CN114783918A - 半导体工艺腔室 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体工艺腔室，其中用于向腔体内部输送气体的进气装置包括气路连接件、转接管和转接块；其中，气路连接件设置于喷嘴上，气路连接件内部具有第一通道，第一通道的出气端与喷嘴的进气端连通；转接块固定在线圈支架上；转接块内部具有第二通道，第二通道的进气端用于和气源连通，第二通道的出气端与转接管的进气端连通，转接管的出气端与第一通道的进气端连通。本发明提供的半导体工艺腔室，其能够减少向喷嘴施加的外力，从而能够减少喷嘴与介质窗之间发生摩擦，降低颗粒问题发生的风险。

Description

半导体工艺腔室

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种半导体工艺腔室。

背景技术

目前，传统的半导体工艺腔室通常由工艺气路向其内部输送工艺气体，为腔室内部提供工艺所需的反应原料。具体的，工艺气路的一端设置有喷嘴，喷嘴与工艺腔室的进气口连通；工艺气路的另一端与外部气源连接，以使工艺气体流经工艺气路，并由喷嘴均匀地输送至工艺腔室内部。

但在对半导体工艺腔室通入气体和抽真空的过程中，与腔室内环境连通的工艺气路会随之被抽真空，这会导致工艺气路中的管道部件在大气压强的影响下发生形变，该形变产生的应力会拉动与工艺气路连接的喷嘴，进而导致喷嘴与工艺腔室的进气口处边缘发生过度摩擦，造成颗粒问题，甚至加速喷嘴报废。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种半导体工艺腔室，其能够减少向喷嘴施加的外力，从而能够减少喷嘴与介质窗之间的摩擦，降低颗粒问题发生的风险。

为实现本发明的目的而提供一种半导体工艺腔室，包括腔体、介质窗、喷嘴和线圈支架，所述介质窗设置于所述腔体的顶部，所述线圈支架设置于所述腔体上且位于所述介质窗上方，所述介质窗上设置有进气口，所述喷嘴设于所述进气口内，其特征在于，还包括进气装置，所述进气装置包括气路连接件、转接管和转接块；

所述气路连接件设置于所述喷嘴上，所述气路连接件内部具有第一通道，所述第一通道的出气端与所述喷嘴的进气端连通；

所述转接块固定在所述线圈支架上；

所述转接块内部具有第二通道，所述第二通道的进气端用于和气源连通，所述第二通道的出气端与所述转接管的进气端连通，所述转接管的出气端与所述第一通道的进气端连通。

可选的，所述转接管包括两个刚性管段和可伸缩管段；所述可伸缩管段的两端分别连接两个所述刚性管段的一端，两个所述刚性管段的另一端分别连接与所述第一通道的进气端和所述第二通道的出气端。

可选的，所述第一通道的进气端开设在所述气路连接件的上表面处；所述转接块中的所述第二通道的出气端开设在所述转接块的上表面处；

所述刚性管段包括第一子管段、第二子管段、第三子管段和第四子管段；其中，所述第一子管段设置在所述转接块上方，并与所述第二通道的出气端连通；

所述第二子管段和所述第三子管段均位于所述气路连接件上方；所述第二子管段分别与所述第一通道的进气端和所述可伸缩管段连通；所述第三子管段的一端与所述可伸缩管段连通；

所述第四子管段分别与所述第一子管段和所述第三子管段连通。

可选的，所述第一子管段、所述第二子管段、所述第三子管段和所述可伸缩管段的轴线均平行于所述介质窗上的进气口的轴线。

可选的，所述可伸缩管段包括波纹管。

可选的，其特征在于，所述进气装置还包括进气管路，所述进气管路包括管路主体和刚性连接头；其中，

所述刚性连接头内部具有第三通道；所述第三通道的出气端与所述第二通道的进气端连通；所述第三通道的进气端与所述管路主体的出气端连通；所述管路主体的进气端用于和所述气源连通。

可选的，所述第二通道的进气端开设于所述转接块的侧面；

所述刚性连接头包括第五子管段、第六子管段和第七子管段；其中，所述第五子管段的出气端与所述第二通道的进气端连通，所述第五子管段的进气端与所述第六子管段的出气端连通；

