極板主體31和/或電極勻流板32上設置凸起，使得電極板主體31和電極勻流板32之間具有一定的空間，從而在電極板主體31和電極勻流板32之間形成空腔結構的勻流腔33。或者，可在電極板主體31和電極勻流板32之間設置支撐部件，該支撐部件可將電極板主體31和電極勻流板32分隔開來，從而在電極板主體31和電極勻流板32之間形成空腔結構的勻流腔33。
出氣口313與勻流腔33相連通，電極勻流板32上設有勻流孔321，勻流孔321可將製程氣體從勻流腔33輸送至基座2的上方。
使用時，製程氣體自進氣口311進入電極板主體31的氣流通道312，再自出氣口313進入勻流腔33，接著自電極勻流板32的勻流孔321流出，從而將製程氣體輸送至基座2的上方。
勻流孔321的形狀和數量可根據實際需求設置。例如，勻流孔321為圓形孔或矩形孔。又例如，勻流孔321的數量為複數，複數勻流孔321均勻分佈在電極勻流板32上。在電極勻流板32上設置有複數勻流孔321，複數勻流孔321有利於提高上電極板3供氣的均勻性和穩定性。上述“均勻分佈”例如可為複數勻流孔321均勻地排布成陣列；或者，複數勻流孔321排列形成複數圓圈形狀，每一個圓圈均包含沿圓周方向均勻分佈的若干個勻流孔321，複數圓圈構成同心圓且徑向間距相等。較佳地，複數圓圈構成以基座2的中心為圓心的同心圓，從而使得基座2的上方的製程氣體分佈得更為均勻。
進一步地，複數勻流孔321均勻分佈在電極勻流板32上，還可以為這樣的設置形式：複數勻流孔321以電極勻流板32的幾何中心為中心呈放射狀排布。更進一步地，勻流孔321的孔徑較佳0.5mm-1mm。
根據本發明製程腔室的另一種實施方式，上電極板還包括調節件，調節件設置於電極板主體和電極勻流板之間,用於調節電極板主體和電極勻流板之間的距離；電極板主體、調節件和電極勻流板構成勻流腔。
具體地，如第3圖和第5圖所示，上電極板3還包括調節件34，調節件34用於調整電極板主體31和電極勻流板32之間的距離，以調整電極勻流板32與基座2之間的距離以及調整勻流腔33內的空間。
調節件34位於電極板主體31和電極勻流板32之間，調節件34與電極板主體31和電極勻流板32相連接。電極板主體31和調節件34之間的連接可通過焊接、鉚接、卡接或螺紋連接等方式實現。電極勻流板32與調節件34之間的連接可通過焊接、鉚接、卡接或螺紋連接等方式實現。
應當注意的是，為了提高勻流腔33的氣密性，可在電極板主體31和調節件34的連接處，以及在電極勻流板32與調節件4的連接處設置例如為密封圈的密封件。勻流腔33由電極板主體31、調節件34和電極勻流板32構成。調節件34的形狀結構較佳環狀結構，也即是，調節件34為調節環，該調節環的內周壁即為勻流腔33的內周壁。
較佳地，電極板主體31和調節件34之間的連接為可拆卸連接；電極勻流板32和調節件34之間的連接為可拆卸連接。可拆卸連接可通過卡接或螺紋連接等方式實現。
通過更換不同厚度或形狀的調節件34，可改變勻流腔33的體積或形狀。此外，通過更換不同厚度的調節件34，可改變上電極板3的下端面與基座2之間的距離，從而調節預清洗的效果。而且，針對不同的製程需求，可通過更換不同材質和/或不同體積的調節件4，來降低製程腔室的成本。
根據本發明製程腔室的一種實施方式，製程腔室還包括連接軸和旋轉機構；連接軸的一端與上電極板固定連接，另一端與旋轉機構連接，旋轉機構驅動連接軸帶動上電極板旋轉；連接軸內設置有第一進氣通道，製程氣體經第一進氣通道輸送至上電極板。
具體地，如第2圖所示，製程腔室還包括連接軸4和旋轉機構5，連接軸4的第一端與上電極板3相連接，連接軸4的第二端與旋轉機構5連接。上電極板3可通過電極板主體31的外表面上向外延伸的凸台與連接軸4相連接。或者，上電極板3可通過電極板主體31上與連接軸4的端部相匹配的凹槽與連接軸4相連接。
