一种工艺腔室的制作方法

1.本发明属于半导体技术领域，更具体地，涉及一种工艺腔室。


背景技术：

2.在半导体工艺设备中，等离子体增强型化学气相沉积设备(plasma enhance chemical vapor deposition，pecvd)用于介质薄膜沉积工艺，用来在晶圆(wafer)表面生长以si、o、n为主要成分的介质薄膜(也用于含有b、p的掺杂薄膜沉积工艺)。由于pecvd工艺的特殊性，一般其升针材质均为陶瓷材质。由于基座作为pecvd工艺的一个极板，需要射频导通，以铝合金等导体材质为主(也存在aln材质，但内部也存在金属极板)；因升针部分处于极板内，且为陶瓷绝缘材质，因此在工艺时，升针的存在会使电场在升针区域出现畸变。根据电容原理，当电容介质发生变化时，电场线方向、电场强度会根据介质不同而变化，如电场线弯曲，电场强度减小等。
3.现有的一种工艺腔室中，其升针与基座的配合如图1所示，为了保证基座1升起时升针2能够随基座1一同移动，升针2的顶部设置倒锥体状的限位结构并与基座1上的倒锥孔形成限位配合，使得升针2的顶部端面的面积较大，由此导致升针2对应的晶圆投影区域内的工艺均匀性变差，进而影响晶圆整体的工艺均匀性。另外，对于如图1所示的现有技术中半导体工艺设备中的升针2与基座1的配合，由于基座1存在热胀冷缩现象，在维护时，基座1处于冷态，且限位结构的外周与基座1上的倒锥孔的孔壁接触，其带有倒锥体状的限位结构的升针2极易卡在基座1上的升针孔内，不易拔出。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种工艺腔室，解决现有技术中升针的顶部端面的面积较大导致升针对应的晶圆投影区域内的工艺均匀性变差的问题，及带有倒锥体状的限位结构的升针极易卡在基座上的升针孔内，不易拔出的问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供一种工艺腔室，应用于半导体工艺设备，包括：
6.腔室本体，所述腔室本体内设置有可升降的基座、多个升针和升针托架；
7.所述基座上沿竖直方向开设有贯穿所述基座的多个升针孔，多个所述升针设置于所述升针托架上且一一对应的穿设于多个所述升针孔内，所述基座的下表面设置有沿竖直方向延伸的导向件，所述升针托架与所述导向件滑动连接且止抵于所述导向件的下端，所述升针托架用于在所述基座升降时带动多个所述升针升降，其中，
8.所述基座位于传输位时，所述升针托架与所述腔室本体的底壁接触，多个所述升针从所述基座上表面伸出用于支撑晶圆；所述基座位于工艺位时所述升针托架与所述导向件的下端限位配合，多个所述升针的顶端不高于所述基座的上表面。
9.可选地，所述升针托架包括支撑板和支撑结构，所述支撑板与所述导向件滑动连接，多个所述升针设置于所述支撑板上，所述支撑板背离所述基座的一侧设置有支撑结构，所述基座位于所述传输位时，所述支撑结构与所述腔室本体的底壁接触。
10.可选地，所述支撑结构包括多个支撑柱，多个所述支撑柱沿所述支撑板的周向间隔设置，所述基座位于所述传输位时，所述多个所述支撑柱与所述腔室本体的底壁接触。
11.可选地，所述导向件的数量为多个，多个所述导向件沿所述基座的周向间隔设置，所述导向件的背离所述基座的一端具有向外凸出的限位部，所述基座位于所述工艺位时所述支撑板止抵于所述限位部。
12.可选地，所述升针孔包括由上至下依次设置的配合孔和导向孔，所述配合孔的孔径小于所述导向孔的孔径，所述升针包括由上至下依次设置的配合部和导向部，所述配合部与所述配合孔间隙配合，所述导向部与所述导向孔导向配合。
13.可选地，所述配合孔与所述导向孔之间由第一导向锥面部过渡连接，所述配合部与所述导向部之间由第二导向锥面部过渡连接，所述第二导向锥面部与所述第一导向锥面部导向配合。
14.可选地，所述配合部的直径不大于2mm，所述配合孔的孔径不大于2.5mm。
15.可选地，多个所述支撑柱的背离所述支撑板的一端均设置有高度调节组件，所述高度调节组件用于在所述基座位于所述传输位时调节多个所述升针的顶端相对于所述基座的上表面的高度。
16.可选地，所述高度调节组件包括套筒螺杆和锁紧螺母，所述支撑柱的下端螺纹连接有所述套筒螺杆，所述支撑柱上螺纹连接有所述锁紧螺母，所述锁紧螺母设置在所述套筒螺杆的上方，用于锁紧所述套筒螺杆的位置。