所述第六子管段的进气端与所述第七子管段的出气端连通，且所述第六子管段沿竖直方向延伸；

所述第七子管段的进气端与所述管路主体的出气端连通。

可选的，所述喷嘴包括中心气道和边缘气道，所述中心气道位于所述喷嘴的中心，且沿所述喷嘴的轴向延伸，所述边缘气道环绕所述中心气道设置；

所述气路连接件设有两个所述第一通道，用于单独连通所述中心气道和所述边缘气道；

所述进气管路和所述转接管数量均为两组，所述转接块中设有两个所述第二通道，两个所述第二通道分别与两个所述进气管路连通；每组所述进气管路和转接管分别与一个所述第一通道和一个所述第二通道连通。

可选的，一个所述第一通道包括位于所述气路连接件的轴线位置的主气道，另一个所述第一通道包括环绕所述主气道外侧的环形匀气道，且所述主气道和所述环形匀气道互不连通；

所述主气道的进气端和所述环形匀气道的进气端分别与两组所述转接管的出气端连通；

所述主气道的出气端和所述环形匀气道的出气端分别与所述中心气道和所述边缘气道连通。

可选的，所述进气装置还包括观察结构，所述主气道沿轴向贯穿所述气路连接件，所述观察结构设置于所述气路连接件上表面，且盖设于所述主气道的端口上。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的半导体工艺腔室，其包括向用于向腔体内部通入气体的进气装置，该进气装置包括气路连接件、转接管和转接块；其中，气路连接件内部具有与喷嘴进气端连通的第一通道；转接块内部具有用于供气体流动的第二通道，该第二通道的出气端能够通过转接管与气路连接件内部的第一通道连通，第二通道的进气端与气源连通，以通过转接管和转接块将气源与气路连接件连通。而且，转接块固定位于工艺腔室顶部的线圈支架上，且线圈支架与腔体相对位置固定，以在转接块受到外力时，该外力会被转接块内部材料应力以及转接块与线圈支架固定连接处连接应力抵消，从而使施加在转接块上的外力不会传递至气路连接件处甚至喷嘴处，避免喷嘴径向受力，从而避免在喷嘴与介质窗之间发生轴向上的相对移动时，喷嘴与介质窗的进气口之间发生摩擦，进而避免了喷嘴或介质窗因摩擦而受损，同时也能够避免因磨损产生的颗粒污染工艺腔室内部工艺环境。

附图说明

图1为现有的进气装置的侧视结构简图；

图2为现有的进气装置的俯视结构简图；

图3为现有的进气装置的局部剖视图；

图4为本实施例提供的半导体工艺腔室的侧视结构简图；

图5为本实施例提供的半导体工艺腔室的俯视结构简图；

图6为本实施例提供的气路连接件、转接管和转接块的立体视图；

图7为本实施例提供的气路连接件的剖视图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的半导体工艺腔室进行详细描述。

请参考图1、图2和图3，传统的半导体工艺腔室的工艺气路包括喷嘴01、气路连接件02、非刚性进气管03和进气块04；其中，喷嘴01与腔室的介质窗05固定连接；非刚性气管03的一端通过气路连接件02与喷嘴01的进气口连通，非刚性气管03的另一端通过进气块04与气源连通。在工艺开始之前，需要对腔室内部以及工艺气路内部进行抽真空；而由于非刚性气管03通常为柔性长管，所以在工艺气路内抽真空的情况下，非刚性进气管03会受外界大气压影响，产生拉伸的形变趋势，因此对喷嘴01产生一定大小的拉力，且该拉力的方向斜向上。而且，在工艺腔室内抽真空的过程中以及由真空状态恢复大气状态过程中，腔室顶部的介质窗05也会在外界大气压的影响而上下浮动，进而带动其上的喷嘴01上下浮动。可见，在抽真空以及恢复大气状态的过程中，喷嘴01会受到斜向上的力和沿竖直方向的力，这导致喷嘴01会产生斜向的运动趋势，进而导致喷嘴01与介质窗05发生摩擦而受损，甚至造成颗粒问题。

