CN108538745B - 反应腔室 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种反应腔室，其包括接地的腔体，在腔体内设置有下电极和内衬组件，内衬组件包括衬环，衬环包括筒体和环形部，筒体的上端与腔体连接，并通过腔体接地；环形部水平设置在筒体的下端，且环绕在所述下电极的周围，并且在环形部上设置有沿其周向环绕的多个第一筛孔。内衬组件还包括环形垫板，环形垫板叠置在环形部上，且在环形垫板上设置有多个第二筛孔，第二筛孔的数量与第一筛孔的数量相对应，且第二筛孔与第一筛孔一一对应地设置。本发明提供的反应腔室，其可以有效地将经过该筛孔的等离子体在筛孔表面泯灭，从而可以避免射频泄漏。

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
在半导体刻蚀设备中，通常将由射频电源提供的射频能量传输到反应腔室中，电离高真空状态下的特殊气体(如氩气Ar、氦气He、氮气N2、氢气H2等)，产生含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子的等离子体，这些活性粒子和置于反应腔室中并曝露在等离子体环境下的晶圆之间发生复杂的相互作用，使晶圆材料表面发生各种物理和化学反应，从而使晶圆材料表面性能发生变化，从而完成晶圆的刻蚀工艺。
当反应腔室起辉，并加载高射频功率时，反应腔室内部布满等离子体。为了避免射频泄漏，需要将反应腔室与内衬接地，以实现自由等离子体接地。图1为现有的一种反应腔室的剖视图。请参阅图1，反应腔室包括接地的腔体1，在腔体1内设置有下电极2和衬环3，其中，衬环3环绕在下电极3的周围，且衬环3的定位端面31与腔体1的上端面接触，从而实现衬环3接地。衬环3的下端水平设置有环形部32，该环形部32环绕在下电极3的周围，且在环形部32上设置有沿其周向环绕的筛孔(图中未示出)，用以将经过该筛孔的等离子体在筛孔表面泯灭。
上述反应腔室在实际应用中不可避免地存在以下问题：
为了保证固定衬环3时，衬环3能够具有一定的弹性变形，环形部32的深度，即筛孔的深度不宜过大，但是目前的筛孔深度不能有效地将经过该筛孔的等离子体在筛孔表面泯灭，从而容易导致射频泄漏。
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，其可以有效地将经过该筛孔的等离子体在筛孔表面泯灭，从而可以避免射频泄漏。
为实现本发明的目的而提供一种反应腔室，包括接地的腔体，在所述腔体内设置有下电极和内衬组件，所述内衬组件包括衬环，所述衬环包括筒体和环形部，所述筒体的上端与所述腔体连接，并通过所述腔体接地；所述环形部水平设置在所述筒体的下端，且环绕在所述下电极的周围，并且在所述环形部上设置有沿其周向环绕的多个第一筛孔，所述内衬组件还包括环形垫板，
所述环形垫板叠置在所述环形部上，且在所述环形垫板上设置有多个第二筛孔，所述第二筛孔的数量与所述第一筛孔的数量相对应，且所述第二筛孔与所述第一筛孔一一对应地设置。
优选的，所述第一筛孔的深度为2～4mm。
优选的，所述第二筛孔的深度为2～8mm。
优选的，每个所述第一筛孔包括第一长形孔，所述第一长形孔的长径轴线沿所述环形部的径向设置。
优选的，每个所述第二筛孔包括第二长形孔，所述第二长形孔的形状与所述第一长形孔的形状相同。
优选的，每个所述第二筛孔的形状被设置为使所述环形部的部分表面通过所述第二筛孔暴露在所述腔体的内部环境中。
优选的，每个所述第一筛孔包括第一长形孔，所述第一长形孔的长径轴线沿所述环形部的径向设置；
每个所述第二筛孔包括第二长形孔及一个或多个扩孔，其中，所述第二长形孔的形状与所述第一长形孔的形状相同；
所述扩孔的沿所述环形垫板径向的轴线与所述第二长形孔的纵向轴线重合，且多个所述扩孔沿所述第二长形孔的纵向轴线间隔设置；所述扩孔沿所述第二长形孔的短径方向的直径大于所述第二长形孔的短径。
优选的，所述第一长形孔的短径为3～6mm。
优选的，所述内衬组件还包括第一真空螺钉；
