CN104746019B - 反应腔室及等离子体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供的反应腔室及等离子体加工设备，包括用于承载被加工工件的基座、用于驱动基座上升至工艺位置或下降至传输位置的升降驱动机构以及屏蔽组件，屏蔽组件包括衬环和遮蔽环，遮蔽环为槽口朝上，且环绕设置在基座的外周壁上的环形槽体；衬环环绕在反应腔室的侧壁内侧，且衬环的顶端位于反应腔室的顶部，并在衬环的底端形成有环形延伸部，该环形延伸部在基座位于工艺位置时，自衬环的底端延伸至环形槽体内，且不与环形槽体相接触。本发明提供的反应腔室，其可以避免因屏蔽组件中的各个元件发生碰撞而掉落颗粒，从而可以提高产品质量。

Description

反应腔室及等离子体加工设备

技术领域

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

在集成电路和显示器的制造过程中，通常借助等离子体加工设备对被加工工件进行溅射（PVD）、化学气相沉积（CVD）和刻蚀等工艺。其中，溅射工艺的基本原理是：将反应气体输送至反应腔室内，并对靶材施加电偏压，以形成高能粒子轰击靶材，从而被溅射出的材料沉积在衬底上形成工艺所需的薄膜。在此过程中，被溅射出的材料不仅会沉积在衬底上，而且还会沉积在腔室壁以及反应腔室内的其他元件上，并形成污染源，为此，通常在反应腔室内设置屏蔽组件，以防止被溅射出的材料直接沉积在腔室壁以及反应腔室内的其他元件上。

图1为现有的等离子体加工设备的剖视图。图2A为基座处于工艺位置时屏蔽组件的局部放大图。图2B为基座处于传输位置时屏蔽组件的局部放大图。请一并参阅图1、图2A和图2B，等离子体加工设备包括反应腔室，在该反应腔室的顶部设置有靶材3，并且在靶材3的下方设置有基座4，用以承载衬底2，并且基座4与升降驱动机构8连接，升降驱动机构8用于驱动基座4上升至工艺位置（如图2A中基座4所在位置），或者下降至传输位置（如图2B中基座4所在位置）；屏蔽组件包括衬环5、压环6和沉积环7，其中，衬环5环绕在反应腔室的腔室侧壁1内侧，并且在衬环5的内壁上设置有环形支撑部51，压环6在基座4下降至传输位置时由环形支撑部51支撑；沉积环7设置在基座4的上表面上，且环绕在衬底2的周围，用以防止暴露在等离子体环境中的基座4上表面附着沉积物；在基座4位于工艺位置时，压环6被沉积环7顶起，此时压环6、沉积环7和衬环5形成封闭的保护壁，以防止腔室壁以及反应腔室内的其他元件上附着沉积物。

上述反应腔室在实际应用中不可避免地存在以下问题，即：

由于在基座4上升至工艺位置的过程中，压环6被沉积环7顶起时二者会发生碰撞，以及在基座4下降至传输位置的过程中，压环6落在环形支撑部51上也会发生碰撞，导致沉积在压环6和沉积环7上的材料因撞击而掉落颗粒，这些颗粒一旦掉落在衬底2上就会造成衬底2产生成膜特性缺陷，从而降低了产品质量。

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，提出了一种反应腔室及等离子体加工设备，其可以避免因屏蔽组件中的各个元件发生碰撞而掉落颗粒，从而可以提高产品质量。

为实现本发明的目的而提供一种反应腔室，包括用于承载被加工工件的基座、用于驱动所述基座上升至工艺位置或者下降至传输位置的升降驱动机构、屏蔽组件，其特征在于，所述屏蔽组件包括衬环和遮蔽环，其中，所述遮蔽环为槽口朝上，且环绕设置在所述基座的外周壁上的环形槽体；所述衬环环绕在所述反应腔室的侧壁内侧，且所述衬环的顶端位于所述反应腔室的顶部，并在所述衬环的底端形成有环形延伸部，所述环形延伸部在所述基座位于所述工艺位置时，自所述衬环的底端延伸至所述环形槽体内，且不与所述环形槽体相接触。

其中，所述衬环的底端位于所述环形槽体的外侧壁外侧，且低于所述环形槽体的槽口的位置处；所述环形延伸部在所述基座位于所述工艺位置时，自所述衬环的底端沿所述环形槽体的外侧壁朝上延伸，并通过所述环形槽体的槽口弯曲伸入所述环形槽体内。

