半导体工艺设备及其工艺腔室的制作方法

本申请涉及半导体加工技术领域，具体而言，本申请涉及一种半导体工艺设备及其工艺腔室。

背景技术：

目前，60兆赫(megahertz，mhz)频率的介质刻蚀设备产生的等离子体对工艺腔室内壁刻蚀很严重，需要设置内衬结构保护工艺腔室内壁。常见的2mhz、13.56mhz及40mhz频率的介质刻蚀设备的内衬结构不能满足60mhz频率的介质刻蚀设备对于等离子体的约束能力。为了解决上述问题，需要设置侧衬保护工艺腔室的内壁，设置底衬约束等离子体，侧衬和底衬共同组成了内衬结构。为了提高侧衬的耐刻蚀能力及约束电流路径，一般选用石英材料；为了起到约束等离子体同时屏蔽电磁场的作用，底衬一般选用金属材料。但是现有技术中，上电极组件在工艺腔室开合盖的过程中，容易与侧衬发生摩擦及碰撞导致侧衬碎裂，严重影响刻蚀工艺效率；并且由于圆环形侧衬影响传片的实现，现有技术中采用的解决办法是把侧衬升至上电极组件之后，再进行开合盖动作，但是由于需要在上电极组件设置侧衬升降机构，增加了上电极组件的重量和复杂程度，不利于工艺腔室开合盖。

技术实现要素：

本申请针对现有方式的缺点，提出一种半导体工艺设备及其工艺腔室，用以解决现有技术存在上电极组件重量较大且结构较为复杂的技术问题，便于实现工艺腔室开合盖。

第一个方面，本申请实施例提供了一种半导体工艺设备的工艺腔室，包括：腔室本体、固定内衬及活动内衬；所述腔室本体的侧壁上开设有传片口；所述固定内衬设置于所述腔室本体内，且环绕所述侧壁设置，用于遮蔽所述侧壁，所述固定内衬上对应于所述传片口的位置设置有缺口；所述活动内衬设置于所述腔室本体内，所述活动内衬能相对于所述固定内衬移动以闭合或开启所述缺口。

于本申请的一实施例中，所述缺口沿所述固定内衬的轴向延伸设置，所述活动内衬能相对所述固定内衬作升降运动。

于本申请的一实施例中，所述固定内衬包括固定底板及固定侧板，所述固定底板呈圆环板状，环绕所述工艺腔室内的下电极组件设置，与所述下电极组件和/或所述侧壁固定连接；所述固定侧板呈圆筒状，所述固定侧板的底部固定连接于所述固定底板上；所述缺口包括开设于所述固定底板上的底板缺口，以及开设于所述固定侧板上的侧板缺口。

于本申请的一实施例中，所述活动内衬的包括活动底板、活动侧板及升降机构，所述活动底板的形状与所述底板缺口的形状适配，所述活动侧板的形状与所述侧板缺口的形状适配，所述活动侧板设置于所述活动底板上，所述升降机构与所述活动底板连接，用于驱动所述活动底板升降。

于本申请的一实施例中，所述固定底板与所述下电极组件之间具有间隙，所述活动底板与所述固定底板之间具有间隙；所述固定侧板与所述工艺腔室内的上电极组件之间具有间隙，所述活动侧板与所述固定侧板之间具有间隙；各所述间隙的深宽比均大于预设阈值。

于本申请的一实施例中，所述固定底板及所述活动底板均为导电材质，所述固定侧板及所述活动侧板均为绝缘材质。

于本申请的一实施例中，所述固定底板上开设有径向栅格，所述径向栅格的深宽比大于预设阈值。

于本申请的一实施例中，所述侧板缺口由所述固定侧板的底端向顶端延伸设置，且未贯穿至所述固定侧板的顶端。

第二个方面，本申请实施例提供了一种半导体工艺设备，包括如第一个方面提供的半导体工艺设备的工艺腔室。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：

