半导体加工腔室的制作方法

本实用新型总体来说涉及一种半导体加工领域，具体而言，涉及一种半导体加工腔室。

背景技术：

在半导体生产加工工艺中，常常需要将晶圆输送到半导体加工腔室内进行加工。为了方便机械臂将晶圆输送到半导体加工腔室内的第一升降台上，半导体加工腔室还设置有顶针装置和第二升降台。第二升降台设置在第一升降台的下方，顶针装置包括底板以及从顶板垂直伸出的多根顶针。顶针装置放置在第二升降台上，底板抵接于第二升降台，并且顶针贯穿第一升降台。第二升降台上升带动顶针上升，顶针的顶端高出第一升降台时机械臂将晶圆放置在顶针的上方，多根顶针支撑起晶圆。第二升降台下降带动顶针装置下降，晶圆也随之下降，直至第一升降台托住晶圆，这样就将晶圆放置在第一升降台上了。

然而，在实践中，顶针装置在上升过程中经常出现顶针断裂的问题。

所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本实用新型的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

如图1所示，半导体加工腔室1a内通常设置有顶针装置11a、第一升降台12a和第二升降台13a。

第一升降台12a设置在第二升降台13a的上方。第一升降台12a和第二升降台13a均能独自上升或下降。顶针装置11a包括底板111a以及从底板111a向上伸出的多根顶针112a。多根顶针112a相互平齐且均与底板111a垂直。顶针装置11a放置在第二升降台13a上，顶针装置11a的底板111a与第二升降台13a相抵。第二升降台13a上升时能带动顶针装置11a上升。

第一升降台12a上设置有多个过孔。过孔的数量与顶针112a的数量相等。顶针112a与过孔一一对应设置。顶针112a贯穿与其相对应的过孔，顶针112a与过孔之间采用间隙配合。

晶圆2传输到半导体加工腔室1a内的步骤为：如图1所示，第二升降台13a带动顶针装置11a相对于第一升降台12a上升，直至顶针112a的顶部超出第一升降台12a；如图2所示，机械手臂托住晶圆2并将晶圆2放置到顶针112a的顶部上，多根顶针112a一同支撑起晶圆2；如图3所示，机械手臂缩回后，第二升降台13a带动顶针装置11a相对于第一升降台12a下降，直至顶针112a的顶部平齐于第一升降台12a的上表面，第一升降台12a托起晶圆2。这样就将晶圆2放置在第一升降台12a上了。

第一升降台12a上升，将晶圆2带动到半导体加工腔室1a的上方进行成膜等加工步骤，然后第一升降台12a下降至原位。这时需要将晶圆2传送出半导体加工腔室1a。晶圆2传送出半导体加工腔室1a的步骤为：第二升降台13a上升带动顶针装置11a上升，顶针112a将晶圆2顶起；机械手臂将晶圆2托起并将晶圆2移出半导体加工腔室1a。

实用新型人通过大量的实践发现：如图4所示，由于支撑第二升降台13a的支柱偏心设置，第二升降台13a容易在重力的作用下向一侧微微倾斜。这样，在将晶圆2传送出半导体加工腔室1a的过程中，由于底板111a被第一升降台12a约束成水平而第二升降台13a倾斜，第二升降台13a上升时第二升降台13a对顶针112a还会施加一个弯转矩，该转矩容易导致顶针112a折断。

本实用新型的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种半导体加工腔室，其特征在于，包括：升降平台，设置有多个竖直延伸的通孔；设置在升降平台下方的基座组件，设置有多个开口朝上且竖直延伸的盲孔；以及多根顶针，包括贯穿所述通孔且插入到所述盲孔中的直杆以及从所述直杆的顶端径向向外伸出的限位部。

根据本实用新型的一个实施例，升降平台上升能挂住所述限位部以带动所述顶针上升，所述升降平台下降能使得所述顶针的顶端伸到所述升降平台的上方。

根据本实用新型的一个实施例，所述基座组件包括多个竖直设置的筒体，每个筒体上设置有一个所述盲孔。

根据本实用新型的一个实施例，所述通孔至少设置3个，所述盲孔至少设置3个，所述顶针至少设置3根，所有所述顶针不设置在同一竖直平面内。

根据本实用新型的一个实施例，所述顶针设置有三根，每两根所述顶针之间的距离相等。

根据本实用新型的一个实施例，所述半导体加工腔室还包括从升降平台向下延伸的支撑柱，所述支撑柱用于驱动所述升降平台上升和下降。

根据本实用新型的一个实施例，所述让位空间的形状与限位部的形状相匹配。

根据本实用新型的一个实施例，所述升降平台还设置有多个由每个通孔的顶端的内周壁径向向外凸出形成的让位空间，所述限位部能容纳于所述让位空间。

根据本实用新型的一个实施例，所述限位部为环形，所述让位空间为环空空间。

根据本实用新型的一个实施例，所述限位部的外径从顶端到底端渐缩，所述让位空间的内径从顶端到底端渐缩。

根据本实用新型的一个实施例，所述半导体加工腔室还包括容纳所述升降平台、所述基座组件和所述顶针的腔体；所述腔体设置有位于升降平台上方且朝向升降平台喷气的送气口，所述送气口连接到送气管，用于将反应气体运送至所述半导体加工腔室内。

