进气结构及半导体工艺设备的制作方法

    专利查询2025-08-04  31


    本发明涉及半导体,具体地,涉及一种进气结构及半导体工艺设备。


    背景技术:

    1、在半导体刻蚀(例如,电感耦合等离子体(inductively coupledplasma,缩写为icp)刻蚀)设备中,工艺腔室的顶部设置有介质窗、进气结构和上电极组件,介质窗盖设在工艺腔室的顶部,进气结构用于向工艺腔室内输送工艺气体,上电极组件设置在介质窗的上方,用于向工艺腔室内馈入射频,以借助射频激发工艺气体形成等离子体,从而借助等离子体对工艺腔室内的晶圆(wafer)进行刻蚀。在半导体工艺中,工艺腔室内的工艺气体的分布均匀性会影响晶圆的刻蚀均匀性。

    2、现有技术中,半导体设备的进气模式可以分为中心进气模式和中心边缘进气模式,中心进气模式可以通过在工艺腔室的顶部中心设置中心匀流结构(例如,匀流板(showerhead))或至少一个中心喷嘴,来向半导体工艺腔室内输送工艺气体,中心边缘进气模式可以通过在工艺腔室的顶部中心设置至少一个中心喷嘴,并在工艺腔室的顶部边缘设置边缘匀流结构(例如,匀流腔)或至少一个边缘喷嘴,来向半导体工艺腔室内输送工艺气体。

    3、但是,对于中心匀流结构来说,通常为多层盘状结构,对于边缘匀流结构来说,通常为多层环状结构,并且多层结构通常为焊接连接,且贯穿工艺腔室的顶部设置,而多层结构的大面积焊接容易造成多层结构发生变形且容易导致密封不严,从而导致工艺腔室的进气均匀性及密封性较差,继而导致工艺腔室内的工艺气体的分布均匀性较差,进而导致刻蚀结果较差,另外,对于设置在工艺腔室顶部中心的中心匀流结构或至少一个中心喷嘴来说,会对介质窗和上电极组件的设计空间造成影响,从而导致介质窗和上电极组件的优化设计空间较小,进而导致对刻蚀结果进行优化设计的空间较小。


    技术实现思路

    1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一,提出了一种进气结构及半导体工艺设备,其能够提高半导体工艺腔室的进气均匀性及密封性,并且能够增加介质窗和上电极组件的优化设计空间,从而能够提高工艺腔室内的工艺气体的分布均匀性,并且能够增加对刻蚀结果进行优化设计的空间,进而能够改善半导体工艺结果。

    2、为实现本发明的目的而提供一种进气结构,用于半导体工艺腔室,所述进气结构包括进气主管、进气头部和密封转接组件;

    3、所述进气主管与所述进气头部连通,以通过所述进气头部向所述工艺腔室内输送工艺气体;

    4、所述密封转接组件设置在所述进气主管外,所述进气主管和所述进气头部通过所述密封转接组件对所述进气主管与所述工艺腔室之间进行可活动地密封,以能够相对于所述工艺腔室活动。

    5、可选的,所述进气结构还包括旋转驱动组件,所述旋转驱动组件通过所述进气主管与所述进气头部连接,用于通过驱动所述进气主管旋转,来带动所述进气头部旋转。

    6、可选的,所述密封转接组件包括密封转接主体和滚动轴承,所述滚动轴承套设在所述进气主管外,并沿所述密封转接主体的周向设置在所述密封转接主体内。

    7、可选的,所述进气头部呈弧形长条状,所述进气头部的端部相对于所述进气头部的中部在所述进气结构的进气方向上凸出,所述进气头部设置有多个进气口,多个所述进气口在所述进气头部的延伸方向上间隔设置。

    8、可选的,所述进气结构还包括进气转接件和进气源管,所述进气源管的一端用于与工艺气源连通,所述进气源管的另一端通过所述进气转接件与所述进气主管连通,所述进气主管能够相对于所述进气转接件旋转。

