反应腔室及半导体工艺设备的制作方法

本发明涉及半导体芯片制造技术领域，尤其涉及一种反应腔室及半导体工艺设备。

背景技术：

随着科技的快速发展，智能手机、平板电脑等电子产品已经成为现代人生活中不可或缺的产品。这些电子产品内部包括有许多半导体芯片，而半导体芯片的主要制造材料就是晶圆。晶圆需要刻蚀出线路图案，通常采用半导体工艺设备对晶圆进行刻蚀。

然而，在晶圆刻蚀的过程中，容易造成等离子等对晶圆的过度刻蚀，从而使得晶圆的刻蚀形貌难以控制，进而使得晶圆的刻蚀性能较差，致使晶圆的良品率较差。

技术实现要素：

本发明公开一种反应腔室及半导体工艺设备，以解决晶圆的刻蚀性能较差的问题。

为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：

一种反应腔室，包括：

腔室本体；

晶圆承载台，所述晶圆承载台位于所述腔室本体内，所述晶圆承载台用于承载晶圆；

遮挡件，所述遮挡件位于所述腔室本体内，所述遮挡件能够覆盖于所述晶圆的顶面，所述遮挡件具有镂空区域，所述镂空区域的形状与所述晶圆的待刻蚀图形的形状相匹配。

一种半导体工艺设备包括上述的反应腔室。

本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：

本发明公开的反应腔室中，遮挡件能够覆盖晶圆的顶面，遮挡件具有镂空区域，镂空区域的形状与晶圆的待刻蚀图形的形状相匹配。此时，晶圆的待刻蚀图形通过镂空区域外露，等离子体穿过镂空区域对晶圆进行刻蚀，而晶圆上的非刻蚀区域被遮挡件遮挡。此方案中，遮挡件叠置于晶圆的顶面，遮挡件具有一定的厚度，从而增大了待刻蚀图形的深度，以增加晶圆的待刻蚀图形的深宽比，进而等效于减小了晶圆的开口率，进而防止晶圆被过度刻蚀，以提高晶圆的刻蚀性能。

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第一种反应腔室的剖视图；

图2为本发明实施例公开的第二种反应腔室的剖视图；

图3为本发明实施例公开的反应腔室中第一驱动机构驱动遮挡件抬升时的局部剖视图；

图4为本发明实施例公开的反应腔室中第一驱动机构驱动遮挡件与晶圆接触时的局部剖视图；

图5为本发明实施例公开的反应腔室中遮挡件与晶圆的剖视图；

图6为本发明实施例公开的反应腔室中遮挡件与驱动杆的局部剖视图；

图7为本发明实施例公开的反应腔室中遮挡件的剖视图；

图8为晶圆的俯视图；

图9为本发明实施例公开的反应腔室中遮挡件的俯视图。

附图标记说明：

100-腔室本体、110-观察窗、

200-晶圆承载台、210-容纳凹槽、

300-晶圆、310-待刻蚀图形、

400-遮挡件、410-镂空区域、420-定位凹槽、

500-第一驱动机构、510-驱动源、520-连接件、530-驱动杆；

600-第二驱动机构。

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9所示，本发明实施例公开一种反应腔室，所公开的反应腔室包括腔室本体100、晶圆承载台200和遮挡件400。

腔室本体100为反应腔室的其他组成部件提供安装空间。晶圆承载台200位于腔室本体100内，晶圆承载台200用于承载晶圆300。

遮挡件400位于腔室本体100内，遮挡件400能够覆盖于晶圆300的顶面。遮挡件400具有镂空区域410，镂空区域410的形状与晶圆300的待刻蚀图形310的形状相匹配。晶圆300的待刻蚀图形310是指晶圆300被刻蚀的区域，晶圆300被刻蚀的区域通过遮挡件400上的缕空区域露出，晶圆300上未刻蚀的区域能够被遮挡件400覆盖。

上述实施例中，遮挡件400与晶圆300在腔室本体100外进行贴装组合后，可以一同通过用于传输晶圆300的机械手传输至腔室本体100内，当晶圆300刻蚀完成后，再通过机械手将晶圆300和遮挡件400一同传输至腔室本体100之外。或者遮挡件400可活动的位于腔室本体100内，当晶圆300传输至晶圆承载台200上后，遮挡件400移动至晶圆300的上方，从而对晶圆300进行覆盖，当晶圆300刻蚀完成后，移除晶圆300上方的遮挡件400，然后机械手将晶圆300传递出腔室本体100。

本申请公开的实施例中，晶圆300的待刻蚀图形310通过镂空区域410外露，等离子体穿过镂空区域410对晶圆300进行刻蚀，而晶圆300上的非刻蚀区域被遮挡件400遮挡。遮挡件400叠置于晶圆300的顶面，遮挡件400具有一定的厚度，从而增大了待刻蚀图形310的深度，以增加晶圆300的待刻蚀图形310的深宽比，进而等效于减小了晶圆300的开口率，进而防止晶圆300被过度刻蚀，以提高晶圆300的刻蚀性能。