其中，在所述基座位于所述工艺位置时，所述环形延伸部的顶端高度不高于用于传输被加工工件的传输装置在位于所述反应腔室内进行取片或放片时的高度。

其中，所述衬环的底端位于所述环形槽体的外侧壁外侧，且高于所述环形槽体的槽口的位置处，或者位于所述环形槽体的槽口上方；所述环形延伸部在所述基座位于所述工艺位置时，自所述衬环的底端倾斜或竖直朝下延伸，并通过所述环形槽体的槽口伸入所述环形槽体内。

其中，在所述基座位于所述传输位置时，所述环形槽体的顶端高度不高于用于传输被加工工件的传输装置在位于所述反应腔室内进行取片或放片时的高度。

其中，在所述基座上表面的中心区域形成有凸台，所述被加工工件置于所述凸台上；在所述基座上表面的环绕所述凸台的边缘区域上设置有沉积环，用以防止暴露在等离子体环境中的所述基座上表面附着沉积物；并且，所述沉积环的顶端不高于所述凸台的顶端。

其中，所述环形槽体的内侧壁紧靠所述基座的外周壁设置，且在所述环形槽体的内侧壁顶端设置有连接部，所述连接部自所述环形槽体的内侧壁顶端弯曲叠置在所述基座上表面的边缘区域上；所述沉积环设置在所述连接部上。

优选的，所述环形槽体与所述基座采用可拆卸地方式连接。

优选的，所述衬环与所述反应腔室的腔室壁采用可拆卸地方式连接。

作为另一个技术方案，本发明提供的等离子体加工设备，其包括反应腔室，所述反应腔室采用了本发明提供的上述反应腔室。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的反应腔室，其屏蔽组件包括遮蔽环和衬环，其中，遮蔽环为槽口朝上，且环绕设置在基座的外周壁上的环形槽体；衬环环绕在反应腔室的侧壁内侧，且其顶端位于反应腔室的顶部，并在该衬环的底端形成有环形延伸部，该环形延伸部在基座位于工艺位置时，自衬环的底端延伸至环形槽体内，且不与环形槽体相接触，此时衬环、环形延伸部和环形槽体形成封闭的保护壁，以覆盖反应腔室的侧壁以及基座上表面以下的各个元件，从而不仅可以防止腔室壁以及反应腔室内的其他元件上附着沉积物，而且由于环形延伸部和环形槽体在基座上升至工艺位置或下降至传输位置的过程中始终不相互接触，因而可以避免因屏蔽组件中的各个元件发生碰撞而掉落颗粒，从而可以提高产品质量。

本发明提供的等离子体加工设备，其通过采用本发明提供的上述反应腔室，不仅可以防止腔室壁以及反应腔室内的其他元件上附着沉积物，而且可以避免因屏蔽组件中的各个元件发生碰撞而掉落颗粒，从而可以提高产品质量。

附图说明

图1为现有的等离子体加工设备的剖视图；

图2A为基座处于工艺位置时屏蔽组件的局部放大图；

图2B为基座处于传输位置时屏蔽组件的局部放大图；

图3为本发明实施例提供的反应腔室的剖视图；

图4A为图3中屏蔽组件在基座处于工艺位置时的局部放大图；

图4B为图3中屏蔽组件在基座处于传输位置时的局部放大图；

图5为本发明实施例提供的反应腔室的另一种屏蔽组件的局部放大图；以及

图6为本发明实施例提供的反应腔室的又一种屏蔽组件的局部放大图。

具体实施方式

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。

图3为本发明实施例提供的反应腔室的剖视图。图4A为图3中屏蔽组件在基座处于工艺位置时的局部放大图。图4B为图3中屏蔽组件在基座处于传输位置时的局部放大图。请一并参阅图3、图4A和图4B，反应腔室20包括基座22、升降驱动机构30以及屏蔽组件。其中，基座22用于承载被加工工件23，其可以为静电卡盘或机械卡盘等；升降驱动机构30用于驱动基座22上升至工艺位置或下降至传输位置，所谓工艺位置，是指预设的对置于基座22上的被加工工件23进行工艺时，基座22所在的位置。所谓传输位置，是指预设的在机械手等的用于传输被加工工件23的传输装置移入反应腔室进行取片或放片之前，基座22所在的位置。

