CN101667524A - 一种反应腔室及应用该反应腔室的等离子体处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反应腔室，其包括腔体和介质窗，所述介质窗置于腔体的侧壁顶部，并且在二者的接触面之间设置有密封件和缓冲件。此外，本发明还公开了一种应用上述反应腔室的等离子体处理设备。本发明提供的反应腔室及应用该反应腔室的等离子体处理设备具有使用寿命长、成本低以及工艺稳定等优点。

Description

一种反应腔室及应用该反应腔室的等离子体处理设备

技术领域

本发明涉及等离子技术领域，具体而言，涉及一种反应腔室及应用该反应腔室的等离子体处理设备。

背景技术

随着电子技术的高速发展，人们对集成电路的集成度要求越来越高，这就要求生产集成电路的企业不断地提高半导体器件的加工/处理能力。目前，在半导体器件的加工/处理领域中，特别是在IC(Integrated circuit，集成电路)或MEMS(Micro ElectromechanicalSystem，微电子机械系统)器件的制造工艺中，常常需要用到诸如等离子体刻蚀、沉积或其他工艺的等离子体处理技术，而这些技术通常都要借助于诸如等离子体刻蚀设备等的等离子体处理装置来实现。

下面以采用等离子体刻蚀技术的等离子体刻蚀设备为例对等离子体处理装置进行详细描述。所谓等离子体刻蚀技术指的是，工艺气体在射频功率的激发下产生电离形成含有大量电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子的等离子体，这些活性粒子与被处理工件(例如，晶片)的表面发生各种物理和化学反应并形成挥发性的生成物，从而使得被刻蚀物体表面的性能发生变化。等离子体刻蚀技术常用于蚀刻金属、介电和半导体材料等。

等离子体刻蚀技术是依靠等离子体刻蚀设备来实现的。图1就示出了一种常用的等离子体刻蚀设备，其包括：腔体3、线圈1、介质窗2、下电极7、气体输入系统(图未示)和真空获得系统(图未示)等。

其中，在腔体3的上方设置有介质窗2，线圈1便置于该介质窗2之上。在腔体3的内部设置有下电极7，该下电极7可以为诸如静电卡盘的静电夹持工具或者机械卡盘，用以固定诸如晶片等的被处理工件8。线圈1和下电极7分别接入一个或多个不同频率的射频源。

在介质窗2的大致中央位置处设置有中央进气口4，在反应腔室3上部的边缘位置处设置有边缘进气口5。中央进气口4和边缘进气口5连接气体输入系统，用以向反应腔室3内输入工艺气体。

在腔体3一侧的靠下位置处设置有排气口6，其连接真空获得系统，用以对反应腔室3抽真空，并且反应生成物经此排出反应腔室。所述真空获得系统可以包括真空泵。

上述等离子体刻蚀设备的工艺过程一般是：利用真空获得系统将反应腔室抽真空；而后，通过气体输入系统将工艺所需的气体输入到反应腔室内；然后，向分别连接线圈1和下电极7的射频源输入适当的射频功率，以激活反应气体，点燃和维持等离子，使其与被刻蚀的工件进行物理/化学反应，以获得所需要的刻蚀图形。同时，反应后的生成物经由真空获得系统将其抽出反应腔室。

在上述工艺过程中，介质窗2是一个关键部件，其参加形成等离子体的能量耦合过程，因此，介质窗2的质量和工作状况会在很大程度上影响工艺结果。同时，随着行业发展，被处理工件8的尺寸越来越大，相应地，介质窗2和反应腔室的体积也越来越大，各部件的成本也相应地越来越高，因而有必要最大程度地延长介质窗2等关键部件的使用寿命，并使其保持较好的稳定性。

在实际应用中，介质窗2通常采用石英、陶瓷等材料，并且其横向截面积介于腔体3侧壁外缘横向截面积和侧壁内缘横向截面积之间。所谓侧壁外缘横向截面积指的是垂直于腔体3轴线方向并由腔体3侧壁外表面所圈定的截面积。类似地，所谓侧壁内缘横向截面积指的是垂直于反应腔室轴线方向并由腔体3侧壁内表面所圈定的截面积。