在所述环形部上，且位于所述第一筛孔的内侧设置有沿其周向间隔分布的多个第一固定孔；在所述环形垫板上设置有沿其周向间隔分布的多个第二固定孔，所述第二固定孔的数量与所述第一固定孔的数量相对应，且所述第二固定孔与所述第一固定孔一一对应地设置；
所述第一真空螺钉安装在所述第一固定孔和所述第二固定孔中，以将所述环形部和所述环形垫板固定在一起。
优选的，所述内衬组件还包括第一绝缘帽，所述第一绝缘帽覆盖所述第一真空螺钉暴露在所述腔体的内部环境中的部分。
优选的，所述内衬组件还包括接地部件，所述接地部件分别与所述环形部和所述下电极连接，用以使所述环形部通过所述下电极接地。
优选的，所述下电极包括下电极本体和接口盘，其中，
所述下电极本体通过所述腔体接地；
所述接口盘环绕设置在所述下电极本体的侧壁上；
所述接地部件设置在所述接口盘上，且分别与所述环形部和接口盘电连接。
优选的，所述内衬组件还包括第二真空螺钉；
在所述接地部件上设置有沿其周向间隔分布的多个第三固定孔；在所述接口盘上设置有沿其周向间隔分布的多个第四固定孔，所述第三固定孔的数量与所述第四固定孔的数量相对应，且所述第三固定孔与所述第四固定孔一一对应地设置；
所述第二真空螺钉安装在所述第三固定孔和所述第四固定孔中，以将所述接地部件和所述接口盘固定在一起。
优选的，所述内衬组件还包括第二绝缘帽，所述第二绝缘帽覆盖所述第二真空螺钉暴露在所述腔体的内部环境中的部分。
优选的，在所述接地部件与所述环形部之间，在所述接地部件与所述接口盘之间，以及在所述环形部与所述环形垫板之间均设置有至少一个诱电线圈。
优选的，对所述接地部件与所述环形部相接触的表面，所述接地部件与所述接口盘相接触的表面，以及所述环形部与所述环形垫板相接触的表面均进行阳极氧化处理和镀镍处理。
优选的，所述接地部件包括一个完整的环体，或者包括沿所述环形部的周向间隔分布的多个分体。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的反应腔室，其在衬环的环形部上叠置有环形垫板，在该环形垫板上设置有多个第二筛孔，第二筛孔的数量与环形部上的第一筛孔的数量相对应，且第二筛孔与第一筛孔一一对应地设置。这样，无需增大第一筛孔的深度，也能够延长等离子体经过筛孔的深度，从而既能够保证衬环具有一定的弹性变形，又能够有效地将经过筛孔的等离子体在筛孔表面泯灭，进而避免射频泄漏。
附图说明
图1为现有的一种反应腔室的剖视图；
图2为本发明实施例提供的反应腔室的剖视图；
图3为本发明实施例中衬环的俯视图；
图4为本发明实施例中环形垫板的俯视图；
图5为本发明实施例中接地部件的俯视图；以及
图6为本发明实施例中接口盘的俯视图。
附图标记说明：
腔体1；下电极2；衬环3；定位端面31；衬环3的环形部32；腔体4；下电极5；衬环6；筒体62；环形凸台61；衬环6的环形部63；第一筛孔64；环形垫板7；第二筛孔73；第二长形孔731；三个扩孔732；第一真空螺钉8；第一固定孔631；第一绝缘帽9；接地部件13；接口盘12；第二真空螺钉10；第三固定孔132；第四固定孔121；第二绝缘帽11；第一通孔632；第二通孔72；第二固定孔71；第五固定孔131；诱电线圈槽133；诱电线圈槽122。
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。
请一并参阅图2～图6，反应腔室包括接地的腔体4，在该腔体4内设置有下电极5和内衬组件，其中，下电极5用于承载晶圆，且通过加载射频电压，吸引等离子体刻蚀晶圆。下电极5通过腔体4接地。
内衬组件包括衬环6，该衬环6包括筒体62，该筒体62的上端与腔体4连接，并通过腔体4接地。具体地，在筒体62的上端设置有环形凸台61，该环形凸台61的下表面与腔体4的顶部端面相接触，从而实现接地。另外，在环形凸台61的下表面与腔体4的顶部端面之间还设置有密封圈(图中未示出)，以保证腔体4内部能够处于真空状态。
