TWI737443B - 一種半導體處理設備及其排氣系統 - Google Patents

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Abstract

一種半導體處理設備及其排氣系統，透過在排氣系統的調節閥上方增設渦輪葉片來阻擋並抵消倒灌氣流，從而有效地抑制由渦輪泵倒灌的顆粒物進入半導體處理設備中的真空反應腔，防止真空反應腔受到污染，同時防止排氣速度降低，延長了半導體處理設備的使用壽命。

Description

一種半導體處理設備及其排氣系統
本發明涉及一種半導體處理設備及其排氣系統。
採用半導體處理設備來對半導體器件執行各種不同類型的處理，例如蝕刻、化學氣相沉積及灰化等。如圖1所示，在半導體處理設備中，通常包含真空反應腔1’，真空反應腔1’中設置有基座2’，靜電吸盤3’設置在基座2’上，晶圓4’放置在靜電吸盤3’上，真空反應腔1’中進一步設置有進氣裝置5’，進氣裝置5’連接外部的氣源6’，提供反應氣體進入真空反應腔1’，以實現對晶圓4’的處理，同時真空反應腔1’中進一步設置有排氣系統，排氣系統包含調節閥7’和渦輪泵8’，調節閥7’設置在排氣口9’處，用於控制真空反應腔1’中的氣體壓力，排氣系統在半導體製程過程中或結束後將真空反應腔1’內部的氣體以及反應生成物和副產物等顆粒物抽走，使真空反應腔1’內處於真空負壓狀態。
當調節閥7’在調節開口大小的時候會攪動氣流，排氣口9’處的氣壓突然變化，造成此時部分顆粒物不能被渦輪泵8’有效地抽走，而有倒灌的隱患，進而影響製程效果。另外在某些特殊情況下，例如渦輪泵8’的泵體出現故障時，若此時的調節閥7’尚未關閉，而渦輪泵8’內馬達的轉速已經開始下降，將導致調節閥7’下游的壓力上升，當下游壓力大於真空反應腔1’的腔體內部壓力時，在真空反應腔1’和渦輪泵8’之間積聚的大量顆粒物將迅速返流倒灌回真空反應腔1’，導致真空反應腔1’腔體內嚴重污染，甚至會將進氣裝置5’的噴淋頭的噴氣孔堵塞。清洗受污染的真空反應腔1’，並更換進氣裝置5’等部件至少耗時兩周，這樣造成長時間的生產停滯，產生巨額經濟損失。
本發明提供一種半導體處理設備及其排氣系統，可以有效地抑制由渦輪泵倒灌的顆粒物進入半導體處理設備中的真空反應腔，防止真空反應腔受到污染，同時防止排氣速度降低，延長了半導體處理設備的使用壽命。
為了達到上述目的，本發明提供一種用於半導體處理設備的排氣系統，排氣系統連接半導體處理設備中的真空反應腔的排氣口，且排氣系統包含：調節閥、渦輪泵及渦輪葉片；調節閥設置在真空反應腔的排氣口處，用於調節真空反應腔中的氣體壓力；渦輪泵設置在調節閥下方，將真空反應腔中的反應氣體和生成的顆粒物抽走；渦輪葉片設置在真空反應腔的排氣口處，位於調節閥上方，用於防止顆粒物倒灌。
較佳地，渦輪葉片包含旋轉軸和連接旋轉軸的至少三個旋轉葉片，且旋轉葉片可繞旋轉軸進行自由旋轉。
較佳地，渦輪葉片的旋轉葉片的傾斜方向與渦輪泵的旋轉葉片的傾斜方向相同。
較佳地，渦輪葉片的直徑與真空反應腔的排氣口的直徑相匹配。
較佳地，渦輪葉片透過連接裝置固定設置在真空反應腔的排氣口處。
較佳地，連接裝置係為環形圈，環形圈固定在排氣口處的腔壁上，渦輪葉片的旋轉軸連接環形圈。
較佳地，連接裝置係為連接杆，連接杆固定在排氣口處的腔壁上，或者固定在真空反應腔的側壁上，渦輪葉片的旋轉軸連接連接杆。
本發明進一步提供一種半導體處理設備，半導體處理設備包含真空反應腔，真空反應腔中設置有基座，靜電吸盤設置在基座上，晶圓放置在靜電吸盤上，真空反應腔中進一步設置有進氣裝置，進氣裝置連接外部的氣源，提供反應氣體進入真空反應腔，以實現對晶圓的處理，真空反應腔中進一步設置有排氣系統，用於在半導體製程結束後將真空反應腔內部的反應氣體和生成的顆粒物抽走，使真空反應腔內處於真空負壓狀態。
本發明透過在排氣系統的調節閥上方增設渦輪葉片來阻擋並抵消倒灌氣流，從而有效地抑制由渦輪泵倒灌的顆粒物進入半導體處理設備中的真空反應腔，防止真空反應腔受到污染，同時防止排氣速度降低，延長了半導體處理設備的使用壽命。
在下文中，將根據圖2至圖5具體說明本發明的較佳實施例。
如圖2所示，本發明提供一種半導體處理設備，半導體處理設備包含一個真空反應腔1，真空反應腔1中設置有基座2，靜電吸盤3設置在基座2上，晶圓4放置在靜電吸盤3上，真空反應腔1中進一步設置有進氣裝置5，進氣裝置5連接外部的氣源6，提供反應氣體進入真空反應腔1，以實現對晶圓4的處理，同時真空反應腔1中進一步設置有排氣系統，用於在半導體製程結束後將真空反應腔1內部的氣體以及反應生成物和副產物等灰塵顆粒物抽走，使真空反應腔1內處於真空負壓狀態。
