CN103887137A - 反应腔室及具有其的等离子体设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反应腔室，包括：腔室本体；基座，所述基座沿竖向在第一位置和位于所述第一位置之下的第二位置之间可移动地设在所述腔室本体内且所述基座的顶部适于承载晶片，所述基座内形成有沿着所述竖直方向贯穿所述基座的气体给送通路，以将工艺气体供给至所述基座的表面；压紧件，所述压紧件形成有内孔，且所述压紧件设置成在所述基座移动到所述第一位置时所述压紧件的内周边压紧所述晶片的外边缘。根据本发明实施例的反应腔室，可简单、快捷、准确地控制晶片的温度，提高晶片的工艺效果，且该反应腔室结构简单，使用方便。本发明还公开了一种具有上述反应腔室的等离子体设备。

Description

反应腔室及具有其的等离子体设备

技术领域

本发明涉及等离子体领域，尤其是涉及一种反应腔室及具有其的等离子体设备。

背景技术

在真空环境中要实现热传导，必须有能够导热的介质存在于热传导的两个物体之间，例如，在真空反应腔中硅片放在基座上面，在真空环境下，当需要通过基座加热或者冷却硅片时，若两者之间没有足够的热导体存在，则达不到控制硅片温度的目的。

现有技术中的一种用于等离子工艺的硅片卡盘装置，该硅片卡盘装置包括下盘以及上盘，上盘由金属、合金或陶瓷制成，并具有0.02mm至5mm之间的厚度，下盘由铝合金或陶瓷制成，硅片被上盘压紧在下盘上，且硅片与下盘之间的接触面设置有等温涂层，等温涂层选自基于丙烯酸（acry1）的树脂、基于特氟纶（teflon）的树脂和基于聚醯亚胺的树脂中的一种，其中基于特氟纶的树脂包括玄子聚三氟氯乙烯（PCTFE）、聚四氟乙烯（PTFE）和全氟烷氧基（PFA）中的一种。硅片由上盘压紧后，通过螺钉将上盘和下盘固定在一起。下盘中形成有气体给送孔，在等离子工艺过程中通过气体给送孔在硅片与等温涂层之间送给惰性气体（氩气或氦气），以实现温度传递。

但树脂材料存在在真空环境中会很大程度影响到反应腔的真空度，并且随着工艺的进行，树脂材料可能会挥发出有害颗粒，直接影响硅片的工艺结果。该硅片卡盘装置采用螺钉紧固方式，需要人为来拆装硅片，拆装硅片的工作可以将硅片卡盘装置取出在腔室外进行。也可以直接在腔室内进行。不能实现自动工艺、自动传片。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种可简单、快捷地控制晶片温度的反应腔室。

本发明的另一个目的在于提出一种具有上述反应腔室的等离子体设备。

根据本发明第一方面实施例的反应腔室，包括：腔室本体；基座，所述基座沿竖向在第一位置和位于所述第一位置之下的第二位置之间可移动地设在所述腔室本体内且所述基座的顶部适于承载晶片，所述基座内形成有沿着所述竖直方向贯穿所述基座的气体给送通路，以将工艺气体供给至所述基座的表面；压紧件，所述压紧件形成有内孔，且所述压紧件设置成在所述基座移动到所述第一位置时所述压紧件的内周边压紧所述晶片的外边缘。

根据本发明实施例的反应腔室，承载有晶片的基座可在第一位置和第二位置之间移动，当基座移动到第一位置时，压紧件的内周边压紧晶片的外边缘，从而使得晶片弯曲变形，使得晶片与基座的上表面之间形成有封闭的间隙，工艺气体通过气体给送通路进入到间隙内，使得晶片与基座之间分布有可传导温度的工艺气体，从而对晶片进行工艺处理，由此可简单、快捷、准确地控制晶片的温度，提高晶片的工艺效果，且该反应腔室结构简单，使用方便。

另外，根据本发明的反应腔室还具有如下附加技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述基座的周向边缘形成有环形凸起，用于支撑所述晶片。从而提高晶片与基座的上表面之间形成的间隙的密封性。

进一步地，所述基座的上表面形成有气体流道，所述气体流道与所述气体给送通路相连通。可使得通过气体给送通道进入到晶片与基座之间的间隙中的工艺气体更均匀的分布在晶片的下表面，从而可达到更均匀加热或冷却晶片的目的，提高工艺效果。

