CN104746042A - 反应腔室及等离子体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种反应腔室及等离子体加工设备，该反应腔室包括承载装置，承载装置设置在反应腔室内，用于承载被加工工件，在承载装置的侧壁外侧和反应腔室的内侧壁之间设置有一个悬臂，在承载装置的侧壁外侧和反应腔室的内侧壁之间还设置有至少一个辅助装置，至少一个辅助装置和悬臂沿承载装置的周向间隔且均匀设置，并且阻挡反应腔室内气体流动的每个辅助装置和悬臂的上表面相同。本发明提供的反应腔室，其可以提高反应腔室内的气流场的均匀性和对称性，因而可以使得被加工工件的刻蚀速率测绘图为中心对称图形，从而可以采用现有的调节方式调节被加工工件的刻蚀均匀性，进而可以提高工艺质量。

Description

反应腔室及等离子体加工设备

技术领域

本发明属于半导体设备制造技术领域，具体涉及一种反应腔室及等离子体加工设备。

背景技术

等离子体加工设备是应用比较广泛的加工设备，主要借助等离子体对基片等的被加工工件进行镀膜、刻蚀等工艺。在刻蚀工艺中，刻蚀均匀性是影响工艺质量的重要因素。

图1为现有的等离子体加工设备的反应腔室的结构示意图。请参阅图1，反应腔室10包括承载装置11、进气装置12、内衬13、排气装置14、感应线圈15和与之电连接的射频电源16。其中，承载装置11设置在反应腔室10内，且与设置在反应腔室10外部的偏压电源17电连接，用于采用静电引力的方式将被加工工件吸附在其上表面上；承载装置11还与设置在反应腔室10外部的冷却器18相连接，用于对位于承载装置11上的被加工工件进行冷却；在承载装置11的侧壁外侧与反应腔室10的内侧壁之间设置有悬臂19，悬臂19为空心结构，用以作为其与偏压电源17、冷却器18和加热装置等其他装置向连接的通道；进气装置12设置在反应腔室10的顶部，与外部的工艺气源相连通，用于向反应腔室10内输送工艺气体；感应线圈15设置在反应腔室10的顶壁上方，用以在射频电源16开启时将反应腔室10内的工艺气体激发形成等离子体，以实现等离子体对被加工工件进行刻蚀工艺；排气装置14设置在反应腔室10的底部，包括控制阀141和排气泵142，通过控制控制阀141的打开或者关闭来控制排气泵142与反应腔室10的连通或者断开，排气泵142用于在控制阀141打开时将反应腔室10内的气体由上至下排出反应腔室10；内衬13沿反应腔室10的内周壁设置，且与承载装置11的外周壁相连接，如图1所示，用于限定反应腔室10内气体的分布，并且，阻挡气体由上至下排出的内衬13上设置有排气孔，以使排气装置14将工艺气体经由排气孔由上至下排出反应腔室10。

然而，采用上述图1所述的反应腔室在实际应用中不可避免的会存在以下问题：如图2、图3、图4和图5所示，位于悬臂19处的气流下降，且有气体分子与悬臂19碰撞后被弹回，造成反应腔室10内的气流场不均匀，从而造成被加工工件的靠近悬臂19位置处（即，7点位置处）的刻蚀速率较小，且被加工工件的靠近其右侧的位置处（即，5点和6点位置处）的刻蚀速率较大，即，造成被加工工件的刻蚀速率测绘图为非中心对称图形；而现有的通过调节感应线圈15内外圈的电流比例和被加工工件的内外圈温度等的方式仅适用被加工工件的刻蚀速率测绘图为中心对称图形的情况，其并不能实现对被加工工件的刻蚀速率测绘图为非中心对称图形进行调节。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种反应腔室及等离子体加工设备，其可以提高反应腔室内的气流场的均匀性和对称性，因而可以使得被加工工件的刻蚀速率测绘图为中心对称图形，从而可以采用现有的调节方式调节被加工工件的刻蚀均匀性，进而可以提高工艺质量。

