一种反应腔室及等离子体加工设备的制造方法

文档序号:8413909阅读:431来源:国知局
一种反应腔室及等离子体加工设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体设备制造领域,具体地,涉及一种反应腔室及等离子体加工设备。
【背景技术】
[0002]等离子体加工设备一般包括反应腔室,其在反应腔室内对被加工工件进行刻蚀、沉积等工艺。
[0003]图1为现有的第一种等离子体加工设备的反应腔室的结构示意图。请参看图1,反应腔室包括腔体1、承载装置2、线圈3、射频电源(图中未示出)、偏压电源(图中未示出)和抽真空装置(图中未示出)。其中,腔体I上设有进气口 4和排气口 5,排气口 5与抽真空装置连接;承载装置2设于腔体I内部,其用于承载被加工工件6 ;偏压电源与承载装置2连接,用于向承载装置2加载偏压;线圈3环绕于腔体I的侧壁7的外侧,且侧壁7由氧化铝陶瓷制成;射频电源与线圈3连接,用于向线圈3加载射频功率。
[0004]在上述等离子体加工设备对被加工工件进行刻蚀工艺时,首先由抽真空装置将腔体I抽真空,进而通过进气口 4向腔体I内通入工艺气体;而后,射频电源向线圈3加载射频功率,使线圈3激发上述通入腔体I内的工艺气体为等离子体;偏压电源向承载装置2加载偏压,吸引上述等离子体中的离子轰击被加工工件6或与被加工工件6发生反应,从而在被加工工件6表面刻蚀出相应的图形。
[0005]在上述过程中,侧壁7上会产生射频偏压,该射频偏压吸引等离子体中的离子轰击侧壁7,并使侧壁7的温度随离子的轰击而升高;并且,在上述过程中,侧壁7上与线圈2的中部相对应的区域,即侧壁7的中部的射频偏压最大,从而其吸引最多的离子轰击侧壁7的中部区域,使侧壁7的中部的温度高于其两端的温度;同时,由于侧壁7由氧化铝陶瓷制成,其热导率较低,这样导致侧壁7的上下两端可以通过热传导将其热量传递出去,而侧壁7的中部则会限于其较低的热导率无法将其热量传递出去,从而在侧壁7的沿竖直方向的各个区域之间形成较大的温度梯度;进而,当射频电源向线圈2加载的水平功率较大,如5000W时,上述温度梯度会超出侧壁7的承受范围,使侧壁7因此而断裂。
[0006]图2为现有的第二种等离子体加工设备的反应腔室的结构示意图。请参看图2,该等离子体加工设备的反应腔室包括腔体11、承载装置12、靶材13、线圈14、射频电源15、偏压电源16和法拉第屏蔽件17。其中,承载装置12设于腔体11的内部,用于承载被加工工件;靶材13设于腔体11的顶部;偏压电源16与靶材13连接,用于向靶材13加载偏压;线圈14环绕于腔体11的侧壁外侧;射频电源15与线圈14连接,用于向线圈14加载射频功率;法拉第屏蔽件17由导电材料制成,或者由表面镀有导电层的绝缘材料制成,其固定于腔体11的侧壁内侧,且环绕腔体11的侧壁内侧接近一周。
[0007]在使用上述等离子体加工设备向被加工工件表面沉积薄膜时,向腔体11内通入工艺气体;而后,射频电源15向线圈14加载射频功率,使线圈14激发上述通入腔体11内的工艺气体为等离子体;偏压电源16向靶材13上加载偏压,吸引上述等离子体中的离子轰击靶材13,使靶材13上的靶材原子或分子从靶材13表面上脱离,并沉积至被加工工件的表面上,从而在被加工工件表面上形成薄膜。在上述过程中,法拉第屏蔽件17可以屏蔽电磁场,使其上的射频偏压较低,从而减少等离子体对腔体11的轰击,以及减小腔体11受到的侵蚀,进而提高等离子体加工设备的使用寿命,降低其使用成本。
[0008]上述等离子体加工设备在实际使用中不可避免地存在下述问题,即:由于法拉第屏蔽件17固定于腔体11的侧壁内侧,其在工艺过程中会降低线圈14的耦合能量,使线圈14激发等离子体的耦合效率降低;同时,在工艺过程中,等离子体中的离子会受到法拉第屏蔽件17上的射频偏压的吸引而轰击法拉第屏蔽件17,使其具有较高的温度,该温度会通过热传导传递给腔体11,使腔体11具有较高的温度;此外,在上述等离子体加工设备对被加工工件进行刻蚀工艺时,等离子体中的离子轰击上述法拉第屏蔽件17,会使其表面的导电材料分子或原子从其表面上脱离,并落入腔体11内或被加工工件上,从而造成对腔体11或被加工工件的污染。

