CN102737934B - 用于等离子体处理反应腔的射频屏蔽装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于等离子体处理反应腔的射频屏蔽装置，所述等离子体处理反应腔包括反应腔壳体，所述反应腔壳体上设置有空洞，其中，所述射频屏蔽装置设置在所述反应腔壳体上并至少部分覆盖所述空洞，所述射频屏蔽装置由导电弹性体材料制成。本发明还提供了一种包括上述射频屏蔽装置的等离子体处理系统以及一种用于等离子体处理反应腔的射频屏蔽方法。采用本发明的射频屏蔽机制，能够更好的进行射频屏蔽，并且安装/拆卸方便，节省反应腔空间。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体制造领域内的用于制程模组的射频屏蔽器件。
背景技术
在半导体制程中，各种制程很大程度上依赖工艺片的温度。因此，对工艺片的温度控制是半导体制程中非常重要的一环，而由于工艺片具有一定尺寸，能够对工艺片的温度进行均匀控制更是至关重要的。工艺片的温度是由等离子处理、热辐射、热传导以及工艺片表面发生的化学过程来确定的。
现有技术通常在工艺片支撑台中设置冷却通路，利用冷却通路中的冷却剂和工艺片支撑台上的工艺片进行热交换，以控制工艺片的温度。其中，为了使得所述冷却通路中的冷却剂是可以流动的，现有技术的半导体处理反应腔还会设置一个冷却装置用于提供和回收冷却剂，因此，在所述冷却装置和冷却通路之间还会设置至少两个通道，其一用于往冷却通路中传输冷却剂，另一用于将冷却剂延伸出冷却通路，所述两个通道均连接于所述冷却装置。
传统的等离子体处理反应腔通常只设置两个通道和少量冷却通路（通常为一个环形的冷却通路）。图1示出了现有技术的用于等离子体处理反应腔的射频屏蔽装置的主视图，如图1所示，等离子体处理反应腔100特别地为一个等离子体刻蚀反应腔，其用于对工艺片（典型地为一硅片）进行刻蚀制程处理，所述硅片设置于工艺片支撑台102上。所述工艺片支撑台中设置有两个冷却通路，分别为第一冷却通路104a和第二冷却通路104b，其分别连接于位于反应腔壳体下方的冷却装置（未示出）。所述冷却装置是供应和处理冷却剂的场所。具体地，所述第一冷却通道104a用于将冷却装置中冷却剂传输至工艺片支撑台102中以对其上方放置的硅片温度进行调节，相应地，所述第二冷却通道104b则用于将从所述工艺片支撑台102中的冷却剂延伸出所述工艺片支撑台并传输至冷却装置，如此来完成冷却剂的循环使用。
如图1所示，第一冷却通道104a和第二冷却通道104b需要延伸出反应腔壳体才能连接于设置于等离子体处理反应腔100之下的冷却装置，因此必然会在反应腔壳体上存在接口。例如，所述等离子体处理反应腔100还包括一接地板103，其上设置有第一接口101a和101b，用于使得所述第一冷却通道104a和第二冷却通道104b延伸出所述等离子体处理反应腔100。本领域技术人员应当理解，由于等离子体处理反应腔中需要通过射频源来激发其中存在的等离子体来对硅片表面进行刻蚀，因此，其中必然存在射频电磁场。结合附图1和附图2，由于第一冷却通道104a和第二冷却通道104b需要从等离子体处理反应腔反应腔壳体内部延伸出反应腔壳体以与所述冷却装置联通，其必然在接地板103上存在至少存在一个空洞101，以保证所述第一冷却通道104a和第二冷却通道104b能够顺利延伸出所述反应腔壳体。
然而，上述空洞101的存在会导致反应腔壳体中射频电磁场的泄漏问题，为了屏蔽射频泄漏，现有技术通常的做法为在由金属（例如：Al铝）制成的屏蔽装置装置105覆盖反应腔壳体接地板103以及第一冷却管104a和第二冷却管104b之间的空隙，并利用螺丝钉将该屏蔽装置105安装到反应腔壳体接地板103上，并包覆住部分延伸出反应腔壳体的第一冷却管104a和第二冷却管104b。