另外，晶圆300的待刻蚀图形310的深宽比增加，等效于减小了晶圆300的待刻蚀图形310的开口，因此将大开口刻蚀转变为小开口刻蚀，而小开口只能允许小角度范围的电磁场进入，同时等离子体流场很难进入待刻蚀图形310的底部，因此越靠近待刻蚀图形310的底部，等离子体较少，从而能够使得待刻蚀图形310的侧壁不容易被过度刻蚀。

此外，晶圆300上的非刻蚀区域被遮挡件400遮挡，从而使得非刻蚀区域与等离子体不容易接触，进而能够防止非刻蚀区域被刻蚀，进而能够更好的控制晶圆300的刻蚀形貌，提高晶圆300的良品率。

可选地，遮挡件400采用金属、金属氧化物、金属氮氧化物、碳化硅或者氮化铝等材料制作，当然不与等离子体发生反应的材料均可以用于制作遮挡件400。

在另一种可选的实施例中，反应腔室还可以包括第一驱动机构500，第一驱动机构500可以与遮挡件400相连接，第一驱动机构500用于驱动遮挡件400运动，以使遮挡件400可以远离或者靠近晶圆300。此方案中，机械手将晶圆300传输至腔室本体100之内后，再通过第一驱动机构500驱动遮挡件400覆盖晶圆300，此种方式能够避免晶圆300和遮挡件400同时传输时发生错位的风险，进而能够提高晶圆300的刻蚀精度。

上述实施例中，第一驱动机构500可以为驱动电机、气缸等动力结构，当然还可以为其他动力结构，本文不作限制。

上述实施例中，第一驱动机构500可以驱动遮挡件400沿与晶圆300的所在平面相平行的平面移动，也就是说，第一驱动机构500驱动遮挡件400沿水平方向移动。此时，当晶圆300刻蚀完成后，遮挡件400需要移动至晶圆300的边缘，从而将晶圆300完全露出，也就是说，当遮挡件400从晶圆300的上方移除之后，在垂直方向，晶圆300的正投影与遮挡件400的正投影不相交。此时，遮挡件400需要移动的最小距离等于晶圆300的直径，才能够将晶圆300完全露出。此时，腔室本体100内需要预留出较大的空间，以满足遮挡件400的移动需求。但是此种方式导致腔室本体100的水平方向的尺寸增大，造成腔室本体100的体积较大。

在一种可选的实施例中，第一驱动机构500可以驱动遮挡件400沿垂直于晶圆300所在的平面的方向移动。此时，第一驱动机构500驱动遮挡件400沿竖直方向移动。此方案中，遮挡件400仅需要进行一定高度的抬升，从而为机械手的夹取预留出空间即可，因此遮挡件400的移动距离较小，从而占用腔室本体100的内部空间较小，进而使得腔室本体100的体积较小。

另外，遮挡件400能够充分利用腔室本体100的顶部与晶圆承载台200之间的空间，从而进一步减小腔室本体100的体积。

为了进一步提高晶圆300的待刻蚀图形310与遮挡件400的镂空区域410的匹配精度。在另一种可选的实施例中，第一驱动机构500驱动遮挡件400在第一平面运动，其中，第一平面与晶圆300所在的平面相平行。此时，当遮挡件400覆盖晶圆300时，第一驱动机构500能够驱动晶圆300在水平方向运动，进而能够对遮挡件400与晶圆300的相对位置进行微调，从而能够对准晶圆300的待刻蚀图形310与遮挡件400的镂空区域410，进而能够进一步提高晶圆300的待刻蚀图形310与遮挡件400的镂空区域410的匹配精度。

当然，对遮挡件400与晶圆300的相对位置进行微调可以通过移动遮挡件400来实现，当然也可以通过移动晶圆承载台200来实现。在另一种可选的实施例中，本申请公开的反应腔室还可以包括第二驱动机构600，第二驱动机构600可以与晶圆承载台200连接，第二驱动机构600能够驱动晶圆承载台200在第一平面内运动。此方案中，由于晶圆承载台200能够驱动晶圆300运动，进而实现晶圆300与遮挡件400的相对运动，从而可以对晶圆300与遮挡件400之间的位置进行微调，进而能够进一步提高晶圆300的待刻蚀图形310与遮挡件400的镂空区域410的匹配精度。

在另一种可选的实施例中，本申请公开的腔室本体100的顶部可以开设有观察窗110，观察窗110可以用于观察遮挡件400和晶圆300的相对位置。此时，用户可以通过观察窗110观察遮挡件400和晶圆300的相对位置，从而对晶圆300与遮挡件400的相对位置进行微调，进一步提高晶圆300的待刻蚀图形310与遮挡件400的镂空区域410的匹配精度。

进一步地，观察窗110可以安装有显微镜，显微镜能够更加清晰的观察到镂空区域410的边缘和待刻蚀图形310的边缘，从而能够进一步提高晶圆300的待刻蚀图形310与遮挡件400的镂空区域410的匹配精度。