【发明内容】

[0009]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一,提出了一种反应腔室及等离子体加工设备,其可以在工艺过程中使反应腔室的腔体的侧壁各个区域之间的温度梯度较小,从而可以防止反应腔室的侧壁因其各个区域之间的温度梯度过大而断裂。
[0010]为实现本发明的目的而提供一种反应腔室,包括腔体、线圈、内衬套和连接件,所述线圈在腔体的外侧环绕腔体的侧壁,所述内衬套在腔体的内侧环绕腔体的侧壁,且其与腔体的侧壁之间具有均匀的间隙;所述连接件与所述腔体的内壁连接,并通过与所述内衬套点接触而将所述内衬套固定在所述腔体内。
[0011]其中,所述内衬套在腔体的内侧环绕所述腔体的侧壁和顶壁,且其与腔体的侧壁和顶壁之间具有均匀的间隙。
[0012]其中,所述内衬套的厚度为3-5mm。
[0013]其中,所述内衬套与腔体的侧壁之间的间隙为l_2mm。
[0014]其中,所述内衬套与腔体的侧壁和顶壁之间的间隙为l_2mm。
[0015]其中,所述内衬套由耐高温材料制成。
[0016]其中,所述连接件的热导率小于0.2W/ Cm.K)D
[0017]其中,所述内衬套的热导率大于20W/ (ι?.Κ)。
[0018]其中,所述内衬套由氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷制成。
[0019]作为另一个技术方案,本发明还提供一种等离子体加工设备,包括反应腔室,所述反应腔室用于对被加工工件进行工艺处理,其中,所述反应腔室采用本发明提供的上述反应腔室。
[0020]本发明具有以下有益效果:
[0021]本发明提供的反应腔室,其内衬套在腔体内环绕腔体的侧壁,使内衬套在工艺过程中受到离子的轰击而温度升高;并且由于内衬套通过与连接件的点接触被固定于腔体内,且内衬套与腔体的侧壁之间具有均匀的间隙,使内衬套在其升温的过程中,仅能通过向腔体的侧壁辐射热量以及通过连接件与腔体的内壁之间进行热传导的方式向外传递很少部分的热量;这使腔体的侧壁在工艺过程中的升温幅度很小,还使内衬套的温度很高,以及使内衬套各区域之间的温度非常均匀;其中,内衬套各区域之间的温度非常均匀使内衬套辐射至腔体的侧壁的各区域上的热量均匀,以及使腔体的侧壁的各区域的温度梯度较小,从而可以避免腔体的侧壁因其各个区域之间的温度梯度过大而断裂,减小了反应腔室的维护成本;内衬套的温度很高,可以使附着于其上的副产物气化,进而被排出腔体,这样就减小了副产物在腔体内的累积,从而使反应腔室的维护周期较长,提高反应腔室的有效使用时间,并在一定程度上提升产能。此外,内衬套通过与连接件的点接触而被固定于腔体内,其安装和拆卸非常简单,从而便于维护。
[0022]本发明提供的等离子体加工设备,其采用本发明提供的上述反应腔室,可以使其反应腔室的侧壁的各区域之间在工艺过程中保持较小的温度梯度,从而可以避免其反应腔室的侧壁因各区域之间温度梯度过大而断裂,减小了其反应腔室的维护成本;并且,还可以减小工艺过程中产生的副产物在反应腔室的腔体内的累积,从而使反应腔室的维护周期较长,提高反应腔室的有效使用时间,并在一定程度上提升等离子体加工设备的产能。
【附图说明】
[0023]图1为现有的第一种等离子体加工设备的反应腔室的结构示意图;
[0024]图2为现有的第二种等离子体加工设备的反应腔室的结构示意图;
[0025]图3为本发明实施例提供的反应腔室的结构示意图;
[0026]图4为内衬套环绕腔体的侧壁及顶壁的结构示意图;以及
[0027]图5为反应腔室为PVD腔室的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]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反应腔室及等离子体加工设备进行详细描述。
[0029]图3为本发明实施例提供的反应腔室的结构示意图。请参看图3,该反应腔室为刻蚀腔室,其用于对被加工工件进行刻蚀工艺,其具体包括腔体20、承载装置21、线圈22、射频电源23、偏压电源24、内衬套25、连接件26和抽真空装置(图中未示出)。其中,腔体20内包括第一空间201和第二空间202,第一空间201和第二空间202连通,且第二空间202的侧壁203由电绝缘材料制成;腔体20上设有进气口 204和排气口 205,排气口 205与抽真空装置连接;承载装置21设置于腔体20内,其用于承载被加工工件27 ;偏压电源24与承载装置21连接,用于向承载装置21加载偏压;线圈22在腔体20的外侧环绕腔体20的侧壁,具体地,线圈22环绕腔体20内第二空间202的侧壁203 ;射频电源23与线圈22连接,用于向线圈22加载射频功率;内衬套25在腔体20的内侧环绕腔体20的侧壁,且其与腔体20的侧壁之间具有均匀的间隙,具体地,内衬套25环绕腔体20内第二空间202的侧壁203,内衬套25与侧壁203之间的间隙为l_2mm ;连接件26与腔体20的内壁连接,并通过与内衬套25点接触而将内衬套25固定在腔体20内,具体地,连接件26与腔体20内第二空间202的侧壁203连接。
[0030]以上述反应腔室对被加工工件27进行刻蚀工艺为例,其具体过程是:首先,由抽真空装置将腔体20内的气体从排气口 205抽出,使腔体20内达到预定的真空度;而后,通过进气口 204向腔体20内通入工艺气体;由射频电源23向线圈22加载射频功率,使线圈22激发上述通入腔体20内的工艺气体为等离子体;并由偏压电源24向承载装置21加载偏压,吸引上述等离子体中的离子轰击置于承载装置21上的被加工工件27表面或与被加工工件27发生反应,从而在被加工工件27表面刻蚀
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