CN109801824B - 介质窗组件及反应腔室 - Google Patents

Abstract

本发明提供了介质窗组件，包括第一介质窗和第二介质窗；所述第一介质窗与腔体壁形成封闭的腔室；所述第二介质窗叠置在所述第一介质窗的背离所述腔室的一面上。本发明还提供一种包括上述介质窗组件的反应腔室。本发明不仅降低介质窗更换成本，而且可提高介质窗更换或清洗效率。

Description

介质窗组件及反应腔室

技术领域

本发明属于半导体加工设备技术领域，具体涉及一种介质窗组件及反应腔室。

背景技术

等离子体被广泛应用于半导体器件的生产过程中。等离子体刻蚀或者沉积的工作原理是：借助射频电源向等离子腔体供电以产生等离子体，等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，这些活性粒子和置于腔体并曝露在等离子体环境下的基片相互作用，使基片表面发生各种物理和化学反应，从而完成基片的刻蚀或者沉积等工艺过程。

图1现有的典型的ICP腔室的结构示意图，请参阅图1，该腔室包括：底壁5、侧壁4和介质窗2，三者形成封闭的工艺空间；并且，在介质窗2和侧壁4的接触面上设置有密封圈3，以封闭工艺空间；在介质窗2还设置有通孔，进气装置1经过该通孔向工艺空间内输送工艺气体，在进气装置1和通孔之间还设置有密封装置9，以密封二者之间的间隙；在介质窗2的上方还设置有线圈，线圈与射频电源(图中未示出)，射频电源用于提供射频信号，用以通过介质窗2耦合至工艺空间并将工艺气体激发形成等离子体8；其中，介质窗2的材质通常由石英、陶瓷、碳化硅等绝缘材料制成，介质窗2的厚度通常为 40mm～80mm。该腔室在长时间使用后，介质窗2的位于腔室内的表面会被刻蚀地凹凸不平，也会造成基片的表面颗粒增多，故需要拆卸介质窗进行清洗或者更换，从而不仅介质窗更换成本较高；而且由于介质窗2的重量较大，不便于拆卸、搬运，造成介质窗2的维护效率差。

图2为现有技术中另一种介质窗的结构示意图，请参阅图2，介质窗2包括中心部22、外周部21和密封圈23，其中，中心部22的中心位置处设置有贯穿上下表面的进气孔24，用于向腔室内输送气体；外周部21设置有通孔211，中心部22可拆卸地在通孔211内与外周部 21安装，通过密封圈23密封中心部22和外周壁21接触位置。图2所示的介质窗相对图1而言，为一种分体式的介质窗2结构，采用该介质窗，与图1所示，由于外周部21的下表面也存在被刻蚀的情况，因此，仍然需要将外周部21和中心部22更换，也存在介质窗更换成本较高的问题；需要中心部22和外周部21均拆卸，因此，也存在不便于拆卸、搬运的问题。

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，提出了一种介质窗组件及反应腔室，不仅可降低介质窗更换成本，而且可提高介质窗更换或清洗效率。

为解决上述问题之一，本发明提供了一种介质窗组件，所述介质窗组件包括第一介质窗和第二介质窗；所述第一介质窗与腔体壁形成封闭的腔室；所述第二介质窗叠置在所述第一介质窗的背离所述腔室的一面上。

优选地，所述第一介质窗和所述第二介质窗的材料不同。

优选地，所述第一介质窗的厚度小于所述第二介质窗的厚度。

优选地，所述第一介质窗的厚度范围为5mm～15mm；所述第二介质窗的厚度范围为40mm～80mm。

优选地，所述第一介质窗和所述第二介质窗均为平板介质窗；所述第一介质窗和所述第二介质窗上设置有用于安装进气装置的通孔。

优选地，所述第一介质窗和所述第二介质窗均为桶状介质窗。

优选地，所述介质窗组件还包括：第一密封件；所述第一密封件用于密封所述第二介质窗上的通孔和所述进气装置之间的间隙。

优选地，所述介质窗组件还包括：第二密封件；所述第二密封件用于密封所述第一介质窗和所述第二介质窗之间的间隙，以及所述第一介质窗和所述腔室的腔室壁之间的间隙。

优选地，所述介质窗组件还包括：第三密封件；所述第三密封件用于密封所述第一介质窗和/或所述第二介质窗与所述腔室的腔室壁之间的间隙。

作为另外一个技术方案，本发明还提供一种反应腔室，包括介质窗组件和感应线圈，所述介质窗组件采用上述提供的介质窗组件，以作为所述反应腔室的顶壁或者侧壁；所述感应线圈设置在所述介质窗组件的外侧，用于与射频电源相连，以使射频电源提供的射频能量通过所述介质窗组件耦合至反应腔室内部激发工艺气体形成等离子体。

