本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工和制造領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及到一種半導(dǎo)體工藝腔室，用于在干法工藝中，為晶圓提供工藝環(huán)境。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)先進(jìn)工藝設(shè)備的支持，各類拋光設(shè)備、刻蝕設(shè)備以及清洗設(shè)備等半導(dǎo)體設(shè)備不斷地更新?lián)Q代，造就了當(dāng)下半導(dǎo)體市場(chǎng)的繁榮。

為了支持半導(dǎo)體工藝，所使用到的半導(dǎo)體設(shè)備很多，根據(jù)工藝類型的不同可以將不同的半導(dǎo)體設(shè)備分為刻蝕設(shè)備、清洗設(shè)備、研磨設(shè)備等。盡管設(shè)備類型繁多，但大部分半導(dǎo)體設(shè)備都普遍設(shè)置有一個(gè)或者多個(gè)工藝腔室，以提供相應(yīng)的工藝環(huán)境。

由此可見(jiàn)，工藝腔室是大部分半導(dǎo)體設(shè)備的重要組成部分。如果工藝腔室設(shè)計(jì)得不夠合理，不僅會(huì)影響工藝效率，還會(huì)大量消耗工藝藥劑。這些工藝藥劑用量很大且價(jià)格昂貴，如果利用不充分造成浪費(fèi)，會(huì)給半導(dǎo)體廠商帶來(lái)沉重的成本負(fù)擔(dān)。工藝腔室對(duì)成本和效率的影響，在晶圓的干法刻蝕工藝和干法清洗工藝中體現(xiàn)的尤為明顯。

以干法刻蝕工藝為例，圖1-3展示了現(xiàn)有的干法刻蝕腔室的結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)圖1展示的刻蝕腔室101的結(jié)構(gòu)示意圖可知，該傳統(tǒng)刻蝕腔室101包括進(jìn)氣噴頭102、晶圓載盤103、排放口104以及相應(yīng)的用于進(jìn)氣、排氣的進(jìn)氣通道106和排氣通道107。晶圓載盤103通常為圓形，其上可安放固定多片晶圓105，如圖2所示。圖3為進(jìn)氣噴頭102的仰視圖，該進(jìn)氣噴頭102呈圓板狀，其噴射面設(shè)置有許多小孔，供刻蝕氣體噴出，且進(jìn)氣噴頭102的大小及形狀也與晶圓載盤103相對(duì)應(yīng)。

使用圖1所示的刻蝕腔室101對(duì)晶圓105進(jìn)行刻蝕時(shí)，刻蝕氣體將由進(jìn)氣噴頭102均勻的噴到晶圓載盤103上，刻蝕氣體接觸到晶圓105后發(fā)生反應(yīng)并循著晶圓載盤103的上表面和側(cè)面形成氣流，通過(guò)排放口104進(jìn)入排氣通道107排出。遺憾的是，該刻蝕腔體101在刻蝕過(guò)程中有大量刻蝕氣體并未來(lái)得及參與刻蝕反應(yīng)，就被排放了出去。這主要是因?yàn)榫A載盤103和進(jìn)氣噴頭102的設(shè)計(jì)不合理所造成的：由于進(jìn)氣噴頭102的大小及形狀與晶圓載盤103相同，且二者恰好相對(duì)，那些正好位于圖2中晶圓105(圖中的黑色區(qū)域部分)上方區(qū)域的噴射孔噴出的刻蝕氣體反應(yīng)的較為充分，而那些位于晶圓105周邊(圖中的白色區(qū)域部分)的上方區(qū)域的噴射孔噴出的刻蝕氣體則不能完全參與反應(yīng)，有些甚至未參加反應(yīng)即隨氣流排出了刻蝕腔室101，造成刻蝕氣體的嚴(yán)重浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，對(duì)現(xiàn)有工藝腔室重新進(jìn)行科學(xué)地設(shè)計(jì)，使其在對(duì)工藝不帶來(lái)其他負(fù)面影響的前提下，提高工藝藥劑的利用率，避免浪費(fèi)，為廠商節(jié)省成本。

