基座组件及半导体工艺设备的制作方法

1.本技术属于半导体装备技术领域，具体涉及一种基座组件及半导体工艺设备。


背景技术：

2.硅外延工艺温度一般在900℃-1200℃，且在不同的温度下进行适应的工艺步骤，故对反应腔室实际的温度控制要求较高。当前，反应腔室在首次校温后，石墨基座的各部分受热均匀；在工艺过程中，采用红外高温计对石墨基座进行测温，来反馈反应腔室内的温度。然而，石墨基座依靠三叉结构支撑，且三叉结构与石英旋转轴连接，在石墨基座旋转测温时，三叉结构周期性遮挡测温点，且由于三叉结构的材质与其他位置不同，从而相对于其他测温点，会出现三个明显的温度突变点，进而影响温度的准确性，最终影响工艺结果。


技术实现要素：

3.本技术实施例的目的是提供一种基座组件及半导体工艺设备，能够解决石墨基座中三叉结构遮挡测温点而影响腔室内温度准确性的问题。
4.为了解决上述技术问题，本技术是这样实现的：
5.本技术实施例提供了一种基座组件，应用于半导体工艺设备的反应腔室中，该基座组件包括：
6.基座本体，所述基座本体用于承载晶圆；
7.支撑件，所述支撑件连接于所述基座本体背离承载面的一侧；
8.透光件，所述透光件环绕所述基座本体的旋转轴线设置，包括相背设置的第一端和第二端，以及连接第一端和第二端的透光部，至少部分透光部与所述基座本体背离承载面一侧相对设置，所述第一端与所述支撑件连接；
9.支撑轴，所述支撑轴与所述第二端连接。
10.本技术实施例还提供了一种半导体工艺设备，该半导体工艺设备包括上述基座组件。
11.本技术实施例中，通过支撑件和透光件实现了支撑轴与基座本体之间的连接，从而可以通过支撑轴带动基座本体及其承载的晶圆旋转，以满足工艺需求。与此同时，透光件的至少部分透光部与基座本体背离承载面一侧相对设置，且不会遮挡基座本体，如此，在对基座本体测温时，可以对基座本体上与透光部相对的区域进行测温，以使多个测温点的材质均相同，从而使多个测温点处的温度不会出现突变。相比于相关技术中石墨基座的测温方式，有效避免了石墨基座旋转过程中三叉结构周期性遮挡石墨基座而导致测温点材质不同，从而出现温度突变点的问题，进而保证了测温的准确性，避免对工艺结果产生影响。
附图说明
12.图1为本技术实施例公开的支撑件、透光件和支撑轴的第一视角示意图；
13.图2为本技术实施例公开的支撑件、透光件和支撑轴的第二视角示意图；
14.图3为本技术实施例公开的透光件的第一视角示意图；
15.图4为本技术实施例公开的透光件的第二视角示意图；
16.图5为本技术实施例公开的支撑件的结构示意图；
17.图6为本技术实施例公开的支撑轴的第一视角示意图；
18.图7为本技术实施例公开的支撑轴的第二视角示意图；
19.图8为本技术实施例公开的半导体工艺设备的第一结构示意图；
20.图9为本技术实施例公开的半导体工艺设备的第二结构示意图。
21.附图标记说明：
22.100-基座组件；110-基座本体；120-支撑件；121-安装孔；130-透光件；131-第一端；132-第二端；133-透光部；134-环形固定结构；140-支撑轴；141-轴本体；142-叉结构；1421-支撑臂；1422-避让孔；150-支撑柱；160-顶针；
23.200-外石英轴；
24.300-旋转电机；
25.400-红外高温计；
26.510-下盖；520-上盖；530-金属腔。
具体实施方式
27.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
28.本技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
29.下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本技术实施例进行详细地说明。
30.参考图1至图9，本技术实施例公开了一种基座组件100，所公开的基座组件100包括基座本体110、支撑件120、透光件130和支撑轴140。