优选地，在基座22上表面的中心区域形成有凸台，被加工工件23置于该凸台上；而且，在基座22上表面的环绕凸台的边缘区域上设置有沉积环28，其可以采用诸如不锈钢或铝的金属或氧化铝等的陶瓷材料制成，用以防止暴露在等离子体环境中的基座22上表面附着沉积物。此外，由于仅需移除沉积环28并对其进行清洗或交换，即可实现对附着在沉积环28上的沉积物清除，而无需拆除和清洗基座22，从而不仅给沉积物的清洗带来方便，而且还可以提高基座22的使用寿命，从而可以减少等离子体加工设备的使用成本。容易理解，沉积环28应覆盖基座22上表面的未被被加工工件23覆盖的整个边缘区域。借助上述凸台，可以实现使沉积环28的顶端不高于凸台的顶端，从而可以避免由附着在沉积环28上的沉积物产生的颗粒掉落在被加工工件23上，产生成膜特性缺陷。

屏蔽组件用于防止腔室壁以及反应腔室内的其他元件上附着沉积物，其包括衬环25和遮蔽环，其中，遮蔽环为槽口朝上，且环绕设置在基座22的外周壁上的环形槽体27，而且，在基座22位于传输位置时，环形槽体27的顶端高度不高于用于传输被加工工件23的传输装置在位于反应腔室内进行取片或放片时的高度，以避免环形槽体27对传输装置的运动产生干涉。

而且，在本实施例中，环形槽体27的内侧壁紧靠基座22的外周壁设置，以节省基座22周围的空间；而且，环形槽体27的顶端与基座22的外周壁的顶端相平齐，其底端（即，环形槽体27的底壁）与基座22的外周壁的底端相平齐，即，环形槽体27的内侧壁将基座22的外周壁完全覆盖，从而可以在不占用基座22下方的空间的前提下，最大限度地增大环形槽体27的深度。此外，在环形槽体27的内侧壁顶端设置有连接部271，连接部271自环形槽体27的内侧壁顶端弯曲叠置在基座22上表面的边缘区域上，且将基座22上表面的未被被加工工件23覆盖的边缘区域完全覆盖；沉积环28设置在连接部271上。借助连接部271，可以覆盖环形槽体27的内侧壁与基座22的外周壁之间的间隙，从而可以防止沉积物自该间隙穿过。另外，环形槽体27与基座22采用可拆卸地方式连接，例如，在本实施例中，可以借助紧固螺钉29将连接部271与基座22固定连接。

衬环25环绕在反应腔室的侧壁内侧，且与反应腔室的腔室壁采用可拆卸地方式连接，以便于在需要清洗或交换衬环25时，将其自反应腔室拆卸下来，从而给沉积物的清洗带来方便。而且，衬环25的顶端位于反应腔室的顶部，以保证衬环25在基座22位于工艺位置时，能够对反应腔室的整个侧壁进行保护。在本实施例中，衬环25的底端位于环形槽体27的外侧壁外侧，且低于环形槽体27的槽口的位置处；在衬环25的底端形成有环形延伸部26，环形延伸部26在基座22位于工艺位置时，沿环形槽体27的外侧壁朝上延伸，并通过环形槽体27的槽口弯曲伸入环形槽体27内，且不与环形槽体27相接触。此时衬环25、环形延伸部26和环形槽体27形成封闭的保护壁，以覆盖反应腔室的侧壁以及基座上表面以下的各个元件，从而不仅可以防止腔室壁以及反应腔室内的其他元件上附着沉积物，而且由图4A和图4B可知，环形延伸部26和环形槽体27在基座22上升至工艺位置或下降至传输位置的过程中始终不相互接触，从而可以避免因屏蔽组件中的各个元件发生碰撞而掉落颗粒，进而可以提高产品质量。

在实际应用中，应适当设置环形延伸部26和环形槽体27之间的间隙，即，在基座22位于工艺位置时，环形延伸部26伸入环形槽体27内的端部与环形槽体27的底部之间的间隙，以保证沉积物不会穿过该间隙。另外，在基座22位于工艺位置时，环形延伸部26的顶端高度不高于用于传输被加工工件23的传输装置在位于反应腔室内进行取片或放片时的高度，以避免环形槽体27对传输装置的运动产生干涉。

需要说明的是，在本实施例中，衬环25的底端位于环形槽体27的外侧壁外侧，且低于环形槽体27的槽口的位置处，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，衬环和环形延伸部也可以采用下述结构，具体地，如图5所示，衬环25’的底端位于环形槽体27的槽口上方，即，衬环25’的环壁采用上端开口大于下端开口的锥状结构，在这种情况下，在基座22位于工艺位置时，环形延伸部26’自衬环25’的底端竖直朝下延伸，并通过环形槽体27的槽口伸入环形槽体27内。