具体地，所述气体流道包括：环形槽，所述环形槽分布在所述基座的边缘且位于所述环形凸起之内；多个分支槽，所述多个分支槽中的每一个的第一端与所述气体给送通路相连通，且每个所述分支槽的第二端与所述环形槽相连通。从而进一步保证了工艺气体能均匀的分布在晶片的下表面上，进而能更均匀加热或冷却晶片，进一步提高工艺效果。

优选地，所述多个分支槽沿所述环形槽的周向均匀地分布在所述基座的上表面上。从而进一步保证工艺气体能更均匀的分布在晶片的下表面上，进一步提高工艺效果。

进一步地，所述环形槽包括第一子环形槽和第二子环形槽，所述第二子环形槽的直径大于所述第一子环形槽的直径，且所述第二子环形槽和所述第一子环形槽同心设置，每个所述分支槽的第一端与所述气体给送通路相连通且第二端与所述第二子环形槽相连通，每个所述分支槽贯穿所述第一子环形槽。从而更进一步保证工艺气体能更均匀的分布在晶片的下表面上，进一步提高工艺效果。

根据本发明的一些实施例，反应腔室进一步包括：支撑装置，所述支撑装置设置成将所述晶片支撑在所述基座的所述第一位置和第二位置之间，且在所述基座上升的过程中，所述基座从所述支撑装置上接收并支撑所述晶片以将所述晶片上升至所述第一位置。从而可提高反应腔室的自动化程度，避免了人工取放晶片，可在整个工艺过程中实现自动传片，避免了破坏腔室本体的真空环境，且避免了因为手动取放片而导致的颗粒污染，提高了工艺效率。

具体地，所述支撑装置包括：支撑体，所述支撑体沿着所述竖向可升降；多个支撑件，所述多个支撑件设置在所述支撑体上且顶部适于支撑所述晶片。

进一步地，所述支撑体为环形，所述支撑体与所述基座同轴设置且所述基座沿着所述竖向在所述支撑体内可升降。

在本发明的一些实施例中，所述多个支撑件的顶部沿着外周边分别形成有第一凸起部，且所述第一凸起部形成有朝向内的第一斜面；以及所述压紧件构造为压紧环，且所述压紧环的下表面形成有沿着周向形成的第二凸起部，且所述第二凸起部形成朝向外的第二斜面，以与所述第一斜面配合，以轴向定位所述压紧环。从而使得支撑件不仅可支撑晶片，还可保证压紧环的轴向位置，保证了压紧环的内周边能压紧晶片的外边缘。

具体地，通过所述气体给送通路所输入的工艺气体的充入量与所述压紧件的重量及所述晶片可承受的弯曲变形量相关联。从而可更大范围的控制晶片的实际工艺温度，提供晶片的工艺效果。

具体地，输入所述气体给送通路中的所述工艺气体通过调压阀来控制。从而可根据实际需要调节工艺气体的充入量。

进一步地，所述工艺气体用于冷却或者加热所述晶片。

根据本发明第二方面实施例的等离子体设备，包括根据本发明第一方面实施例的反应腔室。

根据本发明实施例的等离子体设备，提高了晶片的工艺效果，自动化程度高，且提高了工艺效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的反应腔室的示意图，其中基座位于第一位置；

图2为根据本发明实施例的反应腔室的局部示意图，其中支撑装置位于起始位置且晶片支撑在支撑装置上；

图3为根据本发明实施例的反应腔室的局部示意图，其中基座位于第二位置和支撑装置位于起始位置；

图4为图1中A部分的放大示意图，其中晶片未被压紧件压紧在基座上；

图5为图1中A部分的放大示意图，其中晶片被压紧件压紧在基座上；

图6为根据本发明一个实施例的基座的俯视图；和

图7为根据本发明另一个实施例的基座的俯视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面参考图1-图7描述根据本发明第一方面实施例的一种反应腔室100，该反应腔室100用于对放置在其中的晶片5进行工艺处理，例如对晶片5进行加热或冷却。

如图1-图3所示，根据本发明实施例的反应腔室100包括：腔室本体1、基座2和压紧件3，其中，基座2沿竖向在第一位置和位于第一位置之下的第二位置之间可移动地设在腔室本体1内且基座2的顶部适于承载晶片5，基座2内形成有沿着竖直方向贯穿基座2的气体给送通路20，以将工艺气体供给至基座2的表面。例如工艺气体用于冷却或者加热晶片5，该工艺气体可为惰性气体。压紧件3形成有内孔30，且压紧件3设置成在基座2移动到第一位置时压紧件3的内周边压紧晶片5的外边缘。