本发明具有以下有益效果：

本发明中，由于介质窗组件包括叠置的第一介质窗和第二介质窗，第一介质窗与腔体壁形成封闭的腔室；第二介质窗叠置在第一介质窗的背离所述腔室的一面上，也就是说，第一介质窗相对第二介质窗更靠近腔室内部环境，第一介质窗将第二介质窗与腔室内部环境隔离，因此，仅第一介质窗的表面随着工艺时间会被刻蚀，故，仅需要更换第一介质窗而不需要更换第二介质窗，从而不仅可以降低介质窗更换成本，而且由于第一介质窗相对整个介质窗而言，重量相对较轻，因此，便于拆卸、搬运，从而可以提高介质窗更换或清洗效率。

附图说明

图1现有的典型的ICP腔室的结构示意图；

图2为现有技术中另一种介质窗的结构示意图；

图3为应用本发明提供的第一种介质窗组件的结构示意图；

图4为应用本发明提供的第二种介质窗组件的结构示意图。

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提供的介质窗组件及反应腔室进行详细描述。

实施例1

图3为应用本发明提供的第一种介质窗组件的结构示意图；请参阅图3，本发明实施例提供的介质窗组件，包括第一介质窗301和第二介质窗302；第一介质窗301与腔体壁形成封闭的腔室；第二介质窗302叠置在第一介质窗301的背离腔室的一面上，也就是说，第一介质窗301相对第二介质窗302更靠近腔室内部环境(即，图3中等离子体60环境)，第一介质窗将第二介质窗与腔室内部环境隔离，用于作为腔室顶壁。

如图3所示，第一介质窗301和第二介质窗302均为平板介质窗；用以作为腔室的顶壁，另外，在第一介质窗301和第二介质窗302上设置有安装进气装置70的通孔，具体地，进气装置70的出气端贯穿至与第一介质窗301的下表面平齐或者下方，这样，可以避免工艺气体为第一介质窗301上通孔的内壁进行腐蚀。

优选地，进气装置70的出气端与第一介质窗301的下表面之间的垂直距离范围在0mm～3mm，不仅可避免第一介质窗301上通孔的内壁进行腐蚀，而且还能够保证工艺气体快速地在腔室内扩散。

优选地，第一介质窗301和第二介质窗302的材料不同，这样，第一介质窗301可以相对选用耐刻蚀的材料，而第二介质窗302不需要选用耐刻蚀的材料，从而不仅提高第一介质窗301被更换的周期，而且还可以降低成本。

另外优选地，第一介质窗301的厚度小于第二介质窗302的厚度，以便于更好地降低成本和提高介质窗维护(更换、清洗)效率。在此需要强调的是，第一介质窗301的厚度优选地应在保证可靠支撑第二介质窗302的情况下尽可能地取最小值。

优选地，第一介质窗301的厚度范围在5mm～15mm，更优选地，第一介质窗301的厚度为10mm；第二介质窗的厚度范围在 40mm～80mm；更优选地，第二介质窗的厚度为50mm。

优选地，介质窗组件还包括：第一密封件303和第二密封件304；其中，第一密封件303用于密封第二介质窗302上的通孔和进气装置 70之间的间隙，第一介质窗301上的通孔和进气装置之间未设置密封件；第二密封件304用于密封第一介质窗301和第二介质窗302之间的间隙，以及第一介质窗301和腔室的腔室壁之间的间隙。

在这种情况下，第一介质窗301的上下表面均处于真空中，不会承受很大的大气压力，从而降低第一介质窗301被压碎的风险。并且，由于第一介质窗301上的通孔和进气装置之间未设置密封件，因此，在每次腔室维护后安装时可以减小对第一介质窗301的磕碰，保证了第一介质窗301的使用寿命。

综上所述，本发明实施例提供的介质窗组件在应用时，仅需要更换第一介质窗301而不需要更换第二介质窗302，从而不仅可以降低介质窗更换成本，而且由于第一介质窗301相对整个介质窗而言，重量相对较轻，因此，便于拆卸、搬运，从而可以提高介质窗更换或清洗效率。

