CN108735622A - 反应腔室和半导体加工设备 - Google Patents

反应腔室和半导体加工设备 Download PDF

Info

Publication number
CN108735622A
CN108735622A CN201710261842.6A CN201710261842A CN108735622A CN 108735622 A CN108735622 A CN 108735622A CN 201710261842 A CN201710261842 A CN 201710261842A CN 108735622 A CN108735622 A CN 108735622A
Authority
CN
China
Prior art keywords
recess portion
reaction chamber
vacuum sealing
shield cover
faraday shield
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710261842.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108735622B (zh
Inventor
王文章
陈鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd
Beijing North Microelectronics Co Ltd
Original Assignee
Beijing North Microelectronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing North Microelectronics Co Ltd filed Critical Beijing North Microelectronics Co Ltd
Priority to CN201710261842.6A priority Critical patent/CN108735622B/zh
Publication of CN108735622A publication Critical patent/CN108735622A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108735622B publication Critical patent/CN108735622B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67155—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations
    • H01L21/67207—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations comprising a chamber adapted to a particular process
    • H01L21/67213—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations comprising a chamber adapted to a particular process comprising at least one ion or electron beam chamber

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

本发明属于半导体加工技术领域，具体涉及反应腔室、半导体加工设备。该反应腔室包括真空密封桶和内嵌于所述真空密封桶的法拉第屏蔽罩，该法拉第屏蔽罩开设有贯穿其厚度的开缝，真空密封桶的内壁在对应于开缝的区域处开设有凹部，该凹部用于容纳来自法拉第屏蔽罩的开缝处的工艺副产物。该反应腔室结构更简单，加工更容易，由于该凹部可容纳来自法拉第屏蔽罩的开缝处的工艺副产物，因此，有效解决了真空密封桶清洗维护周期长的问题，而且在同等条件下电磁能与等离子体的耦合效率更高；相应的，在此基础上形成的半导体加工设备具有更长的清洗维护周期和更好的加工效果。