真空反應腔1可以是化學氣相沉積反應腔，對晶圓4進行化學氣相沉積製程。此時的真空反應腔1內進一步設置有晶圓加熱裝置（圖中未顯示），用於加熱晶圓4。反應氣體從進氣裝置5進入真空反應腔1，從晶圓4表面流過，並沉積到晶圓4表面，製程過程中或結束後，排氣系統將反應生成物和副產物等顆粒物抽走，恢復真空反應腔1的真空狀態。
真空反應腔1可以進一步是電漿蝕刻反應腔，對晶圓4進行蝕刻製程。
如果真空反應腔1是電容耦合電漿蝕刻反應腔，則真空反應腔1的頂壁可以作為上電極，靜電吸盤3作為下電極，通常設置射頻功率源施加至下電極，用來將上下電極間的反應氣體激發為電漿。反應氣體從進氣裝置5進入真空反應腔1，並且被激發為電漿，電漿對晶圓4進行蝕刻處理，製程結束後，排氣系統將反應生成物和副產物等顆粒物抽走，恢復真空反應腔1的真空狀態。
如果真空反應腔1是電感耦合電漿蝕刻反應腔，則真空反應腔1的頂部設置有電感耦合線圈（圖中未顯示），射頻功率源向電感耦合線圈提供射頻能量，使得電感耦合線圈產生磁場，反應氣體從進氣裝置5進入真空反應腔1，反應氣體被磁場電離為電漿，電漿對晶圓4進行蝕刻處理，製程結束後，排氣系統將反應生成物和副產物等顆粒物抽走，恢復真空反應腔1的真空狀態。
真空反應腔1可以進一步是光刻膠去除反應腔，對晶圓4進行灰化處理。此時的真空反應腔1上進一步設置有氧原子發生器（圖中未顯示），電漿從進氣裝置5進入真空反應腔1，氧原子發生器利用電漿將含氧的反應氣體解離為氧原子，使用氧原子去除晶圓4上的光刻膠，光刻膠被氧化成氣體，然後透過排氣系統被排出真空反應腔1。
如圖2所示，排氣系統包含調節閥7和渦輪泵8，調節閥7設置在真空反應腔1的排氣口9處，用於調節真空反應腔1中的氣體壓力，渦輪泵8設置在調節閥7下方，將反應生成物和副產物等顆粒物抽走，恢復真空反應腔1的真空狀態。排氣系統進一步包含渦輪葉片10，其設置在真空反應腔1的排氣口9處，位於調節閥7上方，用於防止顆粒物倒灌。渦輪葉片10透過連接裝置固定設置在真空反應腔1的排氣口9處。當渦輪泵8運作時，氣流從真空反應腔1流向腔外，氣流能帶動渦輪葉片10自由旋轉。如圖3所示，連接裝置可以是環形圈11，環形圈11固定在排氣口9處的腔壁上，渦輪葉片10的旋轉軸連接環形圈11，渦輪葉片10可自由旋轉。或者，如圖4所示，連接裝置可以是連接杆12，連接杆12可以固定在排氣口9處的腔壁上，或者固定在真空反應腔1的側壁上，連接杆12可以連接渦輪葉片10的旋轉軸，從而不會妨礙渦輪葉片10的自由旋轉。
當調節閥7調小開口時，由於調節閥7的上下壓差的不同，會出現瞬時的反應生成物和副產物等顆粒物的倒灌。這種倒灌氣流從渦輪泵8朝向真空反應腔1，與渦輪泵8產生的抽走顆粒物的排氣氣流方向相反。一方面，設置在調節閥7上方的渦輪葉片10自身可以阻擋倒灌氣流中的顆粒物。另一方面，由於渦輪葉片10在調節閥7調小之前正在自由旋轉，所以其產生的向下氣流會抵消倒灌氣流，進一步阻礙倒灌氣流中的顆粒物進入真空反應腔1。
進一步，如圖5所示，渦輪葉片10的旋轉軸10-1與連接裝置固定，多個旋轉葉片10-2可繞旋轉軸10-1進行自由旋轉。旋轉葉片10-2的數量為至少三個，旋轉葉片10-2的傾斜方向與渦輪泵8的葉片的傾斜方向相同。
為了更好地阻擋倒灌的顆粒物，渦輪葉片10的直徑應該與真空反應腔1的排氣口9的直徑相等或者略小於排氣口9的直徑，以便使渦輪葉片10的旋轉更加靈敏。
渦輪葉片10上的旋轉葉片10-2的數量，以及旋轉葉片10-2的傾斜角度，可以根據渦輪泵8的功率和渦輪葉片10的設置位置（例如，渦輪葉片10與調節閥7的距離）來進行調節。
本發明透過在排氣系統的調節閥上方增設渦輪葉片來阻擋並抵消倒灌氣流，從而有效地抑制由渦輪泵倒灌的顆粒物進入半導體處理設備中的真空反應腔，防止真空反應腔受到污染，同時防止排氣速度降低，延長了半導體處理設備的使用壽命。
儘管本發明的內容已經透過上述較佳實施例作了詳細書名，但應當認識到上述的說明不應被認為是對本發明的限制。在本領域具有通常知識者閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。
1,1’:真空反應腔 2,2’:基座 3,3’:靜電吸盤 4,4’:晶圓 5,5’:進氣裝置 6,6’:氣源 7,7’:調節閥 8,8’:渦輪泵 9,9’:排氣口 10,10’:渦輪葉片 10-1:旋轉軸 10-2:旋轉葉片 11:環形圈 12:連接杆
圖1係為先前技術中半導體處理設備的結構示意圖； 圖2係為本發明提供的一種半導體處理設備的結構示意圖； 圖3和圖4係為半導體處理設備中排氣系統的放大示意圖；以及 圖5係為渦輪葉片的示意圖。
1:真空反應腔
2:基座
3:靜電吸盤
4:晶圓
5:進氣裝置
6:氣源
7:調節閥
8:渦輪泵
9:排氣口
10:渦輪葉片