在介质窗2的下表面(即，朝向反应腔室3的那一面)与反应腔室3的侧壁顶端之间设置有密封圈10。具体地，在反应腔室3的侧壁顶端设置有密封件安置槽9，将密封圈10置于密封件安置槽9内，当反应腔室3内形成真空后，密封圈10会被紧密地压缩到密封件安置槽9内，这样，在介质窗2与反应腔室3之间便形成密封并使介质窗2与反应腔室3相互接触。然而，介质窗2和反应腔室3的体积通常比较大，二者的接触面难以保证完全平整，而且两个接触面之间还可能存在细小坚硬的颗粒物，同时，二者接触过程中会产生冲击，这样，金属材质形成的反应腔室3的侧壁与易碎材质形成的介质窗2直接接触或者发生碰撞时，往往会导致介质窗2的边缘部分破损，进而使其使用寿命大大降低。这种情况下，如果废弃整个介质窗2，将导致工艺成本增加。如果不废弃该介质窗2而继续使用，则会增大使用风险。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种反应腔室，其能够有效地延长使用寿命、节约成本，并能够获得稳定的工艺结果。

此外，本发明还提供了一种应用上述反应腔室的等离子体处理设备，其同样能够有效地延长使用寿命、节约成本，并能够获得稳定的工艺结果。

为此，本发明提供了一种反应腔室，其包括腔体和介质窗，所述介质窗置于腔体的侧壁顶部，并且在二者的接触面之间设置有密封件，其中，在所述腔体和介质窗的接触面之间还设置有缓冲件。

其中，所述缓冲件设置在所述密封件的外侧。

其中，在所述腔体侧壁顶部的上表面开设有用以安置所述密封件的密封件安置槽，和/或开设有用以安置所述缓冲件的缓冲件安置槽。

其中，所述缓冲件包括第一缓冲件。

其中，所述第一缓冲件的外缘小于所述介质窗的外缘。

其中，所述介质窗的外缘区域悬空。

其中，所述缓冲件还包括第二缓冲件，其位于所述第一缓冲件的外侧。

其中，所述第一缓冲件和第二缓冲件之间留有预定间隙，用以包容二者在应用过程中的形变。

其中，所述第一缓冲件的外缘小于所述介质窗的外缘，并且所述第二缓冲件的内缘小于所述介质窗的外缘，而其外缘大于所述介质窗的外缘。

其中，所述第一缓冲件和第二缓冲件的上表面大致处于同一个平面，且高于所述腔体的侧壁顶部。

其中，所述第一缓冲件和第二缓冲件的上表面比所述腔体的侧壁顶部高0.1～0.2mm。

其中，所述第一缓冲件与介质窗的接触面积大于所述第二缓冲件与介质窗的接触面积。

其中，所述第一缓冲件的弹性模量大于所述第二缓冲件的弹性模量。

其中，所述第一缓冲件采用下述材料：聚醚酰亚胺、聚甲醛。

其中，所述第二缓冲件采用下述材料：聚四氟乙烯、橡胶。

其中，所述腔室侧壁呈圆筒状，相应地，所述介质窗、密封件、第一缓冲件和第二缓冲件的形状呈圆环状，并且所述第一缓冲件的外圆周直径比所述介质窗外圆周直径小3mm。

此外，本发明还提供了一种等离子体处理设备，其包括上述本发明所提供的反应腔室。

相对于现有技术，本发明具有下述有益效果：

由于本发明提供的反应腔室中的腔体和介质窗之间设置有缓冲件，借助于该缓冲件能够有效地减小对介质窗的冲击，避免在应用过程中介质窗(尤其是其上诸如边缘部位的易损部位)接触到腔体侧壁的顶部而造成损坏。这样，介质窗就可以具有较长的使用寿命，从而能够降低对其进行维修和更换的频率，进而降低与此相关的人力和物力成本，并相应地延长反应腔室的使用寿命。

另外，本发明提供的等离子体处理设备由于应用了本发明提供的上述反应腔室，因而其同样具有使用寿命长、成本低等的优点。

附图说明

图1为现有的一种等离子体处理设备的结构示意图；

图2为本发明提供的反应腔室第一实施例的结构示意图；以及

图3为本发明提供的反应腔室第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的反应腔室及应用该反应腔室的等离子体处理设备进行详细说明。

请参阅图2，本发明第一实施例提供的反应腔室中，在腔体3的上方设置有介质窗2。其中，腔体3的侧壁呈圆筒状，在腔体3侧壁顶部设置有密封件安置槽9和缓冲件安置槽13，分别用于设置密封件10和缓冲件。所述缓冲件安置槽13设置在密封件安置槽9的外侧，相应地，缓冲件也位于密封件10的外侧。