Description

反应腔室和半导体加工设备
技术领域
本发明属于半导体加工技术领域，具体涉及反应腔室和半导体加工设备。
背景技术
法拉第屏蔽罩(Faraday shield)常用于电感耦合等离子体的预清洗(Preclean)装置中，以减少等离子体容性耦合成份，提高等离子体密度。尤其在刻蚀(sputtering)镀有金属(Metal)薄膜的晶圆时，法拉第屏蔽罩是一个必不可少的组件，还起着减少陶瓷桶(Ceramic tub)上金属沉积的作用。
通常情况下，法拉第屏蔽罩设有多条开缝，以减少电涡流损耗，使得电磁场能量耦合到等离子体中。被溅射出来的金属颗粒可以穿过法拉第屏蔽罩的开缝沉积在陶瓷桶上，在开缝之间形成薄膜。当金属薄膜达到一定厚度时，法拉第屏蔽罩的开缝将阻塞，导致电涡流损耗非常大，电磁能难以有效地耦合到等离子体中，从而影响预清洗腔的性能，如刻蚀速率降低、均匀性变差等。因此，陶瓷桶必须定期清洗维护。
如图1所示为现有刻蚀(PVD)工艺设备中带有法拉第屏蔽罩的预清洗装置的结构示意图。腔室由双层法拉第屏蔽罩1、陶瓷桶4、电感线圈5、金属屏蔽罩6、放置晶圆的基座7和下电极射频电源8及上电极射频电源9等部分组成。同时参考如图2所示的法拉第屏蔽罩与陶瓷桶的俯视图，法拉第屏蔽罩1采用双层嵌套结构，紧嵌入在陶瓷桶4的内部。法拉第屏蔽罩1的双层嵌套结构带有多条外圈开缝21和内圈开缝22，外圈开缝21与内圈开缝22交错排列，在减少等离子体的容性耦合、增加等离子体密度的同时，还能阻碍大部分金属污染物沉积在陶瓷桶上，避免需要在短期内清洗维护陶瓷桶。但是，双层法拉第屏蔽罩增加了设备的复杂性，加工精度及成本较高。
为了不影响产能，陶瓷桶的维护周期(Maintenance period)越长越好。因此，设计一种结构简单，便于加工，而且维护周期长的预清洗装置成为目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中上述不足，提供一种反应腔室和半导体加工设备，该反应腔室结构简单，便于加工，而且真空密封桶维护周期长。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是该反应腔室，包括真空密封桶和内嵌于所述真空密封桶的法拉第屏蔽罩，所述法拉第屏蔽罩开设有贯穿所述法拉第屏蔽罩厚度的开缝，其中，所述真空密封桶的内壁在对应于所述开缝的区域处开设有凹部，所述凹部用于容纳来自所述法拉第屏蔽罩的开缝处的工艺副产物。
优选的是，所述凹部与所述开缝一一对应设置，所述凹部的中心线位于所述开缝的中心面。
优选的是，所述凹部与所述开缝具有相同的高度。
优选的是，所述凹部沿所述真空密封桶的径向的深度范围为2mm-3mm。
优选的是，所述凹部的开口宽度大于等于所述开缝的横向宽度。
优选的是，所述凹部的横向截面形状包括长方形、燕尾形或倒凸形。
优选的是，所述凹部的横向截面形状为燕尾形或倒凸形，所述凹部的外侧宽度大于所述凹部的内侧宽度，所述凹部的内侧宽度大于所述法拉第屏蔽罩的开缝的横向宽度。
优选的是，所述开缝为贯穿所述法拉第屏蔽罩的厚度的竖缝。
优选的是，所述真空密封桶为陶瓷桶或石英桶。
一种半导体加工设备，包括上述的反应腔室。
本发明的有益效果是：
该反应腔室结构更简单，加工更容易，由于真空密封桶对应着于开缝的区域开设有凹部，该凹部可容纳来自法拉第屏蔽罩的开缝处的工艺副产物，因此，可有效解决了真空密封桶清洗维护周期长的问题，而且在同等条件下电磁能与等离子体的耦合效率更高；
相应的，在此基础上形成的半导体加工设备具有更长的清洗维护周期和更好的加工效果。
附图说明
图1为现有技术中预清洗装置的结构示意图；
图2为图1中双层法拉第屏蔽罩与陶瓷桶的俯视图；
图3为本发明实施例中反应腔室的结构示意图；
图4为图3中法拉第屏蔽罩与真空密封桶的俯视图；
图5A和图5B为图4中真空密封桶与法拉第屏蔽罩的开缝的局部结构示意图；
附图标识中：
1－法拉第屏蔽罩；2－开缝；21－外圈开缝；22－内圈开缝；3－凹部；4－陶瓷桶；40－真空密封桶；5－电感线圈；6－金属屏蔽罩；7－基座；8－下电极射频电源；9－上电极射频电源；10－容纳空间；11－金属薄膜；