17.可选地，所述基座的下方设置有基座升降机构，所述基座升降机构用于驱动所述基座在所述传输位和所述工艺位之间升降，所述基座的上方设置有喷淋盘，所述喷淋盘用于喷淋工艺气体。
18.本发明提供一种工艺腔室，其有益效果在于：该工艺腔室具有升针托架，升针托架由导向柱提供导向并由限位部进行限位，升针由升针托架承托，因此无需在升针的顶部设置限位结构，使得升针的顶部端面的面积变小，减小升针对应的晶圆投影区域内的工艺均匀性的影响，进而提升晶圆整体的工艺均匀性；并且，由于该工艺腔室内的升针的顶部并不设置限位结构，避免了由于热胀冷缩现象使得升针的顶部容易出现限位结构与基座卡死，造成升针不易拔出的情况。
19.本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
20.通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
21.图1现有技术中的一种半导体工艺设备中升针与基座的配合示意图。
22.图2示出了根据本发明的一个实施例的一种工艺腔室的升针升起状态的结构示意图。
23.图3示出了根据本发明的一个实施例的一种工艺腔室的升针落下状态的结构示意图。
24.图4示出了根据本发明的一个实施例的一种工艺腔室的升针与基座的配合示意
图。
25.图5示出了根据本发明的一个实施例的一种工艺腔室的升针的结构示意图。
26.图6示出了根据本发明的一个实施例的一种工艺腔室的升针托架和支撑结构的三维示意图。
27.图7示出了根据本发明的一个实施例的一种工艺腔室的升针托架和支撑结构的主视结构示意图。
28.图8示出了图7的a向剖视结构示意图。
29.图9示出了本发明的升针与现有技术中一种工艺腔室中的升针在晶圆上的投影面积对比示意图。
30.图10示出了在图9示出的对比状态下本发明与现有技术中一种工艺腔室的电场均匀性分布对比示意图。
31.附图标记说明：
32.1、基座；2、升针；3、腔室本体；4、支撑板；5、支撑结构；6、导向件；7、限位部；8、配合孔；9、导向孔；10、配合部；11、导向部；12、第一导向锥面部；13、第二导向锥面部；14、支撑柱；15、套筒螺杆；16、锁紧螺母；17、喷淋盘；18、升降柱；19、波纹管；20、底壁；21、晶圆；22、机械手。
具体实施方式
33.下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
34.如图2和图3所示，本发明提供一种工艺腔室，应用于半导体工艺设备，包括：
35.腔室本体3，腔室本体3内设置有可升降的基座1、多个升针2和升针托架；
36.基座1上沿竖直方向开设有贯穿基座1的多个升针孔，多个升针2设置于升针托架上且一一对应的穿设于多个升针孔内，基座1的下表面设置有沿竖直方向延伸的导向件6，升针托架与导向件6滑动连接且止抵于导向件6的下端，升针托架用于在基座1升降时带动多个升针2升降，其中，
37.基座1位于传输位时，升针托架与腔室本体3的底壁20接触，多个升针2从基座1上表面伸出用于支撑晶圆20；基座1位于工艺位时升针托架与导向件3的下端限位配合，多个升针2的顶端不高于基座1的上表面。
38.具体的，现有的一种半导体工艺设备中，其升针2与基座1的配合如图1所示，为了保证基座1升起时升针2能够随基座1一同移动，升针2的顶部设置倒锥体状的限位结构并与基座1上的倒锥孔形成限位配合，使得升针2的顶部端面的面积较大，由此导致升针2对应的晶圆投影区域内的工艺均匀性变差，进而影响晶圆整体的工艺均匀性；另外，对于如图1所示的现有技术中半导体工艺设备中的升针2与基座1的配合，由于基座1存在热胀冷缩现象，在维护时，基座1处于冷态，且限位结构的外周与基座1上的倒锥孔的孔壁接触，其带有倒锥体状的限位结构的升针2极易卡在基座1上的升针孔内，不易拔出。
39.为解决现有技术中升针2的顶部端面的面积较大导致升针2对应的晶圆投影区域