根据本实用新型的一个实施例，半导体加工腔室还包括设置在所述腔体内且位于升降平台上方的喷头；所述喷头顶部设置为连接所述送气口以及底部设置多个出气孔，多个所述出气孔用于均匀地喷射出反应气体。

由上述技术方案可知，本实用新型的半导体加工腔室的优点和积极效果在于：

与现有技术相比，这种半导体加工腔室省去了一个专门用来升降顶针的平台，却没有省去相应的功能，这种半导体加工腔室的结构更加简单、可靠、制作成本也更低；同时，这种半导体加工腔室中的顶针也不会因为有这种倾斜的顶针升降平台而被折断。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本实用新型的优选实施例的详细说明，本实用新型的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本实用新型的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是一种加工腔室在第二升降台上升状态下的结构示意图；

图2是一种加工腔室在顶针支撑晶圆状态下的结构示意图；

图3是一种加工腔室在第二升降台下降状态下的结构示意图；

图4是一种顶针被折断的示意图；

图5是根据一示例性实施方式示出的一种加工腔室在升降平台下降状态下的结构示意图；

图6是根据一示例性实施方式示出的升降平台和顶针在升降平台下降状态下的局部剖视示意图；

图7是根据一示例性实施方式示出的筒体和顶针的全剖示意图；

图8是根据一示例性实施方式示出的升降平台和顶针在升降平台上升状态下的局部剖视示意图；

图9是根据一示意性实施方式示出的加工腔室在顶针支撑晶圆状态下的结构示意图；

图10是根据一示意性实施方式示出的加工腔室在升降平台上升状态下的结构示意图；

图11是根据一示意性实施方式示出的加工腔室的俯视示意图。

其中，附图标记说明如下：

1a、半导体加工腔室；11a、顶针装置；111a、底板；112a、顶针；12a、第一升降台；13a、第二升降台；1、半导体加工腔室；10、腔体；11、顶针；111、直杆；112、限位部；12、升降平台；121、通孔；122、让位空间；13、基座组件；131、筒体；132、盲孔；14、支撑柱；15、喷头；16、送气管；2、晶圆。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

参照图5，图5显示出了本实施例中的半导体加工腔室1的结构。在本实施例中，将以薄膜制备设备的半导体加工腔室1为例进行说明。半导体加工腔室1包括腔体10、升降平台12、基座组件13以及多根顶针11。升降平台12、基座组件13和顶针11均设置在腔体10内。

腔体10设置有内腔。腔体10的内腔优选为圆柱形空腔。腔体10的作用是为反应提供场所。腔体10的顶部设置有送气口，送气口设置在升降平台12的上方。腔体10的顶部安装有送气管16，送气管16接通送气口。送气管16用于向送气口运送反应气体。当送气管16向通气口运送反应气体时，送气口向腔体10内输入反应气体。送气口用于向下喷出反应气体。腔体10的侧壁上设置有进出料口以及用于开关该进出料口的门。进出料口未被门关闭时，晶圆2通过该进出料口输入和输出内腔。

升降平台12的平台上平面水平。升降平台12的平台上平面用于承载晶圆2。腔体10的送气口朝向升降平台12喷射反应气体。升降平台12可以构造为平板状，优选为圆形板。参照图6，升降平台12上设置有多个通孔121。通孔121贯通升降平台12。通孔121的数量与顶针11的数量一致。升降平台12上还设置有多个让位空间122。每个让位空间122对应设置在一个通孔121的顶端。每个让位空间122由对应的通孔121的顶端的内周壁径向向外凸出所形成。

升降平台12能上升和下降。在本实施例中，升降平台12下方设置有支撑柱14。支撑柱14竖直设置，支撑柱14的顶端连接升降平台12。支撑柱14贯穿腔体10的底板。支撑柱14与底板之间可以设置密封件以使得支撑与与墙体的底板之间。支撑柱14的底端连接到升降驱动机构。升降驱动机构能驱动支撑柱14竖直上升和下降，支撑柱14在上升和下降时能带动升降平台12竖直上升和下降。

