本发明涉及一种配备有对用于加工晶圆等基板的真空腔体进行标准化的腔体单元的半导体工程装置。
背景技术：
为了执行用于在半导体晶圆(wafer)的表面形成精细图案的表面处理而使用的半导体工程装置，能够分为用于形成在光罩上所设计的图形的光刻(Photo)工程装置、用于去除晶圆上的图形薄膜的蚀刻(etching)工程装置、用于在晶圆上层叠形成图形薄膜的沉积(Deposition)工程装置等。
用于执行不同工程的半导体工程装置所具有的共同点在于，都需要配备用于对晶圆进行加工的腔体、用于在腔体内形成真空的真空模块、用于对投入到腔体内部的晶圆进行支撑的卡盘模块、用于对上述各个模块进行整体支撑的框架模块、用于向真空腔体的内部供应气体的气体供应模块、用于形成蚀刻或沉积所需能量的等离子体或微波的能量源模块。
半导体工程装置由日本的TEL(Tokyo electron)公司、美国的LRC(Lam Research)公司、美国的AMT(Applied Materials)公司等进行开发。
上述各个公司的系统特征各不相同，而且装置的特性也会根据所执行工程而有所不同，即使是在用于执行相同工程的情况下也会根据装置的制造公司而采用不同的结构，甚至于相同制造公司的装置也并没有实现标准化。首先，当工程技术从20纳米(nano)工程升级到10纳米(nano)工程时，需要引进完全不同的全新装置。虽然国际半导体协会正在推行Semi标准，但是并没有对半导体工程装置整体进行标准化。
例如，在对半导体工厂进行扩建或在工程技术发生变化时，需要对按照现有的工程进行定制化设计的蚀刻工程腔体进行大规模的改动或再次购买全新的工程装置。
例如，即使是同样适用于蚀刻工程，也具有介电薄膜的蚀刻工程装置与导电薄膜的蚀刻工程装置之间的兼容性非常低的问题。
而且，为了对卡盘单元进行维护保养而使卡盘单元外露时，需要在拆下连接到腔体中的所有模块之后，由作业人员从腔体的上侧插入工具并对卡盘单元进行保养，因此会导致对腔体内部模块的维护保养非常困难的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于解决上述现有问题而提供一种配备有通过模块化设计而实现标准化的腔体单元的半导体工程装置。
本发明的目的在于确保用于执行相同工程或类似工程的半导体工程装置的兼容性，从而提供能够轻易地移植到其他工程装置中的具有扩展性的工程装置。
通过本发明，能够通过导入用于实现标准化的模块(Module)设计概念，从而只需要更换构成半导体工程装置的几个模块(Module)，即可实时地将其用于执行其他工程。此外，还能够在蚀刻工程装置中，将用于对介电薄膜进行蚀刻的装置实时地转换成用于对导电薄膜进行蚀刻的装置。
通过本发明，能够轻易地将蚀刻工程装置转换成沉积工程装置，甚至于在沉积工程装置中也能够根据不同的工程需求轻易地转换成多种不同类型的沉积工程装置。
本发明能够通过适用标准化的腔体单元，摆脱制造公司之间的差异限制，在装置的生产、适用、维护、保养、升级等方面实现实时性和高效化。
适用本发明的半导体工程装置，能够包括：卡盘单元，用于安置基板；以及，腔体单元，用于收容上述卡盘单元，且形成有用于对上述基板进行加工的内部空间。
作为一实施例，上述腔体单元能够以分割面为基准被分割成第1腔体部以及第2腔体部，当上述第1腔体部以及上述第2腔体部在上述分割面上相互紧贴时能够对上述腔体单元的内部空间进行密封，而当上述第1腔体部以及上述第2腔体部相互分离时能够使上述腔体单元的内部空间以及上述卡盘单元外露。
作为一实施例，当第1腔体部以及上述第2腔体部在分割面上相互紧贴时对上述腔体单元的内部空间进行密封，而当上述第1腔体部以及上述第2腔体部相互分离时使上述腔体单元的内部空间以及上述卡盘单元外露。
作为一实施例，在上述腔体单元的一侧面配备有用于对上述基板进行传送的基板出入口，在上述腔体单元的上侧配备有与用于提供对上述基板进行加工时所需要的能量的上部单元连接的上部开口部，在上述腔体单元的下侧配备有被用于形成真空的下部单元覆盖的下部开口部，上述分割面位于从上述基板出入口、上述上部开口部以及上述下部开口部中选择的某两个之间。
