排气装置、工艺腔及半导体加工设备的制作方法

本实用新型涉及半导体集成电路制造技术领域，尤其涉及一种排气装置、工艺腔及半导体加工设备。

背景技术：

在半导体加工过程中，半导体加工设备的工艺腔为半导体基片的加工提供真空环境，通过向工艺腔的腔室(Chamber)中供应工艺气体，并通过射频电源将所述工艺气体激发成等离子态，对半导体基片表面进行相应的材料刻蚀、沉积、离子注入以及表面改质(例如氧化、氮化)等加工工艺。在这些加工过程中以及加工工艺结束时，供应的工艺气体通常不会被完全消耗掉，且加工过程中也会产生很多新的气体，这些气体统称为工艺残余气体，为了避免这些工艺残余气体对后续半导体基片加工的影响以及避免这些工艺残余气体散发到半导体制造(FAB)环境中造成环境污染和人员中毒危害，需要将其抽走并处理掉。

例如，通过刻蚀设备工艺腔的腔室对半导体基片中的金属钨进行刻蚀时，刻蚀产生的有机聚合物(polymer)残留比较严重，当对腔室进行定期维护 (Periodic Maintenance，PM)时,虽然经过长时间的吹扫清洗(pump purge)可以清除掉一部分有机聚合物,但是当腔室温度降到室温时，腔室里面的残留的有机聚合物会变得比较松散，散发很刺鼻的味道，且在散发到半导体制造(FAB) 环境中会造成气体探测器(Gas detector)的误报警，因此需要将其抽走并处理掉，请参考图1，目前的大多做法是：将腔盖(Chamber Lid)11完全打开后，迅速用定期维护盖子(PM Cover)12盖住腔室10，再通过厂务排气系统13抽走残余气体并处理掉。这种做法虽然能够将走残余气体抽走并处理掉，但是需要将腔盖11拿掉，并替换上定期维护盖子12，操作繁琐，且替换盖子时容易造成气体大量泄漏，会导致环境中的气体探测器误报警，同时造成一定的环境污染和人员中毒风险。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种排气装置、工艺腔及半导体加工设备，操作简单，能够防止气体大量泄漏，避免气体探测器误报警，提高腔室的清洁效率和使用效率。

为解决上述问题，本实用新型提出一种排气装置，包括：联锁机构、管道阀门和排气管道；其中，所述联锁机构设置在一腔室和盖在所述腔室上的腔盖之间，并在所述腔盖相对所述腔室升起预定距离时被触发，所述排气管道的一端设置在所述腔室的腔壁或者所述腔室的抽气管道上，并与所述腔室连通，所述排气管道的另一端连接至一排气系统，所述管道阀门设置在所述排气管道上并在所述联锁机构被触发时打开所述排气管道。

可选的，所述排气管道通过三通阀与所述腔室的抽气管道连通，或者，所述排气管道与所述腔室的抽气管道为一体成型结构。

可选的，所述腔室的抽气管道为所述腔室的前级真空管道。

可选的，所述排气系统为所述腔室所处的加工环境中的厂务排气系统。

可选的，所述管道阀门和所述联锁机构均为电子器件，所述排气装置还包括分别与所述联锁机构和管道阀门电连接并用于根据所述联锁机构被触发的信号控制所述管道阀门打开的电子控制机构。

可选的，所述排气装置还包括与所述排气管道连通的抽气泵。

本实用新型还提供一种工艺腔，包括腔室、腔盖、抽气管道以及上述的排气装置，所述腔盖盖在所述腔室上，所述抽气管道的一端设置在所述腔室上并与所述腔室连通，所述排气装置的联锁机构设置在所述腔室和所述腔盖之间，所述排气装置的排气管道的一端连接在所述腔室的抽气管道上。

可选的，所述工艺腔还包括与所述腔室连通的干泵和/或分子泵。

本实用新型还提供一种半导体加工设备，包括上述的工艺腔。

可选的，所述半导体加工设备为刻蚀设备、沉积设备、离子注入设备、氧化炉、氮化炉或扩散炉。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下有益效果：

