TW202309336A - 半導體製程設備 - Google Patents

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TW202309336A
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楊慧萍
楊帥
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大陸商北京北方華創微電子裝備有限公司
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Abstract

一種半導體製程設備，所公開的半導體製程設備包括第一腔室、第二腔室和第三腔室，其中，該第一腔室和該第二腔室對接且連通設置；第三腔室環繞該第二腔室設置，且二者之間形成第一空腔，該第三腔室開設有控溫流體進口和控溫流體出口，該第一空腔用於控溫流體流動以調節該第二腔室的溫度。上述方案能夠解決半導體製程設備中由於帶狀加熱器較難完全貼附在腔室外露的部分，從而導致腔室的局部出現冷點而導致保溫效果不理想的問題。

Description

半導體製程設備
本申請涉及半導體加工製程技術領域，尤其涉及一種半導體製程設備。
半導體製程設備的溫度控制對於晶片等待加工件的加工製程有著較大的影響，為了保證製程產品的性能，對設備的溫度穩定性、保溫效果提出了更高的要求。以立式熱處理設備為例，由於腔室底部外露於外界環境，容易與外界環境出現熱交換，從而導致腔室的外露部分出現冷點（冷點為製程腔室的溫度最低的部位），而冷點會對多種製程過程造成不良影響。例如：LPCVD（Low Pressure Chemical Vapor Deposition，低壓力化學氣相沉積）中的SiN沉積製程，副產物會在冷點附著，從而造成產品顆粒超標；水蒸氣的退火（Anneal）製程，水蒸氣在腔室的外露部分出現冷凝，從而導致腔室內的壓力發生波動，甚至與其他腐蝕性氣體共同作用產生腐蝕。
相關技術中，對腔室的外露部分貼設有帶狀加熱器，從而通過控制腔室的外露部分的溫度而實現保溫效果，進而避免冷點對半導體製程設備的製程過程造成不良影響，但由於腔室的外露部分的形狀不規則，帶狀加熱器較難完全貼附腔室的外露部分，且包裹性較差，從而導致對半導體製程設備的腔室外露部分的保溫效果不理想。
本申請公開一種半導體製程設備，以解決相關技術中由於帶狀加熱器較難完全貼附在腔室的外露部分，從而導致腔室的局部出現冷點而導致保溫效果不理想的問題。
為解決上述問題，本申請採用下述技術方案：
本申請公開一種半導體製程設備，包括第一腔室、第二腔室和第三腔室，其中：該第一腔室和該第二腔室對接且連通設置；第三腔室環繞該第二腔室設置，且二者之間形成第一空腔，該第三腔室開設有控溫流體進口和控溫流體出口，該第一空腔用於供控溫流體流動以調節該第二腔室的溫度。
本申請採用的技術方案能夠達到以下有益效果：
本申請實施例公開的半導體製程設備通過對相關技術中的半導體製程設備進行改造，使得所公開的半導體製程設備包括第三腔室，第三腔室環繞第二腔室設置，且二者之間形成第一空腔，同時，第三腔室開設有控溫流體進口和控溫流體出口，控溫流體從控溫流體進口進入第一空腔，控溫流體將自身的熱量傳遞至第二腔室中，然後，控溫流體再從控溫流體出口流出，在此過程中，第一空腔中的控溫流體能夠與第二腔室接觸，從而使得控溫流體的熱量能夠傳遞至第二腔室，進而避免第二腔室出現冷點，這與現有技術中使用帶狀加熱器貼附腔室的外露部分相比，控溫流體對第二腔室的形狀沒有限制，可以保證良好的傳熱效果，從而能夠調節第二腔室的溫度，為第二腔室及其與第一腔室的連接處提供良好的保溫效果，避免出現冷點，從而避免晶片等待加工件的加工製程中出現冷凝的副產品，以及保證第一腔室的溫度能夠滿足晶片等待加工件的加工製程的溫度需求，進而保證半導體製程設備的製程效果。