而且，衬环6还包括环形部63，该环形部63水平设置在筒体62的下端，且环绕在下电极5的周围，并且在环形部63上设置有沿其周向环绕的多个第一筛孔64。内衬组件还包括环形垫板7，该环形垫板7叠置在环形部63上，且在环形垫板7上设置有多个第二筛孔73，第二筛孔73的数量与第一筛孔64的数量相对应，且第二筛孔73与第一筛孔64一一对应地设置，即，二者在垂直方向上相互重叠合成一个筛孔。在实际应用中，在衬环6与腔体4的顶端之间设置有密封圈，在安装反应腔室的上盖之前，密封圈相对于腔体4的顶端凸出；在完成上盖的安装之后，密封圈被挤压变形，从而使衬环6发生一定的变形。在这种情况下，环形部63的厚度不宜过大，以保证衬环6的变形为弹性变形，但是，这又会存在这样的问题，即：第一筛孔64的深度不能有效地将经过该筛孔的等离子体在筛孔表面泯灭，为此，通过在环形部上叠置环形垫板7，且在该环形垫板7上设置多个上述第二筛孔73，无需增大第一筛孔64的深度，也能够延长等离子体经过筛孔的深度，从而既能够保证衬环6具有一定的弹性变形，又能够有效地将经过筛孔的等离子体在筛孔表面泯灭，进而避免射频泄漏。优选的，第一筛孔64的深度为2～4mm，在该深度范围内，可以保证衬环6具有一定的弹性变形。第二筛孔73的深度为2～8mm，在该深度范围内，能够有效地将经过筛孔的等离子体在筛孔表面泯灭。
在本实施例中，如图3所示，每个第一筛孔64包括第一长形孔，该第一长形孔的长径轴线沿环形部63的径向设置。第一长形孔可以为诸如椭圆形或者长方形等的长形形状。如图4所示，每个第二筛孔73包括第二长形孔731及三个扩孔732，其中，第二长形孔731的形状与上述第一长形孔的形状相同，从而二者在垂直方向上完全重合。三个扩孔732沿第二长形孔731的长径方向间隔设置，且每个扩孔732的沿环形垫板径向的轴线与第二长形孔731的纵向轴线重合，并且三个扩孔732的沿第二长形孔731的短径D1方向的直径(D2～D4)大于第二长形孔731的短径D1。借助扩孔732，可以使环形部63的部分表面通过各个扩孔732暴露在腔体1的内部环境中，从而增加了可以泯灭等离子体的表面积，进而可以进一步增强泯灭等离子体的效果。
在实际应用中，上述第一长形孔的短径可以根据反应腔室中的流体速率和2倍的等离子体鞘层厚度而设定，优选的，第一长形孔的短径D1为3～6mm，该范围可以保证反应腔室的抽真空效率，同时有效地将经过筛孔的等离子体在筛孔表面泯灭。
需要说明的是，在本实施例中，各个扩孔732为圆孔，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，各个扩孔还可以为椭圆形、长方形或者其他任意形状，且不同的扩孔的形状可以相同也可以不同。另外，扩孔732的数量也可以为一个、两个或者四个以上。
或者，也可以不使用扩孔，而仅使第二长形孔的尺寸大于第一长形孔的尺寸，来实现环形部63的部分表面通过各个扩孔732暴露在腔体1的内部环境中。
在本实施例中，环形部63与环形垫板7的固定方式具体为：内衬组件还包括第一真空螺钉8。而且，在环形部63上，且位于第一筛孔64的内侧设置有沿其周向间隔分布的多个第一固定孔631；在环形垫板7上设置有沿其周向间隔分布的多个第二固定孔71，第二固定孔71的数量与第一固定孔631的数量相对应，且第二固定孔71与第一固定孔631一一对应地设置，即，二者在垂直方向上的轴线重合。第一真空螺钉8安装在第二固定孔71与第一固定孔631中(螺纹连接)，以将环形部63与环形垫板7固定在一起。
优选的，内衬组件还包括第一绝缘帽9，该第一绝缘帽9覆盖第一真空螺钉8暴露在腔体4的内部环境中的部分，以保护第一真空螺钉8不被等离子体腐蚀。第一绝缘帽9可以采用绝缘的树脂材料制作。
另外，优选的，内衬组件还包括接地部件13，该接地部件13分别与环形部63和下电极5连接，用以使环形部63通过下电极5接地。借助接地部件13，可以增强衬环6的接地效果，从而不仅可以进一步提高泯灭等离子体的效果，而且还可以减少环形部63与下电极5之间发生放电现象的风险。
需要说明的是，在本实施例中，接地部件13包括一个完整的环体，如图5所示，但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，接地部件还可以包括沿环形部63的周向间隔分布的多个分体，每个分体可以为圆弧形或者长方形等等。
