半导体工艺设备的反应腔室及半导体工艺设备的制作方法

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种半导体工艺设备的反应腔室及半导体工艺设备。

背景技术：

半导体刻蚀设备(刻蚀机)是半导体制造过程中的一种重要的半导体工艺设备。相关技术中，刻蚀机的介质窗底面(或进气喷嘴底面)到晶片上表面的距离为腔室gap值，在不同的加工工艺中，腔室gap(工艺间隙)值相差较大，因此刻蚀机需要更换不同的调整支架，以调整介质窗底面(或进气喷嘴底面)至晶片上表面的距离，从而能够满足不同工艺所适合的腔室gap值。

当调整腔室gap值时，需要将腔室打开，然后在更换调整支架，然而，半导体工艺设备的反应腔室为真空条件，因此需要先对半导体工艺设备的反应腔室进行处理后才能开腔，从而导致调整支架更换步骤复杂，致使半导体工艺设备调整腔室gap值所花费的时间较长，进而影响半导体工艺设备的加工效率。

技术实现要素：

本发明公开一种半导体工艺设备的反应腔室及半导体工艺设备，以解决半导体工艺设备调整腔室gap值所花费的时间较长，从而造成半导体工艺设备的加工效率较差的问题。

为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：

一种半导体工艺设备的反应腔室，所述反应腔室内设置有用于承载晶片的基座，所述反应腔室包括腔室本体、上电极和驱动机构；

所述上电极包括介质窗和电极壳体，所述电极壳体包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体与所述腔室本体相连接，所述第一壳体套装于所述第二壳体，所述第二壳体可相对于所述第一壳体移动；

所述驱动机构设置于所述第一壳体上，且与所述第二壳体相连接，用于驱动所述第二壳体远离或靠近所述基座；

所述介质窗设置于所述第二壳体中，所述介质窗可随所述第二壳体远离或靠近所述基座。

一种半导体工艺设备，包括上述反应腔室。

本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：

本发明公开的半导体工艺设备的反应腔室中，驱动机构设置于第一壳体上，且驱动机构与第二壳体相连接，驱动机构能够驱动第二壳体远离或靠近基座，介质窗设置于第二壳体中，因此介质窗可以随着第二壳体远离或靠近基座，进而可以调节介质窗底面至晶片上表面之间的距离，从而实现腔室gap值的调节。此方案中，电极壳体为两层结构，并且两层结构可以相对移动，进而使得反应腔室无需开腔即可实现对腔室gap值的调整，进而使得半导体工艺设备在更换加工工艺时，腔室gap值调整方便，所花费的时间较短，进而提高半导体工艺设备的加工效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例公开的反应腔室的剖视图；

图2为本发明实施例公开的反应腔室的俯视图；

图3为本发明实施例公开的反应腔室的局部示意图；

图4～图6为本发明实施例公开的反应腔室的部分结构剖视图；

图7为本发明实施例公开的反应腔室中，第二壳体的结构示意图；

图8为本发明实施例公开的反应腔室中，第二壳体的局部剖视图。

附图标记说明：

100-腔室本体、

200-上电极、210-电极壳体、211-第一壳体、2111-倒角、212-第二壳体、2121-第一密封槽、2122-承载台、220-介质窗、230-进气喷嘴、240-上电极线圈、250-匹配器、260-顶盖、

300-晶片、

400-基座、

510-第一密封圈、520-第二密封圈、530-第三密封圈、

600-限位槽、

700-驱动机构、710-驱动源、720-传动件、

800-距离传感器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明各个实施例公开的技术方案。

如图1～图8所示，本发明实施例公开一种半导体工艺设备的反应腔室，所公开的反应腔室具体可以包括腔室本体100、上电极200、驱动机构700和基座400。

腔室本体100与上电极200围成反应腔，基座400设置于反应腔内，基座400用于承载晶片，可选地，基座400可以包括静电卡盘和下电极，静电卡盘用于吸附晶片300，晶片300在反应腔内进行刻蚀加工，下电极为静电卡盘提供用于吸附晶片300的吸附电压。