31.其中，基座本体110为基座组件100中的基础构件，其用于承载晶圆。可选地，基座本体110可以是石墨材质，其上表面为承载面，在硅外延工艺过程中，晶圆放置于承载面上，通过基座本体110的旋转同步带动其上的晶圆旋转，以保证工艺均匀性。
32.支撑件120为基座组件100中的支撑构件，其用于支撑基座本体110。一些实施例中，支撑件120连接于基座本体110背离承载面的一侧，以对基座本体110起到支撑作用。
33.可选地，支撑件120可以环绕基座本体110的旋转轴线设置在基座本体110背离承载面的一侧，此时，基座本体110背离承载面一侧上的位于支撑件120内侧的区域不会被遮挡。另外，支撑件120可以是圆环形结构，当然，还可以包括多个子支撑件，多个子支撑件以
基座本体110的旋转轴线为中心，呈中心对称分布在基座本体110背离承载面的一侧。另外，支撑件120可以采用焊接、粘接等方式固定于基座本体110的背离承载面的一侧。
34.透光件130为基座组件100中的连接构件，其用于连接支撑件120和支撑轴140。一些实施例中，透光件130环绕基座本体110的旋转轴线设置。由于透光件130环绕设置，使得基座本体110背离承载面的一侧上位于透光件130内侧的区域不会被遮挡。可选地，透光件130可以是圆环形结构；透光件130可以采用焊接、粘接等方式固定于支撑件120的背离基座本体110的一端。
35.参考图3和图4，一些实施例中，透光件130包括相背设置的第一端131和第二端132，以及连接第一端131和第二端132的透光部133，至少部分透光部133与基座本体110背离承载面一侧相对设置，且第一端131与支撑件120连接。可选地，透光件130可以是一体结构，其通过透光部133可以保证透光性，以满足红外高温计400的测温需求。
36.透光部133具有透光功能，基座本体110背离承载面的一侧上被透光部133遮盖的部分的光线不会被遮挡，从而不会影响红外测温。
37.此处需要说明的是，基座本体110上与透光部133相对的区域作为测温区域，由于透光部133不会遮挡红外高温计400对基座本体110测温，使红外高温计400时刻对同一材质的结构进行测温，从而不会出现温度突变点，保证了温度的准确性。
38.支撑轴140为基座组件100中的支撑、传递动力和运动的构件，通过支撑轴140可以对基座本体110起到支撑作用，并能够带动基座本体110旋转。一些实施例中，支撑轴140与透光件130的第二端132连接。可选地，支撑轴140可以与透光件130的内缘连接，从而可以将动力依次通过透光件130和支撑件120传递至基座本体110，以带动基座本体110旋转。
39.为了实现基座本体110旋转，本技术实施例可以将支撑轴140与驱动机构传动连接，其中，驱动机构可以是旋转电机300。如此，在驱动机构的驱动作用下，基座本体110及其上承载的晶圆可以旋转，以保证工艺均匀性。
40.基于上述设置，在需要对旋转的基座组件100进行测温时，可以使红外高温计400与透光件130的透光部133相对，如此，红外高温计400可以透过透光部133并对基座本体110背离承载面的一侧进行测温，从而可以根据基座本体110的温度反馈反应腔室内的温度，以确保反应腔室内的温度满足硅外延工艺的温度要求。
41.相比于采用三叉结构支撑基座的方式，本技术实施例中采用支撑件120和透光件130共同支撑基座本体110，并且在工艺过程中对基座本体110进行测温时，可以对基座本体110上与透光部133相对的区域进行测温，以使多个测温点的材质均相同，不会出现三叉结构遮挡测温点的情况，从而有效避免了测温周期中在三叉结构遮挡的区域出现温度突变点的情况，解决了由于出现温度突变点导致整体的测温精度降低而影响工艺结果的问题。因此，本技术实施例中的基座组件100能够保证工艺过程中基座组件100上温度的准确性，从而确保了反应腔室内的温度满足硅外延工艺的温度要求。