上電極板3與連接軸4之間的連接可通過焊接、鉚接、卡接或螺紋連接等方式實現。應當注意的是，當上電極板3和連接軸4通過卡接或螺紋連接時，為了提高勻流腔33的氣密性，可在上電極板3和連接軸4的連接處設置例如為密封圈的密封件。在實際應用中，為了更方便地將上電極板3和連接軸4連接在一起，可使用包括螺釘、彈簧墊圈和平墊圈的連接元件。
旋轉機構5與連接軸4相連接。旋轉機構5控制連接軸4發生轉動，從而帶動上電極板3旋轉至基座2的上方，或者帶動上電極板3旋轉而偏離開基座2的上方。通常旋轉機構5包括可驅動連接軸4轉動的驅動裝置。上述驅動裝置可例如為DDR（直接驅動旋轉）電機。
進一步地，連接軸4內設置有第一進氣通道，製程氣體經第一進氣通道41輸送至上電極板3，因此可以將向上電極板3輸送氣體的進氣口311設置在連接軸4上，這樣，將進氣口引出，方便進氣。
具體地，根據本發明的一種實施方式，旋轉機構5包括擺動氣缸51、聯軸器52和旋轉軸53。旋轉軸53的第一端與連接軸4連接。聯軸器52將旋轉軸53的第二端和擺動氣缸51連接在一起。聯軸器52與擺動氣缸51和旋轉軸53之間的連接可通過本領域熟知的方式實現，本發明對此不作進一步地限定。旋轉軸53與連接軸4相連接。旋轉軸53與連接軸4可通過焊接或一體成型等方式連接在一起。
擺動氣缸51驅動旋轉軸53旋轉，以使得旋轉軸53帶動連接軸4轉動。擺動氣缸51通過聯軸器52帶動旋轉軸53在一定角度範圍內作往復回轉運動，旋轉軸53帶動與連接軸4相連接的上電極板3轉動，從而將上電極板3旋轉至基座2的上方，或者帶動上電極板3旋轉離開基座2的上方，選擇擺動氣缸51的轉動角度，可控制上電極板3的轉動角度。
具體地，如第5圖和第6圖所示，連接軸4內設有第一進氣通道41，製程氣體經第一進氣通道41輸送至上電極板3。可選地，第一進氣通道41與進氣口311相連通。連接軸4可起到將氣源與上電極板3連接的作用。此外，連接軸5也可起到支撐上電極板3的作用。
具體實施時，製程氣體通過第一進氣通道41自進氣口311進入電極板主體31的氣流通道312，再自出氣口313進入勻流腔33，接著自電極勻流板32的勻流孔321流出上電極板3，實現向製程腔室的供氣功能。
旋轉軸53內設有第二進氣通道531，第二進氣通道531與第一進氣通道41連通。
進一步地，本發明的製程腔室還包括與第二進氣通道531連通的進氣管6。可選地，進氣管6可與旋轉軸53相連接，以將製程氣體輸入第二進氣通道531。製程氣體自進氣管6輸入到第二進氣通道531，並經由第一進氣通道41進入上電極板3。較佳地，進氣管6的長度要滿足這樣的要求：即，確保旋轉軸53轉動時，進氣管6有足夠的長度延伸在旋轉軸53和氣源之間。例如，進氣管6可以採用金屬波紋管，這樣，當旋轉軸53旋轉時，金屬波紋管進氣管6可跟隨著旋轉軸53的轉動而移動或伸縮變形，從而確保其能夠有足夠的長度延伸在旋轉軸53和氣源之間，且能夠與旋轉軸53和氣源牢固連接，而不會由於長度的原因致使其隨著旋轉軸53的轉動時被扯斷與旋轉軸53和氣源的連接。
進一步地，根據本發明的製程腔室的一種實施方式，連接軸位於腔體內並穿過腔體的底壁，旋轉機構位於腔體的底壁外部；在底壁和旋轉機構之間還設置有水平調節機構，水平調節機構用於調節上電極板的水平度。
在本發明中設置水平調節機構，調節上電極板的水平度，使進入基座上方的氣體的路徑長度更加均一，從而使電離的電漿更加均勻。