上电极200包括介质窗220、电极壳体210、进气喷嘴230、顶板260、上电极线圈240和匹配器250。电极壳体210包括第一壳体211和第二壳体212，第一壳体211与腔室本体100相连接，第一壳体211套装于第二壳体212，第二壳体212可相对于第一壳体211移动。顶板260与第二壳体212形成安装空间，介质窗220、上电极线圈240等部件位于安装空间内，匹配器250安装于顶板260上，匹配器250与上电极线圈240分别设置于顶板260的两侧。进气喷嘴230设置于介质窗220上，进气喷嘴230与反应腔相连通，反应气体经由进气喷嘴230通入反应腔内。匹配器250为上电极线圈240施加射频电压，从而使得上电极线圈240能够产生电离电场，进而使得反应腔内的反应气体被电离。

驱动机构700设置于第一壳体211上，且驱动机构700与第二壳体212相连接，驱动机构700用于驱动第二壳体212沿远离或靠近基座400的方向移动，从而驱动第二壳体212远离或靠近基座400。介质窗220设置于第二壳体212中，介质窗220可随第二壳体212沿远离或靠近基座400的方向移动，以使介质窗220可随第二壳体212远离或靠近基座400。

可选地，驱动机构700驱动第二壳体212移动的方式有多种，例如，驱动机构700可以是伺服电极，将伺服电机与第二壳体212相连接，伺服电机驱动第二壳体212移动。当然，电机的种类还可以是步进电机、直流无刷电极等，本发明实施例对此不作限制。驱动机构700可以设置于反应腔之外，也可以设置于反应腔之内。当驱动机构700设置于反应腔内时，驱动机构700容易与反应腔内的其他部件发生干涉，为此，驱动机构700可以设置于反应腔室之外。

具体的操作过程中，当驱动机构700驱动第二壳体212靠近基座400时，由于基座400固定于反应腔内，晶片300又承载于基座400上，因此基座400与介质窗220之间的距离减小，介质窗220底面(或进气喷嘴230底面)到晶片300上表面的距离也减小，从而使得腔室gap值减小；当驱动机构700驱动第二壳体212远离基座400时，介质窗220底面(或进气喷嘴230底面)到晶片300上表面的距离增大，从而使得腔室gap值增大。

本发明公开的实施例中，电极壳体210为两层结构，并且两层结构可以相对移动，进而使得反应腔室无需开腔即可实现对腔室gap值的调整，进而使得半导体工艺设备在更换加工工艺时，腔室gap值调整方便，所花费的时间较短，进而提高半导体工艺设备的加工效率。

另外，上述实施例能够实现第二壳体212的无极调节，因此能够实现腔室gap值的无极调节，进而使得腔室gap值的精度更高，半导体工艺设备的工艺能够达到更优的效果。

反应腔内设置有内衬，内衬与第二壳体212相连接，内衬用于对腔室本体100的侧壁进行保护。由于第二壳体212与内衬相连，因此内衬可以制作为伸缩结构。

为了提高第一壳体211和第二壳体212之间的密封性能，一种可选的实施例中，上电极200还可以包括第一密封圈510，第二壳体212的侧壁可以开设有第一密封槽2121，第一密封圈510可以位于第一密封槽2121内，第一壳体211与第二壳体212可以通过第一密封圈510密封配合。此时，第一密封圈510能够封堵第一壳体211的内侧壁和第二壳体212的外侧壁之间的间隙，从而能够提高第一壳体211和第二壳体212之间的密封性能，进而防止反应腔内的真空环境被破坏，进而提高反应腔室的安全性。

