CN105336559A - 一种反应腔室及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种反应腔室及半导体加工设备，该反应腔室包括卡盘和等离子产生装置，卡盘设置在反应腔室内，用于承载基片；等离子体产生装置用于产生等离子体并向反应腔室内输送该等离子体，该反应腔室还包括支撑件，支撑件用于支撑等离子体产生装置，以实现等离子体产生装置贯穿反应腔室的顶壁且与卡盘以预定距离相对设置。本发明提供的反应腔室，可避免等离子体在传输过程中造成密度损失和能量衰减，从而可以提高刻蚀速率，进而可以降低激励电源的耗费。

Description

一种反应腔室及半导体加工设备

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半导体加工设备。

背景技术

在集成电路的制造过程中，常常需要采用刻蚀技术在基片上做出极细微尺寸的图案。在干法刻蚀设备中的反应腔室中，一般包括等离子体系统和下偏压系统，等离子体系统主要用于在反应腔室内产生高密度的等离子体；下偏压系统主要用于引导等离子体中带电粒子轰击基片完成刻蚀。

随着三维叠层封装、MEMS封装、垂直集成传感器阵列以及台面MOS功率器件倒装焊接技术的开发，硅通孔(TSV)互连技术正在受到越来越广泛的重视和研究。为了实现较高的刻蚀选择比及刻蚀速率，往往采用远程高密度等离子体(remotehighdensityplasma，以下简称RemoteHDP)，即在反应腔室的外侧产生等离子体，再将等离子体输送至反应腔室内，由于此时位于反应腔室内的基片位于等离子体的下游，且在等离子体的下游具有高浓度自由基和低密度离子，因而可以减少离子对掩膜层的轰击而造成掩膜层的损失，从而可以兼顾实现高刻蚀速率及选择比。

然而，在实际应用中，往往会出现以下问题：需要通过提高用于产生等离子体的激励电源的输出功率来提高刻蚀速率以满足要求，这就会造成激励电源的输出功率的耗费高。

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半导体加工设备，可以避免等离子体在传输过程中造成密度损失和能量衰减，从而可以提高刻蚀速率，进而可以降低激励电源的耗费。

为解决上述问题之一，本发明提供了一种反应腔室，包括卡盘和等离子产生装置，所述卡盘设置在所述反应腔室内，用于承载基片；所述等离子体产生装置用于产生等离子体并向所述反应腔室内输送等离子体，所述反应腔室还包括支撑件，所述支撑件用于支撑所述等离子体产生装置，以实现所述等离子体产生装置贯穿所述反应腔室的顶壁且与所述卡盘以预定距离相对设置。

优选地，还包括升降驱动器，所述升降驱动器用于驱动所述支撑件升降，以带动所述等离子体产生装置在所述卡盘和所述反应腔室的顶壁之间进行升降，以调节所述等离子体产生装置与所述卡盘上表面之间的预定距离。

其中，所述支撑件包括固定支架、固定板和丝杠，其中，所述固定板设置在所述反应腔室内，所述等离子体产生装置固定在所述固定板上；所述固定支架固定设置在所述反应腔室的顶壁上方；所述升降驱动器设置在所述固定支架上，所述丝杠贯穿所述反应腔室的顶壁，且其两端分别与所述升降驱动器和所述固定板连接；所述升降驱动器用于驱动所述丝杠旋转，以实现所述等离子体产生装置进行升降。

其中，在所述反应腔室的顶壁与所述固定板之间的所述丝杠上套置有波纹管。

其中，在所述丝杠贯穿所述反应腔室顶壁的对应位置处还设置有导向轴承，所述导向轴承用于对所述丝杠实现导向。

其中，所述升降驱动器的数量为至少两个，且所述至少两个升降驱动器同步驱动。

其中，所述升降驱动器包括电机或气缸。

其中，所述支撑件包括固定支架、固定板和支撑柱，其中，所述固定板设置在所述反应腔室内，所述等离子体产生装置固定在所述固定板上；所述固定支架固定设置在所述反应腔室的顶壁上方；所述支撑柱贯穿所述反应腔室的顶壁，且其两端分别与所述固定板和所述固定支架固定连接；所述固定支架通过所述支撑柱和所述固定板支撑所述等离子体产生装置。

其中，在所述反应腔室的顶壁与所述固定板之间的所述支撑柱上套置有波纹管。

作为另外一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，所述反应腔室采用本发明上述提供的反应腔室。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的反应腔室，其借助支撑件支撑等离子体产生装置，以实现该等离子体产生装置贯穿反应腔室的顶壁且与卡盘以预设距离相对设置，这与现有技术中等离子体产生装置位于反应腔室外相比，可以减小等离子体产生装置与卡盘之间的预设距离，即，可以在一定程度上减小等离子体产生装置的产生等离子体的中心区域距离卡盘上表面之间的距离，因而可以避免等离子体在传输过程中造成密度损失和能量衰减，从而可以提高刻蚀速率，进而可以降低激励电源的耗费。

本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述反应腔室，同样可以避免等离子体在传输过程中造成密度损失和能量衰减，从而可以提高刻蚀速率，进而可以降低激励电源的耗费。

附图说明

图1为本发明实施例提供的反应腔室的结构示意图；以及

图2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，下面结合附图来对本发明实施例提供的反应腔室及半导体加工设备进行详细描述。

图1为本发明实施例提供的反应腔室的结构示意图。请参阅图1，本实施例提供的反应腔室20包括卡盘21和等离子产生装置22，卡盘21设置在反应腔室20内用于承载基片S，卡盘21包括静电卡盘；等离子体产生装置22用于产生等离子体并向反应腔室20内输送该等离子体。具体地，如图2所示，等离子体产生装置22设置有输入端221和输出端222，工艺气体自输入端221进入等离子体产生装置22，等离子体产生装置22用于激发工艺气体形成等离子体，并使等离子体自输出端222输送至反应腔室10内；等离子体产生装置22还包括采用不导磁且非金属的材料制成的内筒223、环绕在内筒223的侧壁外侧的感应线圈224和套置在感应线圈224侧壁外侧的外套筒225，其中，不导磁且非金属的材料包括陶瓷，工艺气体自输入端221进入内筒223内，感应线圈224与激励电源(图中未示出)电连接，用以将位于内筒223内的工艺气体激发形成等离子体，等离子体可自内筒223经由输出端222输送至反应腔室20内；在一些工艺过程中，内筒223的温度很高，借助外套筒225以实现对内筒223进行控温，并且外套筒225的内周壁与感应线圈224在水平方向上存在水平间距，借助水平间距可以防止外套筒225被感应线圈224击穿。在实际应用中，若在工艺过程中内筒223的温度不高，也可以省略外套筒225；等离子体产生装置的产生等离子体的中心区域与其输出端222之间的距离为H1，该距离H1是根据感应线圈224所需的安全距离及其使用功率限制具体设置，为固定值。

反应腔室20还包括支撑件23，支撑件23用于支撑等离子体产生装置22，以实现等离子体产生装置22贯穿反应腔室20的顶壁且与卡盘21以预设距离H2相对设置，这与现有技术中等离子体产生装置位于反应腔室外相比，可以减小等离子体产生装置22与卡盘21之间的预设距离H2，即，可以在一定程度上减小等离子体产生装置的产生等离子体的中心区域距离卡盘上表面之间的距离，因而可以避免等离子体在传输过程中造成的密度损失和能量衰减，从而可以提高刻蚀速率，进而可以降低激励电源输出功率的耗费。

在本实施例中，优选地，本实施例提供的反应腔室20还包括升降驱动器24，如图2所示，升降驱动器24用于驱动支撑件23升降，以带动等离子体产生装置22在卡盘21的上表面和反应腔室20的顶壁之间进行升降，以调节等离子体产生装置22与卡盘21上表面之间的预设距离H2，通过调节预设距离H2，这不仅可以实现在工艺过程中使等离子体产生装置22的输出端222尽可能靠近卡盘21上基片S的上表面，从而可以实现尽可能地减小预设距离H2，因而可以尽可能避免等离子体在传输过程中造成密度损失和能量衰减；而且还可以根据实际不同工艺具体调节预设距离H2，从而可以提高反应腔室的适用性。

在本实施例中，支撑件23包括固定支架231、固定板232和丝杠233。其中，固定板232设置在反应腔室20内，等离子体产生装置22固定在固定板232上；固定支架231固定设置在反应腔室20的顶壁上方，具体地，固定支架231固定设置在反应腔室20的顶壁上；升降驱动器24设置在固定支架231上，即借助固定支架231支撑升降驱动器24；丝杠233贯穿反应腔室20的顶壁，且其两端分别与固定板232和升降驱动器24连接；升降驱动器24用于驱动丝杠233旋转，以实现等离子体产生装置22进行升降，因而可以实现调节等离子体产生装置22的输出端222与卡盘21上表面之间的预设距离H2。

升降驱动器24包括电机，进一步优选地，升降驱动器24包括气缸，以实现驱动支撑件23升降，这与升降驱动器24为电机相比，不仅可以降低成本，而且可以避免电机对等离子体源环境造成影响，从而可以提高工艺的稳定性。

并且，升降驱动器24的数量为至少两个，且至少两个升降驱动器24同步驱动。在本实施例中，升降驱动器24的数量和丝杠233的设置数量一致，且一一对应，升降驱动器24同步驱动丝杠233升降，这可以保证升降驱动器24带动等离子体产生装置22水平稳定地升降，因而可以保证输出端222的端面始终与卡盘21的上表面平行，从而不仅可以保证工艺的均匀性，而且可以保证工艺的稳定性。

在本实施例中，由于完成刻蚀工艺的反应腔室20的环境需要为真空环境，因此，在反应腔室20的顶壁与固定板232之间的丝杠233上套置有波纹管25，以保证反应腔室20的顶壁和丝杠233之间的接触位置处密封。另外，在实际应用中，还应保证等离子体产生装置22和反应腔室20的顶壁之间的密封。而且，在丝杠233贯穿反应腔室20顶壁的对应位置处还设置有导向轴承26，导向轴承26用于对丝杠233实现导向，以实现丝杠233沿竖直方向上运动。

另外，在本实施例中，反应腔室10内还设置有位于卡盘21的下方的下电极27，该下电极27与射频电源电连接，用以作为下偏压系统向下电极27提供负偏压，来吸引等离子体朝向基片S运动，从而实现等离子体轰击基片S；另外，在反应腔室10的底部设置有分子泵28，用于实现对反应腔室20进行由上至下抽气，由于反应腔室20为由上至下的抽气方式，因此采用连接臂29将卡盘21和下电极27固定在反应腔室20的内侧壁上。而且，为避免感应线圈224对外界环境的干扰以及外界环境对其干扰，在反应腔室20的顶壁上方，且在等离子体产生装置的外侧还扣设有线圈盒29。

需要说明的是，在本实施例中，支撑件23采用上述结构。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，支撑件23也可以采用其他结构，只要能够实现支撑等离子体产生装置22且升降驱动器24带动等离子体产生装置22升降即可。并且，在实际应用中，支撑件23的设置位置也可以根据具体情况进行设置，例如，上述支撑件23设置在反应腔室20的外侧，且位于反应腔室20的顶壁上方，用以支撑等离子体产生装置22，升降驱动器24在反应腔室20的顶壁上方驱动该支撑件23升降，以带动等离子体产生装置22升降。

还需要说明的是，在本实施例中，反应腔室20包括升降驱动器24，以驱动等离子体产生装置22升降。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，也可以省略升降驱动器24，在这种情况下，仅需要满足支撑件23将等离子体产生装置22稳定支撑即可，例如，采用如图2所示的支撑件23，其中，支撑件23包括固定支架231、固定板232和支撑柱234，固定板232设置在反应腔室20内，等离子体产生装置22固定在固定板232上；固定支架231固定设置在反应腔室20的顶壁上方；支撑柱234贯穿反应腔室20的顶壁，且其两端分别与固定板232和固定支架231固定连接；固定支架231通过支撑柱234和固定板232支撑等离子体产生装置22，在这种情况下，在反应腔室20的顶壁与固定板232之间的支撑柱234上套置有波纹管25，以保证反应腔室20的顶壁和丝杠233之间的接触位置处密封。再如，仅通过固定板232固定在反应腔室20的内壁或顶壁上，以支撑等离子体产生装置22。

另外，还需要说明的是，在本实施例中，由于卡盘21通过连接臂29固定在反应腔室20的内壁上，因此本实施例仅通过等离子体产生装置22贯穿反应腔室20的顶壁且与卡盘21以预设距离H2相对设置，用以减小卡盘21与等离子产生装置22之间的预设距离H2。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，若可对卡盘21进行升降，则不仅还可以通过对卡盘21上升，用以减小卡盘21与等离子产生装置22之间的预设距离H2，也可以单独通过对卡盘21上升，用以减小卡盘21与等离子产生装置22之间的预设距离H2。

作为另外一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，该反应腔室采用本实施例提供的上述反应腔室，该半导体加工设备包括等离子体刻蚀设备。

本实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本实施例提供的上述反应腔室，可以避免等离子体在传输过程中造成密度损失和能量衰减，从而可以实现在不需要提高用于产生等离子体的电源输出功率的条件下提高刻蚀速率，进而可以提高电源的利用率、降低能耗和提高工艺性能。

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)

1.一种反应腔室，包括卡盘和等离子产生装置，所述卡盘设置在所述反应腔室内，用于承载基片；所述等离子体产生装置用于产生等离子体并向所述反应腔室内输送等离子体，其特征在于，所述反应腔室还包括支撑件，所述支撑件用于支撑所述等离子体产生装置，以实现所述等离子体产生装置贯穿所述反应腔室的顶壁且与所述卡盘以预定距离相对设置。

2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，还包括升降驱动器，所述升降驱动器用于驱动所述支撑件升降，以带动所述等离子体产生装置在所述卡盘和所述反应腔室的顶壁之间进行升降，以调节所述等离子体产生装置与所述卡盘上表面之间的预定距离。

3.根据权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，所述支撑件包括固定支架、固定板和丝杠，其中，所述固定板设置在所述反应腔室内，所述等离子体产生装置固定在所述固定板上；所述固定支架固定设置在所述反应腔室的顶壁上方；所述升降驱动器设置在所述固定支架上，所述丝杠贯穿所述反应腔室的顶壁，且其两端分别与所述升降驱动器和所述固定板连接；

所述升降驱动器用于驱动所述丝杠旋转，以实现所述等离子体产生装置进行升降。

4.根据权利要求3述的反应腔室，其特征在于，在所述反应腔室的顶壁与所述固定板之间的所述丝杠上套置有波纹管。

5.根据权利要求3所述的反应腔室，其特征在于，在所述丝杠贯穿所述反应腔室顶壁的对应位置处还设置有导向轴承，所述导向轴承用于对所述丝杠实现导向。

6.根据权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，所述升降驱动器的数量为至少两个，且所述至少两个升降驱动器同步驱动。

7.根据权利要求2或6所述的反应腔室，其特征在于，所述升降驱动器包括电机或气缸。

8.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述支撑件包括固定支架、固定板和支撑柱，其中，所述固定板设置在所述反应腔室内，所述等离子体产生装置固定在所述固定板上；所述固定支架固定设置在所述反应腔室的顶壁上方；所述支撑柱贯穿所述反应腔室的顶壁，且其两端分别与所述固定板和所述固定支架固定连接；所述固定支架通过所述支撑柱和所述固定板支撑所述等离子体产生装置。

9.根据权利要求8所述的反应腔室，其特征在于，在所述反应腔室的顶壁与所述固定板之间的所述支撑柱上套置有波纹管。

10.一种半导体加工设备，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。