a－法拉第屏蔽罩开缝的横向宽度；b－凹部内侧宽度；c－凹部外侧宽度；d－凹部深度。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明反应腔室和半导体加工设备作进一步详细描述。
本实施例提供一种反应腔室，该反应腔室包括真空密封桶和内嵌于真空密封桶内部的法拉第屏蔽罩，法拉第屏蔽罩开设有贯穿法拉第屏蔽罩厚度的开缝，其中，真空密封桶的内壁在对应于开缝的区域处开设有凹部，该凹部用于容纳来自法拉第屏蔽罩的开缝处的工艺副产物。该反应腔室通过在真空密封桶的内壁开设凹部，形成容纳等离子体发生过程中的副产物沉积在真空密封桶上的容纳空间，即使得金属颗粒沉积在凹部中，使副产物沉积区与法拉第屏蔽罩实现分离，从而延长反应腔室的清洗维护周期。
如图3所示为本实施例中反应腔室的结构示意图，法拉第屏蔽罩1采用单层结构，紧嵌入在真空密封桶40内部，并且真空密封桶40的内壁在对应着开缝2的区域处对应开设有凹部3。在通常情况下，法拉第屏蔽罩1是接地的；真空密封桶40起着真空密封的作用；金属屏蔽罩6的作用为屏蔽电感线圈5向外辐射的电磁能；下电极射频电源8通过匹配器将射频功率施加在放置晶圆的基座7上，吸引离子轰击晶圆，达到清洗晶圆的目的；上电极射频电源9将电磁能感性耦合到等离子体中，主要控制等离子体的密度。
如图4所示为法拉第屏蔽罩1与真空密封桶40的俯视图，在正对着法拉第屏蔽罩1的开缝2的地方，真空密封桶40上形成了一定深度的凹部3，这些凹部3的宽度要略大于法拉第屏蔽罩1的开缝2宽度，从而使得穿过开缝2的金属颗粒仅沉积在凹部3中。由于在工艺过程中，反应腔室在不断地进气与抽气，而凹部3内的容纳空间与进抽气空间相通，因此一部分溅射出来的金属颗粒也会沿着凹部3方向被抽走。只有当金属颗粒将凹部3填满，法拉第屏蔽罩1的开缝2被阻塞，真空密封桶40才需要清洗维护。相比现有技术中没有凹部3的陶瓷桶，这种设计方式能够大大延长其所需的清洗维护周期。在一个维护周期内，法拉第屏蔽罩1上电涡流损耗不会增加多少。因此，预清洗腔的刻蚀速率及均匀性都能较好的维持稳定。
优选的是，凹部3与开缝2一一对应设置，凹部3的中心线位于开缝2的中心面，即凹部3的中心线重合于由开缝2的中心线决定的中心面，以使得凹部3能与开缝2有最大的重合面积，不管凹部3的宽度如何都能容纳尽可能多的等离子体发生过程中的沉积金属颗粒副产物。当然，若仅部分开缝2对应开设有凹部3也是可以的。
优选的是，开缝2为贯穿法拉第屏蔽罩1的厚度的竖缝。另外，凹部3与开缝2具有相同的高度，凹部3与开缝2等高以便于能均衡容纳等离子体发生过程中的沉积金属颗粒副产物。
其中，凹部3的深度小于真空密封桶40的厚度，凹部3沿真空密封桶40的径向深度范围为2mm-3mm。这里应该理解的是，凹部3的深度可以根据工艺条件或刻蚀金属量进行灵活调节，只要真空密封桶40有一定的厚度，凹部3的深度合适，就能够保证真空密封桶40的机械结构强度，不会影响腔室的真空密封性能。
本实施例中反应腔室中，真空密封桶40内壁的凹部3的横向截面形状可以各异，优选的是，凹部3的横向截面形状为长方形、燕尾形或倒凸形。当然，凹部3并不限于上述的横向截面形状，只要能使得真空密封桶40内壁在对应着开缝2的区域下凹，并使得填充在下凹区域的金属颗粒容易被抽吸走即可，这里不做限定。
当凹部3的截面形状为长方形时，凹部3的开口宽度大于等于开缝2的横向宽度。或者，当凹部3的横向截面形状为燕尾形或倒凸形时，凹部3的外侧宽度大于凹部3的内侧宽度，凹部3的内侧宽度大于法拉第屏蔽罩1的开缝2的横向宽度。上述凹部3中内凹底部大于内凹顶部的结构，能保证金属颗粒更快、更多的聚集在凹部3的内部。
优选的是，真空密封桶40为陶瓷桶或石英桶，相对石英桶而言，陶瓷桶更易于在表层加工形成凹部3。当然，真空密封桶也可为反应腔室腔室壁。
图5A和图5B示出了陶瓷桶上两种不同横向截面形状的凹部3的俯视图，图5A中的凹部3的横向截面形状为燕尾形，图5B中的凹部3的横向截面形状为倒凸形，凹部3内形成容纳空间10。图5A和图5B中的虚线箭头示出了金属颗粒所能在陶瓷桶上凹部3内的沉积位置，黑色粗线为凹部3内沉积的金属薄膜11。在图5A和图5B中，只要保证凹部外侧宽度c＞凹部内侧宽度b＞法拉第屏蔽罩开缝的横向宽度a，并且凹部3有一定的深度(凹部深度d大约2mm-3mm)，大部分金属颗粒就只会沉积在远离法拉第屏蔽罩1的开缝2的凹部3地方，从而不会堵塞法拉第屏蔽罩1的开缝2，避免了影响电磁能与等离子体的耦合效率。