本發(fā)明的技術(shù)方案可歸納為如下技術(shù)內(nèi)容：

一種工藝腔室，用于對(duì)晶圓進(jìn)行干法工藝處理，工藝腔室設(shè)置有進(jìn)氣噴頭和排放口供工藝氣體進(jìn)出，工藝氣體由進(jìn)氣噴頭引入工藝腔室，再通過(guò)排放口排出，工藝腔室還設(shè)置有晶圓載盤和承放工位，晶圓載盤上開(kāi)設(shè)有凹陷空間供承放工位嵌入，承放工位固持晶圓且晶圓的上表面低于晶圓載盤的上表面，晶圓載盤的邊緣留有豁口，該豁口的位置與承放工位的位置相對(duì)應(yīng)，豁口與凹陷空間相連通以供工藝氣體通過(guò)；在工藝進(jìn)行的過(guò)程中，進(jìn)氣噴頭插入至晶圓載盤內(nèi)一定深度并貼近晶圓的上表面。

進(jìn)一步地，排放口外接抽氣裝置對(duì)工藝腔室持續(xù)抽真空。

優(yōu)選地，在工藝進(jìn)行的過(guò)程中，進(jìn)氣噴頭的下表面介于晶圓的上表面和晶圓載盤的上表面之間。

優(yōu)選地，晶圓的上表面高出晶圓載盤的上表面的10～100mm。

優(yōu)選地，進(jìn)氣噴頭的形狀與凹陷空間的形狀一致。

優(yōu)選地，進(jìn)氣噴頭為管狀噴頭。

優(yōu)選地，進(jìn)氣噴頭位于晶圓載盤的中心。

可選地，工藝腔室適用于對(duì)晶圓進(jìn)行干法刻蝕處理或干法清洗處理。

可選地，抽氣裝置為真空泵。

采用本發(fā)明提供的工藝腔室，能夠大幅度提高工藝藥劑的利用率，為半導(dǎo)體行業(yè)的規(guī)?；a(chǎn)加工帶來(lái)了新的福音。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中刻蝕腔室的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中所示刻蝕腔室的晶圓載盤放置有晶圓時(shí)的俯視圖；

圖3是圖1中所示刻蝕腔室的進(jìn)氣噴頭的仰視圖；

圖4是本發(fā)明具體實(shí)施例非工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明具體實(shí)施例工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明具體實(shí)施例的晶圓載盤的俯視圖；

圖7是本發(fā)明具體實(shí)施例的晶圓載盤的簡(jiǎn)化示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更清晰、明確地理解本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路及發(fā)明意圖，申請(qǐng)人特準(zhǔn)備了翔實(shí)的具體實(shí)施例加以闡述和說(shuō)明，敬請(qǐng)結(jié)合附圖知會(huì)：

圖4-7從不同的角度展示了本發(fā)明具體實(shí)施例中的工藝腔室所具有的特征。

其中，圖4-5分別揭示了本發(fā)明具體實(shí)施例中的工藝腔室，處于非工作狀態(tài)下以及處于工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖。該工藝腔室為用于干法清洗工藝的清洗腔室401，可選地，該工藝腔室也可以為用于干法刻蝕工藝的刻蝕腔室。本實(shí)施例以清洗腔室401為例對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行揭示。

如圖4-5所示，該清洗腔室401設(shè)置有進(jìn)氣噴頭402和排放口404。進(jìn)氣噴頭402連接進(jìn)氣通道406，用于引入清洗氣體；排放口404連接出氣通道407，以供反應(yīng)過(guò)的廢氣排出。同時(shí)，清洗腔室401內(nèi)還安裝有晶圓載盤403，仰視晶圓載盤403，即可看到其底面呈圓形，通常情況下，進(jìn)氣噴頭402即設(shè)置在晶圓載盤403底面的圓心位置處的上方。另外，為了使進(jìn)氣噴頭402噴出的清洗氣體以適宜的速率按照一定的方向流出清洗腔室401，該清洗腔室401的排放口404還通 過(guò)出氣通道407連接了相應(yīng)的抽氣裝置，該抽氣裝置為業(yè)內(nèi)較為常見(jiàn)的真空泵408。

