CN109935541A - 一种反应腔室 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种反应腔室，腔室呈立方体形状，内部为中空圆柱形，具有基座(13)，其形状为圆柱中空碗型，在其侧壁上对称地设置有两个支撑管道(14,15)，支撑管道(14,15)为中空结构，并且中空部分与反应腔室的外部大气环境相连通；载片台(2)，安装于所述基座(13)的上表面；长方形槽口(12)，设置在反应腔室的侧壁，作为机械手进出口；以及抽气口(16)，设置在反应腔室的底部，作为真空泵的连接处。本发明的反应腔室可以实现腔室内部抽气气流的均匀分布，且支撑管道在反应腔室内部的占据空间较小，可以极大程度的提高抽气工作效率。同时，两支撑管道的结构可以将射频连接与其他电气、流体管道分开，避免了射频泄露或干扰信号等问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种反应腔室。
背景技术
在半导体集成电路制造工艺中，刻蚀是其中最为重要的一道工序。其中，等离子体刻蚀是常用的刻蚀方式之一。通常刻蚀发生在真空反应腔室内，真空反应腔室内通常包括静电吸附卡盘，用于承载吸附晶圆、射频负载及冷却晶圆等作用。目前在对半导体器件等的制作过程中，通常将静电吸附卡盘放置在真空的处理腔室中部的基座上，晶圆位于静电吸附卡盘的上表面，在基座顶部的电极中施加射频，使在处理腔室内形成引入的反应气体的等离子体对晶圆进行加工处理。在静电吸附卡盘上一般设置有氦气通道，将氦气通入晶圆背面，进行晶圆温度的控制。静电吸附卡盘中还需要设置有冷却介质通道，通过与其中流经的冷却液进行热交换，对静电吸附卡盘温度进行控制。为了保证反应腔室内抽气气流的均匀性，真空泵一般设置与反应腔室的正下方，而反应腔室中心位置的静电吸附卡盘的背部各个接线口等需要与外界大气状态进行连接，包括氦气管路，电气线路及冷却液管路等，因此需要在中心基座中设置与反应腔室外界大气连通的管路通道。
目前现有的一些设备中，该连通管路的设计数量有1个，3个及5个。图1所示为现有的一种单臂支撑管道的反应腔室的结构示意图。该反应腔室的基座53侧壁设有一个延伸至反应腔室50侧壁的支撑管道51，载片台2背部所有的连接电气线路及流体管路52等均通过该管道与外界大气环境连接，该种腔室的设计会导致反应腔室内部抽气气流不均匀，影响反应均匀性。同时，使用单臂支撑结构，射频连接与电气、流体管道等部件位于同一区域，对射频的隔离和屏蔽要求高，极易产生屏蔽效果不佳造成射频泄露，损坏电气部件等问题。图2所示为现有三种支撑管道的反应腔室的结构示意图，其基座65侧壁有三个延伸至反应腔室60侧边的支撑管道61，62，63，载片台背部所有的连接电气线路及流体管路等分别通过该三个管道与外界大气环境连接，该种腔室的设计会导致支撑管道占据反应腔室内部的空间过大，导致抽气效率降低。
发明内容
为了解决上述问题，本发明公开一种反应腔室，腔室呈立方体形状，内部为中空圆柱形，具有基座，其形状为圆柱中空碗型，在其侧壁上对称地设置有两个支撑管道，所述支撑管道为中空结构，并且中空部分与反应腔室的外部大气环境相连通；载片台，安装于所述基座的上表面；长方形槽口，设置在反应腔室的侧壁，作为机械手进出口；以及抽气口，设置在反应腔室的底部，作为真空泵的连接处。
本发明的反应腔室中，优选为，两个所述支撑管道由基座的侧壁分别延伸至反应腔室的两个相对的侧壁。
本发明的反应腔室中，优选为，两个所述支撑管道由基座的侧壁延伸至反应腔室的底部。
本发明的反应腔室中，优选为，所述两个支撑通道中的一个中通过电气线路、氦气通入气管和冷却介质管路，所述两个支撑通道中的另一个中通过射频连接线。
本发明的反应腔室中，优选为，所述支撑管道的截面形状是外方内圆。
本发明的反应腔室中，优选为，所述支撑管道的截面呈环形，并且在上下两侧有凸起，以使得气流流过所述凸起时流场均匀分布。
本发明的反应腔室中，优选为，所述反应腔室包括上部腔室和底部腔室，两者相互配合以可拆卸的方式密封连接，所述上部腔室包括所述基座、所述载片台和所述长方形槽口；所述底部腔室的中央形成有呈碗状收缩的凹陷结构，所述凹陷结构与所述基座相互配合，所述抽气口设置在所述凹陷结构的底部。