作为一实施例，当定义假想的3轴直角坐标系时，在上述第1腔体部以及上述第2腔体部结合的状态下，上述腔体单元将沿着上述3轴的各个方向对6面进行密封，而上述分割面对上述6面中的4面进行分割。
作为一实施例，当从侧面观察上述腔体单元时，上述分割面沿着对角线方向对上述腔体单元进行分割。
作为一实施例，上述分割面能够具有从上述下部开口部的上侧开始到达上述上部开口部的下侧的上向倾斜度，或具有从上述上部开口部的下侧开始到上述下部开口部的上侧的下向倾斜度。
作为一实施例，当将与上述基板出入口相向的上述上部开口部的一端与上述基板出入口之间的区间定义为第1区间，将与上述基板出入口相向的上述下部开口部的一端与上述基板出入口之间的区间定义为第2区间，将上述上部开口部的另一端与上述下部开口部的另一端之间的区间定义为第3区间时，上述第1腔体部和上述第2腔体部采用以在侧面上贯通上述内部空间的假想线作为基准相互分离的方式形成，上述假想线的一端能够形成于上述第1区间、上述第2区间、上述第3区间中的某一个区间，而上述假想线的另一端能够形成于上述第1区间、上述第2区间、上述第3区间中的剩余的某一个空间。
作为一实施例，上述假想线能够对上述第1空间和上述第3区间的下侧进行连接，或对上述第2区间和上述第3区间的上侧进行连接。
通过本发明，用于形成对基板进行工程处理所需的内部空间的腔体单元是由2个腔体部的结合而实现。借此，能够通过使2个腔体部相互分离而使得腔体单元的内部开放，从而能够方便地对配置在腔体单元的内部空间中的卡盘单元等进行维护保养。
本发明采取即使是在没有拆下连接到腔体中的所有模块的状态下也能够使腔体的内部空间开放的能够对腔体的一部分进行分离的结构。借此，只需要对腔体的一部分进行滑动或旋转，即可使腔体的内部空间开放并使卡盘单元外露，从而能够方便地对装置进行维护保养。
此外，只需要更换腔体单元内部的卡盘单元就能够转换成其他工程装置。在保留安装在某一个腔体部中的原有的气体供应模块、真空模块等的状态下，只需要更换另一个腔体部以及安装在上述另一个腔体部中的卡盘单元就能够转换成其他工程装置。
在保留原有的气体供应模块、真空模块等的状态下，能够将特定的腔体单元整体更换到其他工程用的腔体单元中。
在对安装有真空模块的第1腔体部进行固定的状态下，只需要对第2腔体部以及卡盘单元进行同时或独立更换就能够转换成其他工程装置。
本发明并不需要对半导体工程装置的整体进行更换，只需要对第1腔体部以及第2腔体部进行拆装就能够转换成其他工程装置，因此能够实现标准化。
通过本发明，能够在对2个腔体部进行拆装时采用铰链结构或滑动结构，从而确保2个腔体部实现准确的对齐。能够提升配置在腔体单元的内部空间中的基板的加工均匀性并提升晶圆的收率。
附图说明
图1是对适用本发明的半导体工程装置进行图示的概要图。
图2是对适用本发明的腔体单元进行图示的概要图。
图3是对适用本发明的半导体工程装置进行图示的概要图。
图4是对适用本发明的腔体单元进行图示的斜视图。
图5是对适用本发明的腔体单元进行图示的另一斜视图。
图6是对适用本发明的腔体单元的分割线进行图示的概要图。
图7是对适用本发明的腔体单元中所形成的开口部进行图示的概要图。
符号说明
100－腔体单元，109－内部空间，101－基板出入口，110－第1腔体部，111－上部开口部，120－第2腔体部，121－下部开口部，125－分割面，130－铰链部，131－第1铰链部，132－第2铰链部，133－转动轴，141－腔体开口部，151－上部O形环，152－下部O形环，153－腔体O形环，170－连接部，200－卡盘单元，210－升降销，220－冷却流路，230－直流电极，240－高频电极，250－热传导气体流路，300－传送腔体，310－传送机器人，330－闸式阀，400－上部单元，410－天线，430－旋转轴，450－电机，470－高频电源，490－覆盖板，500－下部单元，509－排气口，510－连接管，520－排气阀，530－泵。