上述缓冲件由相互嵌套的第一缓冲件11和第二缓冲件12组成，其中，第二缓冲件12套在第一缓冲件11的外面，并且二者之间预留有一定的间隙，用以包容在应用过程中诸如压缩变形和/或热变形等的形变。相应于腔体3的形状，介质窗2、密封件10、第一缓冲件11以及第二缓冲件12都为圆环形结构。

其中，第一缓冲件11的外圈直径小于介质窗2的外圈直径，例如，二者之间的径向差为3mm。第二缓冲件12的内圈直径小于介质窗2的外圈直径，并且其外圈直径大于介质窗2的外圈直径。在此，所谓第一缓冲件11的外圈直径指的是第一缓冲件11最外圆周所对应的直径；所谓第二缓冲件12的内圈直径指的是第二缓冲件12最内圆周所对应的直径；所谓第二缓冲件12的外圈直径指的是第二缓冲件12最外圆周所对应的直径；所谓介质窗2外圈直径指的是介质窗2最外圆周所对应的直径。

此外，第一缓冲件11和第二缓冲件12的上表面大致处于同一个平面，比腔体3的上表面略高(比如高出0.1～0.2mm)。当反应腔室内的气压为大气压的情况下，所述第一缓冲件11和/或所述第二缓冲件12的上表面低于所述密封件10的最高处。由于第一缓冲件11和第二缓冲件12都设置在密封件10的外侧，因此第一缓冲件11和第二缓冲件12均处于大气环境中，不会影响反应强室内的真空度。并且，在对反应腔室抽真空的过程中，介质窗2是运动的，此时第一缓冲件11和所述第二缓冲件12可起到减小冲击的作用。当反应腔室为真空环境的情况下，主要由第一缓冲件11、第二缓冲件12和密封圈10来支撑介质窗2，这样，介质窗2就不会与腔体3的侧壁上表面接触，从而第一缓冲件11和第二缓冲件12能够起到保护介质窗2的作用。

另外，从图中可以看出，第一缓冲件11与介质窗2的接触面大于第二缓冲件12与介质窗2的接触面，因而第一缓冲件11起主要的支撑作用。这样，对于起主要支撑作用的第一缓冲件11而言，其适于选择弹性模量较大的缓冲材料，例如ULTEM(聚醚酰亚胺)、POM(聚甲醛)等。对于主要用于支撑介质窗2外缘附近区域的第二缓冲件12，由于该区域为介质窗2的易碎部分，承受压力的能力较差，因此，第二缓冲件12应该选择弹性模量相对较小的缓冲材料，例如PTFE(聚四氟乙烯)、Viton(氟橡胶)等。

事实上，在实际应用中，可根据具体情况计算得出第一缓冲件11和第二缓冲件12所适用的材料弹性模量范围，并以此作为选取缓冲材料的依据。

请参阅图3，本发明第二实施例所提供的反应腔室中，在介质窗2和腔体3之间可以仅设置一个缓冲件，例如采用前述第一实施例中的第一缓冲件11。这样配置的前提是：第一缓冲件11的支撑能力足够大，以便腔体3处于真空状态时该第一缓冲件11足以支撑介质窗2，并能够保证介质窗2的外缘附近区域不与腔体3接触。由于第一缓冲件11的外圈直径小于介质窗2的外圈直径，故本实施例中介质窗2的外缘区域处于悬空状态而不受力。

在实际应用中，第一缓冲件11设置在密封件10的外侧，并且当反应腔室内的气压为大气压的情况下，第一缓冲件11的上表面低于密封件10的最高处，因此第一缓冲件11处于大气环境中而不会影响反应强室内的真空度。在对反应腔室抽真空的过程中，介质窗2是运动的，此时第一缓冲件11可起到减小冲击的作用。而且，当反应腔室为真空环境的情况下，主要由第一缓冲件11和密封圈10来支撑介质窗2，这样，介质窗2就不会与腔体3的侧壁上表面接触，从而第一缓冲件11能够起到保护介质窗2的作用。

需要指出的是，尽管前述实施例中的密封件安置槽和缓冲件安置槽均设置在腔体侧壁顶部的上表面，但是在实际应用中，其也可以设置在介质窗的背面并与腔体侧壁顶部相对应，这同样能起到保护介质窗的作用并且也不会影响反应腔室的真空度。而且，对于设置有第一缓冲件和第二缓冲件的反应腔室而言，缓冲件安置槽可以为一个，也可以为两个，当其为一个时，第一缓冲件和第二缓冲件置于同一个安置槽内，例如前述第一实施例；当其为两个时，第一缓冲件和第二缓冲件分别置于各自的安置槽内。