1、本实用新型的排气装置包括联锁机构、管道阀门和排气管道，在排除残余气体时，不需要将腔盖完全拿走，只要将腔盖在腔室上升起一条缝隙，即可触发所述联锁机构，进而开启所述管道阀门，通过所述排气管道将所述腔室和一排气系统连通，从而将所述腔室内的残余气体及时抽走，避免了将腔盖替换为定期维护盖子来去除残余气体时由于气体大量泄漏而导致的气体探测器误报警，同时还能够提高腔室的清洁效率和使用效率。

2、本实用新型的工艺腔和半导体加工设备，由于采用了本实用新型的排气装置，能够方便、快速的去除腔室内的残余气体，避免气体探测器误报警，提高腔室的清洁效率和使用效率。

附图说明

图1是一种去除腔室残余气体的方法中的器件结构示意图；

图2A至2D是本实用新型具体实施例的排气装置使用时的组装示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明，然而，本实用新型可以用不同的形式实现，不应只是局限在所述的实施例。

请参考图2A，本实用新型一实施例提出一种排气装置，包括联锁机构 (interlock)21、管道阀门22和排气管道23。其中，所述联锁机构21设置在一腔室10和盖在所述腔室10上的腔盖11之间，能够在所述腔盖11相对所述腔室10升起预定距离时被触发，例如所述联锁机构21在所述腔盖11和所述腔室 10之间具有1mm缝隙时被触发。所述排气管道23的一端可以固定安装在所述腔室10的腔壁上并与所述腔室10连通，或者可以安装到所述腔室10的抽气管道14上并与所述抽气管道14连通，所述抽气管道14可以是用于实现所述腔室 10的真空环境的前级管道；所述排气管道23的另一端连接至一排气系统13，所述排气系统13可以是所述腔室所处环境中的厂务排气系统，所述厂务排气系统包括用于处理酸性废气的酸性排气系统、用于处理碱性废气的碱性排气系统、用于处理一般废气的一般排气系统和用于处理有机物废气的有机排气系统中的至少一种。所述管道阀门22设置在所述排气管道23上，在所述联锁机构21被触发时能够打开所述排气管道23，使得腔室10中的残余气体可以被抽取到排气系统13中被处理掉，在其他情况下，所述管道阀门22能够关断所述排气管道 23。当所述排气管道23的一端与所述抽气管道14连通时，可以采用三通阀的连接方式实现，也可以采用一体成型的方式实现，即排气管道23的一端通过一个三通阀与所述抽气管道14连通，或者所述排气管道23与所述抽气管道14为一体成型结构。

本实施例的排气装置使用过程包括：当需要去除腔室10中的残余气体时，只需要将腔盖11稍微抬起一点，以使得腔盖11和腔室10之间产生一条缝隙，此时就会触发联锁机构21，进而自动启动管道阀门22，排气系统13对腔室10 进行抽气，抽气一段时间(例如一个小时)后，管道阀门22自动关闭。如果所述抽气效果足以满足腔室清洁环境的要求，则可以直接将腔室10投入使用，这种情况下，相对于图1所示的去除腔室中残余气体的方法，借助本实施例的排气装置来去除腔室中残余气体的方法，显然能够省去替换盖子的麻烦，提高腔室的清洁效率和使用效率，同时还能够避免环境污染和人员中毒危险。如果所述抽气效果还不能满足腔室清洁环境的要求，则需要对腔室10进一步定期维护 (PM)，此时可以把腔盖11完全取下，并换上连通厂务排气系统的定期维护盖子(PM Cover)，来对腔室10进行定期维护(PM)，充分抽走腔室10中剩余的少量残余气体，这种情况下，由于先通过本实施例的排气装置和厂务排气系统将大量的残余气体抽走，因此在后续取下腔盖11并替换上定期维护盖子的过程中，泄露到环境中的气体浓度较低，不会导致环境中的气体探测器报警。