内的工艺均匀性变差的问题，本发明提供一种工艺腔室，该半导体工艺设备在基座1的下方设置有升针托架，升针托架上设置有导向通孔，导向件6滑动穿设在导向通孔内，升针托架由导向件6提供导向，保证升针托架能够沿导向件6竖直滑动，导向件6的下端具有限位部7，升针托架由限位部7进行限位，在基座1上升至一定高度时，限位部7与升针托架的下表面接触，实现对升针托架的限位；升针2滑动设置在升针孔内并由升针托架承托，因此无需为了保证基座1升起时升针2能够随基座1一同移动而在升针2的顶部设置限位结构；使得升针2的顶部端面的面积变小，减小升针2对应的晶圆21投影区域内的工艺均匀性的影响，进而提升晶圆21整体的工艺均匀性；另外，由于该工艺腔室内的升针2的顶部并不设置限位结构，避免了由于热胀冷缩现象使得升针2的顶部容易出现限位结构与基座1卡死，造成升针不易拔出的情况。可选地，升针2为柱状或锥状，升针孔与升针2滑动配合，为升针2的升降提供导向。
40.具体的，升针孔的形状与升针2的外形相配合，升针2为柱状时，升针孔为柱状孔，升针2为锥状时，升针孔为锥状孔，锥状孔的孔壁还能够对升针2提供摆正导向，即使升针2相对于升针孔的中心有所偏移，也能够在升针2的上端从基座1的上表面上穿出时将升针2逐渐摆正；需要注意的是，为避免升针2的上端缩回至升针孔内时升针2的上端外周与升针孔的内周之间的间隙过大，锥状孔和升针2的锥度都比较小，保持升针2的上端缩回至升针孔内时升针2的上端外周与升针孔的内周之间的间隙小于0.5mm。
41.可选地，升针托架包括支撑板4和支撑结构5，支撑板4与导向件6滑动连接，多个升针2设置于支撑板4上，支撑板4背离基座1的一侧设置有支撑结构5，基座1位于传输位时，支撑结构5与腔室本体3的底壁20接触。
42.具体的，在基座1位于传输位时，支撑结构5与腔室本体3的底壁20接触，此时多个升针2的上端从基座1的上侧伸出，将晶圆21顶起；导向件为支撑板4提供导向作用，进而实现对升针2的升降导向。
43.可选地，支撑结构5包括多个支撑柱14，多个支撑柱14沿支撑板4的周向间隔设置，基座1位于传输位时，多个支撑柱14与腔室本体3的底壁20接触。
44.具体的，支撑柱14在支撑板4的下表面形成柱状凸台结构，用于在基座1下降至一定高度后支撑在腔室本体3的底壁20上，被动使得升降托架与基座1产生相对运动，进而托起升针2，使得升针2相对于基座1升起，能够托起基座1上的晶圆21。
45.可选地，导向件6的数量为多个，多个导向件6沿基座1的周向间隔设置，导向件6的背离基座1的一端具有向外凸出的限位部7，基座1位于工艺位时支撑板4止抵于限位部7。
46.具体的，导向件6为柱状，限位部7设置在导向件6下端外周，能够与支撑板4上导向通孔的孔壁干涉，实现对支撑板4的限位，在基座1上升至一定高度时，限位部7与支撑板4下表面接触形成卡接，使得基座1能够带动支撑板4一起上升。
47.可选地，升针孔包括由上至下依次设置的配合孔8和导向孔9，配合孔8的孔径小于导向孔9的孔径，升针2包括由上至下依次设置的配合部10和导向部11，配合部10与配合孔8间隙配合，导向部11与导向孔9导向配合。
48.具体的，如图4和图5所示，在本实施例中，升针孔为阶梯孔，升针2为阶梯柱状，升针2的配合部10滑动设置在配合孔8内，升针2的导向部11滑动设置在导向孔9内，配合部10与配合孔8采用间隙配合，导向部11与导向孔9采用滑动导向配合，以保证升针孔对于升针2
的导向作用。
49.可选地，配合孔8与导向孔9之间由第一导向锥面部12过渡连接，配合部10与导向部11之间由第二导向锥面部13过渡连接，第二导向锥面部13与第一导向锥面部12导向配合。
50.具体的，如图4所示，升针孔具有第一导向锥面部12，升针2具有第二导向锥面部13，随着升针2相对于升针孔的上升，第二导向锥面部13逐渐接近第一导向锥面部12直至相互接触，在此过程中第一导向锥面部12对第二导向锥面部13形成摆正导向，即使升针2相对于升针孔的中心有所偏移，也能够在升针2的上端从基座1的上表面上穿出时将升针2逐渐摆正。
51.进一步的，对于如图1所示的现有技术中半导体工艺设备中的升针2与基座1的配合，由于基座1存在热胀冷缩现象，在维护时，基座1处于冷态，且限位结构的外周与基座1上的倒锥孔的孔壁接触，其带有倒锥体状的限位结构的升针2极易卡在基座1上的升针孔内，不易拔出；因此本发明中的配合部10与配合孔8间隙配合，可采用f7/g6的轴孔配合公差，在维护时，升针2与基座1上的升针孔之间的配合如图4所示，第一导向锥面部12并不与第二导向锥面部13接触，拆卸掉升针托架，即可从基座1的下方轻松拆卸升针2，升针2不会出现卡死现象，设备的可维护性提升。