值得注意的是，反应腔室100的基座2内设置有用于实现基座2对晶片5进行加热或冷却的加热电极、加热电阻以及冷却液体流路等结构，已为本领域的普通技术人员所熟知，因此这里就不详细描述。

如图1-图3所示，基座2可在腔室本体1内上下移动，且基座2的顶部适于承载晶片5，其中，晶片5的外边缘伸出基座2的边缘，以便于压紧件3的内周边压紧晶片5的外边缘，基座2可在第二位置（如图3所示）和第一位置（如图1所示）之间移动，其中基座2位于第二位置时，基座2不承载晶片5。当基座2从第二位置移动到第一位置的过程中，基座2上升到预定位置以开始承载晶片5。压紧件3的内周边可压紧晶片5的外边缘，这样晶片5即可弯曲变形，从而使得基座2的边缘与晶片5的下表面接触，以在晶片5的下表面与基座2的上表面之间形成有封闭的间隙，此时工艺气体可从气体给送通路20进入到封闭的间隙内，使得作为热导体的工艺气体分布在晶片5与基座2之间。当基座2对晶片5进行加热或冷却时，该热导体可传导温度，从而可对晶片5进行加热或冷却。工艺结束后，承载有晶片5的基座2从第一位置移动回到第二位置。

根据本发明实施例的反应腔室100，承载有晶片5的基座2可在第一位置和第二位置之间移动，当基座2移动到第一位置时，压紧件3的内周边压紧晶片5的外边缘，从而使得晶片5弯曲变形，使得晶片5与基座2的上表面之间形成有封闭的间隙，工艺气体通过气体给送通路20进入到间隙内，使得晶片5与基座2之间分布有可传导温度的工艺气体，从而对晶片5进行工艺处理，由此可简单、快捷、准确地控制晶片5的温度，提高晶片5的工艺效果，且该反应腔室100结构简单，使用方便。

其中，通过气体给送通路20所输入的工艺气体的充入量与压紧件3的重量及晶片5可承受的弯曲变形量相关联。换言之，在晶片5的可承受能力下，压紧件3的重量越大，晶片5的弯曲变形量越大，从而晶片5与基座2之间的间隙就越大，使得通过气体给送通路20输入到间隙内的工艺气体的充入量就越大，即可传导温度的热导体就越多，进而可更大范围的控制晶片5的实际工艺温度，提供晶片5的工艺效果。进一步地，输入气体给送通路20中的工艺气体通过可调压阀（图未示出）来控制，从而可根据实际需要调节工艺气体的充入量。

在本发明的一些实施例中，如图5所示，基座2的周向边缘形成有环形凸起21，用于支撑晶片5。在晶片5被压紧件3压紧在基座2上时，该环形凸起21与弯曲变形的晶片5的下表面接触，该环形凸起21可充当密封件，从而提高晶片5与基座2的上表面之间形成的间隙的密封性。

进一步地，如图6所示，基座2的上表面形成有气体流道22，气体流道22与气体给送通路20相连通。通过设置有气体流道22，使得通过气体给送通路20进入到晶片5与基座2之间的间隙中的工艺气体可更均匀的分布在晶片5的下表面，从而可实现更均匀地加热或冷却晶片5的目的，提高工艺效果。

具体地，如图6所示，气体流道22包括：环形槽220和多个分支槽221，其中，环形槽220分布在基座2的边缘且位于环形凸起21之内。多个分支槽221中的每一个的第一端与气体给送通路20相连通，且每个分支槽221的第二端与环形槽220相连通。从而工艺气体从气体给送通路20进入到多个分支槽221内，然后从多个分支槽221进入到环形槽220内，从而进一步保证了工艺气体能均匀的分布在晶片5的下表面上，进而能更均匀加热或冷却晶片5，进一步提高工艺效果。

优选地，多个分支槽221沿环形槽220的周向均匀地分布在基座2的上表面上。从而进一步保证工艺气体能更均匀的分布在晶片5的下表面上，进一步提高工艺效果。例如在图6的实施例中，基座2的上表面上形成有三个分支槽221，三个分支槽221沿环形槽220的周向均匀地分布在基座2的上表面上。