事实上，缓冲件的数量也不必局限于前述实施例中所述的一个或两个，而是也可以设置为更多个，只要在实际应用中能够对介质窗起到缓冲和保护的作用即可。

进一步需要指出的是，尽管前述实施例中的缓冲件呈闭合的环形结构，但是在实际应用中，其也可以采用其他形状结构，例如其可以是沿腔体侧壁顶部的上表面断续设置的若干个缓冲块，只要能够设置在介质窗和腔体侧壁顶部之间并能够对介质窗起到缓冲和保护的作用即可。

通过上述描述可以看出，本发明提供的反应腔室在介质窗和腔体侧壁顶部之间设置有缓冲件，能够避免介质窗与腔体侧壁顶部的直接接触，对介质窗起到了缓冲和保护的作用，从而能够延长介质窗的使用寿命。

事实上，由于本发明提供的反应腔室的介质窗的实际使用寿命较长，因而其维修频率就会较低，这样便可以适当地减少备用件的数量及检修人员的投入，从而降低人力、物力成本。

再有，由于本发明提供的反应腔室在其介质窗边缘位置设置有缓冲件，故在介质窗达到寿命极限之前，结构始终保持完整，从而能够最大程度地稳定工艺结果。

此外，本发明还提供了一种等离子体处理设备，其包括本发明所提供的上述反应腔室。在反应腔室内可以设置有下电极，该下电极可以为诸如静电卡盘的静电夹持工具或者机械卡盘，用以固定诸如晶片等的被处理工件。

由于本发明所提供的等离子体处理设备采用了本发明所提供的反应腔室，所以其同样具有使用寿命长、投入成本低，同时工艺稳定等的优点。

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 (17)

1.一种反应腔室，包括腔体和介质窗，所述介质窗置于腔体的侧壁顶部，并且在二者的接触面之间设置有密封件，其特征在于，在所述腔体和介质窗的接触面之间还设置有缓冲件。

2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述缓冲件设置在所述密封件的外侧。

3.根据权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，在所述腔体侧壁顶部的上表面开设有用以安置所述密封件的密封件安置槽，和/或开设有用以安置所述缓冲件的缓冲件安置槽。

4.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述缓冲件包括第一缓冲件。

5.根据权利要求4所述的反应腔室，其特征在于，所述第一缓冲件的外缘小于所述介质窗的外缘。

6.根据权利要求4所述的反应腔室，其特征在于，所述介质窗的外缘区域悬空。

7.根据权利要求5所述的反应腔室，其特征在于，所述缓冲件还包括第二缓冲件，其位于所述第一缓冲件的外侧。

8.根据权利要求7所述的反应腔室，其特征在于，所述第一缓冲件和第二缓冲件之间留有预定间隙，用以包容二者在应用过程中的形变。

9.根据权利要求7所述的反应腔室，其特征在于，所述第一缓冲件的外缘小于所述介质窗的外缘，并且所述第二缓冲件的内缘小于所述介质窗的外缘，而其外缘大于所述介质窗的外缘。

10.根据权利要求7所述的反应腔室，其特征在于，所述第一缓冲件和第二缓冲件的上表面大致处于同一个平面，且高于所述腔体的侧壁顶部。

11.根据权利要求10所述的反应腔室，其特征在于，所述第一缓冲件和第二缓冲件的上表面比所述腔体的侧壁顶部高0.1～0.2mm。

12.根据权利要求7所述的反应腔室，其特征在于，所述第一缓冲件与介质窗的接触面积大于所述第二缓冲件与介质窗的接触面积。

13.根据权利要求7所述的反应腔室，其特征在于，所述第一缓冲件的弹性模量大于所述第二缓冲件的弹性模量。

14.根据权利要求4所述的反应腔室，其特征在于，所述第一缓冲件采用下述材料：聚醚酰亚胺、聚甲醛。

15.根据权利要求7所述的反应腔室，其特征在于，所述第二缓冲件采用下述材料：聚四氟乙烯、橡胶。

16.根据权利要求7所述的反应腔室，其特征在于，所述腔室侧壁呈圆筒状，相应地，所述介质窗、密封件、第一缓冲件和第二缓冲件的形状呈圆环状，并且所述第一缓冲件的外圆周直径比所述介质窗外圆周直径小3mm。

17.一种等离子体处理设备，其特征在于，包括权利要求1-16中任意一项所述的反应腔室。

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