以下揭露提供用於實施本揭露之不同構件之許多不同實施例或實例。下文描述組件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且非意欲限制。舉例而言，在以下描述中之一第一構件形成於一第二構件上方或上可包含其中該第一構件及該第二構件經形成為直接接觸之實施例，且亦可包含其中額外構件可形成在該第一構件與該第二構件之間，使得該第一構件及該第二構件可不直接接觸之實施例。另外，本揭露可在各個實例中重複參考數字及/或字母。此重複出於簡化及清楚之目的且本身不指示所論述之各個實施例及/或組態之間的關係。
此外，為便於描述，諸如「下面」、「下方」、「下」、「上方」、「上」及類似者之空間相對術語可在本文中用於描述一個元件或構件與另一(些)元件或構件之關係，如圖中圖解說明。空間相對術語意欲涵蓋除在圖中描繪之定向以外之使用或操作中之裝置之不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或按其他定向)且因此可同樣解釋本文中使用之空間相對描述詞。
儘管陳述本揭露之寬泛範疇之數值範圍及參數係近似值，然儘可能精確地報告特定實例中陳述之數值。然而，任何數值固有地含有必然由於見於各自測試量測中之標準偏差所致之某些誤差。再者，如本文中使用，術語「大約」通常意謂在一給定值或範圍之10%、5%、1%或0.5%內。替代地，術語「大約」意謂在由此項技術之一般技術者考量時處於平均值之一可接受標準誤差內。除在操作/工作實例中以外，或除非以其他方式明確指定，否則諸如針對本文中揭露之材料之數量、時間之持續時間、溫度、操作條件、數量之比率及其類似者之全部數值範圍、數量、值及百分比應被理解為在全部例項中由術語「大約」修飾。相應地，除非相反地指示，否則本揭露及隨附發明申請專利範圍中陳述之數值參數係可根據需要變化之近似值。至少，應至少鑑於所報告有效數位之數目且藉由應用普通捨入技術解釋各數值參數。範圍可在本文中表達為從一個端點至另一端點或在兩個端點之間。本文中揭露之全部範圍包含端點，除非另有指定。
以下結合附圖，詳細說明本申請各個實施例公開的技術方案。
請參考圖1和圖2，本申請實施例公開一種半導體製程設備，所公開的半導體製程設備包括第一腔室100、第二腔室200和第三腔室300。
第一腔室100和第二腔室200均能夠為晶片等待加工件的加工提供加工場所，具體地，第一腔室100和第二腔室200對接且連通設置，晶片等待加工件能夠位於第一腔室100和第二腔室200形成的容納空間內，其中，半導體製程設備包括加熱器500，第一腔室100至少部分位於加熱器500的加熱空間中，從而使得加熱器500能夠對第一腔室100進行加熱，進而保證第一腔室100能夠形成晶片等待加工件的加工製程所需的溫度環境。
同時，第三腔室300環繞第二腔室200設置，且二者之間形成第一空腔A，第三腔室300開設有控溫流體進口310和控溫流體出口320，其中，控溫流體進口310和控溫流體出口320均與第一空腔A連通，第一空腔A用於供控溫流體流動以調節第二腔室200的溫度，具體地，控溫流體通過控溫流體進口310進入至第一空腔A中，控溫流體能夠將熱量傳遞至第二腔室200，從而使得第二腔室200的內部空間的溫度上升，然後，傳遞完熱量的控溫流體從控溫流體出口320流出。上述結構使得控溫流體能夠在第一空腔A中流動，從而避免控溫流體傳遞熱量後囤積在第一空腔A中，進而避免降溫後的控溫流體再吸取第二腔室200的熱量，進而保證第二腔室200較難出現冷點，進而保證第二腔室200也能夠形成晶片等待加工件的加工製程所需的溫度環境。