進一步地，水平調節機構較佳包括複數調節桿和連接板，其中，連接板設置於底壁和旋轉機構之間，並與旋轉機構連接；連接軸穿過連接板，連接板與底壁具有一定間距；調節桿的一端與底壁固定連接，另一端穿過連接板，且其穿過連接板的長度可調；通過調節調節桿穿過連接板的長度，調節連接板的水平度，調節板帶動旋轉機構對連接軸的垂直度進行調節，從而實現對上電極板的水平度進行調節。水平調節機構還較佳包括伸縮管；伸縮管套設於連接軸外，且其第一端與底壁密封連接，第二端與連接板密封連接。
具體地，如第7圖所示，本發明的水平調節機構7包括複數調節桿71和連接板72。連接板72設置於腔體1的底壁的下方，並與底壁之間具有一定間距。連接板72上開設有連接軸過孔，連接軸4經由連接軸過孔而穿透連接板72，且連接軸4能夠在連接軸過孔內轉動。應當注意的是，為了提高製程腔室的氣密性，可在連接軸4與連接板72之間設置例如為密封圈的密封件。
旋轉機構5安裝在連接板72的背離底壁的一側,並與連接板72連接。調節桿71的一端與腔體1的底壁連接，另一端穿過連接板72而延伸至連接板72的下方。調節桿71的一端與腔體1的底壁連接可以包括以下方式：方式一，通過焊接而使調節桿71與腔體1的底壁固定連接；方式二，在調節桿71外周面上設置外螺紋，在腔體1的底壁上設置內螺紋，通過螺紋連接而使調節桿71與腔體1的底壁可活動地連接；方式三，使調節桿71的一端直接抵靠在腔體1的底壁上，實現調節桿71與腔體1的底壁的連接。連接板72被設置為在調節桿71上的位置可調，即穿過連接板72的調節桿71的長度可調，換言之，調節桿71在腔體1的底壁和連接板72之間的長度可調。當調節桿71與腔體1的底壁之間的連接採用上述方式一時，調節桿71與連接板72之間的活動連接可通過凸起和凹槽的配合實現；當調節桿71與腔體1的底壁之間的連接採用上述方式二和方式三時，調節桿71與連接板72之間的活動連接可通過凸起和凹槽的配合實現或者通過螺紋連接實現。
連接板72被設置為在調節桿71上的位置可調，以此實現對連接板72的水平度的調節，從而對與連接板72相連接的旋轉機構5的垂直度進行調整，進而對與旋轉機構5相連接的連接軸4的垂直度進行調整，從而可實現與連接軸4相連接的上電極板3的水平度的調整。
水平調節機構7較佳還包括伸縮管73，伸縮管73套設在連接軸4外，伸縮管73的兩端分別與腔體1的底壁和連接板72密封連接，以保證腔體1的真空需求。伸縮管73具有彈性，為柔性管或者波紋管，可在一定範圍內伸縮變形，因而不會對連接板72和電極板3的水平度的調節以及旋轉機構5和連接軸4的垂直度的調節產生限制。
進一步地，根據本發明的一種實施方式，腔體包括第一子腔體和第二子腔體，其中，第一子腔體設置在第二子腔體側壁上，並與第二子腔體連通；其中，基座設置在第二子腔體內；上電極板能在第一子腔體和第二子腔體之間移動；當上電極板移動至第二子腔體中時，上電極板與基座相對，以對待處理工件進行預清洗製程；當上電極板移動至第一子腔體中時，上電極板離開該基座的上方，以對待處理工件進行去氣製程。
具體地，如第2圖所示，腔體1包括第一子腔體11和第二子腔體12，第一子腔體11和第二子腔體12連通，且第一子腔體11設置在第二子腔體12的側壁上，基座2設置在第二子腔體12內，上電極板3能在第一子腔體11和第二子腔體12之間變換位置，當上電極板3旋轉至第二子腔體12中時，上電極板3與基座2相對，進行預清洗製程，此時，上電極板3與基座2上的例如為晶片的待處理工件8相對。
當上電極板3旋轉至第一子腔體11中時，上電極板3離開基座2的上方，可以進行去氣製程，此時，上電極板3偏離於基座2上的待處理工件8，即，上電極板3與基座2上的待處理工件8的位置相錯開，使熱源13與基座2相對，從而避免上電極板3對熱源13造成阻擋。在實際應用中，第一子腔體11較佳以車庫的形式存在，第二子腔體12上設有與真空幫浦相連接的開口131，在進行去氣製程時，接通熱源13並接通真空幫浦。