本发明提供一种反应腔室，包括承载装置，所述承载装置设置在反应腔室内，用于承载被加工工件，在所述承载装置的侧壁外侧和所述反应腔室的内侧壁之间设置有一个悬臂，在所述承载装置的侧壁外侧和所述反应腔室的内侧壁之间还设置有至少一个辅助装置，至少一个所述辅助装置和所述悬臂沿所述承载装置的周向间隔且均匀设置，并且阻挡所述反应腔室气体流动的每个所述辅助装置和所述悬臂的上表面相同。

其中，每个所述辅助装置的结构与所述悬臂的结构相同。

其中，每个所述辅助装置包括辅助板和固定件，所述固定件固定在所述承载装置的侧壁外侧和所述反应腔室的内侧壁上的对应位置，用于支撑所述辅助板；所述辅助板设置在所述固定件上，且阻挡所述反应腔室内气体流动的所述辅助板和所述悬臂的上表面相同。

其中，每个所述辅助装置的上表面与所述悬臂的上表面在同一水平面上。

其中，每个所述辅助装置的上表面的形状与所述悬臂的上表面的形状相同。

其中，还包括进气装置，所述进气装置设置在所述反应腔室的顶部，且与设置在所述反应腔室外部的工艺气源相连通，用于向所述反应腔室内提供工艺气体。

其中，还包括排气装置，所述排气装置设置在所述反应腔室的底部，用于将位于所述反应腔室内的气体由上至下排出所述反应腔室。

其中，在所述反应腔室内还设置有内衬，所述内衬沿所述反应腔室的内周壁设置，且与所述承载装置的外周壁相连接，用于限定所述反应腔室内气体的分布，并且阻挡所述气体由上至下排出的所述内衬上设置有排气口，以使所述排气装置将气体经由所述排气口由上至下排出所述反应腔室。

其中，所述悬臂为空心结构，用以作为所述承载装置与外部装置相连接的通道。

本发明还提供一种等离子体加工设备，包括反应腔室，所述反应腔室采用本发明提供的上述反应腔室。

本发明具有下述有益效果：

本发明提供的反应腔室，其借助在承载装置的侧壁外侧和反应腔室的内侧壁之间还设置有至少一个辅助装置，至少一个辅助装置和悬臂沿承载装置的周向间隔且均匀设置，并且阻挡反应腔室内气体流动的每个辅助装置和悬臂的上表面相同，可以使得气体经由间隔且均匀设置的辅助装置和悬臂之间的间隙均匀流动，这与现有技术仅设置一个悬臂相比，可以提高反应腔室内的气流场的均匀性和对称性，因而可以使得被加工工件的刻蚀速率测绘图为中心对称图形，从而可以采用现有的调节方式调节被加工工件的刻蚀均匀性，进而可以提高工艺质量。

本发明提供的等离子体加工设备，其采用本发明提供的反应腔室，可以提高反应腔室内的气流场的均匀性和对称性，从而可以提高工艺质量。

附图说明

图1为现有的等离子体加工设备的反应腔室的结构示意图；

图2为图1所示的反应腔室内部气流模拟图；

图3为采用图1所示的反应腔室的被加工工件的刻蚀速率测绘图；

图4为被加工工件的1-7点位置的示意图；

图5为图4中所示的1-7点位置的刻蚀速率柱形图；

图6为本发明实施例提供的反应腔室的结构示意图；

图7为图6所示的辅助装置的结构示意图；以及

图8为本发明实施例提供的反应腔室的另一种结构示意图。

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6为本发明实施例提供的反应腔室的结构示意图。图7为图6所示的辅助装置的结构示意图。请一并参阅图6和图7，本实施例提供的反应腔室20包括承载装置21，承载装置21设置在反应腔室20内，用于承载被加工工件，在承载装置21的侧壁211外侧和反应腔室20的内侧壁之间设置有一个悬臂22，具体地，该悬臂22为空心结构，如图7所示，用以作为承载装置21与外部装置相连接的通道，例如，外部装置包括射频电源23和冷却器24等装置，承载装置21与射频电源23的连接线可经由该通道将二者电连接，承载装置21与冷却器24的连通管道可经由该通道将二者相连通。