图2是现有技术的用于等离子体处理反应腔的射频屏蔽装置的仰视图。如图2所示，由于现有技术的射频屏蔽装置105是由金属铝制程的，而金属的难延展性和相对易碎的特性使得现有技术提供的射频屏蔽装置难以一体成型，因为若采用如图1所示的外观制造一体的射频屏蔽装置105，其将具有一定硬度，而第一冷却通道104a和第二冷却通道104b也具有一定硬度，由此，会导致难以所述第一冷却通道104a和第二冷却通道104b穿过上述一体成型的射频屏蔽装置105，甚至造成因相互挤压/接触造成的器件损坏问题。
由此，现有技术往往将射频屏蔽装置105分成至少两块，如图2所示，包括第一射频屏蔽装置105a和第二射频屏蔽装置105b，两者大约沿着第一冷却通道104a和第二冷却通道104b的中切线105’并通过螺丝挤压以结合在一起。
因此，现有技术的射频屏蔽装置与冷却通道结合的紧密程度不够，可能发生射频屏蔽不够充分的情况。并且，随着温度控制均匀性和准确性提出了越来越高的要求，需要在工艺片下设置两个环形的冷却通路，即工艺片双区域温度控制或双冷却通路（dual channel），即需要屏蔽四个冷却通道延伸出反应腔壳体而带来的射频泄漏问题，若利用现有技术的射频屏蔽机制，其结构更加复杂，比如需要两块以上的子块通过螺丝结合而成，射频屏蔽装置与冷却通道结合的紧密程度更加不充分，甚至难以实现屏蔽效果。
并且，由于现有技术的射频屏蔽装置是采用金属材料制成的，其往往采用螺丝将射频屏蔽装置固定于接地板上，因此，技术人员需要弯身在反应腔壳体下面进行安装/拆卸的工作。
再者，结合附图1，为了保证现有技术的金属射频屏蔽装置的可靠性，其往往具有一定高度和体积，占用了较多空间位置。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明提供的一种用于等离子体处理反应腔的射频屏蔽器件，其能够更好的进行射频屏蔽，并且安装/拆卸方便，节省反应腔空间。
本发明第一方面提供了一种用于等离子体处理反应腔的射频屏蔽装置，所述等离子体处理反应腔包括反应腔壳体，所述反应腔壳体上设置有空洞，其特征在于，所述射频屏蔽装置设置在所述反应腔壳体上并至少部分覆盖所述空洞，所述射频屏蔽装置由导电弹性体材料制成。
其中，所述反应腔壳体包括反应腔顶部、反应腔侧壁、反应腔底部。
进一步地，所述等离子体处理反应腔还包括反应腔内部部件，其通过所述空洞从所述反应腔壳体内部延伸至外部，所述射频屏蔽装置至少部分覆盖所述反应腔内部部件延伸出所述空洞的剩余空隙部分，并与所述反应腔内部部件的外围接合处紧密结合。
优选地，所述反应腔内部部件为冷却通道，所述反应腔壳体包括位于所述反应腔下部的一接地板，所述空洞设置于所述接地板上，所述冷却通道通过所述空洞延伸出至所述反应腔壳体外部。
优选地，所述射频屏蔽装置采用下列任一项的方式设置于所述反应腔壳体上：按钮、挂钩、粘合、卡套。
进一步地，所述导电弹性体材料为硅橡胶，所述硅橡胶中嵌入Ag或者Al颗粒。
可选地，所述等离子体处理反应腔包括至少两个冷却通道，分别为用于将设置于反应腔壳体外部的冷却装置中冷却剂传输至工艺片支撑台中以对所述工艺片支撑台上方放置的工艺片温度进行调节的第一冷却通道和用于将所述工艺片支撑台的冷却剂延伸出所述工艺片支撑台并传输至所述冷却装置的第二冷却通道。
可选地，所述等离子体处理反应腔包括四个冷却通道，分别为用于将设置于反应腔壳体外部的冷却装置中冷却剂传输至工艺片支撑台中以对所述工艺片支撑台上方放置的工艺片温度进行调节的第一冷却通道、第三冷却通道，和用于将所述工艺片支撑台的冷却剂延伸出所述工艺片支撑台并传输至所述冷却装置的第二冷却通道、第四冷却通道，其中，所述第一冷却通道和第二冷却通道用于对所述工艺片的中央区域进行温度控制，所述第三冷却通道和第四冷却通道用于对工艺片的边缘区域进行温度控制。
可选地，所述反应腔内部部件包括传感器光线管或气缸气管。
本发明第二方面还提供了一种等离子体处理反应腔，其特征在于，所述等离子体处理反应腔包括本发明第一方面提供的射频屏蔽装置。