进一步地，如图7所示，环形槽220包括第一子环形槽2201和第二子环形槽2202，第二子环形槽2202的直径大于第一子环形槽2201的直径，且第二子环形槽2202和第一子环形槽2201同心设置，每个分支槽221的第一端与气体给送通路20相连通且第二端与第二子环形槽2202相连通，每个分支槽221贯穿第一子环形槽2201。从而可更进一步保证了工艺气体能均匀的分布在晶片5的下表面上，进而能更均匀加热或冷却晶片5，进一步提高工艺效果。

换言之，如图7所示，环形槽220包括两个同心设置的子环形槽，分支槽221为六个且沿环形槽220的周向均匀地分布在基座2的上表面。每个分支槽221沿环形槽220的径向向外延伸且包括第一子分支槽2211和第二子分支槽2212，第一子分支槽2211的第一端与气体给送通路20相连通，第一子分支槽2211的第二端与第一子环形槽2201相连通，第二子分支槽2212的第一端与第一子环形槽2201相连通，第二子分支槽2212的第二端与第二子环形槽2202相连通。

其中值得理解的是，环形槽220可包括多个同心设置的子环形槽，分支槽221可为多个，且多个分支槽沿环形槽220的周向均匀地分布在基座2的上表面，每个分支槽221的第一端与气体给送通路20相连通，每个分支槽221的第二端与多个子环形槽中的位于最外的子环形槽相连通，且每个分支槽221贯穿多个子环形槽中的其余子环形槽。

根据本发明的一些实施例，如图1-图3所示，反应腔室100进一步包括支撑装置4，支撑装置4设置成将晶片5支撑在基座2的第一位置和第二位置之间，且在基座2上升的过程中，基座2从支撑装置4上接收并支撑晶片5以将晶片5上升至第一位置。从而可提高反应腔室100的自动化程度，避免了人工取放晶片5，可在整个工艺过程中实现自动传片，避免了破坏腔室本体1的真空环境，且避免了因为手动取放片而导致的颗粒污染，提高了工艺效率。

具体地，如图1-图3所示，支撑装置4包括：支撑体40和多个支撑件41，其中，支撑体40沿着竖向可升降。多个支撑件41设置在支撑体40上且顶部适于支撑晶片5。

进一步地，支撑体40为环形，支撑体40与基座2同轴设置且基座2沿着竖向在支撑体40内可升降。可选地，支撑体40由与第一波纹管6相连的第一电机（图未示出）驱动竖向移动，且基座2由与第二波纹管7相连的第二电机（图未示出）驱动竖向移动。在本发明的一些示例中，基座2上形成有与支撑装置4配合的豁口（图未示出），该豁口的尺寸大小根据支撑装置4的尺寸而定，当晶片5的尺寸较小时，支撑装置4需要向内移动，此时支撑装置4位于豁口内，具体地，该豁口需要保证足够的余量以保证支撑装置4可支撑不同尺寸大小的晶片5。

在本发明的一些实施例中，如图1和图4所示，多个支撑件41的顶部沿着外周边分别形成有第一凸起部410，且第一凸起部410形成有朝向内的第一斜面412。压紧件3构造为压紧环，且压紧环3的下表面形成有沿着周向形成的第二凸起部31，且第二凸起部31形成为朝向外的第二斜面32，第二斜面32可与第一斜面412配合以便轴向定位压紧环3。由此使得支撑件41不仅可支撑晶片5，还可保证压紧环3的轴向位置，保证了压紧环3的内周边能压紧晶片5的外边缘。

下面参考图1-图7描述根据本发明实施例的反应腔室100的工作过程，其中反应腔室100与其他腔室（图未示出）例如传输室相连以接收晶片和将工艺完成的晶片输送出。

工艺前，支撑装置4的支撑件41位于腔室本体1的起始位置处（如图3所示）等待传片，传输室中的机械手将晶片5传输到腔室本体1中，通过机械手将晶片5放置在支撑件41上后（如图2所示），机械手撤回。其中，值得理解的是，支撑装置4的起始位置位于基座2的第二位置的上方，即支撑装置4的起始位置位于基座2的第一位置和第二位置之间。

然后支撑体40向上移动，支撑有晶片5的支撑件41向上移动到临近压紧件3的位置处，支撑件41的第二斜面412与压紧件3的第一斜面32配合，以轴向定位压紧件3。

接着基座2从第二位置移动到第一位置，在基座2上升的过程中，基座2从支撑件41上接收到晶片5后继续上升到第一位置，此时由于压紧件3自身的重力，压紧件3的内周边压紧晶片5的外边缘，晶片5弯曲变形，使得晶片5的下表面与基座2的上表面之间形成封闭的间隙。同时，支撑装置4下降到起始位置处。

工艺时，工艺气体从气体给送通路20进入到多个分支槽221内，然后工艺气体从多个分支槽221进入到环形槽220内，使得工艺气体均匀的分布在间隙内，即均匀的分布在晶片5的下表面上。基座2对晶片5进行加热或冷却时，间隙内的能传导温度的工艺气体传导温度，从而达到均匀加热或冷却晶片5的目的。

工艺后，支撑装置4上升到临近压紧件3的位置处，然后支撑着晶片5的基座2下降，在下降的过程中将晶片5重新放置在支撑件41上，基座2下降到第二位置处，且支撑件41也下降到起始位置处，机械手再次进入到腔室本体1中将晶片5传输回传输腔中。

根据本发明第二方面实施例的等离子体设备，包括根据本发明第一方面实施例的反应腔室100。

根据本发明实施例的等离子体设备，提高了晶片5的工艺效果，自动化程度高，且提高了工艺效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (14)

1.一种反应腔室，其特征在于，包括：

腔室本体；

基座，所述基座沿竖向在第一位置和位于所述第一位置之下的第二位置之间可移动地设在所述腔室本体内且所述基座的顶部适于承载晶片，所述基座内形成有沿着所述竖直方向贯穿所述基座的气体给送通路，以将工艺气体供给至所述基座的表面；

压紧件，所述压紧件形成有内孔，且所述压紧件设置成在所述基座移动到所述第一位置时所述压紧件的内周边压紧所述晶片的外边缘。

2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述基座的周向边缘形成有环形凸起，用于支撑所述晶片。

3.根据权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，所述基座的上表面形成有气体流道，所述气体流道与所述气体给送通路相连通。

4.根据权利要求3所述的反应腔室，其特征在于，所述气体流道包括：

环形槽，所述环形槽分布在所述基座的边缘且位于所述环形凸起之内；

多个分支槽，所述多个分支槽中的每一个的第一端与所述气体给送通路相连通，且每个所述分支槽的第二端与所述环形槽相连通。

5.根据权利要求4所述的反应腔室，其特征在于，所述多个分支槽沿所述环形槽的周向均匀地分布在所述基座的上表面上。

6.根据权利要求4所述的反应腔室，其特征在于，所述环形槽包括第一子环形槽和第二子环形槽，所述第二子环形槽的直径大于所述第一子环形槽的直径，且所述第二子环形槽和所述第一子环形槽同心设置，每个所述分支槽的第一端与所述气体给送通路相连通且第二端与所述第二子环形槽相连通，每个所述分支槽贯穿所述第一子环形槽。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的反应腔室，其特征在于，还包括：

支撑装置，所述支撑装置设置成将所述晶片支撑在所述基座的所述第一位置和第二位置之间，且在所述基座上升的过程中，所述基座从所述支撑装置上接收并支撑所述晶片以将所述晶片上升至所述第一位置。

8.根据权利要求7所述的反应腔室，其特征在于，所述支撑装置包括：

支撑体，所述支撑体沿着所述竖向可升降；

多个支撑件，所述多个支撑件设置在所述支撑体上且顶部适于支撑所述晶片。

9.根据权利要求8所述的反应腔室，其特征在于，所述支撑体为环形，所述支撑体与所述基座同轴设置且所述基座沿着所述竖向在所述支撑体内可升降。

10.根据权利要求8所述的反应腔室，其特征在于，所述多个支撑件的顶部沿着外周边分别形成有第一凸起部，且所述第一凸起部形成有朝向内的第一斜面；以及

所述压紧件构造为压紧环，且所述压紧环的下表面形成有沿着周向形成的第二凸起部，且所述第二凸起部形成朝向外的第二斜面，以与所述第一斜面配合，以轴向定位所述压紧环。

11.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，通过所述气体给送通路所输入的工艺气体的充入量与所述压紧件的重量及所述晶片可承受的弯曲变形量相关联。

12.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，输入所述气体给送通路中的所述工艺气体通过调压阀来控制。

13.根据权利要求12所述的反应腔室，其特征在于，所述工艺气体用于冷却或者加热所述晶片。

14.一种等离子体设备，其特征在于，包括根据权利要求1-13中任一项所述的反应腔室。

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