实施例2

图4为应用本发明提供的第二种介质窗组件的结构示意图，请参阅图4，本发明实施例提供的介质窗组件与上述实施例1相似，同样包括第一介质窗301和第二介质窗302，二者的不同点在于：第一介质窗 301和第二介质窗302均为桶状介质窗，如图4所示，第一介质窗301 和第二介质窗302形成的介质窗作为腔室的环形侧壁。

在本实施例中，腔室介质窗还包括：第三密封件305；第三密封件 305用于密封第二介质窗302与腔室的腔室壁之间的间隙，以保证整个腔室工艺环境的密封性。当然，在实际应用中，也可以借助第三密封件305来密封第一介质窗301与腔室的腔室壁之间的间隙。

实施例3

本发明还提供一种反应腔室，请参阅图3和图4，包括介质窗组件 30和感应线圈50，介质窗组件30对应采用实施例1和2提供的介质窗组件，对应作为述反应腔室的顶壁或者侧壁；感应线圈50设置在腔室介质窗组件30的外侧，用于与射频电源相连，以使射频电源提供的射频能量通过介质窗组件耦合至反应腔室内部激发工艺气体形成等离子体。具体地，如图3所示，感应线圈50为沿介质窗组件所在平面设置有平面线圈；如图4所示，感应线圈50为沿第二介质窗30表面缠绕的立体线圈。

具体地，参阅图3和图4，反应腔室包括腔体40，腔体40和介质窗限定了腔室的工艺空间(等离子体60所在区域)；还包括抽气结构 80，用于与抽气装置相连，实现腔室在真空环境和大气环境切换。

如图4所示，进气装置70贯穿腔室的顶壁，用于向腔室内输送工艺气体，在顶壁和进气装置相接触的位置处设置有密封机构90，用于密封二者之间的间隙。

本发明实施例提供的反应腔室，由于采用上述实施例提供的介质窗组件30，因此，不仅可以降低反应腔室的维护成本；而且还可以提高反应腔室的维护效率。

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 (9)

1.一种介质窗组件，其特征在于，所述介质窗组件包括第一介质窗和第二介质窗；

所述第一介质窗与腔体壁形成封闭的腔室；

所述第二介质窗叠置在所述第一介质窗的背离所述腔室的一面上；

所述第一介质窗和所述第二介质窗均由绝缘材料制成；

所述第一介质窗和所述第二介质窗均为平板介质窗，或所述第一介质窗和所述第二介质窗均为桶状介质窗。

2.根据权利要求1所述的介质窗组件，其特征在于，所述第一介质窗和所述第二介质窗的材料不同。

3.根据权利要求1所述的介质窗组件，其特征在于，所述第一介质窗的厚度小于所述第二介质窗的厚度。

4.根据权利要求3所述的介质窗组件，其特征在于，所述第一介质窗的厚度范围为5mm～15mm；

所述第二介质窗的厚度范围为40mm～80mm。

5.根据权利要求1所述的介质窗组件，其特征在于，当所述第一介质窗和所述第二介质窗均为平板介质窗时；

所述第一介质窗和所述第二介质窗上设置有用于安装进气装置的通孔。

6.根据权利要求5所述的介质窗组件，其特征在于，所述介质窗组件还包括：第一密封件；

所述第一密封件用于密封所述第二介质窗上的通孔和所述进气装置之间的间隙。

7.根据权利要求5所述的介质窗组件，其特征在于，所述介质窗组件还包括：第二密封件；

所述第二密封件用于密封所述第一介质窗和所述第二介质窗之间的间隙，以及所述第一介质窗和所述腔室的腔室壁之间的间隙。

8.根据权利要求1所述的介质窗组件，其特征在于，当所述第一介质窗和所述第二介质窗均为桶状介质窗时，所述介质窗组件还包括：第三密封件；

所述第三密封件用于密封所述第一介质窗和/或所述第二介质窗与所述腔室的腔室壁之间的间隙。

9.一种反应腔室，其特征在于，包括介质窗组件和感应线圈，所述介质窗组件采用权利要求1-8任意一项所述的介质窗组件，以作为所述反应腔室的顶壁或者侧壁；

所述感应线圈设置在所述介质窗组件的外侧，用于与射频电源相连，以使射频电源提供的射频能量通过所述介质窗组件耦合至反应腔室内部激发工艺气体形成等离子体。

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