下面，以第5圖中示出的具體實施例為例，對本發明的製程腔室中的上電極板、連接軸以及旋轉機構等部件的結構和工作原理進行詳細說明。
進一步地，在本發明的一種實施方式中，製程腔室包括腔體1、基座2、上電極板3、連接軸4、旋轉機構5、進氣管6和水平調節機構7。腔體1包括第一子腔體11和第二子腔體12，第一子腔體11和第二子腔體12相連通，且第一子腔體11設置在第二子腔體12側壁上，基座2設置在第二子腔體12內，上電極板3具有圓盤形形狀，其包括電極板主體31、電極勻流板32、勻流腔33和調節件34，其中，電極板主體31上設有進氣口311、氣流通道312和出氣口313。進氣口311設置於電極板主體31的沿厚度方向的壁上，出氣口313設置於電極板主體31與基座2相對的表面上，且出氣口313位於電極板主體31的中心，出氣口313的數量為一個，電極勻流板32上設置有複數勻流孔321。調節件34位於電極板主體31和電極勻流板32之間，調節件34與電極板主體31和電極勻流板32相連接，勻流腔33由電極板主體31、調節件34和電極勻流板32構成。連接軸4與上電極板3相連接，連接軸4內設有第一進氣通道41，第一進氣通道41與進氣口311相連通，旋轉機構5包括擺動氣缸51、聯軸器52和旋轉軸53，聯軸器52將擺動氣缸51和旋轉軸53連接在一起，旋轉軸53與連接軸4相連接。旋轉軸53內設有第二進氣通道531，第二進氣通道531與第一進氣通道41相連通，擺動氣缸51驅動旋轉軸53轉動，以使得旋轉軸53帶動連接軸4轉動，進氣管6與旋轉軸53連接且與第二進氣通道531相連通，以將製程氣體輸入第二進氣通道531。 製程氣體的傳輸路徑如下：
製程氣體自進氣管6進入第二進氣通道531，而後進入與第二進氣通道531相連通的第一進氣通道41，經由第一進氣通道41再進入上電極板3。在上電極板3內，製程氣體自進氣口311進入電極板主體31的氣流通道312，而後自出氣口313進入勻流腔33，接著自電極勻流板32的勻流孔321流出上電極板3，由此，製程氣體被輸送至基座2的上方。
擺動氣缸51通過聯軸器52帶動旋轉軸53在一定角度範圍內作往復回轉運動，旋轉軸53帶動與連接軸4相連接的上電極板3轉動。
當上電極板3旋轉至第二子腔體12中時，上電極板3與基座2相對，製程氣體自進氣口311、氣流通道312和出氣口313構成的輸氣通道輸送至基座2上方，被電離為電漿，電漿對待處理工件8進行轟擊，實現預清洗製程；當上電極板3旋轉至第一子腔體11中時，上電極板3離開基座2的上方，接通熱源13以對待處理工件8進行加熱，並打開真空幫浦對腔體1進行抽真空，實現對待處理工件8的去氣製程。
下面結合第8圖和第9圖對採用翻轉方式而使上電極板的位置在預清洗製程位置和去氣製程位置之間移動的具體實施方式進行詳細說明。
如第8圖和第9圖所示，本實施例提供的製程腔室包括：腔體1、基座2、上電極板3、翻轉機構10以及熱源13。上電極板3與翻轉機構10可活動地連接，並能夠在翻轉機構10的帶動下，由預清洗製程位置翻轉至去氣製程位置或者由去氣製程位置翻轉至預清洗製程位置，當上電極板3處於預清洗製程位置時，上電極板3位於熱源13和基座2之間，即，上電極板3與基座區域直接相對，以借助來自上電極板3的輸氣通道的製程氣體對待處理工件8進行預清洗製程；當上電極板3處於去氣製程位置時，上電極板3偏離於基座區域，熱源13與基座區域直接相對，以對待處理工件8進行去氣製程。
在實際應用中，翻轉機構10的工作原理類似於翻蓋手機的翻蓋動作原理。至於上電極板3自身的結構、上電極板3向基座2的輸氣方式、以及氣源向上電極板3的輸氣方式，可以採用第2圖至第7圖採用旋轉方式的實施例中所示的結構及方式，在此不再贅述。