上述实施例中，当仅设置一个第一密封圈510对第一壳体211和第二壳体212进行密封时，第二壳体212移动的距离较长的情况下，第一密封圈510容易从第一壳体211与第二壳体212之间的间隙内滑出，进而导致第一壳体211和第二壳体212的密封配合被破坏。为此，一种可选的实施例中，第一密封圈510的数量可以为多个，第一密封槽2121的数量可以为多个，多个第一密封圈510与多个第一密封槽2121可以一一对应。此方案中，第一密封圈510的数量较多，即使一部分第一密封圈510位于第一壳体211和第二壳体212的间隙之外，还有部分第一密封圈510依然能密封第一壳体211和第二壳体212之间的间隙，从而防止第一壳体211和第二壳体212之间的密封配合不容易被破坏，进一步提高了反应腔室的密封性能。

可选地，可以在第二壳体212的外侧壁的不同高度切削多条第一密封槽2121，该第一密封槽2121的数量可以根据实际工况进行选型，本文对此不作限制。该第一密封圈510可以采用密封橡胶、密封硅胶等材料制作。

上述实施例中，当驱动机构700驱动第二壳体212沿靠近基座400的方向移动时，此时，位于第一壳体211和第二壳体212间隙之外的第一密封圈510需要重新进入第一壳体211和第二壳体212之间的间隙内，然而，第二壳体212的内侧边缘容易卡住第一密封圈510，导致第一密封圈510难以进入第一壳体211与第二壳体212之间的间隙内。为此，另一种可选的实施例中，第一壳体211背离腔室本体100的一端，并且第一壳体211靠近第二壳体212的内侧边缘可以设置有倒角2111。此方案中，倒角2111处较为光滑，因此第一密封圈510可以很顺畅的进入第一壳体211与第二壳体212之间的间隙内，进而提高了反应腔室的可靠性。可选地，该倒角2111与第一密封圈510接触的面可以为平面，也可以为圆弧面，本文不作限制。

上述实施例中，第一壳体211与第二壳体212之间的密封为动密封，因此第一密封圈510在随第二壳体212移动的过程中，第一密封圈510容易发生错位，进而影响第一壳体211和第二壳体212之间的密封性能。

为此，本文公开一种第一密封槽2121的具体结构，当然还可以采用其他结构，本文不作限制。具体地，在自第一密封槽2121的槽底至第一密封槽2121的槽口方向上，第一密封槽2121的横截面积逐渐减小。此时，第一密封槽2121为燕尾槽，第一密封槽2121的槽口的宽度较小，槽底的宽度较大，第一密封槽2121能够卡住第一密封圈510，从而能够有效防止第一密封圈510在移动的过程中发生错位，进而能够提高第一壳体211和第二壳体212之间的密封性能。

当然，第一密封槽2121还可以为其他结构，本文不作限制。

进一步地，反应腔室还可以包括第二密封圈520，腔室本体100与第一壳体211接触的端面上可以开设有第二密封槽，第二密封圈520位于第二密封槽内，第一壳体211可以通过第二密封圈520与腔室本体100密封配合。此方案中，第二密封圈520能够封堵第一壳体211和腔室本体100的连接处的间隙，从而能够提高第一壳体211和腔室本体100之间的密封性能，进而防止反应腔内的真空环境被破坏，进而提高反应腔室的安全性。

可选地，第二密封槽可以为燕尾槽，当然也可以为其他结构，本文不做限制。该第二密封圈520可以采用密封橡胶、密封硅胶等材料制作。

上述实施例中，反应腔内的反应气体进入上电极200内，容易造成上电极200内的部件损坏，为此，一种可选的实施例中，上电极200还可以包括第三密封圈530，第二壳体212的底端可以设置有用于承载介质窗220的承载台2122，承载台2122的顶面上可以开设有第三密封槽，第三密封圈530可以位于第三密封槽内，第二壳体212与介质窗220可以通过第三密封圈530密封配合。此时，第三密封圈530能够封堵第二壳体212与介质窗220的连接处的间隙，从而能够提高第二壳体212和介质窗220之间的密封性能，进而防止反应气体进入上电极200，进一步提高了反应腔室的安全性。可选地，第三密封槽可以为燕尾槽，当然也可以为其他结构，本文不做限制。该第三密封圈530可以采用密封橡胶、密封硅胶等材料制作。