附图说明
图1是现有技术的用于等离子体处理反应腔的射频屏蔽装置的主视图；
图2是现有技术的用于等离子体处理反应腔的射频屏蔽装置的仰视图；
图3是根据本发明的一个具体实施例的用于等离子体处理反应腔的射频屏蔽装置的主视图；
图4是根据本发明的一个具体实施例的用于等离子体处理反应腔的双冷却通路模式射频屏蔽装置的仰视图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行具体说明。
在下文中，将结合等离子体刻蚀反应腔对本发明进行描述，但是应当理解，本发明不限于此，本发明适用的等离子体处理反应腔包括但不限于等离子体刻蚀反应腔/等离子体化学气相沉积反应腔/等离子体物理气相沉积反应腔/等离子体金属有机化学物气相沉积反应腔。
本发明第一方面提供了一种用于等离子体处理反应腔的射频屏蔽装置，所述等离子体处理反应腔包括至少一个反应腔壳体，所述反应腔壳体上设置有空洞，其中，所述射频屏蔽装置设置在所述反应腔壳体上并至少部分覆盖所述空洞，所述射频屏蔽装置由导电弹性体材料制成。
进一步地，所述反应腔壳体包括反应腔顶部、反应腔侧壁、反应腔底部。
根据本发明的一个优选实施例，所述等离子体处理反应腔还包括多个反应腔内部部件，其通过所述空洞从所述反应腔壳体内部延伸出所述反应腔壳体外部，所述射频屏蔽装置至少部分覆盖所述反应腔内部部件延伸出所述空洞的剩余空隙部分，并与所述反应腔内部部件的外围接合处紧密结合。优选地，所述反应腔内部部件包括冷却通道，其中，所述反应腔壳体包括位于所述反应腔体下部的一接地板，所述上的空洞设置于所述接地板上，所述冷却通道通过所述空洞延伸出至所述反应腔壳体外部腔体。
图3是根据本发明的一个具体实施例的一种用于等离子体处理反应腔的射频屏蔽装置器件的主视图，如图3所示，等离子体处理反应腔200特别地为一个等离子体刻蚀反应腔，其用于对工艺片（典型地为一硅片）进行刻蚀制程处理，其中，所述等离子体处理反应腔200包括一个反应腔壳体，其由反应腔顶部200a、两个反应腔侧壁200b以及反应腔底部200c围成，所述硅片设置于工艺片支撑台202上。所述工艺片支撑台中设置有两个冷却通路，分别为第一冷却通路204a和第二冷却通路204b，其分别连接于位于反应腔壳体外部的冷却装置（未示出），所述冷却装置是供应和处理冷却剂的场所。具体地，所述第一冷却通道204a用于将冷却装置中冷却剂传输至工艺片支撑台202中以对其上方放置的硅片温度进行调节，相应地，所述第二冷却通道204b则用于将所述工艺片支撑台202中的冷却剂延伸出所述工艺片支撑台并传输至冷却装置，如此来完成冷却剂的循环使用。
如图3所示，所述等离子体处理反应腔200的反应腔壳体还包括一接地板203，其上设置有空洞201，用于使得所述第一冷却通道204a和第二冷却通道204b从所述反应腔壳体内部延伸出所述等离子体处理反应腔200。参照图3，为了防止由接口带来的射频泄漏问题，本发明在接地板203的下方设置一个射频屏蔽装置205，其至少部分覆盖所述第一冷却通道204a和第二冷却通道204b延伸出所述空洞201的剩余空隙部分，并与所述第一冷却通道204a和第二冷却通道204b的外围结合处紧密结合。优选地，射频屏蔽装置205需完全覆盖所述第一冷却通道204a和第二冷却通道204b延伸出所述空洞201的剩余空隙部分。
需要说明的是，随着温度控制均匀性和准确性提出了越来越高的要求，需要在工艺片下设置两个环形的冷却通路，即工艺片双区域温度控制或双冷却通路（dual channel）。因此，虽然在上述实施例中，仅示出了包括第一冷却通道和第二冷却通道的情形，但是本发明不限于此，进一步地，本发明还包括应用于双区域温度控制或双冷却通路的射频屏蔽机制，具体地，可包括两个用于将冷却装置中冷却剂传输至工艺片支撑台202中的冷却通道和两个用于将所述工艺片支撑台中的冷却剂延伸出所述工艺片支撑台并传输至冷却装置的冷却通道。