在承载装置21的侧壁211外侧和反应腔室20的内侧壁之间还设置有至少一个辅助装置25，至少一个辅助装置25和悬臂22沿承载装置21的周向间隔且均匀设置，具体地，在本实施例中，如图7所示，辅助装置25的数量为一个，该辅助装置25设置在与悬臂22相对称的位置处，该辅助装置25的结构与悬臂22的结构相同，即，该辅助装置25为空心结构的悬臂；并且阻挡反应腔室20内气体流动的每个辅助装置25和悬臂22的上表面相同；由上可知，可以使得气体经由间隔且均匀设置的辅助装置25和悬臂22之间的间隙均匀流动，这与现有技术仅设置一个悬臂相比，可以提高反应腔室20内的气流场的均匀性和对称性，因而可以使得被加工工件的刻蚀速率测绘图为中心对称图形，从而可以采用现有的调节方式（例如，通过调节感应线圈内外圈的电流比例和被加工工件的内外圈温度等的方式）调节被加工工件的刻蚀均匀性，进而可以提高工艺质量。

容易理解，辅助装置25的设置数量并不是越多越好，设定辅助装置25的数量既应该保证反应腔室20内的气体能够从辅助装置25和悬臂20之间的间隙稳定流动，又应该保证反应腔室20内的气流场趋于均匀和对称。在实际应用中，优选地，辅助装置25的设置数量为三个，该三个辅助装置25与悬臂22沿承载装置21的周向间隔且均匀设置。

在本实施例中，辅助装置25的结构与悬臂22的结构相同，即，该辅助装置25为空心结构的悬臂，该辅助装置25也可以作为承载装置21与外部装置相连接的通道，这可以增加了承载装置21与外部装置连接的通道数量，因而可以相应减小每个通道的大小，从而可以相应的减小每个辅助装置25和悬臂22的上表面的面积。

优选地，每个辅助装置25的上表面与悬臂22的上表面在同一水平面上，可以在同一水平位置对反应腔室20内的气体进行阻挡，这可以进一步使得气体经由间隔且均匀设置的辅助装置和悬臂之间的间隙更均匀流动，从而可以进一步提高反应腔室20内气流场的均匀性和对称性。

另外优选地，每个辅助装置25的上表面的形状与悬臂22的上表面的形状相同，可以进一步使得气体经由间隔且均匀设置的辅助装置25和悬臂22之间的间隙更均匀流动，从而可以进一步提高反应腔室内气流场的均匀性和对称性。

容易理解，辅助装置25表面的喷涂工艺与反应腔室20内部的其他表面的喷涂工艺相同，并且辅助装置25所采用的材料也与反应腔室20内部的材料相同，或者辅助装置25也可以采用不与反应腔室20内的气体发生反应的其他材料制成。

在本实施例中，反应腔室20还包括进气装置26、排气装置27、内衬28和感应线圈29。其中，进气装置26设置在反应腔室20的顶部，且与设置在反应腔室20外部的工艺气源261相连通，用于向反应腔室20内提供工艺气体。具体地，进气装置26设置在反应腔室20顶部的中心位置，以使工艺气体自反应腔室20的中心位置向四周扩散，并且，在进气装置26和工艺气源261之间还设置有气体控制器262，用于控制工艺气源261向反应腔室20提供的工艺气体的气流量。

排气装置27设置在反应腔室20的底部，用于将位于反应腔室20内的气体由上至下排出反应腔室20，反应腔室20内的气体包括未完成工艺的工艺气体和已完成工艺的废气体。具体地，排气装置27包括控制阀271和排气泵272，通过控制控制阀271的打开或者关闭来控制排气泵272与反应腔室20的连通或者断开，排气泵272用于在控制阀271打开时将反应腔室20内的气体由上至下排出该反应腔室20。

内衬28设置在反应腔室20内，且内衬28沿反应腔室20的内周壁设置，且与承载装置21的外周壁相连接，如图6所示，用于限定反应腔室20内气体的分布，并且阻挡气体由上至下排出的内衬28（即，如图6所示的垂直于气体由上至下流向的内衬28）上设置有排气口，以使排气装置27将气体经由排气口由上至下排出反应腔室20。