为了减少喷嘴和介质窗之间摩擦的发生，本实施例提供一种半导体工艺腔室，请参考图4和图5，该半导体工艺腔室包括腔体、介质窗2、喷嘴1和线圈支架3；其中，介质窗2设置于腔体的顶部，介质窗2上设置有进气口；喷嘴1设置于进气口中，例如插设在进气口中，喷嘴1的出气端与腔体内部连通，以将工艺气体喷入腔体内部；线圈支架3设置于介质窗2上方，且环绕于喷嘴1周围，线圈支架3用于承托射频线圈并固定其他位于其上零部件。具体的，如图4和图5所示，腔体上还设置有调整支架8，介质窗2设于调整支架8上，且位于调整支架8的中心区域中；线圈支架3的边缘处的支撑部支撑于调整支架8的上表面，且支撑部位于调整支架8的边缘区域中，以使线圈支架3与腔体相对位置固定，且不与介质窗2接触，从而在介质窗2受到内部气体环境影响而上下浮动时，不会与线圈支架3发生干涉，以保证线圈支架3相对于腔体固定不动。

本实施例中半导体工艺腔室还包括进气装置，该进气装置包括气路连接件4、转接管5和转接块6。其中，气路连接件4设置于喷嘴1上，气路连接件4内部具有第一通道，该第一通道的出气端与喷嘴1的进气端连通；转接块6内部具有第二通道，第二通道的进气端用于和气源连通，第二通道的出气端与转接管5的进气端连通，转接管5的出气端与第一通道的进气端连通。如上述，气源、第二通道、第一通道和喷嘴1相互连通，以供工艺气体在连通的通道中流动，从而实现向工艺腔室内部输送工艺气体。

而且，上述转接块6固定在工艺腔室顶部的线圈支架3上，这样，在转接块6受到外力时，转接块6会在该外力作用下产生形变趋势且转接块6与线圈支架3之间也会在该外力作用下产生相对运动趋势，以使该外力被转接块6的材料应力以及转接块6与线圈支架3固定连接处连接应力抵消，从而使施加在转接块6上的外力不会传递至气路连接件处甚至喷嘴1处，避免了喷嘴1与介质窗的进气口之间发生摩擦，进而避免了喷嘴1或介质窗因摩擦而受损，同时也能够避免因磨损产生的颗粒污染工艺腔室内部工艺环境。

具体的，以对上述半导体工艺腔室内部抽真空的过程为例，在抽真空时，外部气源会向与之连接的转接块6施加一定的侧向力(例如拉力)，而且设置在调整支架8上的介质窗2受到内部气体环境影响而上下浮动。但由于本实施例中转接块6固定在线圈支架3上，因此该侧向力会被转接块6内部产生的材料应力以及转接块6与线圈支架3固定连接处连接应力抵消，从而使喷嘴1不会受到径向力；而由于喷嘴1不受径向力，因此当喷嘴1与介质窗2连接时，即使两者在轴向上发生了相对运动，喷嘴1也不会与介质窗2发生摩擦。

具体的，以如图6中所示的转接块6为例，转接块6大体呈长方体状，且其底部边缘设置有凸出的固定部61，固定部61与线圈支架3连接，以将转接块6整体固定在线圈支架3的上表面。优选的，上述固定部61和线圈支架3之间采用螺钉-螺母连接方式固定，这是因为螺钉-螺母连接方式的连接强度高，当向转接块6施加外力时，螺钉会因受到剪切力而内部产生与之方向相反的应力，加之螺母会因螺钉的运动趋势而与固定部61表面产生方向与之相反的静摩擦力，从而能够有效抵消向转接块6施加的外力，以避免该弹性力传递至气路连接件4处或喷嘴1处。