Claims (8)

  1. 一種用於半導體處理設備的排氣系統，該排氣系統連接該半導體處理設備中的一真空反應腔的一排氣口，其中該排氣系統包含：一調節閥、一渦輪泵以及一渦輪葉片； 該調節閥設置在該真空反應腔的該排氣口處，用於調節該真空反應腔中的氣體壓力； 該渦輪泵設置在該調節閥下方，將該真空反應腔中的反應氣體和生成的顆粒物抽走； 該渦輪葉片設置在該真空反應腔的該排氣口處，位於該調節閥上方，用於防止顆粒物倒灌。
  2. 如請求項1所述的排氣系統，其中該渦輪葉片包含一旋轉軸和連接該旋轉軸的至少三個旋轉葉片，該至少三個旋轉葉片可繞該旋轉軸進行自由旋轉。
  3. 如請求項2所述的排氣系統，其中該渦輪葉片的該旋轉葉片的傾斜方向與該渦輪泵的該旋轉葉片的傾斜方向相同。
  4. 如請求項1所述的排氣系統，其中該渦輪葉片的直徑與該真空反應腔的該排氣口的直徑相匹配。
  5. 如請求項2所述的排氣系統，其中該渦輪葉片透過一連接裝置固定設置在該真空反應腔的該排氣口處。
  6. 如請求項5所述的排氣系統，其中該連接裝置係為一環形圈，該環形圈固定在該排氣口處的腔壁上，該渦輪葉片的該旋轉軸連接該環形圈。
  7. 如請求項5所述的排氣系統，其中該連接裝置係為一連接杆，該連接杆固定在該排氣口處的腔壁上，或者固定在該真空反應腔的側壁上，該渦輪葉片的該旋轉軸連接該連接杆。
  8. 一種半導體處理設備，其中該半導體處理設備包含一真空反應腔，該真空反應腔中設置有一基座，一靜電吸盤設置在該基座上，一晶圓放置在該靜電吸盤上，該真空反應腔中進一步設置有一進氣裝置，該進氣裝置連接外部的氣源，提供反應氣體進入該真空反應腔，以實現對該晶圓的處理，該真空反應腔中進一步設置有如請求項1項至第7項中的任意一項所述的排氣系統，用於在半導體製程結束後將該真空反應腔內部的反應氣體和生成的顆粒物抽走，使該真空反應腔內處於真空負壓狀態。
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