在半導體製程設備的工作過程中，晶片等待加工件位於第一腔室100和第二腔室200形成的容納空間內，由於第一腔室100至少部分位於加熱器500的加熱空間中，加熱器500對第一腔室100進行加熱，熱量通過第一腔室100的內壁傳遞至第一腔室100的內部空間，從而保證第一腔室100能夠形成晶片等待加工件的加工製程所需的溫度環境，同時，控溫流體通過控溫流體進口310進入第一空腔A，控溫流體將熱量傳遞至第二腔室200，從而使得第二腔室200也形成對晶片等待加工件的加工製程所需的溫度環境，因此，容納空間是由第一腔室100的內部空間和第二腔室200的內部空間組成，從而使得容納空間能夠形成晶片等待加工件的加工製程所需的環境溫度，而且，第一腔室100至少部分位於加熱空間中，第二腔室200被第三腔室300環繞，而且控溫流體會充分與第二腔室200接觸，不會受第二腔室200的外部形狀的限制，從而使得第一腔室100和第二腔室200較難與外界環境形成熱交換，進而使得第一腔室100和第二腔室200較難出現冷點。
本申請實施例公開的半導體製程設備通過對相關技術中的半導體製程設備進行改造，使得所公開的半導體製程設備包括第三腔室300，第三腔室300環繞第二腔室200設置，且二者之間形成第一空腔A，同時，第三腔室300開設有控溫流體進口310和控溫流體出口320，控溫流體從控溫流體進口310進入第一空腔A，控溫流體將自身的熱量傳遞至第二腔室200中，然後，控溫流體再從控溫流體出口320流出，在此過程中，第一空腔A中的控溫流體能夠與第二腔室200接觸，從而使得控溫流體的熱量能夠傳遞至第二腔室200，進而避免第二腔室200出現冷點，這與現有技術中使用帶狀加熱器貼附腔室的外露部分相比，控溫流體對第二腔室200的形狀沒有限制，可以保證良好的傳熱效果，從而能夠調節第二腔室200的溫度，為第二腔室200及其與第一腔室100的連接處提供良好的保溫效果，避免出現冷點，從而避免晶片等待加工件的加工製程中出現冷凝的副產品，以及保證第一腔室100的溫度能夠滿足晶片等待加工件的加工製程的溫度需求，進而保證半導體製程設備的製程效果。
在本申請實施例中，半導體製程設備還可以包括密封門600，具體地，第二腔室200遠離第一腔室100的一端可以開設有埠210，其中，埠210可以與第二腔室200的內部連通，密封門600可以設於第二腔室200上用以開閉埠210，當密封門600與埠210處於打開狀態時，晶片等待加工件可以穿過埠210而放置在容納空間中；當密封門600與埠210處於關閉狀態時，密封門600能夠防止第二腔室200的熱量不會散失，從而保證第二腔室200內的溫度滿足晶片等待加工件的加工製程的溫度需求。
第三腔室300可以開設有避讓孔，密封門600可以在關閉埠時位於避讓孔的邊緣圍繞的空間中，並且，半導體製程設備還可以包括驅動機構，驅動機構與密封門600可以相連，驅動機構能夠驅動密封門600靠近或者遠離第二腔室200，從而實現密封門600的自動開閉第二腔室200，而且密封門600也可以承載晶片等待加工件，從而使得晶片等待加工件能夠進入容納空間。
在本申請實施例中，為了方便調節控溫流體的流量，在一種可選的方案中，半導體製程設備還可以包括流體輸送裝置400，具體地，流體輸送裝置400可以包括流量控制模組410和輸出管420，流量控制模組410可以為手動閥、電磁閥和流量控制閥等，對此本申請不作限制。流量控制模組410可以設置于輸出管420上，輸出管420的一端可以與控溫流體進口310相連，輸出管420的另一端用於與控溫流體供應源（用於提供控溫流體）相連，流量控制模組410能夠控制輸出管420的開啟狀態和關閉狀態，從而使得流量控制模組410能夠間接控制控溫流體能否流動至第一空腔A中。
在流體輸送裝置400的使用過程中，由於不同的晶片等待加工件的加工製程所需的環境溫度不同，半導體製程設備需要調整溫度來適配晶片等待加工件的加工製程，具體地，流量控制模組410調整控溫流體進入第一空腔A的流量，通過在第一空腔A中不同的控溫流體量下，工作人員檢測第二腔室200的溫度變化，從而可以確定改善第二腔室200的溫度均勻性的氣體流量，進而能夠適配不同的晶片等待加工件的加工製程。