上述实施例中，本申请公开的第一驱动机构500可以设置于腔室本体100内，然而，腔室本体100内处于等离子环境，当第一驱动机构500设置于腔室本体100内时，第一驱动机构500容易损坏，从而使得反应腔室的安全性和可靠性较差。

在另一种可选的实施例中，第一驱动机构500可以包括驱动源510、连接件520和驱动杆530，驱动源510和连接件520均位于腔室本体100之外，连接件520与驱动源510相连接，腔室本体100上开设有通孔，驱动杆530的一端与连接件520相连接，驱动杆530的另一端穿过通孔伸入腔室本体100内并与遮挡件400相连接，驱动源510可以通过连接件520和驱动杆530驱动遮挡件400运动。

此方案中，驱动源510位于腔室本体100的外部，从而使得驱动源510不直接与等离子等接触，从而使得驱动源510不容易损坏，进而提高反应腔室的安全性和可靠性。

为了防止遮挡件400与驱动杆530发生相对滑动，在另一种可选的实施例中，遮挡件400可以开设有定位凹槽420，驱动杆530的部分位于定位凹槽420内，以使驱动杆530与遮挡件400实现定位。此时定位凹槽420能够对遮挡件400与驱动杆530的相对位置进行定位，从而防止遮挡件400与驱动杆530发生相对滑动。

上述实施例中，驱动源510的驱动轴不但能够沿其轴线方向伸缩，还能够沿自身转动，进而能够实现遮挡件400在水平和竖直两个方向的移动。或者驱动源510可以安装在一个旋转电机上，旋转电机可以同时驱动驱动源510转动，进而实现遮挡件400在水平和竖直两个方向的移动。当然还可以采用其他方式，本文不作限制。

在上述实施例中，当第一驱动机构500驱动遮挡件400覆盖在晶圆300上时，遮挡件400与晶圆300刚性接触，当遮挡件400与晶圆300接触瞬间，从而使得晶圆300受力较大，进而容易压碎晶圆300。

为此，在另一种可选的实施例中，第一驱动机构500还可以包括弹性件，弹性件可以位于驱动杆530靠近遮挡件400的一端，驱动杆530可以与遮挡件400通过弹性件弹性连接。此方案中，当遮挡件400与晶圆300接触时，弹性件能够起到缓冲的作用，进而使得晶圆300受到的作用力较小，从而不容易压碎晶圆300。

可选的，弹性件可以为弹簧，当然还可以为其他弹性结构，本文不作限制。

上述实施例中，驱动杆530的数量可以为至少两个，至少两个驱动杆530可以沿遮挡件400的周向间隔分布，此时遮挡件400受力均衡，从而能够避免在遮挡件400抬升的过程中由于受力不均而造成遮挡件400损坏。

上述实施例中，遮挡件400在到达其寿命后可以通过传输晶圆300的机械手进行更换。

相关技术中，晶圆300通常为圆形结构，因此遮挡件400也可以为圆形板件，从而与晶圆300的结构相匹配，进而能够提高遮挡件400的覆盖性能。

可选地，遮挡件400的外径可以大于295mm，小于等于305mm，遮挡件400的厚度可以大于等于1mm，小于等于20mm。当然，遮挡件400的具体尺寸可以通过工艺需求灵活选择，本文仅提供一种可选的方案，不能用于限制遮挡件400的具体结构。

遮挡件400的重量可以根据晶圆300的面积和材料进行计算得到：

f＝mg/s(1)；f<σ；

f为晶圆300表单位面积上的受力；m为挡板的质量；s为晶圆300的受力面积；σ为晶圆300材料的许用应力。此时根据公式(1)可以得到挡板的质量，在经过实际需求对遮挡件400的厚度以及外径进行灵活选择，从而得到满足工艺需要的遮挡件400。

在另一种可选的实施例中，晶圆承载台200的上表面开设有容纳凹槽210，晶圆300位于容纳凹槽210内，且晶圆300的顶面与晶圆承载台200的上表面相平齐，遮挡件400与晶圆承载台200的上表面相接触，此时遮挡件400悬空的区域的面积较小，因此使得遮挡件400的安装更加的稳定。

在反应腔室进行刻蚀工艺的过程中，当主刻蚀工艺步开始后，驱动晶圆承载台200和遮挡件400一同转动。晶圆承载台200和遮挡件400先顺时针旋转180度，然后逆时针旋转360度，在顺时针旋转180度回到起始位置，如此循环往复直至主刻蚀步结束。此时，由于晶圆300旋转，破坏了原有的从晶圆300中心指向边缘的等离子体的流场，进而可以缓解大开口率刻蚀晶圆300中心出现倾斜效应的目的。

此时，反应腔室内可以设置有第三驱动机构，上文中的第一驱动机构500和晶圆承载台200可以均设置于第三驱动机构上，从而使得第三驱动机构可以同时驱动晶圆承载台200和遮挡件400转动。

基于本发明上述任一实施例的反应腔室，本发明实施例还公开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反应腔室。

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。