具体实施方式
接下来，将结合附图对适用本发明的实施例进行详细的说明。在此过程中，为了说明的明确和便利，可能会对附图中所图示的构成要素的大小或形状等进行夸张图示。此外，在考虑到本发明的过程以及作用的前提下做出特殊定义的术语，可能会因为应用者的意图或者惯例而有所不同。因此对于如上所述的术语，应以整个说明书中的内容为基础做出定义。
图1是对适用本发明的半导体工程装置进行图示的概要图。
适用本发明的半导体工程装置能够包括腔体单元(process chamber)100以及卡盘单元200。
卡盘单元200能够被配置在腔体单元100的内部空间109中。卡盘单元200能够对利用等离子体进行加工的基板进行支撑。
在内部空间109的上侧能够配备被上部单元400覆盖的上部开口部111。在内部空间109的下侧能够配备被下部单元500覆盖的下部开口部121。
在上部单元400的内部空间109中能够配备用于生成等离子体的等离子体源。等离子体源能够采用平行平板形态的等离子体方式即电容耦合等离子体(capacitive coupling Plasma，CCP)、利用天线410进行诱导的感应耦合等离子体(Inductive coupling Plasma,ICP)方式以及螺旋波(Helicon)等离子体方式等。
作为对基板进行加工时所需要的能量，以等离子体为例，能够利用上部单元400形成。由上部单元400生成的能量除了等离子体之外，还可以是如离子束、微波等任意形态。
作为一实例，在如图1所示的半导体工程装置中能够配备ICP方式的等离子体源。在等离子体源中能够配备天线410。
当加载高频电力时，天线410能够在内部空间109形成激发等离子体的电磁场。
在上部单元400中能够配备对内部空间109的上部开口部111进行覆盖的覆盖板490。覆盖板490能够被介于天线410和内部空间109之间。对上部开口部111进行覆盖的覆盖板490能够构成用于形成等离子体的内部空间109的上侧壁。天线410能够被配置在通过覆盖板490与内部空间109隔离的外部。在覆盖板490中能够包含如石英等电介质材质。
天线410能够以与基板正交的旋转轴430为旋转中心进行旋转。作为一实例，在上部单元中能够配备与基板正交的旋转轴430以及用于驱动旋转轴430进行旋转的电机450。当旋转轴430在电机450的作用下进行旋转时，天线410能够相对于被固定的腔体单元100进行物理性的旋转运动。
在上部单元400中能够配备用于生成加载到天线410中的高频电力的高频电源470。
为了保持内部空间109的气密性，在腔体单元100和上部单元400之间能够配置闭合形成的上部O形环151。
在对腔体单元100或卡盘单元200进行维护保养时，能够从上部开口部111拆下上部单元400。
图2是对适用本发明的腔体单元100进行图示的概要图。
即使是在从腔体单元100拆下上部单元400的情况下，卡盘单元200仍将保持留在内部空间109的内部的状态。因此，可能难以确保用于对卡盘单元200或内部空间109进行维护保养时所需要的足够的作业空间。
在本发明中为了确保足够的作业空间，腔体单元100能够包括可拆卸的第1腔体部110以及第2腔体部120。
第1腔体部110和第2腔体部120能够沿着横穿内部空间109的假想面或假想线L相互分离或结合。借此，当第1腔体部110与第2腔体部120相互结合时，能够形成用于对基板进行加工的内部空间109。而当第1腔体部110与第2腔体部120相互分离时，则能够使内部空间109开放并使卡盘单元200裸露在外部。因此，当第1腔体部110与第2腔体部120相互分离时，能够确保对内部空间109或卡盘单元200进行维护保养时所需要的足够的作业空间。