请参考图2B，本实用新型另一实施例提供一种排气装置，包括联锁机构 (interlock)21、管道阀门22、排气管道23和电子控制机构20。本实施例和图 2A所示的排气装置的主要区别在于：所述管道阀门22和所述联锁机构21均为电连接电子控制机构20的电子器件，联锁机构21被触发时会向所述电子控制机构20发送一触发信号，所述电子控制机构20接收所述触发信号后，会控制所述管道阀门22打开，以连通排气管道23和排气系统13。所述管道阀门22可以是电磁气动阀，所述联锁机构21可以包括继电器，所述电子控制机构20可以是独立的单片机或者微控制器芯片，也可以集成到所述腔室10所在机台的控制系统中。

本实施例的排气装置使用过程包括：当需要去除腔室10中的残余气体时，将腔盖11稍微抬起一点，以使得腔盖11和腔室10之间产生一条缝隙，此时就会触发联锁机构21，联锁机构21向所述电子控制机构20发送一触发信号，电子控制机构20接收到所述触发信号后会控制所述管道阀门22打开，排气系统13通过排气管道23对腔室10进行抽气，电子控制机构20可以对抽气时间进行计时，当抽气时间达到预设时间(例如一个小时)时，电子控制机构20控制管道阀门22关闭。如果所述抽气效果足以满足腔室清洁环境的要求，则可以直接将腔室10投入使用，这种情况下，相对于图1所示的去除腔室中残余气体的方法，借助本实施例的排气装置来去除腔室中残余气体的方法，显然能够省去替换盖子的麻烦，提高腔室的清洁效率和使用效率，同时还能够避免环境污染和人员中毒危险。如果所述抽气效果还不能满足腔室清洁环境的要求，则需要对腔室10进一步定期维护(PM)，此时可以把腔盖11完全取下，并换上定期维护盖子(PM Cover)，来对腔室10进行定期维护(PM)，充分抽走腔室10中剩余的少量残余气体，这种情况下，由于先通过本实施例的排气装置和厂务排气系统将大量的残余气体抽走，因此在后续取下腔盖11并替换上定期维护盖子的过程中，泄露到环境中的气体浓度较低，不会导致环境中的气体探测器报警。本实施例的排气装置相对图2A所示的排气装置，自动化程度更高。

请参考图2C，在本实用新型的又一实施例提供一种排气装置，包括联锁机构(interlock)21、管道阀门22、排气管道23、电子控制机构20和抽气泵24，所述抽气泵24电连接电子控制机构20并受控于电子控制机构20，所述抽气泵 24与所述排气管道23连通。本实施例和图2B所示的排气装置的主要区别在于：在排气管道23和排气系统13之间增加了一抽气泵24，抽气泵可以由所述电子控制机构20自动控制，排气系统13中可以由抽气装置，也可以没有。

本实施例的排气装置使用过程包括：当需要去除腔室10中的残余气体时，将腔盖11稍微抬起一点，以使得腔盖11和腔室10之间产生一条缝隙，此时就会触发联锁机构21，联锁机构21向所述电子控制机构20发送一触发信号，电子控制机构20接收到所述触发信号后会控制所述管道阀门22打开同时控制抽气泵24进行抽气并排放到排气系统13中，电子控制机构20可以对抽气时间进行计时，当抽气时间达到预设时间(例如一个小时)时，电子控制机构20控制管道阀门22关闭以及控制抽气泵24停止工作。如果所述抽气效果足以满足腔室清洁环境的要求，则可以直接将腔室10投入使用，这种情况下，相对于图1 所示的去除腔室中残余气体的方法，借助本实施例的排气装置来去除腔室中残余气体的方法，显然能够省去替换盖子的麻烦，提高腔室的清洁效率和使用效率，同时还能够避免环境污染和人员中毒危险。如果所述抽气效果还不能满足腔室清洁环境的要求，则需要对腔室10进一步定期维护(PM)，此时可以把腔盖11完全取下，并换上定期维护盖子(PM Cover)，来对腔室10进行定期维护 (PM)，充分抽走腔室10中剩余的少量残余气体，这种情况下，由于先通过本实施例的排气装置和厂务排气系统将大量的残余气体抽走，因此在后续取下腔盖11并替换上定期维护盖子的过程中，泄露到环境中的气体浓度较低，不会导致环境中的气体探测器报警。本实施例的排气装置相对图2B所示的排气装置，去除残余气体的效率更高，对排气系统13的要求更低，适用范围更广。