在進一步的技術方案中，半導體加工設備還可以包括流體加熱裝置710，具體地，流體加熱裝置710可以與流體輸送裝置400相連，流體加熱裝置710可以用於調節控溫流體的溫度，其中，流體加熱裝置710將控溫流體加熱，然後，流體加熱裝置710將加熱後的控溫流體傳遞至流體輸送裝置400，從而使得控溫流體在進入第一空腔A之前，控溫流體的溫度能夠滿足第二腔室200的需求。
在本申請實施例中，為了實現半導體製程設備能夠更精確地調控容納空間內的溫度，在一種可選的方案中，半導體製程設備還可以包括溫度感測器720和第一控制器，具體地，密封門600可以與避讓孔的內壁之間形成間隙B，溫度感測器720設置在埠210所在的端面上，且位於間隙B中，溫度感測器720用於檢測第二腔室200的實際溫度，從而有利於工作人員觀察記錄。
在具體的檢測過程中，溫度感測器720用於檢測埠210所在端面的實際溫度，即間隙B處的實際溫度。由於該間隙B外露，因此間隙B處的實際溫度是第二腔室200的最低溫度。從而保證第二腔室200的最低溫度高於晶片等待加工件的加工製程中的副產物的冷凝溫度。另外，將溫度感測器720安裝在間隙B中，能夠充分利用半導體製程設備的裝配間隙，從而有利於結構更加緊湊，也方便在檢修過程中對溫度感測器720的拆裝。
同時，溫度感測器可以將實際溫度向第一控制器發送；第一控制器可以用以調節控制控溫流體的溫度，具體地，第一控制器可以與流體加熱裝置710電連接，在實際溫度偏離預設溫度的情況下，第一控制器控制流體加熱裝置710以提高或者降低控溫流體的溫度，其中，預設溫度為晶片等待加工件的加工製程所需的溫度，若溫度感測器720檢測的實際溫度低於晶片等待加工件的加工製程所需的溫度時，則第一控制器控制流體加熱裝置710提高控溫流體進入第一空腔A前的溫度，相反，若溫度感測器720檢測的實際溫度高於晶片等待加工件的加工製程所需的溫度時，則第一控制器控制流體加熱裝置710降低控溫流體進入第一空腔A前的溫度。
在本申請實施例中，半導體製程設備還可以包括壓力檢測模組900和第二控制器，具體地，壓力檢測模組900可以設置於測壓管道910上，測壓管道910的一端可以與第一空腔A連通，控溫流體會流動至測壓管道910處，從而方便壓力檢測模組900檢測。壓力檢測模組900可以用於檢測第一空腔A的實際壓力，第二控制器與流量控制模組410電連接，其中，半導體製程設備需要提前設定預設壓力，預設壓力可以為第一空腔A的安全壓力的最大值，在實際壓力大於預設壓力的情況下，第二控制器控制流量控制模組410關閉或者控制流量控制模組410減小控溫流體的流量，從而避免實際壓力過大而導致晶片等待加工件的加工受到影響，進而避免造成晶片等待加工件的報廢。
在半導體製程設備工作過程中，半導體製程設備通過壓力檢測模組900來實現檢測第一空腔A內的實際壓力，當第一腔室100與第二腔室200的連接位置出現鬆動時，壓力檢測計920可檢測到第一空腔A內的實際壓力出現變化，在實際壓力大於預設壓力的情況下，第二控制器控制流量控制模組410關閉。當然，若在第一腔室100出現微漏，且實際壓力小於預設壓力的情況下，則可依然繼續進行製程，以免造成晶片等待加工件的報廢。需要說明的是，泄露至第二腔室200的氣體也會隨著控溫氣流排出，不會對其他器件造成影響，也不會導致安全事故。