在对第1腔体部110与第2腔体部120进行分离时，使其中的一个被固定而另一个发生移动为宜。这是因为腔体单元100处于与配备有传送机器人310的传送腔体300连接的状态。因此，当第2腔体部120与传送腔体300连接的情况下，使第2腔体部120被固定并通过第1腔体部110的移动而完成结合或分离为宜。此时，卡盘单元200能够被连接到第1腔体部110。
当第1腔体部110与第2腔体部120相互分离时，卡盘单元200能够与第1腔体部110一起移动。借此，能够将卡盘单元200移出到腔体单元100的外部。
相当于第1腔体部110与第2腔体部120的分割面125的腔体单元100的分割面，能够采用不对基板出入口101、上部开口部111以及下部开口部121进行分割的状态。这是因为，当基板出入口101、上部开口部111以及下部开口部121被分割时，将难以保持第1腔体部110与第2腔体部120相互结合时的内部空间109的气密性。因此，腔体单元100的分割面采用便于保持内部空间109的气密性的形态为宜。
第1侧面部110与第2侧面部120能够采用以在侧面上贯通内部空间109的假想线L作为基准相互分离的方式形成。
假想线能够包括从基板出入口101的上侧与上部开口部111之间延长到内部空间109的另一侧面的对角线。具体来讲，假想线的基板出入口101一侧的一端能够形成于卡盘单元200的中心的上方，而假想线的另一端能够形成于卡盘单元200的中心的下方。通过如上所述的假想线，当基板出入口101形成于第2腔体部120中时，能够在不对基板出入口101、上部开口部111以及下部开口部121造成破坏的情况下对腔体单元100进行分割。
此外，当第1腔体部110相对于因为基板出入口101而对其位置进行固定的第2腔体部120进行移动时，在第1腔体部110中能够配备用于连接卡盘单元200的足够的连接区域。在本实施例中，能够使第1腔体部110占据腔体单元100或内部空间109中的一半以上。借此，能够轻易地将配备有各种部件的卡盘单元200连接到第1腔体部110中。在卡盘单元200中，能够连接可供冷却水流动的冷却管、可供热传导气体流动的气体管、可供直流电力流动的第1电缆以及可供高频电力流动的第2电缆等。第1腔体部110和卡盘单元200能够通过管状形状的连接部170进行连接。此时，冷却管、气体管、第1电缆以及第2电缆等能够被安装在连接部170的内部。
目前，能够到达卡盘单元200中的通道只有连接部170，且因为连接部170的位置被固定，因此只能通过将工具插入到连接部170中而进行维护保养作业。但是在奔放中，因为能够使卡盘单元200裸露在外部，因此不需要通过连接部170就能够对卡盘单元200进行维护保养作业。而且，因为能够通过对第1腔体部110进行转动或滑动而移动连接部170的位置，因此还能够在便于作业人员操作的位置通过连接部170进行维护保养作业。
第2腔体部120的位置能够相对于传送机器人进行固定。第1腔体部110可采用能够相对于第2腔体部120进行移动的方式形成。当第1腔体部110移动并与第2腔体部120结合时，被连接到第1腔体部110中的卡盘单元200能够以上部单元400或基板出入口101为基准被对齐到所设定的位置。
但是，在对第1腔体部110与第2腔体部120进行结合时，相对于上部单元400或基板出入口101的卡盘单元200的对齐位置可能会偏离初始的设定位置。而当偏离初始的设定位置时，可能难以对基板实现均匀的等离子体加工(蚀刻、洗涤、沉积)。
为了将卡盘单元200的位置准确地对齐到初始的设定位置，需要使第1腔体部110与第2腔体部120相互对齐。当对相互分离的2个部件再次进行结合时，分割面125的长度或者面积越大就能够实现越精确的对齐作业。在本发明中，相当于第1腔体部110与第2腔体部120之间的分割面125的假想线L能够采用对角线形态。因为能够使假想线L的长度最大化，因此能够改善相互结合时的第1腔体部110与第2腔体部120之间的对齐精度，并进一步确保使卡盘单元200被配置在初始的设定位置。