本申请实施例通过在腔室本体内增加内衬，隔离了等离子体和工艺腔室内壁，有效的解决了60兆赫频率的介质刻蚀设备的工艺腔室内壁被严重刻蚀的问题。进一步的，通过活动内衬可以选择性闭合或开启缺口，从而无需在工艺腔室内的上电极组件上设置升降机构，进而有效降低上电极组件的重量，大幅降低工艺腔室开合盖的难度；另一方面，在开合盖时，还可以降低上电极组件撞击内衬的风险，从而有效降低本申请实施例的故障率，延长使用寿命且降低应用及维护成本。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例提供的一种工艺腔室的剖视结构示意图；

图2a为本申请实施例提供的一种固定底板的俯视示意图；

图2b为本申请实施例提供的一种活动底板的俯视示意图；

图3a为本申请实施例提供的一种固定侧板的侧视示意图；

图3b为本申请实施例提供的一种活动侧板的侧视示意图；

图4为本申请实施例提供的一种工艺腔室的局部放大示意图；

图5a为本申请实施例提供的一种固定侧板和活动侧板配合的侧视示意图；

图5b为本申请实施例提供的另一种固定侧板和活动侧板配合的的侧视示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。

本申请实施例提供了一种半导体工艺设备的工艺腔室，该工艺腔室的结构如图1所示，包括：腔室本体1、固定内衬2及活动内衬3；腔室本体1的侧壁14开设有传片口13；固定内衬2设置于腔室本体1内，且环绕侧壁14设置，用于遮蔽侧壁14，并且固定内衬2上对应于传片口13的位置设置有缺口4；活动内衬3设置于腔室本体1内，活动内衬3能相对于固定内衬2移动以闭合或开启缺口4。

如图1所示，腔室本体1可以为采用金属材质制成的圆柱形结构，腔室本体1具体可以用于对晶圆执行60兆赫频率的刻蚀工艺，但是本申请实施例并不以此为限，腔室本体1也可以执行其它工艺。腔室本体1内能形成的射频电场，将腔室本体1内的工艺气体电离形成等离子体，对晶圆100表面进行刻蚀工艺处理。腔室本体1侧壁14还设置有传片口13，用于向腔室本体1内传输晶圆100。固定内衬2可以与腔室本体1的侧壁14连接，固定内衬2可以从内侧环绕腔室本体1的侧壁14，以用于遮敝腔室本体1的侧壁14。固定内衬2上对应于传片口13的位置开设有缺口4，缺口4内可以放置活动内衬3。活动内衬3设置于腔室本体1内，并且其可以选择性位于缺口4处，以选择性闭合或开启缺口4。在实际应用时，活动内衬3移动后开启缺口4，此时机械手可以将晶圆100依次通过传片口13、缺口4后传输至腔室本体1内，当机械手撤走后活动内衬3再次移动以闭合缺口4，腔室本体1可以开始执行刻蚀工艺。

本申请实施例通过在腔室本体内增加内衬，隔离了等离子体和工艺腔室内壁，有效的解决了60兆赫频率的介质刻蚀设备的工艺腔室内壁被严重刻蚀的问题。进一步的，通过活动内衬可以选择性闭合或开启缺口，从而无需在工艺腔室内的上电极组件上设置升降机构，进而有效降低上电极组件的重量，大幅降低工艺腔室开合盖的难度；另一方面，在开合盖时，还可以大幅降低上电极组件撞击内衬的风险，从而有效降低本申请实施例的故障率，延长使用寿命且降低应用及维护成本。

需要说明的是，本申请实施例并不限定腔室本体的材质及形状，例如其可以采用不锈钢材质制成的其它形状。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，如图1所示，缺口4沿固定内衬2的轴向延伸设置，活动内衬3能相对固定内衬2作升降运动。具体来说，缺口4沿固定内衬2的轴向延伸设置，活动内衬3可以相对于固定内衬2作升降运动。采用上述设计，由于腔室本体1的底部一般设置有下电极组件12，活动内衬3相对于固定内衬2升降运动，能有效提高腔室本体1内的空间利用率，从而使得结构简单及便于拆装维护。需要说明的是，本申请实施例并不限定缺口4具体延伸方向，例如缺口4也可以沿固定内衬2的径向延伸设置，活动内衬3相对于固定内衬2平移。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，如图1至图3b所示，固定内衬2包括固定底板21及固定侧板22，固定底板21呈圆环板状，环绕工艺腔室内的下电极组件12设置，与下电极组件12和/或侧壁固定连接，固定侧板22呈圆筒状，固定侧板22的底部固定连接于固定底板21上；缺口4包括开设于固定底板21上的底板缺口41，以及开设于固定侧板22上的侧板缺口42。

