CN106298425B - 提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室，包括金属真空腔室、若干个依次同轴设置、直径不同的石英介质桶，最上端的所述石英介质桶上端密封，最下端的所述石英介质桶和所述金属真空腔室连通，相邻两所述石英介质桶之间相互连通，每个石英介质桶外均缠绕有射频线圈，每个石英介质桶及射频线圈外均设置有屏蔽室，每相邻两石英介质桶之间相互屏蔽隔离，所述每个石英介质桶上均设置有进气口，所述金属真空腔室底部设置出气口。本发明可以提高腔室内中心区域的等离子体密度，从而提高等离子体的径向均匀性。

Description

提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室
技术领域
本发明涉及一种反应室，特别是涉及一种应用于材料表面改性及表面处理的射频等离子体反应室。
背景技术
射频感应耦合等离子体放电可以产生具有化学活性的原子、分子基团及离子等，所以被广泛应用于材料表面改性及表面处理等领域。对于全球的芯片生产制造工艺来讲，等离子体处理技术起着极为重要的作用，尤其是在超大规模集成电路制造工艺中，有着近三分之一的工序是借助等离子体加工技术来完成的，如等离子体清洗、等离子体刻蚀、等离子体镀膜、等离子体去胶等等。近年来，随着芯片加工工艺的发展，为了提高效率和节约成本，刻蚀晶片的直径越来越大，因此要求等离子体工艺腔室直径也越来越大，如晶片直径从10cm到20cm，再到30cm(目前主流设备制造商生产的晶片为30cm)，再到45cm的直径，而刻蚀机的等离子体反应室的直径要大于晶片直径。但是随着腔室直径的增大，在柱面线圈射频感性耦合等离子体源中，当腔室直径较大时，如直径达30cm及45cm等，等离子体的密度在径向上很难保证均匀性，尤其是出现了中心低，周边高的密度分布趋势。而等离子体密度的不均匀性，将导致使用该设备生产的晶片是废品。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室，以解决上述现有技术存在的问题，其可以提高腔室内中心区域的等离子体密度，从而提高等离子体的径向均匀性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室，包括金属真空腔室、若干个依次同轴设置、直径不同的石英介质桶，最上端的所述石英介质桶上端密封，最下端的所述石英介质桶和所述金属真空腔室连通，相邻两所述石英介质桶之间相互连通，每个石英介质桶外均缠绕有射频线圈，每个石英介质桶及射频线圈外均设置有屏蔽室，每相邻两石英介质桶之间相互屏蔽隔离，所述每个石英介质桶上均设置有进气口，所述金属真空腔室底部设置出气口。
本发明提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室，其中，所述石英介质桶为两个，下方的石英介质桶顶部固定有第一金属盖板，上方的石英介质桶固定于所述第一金属盖板上，所述第一金属盖板和上方的石英介质桶之间、下方的石英介质桶之间分别通过密封法兰相互密封，下方的石英介质桶上的进气口开在所述第一金属盖板上。
本发明提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室，其中，上方的石英介质桶顶部通过第二金属盖板密封，上方的石英介质桶上的进气口开在所述第二金属盖板的中心，所述第二金属盖板和上方的石英介质桶之间通过密封法兰相互密封。
本发明提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室，其中，所述下方的石英介质桶底部固定有第三金属盖板，所述下方的石英介质桶和所述第三金属盖板之间通过密封法兰相互密封。
本发明提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室，其中，所述金属真空腔室顶部和所述第三金属盖板之间相互密封。
本发明提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室，其中，所述第三金属盖板上设置有连通所述金属真空腔室内腔的进气口。
本发明提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室，其中，所述金属真空腔室侧壁上开有若干个观察窗，每个观察窗上分别设置有一连接法兰。
本发明提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室，其中，所述下方的石英介质桶和上方的石英介质桶之间通过金属屏蔽隔层相互屏蔽隔离。
本发明提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室，其中，所述下方的石英介质桶内径为30-60cm、高度为10-30cm、壁厚1-2cm，所述上方的石英介质桶内径为3-10cm、高度为10-20cm、壁厚0.5-1cm。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：由于本发明提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室，包括金属真空腔室及若干个依次同轴设置、直径不同的石英介质桶，每个石英介质桶外均缠绕有射频线圈，每个石英介质桶上均设置有进气口，因此通过调节加在各射频线圈上的射频功率源的功率大小，以及控制各进气口之间的工作气体流量大小提高腔室内中心区域的等离子体密度，使得等离子体密度在石英介质桶中具有很好的径向均匀性。由于各射频线圈的射频功率输入不同，在各石英介质桶中气体的被电离率不一样，因此通过改变气体的流速，可以调节气体的电离率，从而改变等离子体中原子、分子、正离子、负离子的比值。
另外，由于第三金属盖板上设置有连通金属真空腔室内腔的进气口，因此通过该进气口进入金属真空腔室内腔的空气和电离产生的等离子体相互碰撞，可使电离产生的等离子体更均匀并且温度降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室的主视局部剖视结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室，包括金属真空腔室11、两个或多个依次同轴设置、直径不同的石英介质桶，最上端的石英介质桶上端密封，最下端的石英介质桶和金属真空腔室11连通，相邻两石英介质桶之间相互连通，每个石英介质桶外均缠绕有射频线圈，每个石英介质桶及射频线圈外均设置有屏蔽室，用于屏蔽射频线圈产生的电磁辐射，每相邻两石英介质桶之间相互屏蔽隔离，用于防止相邻两射频线圈产生的电磁辐射相互影响，每个石英介质桶上均设置有进气口，金属真空腔室11底部设置出气口111，出气口111用于和真空获得设备相连接，如机械泵、分子泵等。