    9、可选的,所述进气结构还包括分流部件,所述分流部件在所述进气结构的进气方向上位于所述密封转接组件的下游,所述进气主管通过所述分流部件与所述进气头部连通,所述分流部件包括主流部和多个支流部,所述主流部分别与所述进气主管和所述进气头部连通,所述支流部分别与所述主流部和所述进气头部连通,所述分流部件用于将所述工艺气体分流输送至所述进气头部内。

    10、可选的,所述进气结构还包括伸缩驱动组件,所述伸缩驱动组件通过所述进气主管与所述进气头部连接,用于通过驱动所述进气主管在所述进气主管的轴向上移动,来带动所述进气头部在所述进气主管的轴向上移动。

    11、可选的,所述密封转接组件还包括密封转接主体和直线轴承,所述直线轴承套设在所述进气主管外,并沿所述密封转接主体的周向设置在所述密封转接主体内。

    12、可选的,所述进气主管包括第一管段、第二管段和自身能够伸缩的伸缩管段,所述第一管段用于与工艺气源连通,所述第二管段与所述进气头部连通,并通过所述伸缩管段与所述第一管段连通,所述密封转接组件设置在所述第二管段外,所述伸缩驱动组件设置在所述第二管段,并在所述进气结构的进气方向上位于所述密封转接组件的上游。

    13、本发明还提供一种半导体工艺设备,包括工艺腔室和多个如本发明提供的所述进气结构,多个所述进气结构在所述工艺腔室的周向上间隔设置内。

    14、可选的,每个所述进气结构均相对于所述工艺腔室倾斜设置,使多个所述进气结构的所述进气头部朝所述工艺腔室的中心靠近。

    15、可选的,所述密封转接组件的至少部分内嵌于所述工艺腔室的顶壁,所述进气头部位于所述工艺腔室内。

    16、本发明具有以下有益效果:

    17、本发明提供的进气结构,通过在进气主管外设置密封转接组件,由于密封转接组件能够对进气主管与工艺腔室之间进行可活动地密封,因此进气主管和与进气主管连通的进气头部能够在相对于工艺腔室活动的状态下保持与工艺腔室之间的密封,这样一方面使进气主管和进气头部可以在半导体工艺中被旋转,另一方面使进气主管和进气头部可以在半导体工艺中被朝工艺腔室内移动或朝工艺腔室外移动,再一方面可以在工艺腔室的周向上间隔设置多个进气结构,从而使通过进气头部进入工艺腔室内的工艺气体能够分布在工艺腔室内的中心和边缘,并能够对进入工艺腔室内的工艺气体在工艺腔室内的分布均匀性进行调节,对工艺腔室内晶圆上方的工艺气体的分布均匀性进行调节,这与现有技术相比,无需通过多层盘状结构的中心匀流结构以及多层环状结构的边缘匀流结构,来使进入工艺腔室内的工艺气体分布在工艺腔室内的中心和边缘,并且无需通过在工艺腔室的顶部中心设置中心匀流结构或至少一个中心喷嘴,来向半导体工艺腔室内输送工艺气体,从而能够避免因多层结构的大面积焊接而导致的问题,并且能够避免中心匀流结构或至少一个中心喷嘴对介质窗和上电极组件的设计空间造成的影响,继而能够提高半导体工艺腔室的进气均匀性及密封性,并且能够增加介质窗和上电极组件的优化设计空间,继而能够提高工艺腔室内的工艺气体的分布均匀性,并且能够增加对刻蚀结果进行优化设计的空间,进而能够改善半导体工艺结果。

    18、本发明提供的半导体工艺设备,通过在工艺腔室的周向上间隔设置多个如本发明提供的进气结构,借助多个进气结构分别将工艺气体输送至工艺腔室内,从而能够提高半导体工艺腔室的进气均匀性及密封性,并且能够增加介质窗和上电极组件的优化设计空间,继而能够提高工艺腔室内的工艺气体的分布均匀性,并且能够增加对刻蚀结果进行优化设计的空间,进而能够改善半导体工艺结果。


    技术特征:

    1.一种进气结构,用于半导体工艺腔室,其特征在于,所述进气结构包括进气主管、进气头部和密封转接组件;