如第10圖和第11圖所示，本實施例提供的製程腔室包括：腔體1、基座2、上電極板3、諸如滑軌111的平移機構以及熱源13，且在腔體1的側壁上設置有與其連通的第一子腔體11，滑軌111由腔體1的內部延伸至第一子腔體11，上電極板3可在滑軌111上滑動，以便由預清洗製程位置移動至去氣製程位置或者由去氣製程位置移動至預清洗製程位置，當上電極板3處於預清洗製程位置時，上電極板3位於熱源13和基座2之間，即，上電極板3與基座區域直接相對，以借助來自上電極板3的輸氣通道的製程氣體對待處理工件8進行預清洗製程；當上電極板3處於去氣製程位置時，上電極板3偏離於基座區域，熱源13與基座區域直接相對，以對待處理工件8進行去氣製程。
在實際應用中，滑軌111的工作原理類似於滑蓋手機的滑蓋動作原理，在實際應用中，上電極板3的位置變換例如可以採用牽引的方式或者牽引與彈簧組合的方式等。當採用牽引的方式時，例如可以在上電極板3左右兩側各設置一個定滑輪，一根牽引繩（左側牽引繩）與上電極板3的左側相連並繞過左側的定滑輪而沿著支撐機構112延伸至腔體1的外部，另一根牽引繩（右側牽引繩）與上電極板3的右側相連並繞過右側的定滑輪而沿著支撐機構112延伸至腔體1的外部。實際應用中，可根據製程要求，拉動左側牽引繩而使上電極板3沿滑軌111向左側移動至預清洗製程位置；拉動右側牽引繩而使上電極板3沿滑軌111向右側移動至去氣製程位置。當採用牽引與彈簧的組合方式時，例如，可以在上電極板3左側設置一個定滑輪，一根牽引繩（左側牽引繩）與上電極板3的左側相連並繞過左側的定滑輪而沿著支撐機構112延伸至腔體1的外部，在上電極板3右側設置一個彈簧，該彈簧的一端固定於上電極板3的右端面，另一端固定於滑軌111的右側面或者固定於第一子腔體11的側壁上，且該彈簧處於自由長度時，其可以使上電極板3處於去氣製程位置，並且通過拉動牽引繩可以帶動上電極板3將彈簧拉伸並使上電極板3處於預清洗製程位置。
至於上電極板3自身的結構、上電極板3向基座2的輸氣方式、以及氣源向上電極板3的輸氣方式，可以採用第2圖至第7圖採用旋轉方式的實施例中所示的結構及方式，在此不再贅述。當然可以理解的是，支撐機構112可以用於支撐滑軌111和上電極板3，也可以作為氣源向上電極板3的輸氣的通道載體。
需要指出的是，在實際應用中，可以不設置第一子腔體11而將腔體1設置得足夠大，以便能夠容納上電極板3的預清洗位置和去氣製程位置。
作為另一個方面，本發明還提供了一種半導體處理裝置，包括本發明上述任一種實施方式提供的製程腔室。
本發明提供的半導體處理裝置，包括本發明前述實施例提供的製程腔室，其中的上電極板3的位置可根據製程要求而在預清洗製程位置和去氣製程位置之間變動，即，在上電極板3處於去氣製程位置時，上電極板3偏離於基座2的區域，以對待處理工件進行去氣製程；在上電極板3處於預清洗製程位置時，上電極板3與基座2的區域直接相對，借助帶有輸氣通道的上電極板3而將製程氣體直接輸送至基座2的上方以進行預清洗製程。由於在預清洗製程時，製程氣體不是由腔室的下部區域進入腔室，因此其不會被位於腔室下方的真空幫浦直接抽走，因而無需補充大量的製程氣體來保持電漿的激發狀態，因此，本發明提供的半導體處理裝置可提高製程氣體的利用率，減少製程氣體的消耗和浪費。此外，通過上電極板3的輸氣通道輸出的製程氣體到達待處理工件的路徑長度基本一致，因此，利用本發明的半導體處理裝置進行製程，製程氣體激發產生的電漿能量基本均勻，在待處理工件8的上方區域中的電漿穩定，從而可提高預清洗的效果。