进一步的，在本实施例中，下电极5包括下电极本体和接口盘12，其中，下电极本体通过腔体4接地(图中未示出)。接口盘12环绕设置在下电极本体的侧壁上。接地部件13设置在接口盘12上，且分别与环形部63和接口盘12电连接，从而实现环形部63与接口盘12之间的电导通。
接地部件13与接口盘12的固定方式具体为：内衬组件还包括第二真空螺钉10。而且，在接地部件13上设置有沿其周向间隔分布的多个第三固定孔132；在接口盘12上设置有沿其周向间隔分布的多个第四固定孔121，第三固定孔132的数量与第四固定孔121的数量相对应，且第三固定孔132与第四固定孔121一一对应地设置，即，二者在垂直方向上的轴线重合。第二真空螺钉10安装在第三固定孔132和第四固定孔121中，以将接地部件13和接口盘12固定在一起。
优选的，内衬组件还包括第二绝缘帽11，该第二绝缘帽11覆盖第二真空螺钉10暴露在腔体4的内部环境中的部分，以保护第二真空螺钉10不被等离子体腐蚀。第二真空螺钉10可以采用绝缘的树脂材料制作。
另外，在环形部63上还设置有沿其周向间隔分布的多个第一通孔632，该第一通孔632与第一固定孔631分布在同一圆周上；并且，在环形垫板7上还设置有沿其周向间隔分布的多个第二通孔72，第二通孔72和第二固定孔71分布在同一圆周上。而且，第一通孔632和第二通孔72各自的数量与第三固定孔132的数量相对应，且第一通孔632和第二通孔72均与第三固定孔132一一对应地设置。借助第一通孔632和第二通孔72，可以先安装衬环6和环形垫板7，后安装第二真空螺钉10，从而给安装带来方便。
接地部件13与环形部63的固定方式具体为：在接地部件13上设置有沿其周向间隔分布的多个第五固定孔131，该第五固定孔131的数量与上述第一固定孔631的数量相对应，且第五固定孔131与第一固定孔631一一对应地设置，即，二者在垂直方向上的轴线重合。第一真空螺钉8安装在第二固定孔71、第一固定孔631和第五固定孔131中(螺纹连接)，以同时将环形部63、环形垫板7和接地部件13固定在一起。当然，在实际应用中，接地部件13与环形部63之间的连接方式并不局限于此，只要接地部件13能够与环形部63保持良性接触，以实现电导通即可。
优选的，在接地部件13与环形部63之间，在接地部件13与接口盘12之间，以及在环形部63与环形垫板7之间均设置有至少一个诱电线圈，用以进一步提高接地效果。在实际应用中，诱电线圈通过在相应的部件上设置诱电线圈槽来实现固定，例如，如图5所示，在接地部件13上设置有闭合环形的诱电线圈槽133，以及如图6所示，在接口盘12上设置有多个弧形的诱电线圈槽122。
进一步优选的，对接地部件13与环形部63相接触的表面，接地部件13与接口盘12相接触的表面，以及环形部63与环形垫板7相接触的表面均进行阳极氧化处理和镀镍处理，用于提高相应部件的抗腐蚀性。
综上所述，本发明实施例提供的反应腔室，其无需增大第一筛孔的深度，也能够延长等离子体经过筛孔的深度，从而既能够保证衬环具有一定的弹性变形，又能够有效地将经过筛孔的等离子体在筛孔表面泯灭，进而避免射频泄漏。
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 (14)

1.一种反应腔室，包括接地的腔体，在所述腔体内设置有下电极和内衬组件，所述内衬组件包括衬环，所述衬环包括环形凸台、筒体和环形部，所述筒体的上端与所述环形凸台连接，所述环形凸台的下表面搭接在所述腔体的顶部端面上，以通过所述腔体接地；所述环形凸台的下表面与所述腔体的顶部端面之间还设置有密封圈，所述密封圈相对于所述腔体的顶部端面凸出；所述环形部水平设置在所述筒体的下端，且环绕在所述下电极的周围，并且在所述环形部上设置有沿其周向环绕的多个第一筛孔，其特征在于，所述内衬组件还包括环形垫板，