在本申請實施例中，為了提高第一腔室100與第二腔室200相連的牢固性，在一種可選的方案中，第一腔室100可以設置有第一法蘭110，第二腔室200可以設置有第二法蘭220，具體地，第一法蘭110和第二法蘭220可以固定連接，其中，第一法蘭110和第二法蘭220可以通過粘接、焊接等方式實現固定連接。在一種可選的方式中，第一法蘭110可以開設有多個第一通孔，第二法蘭220可以開設有多個第二通孔，多個第一通孔可以與多個第二通孔一一對應相對，第一法蘭110還可以包括多個螺釘和多個螺母，多個螺釘一一對應穿過多個第一通孔和多個第二通孔，並且多個螺釘與多個螺母一一對應螺紋配合。上述結構能夠提高第一腔室100與第二腔室200相連的牢固性。
在本申請實施例中，第一法蘭110的直徑可以小於第二法蘭220的直徑，具體地，第二法蘭220的邊緣部分相對于第一法蘭110的外周面凸出，第一腔室100還可以包括壓環120，壓環120與第二法蘭220的邊緣部分抵接，壓環120還開設有第一容納槽，第三腔室300可以位於第一容納槽內，並與第二法蘭220的外周面之間形成第二空腔C，第二空腔C與第一空腔A連通；壓環120還可以開設有第二容納槽，第一法蘭110至少部分位於第二容納槽中，從而避免壓環120與半導體製程設備的其他部件發生干涉，同時，壓環120還能夠為第一法蘭110提供防護，而且壓環120的重力能夠對第一法蘭110提供壓緊力，從而提高第一腔室100第二腔室200相連的密封性。
其中，第三腔室300的一端可以與第一容納槽的內壁相連，第三腔室300、第二法蘭220和第一容納槽能夠圍成第二空腔C，從而使得控溫流體可以直接將熱量傳遞至第一腔室100和第二腔室200之間的連接位置處，從而進一步避免第一腔室100和第二腔室200的連接處出現冷點，進而進一步地提升半導體製程設備的製程效果。
在進一步的技術方案中，第二法蘭220上可以設置有第三容納槽，具體地，該第三容納槽內可以設置有密封圈221，密封圈221可以彈性夾緊在第一法蘭110和第二法蘭220之間，且密封圈221與第一法蘭110密封配合。上述結構能夠提高第一腔室100第二腔室200相連的密封性，從而避免第一腔室100和第二腔室200在進行晶片等待加工件的加工製程時出現氣體泄露。
在進一步的技術方案中，控溫流體進口310可以與第二空腔C連通，控溫流體出口320可以與第一空腔A連通，具體地，控溫流體進口310和控溫流體出口320分別位於第二腔室200相背的兩側，從而使得控溫流體在第一空腔A中的流動路徑加長，進而可以充分地在第一空腔A和第二空腔C中進行導熱，從而使得第二腔室200、第一法蘭110和第二法蘭220均能得到保溫效果。
在本申請實施例中，半導體製程設備還可以包括隔熱層800，具體地，隔熱層800可以貼設在第三腔室300的內壁上，隔熱層800具有不導熱的性能，可以保證控溫流體的熱量只傳遞至第二腔室200處，而不會傳遞至第三腔室300的內壁上，一方面可以降低第三腔室300的外部溫度，另一方面可以防止控溫流體的熱量流失，進而提高對第二腔室200的保溫效果。
前述內容概括數項實施例之特徵，使得熟習此項技術者可更佳地理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應瞭解，其等可容易地使用本揭露作為用於設計或修改用於實行本文仲介紹之實施例之相同目的及/或達成相同優點之其他製程及結構之一基礎。熟習此項技術者亦應瞭解，此等等效構造不背離本揭露之精神及範疇，且其等可在不背離本揭露之精神及範疇之情況下在本文中作出各種改變、置換及更改。
100:第一腔室 110:第一法蘭 120:壓環 200:第二腔室 210:埠 220:第二法蘭 221:密封圈 300:第三腔室 310:控溫流體進口 320:控溫流體出口 400:流體輸送裝置 410:流量控制模組 420:輸出管 500:加熱器 600:密封門 710:流體加熱裝置 720:溫度感測器 800:隔熱層 900:壓力檢測模組 910:測壓管道 A:第一空腔 B:間隙 C:第二空腔