当对第1腔体部110以及第2腔体部120进行相互分离时，分割面125的外缘能够形成闭合曲线。上述闭合曲线能够是圆形或者椭圆形。而对分割面125的缝隙进行密封的气密部也能够采用圆形的环或椭圆形的环。腔体O形环153是介于第1腔体部110与第2腔体部120之间的气密部的一个实例。
图3是对半导体工程装置进行图示的概要图。
对内部空间109的下部开口部121进行覆盖的下部单元500能够在腔体单元100的内部空间109形成真空。在下部单元500中能够配备用于将内部空间109内部的气体排出到外部的排出部。
作为一实例，在排出部中能够配备用于吸入内部空间109中的气体并将其排出到外部的泵530，以及介于泵530与内部空间109之间并对气体的流路进行开闭的排气阀520。在排气阀520与内部空间109之间能够配置连接管510。在连接管510中能够形成气体的排气口509。
在腔体单元100的一侧能够安装传送腔体(transfer chamber)300。在传送腔体300中能够安装用于对基板进行传送的传送机器人310。在腔体单元100与传送腔体300之间能够配置用于对内部空间109的基板出入口101进行开闭的闸式阀(gate valve)330。
在卡盘单元200中能够配备升降销210、冷却流路220以及热传导气体流路250。升降销210能够对基板进行升降。当基板被升降销210制成时，传送机器人310能够移动到传送腔体300。
在冷却流路220中流动的冷却水能够对因为等离子体加工而被加热的卡盘单元200进行冷却。热传导气体流路250能够将如氦气(He)等热传导气体供应到卡盘单元200的一侧面与基板之间。
在卡盘单元200中能够配备用于加载直流电力的直流电极230或用于加载高频电力的高频电极240。直流电极230能够生成向卡盘单元200的方向拉动基板的引力。高频电极240能够在内部空间109生成等离子体。
对于配备有升降销210、冷却流路220、热传导气体流路250、直流电极230、高频电极240等的复杂结构的卡盘单元200，必须进行维护保养作业。
在本发明中，因为安装有卡盘单元200的内部空间109被分割为多个，因此能够方便地对卡盘单元200进行维护保养作业。
图4是对适用本发明的腔体单元100进行图示的额斜视图，图5是对适用本发明的腔体单元100进行图示的另一斜视图。
第1腔体部110可采用能够以第2腔体部110为基准进行直线移动或转动的方式形成。
作为一实例，能够配备用于对第1腔体部110与第2腔体部120进行连接的铰链部130。在铰链部130中能够配备第1铰链部131、第2铰链部132以及转动轴133。第1铰链部131的一端能够被连接到第1腔体部110。第2铰链部132的一端能够被连接到第2腔体部120。
转动轴133用于对第1铰链部131的另一端与第2铰链部132的另一端进行连接，能够作为第1铰链部131与第2铰链部132的旋转中心。与各个铰链部连接的第1腔体部110与第2腔体部120能够以转动轴133为旋转中心进行转动。
为了便于对与第1腔体部110一起移动的卡盘单元200进行维护保养作业，第1腔体部110能够在设定的角度范围内进行转动。
作为一实例，第1腔体部110能够按照如图5所示的方式，使卡盘单元200的基板支撑面在朝向腔体单元100的侧面的角度范围内进行转动。卡盘单元200的基板支撑面在卡盘单元200被配置到内部空间109的内部时，能够作为卡盘单元200的上侧面。
为了便于作业，卡盘单元200的基板支撑面保持以地面为基准在80～90度的范围内倾斜的状态为宜。因此，第1腔体部110的最大转动角度的范围也被设定为80～90度范围内为宜。
在第1腔体部110与第2腔体部120相互结合时，应能够保持内部空间109的气密性。为了保持内部空间109的气密性，如何分割腔体单元100并形成第1腔体部110和第2腔体部120显得尤为重要。
在第1腔体部110和上部单元400之间，能够配置用于对上部开口部111进行密封的闭合形成的上部O形环151。上部O形环151是用于对内部空间109的上部开口部111进行密封的核心要素，因此不得被切断。因此，上部O形环151保持闭合的原始状态为宜。下部O形环152也是用于对内部空间109的下部开口部121与外部进行隔离的核心要素，因此保持闭合的环形状态为宜。