52.可选地，配合部10的直径不大于2mm，配合孔8的孔径不大于2.5mm。
53.具体的，本发明中的升针2的上端无需设置限位结构，因此可以尽可能地将升针2上端的配合部10的直径做小，配合部10的直径不超过2mm，配合孔8的孔金不超过2.5mm，相比于如图1所示的现有技术中的半导体工艺设备中的基座1上的倒锥孔，基座1上表面上的开孔尺寸也大大减小；极大的减小了升针2顶部端面在晶圆21上的投影区域的面积，进而减小其对晶圆21整体的工艺均匀性的影响。
54.可选地，升针2的导向部11的直径一般不大于10mm。
55.具体的，导向部11的直径相比于配合部10的直径较大，尽可能地保证了升针2的整体强度和刚度。
56.可选地，支撑板4为环形，支撑板4的上表面为平面。
57.具体的，支撑板4用于托举升针2，其上表面为平面，保证多根升针2处于同一平面上，进而保证升针2高度一致。
58.可选地，多个支撑柱14的背离支撑板4的一端均设置有高度调节组件，高度调节组件用于在基座1位于传输位时调节多个升针2的顶端相对于基座1的上表面的高度。
59.具体的，高度调节组件用于在基座1位于传输位时与腔室本体3的底壁20接触，通过对高低调节组件调节能够在基座1位于传输位时调节多个升针2的顶端相对于基座1的上表面的高度。
60.可选地，高度调节组件包括套筒螺杆15和锁紧螺母16，支撑柱14的下端螺纹连接有套筒螺杆15，支撑柱14上螺纹连接有锁紧螺母16，锁紧螺母16设置在套筒螺杆15的上方，用于锁紧套筒螺杆15的位置。
61.具体的，如图6至图8所示，支撑柱14的下端外周设置有外螺纹，套筒螺杆15螺纹连接在支撑柱14的下端，当需调节基座1处于晶圆21的传片状态时升针2的高度时，可通过转动套筒螺杆15调节支撑板4对升针2的支撑高度，进而使升针2高度升高或降低；如图6至图8
所示，支撑板4下表面上的支撑柱14上还设置有锁紧螺母16，当套筒螺杆15的调节完成后，锁紧该锁紧螺母16，使套筒螺杆15的位置固定，不随升降等情况发生位置变化，提高设备运行的稳定性。
62.可选地，基座1的下方设置有基座升降机构，基座升降机构用于驱动基座1在传输位和工艺位之间升降，基座1的上方设置有喷淋盘17，喷淋盘17用于喷淋工艺气体。
63.具体的，升降机构包括升降柱18和升降驱动结构，升降柱18连接在基座1的下方并贯穿腔室本体3的底壁20向腔室本体3的下方延伸，环形的支撑板4套设在升降柱18的外侧，升降柱18处于腔室本体3的底壁20外侧的部分套设有波纹管19，波纹管19的两端分别与腔室本体3的底壁20的下侧和升降柱18的下端外周密封连接，升降驱动结构用于驱动升降柱18升降，进而带动基座1和其上的晶圆21升降，使得晶圆21能够远离和靠近喷淋盘17。
64.在一个示例中，基座1为加热基座，能够加热其上的晶圆21。
65.综上，本发明提供的工艺腔室使用时，初始状态基座1处于低位(传输晶圆21的位置)，此时支撑板4下方的支撑结构5顶住腔室本体3的底壁20，升针2由于支撑板4的托举，其配合部10从基座1的上表面伸出，配合部10的上端面高于基座1的上表面一定高度，机械手22传入晶圆21并将晶圆21放置在升针2的配合部10的上端面上，机械手22退出；然后基座1升降机构驱动基座1上升，第一阶段，升针2和支撑板4不上升，升针2的顶面低于基座1的上表面，晶圆21由基座1承载；当限位部7接触支撑板4的下表面时进入第二阶段，第二阶段中升针2在支撑板4的带动下随基座1一同上升，直至基座1和其上的晶圆21升高至工艺要求gap位置；之后开始工艺；工艺结束后，逆向上述流程，最后由机械手22将工艺完成的晶圆21传出。由于本发明不再利用加热基座托住升针2，不再需要为了保证基座1升起时升针2能够随基座1一同移动而在升针2的顶部设置限位结构，使得升针2顶部端面的面积变小很多，进而使升针2顶部端面在晶圆21上的投影面积减小，更利于电场均匀分布和提升晶圆21整体工艺均匀性；如图9所示，本发明的升针2与现有技术中一种半导体工艺设备中的升针2在晶圆21上的投影面积对比示意图，如图10所示，在图9示出的对比状态下本发明与现有技术中一种半导体工艺设备的电场均匀性分布对比示意图，显然本发明优化了半导体工艺设备的电场均匀性。
66.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。