本发明的反应腔室中，优选为，所述上部腔室的底面设置有螺纹孔，在所述底部腔室的相应位置设有螺钉配合孔，所述凹陷结构的上表面设有密封圈凹槽，通过螺钉压紧所述密封圈封凹槽内的密封圈实现所述上部腔室和所述底部腔室之间的连接与密封。
本发明的反应腔室中，优选为，反应腔室的材质为铝，表面电镀有硬质氧化层。
本发明的反应腔室可以实现腔室内部抽气气流的均匀分布，且支撑管道在反应腔室内部的占据空间较小，可以极大程度的提高抽气工作效率。同时，两支撑管道的结构可以将射频连接与其他电气、流体管道分开，射频连接可以通过一支撑管道单独接入，避免了射频泄露或干扰信号等问题。
附图说明
图1是现有技术的一种单臂支撑管道的反应腔室的结构示意图。
图2是现有技术的一种三臂支撑管道的反应腔室的结构示意图。
图3A是本发明的第一实施方式的反应腔室的结构示意图。
图3B是本发明的第一实施方式的反应腔室的内部截面示意图。
图3C是本发明的第一实施方式的反应腔室的俯视图。
图4A～4B是本发明的第二实施方式的反应腔室的分离状态的示意图。
图5是本发明的反应腔室沿支撑管道截面的剖视图。
图6A～图6C是在保持腔室内压力一定的情况下，通入不同流量气体时，腔体内晶圆表面的气体流速仿真结果示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“垂直”“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。除非在下文中特别指出，器件中的各个部分可以由本领域的技术人员公知的材料构成，或者可以采用将来开发的具有类似功能的材料。
第一实施方式
本发明的反应腔室10，如图3A～3C所示，呈立方体形状，内部为中空圆柱形，具有基座13，载片台2，长方形槽口12和抽气口16。其中，基座13的形状是圆柱中空碗型，在其侧壁上对称地设置有两个支撑管道14,15。支撑管道14,15为中空结构，并且中空部分与反应腔室10的外部大气环境相连通。两个支撑管道14,15由基座13的侧壁分别延伸至反应腔室10的两个相对的侧壁。载片台2安装于基座13的上表面。长方形槽口12设置在反应腔室的侧壁，作为机械手进出口。抽气口16设置在反应腔室10的底部，作为真空泵的连接处。反应腔室的材质为铝，表面可电镀有硬质氧化层，防止工艺过程中等离子体的侵蚀。
两个对称支撑管道的分布方式可以使真空泵在对反应腔室进行抽气时腔室内部的气流均匀分布，避免对反应腔室内部工艺结果的不良影响。支撑管道内部为中空的，其中空区域保证基座内部和反应腔室外部大气是连通的，可作为载片台2背部连接口的出线通道，其中支撑管道15内部可通过电气线路，氦气通入气管，冷却介质管路18等，另一支撑管道14内部可通过射频连接线17等。电气线路连接至载片台2底部，给载片台2实施加热及温度测量。氦气管路连接至载片台2底部，给放置在载片台2上表面的晶圆背部实施冷却。冷却介质管道传输冷却液至载片台底部，对载片台进行冷却。射频连接线17连接至载片台2底部，给整个载片台2施加射频，使得反应腔室10上部进入的反应气体在该射频作用下形成等离子体，且加速达到晶圆表面实施等离子体反应。
第二实施方式
作为本发明的优选实施例，本实施方式与第一实施方式的区别在于，将反应腔室分割成上下两个独立的部分。如图4A所示，反应腔室包括上部腔室101和底部腔室102，两者相互配合以可拆卸的方式密封连接。其中，上部腔室101包括基座13、载片台2和长方形槽口12。其中基座13、载片台2和长方形槽口的具体结构与上述实施方式的相同，在此不再赘述。底部腔室102的中央形成有呈碗状收缩的凹陷结构202，凹陷结构202与基座13相互配合。抽气口16设置在凹陷结构202的底部。本实施方式有效降低了因反应腔室中两支撑管道的存在带来的加工难度，降低了加工成本，提高了生产的成本。
上部腔室和底部腔室间的密封连接可通过多种方式实现。作为具体的一例，如图4A～4B所示，上部腔室101的底面110设置有螺纹孔111，在底部腔室102的相应位置设有螺钉配合孔200，凹陷结构202的上表面设有密封圈凹槽201，通过螺钉压紧所述密封圈凹槽201内的密封圈实现上部腔室101和底部腔室102之间的连接与密封。
第三实施方式
作为本发明的优选实施例，本实施方式与第一实施方式的区别在于，两个所述支撑管道14,15由基座13的侧壁延伸至反应腔室的底部，且均匀对称分布。该种分布方式可以保证反应腔室侧壁的完整性，所有由支撑管道内部传输的气路及电路等均可以在反应腔室底部排布。