当假定横穿上部O形环151与下部O形环之间的假想线L时，第1腔体部110与第2腔体部120能够采用在侧面上以假想线L为基准进行分离的方式形成。当第1腔体部110与第2腔体部120沿着如图2所示的横穿上部O形环151与下部O形环152之间的假想线L相互分离时，上部O形环151与下部O形环152能够保持完整的状态。
此外，在内部空间109的一侧面能够形成可供用于对基板进行传送的传送机器人310出入的基板出入口101。此时，如果基板出入口101也被分割成多个，则将难以保持收容性气密效果。因此，基板出入口101也保持完整的状态而不受到第1腔体部110与第2腔体部的分割影响为宜。
图6是对腔体单元100的分割线进行图示的概要图。
将腔体单元100中与基板出入口101相向的上部开口部111的一端与基板出入口101之间的区间定义为第1区间①。
将腔体单元100中与基板出入口101相向的下部开口部121的一端与基板出入口101之间的区间定义为第2区间②。
将腔体单元100中上部开口部111的另一端与下部开口部121的另一端之间的区间定义为第3区间③。
第1侧面部110与第2侧面部120能够采用以在侧面上贯通内部空间109的假想线L作为基准相互分离的方式形成。
作为一实例，假想线L的一端能够形成于第1区间①、第2区间②、第3区间③中的某一个区间。而假想线L的另一端能够形成于第1区间①、第2区间②、第3区间③中的剩余的某一个区间。
在本实施例中，假想线L能够在规避用于对上部开口部111进行密封的上部O形环151、用于对下部开口部121进行密封的下部O形环152以及基板出入口101的状态下形成。借此，能够使下部O形环151、下部O形环152以及基板出入口101保持完整的状态。而在第1腔体部110与第2腔体部之间，能够通过腔体O形环153可靠地保持内部空间109的气密性。
在相互结合时为了对卡盘单元200进行对齐，假想线L越长越好。为了增加长度，假想线L还能够采用曲线形状形成。
为了增加长度，假想线L对第1区间①和第3区间③的下侧进行连接，或对第2区间②和第3区间③的上侧进行连接为宜。第3区间③的下侧能够是在重力方向上位于第3区间③中心下侧的区间。第3区间③的上侧能够是在重力方向上位于第3区间③中心上侧的区间。
以假想线L为基准，腔体单元100的上侧部分能够成为第1腔体部110，而腔体单元100的下侧部分能够成为第2腔体部120。
图7是对腔体单元100中所形成的开口部进行图示的概要图。
在本发明中，在腔体单元100的内部空间109能够大体上形成4个开口部。而为了使内部空间109达到真空状态而连接到外部管道中的开口等被排除在外。
4个开口部能够包括基板出入口101、上部开口部111以及下部开口部121。剩余的第1开口部能够包括在第1腔体部110与第2腔体部120的分割面125上形成的腔体开口部141。腔体开口部141能够对应于内部空间109的分割面。
腔体开口部141和第1腔体部110与第2腔体部120的拆卸与否无关，能够采用使上部O形环151、下部O形环152以及基板出入口101保持完整状态的方式形成。
作为一实例，腔体开口部141的一端能够形成于第1区间①、第2区间②、第3区间③中的某一个区间。而腔体开口部141的另一端能够形成于第1区间①、第2区间②、第3区间③中的某剩余的一个区间。
按照本实施例形成的腔体开口部141能够规避上部O形环151、下部O形环152以及基板出入口101，因此能够可靠地保持在第1腔体部110与第2腔体部120相互结合时的内部空间109的气密性。
在上述内容中对适用本发明的实施例进行了说明，但上述内容仅为示例性内容，具有本发明所属领域之一般知识的人员能够对其进行各种变形并实现均等范围内的实施例。因此，本发明的真正的技术保护范围应通过后续的权利要求书中的内容确定。