与之相类似的，衬环和环形延伸部还可以采用下述结构，即：如图6所示，衬环25’’的底端位于环形槽体27的外侧壁外侧，且高于环形槽体27的槽口的位置处，即，衬环25’’的环壁采用上端开口等于下端开口的柱状结构，在这种情况下，在基座22位于工艺位置时，环形延伸部26’’自衬环25’’的底端倾斜朝下延伸，即，先倾斜延伸至形槽体27的槽口上方，再竖直朝下延伸，并通过环形槽体27的槽口伸入环形槽体27内。在实际应用中，环形槽体的槽口尺寸应根据衬环和环形延伸部的不同结构进行设定，以在不影响反应腔室的使用容积的前提下，保证环形延伸部能够伸入环形槽体中。

还需要说明的是，在实际应用中，环形槽体的内侧壁的顶端应不低于基座22的外周壁的顶端，以保证环形槽体能够保护整个基座22的外周壁。容易理解，环形槽体的内侧壁的底端可以高于或低于基座22的外周壁的底端，也可以与基座22的外周壁的底端相平齐；而由于环形槽体的内侧壁的底端高度决定了环形槽体的深度，且环形槽体的深度对环形延伸部与环形槽体形成的保护壁的封闭性具有一定的影响，因而环形槽体的内侧壁的底端高度，或者环形槽体的深度的设定应能够保证环形延伸部与环形槽体形成的保护壁的封闭性。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种等离子体加工设备，其包括反应腔室，该反应腔室采用了本发明实施例提供的上述反应腔室。

本发明实施例提供的等离子体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的上述反应腔室，不仅可以防止腔室壁以及反应腔室内的其他元件上附着沉积物，而且可以避免因屏蔽组件中的各个元件发生碰撞而掉落颗粒，从而可以提高产品质量。

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 (8)

1.一种反应腔室，包括用于承载被加工工件的基座、用于驱动所述基座上升至工艺位置或者下降至传输位置的升降驱动机构、屏蔽组件，其特征在于，所述屏蔽组件包括衬环和遮蔽环，其中

所述遮蔽环为槽口朝上，且环绕设置在所述基座的外周壁上的环形槽体；

所述衬环环绕在所述反应腔室的侧壁内侧，且所述衬环的顶端位于所述反应腔室的顶部，并在所述衬环的底端形成有环形延伸部，所述环形延伸部在所述基座位于所述工艺位置时，自所述衬环的底端延伸至所述环形槽体内，且不与所述环形槽体相接触；

所述衬环的底端位于所述环形槽体的外侧壁外侧，且低于所述环形槽体的槽口的位置处；所述环形延伸部在所述基座位于所述工艺位置时，自所述衬环的底端沿所述环形槽体的外侧壁朝上延伸，并通过所述环形槽体的槽口弯曲伸入所述环形槽体内；或者，

所述衬环的底端位于所述环形槽体的外侧壁外侧，且高于所述环形槽体的槽口的位置处；所述环形延伸部在所述基座位于所述工艺位置时，自所述衬环的底端倾斜朝下延伸，并通过所述环形槽体的槽口伸入所述环形槽体内。

2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，在所述基座位于所述工艺位置时，所述环形延伸部的顶端高度不高于用于传输被加工工件的传输装置在位于所述反应腔室内进行取片或放片时的高度。

3.根据权利要求1-2任意一项所述的反应腔室，其特征在于，在所述基座位于所述传输位置时，所述环形槽体的顶端高度不高于用于传输被加工工件的传输装置在位于所述反应腔室内进行取片或放片时的高度。

4.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，在所述基座上表面的中心区域形成有凸台，所述被加工工件置于所述凸台上；

在所述基座上表面的环绕所述凸台的边缘区域上设置有沉积环，用以防止暴露在等离子体环境中的所述基座上表面附着沉积物；并且，所述沉积环的顶端不高于所述凸台的顶端。

5.根据权利要求4所述的反应腔室，其特征在于，所述环形槽体的内侧壁紧靠所述基座的外周壁设置，且在所述环形槽体的内侧壁顶端设置有连接部，所述连接部自所述环形槽体的内侧壁顶端弯曲叠置在所述基座上表面的边缘区域上；

所述沉积环设置在所述连接部上。

6.根据权利要求1或5所述的反应腔室，其特征在于，所述环形槽体与所述基座采用可拆卸地方式连接。

7.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述衬环与所述反应腔室的腔室壁采用可拆卸地方式连接。

8.一种等离子体加工设备，其包括反应腔室，其特征在于，所述反应腔室采用了权利要求1-7任意一项所述的反应腔室。