當結合附圖閱讀時，從以下詳細描述最佳理解本揭露之態樣。應注意，根據產業中之標準實踐，各種構件未按比例繪製。事實上，為了論述的清楚起見可任意增大或減小各種構件之尺寸。 圖1為本申請實施例公開的半導體製程設備在第一種角度下的局部剖視圖； 圖2是本申請實施例公開的半導體製程設備在第二種角度下的局部剖視圖。
100:第一腔室
110:第一法蘭
120:壓環
200:第二腔室
210:埠
220:第二法蘭
221:密封圈
300:第三腔室
310:控溫流體進口
320:控溫流體出口
400:流體輸送裝置
410:流量控制模組
420:輸出管
500:加熱器
600:密封門
720:溫度感測器
800:隔熱層
900:壓力檢測模組
910:測壓管道
A:第一空腔
B:間隙
C:第二空腔

Claims (10)

  1. 一種半導體製程設備，包括一第一腔室、一第二腔室和一第三腔室，其中： 該第一腔室和該第二腔室對接且連通設置；第三腔室環繞該第二腔室設置，且二者之間形成一第一空腔，該第三腔室開設有一控溫流體進口和一控溫流體出口，該第一空腔用於供控溫流體流動以調節該第二腔室的溫度。
  2. 如請求項1所述的半導體製程設備，其中，該半導體製程設備還包括一流體輸送裝置，該流體輸送裝置包括一流量控制模組和一輸出管，該流量控制模組設置於該輸出管上，該輸出管的一端與該控溫流體進口相連，該輸出管的另一端用於與控溫流體供應源相連。
  3. 如請求項2所述的半導體製程設備，其中，該半導體製程設備還包括一流體加熱裝置，該流體加熱裝置與該流體輸送裝置相連，該流體加熱裝置用於調節該控溫流體的溫度。
  4. 如請求項3所述的半導體製程設備，其中，該半導體製程設備還包括一溫度感測器和一第一控制器； 該溫度感測器用於檢測該第二腔室的實際溫度，並將該實際溫度向該第一控制器發送； 該第一控制器與該流體加熱裝置電連接，在該實際溫度偏離預設溫度的情況下，該第一控制器控制該流體加熱裝置提高或者降低該控溫流體的溫度。
  5. 如請求項2所述的半導體製程設備，其中，該半導體製程設備還包括一測壓管道、一壓力檢測模組和一第二控制器，其中，該測壓管道的一端與該第一空腔連通；該壓力檢測模組設置於該測壓管道上； 該壓力檢測模組用於通過該測壓管道檢測該第一空腔的實際壓力，並將該實際壓力向該第二控制器發送； 該第二控制器與該流量控制模組電連接，在該實際壓力大於預設壓力的情況下，該第二控制器控制該流量控制模組關閉或者控制該流量控制模組減小該控溫流體的流量。
  6. 如請求項4所述的半導體製程設備，其中，該半導體製程設備還包括一密封門，該第二腔室遠離該第一腔室的一端開設有一埠，該埠與該第二腔室的內部連通，該密封門設於該第二腔室上用以開閉該埠，該第三腔室開設有一避讓孔，該密封門在關閉該埠時位於該避讓孔中； 該密封門與該避讓孔的內壁之間形成一間隙，該溫度感測器設置在該埠所在的端面上，且位於該間隙中。
  7. 如請求項1所述的半導體製程設備，其中，該第一腔室設置有一第一法蘭，該第二腔室設置有一第二法蘭，該第一法蘭和該第二法蘭固定連接。
  8. 如請求項7所述的半導體製程設備，其中，該第二法蘭的邊緣部分相對於該第一法蘭的外周面凸出，該第一腔室還包括一壓環，該壓環與該第二法蘭的邊緣部分抵接，該壓環開設有一第一容納槽，該第三腔室位於該第一容納槽內，並與該第二法蘭的外周面之間形成一第二空腔，該第二空腔與該第一空腔連通；該壓環還開設有一第二容納槽，該第一法蘭至少部分位於該第二容納槽中。
  9. 如請求項8所述的半導體製程設備，其中，該控溫流體進口與該第二空腔連通，該控溫流體出口與該第一空腔連通，該控溫流體進口和該控溫流體出口分別位於該第二腔室相背的兩側。
  10. 如請求項1-9中任意一項所述的半導體製程設備，其中，該半導體製程設備還包括一隔熱層，該隔熱層貼設在該第三腔室的內壁上。
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