本发明公开一种驱动机构700的具体结构，当然还可以采用其他结构，本文不作限制。驱动机构700可以包括驱动源710和传动件720，驱动源710可以设置于第一壳体211上，传动件720的一端与驱动源710的驱动轴相连接，传动件720的另一端与第二壳体212相连接，驱动源710可以驱动传动件720移动，传动件720带动第二壳体212远离或靠近基座400。此方案中，第二壳体212通过传动件720与驱动源710相连接，因此驱动源710的位置可以灵活设置，驱动源710的驱动轴的轴线方向与第二壳体212的移动方向可以设置相同，进而使得第二壳体212移动的过程中不容易偏斜。另外，此种驱动机构700简单，易于操作。可选地，该驱动源710可以为驱动电机、气缸等部件，传动件720可以为连接杆、齿轮、齿条、传送带等部件。

另一种可选的实施例中，传动件720与第二壳体212可以通过螺纹连接件螺纹连接，此时，传动件720能够从第二壳体212上拆卸下来，因此可以对传动件720或者第二壳体212进行维修或者更换，进而提高了反应腔室的可维修性能。

一种可选的实施例中，第二壳体212可以开设有限位槽600，传动件720的部分位于限位槽600内。此时，传动件720与限位槽600限位配合，限位槽600能够起到安装定位的作用，同时还能防止传动件720在移动的过程中发生偏转。

由于第二壳体212上安装的部件较多，因此第二壳体212的重量较大，仅采用一个驱动机构700驱动第二壳体212时，驱动机构700的驱动力较小，因此第二壳体212的移动速率较慢。为此，一种可选的实施例中，驱动机构700的数量可以为多个，并且多个驱动机构700可以环绕第二壳体212间隔设置。此方案中，驱动机构700的数量较多，因此能够提供较大的驱动力，进而使得第二壳体212的移动速率较快，进一步缩短了腔室gap值调整的时间，进而提高了半导体工艺设备的加工效率。

上述实施例中，由于第二壳体212的重量分布不均匀，因此第二壳体212的重量较大的位置驱动机构700可以设置的较为紧凑，第二壳体212重量较小的位置驱动机构700可以设置的相对分散，进而使得第二壳体212受到的驱动力较为均匀，进而能够防止第一壳体211和第二壳体212卡涩。

为了防止第一壳体211与第二壳体212发生卡涩，第一壳体211和第二壳体212之间需要具有良好的同心度，进而防止第二壳体212卡在第一壳体211内。

可选地，驱动机构700的数量可以为三个，当然还可以为其他数量，本文不作限制。

需要注意的是，多个驱动机构700同时驱动第二壳体212，当其中一个驱动机构700发生故障无法运行时，其余驱动机构700也必须停止运行，从而防止半导体工艺设备损坏。

为了更加精准的控制腔室gap值，一种可选的实施例中，第一壳体211和第二壳体212中的至少一者上可以设置有距离传感器800，距离传感器800用于测量第二壳体212的移动距离。此方案中，距离传感器800可以测量出第二壳体212相对于第一壳体211的移动距离，通过第二壳体212的移动距离可以反馈得出腔室gap值，进而可实现腔室gap值的编程控制，可以根据不同工艺类型，自动调节腔室gap值，从而使得半导体工艺设备改变不同的加工工艺更加方便、更加智能化，进而提高了半导体工艺设备的使用性能。

基于本发明上述任一实施例的半导体工艺设备的反应腔室，本发明实施例还可以包括一种半导体工艺设备，所公开的半导体工艺设备具有上述任一实施例的半导体工艺设备的反应腔室。该半导体工艺设备可以为刻蚀机，也可以为其他晶片加工设备，本文对此不作限制。

本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。