圖4和圖5分別展示了清洗腔室401的非工作狀態(tài)和工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4中，由于為非工作狀態(tài)，進(jìn)氣噴頭402僅停留在晶圓載盤403的上方，并未進(jìn)入晶圓載盤403。而在如圖5所示的工作狀態(tài)下，進(jìn)氣噴頭402需要插入至晶圓載盤403內(nèi)一定深度，盡量貼近晶圓405的上表面。

圖6是本發(fā)明第一具體實(shí)施例中晶圓載盤403的結(jié)構(gòu)示意圖。該晶圓載盤403具有一定的厚度，由不與清洗氣體發(fā)生反應(yīng)的材質(zhì)構(gòu)成，其底面為完整的圓形。在晶圓載盤403的底面之上，開(kāi)設(shè)有凹陷空間410，以供承放工位409嵌入。晶圓405的底面緊貼承放工位409，平穩(wěn)的坐落于承放工位409上，并由承放工位409限定位置。承放工位409的具體形式可以是單獨(dú)設(shè)置的圓形淺槽或平臺(tái)，甚至可以是晶圓載盤403的底面本身，能夠放置晶圓405即可，其大小與晶圓405的尺寸對(duì)應(yīng)。如圖6所示的，為了清楚的展示晶圓405和承放工位409的關(guān)系，本實(shí)施例中的晶圓載盤403以其圓心為對(duì)稱中心，對(duì)稱地設(shè)置了三個(gè)承放工位409，其中兩個(gè)承放工位409上坐落有晶圓405，另外一個(gè)承放工位409空出，以供從圖6中觀察承放工位409的具體特征。三個(gè)承放工位409被凹陷空間410所包圍，且整個(gè)凹陷空間410貫通。由于承放工位409嵌入在凹陷空間410內(nèi)，而晶圓405本身的厚度又很薄，所以當(dāng)晶圓405緊貼承放工位409并坐落其上時(shí)，晶圓405的上表面將低于晶圓載盤403的上表面，即晶圓載盤405的上表面與晶圓405的上表面存在高度差。另外，在晶圓載盤403的側(cè)邊緣，留有豁口411，豁口411的位置與承放工位409的位置相對(duì)應(yīng)，位于承放工位409的外側(cè)，三個(gè)承放工位409外側(cè)相應(yīng)地開(kāi)設(shè)了三個(gè)豁口411。該豁口411與凹陷空間410連通，這樣清洗氣體就可以通過(guò)豁口411由凹陷空間410流動(dòng)至排放口404，并最終排出清洗腔室401。

在清洗過(guò)程中，需要將進(jìn)氣噴頭402緊靠晶圓405，并設(shè)置于晶圓405的上方。在本實(shí)施例中，由于有三個(gè)承放工位409需要兼顧，因此進(jìn)氣噴頭402應(yīng)設(shè)置在晶圓載盤403的中心O點(diǎn)的上方，此位置處進(jìn)氣噴頭402比較靠近相應(yīng)位置處的晶圓405。實(shí)施例中采用的是管狀噴頭，也可使用其他形式的噴頭進(jìn)行替代，比如可將進(jìn)氣噴頭402設(shè)置為跟凹陷空間410的形狀相一致的平板噴頭，并相應(yīng) 的將該平板噴頭放置于晶圓載盤403的中心O點(diǎn)上方，從而能夠保證各個(gè)晶圓405接觸到的清洗氣體基本相同。為了形成比較穩(wěn)定的氣流，使清洗氣體充分接觸晶圓405的表面并發(fā)生反應(yīng)，本實(shí)施例中設(shè)置的真空泵408在清洗過(guò)程中將對(duì)清洗腔室401持續(xù)抽真空，這樣一來(lái)，清洗氣體由進(jìn)氣噴頭402噴出后，接觸到晶圓405表面和晶圓載盤403的底面后遇阻而向外擴(kuò)散，擴(kuò)散過(guò)程中清洗氣體將緊貼晶圓405的表面，沿凹陷空間410向晶圓載盤403的豁口411處流動(dòng)，之后將由晶圓載盤403的下方涌向排放口404并排出清洗腔室401。