42.继续参考图3和图4，在一些实施例中，透光部133呈锥形筒状，且沿第一端131至第二端132的方向，透光部133距旋转轴线的距离逐渐减小。如此，使透光件130成为具有大端和小端的锥形筒状结构，也即，使透光部133成为内缘和外缘不共面的环形结构，此时，透光部133的沿旋转轴线方向的纵截面呈梯形。
43.基于上述设置，由于支撑轴140与透光件130的连接位置远离透光件130的外缘区
域，即，支撑轴140与透光件130的第二端132连接，使得支撑轴140不会遮挡透光部133，在测温时，可以对基座本体110上与透光部133相对应的区域进行测温，从而避免了由于支撑轴140遮挡测温区域而出现温度突变点，确保了测温的准确性。
44.另外，由于基座本体110横截面的面积相对较大，而支撑轴140横截面的面积相对较小，通过上述作为大端的第一端131与支撑件120相连，并通过适当尺寸的支撑件120与基座本体110相连，可以增大支撑件120与基座本体110之间的接触面积，提高了基座本体110的稳定性；与此同时，通过上述作为小端的第二端132与支撑轴140相连，可以对基座本体110与支撑轴140进行过渡，从而保证支撑轴140与基座本体110之间连接的牢固性和稳定性。
45.在其他实施例中，第一端131、第二端132和透光部133还可以共面，此时，透光件130为平面的环形结构，此时同样可以满足实际需求。
46.在一些实施例中，透光部133的材质可以为透明石英。基于此，可以满足高温环境的需求而不至于损坏；可选地，透光部133可以采用薄壁设计，以增加透光性，从而降低透光部133对光线的削弱作用，进一步提高了测温精度。另外，本技术实施例中对于透光部133的材质、形状、结构等方面不作具体限定，只要能够满足实际需求即可。
47.参考图3，为了提高透光件130与支撑轴140之间连接的牢固性，本技术实施例中的透光件130还包括环形固定结构134，该环形固定结构134设置于第二端132，且环形固定结构134与支撑轴140固定连接。可选地，环形固定结构134可以是具有一定厚度的圆环结构，其通过焊接、粘接等方式固定在透光件130的第二端132。基于此，可以通过环形固定结构134连接透光件130和支撑轴140，从而使透光件130与支撑轴140之间连接更加牢固、稳定。另外，通过环形固定结构134还可以增加透光件130的整体强度，以防止透光件130在承受扭矩时发生变形，进一步保证了透光件130的完好性和稳定性。
48.参考图8，在一些实施例中，基座组件100还包括多个支撑柱150，多个支撑柱150与基座本体110连接。可选地，支撑柱150的顶端与基座本体110的背离承载面的一侧可以是固定连接，如，焊接等，还可以是可拆卸连接，如，卡接等。另外，支撑柱150的材质可以是石墨，也即，支撑柱150为石墨柱。
49.参考图5，为了安装支撑柱150，本技术实施例在支撑件120上设置多个安装孔121，多个安装孔121相对于旋转轴线呈中心对称分布，多个支撑柱150一一对应地装配于多个安装孔121中。基于此，通过多个支撑柱150可以实现基座本体110与支撑件120之间的连接，并能够支撑基座本体110。
50.可选地，本技术实施例中的基座组件100包括三根支撑柱150，相应地，支撑件120上开设三个安装孔121，且相邻两个安装孔121之间相差120
°
，如此，位于三个安装孔121中的三根支撑柱150可以均匀的支撑在基座本体110下方，从而保证基座本体110的稳定性。当然，本技术实施例中不限制支撑柱150的具体数量和分布，只要能够满足对基座本体110的稳定支撑即可。
51.参考图6和图7，在一些实施例中支撑轴140包括轴本体141和叉结构142，其中，叉结构142设置于轴本体141上。可选地，叉结构142上设有装配孔，轴本体141的一端设有插接头，在装配时，将插接头穿入装配孔中，并进行固定，以使叉结构142能够随轴本体141旋转。
52.参考图7，叉结构142包括多个支撑臂1421，多个支撑臂1421的远离轴本体141的一