感应线圈29设置在反应腔室20的顶壁上方，且感应线圈29通过匹配器291与设置在反应腔室20外部射频电源292电连接，用以在射频电源292开启时将反应腔室20内的工艺气体激发形成等离子体，以实现等离子体对被加工工件进行刻蚀。

需要说明的是，在本实施例中，辅助装置25为整体式结构的悬臂22。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，辅助装置25也可以采用其他整体式结构或者拆卸式结构，只要满足阻挡反应腔室20内气体流动的该辅助装置25和悬臂22的上表面相同即可，例如，图8为本发明实施例提供的反应腔室的另一种结构示意图，请参阅图8，其中，每个辅助装置25采用拆卸式结构，其包括辅助板251和固定件252，固定件252固定在承载装置25的侧壁外侧和反应腔室20的内侧壁上的对应位置，用于支撑辅助板251；辅助板251设置在固定件252上，且阻挡反应腔室内气体流动的辅助板251和悬臂22的上表面相同；其中，在此并不限定固定件252的具体结构。

还需要说明是，在本实施例中，不仅辅助装置上表面的面积与悬臂上表面的面积相同，而且辅助装置和悬臂上表面的形状相同，且均为四边形。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，辅助装置和悬臂上表面的形状不仅可以为四边形，而且可以为其他任意形状，例如，可以为扇形。

作为另外一个技术方案，本发明还提供一种等离子体加工设备，包括反应腔室，反应腔室采用上述实施例提供的反应腔室。

本实施例提供的等离子体加工设备，其采用上述实施例提供的反应腔室，可以提高反应腔室内的气流场的均匀性，从而可以提高工艺质量。

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，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，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 (10)

1.一种反应腔室，包括承载装置，所述承载装置设置在反应腔室内，用于承载被加工工件，在所述承载装置的侧壁外侧和所述反应腔室的内侧壁之间设置有一个悬臂，其特征在于，在所述承载装置的侧壁外侧和所述反应腔室的内侧壁之间还设置有至少一个辅助装置，至少一个所述辅助装置和所述悬臂沿所述承载装置的周向间隔且均匀设置，并且

阻挡所述反应腔室气体流动的每个所述辅助装置和所述悬臂的上表面相同。

2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，每个所述辅助装置的结构与所述悬臂的结构相同。

3.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，每个所述辅助装置包括辅助板和固定件，所述固定件固定在所述承载装置的侧壁外侧和所述反应腔室的内侧壁上的对应位置，用于支撑所述辅助板；

所述辅助板设置在所述固定件上，且阻挡所述反应腔室内气体流动的所述辅助板和所述悬臂的上表面相同。

4.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，每个所述辅助装置的上表面与所述悬臂的上表面在同一水平面上。

5.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，每个所述辅助装置的上表面的形状与所述悬臂的上表面的形状相同。

6.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，还包括进气装置，所述进气装置设置在所述反应腔室的顶部，且与设置在所述反应腔室外部的工艺气源相连通，用于向所述反应腔室内提供工艺气体。

7.根据权利要求6所述的反应腔室，其特征在于，还包括排气装置，所述排气装置设置在所述反应腔室的底部，用于将位于所述反应腔室内的气体由上至下排出所述反应腔室。

8.根据权利要求7所述的反应腔室，其特征在于，在所述反应腔室内还设置有内衬，所述内衬沿所述反应腔室的内周壁设置，且与所述承载装置的外周壁相连接，用于限定所述反应腔室内气体的分布，并且

阻挡所述气体由上至下排出的所述内衬上设置有排气口，以使所述排气装置将气体经由所述排气口由上至下排出所述反应腔室。

9.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述悬臂为空心结构，用以作为所述承载装置与外部装置相连接的通道。

10.一种等离子体加工设备，包括反应腔室，其特征在于，所述反应腔室采用权利要求1-9任意一项所述的反应腔室。