需要说明的是，图2A至图2C所示的排气装置，其管道阀门22均为单向阀，其排气管道23与抽气管道14的连接需要额外的一个三通阀来实现或者通过一体成型的方式，但本实用新型的技术方案不仅仅限定于此，在本实用新型的其他实施例中，管道阀门22可以是设置在排气管道23与抽气管道14连接处(即三通接口)处的三位二通换向阀，如图2D所示，管道阀门22即可以将干泵15 至腔室10之间的抽气管道14连通(即能够使得干泵15对腔室10抽气)的同时关闭抽气管道23和抽气管道14的连通(即关闭排气)，也可以将干泵15至腔室10之间的抽气管道14关闭(即能够阻断干泵15对腔室10的抽气)的同时连通排气管道23(即打开排气)与管道阀门22至腔室10之间的抽气管道14 (即打开排气)，即管道阀门22被抽气装置和排气装置共用，可以用于干泵抽气，也可以用于排气装置的排气，由此简化装置，节约成本。

具体地，请参考图2D，在本实用新型的一实施例提供一种排气装置，包括联锁机构(interlock)21、管道阀门22、排气管道23，其中，所述联锁机构21 设置在一腔室10和盖在所述腔室10上的腔盖11之间，能够在所述腔盖11相对所述腔室10升起预定距离时被触发。所述排气管道23的一端通过三通接口与所述抽气管道14连通，所述管道阀门22设置在所述三通接口处，所述抽气管道14的另一端连接干泵15；所述排气管道23的另一端连接至一排气系统13。所述管道阀门22设置在所述三通接口处上，在所述联锁机构21被触发时能够连通所述排气管道23与上段的抽气管道14(即管道阀门22至腔室10之间的抽气管道14)，使得腔室10中的残余气体可以被抽取到排气系统13中被处理掉，在工艺腔使用时情况下，所述管道阀门22也能够关断所述排气管道23并使抽气管道14整体打开(即干泵15至腔室10之间的抽气管道14导通，腔室10被干泵15抽气)。本实施例的排气装置使用过程包括：当需要去除腔室10中的残余气体时，只需要将腔盖11稍微抬起一点，以使得腔盖11和腔室10之间产生一条缝隙，此时就会触发联锁机构21，进而自动启动管道阀门22，此时管道阀门22关闭从三通接口至干泵15的这段抽气管道，并使腔室10至三通接口处的抽气管道14和排气管道23连通，排气系统13对腔室10进行抽气，抽气一段时间(例如一个小时)后，管道阀门22自动使腔室10至三通接口处的抽气管道14和排气管道23之间关断。如果所述抽气效果足以满足腔室清洁环境的要求，则可以直接将腔室10投入使用，这种情况下，相对于图1所示的去除腔室中残余气体的方法，借助本实施例的排气装置来去除腔室中残余气体的方法，显然能够省去替换盖子的麻烦，提高腔室的清洁效率和使用效率，同时还能够避免环境污染和人员中毒危险。如果所述抽气效果还不能满足腔室清洁环境的要求，则需要对腔室10进一步定期维护(PM)，此时可以把腔盖11完全取下，并换上连通厂务排气系统的定期维护盖子(PM Cover)，来对腔室10进行定期维护(PM)，充分抽走腔室10中剩余的少量残余气体，这种情况下，由于先通过本实施例的排气装置和厂务排气系统将大量的残余气体抽走，因此在后续取下腔盖11并替换上定期维护盖子的过程中，泄露到环境中的气体浓度较低，不会导致环境中的气体探测器报警。

综上所述，本实用新型的排气装置包括联锁机构、管道阀门和排气管道，在排除残余气体时，不需要将腔盖完全拿走，只要将腔盖在腔室上升起一条缝隙，即可触发所述联锁机构，进而开启所述管道阀门，通过所述排气管道将所述腔室和一排气系统连通，从而将所述腔室内的残余气体及时抽走，避免了将腔盖替换为定期维护盖子来去除残余气体时由于气体大量泄漏而导致的气体探测器误报警，同时还能够提高腔室的清洁效率和使用效率，适用于刻蚀、沉积、离子注入、表面改质等工艺所用的所有工艺腔中的残余气体去除。

