CN105590880A - 反应腔室 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种反应腔室，其包括腔室侧壁和设置在腔室侧壁顶部的气体分配板，腔室侧壁的上表面与气体分配板的下表面相互间隔，且在二者之间设置有密封圈，该密封圈采用线接触的方式分别与腔室侧壁的上表面和气体分配板的下表面相接触，用以对二者之间的间隙进行密封。本发明提供的反应腔室，其可以减小气体分配板和腔室侧壁之间的热传递，从而可以提高气体分配板和腔室侧壁的温控精度。

Description

反应腔室

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体地，涉及一种反应腔室。

背景技术

在半导体刻蚀工艺中，需要严格控制反应腔室的大量参数，以保证高质量的工艺结果。针对等离子体刻蚀工艺，尤其需要对反应腔室的温度进行精确控制，这是因为刻蚀工艺结果对等离子体处理系统中的温度波动高度敏感，温度的精确度直接影响刻蚀速率的均匀性以及工艺的稳定性。

图1为典型的等离子体反应腔室的剖视图。如图1所示，反应腔室由腔室壁8以及设置在其顶部的气体分配板5和介质窗3限定而成。其中，在介质窗3的中心位置处设置有喷嘴2，用以向反应腔室内输送工艺气体；在介质窗3上方还设置有射频线圈1，其与射频电源(图中未示出)电连接，用以激发反应腔室内的工艺气体形成等离子体；并且，在反应腔室内设置有静电卡盘7，用以承载衬底6。而且，在气体分配板5的外围环绕设置有环形加热器4，用于加热气体分配板5，同时在该气体分配板5上还设置有用于检测其温度的热电偶，以及用于防止其过热的过温开关。此外，在腔室壁8上还设置有加热器9，用以加热腔室壁8。

上述反应腔室在实际应用中不可避免地存在以下问题，即：

由于气体分配板5和腔室壁8之间是通过普通的密封圈和金属螺旋管实现密封和接地，因而二者存在较大的接触面积，导致气体分配板5和腔室壁8的温度会因彼此之间的热传递而相互影响，从而无法精确地控制气体分配板5和腔室壁8各自的温度，进而影响工艺结果。

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，其可以减小气体分配板和腔室侧壁之间的热传递，从而可以提高气体分配板和腔室侧壁的温控精度。

为实现本发明的目的而提供一种反应腔室，其包括腔室侧壁和设置在所述腔室侧壁顶部的气体分配板，所述腔室侧壁的上表面与所述气体分配板的下表面相互间隔，且在二者之间设置有密封圈，所述密封圈采用线接触的方式分别与所述腔室侧壁的上表面和所述气体分配板的下表面相接触，用以对二者之间的间隙进行密封。

优选的，所述密封圈在其径向横截面上的投影形状为“C”形。

优选的，所述密封圈采用导电材料制作。

优选的，在所述腔室侧壁的上表面和/或所述气体分配板的下表面上设置有定位凸部，用以限定所述密封圈的位置。

优选的，在所述腔室侧壁内分别设置有腔室加热器和腔室冷却通道，其中，所述腔室加热器用于加热所述腔室侧壁；通过向所述腔室冷却通道内通入冷却介质冷却所述腔室侧壁。

优选的，所述腔室冷却通道沿所述腔室侧壁的轴向呈螺旋状缠绕。

优选的，在所述腔室侧壁上还设置有热电偶，用以检测所述腔室侧壁的温度。

优选的，在所述气体分配板的外围环绕设置有环形加热器，用于加热所述气体分配板；并且，在所述气体分配板内还设置有环形冷却通道，用于冷却所述气体分配板。

优选的，所述反应腔室还包括介质窗，所述介质窗设置在所述气体分配板的顶部；在所述介质窗的上部设置有电感耦合线圈，所述电感耦合线圈用于在所述反应腔室内产生等离子体，在所述介质窗内设置有介质窗加热器，用于加热所述介质窗。

优选的，所述反应腔室还包括进气装置，所述进气装置包括中央进气喷嘴，用于自所述气体分配板的中心位置处向所述反应腔室内输送工艺气体；或者，所述进气装置包括中央进气喷嘴和至少一个边缘进气喷嘴，其中，所述中央进气喷嘴用于自所述气体分配板的中心位置处向所述反应腔室内输送工艺气体；所述至少一个边缘进气喷嘴用于自所述气体分配板的侧面或者所述腔室侧壁向所述反应腔室内输送工艺气体；或者，所述进气装置包括至少两个顶部进气喷嘴，用于对应所述气体分配板的不同位置向所述反应腔室内输送工艺气体。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的反应腔室，其通过使腔室侧壁的上表面与气体分配板的下表面相互间隔，并利用密封圈采用线接触的方式分别与腔室侧壁的上表面和气体分配板的下表面相接触，以对二者之间的间隙进行密封，可以在保证腔室侧壁与气体分配板的密封的基础上，减小腔室侧壁与气体分配板的接触面积，从而可以减小二者之间的热传递，进而可以减小在对二者进行不同温度控制时二者之间的影响，提高气体分配板和腔室侧壁的温控精度。

附图说明

图1为典型的等离子体反应腔室的剖视图；

图2A为本发明实施例提供的反应腔室的剖视图；以及

图2B为图2A中I区域的放大图。

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进行详细描述。

图2A为本发明实施例提供的反应腔室的剖视图。图2B为图2A中I区域的放大图。请一并参阅图2A和图2B，本发明实施例提供的反应腔室10，其由腔室侧壁11以及设置在其顶部的气体分配板14和介质窗16限定而成。其中，介质窗16设置在气体分配板14的顶部，而且反应腔室10还包括用于向反应腔室10内输送工艺气体的进气装置，该进气装置包括中央进气喷嘴17，其设置在介质窗16的中心位置处，用以向反应腔室10内输送工艺气体；在介质窗16上方还设置有射频线圈18，其与射频电源(图中未示出)电连接，用以激发反应腔室10内的工艺气体形成等离子体；并且，在反应腔室10内设置有承载装置12，例如静电卡盘或者机械卡盘，用以承载衬底13。在进行工艺的过程中，工艺气体由中央进气喷嘴17流入反应腔室10内。开启射频电源，以激发反应腔室10内的工艺气体形成等离子体，以对衬底13进行刻蚀。

在实际应用中，上述进气装置也可以在上述中央进气喷嘴的基础上另设至少一个边缘进气喷嘴，该边缘进气喷嘴可以自气体分配板的侧面或者腔室侧壁向反应腔室内输送工艺气体。优选的，可以设置多个边缘进气嘴，且沿反应腔室的周向均匀分布，用以自反应腔室的四周朝向中心的方向同时将工艺气体输送至反应腔室内，从而可以保证工艺气体的分布均匀性。另外，上述进气装置还可以在介质窗的不同位置处设置多个顶部进气喷嘴，以实现分区进气，从而有利于提高气体分布均匀性。

而且，腔室侧壁11的上表面与气体分配板14的下表面相互间隔，且在二者之间设置有密封圈23，该密封圈采用线接触的方式分别与腔室侧壁11的上表面和气体分配板14的下表面相接触，用以对二者之间的间隙进行密封。也就是说，腔室侧壁11的上表面与气体分配板14的下表面不相接触，而仅利用密封圈23实现密封连接，这可以减小腔室侧壁11与气体分配板14的接触面积，从而可以减小二者之间的热传递，进而可以减小在对二者进行不同温度控制时二者之间的影响，提高气体分配板14和腔室侧壁11的温控精度。

下面对上述密封圈23的结构进行详细描述。具体地，如图2B所示，密封圈23在其径向横截面上的投影形状为“C”形，即，该密封圈23类似一个环形管，且在该环形管的外周壁上具有环形开缝，以使密封圈23能够在受到挤压时产生弹性变形。而且，由于“C”形密封圈23的顶端和底端均为圆弧面，因而二者分别与腔室侧壁11的上表面和气体分配板14的下表面的接触属于线接触，从而可以在保证腔室侧壁11与气体分配板14的密封的基础上，减小腔室侧壁11与气体分配板14的接触面积。在实际应用中，该环形开缝可以相对于反应腔室朝外或朝内设置，本发明对此没有特别的限制。

优选的，密封圈23采用导电材料制作，由此可以使腔室侧壁11与气体分配板14导通，从而可以实现气体分配板14的接地，这与现有技术相比，无需另设接线装置(例如金属螺旋管)，而仅利用密封圈23即可实现气体分配板14的接地，从而不仅可以简化反应腔室的结构，而且可以进一步减少减小腔室侧壁11与气体分配板14的接触面积。容易理解，腔室侧壁11通常采用导电材料制作，且接地。

优选的，在气体分配板11的下表面上设置有定位凸部110，如图2B所示，该定位凸部110在气体分配板14的下表面上形成环形台阶，且位于密封圈23的内侧，用以限定密封圈23的位置，从而可以避免密封圈23发生偏移。

优选的，在腔室侧壁11内分别设置有腔室加热器19和腔室冷却通道21，其中，腔室加热器19用于加热腔室侧壁11，通过向腔室冷却通道21内通入冷却介质冷却腔室侧壁11，该冷却介质可以为冷却水或者冷却液。由于在腔室侧壁11内分别设置有腔室加热器19和腔室冷却通道21，这使得在通过腔室加热器19加热腔室侧壁11的同时，还可以通过向腔室冷却通道21内通入冷却介质来冷却腔室侧壁11，从而可以实现加热和冷却的动态平衡，以实现精确地控制反应腔室10的温度。优选的，在加热腔室侧壁11上还设置有热电偶(图中未示出)，用以检测腔室侧壁11的温度。可以根据由热电偶反馈的腔室侧壁11的实时温度，计算该实时温度与工艺所需的目标温度之间的差值，并根据该差值分别对腔室加热器19的加热功率和腔室冷却通道21中冷却介质的温度进行调节，以校准腔室侧壁11的温度。另外，在腔室侧壁11上还可以设置有用于防止其过热的过温开关(图中未示出)。

优选的，腔室冷却通道21沿腔室侧壁11的轴向呈螺旋状缠绕，即，腔室冷却通道21沿腔室侧壁11的轴向均匀分布，从而可以实现均匀地冷却腔室侧壁11。当然，在实际应用中，腔室冷却通道21还可以采用可沿腔室侧壁的轴向均匀分布的其他结构，只要其结构可以均匀地冷却腔室侧壁即可。

优选的，在气体分配板14的外围环绕设置有环形加热器15，用于加热气体分配板14；并且，在气体分配板14内还设置有环形冷却通道22，用于冷却气体分配板22。与控制腔室侧壁11温度的上述方式相类似的，通过在气体分配板14上同时设置环形加热器15和环形冷却通道22，同样可以实现加热和冷却的动态平衡，从而可以实现精确地控制气体分配板14的温度。在实际应用中，环形冷却通道可以根据气体分配板14的体积和结构设计为一个环形通道或者平面螺旋状通道等等。

优选的，在气体分配板14上还设置有还设置有热电偶(图中未示出)，用以检测气体分配板14的温度。可以根据由热电偶反馈的气体分配板14的实时温度，计算该实时温度与工艺所需的目标温度之间的差值，并根据该差值分别对环形加热器15的加热功率和环形冷却通道22中冷却介质的温度进行调节，以校准气体分配板14的温度。另外，在气体分配板14上还可以设置有用于防止其过热的过温开关(图中未示出)。

优选的，在介质窗16内设置有介质窗加热器(图中未示出)，用于加热介质窗。借助该介质窗加热器，可以实现单独加热介质窗16，从而可以更精确地控制反应腔室10的温度。

由上可知，本发明实施例提供的反应腔室可以独立地分别控制腔室侧壁11、气体分配板14和介质窗16的温度，且借助密封圈23来减少在腔室侧壁11和气体分配板14之间产生的温度影响，从而可以有效地提高控制反应腔室10的温度的精确度，进而可以改善工艺结果。