端分别与透光件130的第二端132连接。基于此，一方面可以通过支撑臂1421使支撑轴140与透光件130连接，另一方面，由于支撑臂1421与透光件130的内缘固定连接，使得支撑轴140位于透光件130的内侧，使支撑轴140不会遮挡透光件130，从而使基座本体110上与透光件130相对应的测温区域不会被支撑轴140遮挡，进而提高了测温的准确性。
53.可选地，叉结构142可以包括三组支撑臂1421，且相邻两组支撑臂1421之间相距120
°
，以使叉结构142均匀地与透光件130连接。另外，叉结构142与透光件130的内缘之间可以采用焊接、粘接等固定方式实现连接。
54.此处需要说明的是，考虑到基座本体110的背面容易在工艺过程中生长晶体，影响整个测温精度等因素，需要在工艺过程中向基座本体110的背离承载面的一侧吹扫保护气体。基于上述叉结构142，使得相邻两个支撑臂1421之间形成一定的间隔，也即，形成中空结构，当从反应腔室底部中心向上吹扫保护气体时，保护气体可以从各个中空结构吹向基座本体110的背离承载面的一侧，从而使工艺过程中基座本体110的背离承载面的一侧不会生长晶体，提高了测温的准确性。
55.参考图8，为了使基座本体110上的晶圆脱离基座本体110的承载面，或者将晶圆放置承载面，本技术实施例中的基座组件100还包括顶针160，顶针160可以沿基座本体110的旋转轴线方向往复移动，以将承载面上的晶圆顶起，使晶圆脱离承载面，或者将晶圆放置在承载面上。
56.可选地，顶针160的往复移动可以通过驱动机构实现，其中，驱动机构可以是气缸、液压缸、电动缸等。
57.参考图7，为了实现顶针160的移动，本技术实施例中，在支撑臂1421上设置避让孔1422，且避让孔1422沿旋转轴线的方向开设，在顶针160移动过程中，顶针160可以穿过避让孔1422，并穿过基座本体110后与晶圆接触，从而可以实现对晶圆的顶升或释放。
58.此处需要说明的是，关于顶针160的具体结构及其工作原理还可以参考相关技术，此处不做详细阐述。
59.在一些实施例中，支撑件120和透光件130可以一体设置，也即，支撑件120和透光件130为一个整体结构。可选地，支撑件120和透光件130为石英一体件。基于此，支撑件120和透光件130可以整体同步制造，从而可以缩短制造周期，提高制造效率，并且还可以在一定程度上保证整体结构的强度，以承载基座组件100旋转的扭矩。
60.在一些实施例中，支撑件120的材质可以是透明石英。支撑轴140的材质也可以是透明石英。可选地，支撑件120、透光件130和支撑轴140的材质均可以是透明石英，使基座组件100的各部分受热均匀，以满足实际工艺需求。当然，还可以采用其他材质，本技术实施例中不限制支撑件120、透光件130及支撑轴140的具体材质。
61.参考图8和图9，本技术实施例还公开了一种半导体工艺设备，所公开的半导体工艺设备包括上述基座组件100。
62.除此以外，半导体工艺设备还包括外石英轴200、旋转电机300、红外高温计400、下盖510、上盖520和金属腔530。其中，下盖510、金属腔530和上盖520共同围设成密闭的工艺环境。工艺气体通过进气口进入反应腔室，在承载于基座本体110上的晶圆表面进行工艺反应，经过反应的气体通过尾气口排走。如图9所示，工艺气体沿箭头方向从左往右，并在晶圆上方流动。
63.在工艺过程中，通过旋转电机300带动支撑轴140(即，内石英轴)和基座本体110匀速旋转，在红外高温计400测温的过程中，整个测温周期中，外部环境均相同，从根本上避免了测温突变点的出现，从而可以更准确地反馈反应腔室内的温度，从而可以提升整个工艺过程中温度的准确性、一致性，最终提升了工艺结果的准确性、一致性。
64.此处需要说明的是，本技术实施例中，半导体工艺设备的具体结构及其工作原理还可以参考相关技术，此处不作详细阐述。
65.上面结合附图对本技术的实施例进行了描述，但是本技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本技术的启示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本技术的保护之内。