图4是根据本发明的一个具体实施例的用于等离子体处理反应腔的双冷却通路模式射频屏蔽装置的仰视图。如图4所示，在本实施例中，等离子体处理反应腔210是双冷却通路模式，即包括四个冷却通道，分别为第一冷却通道214a、第二冷却通道214b、第三冷却通道214c、第四冷却通道214d。其中，所述第一冷却通道214a和第三冷却通道214c用于将冷却装置中冷却剂传输至工艺片支撑台中以对其上方放置的硅片温度进行调节，相应地，所述第二冷却通道214b和第四冷却通道214d则用于将所述工艺片支撑台中的冷却剂延伸出所述工艺片支撑台并传输至冷却装置，所述第一冷却通道214a和第二冷却通道214b可示例性地用于硅片中央区域的温度控制，相应地，所述第三冷却通道214c和第四冷却通道214d可示例性地用于硅片边缘区域的温度控制。
进一步地，上述等离子体处理反应腔210还包括一个射频屏蔽装置215，其是一体成型的弹性导电材料制成的片状结构。由于弹性导电材料具有一定弹性，且致密，可延展性佳，即使是在双冷却通路模式下并且一体成型也能够和所述第一冷却通道214a、第二冷却通道214b、第三冷却通道214c和第四冷却通道214d的外围接合处紧密结合，能够较好地屏蔽射频电磁场。并且，本发明通过在接地板上设置出一个可容纳所有所述第一冷却通道214a、第二冷却通道214b、第三冷却通道214c和第四冷却通道214d的空洞211来将上述冷却通道从反应腔壳体内部延伸出所述反应腔壳体，所述射频屏蔽装置215至少部分覆盖所述所述第一冷却通道214a、第二冷却通道214b、第三冷却通道214c和第四冷却通道214d延伸出所述空洞211的剩余空隙部分。优选地，所述射频屏蔽装置215需完全覆盖所述所述第一冷却通道214a、第二冷却通道214b、第三冷却通道214c和第四冷却通道214d延伸出所述空洞211的剩余空隙部分。
优选地，所述射频屏蔽装置在空间上呈片状结构。
进一步地，所述射频屏蔽装置215的平面横切面积需至少大于所述第一冷却通道214a、所述第二冷却通道214b、所述第三冷却通道214c和所述第四冷却通道214d延伸出所述空洞211的剩余空隙部分的平面面积。优选地，例如，当所述空洞面积的取值范围为30cm2~80 cm2时，所述射频屏蔽装置的面积为50 cm2 ~100cm2。
进一步地，所述射频屏蔽器件具有一定厚度，其厚度的取值范围为大于0.5mm。
进一步地，所述射频屏蔽装置205采用按钮、挂钩、粘合、卡套或者其他类似的器件和方法来固定在反应腔壳体的接地板203，由于不采用现有技术利用螺丝的固定方式，技术人员不再需要弯身于反应腔壳体下面来进行安装/拆卸工作，这更加说明了本发明的优越性。
此外，由于本发明的射频屏蔽装置的厚度很小，整体上呈片状结构，相比较于现有技术的射频屏蔽装置体积更小，占用反应腔空间大大降低。例如，现有技术提供的金属铝制成的射频屏蔽装置的体积大概为700cm3，而采用本发明提供的导电弹性体材料制成的射频屏蔽装置的体积仅有大约2.75 cm3。
需要说明的是，关于射频屏蔽装置以何种方式设置于接地板上并不限于上述方式，本发明应涵盖现有技术中所有能够将所述射频屏蔽装置设置于接地板上的各种方式，其具体内容在现有技术中应已有成熟的技术支持，为简明起见，此处不再赘述。
优选地，所述导电弹性体材料为硅橡胶，所述硅橡胶中嵌入Ag或者Al颗粒。
经过测试，本发明的射频屏蔽装置能够达到比传统金属射频屏蔽器件更好的屏蔽效率，应用了本发明的射频屏蔽器件后，射频泄露从151v/m降到了16v/m。
需要说明的是，上文虽然仅结合冷却通道对本发明进行描述，但本领域技术人员需要理解，在等离子体处理反应腔中，所有由于在反应腔壳体内延伸出部件而产生的接口而导致的射频泄露问题，都可以应用本发明提供的射频屏蔽装置，例如传感器光线管或气缸气管等。
本发明第二方面还提供了一种等离子体处理反应腔，所述等离子体处理反应腔包括上述本发明第一方面提供的射频屏蔽装置。