如图1至图3b所示，固定底板21具体可以为采用金属材质制成的圆环板状结构，固定底板21中部的内缘围绕下电极组件12的外周设置，固定底板21与腔室本体1的侧壁连接，或者固定底板21与下电极组件12连接，再或者固定底板21与腔室本体1的侧壁14及下电极组件12连接，具体连接方式可以采用螺栓连接或者卡接等方式，但是本申请实施例并不以此为限。固定底板21的外缘开设有圆弧状的底板缺口41。固定侧板22具体可以为采用绝缘材质制成的圆筒状结构，固定侧板22的底部连接于固定底板21的上，例如固定侧板22的底部卡接于固定底板21上，但是本申请实施例并不以此为限。固定侧板22的侧板沿轴向贯穿设有侧板缺口42，底板缺口41与侧板缺口42共同组合构成缺口4。采用上述设计，使得本申请实施例结构简单，并且便于拆装维护。

于本申请的一实施例中，如图1至图4所示，活动内衬3的包括活动底板31、活动侧板32及升降机构33，活动底板31的形状与底板缺口41的形状适配，活动侧板32的形状与侧板缺口42的形状适配，活动侧板32设置于活动底板31上，升降机构33与活动底板31连接，用于驱动活动底板31升降。

如图1至图4所示，活动底板31具体可以采用与固定底板21相同的金属材质制成，活动底板31具体形状与底板缺口41的形状对应设置。活动侧板32具体可以采用与固定侧板22相同的绝缘材质制成，活动侧板32具体形状与侧板缺口42形状对应设置。具体来说，活动底板31与固定底板21材质相同，且活动底板31的结构特征与底板缺口41相同，尺寸大小正好补上固定底板21的底板缺口41，这样可以保证活动底板31与固定底板21配合后材料、特征、尺寸是圆周对称的，从而满足60兆赫频率的介质刻蚀设备的射频要求。活动侧板32与固定侧板22的材质相同，且活动侧板32结构特征与侧板缺口42相同，尺寸大小正好补上固定侧板22的侧板缺口42，这样可以保证活动侧板32与固定侧板22配合后材料、特征、尺寸是圆周对称的，从而满足60兆赫频率的介质刻蚀设备的射频要求。进一步的，活动侧板32可以采用卡接的方式设置于活动底板31上，但是本申请实施对此并不进行限定。升降机构33与活动底板31连接，用于驱动活动底板31升降，活动侧板32设置于活动底板31上。具体地，升降机构33可以采用一伸缩气缸来实现活动内衬3的升降运动，伸缩气缸的缸体可以设置于下电极组件12的左侧，伸缩气缸的伸缩杆与活动底板31连接。当然本申请实施例对于升降机构33的位置并不进行限定，升降机构33的设置位置应当与活动内衬3对应设置。采用上述设计，由于升降机构33设置于腔室本体1底部的一侧，减轻了上电极组件11的重量，从而大幅降低了工艺腔室开合盖难度，并且合理利用了腔室本体1内的空间。

需要说明的是，本申请实施例并不限定升降机构33的具体类型，例如升降机构33还可以通过丝杠机构来实现活动内衬3的升降。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，如图1及图4所示，固定底板21与下电极组件12之间具有间隙6，活动底板31与固定底板21之间具有间隙6；固定侧板22与工艺腔室内的上电极组件11具有间隙6，活动侧板32与固定侧板22之间具有间隙6；各间隙6的深宽比均大于预设阈值。