具体的，转接块6中的固定部61中具有通孔，线圈支架3上与固定部61相对应的位置处具有通孔，以使螺钉可以贯穿固定部61和线圈支架3，且螺母套设在螺钉一端，从而将固定部61与线圈支架3紧固连接。优选的，螺母位于线圈支架3的靠近工艺腔室的一侧，以便于将固定部61与线圈支架3之间的连接紧固加强，相应的，在组装设备的过程中，可以先将转接块6的固定部61与线圈支架3紧固连接，再将线圈支架3安装在工艺腔室的顶部。

在一些实施例中，如图6所示，上述转接管5包括两个刚性管段和可伸缩管段。可伸缩管段位于两个刚性管段之间，且可伸缩管段的两端分别连接两个刚性管段的一端，两个刚性管段的另一端分别连接与第一通道的进气端和第二通道的出气端；具体的，可伸缩管段的进气端通过刚性管段与转接块6中的第二通道的出气端连通，且可伸缩管段的出气端通过刚性管段与气路连接件4中的第一通道的进气端连通。可伸缩管段能够沿竖直方向伸缩变形，以在腔体内部气体压力发生变化而导致喷嘴1上下浮动时，为喷嘴1的浮动提供一定的空间，从而避免因喷嘴1的上下浮动导致与之连接的其它刚性部件受到损坏，同时也可以避免受其他与之连接的结构影响而导致受力不均匀。

如图6所示，在一些实施例中，气路连接件4内部的第一通道的进气端开设在气路连接件4的上表面处；转接块6中的第二通道的出气端开设在转接块6的上表面处。刚性管段包括第一子管段51、第二子管段52、第三子管段53和第四子管段54；其中，第一子管段51设置在转接块6上方，并与第二通道的出气端连通；第二子管段52和第三子管段53均位于气路连接件4上方；第二子管段52分别与第一通道的进气端和可伸缩管段连通；第三子管段53的一端与可伸缩管段连通；第四子管段54分别与第一子管段51和第三子管段53连通。不过，转接管5的设置方式并不仅限于此，转接管5的连接方式以及位置设置方式可以根据实际情况进行设计，其能够保证转接管5中的可伸缩管段能够沿竖直方向伸缩变形即可。

在一些实施例中，上述第一子管段、第二子管段、第三子管段和可伸缩管段的轴线均平行于进气口的轴线。

在一些实施例中，上述刚性管段的材料例如为316LM不锈钢，该材料机械性能优异且针对工艺气体具有良好的耐腐蚀性。

在一些实施例中，上述可伸缩管段包括波纹管55，波纹管55的管体能够沿其延伸方向伸缩变形，且波纹管55的两端能够与刚性管段密封连接，从而既能够为喷嘴1的上下浮动提供空间，又能够实现管路的动密封。

在一些实施例中，如图4所示，进气装置还包括进气管路7，用于连接气源和转接块6。进气管路7包括管路主体71和刚性连接头72；其中，管路主体71刚性连接头72用于将管路主体71与转接块6连接固定。具体的，刚性连接头72内部具有第三通道；第三通道的出气端与第二通道的进气端连通；第三通道的进气端与管路主体71的出气端连通；管路主体71的进气端用于与气源连通。

具体的，上述管路主体71通常采用非刚性气管，具体为长软管；当对腔体内部抽真空时，非刚性气管的出气端会向与之连接的转接块6施加侧向的弹性力，例如拉力；而由于转接块6固定在线圈支架3上，因此该弹性力会被转接块6内部产生的材料应力以及转接块6与线圈支架3固定连接处产生的应力抵消，从而避免该弹性力传递至气路连接件4处，进而避免该弹性力传递至喷嘴1处，即，喷嘴1不会受到径向力，这样，当喷嘴1与位于工艺腔室顶部的介质窗2连接时，即使两者在竖直方向上发生了相对运动，喷嘴1也不会与介质窗2发生摩擦，从而能够避免喷嘴1和介质窗2发生磨损，也能够避免因磨损产生的细小颗粒污染工艺环境或堵塞气路。

在一些优选的实施例中，如图6所示，第二通道的进气端开设于转接块6的侧面。刚性连接头72包括第五子管段721、第六子管段722和第七子管段723；其中，第五子管段721的出气端与第二通道的进气端连通，第五子管段721的进气端与第六子管段722的出气端连通；第六子管段722的进气端与第七子管段723的出气端连通，且第六子管段722沿竖直方向延伸；第七子管段723的进气端与管路主体71的出气端连通。