本实施例的反应腔室，有效解决了现有技术中存在的在刻蚀金属薄膜的晶圆时，刻蚀的金属颗粒会在陶瓷桶上沉积出与开缝形状一致的金属薄膜而导致陶瓷桶的维护周期短的问题。
在本实施例中，在以上反应腔室的基础上，可形成半导体加工设备，例如预清洗腔室或刻蚀腔室，用来刻蚀金属薄膜或其他导电的介质。由于半导体加工设备采用了上述的反应腔室，因此可以减少大量刻蚀副产物沉积在例如陶瓷桶的内壁上，避免陶瓷桶上的金属颗粒沉积，尽可能的减少刻蚀金属颗粒对陶瓷桶的污染，避免需要在短期内清洗维护陶瓷桶，有效延长陶瓷桶的维护周期。
容易理解的是，本实施例中反应腔室适合于所有带法拉第屏蔽罩1与真空密封桶40的任何加工腔室中。
本实施例中的带有法拉第屏蔽罩和真空密封桶的反应腔室，通过在真空密封桶中对应法拉第屏蔽罩的开缝的区域开设凹部，相比现有技术中采用双层法拉第屏蔽罩的装置结构，该反应腔室结构更简单，加工更容易，有效解决了真空密封桶清洗维护周期长的问题，而且在同等条件下电磁能与等离子体的耦合效率更高；相应的，在此基础上形成的半导体加工设备具有更长的清洗维护周期和更好的加工效果。
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，包括真空密封桶和内嵌于所述真空密封桶的法拉第屏蔽罩，所述法拉第屏蔽罩开设有贯穿所述法拉第屏蔽罩厚度的开缝，其特征在于，所述真空密封桶的内壁在对应于所述开缝的区域处开设有凹部，所述凹部用于容纳来自所述法拉第屏蔽罩的开缝处的工艺副产物。
2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述凹部与所述开缝一一对应设置，所述凹部的中心线位于所述开缝的中心面。
3.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述凹部与所述开缝具有相同的高度。
4.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述凹部沿所述真空密封桶的径向的深度范围为2mm-3mm。
5.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述凹部的开口宽度大于等于所述开缝的横向宽度。
6.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述凹部的横向截面形状包括长方形、燕尾形或倒凸形。
7.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述凹部的横向截面形状为燕尾形或倒凸形，所述凹部的外侧宽度大于所述凹部的内侧宽度，所述凹部的内侧宽度大于所述法拉第屏蔽罩的开缝的横向宽度。
8.根据权利要求1-7任一项所述的反应腔室，其特征在于，所述开缝为贯穿所述法拉第屏蔽罩的厚度的竖缝。
9.根据权利要求1-7任一项所述的反应腔室，其特征在于，所述真空密封桶为陶瓷桶或石英桶。
10.一种半导体加工设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的反应腔室。
CN201710261842.6A 2017-04-20 2017-04-20 反应腔室和半导体加工设备 Active CN108735622B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710261842.6A CN108735622B (zh) 2017-04-20 2017-04-20 反应腔室和半导体加工设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710261842.6A CN108735622B (zh) 2017-04-20 2017-04-20 反应腔室和半导体加工设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108735622A true CN108735622A (zh) 2018-11-02
CN108735622B CN108735622B (zh) 2021-10-15