如图1及图4所示，由于活动内衬3通过升降机构33实现相对于固定内衬2升降，从而实现缺口4的闭合或开启，因此活动内衬3与固定内衬2采用间隙配合方式。具体来说，固定底板21的内缘与下电极组件12之间具有间隙6，活动底板31与固定底板21之间也具有间隙6；固定侧板22的顶部与上电极组件11之间具有间隙6，上电极组件11例如可以是介质刻蚀设备的喷淋管，用于向腔室本体1内输入工艺气体；同样的活动侧板32与固定侧板22之间也具有间隙6。四个间隙6的深宽比均需满足高深宽比的要求，即间隙6深度大于预设阀值，该预设阈值为当前等离子体的平均自由程，从而起到约束等离子体作用。通过高深宽比的间隙尺寸，由此解决将60兆赫频率的等离子体约束在腔室本体1反应区域内的问题。

需要说明的是，本申请实施例并不限定预设阀值的具体数值，其可以根据不同类型工艺进行计算得出等离子体的平均自由程，然后将平均自由程设置于预设阈值。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例，如图1至图3b所示，固定底板21及活动底板31均为导电材质，固定侧板22及活动侧板32均为绝缘材质。固定底板21及活动底板31均可以采用金属材质制成，例如采用不锈钢材质或者铝合金材质制成；固定侧板22及活动侧板32均可以采用绝缘材质制成，例如采用石英材质或者陶瓷材质制成。通过设置固定内衬2与活动内衬3的结构特征和材质匹配，满足了晶圆周围内衬圆周对称性的要求，从而能有效改善工艺结果。需要说明的是，本申请实施例并不限定固定内衬2及活动内衬3的具体材质，例如固定内衬及活动内衬均采用相同材质制成。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，如图2a所示，固定底板21开设有径向栅格211，径向栅格211的深宽比大于预设阈值。具体来说，固定底板21靠近内缘的位置均匀分布有多个径向栅格211，径向栅格211即气流通道，用于将腔室本体1内未反应完成的工艺气体及等离子体导出至腔室本体1外侧。径向栅格211的深宽比同样大于预设阈值，即径向栅格211采用高深宽比尺寸。预设阈值为等离子体的平均自由程，径向栅格211的深度大于等离子体平均自由程，起到约束等离子体的作用，由此解决将60兆赫频率的等离子体约束在腔室本体1反应区域内的问题。

于本申请的一实施例中，侧板缺口42由固定侧板22的底端向顶端延伸设置，且未贯穿至固定侧板22顶端。

如图1、图5a所示，侧板缺口42由固定侧板22的底端向顶端延伸设置，且未贯穿至固定侧板22顶端，即侧板缺口42沿固定侧板22的底端向上延伸，并且延伸至中部偏上位置，但未贯穿至固定侧板22的顶端。采用该设计能提高固定侧板22的强度，并且使得活动侧板32无需与上电极组件11之间形成配合关系，仅与固定侧板22形成配合关系，从而使得活动侧板32与固定侧板22之间定位基准相同，进而能有效提高两者配合的精准度，避免上电极组件11在开合盖过程中与固定侧板22及活动侧板32发生摩擦碰撞，从而有效避免固定侧板22及活动侧板32碎裂。可选地，如图5b所示，侧板缺口42也可以沿轴向完全贯穿于固定侧板22上，即侧板缺口42沿固定侧板22的底端贯穿至顶端，采用该设计使得固定侧板22便于加工制造，从而有效降低本申请实施例的制造成本。

基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种半导体工艺设备，包括如上述各实施例提供的半导体工艺设备的工艺腔室。

应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：

本申请实施例通过在腔室本体内增加内衬，隔离了等离子体和工艺腔室内壁，有效的解决了60兆赫频率的介质刻蚀设备的工艺腔室内壁被严重刻蚀的问题。进一步的，通过活动内衬可以选择性闭合或开启缺口，从而无需在工艺腔室内的上电极组件上设置升降机构，进而有效降低上电极组件的重量，大幅降低工艺腔室开合盖的难度；另一方面，在开合盖过程中，还可以大幅降低上电极组件撞击内衬的风险，从而有效降低本申请实施例的故障率，延长使用寿命且降低应用及维护成本。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。