不过刚性连接头72的结构并不仅限于此，在一些实施例中，刚性连接头72也可以仅包括一段直管，以直接连接在转接块6的侧面，从而降低安装难度，并降低设备成本。

在一些实施例中，各个相连通的刚性管段的之间通过焊接的方式连接。而且，刚性管段与转接块6、气路连接件4等非管状部件之间也可以通过焊接的方式连接。

在一些实施例中，喷嘴1包括中心气道和边缘气道，中心气道位于喷嘴1的中心，且沿喷嘴1的轴向延伸，边缘气道环绕中心气道设置；气路连接件设有两个第一通道，用于单独连通中心气道和边缘气道；进气管路和转接管5数量均为两组；相应的，转接块6中的第二通道的数量为两条，两条第二通道分别与两条进气管路连通；每组进气管路和转接管5分别与一个第一通道和一个第二通道连通。

在一些实施例中，如图7所示，气路连接件4中的一个第一通道包括主气道41，另一个第一通道包括环形匀气道42，且主气道41和环形匀气道42互不连通；主气道41的出气端位于气路连接件的中心位置，且主气道41沿气路连接件4的中轴线延伸；环形匀气道42环绕在主气道41外侧，且环形匀气道42的出气端环绕主气道的出气端设置；主气道41的进气端和环形匀气道42的进气端分别与两条转接管的出气端连通；主气道41的出气端与喷嘴1的中心气道连通，以将工艺气体沿工艺腔室中轴线喷入工艺腔室内部；环形匀气道的出气端与喷嘴1的边缘气道连通，以使工艺气体沿喷嘴1边缘喷入腔体内部，从而使喷嘴1具有中心喷气和边缘喷气两种进气方式，以适应不同的工艺要求。

以如图7所示的气路连接件为例，在第一通道的进气端开设在气路连接件4的上表面处的条件下，两条第一通道还包括与主气道41和环形匀气道42连通的子连接道43。具体的，两个子连接道43分别连接在主气道41的侧面和环形匀气道42的顶面，用以将主气道41和环形匀气道42与位于气路连接件4上表面的开口连通。

在一些实施例中，如图6和图7所示，两条第一通道的进气端均开设在气路连接件4的上表面处，且两个进气端分别位于气路连接件4的上表面的对角处，以使与上述两个进气端对应的两个子连接孔43距离较远，从而便于对气路连接件4进行加工，进而能够避免主气孔41和环形匀气孔42相连通。

在一些实施例中，进气装置还包括观察结构9，观察结构9设置于气路连接件4上表面，用于与外部监测设备配合，以供监测设备监测腔室内部进行工艺的反应速率。在一些实施例中，相邻的两条转接管5之间的间距应当至少能够满足可绕过观察结构9，避免在安装中出现干涉。

在另一些实施例中，若进气装置不包括上述观察结构9，则气路连接件4的上表面密封，且位于气路连接件4中的主气道41不必沿气路连接件4的中心轴线延伸。

本实施例提供的半导体工艺腔室，其包括向用于向腔体内部通入气体的进气装置，该进气装置包括气路连接件、转接管和转接块；其中，气路连接件内部具有与喷嘴进气端连通的第一通道；转接块内部具有用于供气体流动的第二通道，该第二通道的出气端能够通过转接管与气路连接件内部的第一通道连通，第二通道的进气端与气源连通，以通过转接管和转接块将气源与气路连接件连通。而且，转接块固定位于工艺腔室顶部的线圈支架上，且线圈支架与腔体相对位置固定，以在转接块受到外力时，该外力会被转接块内部材料应力以及转接块与线圈支架固定连接处连接应力抵消，从而使施加在转接块上的外力不会传递至气路连接件处甚至喷嘴处，避免喷嘴径向受力，从而避免在喷嘴与介质窗之间发生轴向上的相对移动时，喷嘴与介质窗的进气口之间发生摩擦，进而避免了喷嘴或介质窗因摩擦而受损，同时也能够避免因磨损产生的颗粒污染工艺腔室内部工艺环境。