Family

ID=63933169

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710261842.6A Active CN108735622B (zh) 2017-04-20 2017-04-20 反应腔室和半导体加工设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108735622B (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0850996A (ja) * 1994-08-05 1996-02-20 Aneruba Kk プラズマ処理装置
EP0845800A1 (en) * 1996-11-27 1998-06-03 Hitachi, Ltd. Plasma processing apparatus
CN1619011A (zh) * 2003-11-17 2005-05-25 三星电子株式会社 使用螺旋自谐振线圈的电离物理汽相沉积装置
KR100783071B1 (ko) * 2006-12-22 2007-12-07 세메스 주식회사 패러데이 실드 유닛 및 이를 갖는 기판 처리 장치
CN101094938A (zh) * 2004-12-28 2007-12-26 拉姆研究公司 溅射蚀刻金属层所用窗口保护器
WO2008106632A2 (en) * 2007-03-01 2008-09-04 Applied Materials, Inc. Rf shutter
CN101441983A (zh) * 2007-11-21 2009-05-27 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 等离子体约束装置及应用该约束装置的半导体处理设备
CN102418073A (zh) * 2010-09-27 2012-04-18 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 溅射腔室、预清洗腔室以及等离子体加工设备
CN102543636A (zh) * 2010-12-27 2012-07-04 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 法拉第屏蔽及等离子体加工设备
KR20170043299A (ko) * 2015-10-13 2017-04-21 세메스 주식회사 기판 처리 장치

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0850996A (ja) * 1994-08-05 1996-02-20 Aneruba Kk プラズマ処理装置
EP0845800A1 (en) * 1996-11-27 1998-06-03 Hitachi, Ltd. Plasma processing apparatus
CN1619011A (zh) * 2003-11-17 2005-05-25 三星电子株式会社 使用螺旋自谐振线圈的电离物理汽相沉积装置
CN101094938A (zh) * 2004-12-28 2007-12-26 拉姆研究公司 溅射蚀刻金属层所用窗口保护器
KR100783071B1 (ko) * 2006-12-22 2007-12-07 세메스 주식회사 패러데이 실드 유닛 및 이를 갖는 기판 처리 장치
WO2008106632A2 (en) * 2007-03-01 2008-09-04 Applied Materials, Inc. Rf shutter
CN101441983A (zh) * 2007-11-21 2009-05-27 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 等离子体约束装置及应用该约束装置的半导体处理设备
CN102418073A (zh) * 2010-09-27 2012-04-18 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 溅射腔室、预清洗腔室以及等离子体加工设备
CN102543636A (zh) * 2010-12-27 2012-07-04 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 法拉第屏蔽及等离子体加工设备
KR20170043299A (ko) * 2015-10-13 2017-04-21 세메스 주식회사 기판 처리 장치

Also Published As

Publication number Publication date
CN108735622B (zh) 2021-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10984993B2 (en) Plasma processing apparatus
JP5656458B2 (ja) プラズマ処理装置
JP4621287B2 (ja) プラズマ処理装置
KR100890654B1 (ko) 플라즈마 처리 장치 및 배기링
JP6238963B2 (ja) プロセスキットシールドおよびプロセスキットシールドを有する物理的気相堆積チャンバ
KR20130056900A (ko) 플라스마 처리장치
KR100960978B1 (ko) 플라즈마 제조 방법 및 장치
US20230122695A1 (en) Corrosion resistant ground shield of processing chamber
CN110416053A (zh) 一种电感耦合等离子体处理系统
CN105097401A (zh) 一种反应腔室及半导体加工设备
WO2011143527A2 (en) Process kit shield for improved particle reduction
CN105898977A (zh) 等离子体生成设备
TWI682048B (zh) 用於物理氣相沉積介電質沉積的設備
KR20090016610A (ko) 용량 결합형 자기 중성선 플라즈마 스퍼터장치
CN101080133B (zh) 感应耦合等离子体反应器
WO2013030954A1 (ja) スパッタリング薄膜形成装置
CN104746043B (zh) 反应腔室及等离子体加工设备
CN108735622A (zh) 反应腔室和半导体加工设备
CN209282164U (zh) 一种射频放电系统及其法拉第屏蔽结构
KR100931846B1 (ko) 유도성 결합 플라즈마의 내장형 ｒｆ 안테나 및 이를장착한 플라즈마 챔버
KR20120070355A (ko) 플라즈마 처리장치 및 이를 위한 안테나 플레이트
JPWO2011155479A1 (ja) エッチング装置
TWI553138B (zh) Sputtering film forming device

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant