一种半导体设备的反应腔室的制作方法

1.本实用新型属于半导体技术领域，更具体地，涉及一种半导体设备的反应腔室。


背景技术：

2.刻蚀是半导体制造工艺及微电子ic制造工艺的一个重要步骤，其主要实现方法是通过溶液、反应离子或其他机械方式来剥离、去除材料。刻蚀工艺包括感性耦合(icp)的等离子体刻蚀，等离子体刻蚀原理是在真空压力环境下，工艺气体被高能量的射频功率激发，产生电离并形成等离子体，也称为启辉过程；等离子体在电场的作用下从反应腔室顶部朝底部的硅片加速运动，对硅片表面进行物理轰击，将晶圆表面的光胶刻掉，形成相应的电路沟槽。
3.在深硅刻蚀工艺中，由于晶圆边缘(1～2mm)没有光胶，等离子体对晶圆边缘的直接轰击，导致边缘会被过度刻蚀，形成黑硅现象，即：晶圆边缘被过刻蚀产生硅颗粒，同时晶圆边缘被刻出裂纹，在下一阶段的刻蚀过程中，晶圆容易沿着裂纹向内部延伸，导致晶圆碎片。由此产生的硅颗粒，不仅会造成晶圆表面缺陷超标，影响产品良率，还会缩短反应腔室pm周期，影响产能，甚至还会导致晶圆碎片。为了解决黑硅现象，目前通常的做法是在晶圆上方增加边缘保护环(epr)，保护晶圆边缘不受等离子体过度轰击。然而，在利用边缘保护环保护晶圆边缘时，往往难以保证边缘保护环与晶圆同心，导致晶圆表面刻蚀均匀性和一致性差。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种半导体设备的反应腔室，解决边缘保护环难以与晶圆保持同心，导致晶圆表面刻蚀均匀性和一致性差的问题。
5.为了实现上述目的，本实用新型提供一种半导体设备的反应腔室，包括：
6.腔室本体及设置于所述腔室本体内部的隔离部件和承载装置，所述隔离部件环绕设置在所述腔室本体的侧壁内侧且所述隔离部件的顶端设置于所述腔室本体的侧壁的顶部，所述隔离部件的底端形成有沿径向向内延伸的底壁，所述底壁环绕设置在所述承载装置的外侧；
7.所述承载装置包括基座、边缘保护环和升降机构，所述升降机构包括驱动组件、多个升降杆和多个导向结构，多个所述升降杆穿过所述底壁与所述边缘保护环可拆卸的固定连接，所述导向结构设置于所述底壁且套设于相应的所述升降杆的外侧，所述驱动组件设置于所述基座内部且与多个所述升降杆相连，所述驱动组件用于驱动多个所述升降杆以带动所述边缘保护环升降。
8.可选地，所述边缘保护环的外周设置有向外延伸的连接部，所述连接部上设置有第一通孔，所述升降杆的上端贯穿所述第一通孔并外露，所述升降杆的上端设置有第一外螺纹，所述反应腔室还包括第一固定螺帽和第二固定螺帽，所述第一固定螺帽和所述第二固定螺帽分别处于所述连接部的上下两侧并与所述升降杆螺纹连接。
9.可选地，所述第一固定螺帽的顶端封闭，所述第一固定螺帽的上侧罩设有第一保护帽。
10.可选地，所述导向结构包括套设于所述升降杆外侧的第一导向轴套和第二导向轴套，所述第一导向轴套和所述第二导向轴套分别处于所述底壁的上下两侧并与所述底壁相连接。
11.可选地，所述第一导向轴套的下端设置有第一环形连接部，所述第一环形连接部上设置有第一连接孔，所述底壁上设置有与所述第一连接孔相对应的第二连接孔，所述第二导向轴套的上端设置有第二环形连接部，所述第二环形连接部上设置有与所述第二连接孔相对应的螺纹连接孔，所述第一导向轴套和所述第二导向轴套通过依次贯穿所述第一连接孔和所述第二连接孔并与所述螺纹连接孔连接的固定螺钉固定在所述底壁上。
12.可选地，所述隔离部件包括上内衬和下内衬，所述上内衬的上端设置于所述腔室本体的侧壁的顶部，所述上内衬的下端与所述下内衬的上端搭接，所述下内衬的底端具有所述底壁，所述下内衬通过所述底壁与所述基座固定连接，所述底壁上开设有栅格。
13.可选地，所述升降杆包括第一升降杆和第二升降杆，所述第一升降杆与所述导向结构配合，所述第一升降杆的上端与所述边缘保护环固定连接，所述第一升降杆的下端外周设置有第一环形凸起部，所述第二升降杆的下端与所述驱动组件连接，所述第一升降杆的下端与所述第二升降杆的上端通过缓冲结构连接，所述缓冲结构包括：
14.固定套筒，所述固定套筒的内部设置有隔板，所述隔板将所述固定套筒的内部分隔成上腔体和下腔体，所述第二升降杆的上端与所述下腔体的内壁连接，所述第一环形凸起部活动设置在所述上腔体内；
15.保护套筒，所述保护套筒滑动套设在所述第一升降杆的外侧，所述保护套筒与所述固定套筒的上端连接，所述保护套筒与所述第一环形凸起部之间设置有第一缓冲垫圈，所述第一环形凸起部与所述隔板之间设置有第二缓冲垫圈。
16.可选地，所述第二升降杆的上端插设在所述下腔体内并与所述下腔体螺纹连接，所述上腔体的内壁的上部设置有第二环形凸起部，所述第二环形凸起部的内周设置有内螺纹，所述第一环形凸起部的外周设置有与所述内螺纹配合的第二外螺纹，所述保护套筒的外周设置有第三外螺纹，所述保护套筒通过所述第三外螺纹与所述内螺纹连接。
17.可选地，所述隔板的中部设置有第一通气孔，所述第二升降杆的上端内部设置有第二通气孔，所述第二通气孔沿所述第二升降杆的轴线向下延伸，所述第二通气孔的下端孔壁上开设有与所述第二通气孔连通的导气孔。
18.可选地，所述承载装置还包括设置在所述基座上侧的承载盘和聚焦环，所述承载盘用于承载晶圆，所述聚焦环设置在所述承载盘上，所述聚焦环的上侧外边缘设置有第一斜面，所述聚焦环的上侧中部设置有环形槽，所述环形槽靠近所述第一斜面的槽壁高于所述环形槽远离所述第一斜面的槽壁；所述边缘保护环可升降地设置在所述聚焦环的上方，用于覆盖所述晶圆的边缘，所述边缘保护环的下侧设置有第一环形凸台和第二环形凸台，所述第一环形凸台与所述环形槽嵌入式配合，所述第二环形凸台靠近所述第一环形凸台的一侧设置有与所述第一斜面接触式配合的第二斜面。
19.本实用新型提供一种半导体设备的反应腔室，其有益效果在于：该半导体设备的反应腔室中的升降杆与边缘保护环可拆卸的固定连接，并且隔离部件的底壁上设置有导向
结构，导向结构对升降杆提供导向作用，保证升降杆能够带动边缘保护环沿竖直方向进行升降，保证边缘保护环的精确定位，即保证边缘保护环和晶圆同心，对提升产品质量，提高产品良率具有重要意义。
20.本实用新型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
21.通过结合附图对本实用新型示例性实施方式进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本实用新型示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
22.图1示出了根据本实用新型的一个实施例的一种半导体工艺设备的整体结构示意图。
23.图2示出了根据本实用新型的一个实施例的一种半导体工艺设备的部分结构示意图。
24.图3示出了根据本实用新型的一个实施例的一种半导体工艺设备的边缘保护环与聚焦环的配合结构示意图。
25.图4示出了根据本实用新型的一个实施例的一种半导体工艺设备的升降杆与边缘保护环的连接结构的示意图。
26.图5示出了根据本实用新型的一个实施例的一种半导体工艺设备的导向结构的示意图。
27.图6示出了根据本实用新型的一个实施例的一种半导体工艺设备的缓冲结构的示意图。
28.图7示出了根据本实用新型的一个实施例的一种半导体工艺设备的边缘保护环的一个视角的三维结构示意图。
29.图8示出了根据本实用新型的一个实施例的一种半导体工艺设备的边缘保护环的仰视结构示意图。
30.图9示出了根据本实用新型的一个实施例的一种半导体工艺设备的聚焦环的另一个视角的三维结构示意图。
31.图10示出了根据本实用新型的一个实施例的一种半导体工艺设备的边缘保护环与聚焦环的整体配合结构示意图。
32.附图标记说明：
33.1、腔室本体；2、承载盘；3、聚焦环；4、第一斜面；5、环形槽；6、边缘保护环；7、第一环形凸台；8、第二环形凸台；9、第二斜面；10、升降杆；11、基座；12、隔离部件；13、气缸；14、升降连接板；15、升降连接杆；16、波纹管；17、升降支撑板；18、连接部；19、第一通孔；20、第一固定螺帽；21、第二固定螺帽；22、第一保护帽；23、底壁；24、导向结构；25、第一导向轴套；26、第二导向轴套；27、固定螺钉；28、第二保护帽；29、第一升降杆；30、第二升降杆；31、第一环形凸起部；32、缓冲结构；33、固定套筒；34、隔板；35、保护套筒；36、第一缓冲垫圈；37、第二缓冲垫圈；38、第二环形凸起部；39、第一通气孔；40、第二通气孔；41、导气孔。
具体实施方式
34.下面将更详细地描述本实用新型的优选实施方式。虽然以下描述了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型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实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。
35.如图1和图2所示，本实用新型提供一种半导体设备的反应腔室，包括：
36.腔室本体1及设置于腔室本体1内部的隔离部件12和承载装置，隔离部件12环绕设置在腔室本体1的侧壁内侧且隔离部件12的顶端设置于腔室本体1的侧壁的顶部，隔离部件12的底端形成有沿径向向内延伸的底壁23，底壁23环绕设置在承载装置的外侧；
37.承载装置包括基座11、边缘保护环6和升降机构，升降机构包括驱动组件、多个升降杆10和多个导向结构24，多个升降杆10穿过底壁23与边缘保护环6可拆卸的固定连接，导向结构24设置于底壁23且套设于相应的升降杆10的外侧，驱动组件设置于基座11内部且与多个升降杆10相连，驱动组件用于驱动多个升降杆10以带动边缘保护环6升降。
38.具体的，隔离部件12能够减少等离子直接轰击到腔室本体1的内壁，承载装置的基座11的顶部的承载盘2用于承载晶圆，边缘保护环6由升降机构的驱动组件驱动多个升降杆10带动其升降，保护晶圆边缘6不受等离子体过度轰击；为解决现有技术中难以保证边缘保护环6与晶圆同心，导致晶圆表面刻蚀均匀性和一致性差的问题，该半导体设备的反应腔室中的升降杆10与边缘保护环6可拆卸的固定连接，并且隔离部件12的底壁23上设置有导向结构24，导向结构24对升降杆10提供导向作用，保证升降杆10能够带动边缘保护环6沿竖直方向进行升降，保证边缘保护环6的精确定位，即保证边缘保护环6和晶圆同心，对提升产品质量，提高产品良率具有重要意义。