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。

Claims (10)

1.一种半导体工艺腔室，包括腔体、介质窗、喷嘴和线圈支架，所述介质窗设置于所述腔体的顶部，所述线圈支架设置于所述腔体上且位于所述介质窗上方，所述介质窗上设置有进气口，所述喷嘴设于所述进气口内，其特征在于，还包括进气装置，所述进气装置包括气路连接件、转接管和转接块；

所述气路连接件设置于所述喷嘴上，所述气路连接件内部具有第一通道，所述第一通道的出气端与所述喷嘴的进气端连通；

所述转接块固定在所述线圈支架上；

所述转接块内部具有第二通道，所述第二通道的进气端用于和气源连通，所述第二通道的出气端与所述转接管的进气端连通，所述转接管的出气端与所述第一通道的进气端连通。

2.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述转接管包括两个刚性管段和可伸缩管段；所述可伸缩管段的两端分别连接两个所述刚性管段的一端，两个所述刚性管段的另一端分别连接与所述第一通道的进气端和所述第二通道的出气端。

3.根据权利要求2所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述第一通道的进气端开设在所述气路连接件的上表面处；所述转接块中的所述第二通道的出气端开设在所述转接块的上表面处；

所述刚性管段包括第一子管段、第二子管段、第三子管段和第四子管段；其中，所述第一子管段设置在所述转接块上方，并与所述第二通道的出气端连通；

所述第二子管段和所第述三子管段均位于所述气路连接件上方；所述第二子管段分别与所述第一通道的进气端和所述可伸缩管段连通；所述第三子管段的一端与所述可伸缩管段连通；

所述第四子管段分别与所述第一子管段和所述第三子管段连通。

4.根据权利要求3所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述第一子管段、所述第二子管段、所述第三子管段和所述可伸缩管段的轴线均平行于所述介质窗上的进气口的轴线。

5.根据权利要求2所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述可伸缩管段包括波纹管。

6.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述进气装置还包括进气管路，所述进气管路包括管路主体和刚性连接头；其中，

所述刚性连接头内部具有第三通道；所述第三通道的出气端与所述第二通道的进气端连通；所述第三通道的进气端与所述管路主体的出气端连通；所述管路主体的进气端用于和所述气源连通。

7.根据权利要求6所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述第二通道的进气端开设于所述转接块的侧面；

所述刚性连接头包括第五子管段、第六子管段和第七子管段；其中，所述第五子管段的出气端与所述第二通道的进气端连通，所述第五子管段的进气端与所述第六子管段的出气端连通；

所述第六子管段的进气端与所述第七子管段的出气端连通，且所述第六子管段沿竖直方向延伸；

所述第七子管段的进气端与所述管路主体的出气端连通。

8.根据权利要求6所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述喷嘴包括中心气道和边缘气道，所述中心气道位于所述喷嘴的中心，且沿所述喷嘴的轴向延伸，所述边缘气道环绕所述中心气道设置；

所述气路连接件设有两个所述第一通道，用于单独连通所述中心气道和所述边缘气道；

所述进气管路和所述转接管数量均为两组，所述转接块中设有两个所述第二通道，两个所述第二通道分别与两个所述进气管路连通；每组所述进气管路和转接管分别与一个所述第一通道和一个所述第二通道连通。

9.根据权利要求8所述的半导体工艺腔室，其特征在于，一个所述第一通道包括位于所述气路连接件的轴线位置的主气道，另一个所述第一通道包括环绕所述主气道外侧的环形匀气道，且所述主气道和所述环形匀气道互不连通；

所述主气道的进气端和所述环形匀气道的进气端分别与两组所述转接管的出气端连通；

所述主气道的出气端和所述环形匀气道的出气端分别与所述中心气道和所述边缘气道连通。

10.根据权利要求9所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述进气装置还包括观察结构，所述主气道沿轴向贯穿所述气路连接件，所述观察结构设置于所述气路连接件上表面，且盖设于所述主气道的端口上。

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