需要说明的是，在本实施例中，密封圈23在其径向横截面上的投影形状为“C”形，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，凡是可以分别与腔室侧壁的上表面和气体分配板的下表面采用线接触的方式相接触的密封结构均适用于本发明。

另外，定位凸部110并不局限于本实施例所采用的设置在气体分配板14的下表面上，在实际应用中，定位凸部也可以设置在腔室侧壁的上表面上，或者还可以对应地分别在气体分配板的下表面和腔室侧壁的上表面上设置两个定位凸部。而且，本发明对定位凸部的具体结构没有限制，只要其能够限定密封圈的位置即可。

还需要说明的是，在本实施例中，通过介质窗加热器来实现对介质窗16的温度控制，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，还可以通过气体分配板的热传递来间接加热介质窗。

综上所述，本发明实施例提供的反应腔室，其通过使腔室侧壁的上表面与气体分配板的下表面相互间隔，并利用密封圈采用线接触的方式分别与腔室侧壁的上表面和气体分配板的下表面相接触，以对二者之间的间隙进行密封，可以在保证腔室侧壁与气体分配板的密封的基础上，减小腔室侧壁与气体分配板的接触面积，从而可以减小二者之间的热传递，进而可以减小在对二者进行不同温度控制时二者之间的影响，提高气体分配板和腔室侧壁的温控精度。

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，其包括腔室侧壁和设置在所述腔室侧壁顶部的气体分配板，其特征在于，所述腔室侧壁的上表面与所述气体分配板的下表面相互间隔，且在二者之间设置有密封圈，所述密封圈采用线接触的方式分别与所述腔室侧壁的上表面和所述气体分配板的下表面相接触，用以对二者之间的间隙进行密封。

2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述密封圈在其径向横截面上的投影形状为“C”形。

3.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述密封圈采用导电材料制作。

4.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，在所述腔室侧壁的上表面和/或所述气体分配板的下表面上设置有定位凸部，用以限定所述密封圈的位置。

5.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，在所述腔室侧壁内分别设置有腔室加热器和腔室冷却通道，其中，

所述腔室加热器用于加热所述腔室侧壁；

通过向所述腔室冷却通道内通入冷却介质冷却所述腔室侧壁。

6.根据权利要求5所述的反应腔室，其特征在于，所述腔室冷却通道沿所述腔室侧壁的轴向呈螺旋状缠绕。

7.根据权利要求5所述的反应腔室，其特征在于，在所述腔室侧壁上还设置有热电偶，用以检测所述腔室侧壁的温度。

8.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，在所述气体分配板的外围环绕设置有环形加热器，用于加热所述气体分配板；并且，

在所述气体分配板内还设置有环形冷却通道，用于冷却所述气体分配板。

9.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述反应腔室还包括介质窗，所述介质窗设置在所述气体分配板的顶部；在所述介质窗的上部设置有电感耦合线圈，所述电感耦合线圈用于在所述反应腔室内产生等离子体，

在所述介质窗内设置有介质窗加热器，用于加热所述介质窗。

10.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述反应腔室还包括进气装置，

所述进气装置包括中央进气喷嘴，用于自所述气体分配板的中心位置处向所述反应腔室内输送工艺气体；或者，

所述进气装置包括中央进气喷嘴和至少一个边缘进气喷嘴，其中，所述中央进气喷嘴用于自所述气体分配板的中心位置处向所述反应腔室内输送工艺气体；所述至少一个边缘进气喷嘴用于自所述气体分配板的侧面或者所述腔室侧壁向所述反应腔室内输送工艺气体；或者，

所述进气装置包括至少两个顶部进气喷嘴，用于对应所述气体分配板的不同位置向所述反应腔室内输送工艺气体。