CN105088176A - 一种预清洗腔室及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种预清洗腔室及半导体加工设备，其包括腔体、承载装置、线圈、第一射频装置、第二射频装置、耦合连接件和线圈旋转驱动装置；腔体接地；承载装置设于腔体内部；线圈环绕于腔体的外侧壁，线圈旋转驱动装置与线圈的第一端连接，用于驱动线圈绕腔体作旋转运动，线圈的第二端与腔体连接；耦合连接件环绕线圈的第一端，且其内壁与线圈之间具有预设距离；第一射频装置通过耦合连接件与线圈的第一端容性耦合连接，用于向线圈加载射频功率。该预清洗腔室可使线圈产生的电磁场较为均匀，从而提高预清洗腔室对被加工工件的预清洗工艺的均匀性；并使第一射频装置加载于线圈上的用于激发等离子体的射频功率保持稳定，从而有利于提高工艺的稳定性。

Description

一种预清洗腔室及半导体加工设备

技术领域

本发明涉及半导体设备制造领域，具体地，涉及一种预清洗腔室及半导体加工设备。

背景技术

在对被加工工件表面进行沉积外延层的工艺过程中，一般需要先将被加工工件表面的杂质去除，该过程是在半导体加工设备的预清洗腔室中进行的。所述预清洗腔室通过将通入其内部的Ar(氩气)、He(氦气)、H2(氢气)等气体激发为等离子体，并使等离子体中的粒子轰击被加工工件表面或与被加工工件表面的杂质发生反应，从而将被加工工件表面的杂质去除。

图1为现有的预清洗腔室的结构示意图。请参看图1，该预清洗腔室包括侧壁1、底壁2、顶盖9以及设置于预清洗腔室内部的基座4。其中，顶盖9为采用绝缘材料(如陶瓷或石英)制成的拱形顶盖；顶盖9的上面(即预清洗腔室的外侧)设置有螺线管型线圈3，线圈3的输入端10通过第一匹配器5与第一射频电源6连接，接地端11通过侧壁1接地；基座4通过第二匹配器7与第二射频电源8连接。在工艺过程中，第一射频电源6通过第一匹配器5将射频功率施加至线圈3上，在预清洗腔室内产生电磁场，使预清洗腔室内的气体激发为等离子体；第二射频电源8通过第二匹配器7将射频功率施加至基座4上，使基座4上产生自偏压，吸引等离子体中的离子轰击被加工工件表面或与被加工工件表面的杂质发生反应，从而将被加工工件表面的杂质去除。

上述预清洗腔室在实际使用中不可避免地存在下述问题，即：由于射频电磁波在线圈3上存在驻波效应，使线圈3上的不同位置上的电压存在差异，尤其是对于线圈3的输入端10和接地端11来说，其电压差异更大；这使得线圈3在预清洗腔室内产生的电磁场很不对称，从而使等离子体在预清洗腔室内的分布不均匀，并使对被加工工件的预清洗工艺不均匀。

图2为现有的电感耦合等离子体装置的结构示意图。请参看图2，该电感耦合等离子体装置包括电感耦合等离子腔体20、电感耦合线圈21和线圈旋转装置22；其中，电感耦合线圈21为平面螺旋线圈，其安装于线圈旋转装置22上，且其输入端和输出端通过电刷与电源(图中未示出)连接；线圈旋转装置22固定在电感耦合等离子腔体20上。在工艺过程中，电源向电感耦合线圈21加载射频功率，使其在电感耦合等离子腔体20内产生电磁场，并将通入电感耦合等离子腔体20内的工艺气体激发为等离子体；同时，线圈旋转装置22驱动电感耦合线圈21旋转，使电感耦合等离子腔体20中被加工工件上方的每一个环带区域内的磁场都是均匀的，从而使上述区域的等离子体分布均匀，并使上述电感耦合等离子体装置对被加工工件的工艺处理均匀。

上述电感耦合等离子体装置在实际使用中不可避免地存在下述问题：

其一，在上述电感耦合等离子体装置中，电感耦合线圈21的输入端和输出端均通过电刷与电源连接，也就是说，在工艺过程中，电感耦合线圈21的输入端和输出端与电源的连接是断续而非连续的，这使得电源向电感耦合线圈加载射频功率，特别是高频功率时，电刷上产生的电抗会不稳定，从而使电源向电感耦合线圈21所加载的射频功率不稳定，最终影响电感耦合等离子体装置处理被加工工件的工艺稳定性。

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，提出了一种预清洗腔室及半导体加工设备，该预清洗腔室可以使线圈在工艺过程中绕预清洗腔室腔体作旋转运动，并同时和第一射频装置保持连续地连接状态，从而使其对被加工工件的预清洗工艺具有较高的均匀性和工艺稳定性。

为实现本发明的目的而提供一种预清洗腔室，包括腔体、承载装置、线圈、第一射频装置、第二射频装置、耦合连接件和线圈旋转驱动装置；所述腔体接地；所述承载装置设于所述腔体内部，用于承载被加工工件；所述第二射频装置与所述承载装置电连接，用于向所述承载装置加载射频功率；所述线圈环绕于所述腔体的外侧壁设置，所述线圈旋转驱动装置与所述线圈的第一端绝缘连接，用于驱动所述线圈绕所述腔体作旋转运动；所述线圈的第二端与所述腔体连接；所述耦合连接件环绕所述线圈的第一端，且所述耦合连接件的内壁与所述线圈之间具有预设距离；所述第一射频装置通过所述耦合连接件与所述线圈的第一端容性耦合连接，用于向所述线圈加载射频功率。

其中，所述耦合连接件为耦合环，所述耦合环由导电材料制成；所述耦合环与所述第一射频装置电连接。

其中，所述线圈的第一端在所述线圈的中心线上与所述线圈旋转驱动装置的驱动轴连接，以使所述线圈能够以其中心线为转轴绕所述腔体作旋转运动。

其中，所述线圈的第一端的直径的范围为5～20mm，所述耦合环的环孔的直径的范围为7～100mm。

其中，所述耦合连接件为由导电材料制成，且与所述第一射频装置电连接的环形容器，所述环形容器内盛有导电液体或绝缘液体。

其中，所述第一射频装置向所述线圈加载的射频功率为400KHz、2MHz、13.56MHz、40MHz、60MHz或100MHz。

其中，所述预清洗腔室还包括与所述线圈的第二端电连接的金属片，所述线圈的第二端通过所述金属片与所述腔体容性耦合连接，以使在所述线圈绕所述腔体作旋转运动的过程中，所述线圈与地之间的耦合阻抗不变。

其中，所述金属片为弧形。

其中，所述金属片的弧度大于5度。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括预清洗腔室，所述预清洗腔室用于去除被加工工件表面的杂质，所述预清洗腔室采用本发明提供的上述预清洗腔室。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的预清洗腔室，其线圈旋转驱动装置在工艺过程中驱动线圈绕腔体作旋转运动，使线圈在预清洗腔室内产生的电磁场较为均匀，从而提高了预清洗腔室对被加工工件的预清洗工艺的均匀性；同时，上述预清洗腔室的第一射频装置与线圈的第一端之间采用容性耦合的方式连接，使线圈与第一射频装置之间在不产生接触的情况下维持连续且稳定的连接，从而使第一射频装置加载于线圈上的用于激发等离子体的射频功率保持稳定，有利于提高工艺的稳定性。

本发明提供的半导体加工设备，其采用本发明提供的上述预清洗腔室，可以使线圈旋转驱动装置在工艺过程中驱动线圈绕腔体作旋转运动，从而使线圈在预清洗腔室内产生的电磁场较为均匀，提高预清洗腔室对被加工工件的预清洗工艺的均匀性；并且，还可以使第一射频装置与线圈的第一端之间采用容性耦合的方式连接，这样就在线圈与第一射频装置不产生接触的情况下使线圈与第一射频装置之间维持连续且稳定的连接，从而使第一射频装置加载于线圈上的用于激发等离子体的射频功率保持稳定，有利于提高工艺的稳定性。

附图说明

图1为现有的预清洗腔室的结构示意图；

图2为现有的电感耦合等离子体装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的预清洗腔室的结构示意图；

图4为环形容器与线圈之间产生容性耦合的示意图；以及

图5为具有平板状顶盖的预清洗腔室的结构示意图。

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，下面结合附图来对本发明提供的预清洗腔室及半导体加工设备进行详细描述。

图3为本发明实施例提供的预清洗腔室的结构示意图。请参看图3，预清洗腔室包括腔体30、承载装置40、线圈50、第一射频装置60、线圈旋转驱动装置70、第二射频装置80和耦合连接件。其中，腔体30包括底壁31、侧壁32、穹顶状顶盖33和外壳34，在本实施例中，腔体30接地；承载装置40设于腔体30内部，其用于承载被加工工件。第二射频装置80与承载装置40电连接，用于向承载装置40加载射频功率。

线圈50为螺线管型线圈，其环绕于腔体30的外侧壁；具体地，线圈50环绕于穹顶状顶盖33的外侧。线圈旋转驱动装置70与线圈50的第一端绝缘连接，其用于驱动线圈50绕腔体30作旋转运动；线圈50的第二端与腔体30连接。

耦合连接件环绕线圈50的第一端，且其内壁与线圈50之间具有预设距离，也就是说，耦合连接件与线圈50之间为非接触的连接。在本实施例中，耦合连接件为耦合环61，该耦合环61由导电材料制成，且其与第一射频装置60电连接。第一射频装置60通过耦合连接件与线圈50的第一端容性耦合连接，用于向线圈50加载射频功率，使其在预清洗腔室内产生电磁场，将通入预清洗腔室内的工艺气体激发为等离子体；具体地，第一射频装置60包括第一射频电源63和第一匹配器64。优选地，线圈50的第一端的直径为5～20mm，耦合环61的环孔的直径为7～100mm；容易理解，在此情况下，线圈50的第一端的直径和耦合环61的环孔的直径的取值应满足线圈50的第一端的直径小于耦合环61的环孔的直径。

在本实施例中，线圈旋转驱动装置70驱动线圈50绕腔体30作旋转运动，可以降低射频电磁波在线圈50中的驻波效应对线圈50在腔体30内产生的电磁场的均匀性的影响，使线圈50在腔体30内产生的电磁场较为均匀。

在本实施例中，线圈50的第二端与腔体30之间采用容性耦合的方式连接；具体地，预清洗腔室还包括与线圈50的第二端电连接的金属片51，金属片51作为一个极板，其与外壳34之间产生容性耦合，从而使线圈50与外壳34之间通过容性耦合的方式连接。这样可以使线圈50与外壳34之间的耦合阻抗保持不变，即线圈50与地之间的耦合阻抗不变。优选地，金属片51为弧形；其弧度大于5度。在实际应用中，除外壳34外，线圈50的第二端还可以与腔体30的侧壁32、底壁31等部件之间采用容性耦合的方式连接。

在本实施例中，线圈旋转驱动装置70为旋转电机，其通过绝缘连接器与线圈50的第一端连接，从而使其可以驱动线圈50绕腔体作旋转运动，使线圈50在腔体30内产生的磁场为均匀的磁场；具体地，在本实施例中，线圈50的第一端与线圈旋转驱动装置70的驱动轴连接于线圈50的中心线上，这样可以使线圈50能够以其中心线为转轴绕腔体30作旋转运动。

本实施例提供的上述预清洗腔室，其线圈旋转驱动装置70在工艺过程中驱动线圈50绕腔体作旋转运动，使线圈50在预清洗腔室内产生的电磁场较为均匀，从而提高可以预清洗腔室对被加工工件的预清洗工艺的均匀性；同时，上述预清洗腔室的第一射频装置60与线圈50的第一端之间采用容性耦合的方式连接，使线圈50与第一射频装置60之间在不产生接触的情况下维持连续且稳定的连接，从而使第一射频装置60加载于线圈50上的用于激发等离子体的射频功率保持稳定，有利于提高工艺的稳定性。

在本实施例中，由于第一射频装置60与线圈50之间在工艺过程中维持连续且稳定的连接，使第一射频装置60可以向线圈50加载高频功率，从而在提高预清洗腔室内等离子体密度的同时，不影响预清洗腔室对被加工工件的预清洗工艺的稳定性。具体地，第一射频装置60向线圈50加载的射频功率可以为400KHz、2MHz、13.56MHz、40MHz、60MHz或100MHz。

需要说明的是，在本实施例中，耦合连接件为耦合环61，但本发明并不限于此，在实际使用中，如图4所示，耦合连接件还可以为由导电材料制成，且与第一射频装置60电连接的环形容器62，环形容器62内盛有导电液体或绝缘液体；在此情况下，环形容器62环绕线圈50的第一端，且不与线圈50的第一端相接触，从而可以在线圈50的第一端与环形容器62之间产生容性耦合，进而使线圈50的第一端与第一射频装置60之间通过容性耦合的方式连接。

还需要说明的是，本实施例中，腔体30的顶盖33为穹顶状，但本发明并不限于此，在实际应用中，如图5所示，腔体30的顶盖33还可以为平板状，这样可以使顶盖33的制造工艺更加简单，从而减少顶盖33以及腔体30的制造成本。

此外，在本实施例中，线圈50为螺线管型线圈，但本发明并不限于此，在实际应用中，根据需要，线圈50还可以为拱形、圆锥形、圆台形或其他形状。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，其包括预清洗腔室，该预清洗腔室用于去除被加工工件表面的杂质，并且，该预清洗腔室采用本发明上述实施例提供的预清洗腔室。

本实施例提供的半导体加工设备，其采用本发明上述实施例提供的预清洗腔室，可以使线圈旋转驱动装置在工艺过程中驱动线圈绕其中心线作旋转运动，从而使线圈在预清洗腔室内产生的电磁场较为均匀，提高预清洗腔室对被加工工件的预清洗工艺的均匀性；并且，还可以使第一射频装置与线圈的第一端之间通过容性耦合的方式连接，这样就在线圈与第一射频装置之间不产生接触的情况下使线圈与第一射频装置之间维持连续且稳定的连接，从而使第一射频装置加载于线圈上的用于激发等离子体的射频功率保持稳定，有利于提高工艺的稳定性。

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 (10)

1.一种预清洗腔室，包括腔体、承载装置、线圈、第一射频装置、第二射频装置；所述腔体接地；所述承载装置设于所述腔体内部，用于承载被加工工件；所述第二射频装置与所述承载装置电连接，用于向所述承载装置加载射频功率；其特征在于，所述预清洗腔室还包括耦合连接件和线圈旋转驱动装置，所述线圈环绕于所述腔体的外侧壁设置，所述线圈旋转驱动装置与所述线圈的第一端绝缘连接，用于驱动所述线圈绕所述腔体作旋转运动；所述线圈的第二端与所述腔体连接；

所述耦合连接件环绕所述线圈的第一端，且所述耦合连接件的内壁与所述线圈之间具有预设距离；

所述第一射频装置通过所述耦合连接件与所述线圈的第一端容性耦合连接，用于向所述线圈加载射频功率。

2.根据权利要求1所述的预清洗腔室，其特征在于，所述耦合连接件为耦合环，所述耦合环由导电材料制成；

所述耦合环与所述第一射频装置电连接。

3.根据权利要求2所述的预清洗腔室，其特征在于，所述线圈的第一端在所述线圈的中心线上与所述线圈旋转驱动装置的驱动轴连接，以使所述线圈能够以其中心线为转轴绕所述腔体作旋转运动。

4.根据权利要求2或3所述的预清洗腔室，其特征在于，所述线圈的第一端的直径的范围为5～20mm，所述耦合环的环孔的直径的范围为7～100mm。

5.根据权利要求1所述的预清洗腔室，其特征在于，所述耦合连接件为由导电材料制成，且与所述第一射频装置电连接的环形容器，所述环形容器内盛有导电液体或绝缘液体。

6.根据权利要求1所述的预清洗腔室，其特征在于，所述第一射频装置向所述线圈加载的射频功率为400KHz、2MHz、13.56MHz、40MHz、60MHz或100MHz。

7.根据权利要求1所述的预清洗腔室，其特征在于，所述预清洗腔室还包括与所述线圈的第二端电连接的金属片，所述线圈的第二端通过所述金属片与所述腔体容性耦合连接，以使在所述线圈绕所述腔体作旋转运动的过程中，所述线圈与地之间的耦合阻抗不变。

8.根据权利要求7所述的预清洗腔室，其特征在于，所述金属片为弧形。

9.根据权利要求8所述的预清洗腔室，其特征在于，所述金属片的弧度大于5度。

10.一种半导体加工设备，包括预清洗腔室，所述预清洗腔室用于去除被加工工件表面的杂质，其特征在于，所述预清洗腔室采用权利要求1-9任意一项所述的预清洗腔室。