雖然已經通過例子對本發明的一些特定實施例進行了詳細說明，但是本領域的技術人員應該理解，以上例子僅是為了進行說明，而不是為了限制本發明的範圍。本領域的技術人員應該理解，可在不脫離本發明的範圍和精神的情況下，對以上實施例進行修改。本發明的範圍由所附申請專利範圍來限定。
1、1′‧‧‧腔體
2、3′‧‧‧基座
2′‧‧‧車庫
3‧‧‧上電極板
4‧‧‧連接軸
4′‧‧‧電極板
5、6′‧‧‧旋轉機構
6‧‧‧進氣管
7‧‧‧水平調節機構
7′、8‧‧‧待處理工件
10‧‧‧翻轉機構
11‧‧‧第一子腔體
11′、311‧‧‧進氣口
12‧‧‧第二子腔體
12′、313‧‧‧出氣口
13‧‧‧熱源
13′‧‧‧加熱燈泡
31‧‧‧電極板主體
32‧‧‧電極勻流板
33‧‧‧勻流腔
34‧‧‧調節件
41‧‧‧第一進氣通道
51‧‧‧擺動氣缸
52‧‧‧聯軸器
53‧‧‧旋轉軸
71‧‧‧調節桿
72‧‧‧連接板
73‧‧‧伸縮管
111‧‧‧滑軌
112‧‧‧支撐機構
131‧‧‧開口
312‧‧‧氣流通道
321‧‧‧勻流孔
531‧‧‧第二進氣通道
第1圖為現有製程腔室剖面圖的示意圖； 第2圖為本發明一種實施方式的製程腔室的剖面圖； 第3圖為本發明一種實施方式的上電極板的剖面圖； 第4圖為本發明一種實施方式的製程腔室的上電極板、連接軸、旋轉機構和進氣管連接的立體圖； 第5圖為表示本發明一種實施方式提供的製程腔室中的上電極板、連接軸、旋轉機構和進氣管的連接關係的剖面圖； 第6圖為本發明一種實施方式中的上電極板的剖面圖； 第7圖為本發明一種實施方式中的水平調節機構的剖面圖； 第8圖示出了翻轉方式的上電極板處於預清洗製程位置時的狀態圖； 第9圖示出了翻轉方式的上電極板處於去氣製程位置時的狀態圖； 第10圖示出了平移方式的上電極板處於預清洗製程位置時的狀態圖； 第11圖示出了平移方式的上電極板處於去氣製程位置時的狀態圖。

Claims (15)

  1. 一種製程腔室，該製程腔室用於對一待處理工件進行去氣和預清洗，該腔室包括：一腔體、一上電極板、一設置於該腔體內頂部的熱源、一設置於該腔體內底部的基座，該基座用於承載該待處理工件；其中，該熱源與該基座區域相對設置；其特徵在於， 該上電極板中設置有輸氣通道且該上電極板的位置能在預清洗製程位置和去氣製程位置之間移動；其中 在該上電極板處於該預清洗製程位置的情況下，該上電極板位於該熱源和該基座之間，該上電極板與該基座區域直接相對，以借助來自該輸氣通道的製程氣體對該待處理工件進行預清洗製程； 在該上電極板處於該去氣製程位置的情況下，該上電極板偏離於該基座區域，該熱源與該基座區域直接相對，以對該待處理工件進行去氣製程。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的製程腔室，其特徵在於，該上電極板包括一電極板主體； 該電極板主體上設有一進氣口、一氣流通道和一出氣口，且該氣流通道連通該進氣口和該出氣口； 該製程氣體自該進氣口進入該氣流通道，並自該出氣口流出該電極板主體。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述的製程腔室，其特徵在於，該電極板主體為一圓盤形； 該氣流通道設置在該電極板主體的內部； 該進氣口設置於該電極板主體沿厚度方向的側壁上； 該出氣口設置於該電極板主體的與該基座相對的表面上。
  4. 根據申請專利範圍第2項所述的製程腔室，其特徵在於，該上電極板還包括一電極勻流板，該電極勻流板上設置有一勻流孔； 該電極勻流板設置於該電極板主體的下方，其在該電極板主體下表面上的正投影覆蓋住該出氣口； 該電極勻流板和該電極板主體之間形成一勻流腔，該製程氣體自該出氣口進入該勻流腔，並經該勻流孔輸送至該基座區域的上方。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述的製程腔室，其特徵在於，該上電極板還包括一調節件，該調節件設置於該電極板主體和該電極勻流板之間，用於調節該電極板主體和該電極勻流板之間的距離； 該電極板主體、該調節件和該電極勻流板構成該勻流腔。
  6. 根據申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的製程腔室，其特徵在於，該製程腔室還包括一翻轉機構，其與該上電極板連接，並通過翻轉動作而使該上電極板的位置在預清洗製程位置和去氣製程位置之間移動。
  7. 根據申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的製程腔室，其特徵在於，該製程腔室還包括一平移機構，其與該上電極板連接，並通過平移動作而使該上電極板的位置在預清洗製程位置和去氣製程位置之間移動。
  8. 根據申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的製程腔室，其特徵在於，該製程腔室還包括一連接軸和一旋轉機構； 該連接軸的一端與該上電極板固定連接，另一端與該旋轉機構連接，該旋轉機構驅動該連接軸帶動該上電極板旋轉； 該連接軸內設置有一第一進氣通道，該製程氣體經該第一進氣通道輸送至該上電極板。
  9. 根據申請專利範圍第8項所述的製程腔室，其特徵在於，該旋轉機構包括一擺動氣缸、一聯軸器和一旋轉軸，其中 該擺動氣缸通過該聯軸器與該旋轉軸的一端連接，該旋轉軸的另一端與該連接軸連接，該擺動氣缸驅動該旋轉軸帶動該連接軸轉動； 該旋轉軸內設置有一第二進氣通道，該第二進氣通道與該第一進氣通道連通。
  10. 根據申請專利範圍第9項所述的製程腔室，其特徵在於，該腔室還包括一進氣管，該進氣管設置在該旋轉機構的外部並與該第二進氣通道連通； 該製程氣體自該進氣管流經該第二進氣通道後輸入該第一進氣通道。
  11. 根據申請專利範圍第8項所述的製程腔室，其特徵在於，該連接軸位於該腔體內並穿過該腔體的底壁，該旋轉機構位於該腔體的底壁的外側； 在該底壁和該旋轉機構之間還設置有一水平調節機構，該水平調節機構用於調節該上電極板的水平度。
  12. 根據申請專利範圍第11項所述的製程腔室，其特徵在於，該水平調節機構包括複數調節桿和一連接板，其中， 該連接板設置於該底壁和該旋轉機構之間，並與該旋轉機構連接； 該連接軸穿過該連接板，該連接板與該底壁具有一定間距； 該調節桿的一端與該底壁固定連接，另一端穿過該連接板，且其穿過該連接板的長度可調； 通過調節該調節桿穿過該連接板的長度，調節該連接板的水平度，該調節板帶動該旋轉機構對該連接軸的垂直度進行調節，從而實現對該電極板的水平度進行調節。
  13. 根據申請專利範圍第12項所述的製程腔室，其特徵在於，該水平調節機構還包括一伸縮管； 該伸縮管套設於該連接軸外，且其第一端與該底壁密封連接，第二端與該連接板密封連接。
  14. 根據申請專利範圍第8項所述的製程腔室，其特徵在於，該腔體包括一第一子腔體和一第二子腔體，其中 該第一子腔體設置在該第二子腔體的側壁上，並與該第二子腔體連通；其中，該基座設置在該第二子腔體內；該上電極板的位置能在該第一子腔體和該第二子腔體之間變換； 當該上電極板移動至該第二子腔體中時，該上電極板處於該預清洗製程位置； 當該電極板移動至該第一子腔體中時，該上電極板處於該去氣製程位置。
  15. 一種半導體處理裝置，其特徵在於，包括申請專利範圍第1項至第12項中任一項該的製程腔室。
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