    2.根据权利要求1所述的进气结构,其特征在于,所述进气结构还包括旋转驱动组件,所述旋转驱动组件通过所述进气主管与所述进气头部连接,用于通过驱动所述进气主管旋转,来带动所述进气头部旋转。

    3.根据权利要求2所述的进气结构,其特征在于,所述密封转接组件包括密封转接主体和滚动轴承,所述滚动轴承套设在所述进气主管外,并沿所述密封转接主体的周向设置在所述密封转接主体内。

    4.根据权利要求2所述的进气结构,其特征在于,所述进气头部呈弧形长条状,所述进气头部的端部相对于所述进气头部的中部在所述进气结构的进气方向上凸出,所述进气头部设置有多个进气口,多个所述进气口在所述进气头部的延伸方向上间隔设置。

    5.根据权利要求2所述的进气结构,其特征在于,所述进气结构还包括进气转接件和进气源管,所述进气源管的一端用于与工艺气源连通,所述进气源管的另一端通过所述进气转接件与所述进气主管连通,所述进气主管能够相对于所述进气转接件旋转。

    6.根据权利要求1所述的进气结构,其特征在于,所述进气结构还包括分流部件,所述分流部件在所述进气结构的进气方向上位于所述密封转接组件的下游,所述进气主管通过所述分流部件与所述进气头部连通,所述分流部件包括主流部和多个支流部,所述主流部分别与所述进气主管和所述进气头部连通,所述支流部分别与所述主流部和所述进气头部连通,所述分流部件用于将所述工艺气体分流输送至所述进气头部内。

    7.根据权利要求1-6任一项所述的进气结构,其特征在于,所述进气结构还包括伸缩驱动组件,所述伸缩驱动组件通过所述进气主管与所述进气头部连接,用于通过驱动所述进气主管在所述进气主管的轴向上移动,来带动所述进气头部在所述进气主管的轴向上移动。

    8.根据权利要求7所述的进气结构,其特征在于,所述密封转接组件还包括密封转接主体和直线轴承,所述直线轴承套设在所述进气主管外,并沿所述密封转接主体的周向设置在所述密封转接主体内。

    9.根据权利要求7所述的进气结构,其特征在于,所述进气主管包括第一管段、第二管段和自身能够伸缩的伸缩管段,所述第一管段用于与工艺气源连通,所述第二管段与所述进气头部连通,并通过所述伸缩管段与所述第一管段连通,所述密封转接组件设置在所述第二管段外,所述伸缩驱动组件设置在所述第二管段,并在所述进气结构的进气方向上位于所述密封转接组件的上游。

    10.一种半导体工艺设备,其特征在于,包括工艺腔室和多个如权利要求1-9任意一项所述的进气结构,多个所述进气结构在所述工艺腔室的周向上间隔设置内。

    11.根据权利要求10所述的半导体工艺设备,其特征在于,每个所述进气结构均相对于所述工艺腔室倾斜设置,使多个所述进气结构的所述进气头部朝所述工艺腔室的中心靠近。

    12.根据权利要求10所述的半导体工艺设备,其特征在于,所述密封转接组件的至少部分内嵌于所述工艺腔室的顶壁,所述进气头部位于所述工艺腔室内。


    技术总结
    本发明提供一种进气结构及半导体工艺设备,进气结构用于半导体工艺腔室,进气结构包括进气主管、进气头部和密封转接组件;进气主管与进气头部连通,以通过进气头部向工艺腔室内输送工艺气体;密封转接组件设置在进气主管外,进气主管和进气头部通过密封转接组件对进气主管与工艺腔室之间进行可活动地密封,以能够相对于工艺腔室活动。本发明提供的进气结构及半导体工艺设备,能够提高半导体工艺腔室的进气均匀性及密封性,并且能够增加介质窗和上电极组件的优化设计空间,从而能够提高工艺腔室内的工艺气体的分布均匀性,并且能够增加对刻蚀结果进行优化设计的空间,进而能够改善半导体工艺结果。

    技术研发人员:纪安宽,高瑞
    受保护的技术使用者:北京北方华创微电子装备有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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