如图1所示，石英介质桶设置两个，位于下方的石英介质桶12内径为30-60cm、高度为10-30cm、壁厚1-2cm，石英介质桶12顶部固定有第一金属盖板14，位于上方的石英介质桶13内径为3-10cm、高度为10-20cm、壁厚0.5-1cm，石英介质桶13固定于第一金属盖板14上，第一金属盖板14和石英介质桶13、12之间分别通过密封法兰21、22相互密封，石英介质桶12上的进气口121开在第一金属盖板14上，石英介质桶12外缠绕有第一射频线圈31，第一射频线圈31为1-10匝。
如图1所示，石英介质桶13外缠绕有第二射频线圈32，第二射频线圈32为1-6匝，石英介质桶13顶部通过第二金属盖板17密封，石英介质桶13上的进气口131开在第二金属盖板17的中心，第二金属盖板17和石英介质桶13之间通过密封法兰23相互密封；石英介质桶12底部固定有第三金属盖板15，石英介质桶12和第三金属盖板15之间通过密封法兰24相互密封，金属真空腔室11顶部和第三金属盖板15相互抵靠，并且金属真空腔室11顶部和第三金属盖板15之间通过O型圈相互密封。第三金属盖板15上设置有连通金属真空腔室11内腔的进气口112。石英介质桶12和石英介质桶13之间通过金属屏蔽隔层25相互屏蔽隔离，石英介质桶12、第一射频线圈31外的金属屏蔽室33底部固定于第三金属盖板15上、顶部固定于金属屏蔽隔层25上，石英介质桶13、第二射频线圈32外的金属屏蔽室34底部固定于金属屏蔽隔层25上、顶部和第二金属盖板17密封连接。
如图1所示，金属真空腔室11侧壁上开有多个观察窗113，每个观察窗113上分别设置有一连接法兰，用于安装诊断测量等离子体参数相关仪器的窗口，金属真空腔室11的底板上开有观察窗114，观察窗114上设置有观察窗法兰，用于安装质谱仪器或者安装实验用的基片台，金属真空腔室11安装于试验架台16上。
本发明提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室的使用方法：首先将第二射频线圈32通过同轴传输线，经过匹配网络之后与一射频功率源相连接；其次将第一射频线圈31通过同轴传输线，经过匹配网络之后与另一射频功率源相连接；然后将真空获得设备连接在出气口111上；各进气口分别经过气体流量控制器与气体钢瓶相连接；真空测量设备与一个观察窗113上的连接法兰相连。以上工作完成后，启动真空获得设备，并将工作气体经过各进气口通入到反应室中，通过调节进气及出气的流量，将气压控制在1-100Pa之间，然后将上述两射频功率源打开，进行射频功率的输出，从而能够产生等离子体，在产生等离子体之后，通过调节两射频功率源的功率大小，以及控制各进气口之间的工作气体流量大小使得等离子体密度在石英介质桶中具有很好的径向均匀性。
另外，由于第一射频线圈和第二射频线圈的射频功率输入不一样，因此在石英介质桶12和石英介质桶13中气体的被电离率不一样，因此通过改变气体的流速，可以调节气体的电离率，从而改变等离子体中原子、分子、正离子、负离子的比值。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室，其特征在于：包括金属真空腔室(11)、若干个依次同轴设置、直径不同的石英介质桶，最上端的所述石英介质桶上端密封，最下端的所述石英介质桶和所述金属真空腔室(11)连通，相邻两所述石英介质桶之间相互连通，每个石英介质桶外均缠绕有射频线圈，每个石英介质桶及射频线圈外均设置有屏蔽室，每相邻两石英介质桶之间相互屏蔽隔离，所述每个石英介质桶上均设置有进气口，所述金属真空腔室(11)底部设置出气口(111)。
2.根据权利要求1所述的提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室，其特征在于：所述石英介质桶为两个，下方的石英介质桶(12)顶部固定有第一金属盖板(14)，上方的石英介质桶(13)固定于所述第一金属盖板(14)上，所述第一金属盖板(14)和上方的石英介质桶(13)、下方的石英介质桶(12)之间分别通过密封法兰相互密封，下方的石英介质桶(12)上的进气口开在所述第一金属盖板(14)上。
3.根据权利要求2所述的提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室，其特征在于：上方的石英介质桶(13)顶部通过第二金属盖板(17)密封，上方的石英介质桶(13)上的进气口开在所述第二金属盖板(17)的中心，所述第二金属盖板(17)和上方的石英介质桶(13)之间通过密封法兰相互密封。
4.根据权利要求3所述的提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室，其特征在于：所述下方的石英介质桶(12)底部固定有第三金属盖板(15)，所述下方的石英介质桶(12)和所述第三金属盖板(15)之间通过密封法兰相互密封。
5.根据权利要求4所述的提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室，其特征在于：所述金属真空腔室(11)顶部和所述第三金属盖板(15)之间相互密封。
6.根据权利要求5所述的提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室，其特征在于：所述第三金属盖板(15)上设置有连通所述金属真空腔室(11)内腔的进气口。
7.根据权利要求2所述的提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室，其特征在于：所述金属真空腔室(11)侧壁上开有若干个观察窗(113)，每个观察窗(113)上分别设置有一连接法兰。
8.根据权利要求2所述的提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室，其特征在于：所述下方的石英介质桶(12)和上方的石英介质桶(13)之间通过金属屏蔽隔层(25)相互屏蔽隔离。
9.根据权利要求2所述的提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室，其特征在于：所述下方的石英介质桶(12)内径为30-60cm、高度为10-30cm、壁厚1-2cm，所述上方的石英介质桶(13)内径为3-10cm、高度为10-20cm、壁厚0.5-1cm。
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