另外，晶圓載盤403的上表面宜高出晶圓405的上表面10～100mm，因?yàn)槿绻A載盤403的上表面高出晶圓405上表面不足10mm，則清洗氣體又將有可能經(jīng)過(guò)晶圓載盤403上的沒(méi)有晶圓的區(qū)域，造成浪費(fèi)；而如果晶圓載盤403的上表面高出晶圓405上表面超過(guò)100mm，則晶圓載盤403將被設(shè)計(jì)得十分笨重且占據(jù)大量空間。本實(shí)施例中，晶圓載盤403的上表面高出晶圓405的上表面100mm。與此同時(shí)，進(jìn)氣噴頭402在清洗過(guò)程中被插入至晶圓載盤403和晶圓405之間的位置處，從而保證了清洗氣體緊貼晶圓405表面在凹陷空間410內(nèi)流動(dòng)。

圖7是本發(fā)明具體實(shí)施例的晶圓載盤403的簡(jiǎn)化示意圖，該圖用于計(jì)算和對(duì)比清洗氣體的利用率。由于清洗氣體在凹陷空間411內(nèi)運(yùn)動(dòng)，而凹陷空間411包圍承放工位409且二者的間隔實(shí)際上非常小，因此，圖6中晶圓載盤403和承放工位409可近似地由圖7中半徑為R的大圓701以及半徑為r的三個(gè)小圓702進(jìn)行簡(jiǎn)化和代替；而整個(gè)凹陷空間411的面積可近似的看做圖7中半徑為r的三個(gè)小圓702的面積。這樣一來(lái)，與現(xiàn)有技術(shù)向?qū)Ρ龋瓉?lái)的工藝氣體需要經(jīng)過(guò)的面積為半徑為R的大圓701的面積；而本發(fā)明中工藝氣體需要經(jīng)過(guò)的面積則僅為凹陷空間411的面積(即約等于三個(gè)半徑為r的小圓702的面積)。由于三個(gè)小圓702關(guān)于大圓701的圓心對(duì)稱，根據(jù)幾何知識(shí)，大圓701的半徑計(jì)算大圓701的面積S1＝π*R²，三個(gè)小圓702的面積S2＝3π*r²，則S2/S1≈0.646。將S1的面積設(shè)為單位1，根據(jù)前面的數(shù)據(jù)可知，現(xiàn)有技術(shù)中的工藝氣體需要覆蓋整個(gè)大圓701的面積，即工藝氣體流過(guò)的面積為1，但這其中有很大一部分是除晶圓以外的面積；而在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，工藝氣體僅需流經(jīng)0.646的面積，且該0.646的面積幾乎全部由晶圓構(gòu)成。那么，在給予相同體積V的工藝氣體下，現(xiàn)有技術(shù)僅能利用其中的0.646V體積的工藝氣體，而本發(fā)明的具體實(shí)施例幾乎能 夠完全利用V體積的工藝氣體。因此，本發(fā)明具體實(shí)施例對(duì)工藝氣體的利用率：現(xiàn)有技術(shù)對(duì)工藝氣體的利用率＝1:0.646＝1.547，即本發(fā)明具體實(shí)施例利對(duì)工藝氣體的利用率是現(xiàn)有技術(shù)對(duì)工藝氣體的利用率的1.547倍。同時(shí)，隨著承載工位409的增多以及所有晶圓405的面積占晶圓載盤403的面積的增多，本發(fā)明提供的技術(shù)方案還將獲得更高的工藝氣體的利用率。

本發(fā)明所給出的技術(shù)方案，能夠完美地解決現(xiàn)有技術(shù)所遇到的技術(shù)瓶頸，具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步效果，他人在此基礎(chǔ)上的模仿或變式勢(shì)必落入本發(fā)明的保護(hù)范圍，并受到《專利法》及《專利法實(shí)施細(xì)則》的追責(zé)。