基座组件13设置在升降平台12的下方。基座组件13优选设置在腔体10的底部。基座组件13上设置多个盲孔132。参照图7，盲孔132的开口朝上，并竖直延伸。所有盲孔132的底壁的高度一致。盲孔132的数量与通孔121的数量相同。盲孔132与通孔121一一对应，盲孔132与其所对应的通孔121对齐。盲孔132的孔径与通孔121的孔径可以相同。

顶针11包括直杆111和限位部112。直杆111为直条状。直杆111优选为圆杆。顶针11与通孔121一一对应设置。直杆111贯穿与其相对于的通孔121，并插入到与该通孔121对齐的盲孔132中。直杆111与通孔121和盲孔132之间均为间隙配合，这样，直杆111能在通孔121和盲孔132内滑动。限位部112从直杆111的顶端径向向外伸出。参照图8，顶针11下滑能使得限位部112容纳于让位空间122内。

升降平台12上升能挂住限位部112以带动顶针11上升。当升降平台12上升时，顶针11相对于升降平台12下滑，当滑动到限位部112与升降平台12相抵时，由于顶针11的限位部112凸出于直杆111，顶针11的限位部112不能通过通孔121而挂在升降平台12上，继而被升降平台12带动上升，此时，限位部112还容纳于让位空间122内。

升降平台12下降能使得顶针11的顶端伸到升降平台12的上方。当升降平台12下降时，顶针11也随着升降平台12下降，顶针11下降至与盲孔132的底壁相抵时，顶针11不会继续下降而平台继续下降，这样，顶针11的顶端能伸出升降平台12。

在将晶圆2放置到半导体加工腔室1内的步骤包括：参照图1，升降平台12下降到顶针11的顶部位于升降平台12上方的位置；参照图9，将晶圆2放置到多根顶针11上，多根顶针11支撑起晶圆2；参照图10，升降平台12上升，继而挂住限位部112并托起晶圆2上升。

升降平台12上升至靠近送气口，送气口输入反应气体，反应气体在晶圆沉积而形成薄膜。可以理解的，调整所输入的反应气体的种类，反应气体还可以与晶圆进行其他的反应，例如蚀刻、灰化和清洗等。

在将晶圆2从半导体加工腔室1内取出的步骤包括：参照图9，升降平台12下降到顶针11的顶部位于升降平台12上方的位置以使得顶针11支撑起晶圆2；将晶圆2从顶针11上取下。

由此可知，将晶圆2送入到半导体加工腔室1内和从半导体加工腔室1取出时，顶针11均能将晶圆2支撑起来，方便取送晶圆2。同时，晶圆2还能被升降平台12带动继续上升到制膜区域以便在晶圆2上沉积薄膜。尤其是，与现有技术相比，还省去了一个专门用来升降顶针11的平台，这种半导体加工腔室1的结构更加简单、可靠，同时，这种半导体加工腔室1中的顶针11也不会因为有这种倾斜的平台而被折断。另外，由于让位空间122能完全容纳限位部112，顶针11挂在升降平台12上时晶圆2能平铺在升降平台12的平台上平面上，若升降平台12为加热基板，则升降平台12能均匀地对晶圆2加热。

进一步地，基座组件13包括多个筒体131。多个筒体131均设置在升降平台12的下方。筒体131优选竖立在腔体10的底部。筒体131可以是圆筒。筒体131竖直设置。每个筒体131上设置有一个盲孔132。盲孔132从筒体131的顶端向下延伸。盲孔132优选为与筒体131同轴。顶针11插入在该盲孔132内。采用多个筒体131分散设置在升降平台12的下方，这样可以减少整个基座组件13的体积。

进一步地，升降平台12上的通孔121至少设置3个。筒体131至少设置3个，由此，盲孔132也至少设置有3个。顶针11至少设置3根。顶针11的数量、盲孔132的数量和通孔121的数量相同。所有顶针11不设置在同一竖直平面内。

这样，由于顶针11至少设置3根且不在同一个平面内，顶针11在支撑起晶圆2时能稳妥地托住晶圆2。

进一步地，多根顶针11中每相邻两根顶针11的顶点相连形成正多边形。该正多边形可以是正三角形，正方形或正五边形。正多边形的中心在升降平台12的平台上平面上的正投影与升降平台12的中心重合。

多根顶针11同时顶起晶圆时，晶圆2受力更加均匀，晶圆2被支撑得更加稳定。

进一步地，参照图11，顶针11设置有三根，每两根顶针11之间的距离相等。这样，三根顶针11的顶点的连线为等边三角形，顶针11在能稳定支撑晶圆2的同时数量也尽可能少；每个顶针11承载晶圆2的重量一致，顶针11受力更加均匀合理。