所述环形垫板叠置在所述环形部上，且在所述环形垫板上设置有多个第二筛孔，所述第二筛孔的数量与所述第一筛孔的数量相对应，且所述第二筛孔与所述第一筛孔一一对应地设置；所述第一筛孔和所述第二筛孔均用于湮灭等离子体；所述环形垫板由导电材料制成；
每个所述第二筛孔的形状被设置为使所述环形部的部分表面通过所述第二筛孔暴露在所述腔体的内部环境中；
所述第一筛孔的深度为2～4mm；所述第二筛孔的深度为2～8mm。
2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，每个所述第一筛孔包括第一长形孔，所述第一长形孔的长径轴线沿所述环形部的径向设置。
3.根据权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，每个所述第二筛孔包括第二长形孔，所述第二长形孔的形状与所述第一长形孔的形状相同。
4.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，每个所述第一筛孔包括第一长形孔，所述第一长形孔的长径轴线沿所述环形部的径向设置；
每个所述第二筛孔包括第二长形孔及一个或多个扩孔，其中，所述第二长形孔的形状与所述第一长形孔的形状相同；
所述扩孔的沿所述环形垫板径向的轴线与所述第二长形孔的纵向轴线重合，且多个所述扩孔沿所述第二长形孔的纵向轴线方向间隔设置；所述扩孔沿所述第二长形孔的短径方向的直径大于所述第二长形孔的短径。
5.根据权利要求2-4任意一项所述的反应腔室，其特征在于，所述第一长形孔的短径为3～6mm。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的反应腔室，其特征在于，所述内衬组件还包括第一真空螺钉；
在所述环形部上，且位于所述第一筛孔的内侧设置有沿其周向间隔分布的多个第一固定孔；在所述环形垫板上设置有沿其周向间隔分布的多个第二固定孔，所述第二固定孔的数量与所述第一固定孔的数量相对应，且所述第二固定孔与所述第一固定孔一一对应地设置；
所述第一真空螺钉安装在所述第一固定孔和所述第二固定孔中，以将所述环形部和所述环形垫板固定在一起。
7.根据权利要求6所述的反应腔室，其特征在于，所述内衬组件还包括第一绝缘帽，所述第一绝缘帽覆盖所述第一真空螺钉暴露在所述腔体的内部环境中的部分。
8.根据权利要求1-4任意一项所述的反应腔室，其特征在于，所述内衬组件还包括接地部件，所述接地部件分别与所述环形部和所述下电极连接，用以使所述环形部通过所述下电极接地。
9.根据权利要求8所述的反应腔室，其特征在于，所述下电极包括下电极本体和接口盘，其中，
所述下电极本体通过所述腔体接地；
所述接口盘环绕设置在所述下电极本体的侧壁上；
所述接地部件设置在所述接口盘上，且分别与所述环形部和接口盘电连接。
10.根据权利要求9所述的反应腔室，其特征在于，所述内衬组件还包括第二真空螺钉；
在所述接地部件上设置有沿其周向间隔分布的多个第三固定孔；在所述接口盘上设置有沿其周向间隔分布的多个第四固定孔，所述第三固定孔的数量与所述第四固定孔的数量相对应，且所述第三固定孔与所述第四固定孔一一对应地设置；
所述第二真空螺钉安装在所述第三固定孔和所述第四固定孔中，以将所述接地部件和所述接口盘固定在一起。
11.根据权利要求10所述的反应腔室，其特征在于，所述内衬组件还包括第二绝缘帽，所述第二绝缘帽覆盖所述第二真空螺钉暴露在所述腔体的内部环境中的部分。
12.根据权利要求10所述的反应腔室，其特征在于，在所述接地部件与所述环形部之间，在所述接地部件与所述接口盘之间，以及在所述环形部与所述环形垫板之间均设置有至少一个诱电线圈。
13.根据权利要求10所述的反应腔室，其特征在于，对所述接地部件与所述环形部相接触的表面，所述接地部件与所述接口盘相接触的表面，以及所述环形部与所述环形垫板相接触的表面均进行阳极氧化处理和镀镍处理。
14.根据权利要求8所述的反应腔室，其特征在于，所述接地部件包括一个完整的环体，或者包括沿所述环形部的周向间隔分布的多个分体。
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