39.进一步的，驱动组件用于驱动升降杆10升降，通过升降杆10的升降，将边缘保护环6顶起或下降；在一些现有的半导体工艺设备中，升降杆10的上端与边缘保护环6活动连接，在升降杆10上升以顶起边缘保护环6的过程中，升降杆10的上端会与边缘保护环6发生碰撞，容易因碰撞产生颗粒，影响产品良率；为此，本实用新型中的升降杆10的上端与边缘保护环6可拆卸的固定连接，避免了升降杆10与边缘保护环6之间的碰撞，避免了因碰撞产生颗粒，提高产品良率。
40.在本实施例中，如图1和图2所示，升降驱动组件包括气缸13、升降连接板14、升降连接杆15、波纹管16和升降支撑板17；气缸13竖向设置在基座11内部的底板上侧，基座11的底板上设置有竖向孔，升降连接杆15活动穿设在竖向孔内，升降连接板14的两端分别连接气缸13的伸缩端和升降连接杆15的上端，升降支撑板17与升降连接杆15的下端和升降杆10的下端连接，升降连接杆15处于基座11的底板的下方的部分套设有波纹管16，波纹管16的两端分别与基座11的底板的下侧和升降支撑板17的上侧密封连接。
41.具体的，气缸13的伸缩端的伸缩能够通过升降连接板14、升降连接杆15和升降支撑板17的传动带动升降竖向升降，进而带动边缘保护环6竖向升降。
42.可选地，边缘保护环6的外周设置有向外延伸的连接部18，连接部18上设置有第一通孔19，升降杆10的上端贯穿第一通孔19并外露，升降杆10的上端设置有第一外螺纹，反应腔室还包括第一固定螺帽20和第二固定螺帽21，第一固定螺帽20和第二固定螺帽21分别处于连接部18的上下两侧并与升降杆10螺纹连接。
43.具体的，如图4所示，连接部18呈片状，第一通孔19竖向开设在连接部18上，升降杆10的上端穿设在第一通孔19内，并且连接部18的上下两侧分别设置有与升降杆10螺纹连接的第一固定螺帽20和第二固定螺帽21，二者能够将升降杆10的上端与连接部18紧固连接。第一固定螺帽20和第二固定螺帽21的锁紧还能够防止在腔室本体1内抽真空的过程中，由于气流扰动造成的边缘保护环6的晃动进而导致的边缘保护环6与晶圆的不同心。
44.可选地，第一固定螺帽20的顶端封闭，第一固定螺帽20的上侧罩设有第一保护帽22。
45.具体的，第一保护帽22从第一固定螺帽20的上方将第一固定螺帽20包裹，在一个示例中，第一保护帽22可以采用陶瓷材质，避免等离子体直接轰击到第一固定螺帽20；在一个示例中，第一保护帽22无需固定，盖在第一固定螺帽20上将其罩住即可。
46.可选地，导向结构24包括套设于升降杆10外侧的第一导向轴套25和第二导向轴套26，第一导向轴套25和第二导向轴套26分别处于底壁23的上下两侧并与底壁23相连接。
47.具体的，如图5所示，分别处于隔离部件12的底壁23的上侧和下侧的第一导向轴套25和第二导向轴套26均与隔离部件12连接，升降杆10滑动穿设在第一导向轴套25和第二导向轴套26内，利用第一导向轴套25和第二导向轴套26对升降杆10进行导向，避免其晃动。
48.在一个示例中，升降杆10在基座11的外侧沿周向均布有三个，每个升降杆10均通过第二通孔贯穿底壁23，本实用新型中的升降杆10通过导向结构24与底壁23连接，使得升降杆10在升降过程中相对于底壁23的底壁23上的第二通孔无晃动，保证固定在升降杆10的上端的边缘保护环6能够精准地落在聚焦环3上。
49.可选地，第一导向轴套25的下端设置有第一环形连接部，第一环形连接部上设置有第一连接孔，底壁23上设置有与第一连接孔相对应的第二连接孔，第二导向轴套26的上端设置有第二环形连接部，第二环形连接部上设置有与第二连接孔相对应的螺纹连接孔，第一导向轴套25和第二导向轴套26通过依次贯穿第一连接孔和第二连接孔并与螺纹连接孔连接的固定螺钉27固定在底壁23上。