本发明第三方面还提供了一种用于等离子体处理反应腔的射频屏蔽方法，所述等离子体处理反应腔包括至少一个反应腔壳体，所述反应腔壳体上设置有空洞，其特征在于，所述方法包括：
提供一种本发明第一方面所提供的射频屏蔽装置；
用所述射频屏蔽装置至少部分覆盖所述空洞，
其中，所述射频屏蔽装置采用导电弹性体材料制成。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (9)
1.一种用于等离子体处理反应腔的射频屏蔽装置，所述等离子体处理反应腔包括反应腔壳体，所述反应腔壳体上设置有空洞，其特征在于，所述射频屏蔽装置设置在所述反应腔壳体上并至少部分覆盖所述空洞，所述射频屏蔽装置由导电弹性体材料制成；
所述等离子体处理反应腔还包括反应腔内部部件，其通过所述空洞从所述反应腔壳体内部延伸至外部，所述射频屏蔽装置至少部分覆盖所述反应腔内部部件延伸出所述空洞的剩余空隙部分，并与所述反应腔内部部件的外围接合处紧密结合。
2.根据权利要求1所述的射频屏蔽装置，其特征在于，所述反应腔壳体包括反应腔顶部、反应腔侧壁、反应腔底部。
3.根据权利要求1所述的射频屏蔽装置，其特征在于，所述反应腔内部部件为冷却通道，所述反应腔壳体包括位于所述反应腔下部的一接地板，所述空洞设置于所述接地板上，所述冷却通道通过所述空洞延伸出至所述反应腔壳体外部。
4.根据权利要求1所述的射频屏蔽装置，其特征在于，所述射频屏蔽装置采用下列任一项的方式设置于所述反应腔壳体上：按钮、挂钩、粘合、卡套。
5.根据权利要求1所述的射频屏蔽装置，其特征在于，所述导电弹性体材料为硅橡胶，所述硅橡胶中嵌入Ag或者Al颗粒。
6.根据权利要求3所述的射频屏蔽装置，其特征在于，所述等离子体处理反应腔包括至少两个冷却通道，分别为用于将设置于反应腔壳体外部的冷却装置中冷却剂传输至工艺片支撑台中以对所述工艺片支撑台上方放置的工艺片温度进行调节的第一冷却通道和用于将所述工艺片支撑台的冷却剂延伸出所述工艺片支撑台并传输至所述冷却装置的第二冷却通道。
7.根据权利要求3所述的射频屏蔽装置，其特征在于，所述等离子体处理反应腔包括四个冷却通道，分别为用于将设置于反应腔壳体外部的冷却装置中冷却剂传输至工艺片支撑台中以对所述工艺片支撑台上方放置的工艺片温度进行调节的第一冷却通道、第三冷却通道，和用于将所述工艺片支撑台的冷却剂延伸出所述工艺片支撑台并传输至所述冷却装置的第二冷却通道、第四冷却通道，其中，所述第一冷却通道和第二冷却通道用于对所述工艺片的中央区域进行温度控制，所述第三冷却通道和第四冷却通道用于对工艺片的边缘区域进行温度控制。
8.根据权利要求1所述的射频屏蔽装置，其特征在于，所述反应腔内部部件包括传感器光线管或气缸气管。
9.一种等离子体处理反应腔，其特征在于，所述等离子体处理反应腔包括根据权利要求1至8任一项所述的射频屏蔽装置。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 201201 No. 188 Taihua Road, Jinqiao Export Processing Zone, Pudong New Area, Shanghai Patentee after: Medium and Micro Semiconductor Equipment (Shanghai) Co., Ltd. Address before: 201201 No. 188 Taihua Road, Jinqiao Export Processing Zone, Pudong New Area, Shanghai Patentee before: Advanced Micro-Fabrication Equipment (Shanghai) Inc. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |