CN103972014B - 等离子体反应腔室电极间隙调整装置及等离子体反应腔室 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电极间隙调整装置，所述电极位于等离子体反应腔室内，所述电极包括上电极和下电极，其特征在于，包括上电极升降装置，所述上电极升降装置包括上固定板、升降板、下固定板、导向支撑杆、螺杆和滑动杆，所述上固定板和下固定板相对平行设置，所述升降板平行的设置在所述上固定板和下固定板之间；所述导向支撑杆和所述螺杆垂直安装在所述上固定板和下固定板之间，并均匀分布在以所述上固定板的中心为圆心、以一定距离为半径的圆上；所述滑动杆设置在所述升降板和上电极之间。本发明的等离子体反应腔室电极间隙调整装置及等离子体反应腔室能够根据刻蚀工艺需求，精确控制电极间距，达到最佳的放电位置，可以更好的实现工艺的精度。

Description

等离子体反应腔室电极间隙调整装置及等离子体反应腔室

技术领域

本发明涉及等离子体处理技术领域，尤其涉及等离子体反应腔室电极间隙调整装置及等离子体反应腔室。

背景技术

在超大规模集成电路制造业，等离子体增强化学气相沉积系统(PECVD)制备硅基薄膜器件倍受青睐，其具有基底温度低、生长速度快、薄膜均匀性好等特点。PECVD设备的腔室在真空环境下通入刻蚀气体。刻蚀气体在被加热到预定温度之后，被射频电离成为等离子体。这些等离子体在晶片的表面生成所需的薄膜结构。

传统的PECVD设备中，放电电极采用的均为固定电极，其放电稳定，但无法根据膜层要求获得最佳极间距，在加工过程中其刻蚀性会受到影响，对工件也会有一定的损伤性。而且不同薄膜的生长一般情况需要的电极是不同的，因此，可调节电极间距的等离子体放电腔室为薄膜层的优化提供了更好的空间。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于等离子处理设备的等离子体反应腔室电极间隙调整装置以及设置有上述电极间隙调整装置的等离子体反应腔室，以解决现有技术中等离子体腔室上下电极间距不可调，导致的无法根据膜层要求获得最佳极间距的问题。

根据本发明的第一方面，提供一种电极间隙调整装置，所述电极位于等离子体反应腔室内，所述电极包括上电极和下电极，其特征在于，包括上电极升降装置，所述上电极升降装置包括上固定板、升降板、下固定板、导向支撑杆、螺杆和滑动杆，所述上固定板和下固定板相对平行设置，所述升降板平行的设置在所述上固定板和下固定板之间；所述导向支撑杆和所述螺杆垂直安装在所述上固定板和下固定板之间，并均匀分布在以所述上固定板的中心为圆心、以一定距离为半径的圆上；所述滑动杆设置在所述升降板和上电极之间，所述螺杆的上端和下端通过轴承分别固定在所述上固定板和下固定板上，其上端连接有驱动手柄或步进电机；所述升降板与所述导向支撑杆之间通过移动法兰相配合，所述升降板与所述螺杆之间通过调节螺母相配合，所述移动法兰和所述调节螺母均固定在所述升降板上。

进一步，所述上电极升降装置还包括真空波纹管，该真空波纹管设置在所述升降板和下固定板之间，其上端通过上法兰固定在所述升降板上，下端通过下法兰固定在所述下固定板上。

进一步，所述滑动杆的上端通过绝缘法兰固定在所述升降板的中心位置，其下端固定连接在所述上电极上，所述滑动杆的上部位于所述真空波纹管内，下部位于所述反应腔室内。

根据本发明的第二方面，提供一种等离子体反应腔室，包括腔室主体、布气装置、上电极和下电极，其特征在于还包括上电极升降装置，所述上电极升降装置包括上固定板、升降板、下固定板、导向支撑杆、螺杆和滑动杆，所述上固定板和下固定板相对平行设置，所述升降板平行的设置在所述上固定板和下固定板之间；所述导向支撑杆和所述螺杆垂直安装在所述上固定板和下固定板之间，并均匀分布在以所述上固定板的中心为圆心、以一定距离为半径的圆上；所述滑动杆设置在所述升降板和上电极之间。

进一步，所述腔室主体包括壳体和腔室主体盖板，所述上电极升降装置位于所述腔室主体上侧，并固定安装在所述腔室主体盖板上。

进一步，在所述腔室主体盖板上设置有进气管适配孔和腔室主体盖板中心孔，所述腔室主体盖板中心孔位于所述腔室主体盖板的中心位置，所述进气管适配孔位于以所述腔室主体盖板的中心为圆心、以一定距离为半径的圆上，设置有多个，且均匀布置。

进一步，所述布气装置主体为环盘形，在其上表面上设置有进气管；在所述布气装置的下表面上设置有呈放射状分布的通气孔。

进一步，还包括下电极承载装置，在所述下电极承载装置内设有冷却槽。

进一步，所述下电极承载装置包括上承载部和下承载部，在所述上承载部和下承载部之间设置有所述冷却槽，所述下承载部内部设置有冷却液通道。等离子体设备的上电极升降装置，包括螺旋传动机构、滑动杆、导向机构以及真空波纹管，其特征在于，所述螺旋传动机构，包括螺杆、调节螺母、驱动手柄或步进电机；所述导向机构包括导向支撑杆，导向法兰，所述导向支撑杆与所述螺杆平均分布在所述上固定板(或下固定板)边界圆的同心圆上。

本发明的等离子体反应腔室电极间隙调整装置能够根据刻蚀工艺需求，精确控制电极间距，达到最佳的放电位置，可以更好的实现工艺的精度。在工艺条件变更需要调节电极间的间距时，本发明可以通过调节驱动手柄或者步进电机获得工艺需求的电极间距，即可满足薄膜制备要求，为设备的应用范围提供了更宽的空间。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1为本发明的等离子体反应腔室的整体结构剖视图；

图2为本发明的等离子体反应腔室的上电极升降装置的结构示意图；

图3为本发明的等离子体反应腔室的布气装置结构示意图；

图4为图3的仰视图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

如图1所示，本发明的等离子体反应腔室包括上电极升降装置1、腔室主体2、布气装置3、上电极4、下电极5和下电极承载装置6。所述腔室主体2包括壳体26和腔室主体盖板23，所述壳体26和腔室主体盖板23可以一体形成，也可以分体形成(图1中示出的为一体形成的情况)。所述上电极升降装置1位于所述腔室主体2上侧，并固定安装在所述腔室主体盖板23上。所述布气装置3设置在所述腔室主体盖板23的下端面上。所述上电极4和下电极5位于所述腔室主体2内部，并以间隔一定距离的方式相对设置。所述下电极承载装置6位于所述腔室主体2内部，设置在所述下电极5下侧，用于对下电极进行支承。

如图1所示，在所述腔室主体盖板23上设置有进气管适配孔22和腔室主体盖板中心孔21，所述中心孔21位于腔室主体盖板23的中心位置，所述进气管适配孔22位于以腔室主体盖板23的中心为圆心、以一定距离为半径的圆上，设置有多个，均匀布置，所述进气管适配孔22用于配合所述布气装置3(后面将会进行详细的介绍)的安装。所述中心孔21用于固定安装所述上电极升降装置1。所述壳体26的侧壁上设置有观察窗口25，底部设置有排气孔28及中心孔27，所述中心孔27用于安装所述下电极承载装置6。所述观察窗口25与所述壳体26连接处设置有密封圈24，以保证腔室的密闭性。

如图3所示，所述布气装置3主体为环盘形，在其上表面上设置有与所述腔室主体盖板23上的进气管适配孔22相对应的进气管31，所述进气管31的数量与所述进气管适配孔22的数量相同，优选为4个。所述进气管31与反应腔室外部的工艺气体供应装置相连接；在所述布气装置3的下表面上设置有呈放射状分布的通气孔32(如图4所示)，所述通气孔32呈放射状排列，可以提高腔室主体2内部气体分布的均匀性，所述通气孔32的截面为圆柱形(图中未示出)。

如图1、图2所示，所述上电极升降装置1包括上固定板101、升降板109、下固定板105、导向支撑杆103、螺杆111、真空波纹管104和滑动杆113。优选的，所述上固定板101、下固定板105和升降板109均为圆盘形且中间有孔。所述上固定板101和下固定板105相对设置，所述升降板109设置在所述上固定板101与下固定板105之间。所述导向支撑杆103和所述螺杆111垂直安装在所述上固定板101与所述下固定板105之间，并均匀分布在以所述上固定板101(或下固定板105)的中心为圆心、以一定距离为半径的圆形线上。所述螺杆111的上端和下端通过轴承分别固定在所述上固定板101和下固定板105上(图中未示出)，上端连接有驱动手柄106。所述升降板109与所述上固定板101和下固定板105平行的设置在所述导向支撑杆103和螺杆111上，所述升降板109与所述导向支撑杆103之间通过移动法兰102配合，与所述螺杆111之间通过调节螺母110配合，所述移动法兰102和所述调节螺母110均固定在所述升降板109上。当所述驱动手柄106在外力的作用下转动时，所述螺杆111随所述驱动手柄106转动，从而带动所述调节螺母110上下移动，进而实现所述升降板109的升降。所述支撑杆103设置有多个，优选为2个，这样和螺杆111一起对所述升降板109进行支撑，可以使得所述升降板109在升降过程中始终处于水平状态。

所述真空波纹管104设置在所述升降板109和下固定板105之间，其上端通过法兰108固定在所述升降板109上，下端通过法兰112固定在所述下固定板105上。所述真空波纹管104可随着所述升降板109的上下移动而变形。所述法兰112与所述下固定板105连接处设置有密封圈，以保证所述真空波纹管104内部的密闭性。在所述下固定板105的下侧设置有连接套筒121，所述连接套筒121固定连接在所述腔室主体盖板23上的中心孔21上，从而将所述上电极升降装置1固定在所述腔室主体2上。

所述滑动杆113设置在所述升降板109和上电极4之间，所述滑动杆113的上端通过绝缘法兰107固定在所述升降板109的中心位置，其下端固定连接在所述上电极4上。所述滑动杆113的上部位于所述真空波纹管104内，下部位于所述腔室主体2内，这样，所述滑动杆113始终处于真空环境内。随着所述升降板109的上下移动，所述滑动杆113随所述升降板109一起上下移动，进而带动所述上电极4上下移动，实现上电极4和下电极5之间的间隙的调整。所述滑动杆113顶端与射频电源接头连接从而对所述上电极4进行通电。为了更好的对所述滑动杆113进行导向，在所述腔室主体盖板中心孔21的下侧设置绝缘导向套筒122，该绝缘导向套筒122固定在所述腔室主体盖板23上。

如图1所示，所述下电极承载装置6包括上承载部61，下承载部63和固定套筒65。在所述上承载部61与下承载部63之间设置有冷却槽62，所述下承载部63内部设有冷却液通道64，所述冷却液通道64用于连接设置在所述下承载部63外侧的冷却液接口66与所述冷却槽62，可通过所述冷却液接口66通入冷却液至所述冷却槽62，对所述下电极5进行冷却以保证稳定的工作温度。所述固定套筒65固定安装在所述中心孔27上，所述下承载部63通过所述固定套筒65连接在所述腔室主体2的下部。所述上承载部61及所述下承载部63上端位于所述腔室主体2内部，所述下承载部63下端及所述冷却液接口66位于所述腔室主体2外部。所述下电极5安装在所述上承载部61的上表面上，并与射频电源接头连接。

本实施例适用于工艺较为稳定不需要频繁调节电极间距的薄膜制备，当工艺需求频繁调节电极间距时本发明还可选取第二实施例。

在第二实施例中，所述上电极升降装置1中的驱动手柄106用步进电机来代替，以便更方便的调节电极间距，在该实施例中，其他各部分结构均与第一实施例相同。

应当说明的是，在本文中，诸如上、下等位置关系是因为描述的方便而限定的这些零部件之间的一种相对的位置关系，而不是对这些零部件的一种绝对位置关系的限定。另外，第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种电极间隙调整装置，所述电极位于等离子体反应腔室内，所述电极包括上电极和下电极，其特征在于，包括上电极升降装置，所述上电极升降装置包括上固定板、升降板、下固定板、导向支撑杆、螺杆和滑动杆，所述上固定板和下固定板相对平行设置，所述升降板平行的设置在所述上固定板和下固定板之间；所述导向支撑杆和所述螺杆垂直安装在所述上固定板和下固定板之间，并均匀分布在以所述上固定板的中心为圆心、以一定距离为半径的圆上；所述滑动杆设置在所述升降板和上电极之间，所述螺杆的上端和下端通过轴承分别固定在所述上固定板和下固定板上，其上端连接有驱动手柄或步进电机；所述升降板与所述导向支撑杆之间通过移动法兰相配合，所述升降板与所述螺杆之间通过调节螺母相配合，所述移动法兰和所述调节螺母均固定在所述升降板上。

2.根据权利要求1所述的电极间隙调整装置，其特征在于，所述上电极升降装置还包括真空波纹管，该真空波纹管设置在所述升降板和下固定板之间，其上端通过上法兰固定在所述升降板上，下端通过下法兰固定在所述下固定板上。

3.根据权利要求2所述的电极间隙调整装置，其特征在于，所述滑动杆的上端通过绝缘法兰固定在所述升降板的中心位置，其下端固定连接在所述上电极上，所述滑动杆的上部位于所述真空波纹管内，下部位于所述反应腔室内。

4.一种等离子体反应腔室，包括腔室主体、布气装置、上电极和下电极，其特征在于还包括权利要求1-3任一项所述的电极间隙调整装置。

5.根据权利要求4所述的等离子体反应腔室，其特征在于，所述腔室主体包括壳体和腔室主体盖板，所述上电极升降装置位于所述腔室主体上侧，并固定安装在所述腔室主体盖板上。

6.根据权利要求5所述的等离子体反应腔室，其特征在于，在所述腔室主体盖板上设置有进气管适配孔和腔室主体盖板中心孔，所述腔室主体盖板中心孔位于所述腔室主体盖板的中心位置，所述进气管适配孔位于以所述腔室主体盖板的中心为圆心、以一定距离为半径的圆上，设置有多个，且均匀布置。

7.根据权利要求4所述的等离子体反应腔室，其特征在于，所述布气装置主体为环盘形，在其上表面上设置有进气管；在所述布气装置的下表面上设置有呈放射状分布的通气孔。

8.根据权利要求4所述的等离子体反应腔室，其特征在于，还包括下电极承载装置，在所述下电极承载装置内设有冷却槽。

9.根据权利要求8所述的等离子体反应腔室，其特征在于，所述下电极承载装置包括上承载部和下承载部，在所述上承载部和下承载部之间设置有所述冷却槽，所述下承载部内部设置有冷却液通道。