50.具体的，第一导向轴套25的第一环形连接部与第二导向轴套26的第二环形连接部通过固定螺钉27紧固在隔离部件12的底壁23上，第一导向轴套25和第二导向轴套26对升降杆10进行导向。
51.可选地，固定螺钉27的螺钉帽的上侧罩设有第二保护帽28。
52.可选地，隔离部件12包括上内衬和下内衬，上内衬的上端设置于腔室本体1的侧壁的顶部，上内衬的下端与下内衬的上端搭接，下内衬的底端具有底壁23，下内衬通过底壁23与基座11固定连接，底壁23上开设有栅格。
53.具体的，底壁23上设置有第二通孔，升降杆10活动穿设在第二通孔内，升降杆10通过导向结构24与底壁23连接；在一个示例中，栅格间隙4mm，满足等离子不能穿过的要求；栅格还具有匀流效果，腔室本体1内的气体在被抽走的过程中会被挡在栅格上方些许时刻，然后被分子泵抽走，可以起到匀流的作用。
54.可选地，升降杆包括第一升降杆29和第二升降杆30，第一升降杆29与导向结构24配合，第一升降杆29的上端与边缘保护环6固定连接，第一升降杆29的下端外周设置有第一环形凸起部31，第二升降杆30的下端与驱动组件连接，第一升降杆29的下端与第二升降杆30的上端通过缓冲结构32连接，缓冲结构32包括：
55.固定套筒33，固定套筒33的内部设置有隔板34，隔板34将固定套筒33的内部分隔成上腔体和下腔体，第二升降杆30的上端与下腔体的内壁连接，第一环形凸起部31活动设置在上腔体内；
56.保护套筒35，保护套筒35滑动套设在第一升降杆29的外侧，保护套筒35与固定套筒33的上端连接，保护套筒35与第一环形凸起部31之间设置有第一缓冲垫圈36，第一环形凸起部31与隔板34之间设置有第二缓冲垫圈37。
57.具体的，驱动组件的动力源一般为气缸13，由于气体是可压缩性流体，气缸13在开始运动时会产生急速运动，使得升降杆10在顶起边缘保护环6时由于起初的加速度较大，而对边缘保护环6形成冲击，易导致边缘保护环6产生颗粒，影响产品良率；为此，如图6所示，本实用新型中的升降杆10分为第一升降杆29和第二升降杆30，二者通过缓冲结构32连接；第一升降杆29下端的第一环形凸起部31活动设置在上腔体内，并且在第一环形凸起部31的上下两侧分别设置有第一缓冲垫圈36和第二缓冲垫圈37，使得第一升降杆29与第二升降杆30之间具有轴向的移动调整空间，由于升降杆10的顶端与边缘保护环固定连接，缓冲结构32的设置不仅能够避免边缘保护环6急剧上升或下降，还能保证环形保护环6降落在聚焦环3上的过程中升降杆10具有长度方向上的调整间隙。
58.可选地，第二升降杆30的上端插设在下腔体内并与下腔体螺纹连接，上腔体的内壁的上部设置有第二环形凸起部38，第二环形凸起部38的内周设置有内螺纹，第一环形凸起部31的外周设置有与内螺纹配合的第二外螺纹，保护套筒35的外周设置有第三外螺纹，保护套筒35通过第三外螺纹与内螺纹连接。
59.具体的，缓冲结构32的装配过程中，第二升降杆30的上端与下腔体螺纹连接，然后第二缓冲垫圈37放入上腔体内，之后利用第一环形凸起部31上的第二外螺纹与第二环形凸起部38上的内螺纹的配合，将第一升降杆29旋入上腔体内，使得第一升降杆29活动设置在第一缓冲垫圈36的上侧，再将第二缓冲垫圈37放入至第一环形凸起部31的上侧，最后通过保护套筒35上的第三外螺纹与第二环形凸起部38上的内螺纹的配合，将保护套筒35连接在第二环形凸起部38内侧，将固定套筒33与升降杆10之间的间隙填满，减少垫片受腐蚀。保护套与第一升降杆29间隙配合，使得第一升降杆29能够相对于固定套筒33在竖向上有一定的移动空间。