请参考图2A至图2D，本实用新型还提供一种工艺腔，包括腔室10、腔盖 11、抽气管道14以及上述各实施例中所述的排气装置，所述腔盖10盖在所述腔室11上，所述抽气管道14的一端设置在所述腔室10上并与所述腔室10连通，所述排气装置的联锁机构21设置在所述腔室10和所述腔盖11之间，所述排气装置的排气管道23的一端连接在所述腔室10的抽气管道14上。

在本实用新型的各实施例中，所述工艺腔还可以包括与所述腔室10连通的干泵(Dry pump)15或分子泵(Turbo pump)16或者干泵15和分子泵16的组合。其中，当所述工艺腔包括干泵15和分子泵16时，干泵15、分子泵16、抽气管道14以及腔室10的连接关系通常采用图2D所示的形式，具体地，分子泵 16通过相应的管道分别与腔室10和干泵15连通，且分子泵16与腔室10连接的管道上设置有细抽节流阀(未图示)，分子泵16与干泵15连接的管道与抽气管道14汇合到一起形成一个三通接口，即分子泵16和抽气管道14通过同一管路进入干泵15，分子泵16与干泵15连接的管道18上设有细抽隔离阀17，细抽隔离阀17和排气管道23与抽气管道14的接口之间的抽气管道14上设置有粗抽隔离阀19，分子泵16和腔室10连接的管道上设置有细抽节流阀(未图示)，从排气管道23与抽气管道14的接口至腔室10之间的抽气管道14上设置有粗抽节流阀(未图示)。分子泵16的选型根据工艺腔的腔室10压力和腔室10的容积的不同来确定；在需要使用图2D的工艺腔进行半导体基片加工时，可以先通过干泵对腔室10进行抽真空(即粗抽)，干泵15的真空度通常能达到100mT，当腔室10的真空度到达100mT时，再以分子泵16抽真空(即细抽)至1mT以下，甚至可以达到0.1mT，分子泵的抽速可以是300L/s～2200L/s或者 1600L/s～2500L/s；然后再根据工艺气体需要来向腔室10通入所需的工艺气体，以对腔室10内的半导体基片进行加工；加工完成后，可以通过将腔盖11掀起一条缝隙，以触发排气装置的联锁机构21，进而启动排气管道23上的管道阀门 22，进行残余气体的去除，可以很大程度上降低气体探测器的误报警概率，并改善半导体制造(FAB)环境。图2D所示的工艺腔在不更改其他部分的设计的基础上增添了排气装置，就能避免将腔盖替换为定期维护盖子来去除残余气体时由于气体大量泄漏而导致的气体探测器误报警，同时提高了腔室的清洁效率和使用效率，适用于刻蚀、沉积、离子注入、表面改质等工艺所用的所有工艺腔中的残余气体去除。

在本实用新型的其他实施例中，当所述工艺腔包括干泵15和分子泵16时，干泵15、分子泵16、抽气管道14以及腔室10的连接关系也可以采用图2A至图2C所示的形式，即抽气管道14一端连通腔室，另一端与干泵15直接连通，分子泵16通过相应的管道(未图示)分别与腔室10和干泵15连通，分子泵16 连接干泵15的管道和抽气管道14为进入干泵15的不同管路，这种连接方式可以适用于一些特殊的工艺腔设备，也能达到本实用新型的技术效果。

请参考图2A至2D，本实用新型还提供一种半导体加工设备，包括上述的工艺腔。所述半导体加工设备可以为刻蚀设备、沉积设备、离子注入设备、氧化炉、氮化炉或扩散炉。所述沉积设备可以为物理气相沉积(PVD)设备或者化学气相沉积(CVD)设备。

由上所述，本实用新型的工艺腔和半导体加工设备，由于采用了本实用新型的排气装置，能够方便、快速的去除腔室内的残余气体，提高腔室的清洁效率和使用效率。

显然，本领域的技术人员可以对实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。