进一步地，半导体加工腔室1还包括支撑柱14。支撑柱14竖直设置。支撑柱14从升降平台12的底部向下延伸。支撑柱14与升降平台12之间采用固定连接，例如螺钉连接或焊接。支撑柱14用于驱动升降平台12上升和下降。支撑柱14的底端连接升降驱动机构。升降驱动机构驱动支撑柱14上升或下降时支撑柱14驱动升降平台12上升或下降。每根顶针11到所述支撑柱14之间的距离相等。

进一步地，让位空间122的形状与限位部112的形状相匹配。这样设置后，限位部112能完全容纳于让位空间122内，并且升降平台12与限位部112之间能紧贴在一起，在充入反应气体时可以使得反应气体尽可能少的残留在限位部112与升降平台12之间的间隙内。

进一步地，限位部112为环形，让位空间122为环空空间。环形的限位部112使得顶针11的顶面为圆形，这样，顶针11支撑晶圆2时顶针11顶部受力更均匀，同时这种限位部112还增大了顶针11与晶圆2之间的接触面积，晶圆2受到的压强小，不容易被划伤。尤其是，限位部112和让位空间122均设置成环形，限位部112进入让位空间122内时不必刻意与让位空间122对准、对齐，限位部112与让位空间122的配合更加简单。

进一步地，限位部112的外径从顶端到底端渐缩，让位空间122的内径从顶端到底端渐缩。这样，在限位部112未进入到让位空间122内时，限位部112外径较小的一端朝向让位空间122，让位空间122内径较大的一端朝向限位部112，这样，限位部112更容易进入到让位空间122内。

进一步地，限位部112的外周面为外锥面，让位空间122的内周壁为内锥面。这种形状的限位部112和让位空间122更加容易加工出来。

进一步地，半导体加工腔室1还包括喷头15。喷头15设置在腔体10的顶部。喷头15的顶部连通送气口。喷头15设置有多个出气孔。送气口能向喷头15内输入反应气体，喷头15的多个出气孔用于均匀地输出反应气体。这样设置后，反应气体输出的气流更加均匀，最后再晶圆2上生长出的薄膜也更加均匀。

本实用新型还提出了一种晶圆处理方法，其包括以下步骤：升降平台12下降到平台上平面低于顶针11的顶端，此时顶针11的顶端高度为初始高度；将晶圆2放置在顶针11的顶部以使得顶针11支撑起晶圆2；升降平台12上升至平台上平面高于初始高度以平托起晶圆2并将顶针挂起。

这些步骤为将晶圆放置到半导体加工腔室1的步骤，在这个过程中，升降平台12的高度下降后，顶针11的顶端高于升降平台12的平台上平面后，机械臂能托着晶圆往顶针11上放置晶圆，顶针11的顶端与升降平台12之间的空间用于为机械臂让位。

待机械臂缩回后，升降平台12上升至平台上平面高于顶针11的顶端的初始高度，在这个过程中可以将晶圆2平托起。晶圆2需要被输送到腔体10内的加工区域进行加工，在本实施例中，加工区域为送气口的附近，晶圆2需要被输送到加工区域内沉积薄膜。加工区域通常位于初始位置的上方，例如加工区域位于腔体10的顶部。由于晶圆后续的加工区域通常位于初始位置的上方，继续升降平台继续上升能将晶圆2平托到加工区域内。

升降平台12在上升的过程中还将顶针11挂起，升降平台12在对晶圆进行加热时顶针11封堵通孔并起到导热的作用，这能使得晶圆2受热更加均匀。

进一步地，该晶圆处理方法还包括以下步骤：升降平台12下降到平台上平面低于初始高度以使得顶针11支撑起晶圆2；将晶圆2从顶针11的顶部取下。

这两个步骤为将晶圆2从半导体加工腔室1取出的步骤，顶针顶起晶圆后，机械臂伸入到顶针11的顶端与升降平台12之间的空间内然后将晶圆托起并取出半导体加工腔室1。

应理解，以上描述的多个示例可沿多个方向(如倾斜、颠倒、水平、垂直，等等)并且以多个构造被利用，而不背离本实用新型的原理。附图中示出的实施例仅作为本实用新型的原理的有效应用的示例而被示出和描述，本实用新型并不限于这些实施例的任何具体的细节。

当然，一旦仔细考虑代表性实施例的以上描述，本领域技术人员就将容易理解，可对这些具体的实施例做出多种改型、添加、替代、删除以及其他变化，并且这些变化在本实用新型的原理的范围内。因此，前面的详细描述应被清楚地理解为是仅以说明和示例的方式来给出的，本实用新型的精神和范围仅由所附权利要求书及其等同物限定。