60.在一个示例中，保护套筒35的上端外周上设置有第三环形凸起部，第三环形凸起部的下表面用于与固定套筒33的上端的端面接触。
61.可选地，隔板34的中部设置有第一通气孔39，第二升降杆30的上端内部设置有第二通气孔40，第二通气孔40沿第二升降杆30的轴线向下延伸，第二通气孔40的下端孔壁上开设有与第二通气孔40连通的导气孔41。
62.具体的，残留在上腔体中的大气和升降杆10外部的腔室本体1内的真空环境有压差，上腔体内压强大，腔室本体1内压强小，压差产生真空力，真空力方向竖直向上，真空力会导致第一升降杆29一直受到向上的力，容易引起第一升降杆29的晃动，影响边缘保护环6的稳定性；为此，本实用新型设置导气孔41，导气孔41、第二通气孔40、第一通气孔39和上腔体连通，作用是保证上腔体内的气体能够被抽走，避免固定套筒33中有残留大气，导致升降杆10受到真空力影响。
63.可选地，升降杆10采用316l材质，升降杆10除螺纹处表面，用99.5％的陶瓷进行喷
涂，目的是保护升降杆10不被刻蚀。
64.可选地，第一缓冲垫圈36和第二缓冲垫圈37采用耐腐蚀的高分子橡胶材质，该材质质地柔软，有较好的缓冲作用。
65.可选地，固定螺钉27、第一固定螺帽20和第二固定螺帽21均进行表面处理，采用氧化钇涂层或者硫酸硬质阳极氧化，目的在于防腐蚀。
66.可选地，第一导向轴套25和第二导向轴套26采用铝合金材质，并做硫酸硬质阳极氧化处理，保持其和腔室本体1环境一致。
67.可选地，承载装置还包括设置在基座11上侧的承载盘2和聚焦环3，承载盘2用于承载晶圆，聚焦环3设置在承载盘2上，聚焦环3的上侧外边缘设置有第一斜面4，聚焦环3的上侧中部设置有环形槽5，环形槽5靠近第一斜面4的槽壁高于环形槽5远离第一斜面4的槽壁；边缘保护环6可升降地设置在聚焦环3的上方，用于覆盖晶圆的边缘，边缘保护环6的下侧设置有第一环形凸台7和第二环形凸台8，第一环形凸台7与环形槽5嵌入式配合，第二环形凸台8靠近第一环形凸台7的一侧设置有与第一斜面4接触式配合的第二斜面9。
68.具体的，如图3和图10所示，为解决现有技术中边缘保护环6难以与晶圆保持同心，并解决边缘保护环6由于与聚焦环3的碰撞产生颗粒，影响产品良率的问题，该半导体工艺设备在聚焦环3的上侧设置有第一斜面4和环形槽5，且环形槽5靠近第一斜面4的槽壁高于其远离第一斜面4的槽壁，在边缘保护环6的下侧设置有第一环形凸台7和带有第二斜面9的第二环形凸台8，通过第一斜面4与第二斜面9的配合，能够对边缘保护环6进行导向，保证边缘保护环6与晶圆同心；边缘保护环6下降至聚焦环3上时，环形槽5靠近第一斜面4的槽壁顶部与边缘保护环6接触，承载边缘保护环6，而环形槽5远离第一斜面4靠近晶圆的槽壁，并不与边缘保护环6接触，并且二者之间形成间隙，在一个示例中，该间隙为0.2mm，使得边缘保护环6与聚焦环3有接触有碰撞的位置远离晶圆，并且通过第一环形凸台7嵌入环形槽5内，能够有效地防止缘保护环与聚焦环3接触碰撞产生的颗粒流入晶圆表面，提高产品良率。
69.以上已经描述了本实用新型的各实施例，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。