在上述任一实施方式中，支撑管道14和15的截面形状可以为外方内圆形，或其他形式。进一步优选地，为了使得腔室10顶部的反应气流更加顺畅的从两个支撑管道的上方流过，支撑管道可以设计成截面呈环形，并且在上下两侧有凸起，如图5所示。腔盖进气组件90位于反应腔室10的正上方，在进行设备工艺过程中，反应气流从腔盖进气组件90流出，沿箭头70方向被位于反应腔室10底部的分子泵3抽走。反应气流经过晶圆5的上表面之后经过两侧支撑管道14,15。支撑管道14,15凸起状的特征使得流过该部分的气流走向沿着箭头80的方向，流场更为均匀。该部分的等离子体场变化对晶圆5靠近该两支撑管道的边缘区域影响较小，提高晶元工艺结果的均匀性。
本发明的反应腔室可以实现腔室内部抽气气流的均匀分布，且支撑管道在反应腔室内部的占据空间较小，可以极大程度的提高抽气工作效率。同时，两支撑管道的结构可以将射频连接与其他电气、流体管道分开，射频连接可以通过一支撑管道单独接入，避免了射频泄露或干扰信号等问题。
图6A～图6C是在保持腔室内压力一定的情况下，通入不同流量气体时，腔体内晶圆表面的气体流速仿真结果示意图：图6A所示为只从腔体上部通入气体，气体流量为150sccm时的结果；图6B所示为从腔体上部和侧边同时通入气体，上部的气体流量为120sccm，侧边的流量是30sccm时的结果；图6C所示为从腔体上部和侧边同时通入气体，上部和侧边的气体流量均为75sccm时的结果。从图中可以看出无论腔体上部和侧边气体流量的分占比例为多少，中部圆形区域表示的晶圆表面的分布状况均较好，颜色一致。也就是说，在采用两支撑管道时，腔体内部晶圆表面的气体流速都比较均匀，这有利于提高等离子体分布于晶圆表面的均匀性，保证半导体刻蚀设备的工艺均匀性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种反应腔室，腔室呈立方体形状，内部为中空圆柱形，其特征在于，
具有基座(13)，其形状为圆柱中空碗型，在其侧壁上对称地设置有两个支撑管道(14,15)，所述支撑管道(14,15)为中空结构，并且中空部分与反应腔室的外部大气环境相连通；
载片台(2)，安装于所述基座(13)的上表面；
长方形槽口(12)，设置在反应腔室的侧壁，作为机械手进出口；以及
抽气口(16)，设置在反应腔室的底部，作为真空泵的连接处。
2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，
两个所述支撑管道(14,15)由基座(13)的侧壁分别延伸至反应腔室的两个相对的侧壁。
3.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，
两个所述支撑管道(14,15)由基座(13)的侧壁延伸至反应腔室的底部。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的反应腔室，其特征在于，
所述两个支撑通道(14,15)中的一个中通过电气线路、氦气通入气管和冷却介质管路，所述两个支撑通道(14,15)中的另一个中通过射频连接线。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的反应腔室，其特征在于，
所述支撑管道(14,15)的截面形状是外方内圆。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的反应腔室，其特征在于，
所述支撑管道(14,15)的截面呈环形，并且在上下两侧有凸起，以使得气流流过所述凸起时流场均匀分布。
7.根据权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，
所述反应腔室包括上部腔室(101)和底部腔室(102)，两者相互配合以可拆卸的方式密封连接，所述上部腔室(101)包括所述基座(13)、所述载片台(2)和所述长方形槽口(12)；
所述底部腔室(102)的中央形成有呈碗状收缩的凹陷结构(202)，所述凹陷结构(202)与所述基座(13)相互配合，所述抽气口(16)设置在所述凹陷结构(202)的底部。
8.根据权利要求7所述的反应腔室，其特征在于，
所述上部腔室(101)的底面(110)设置有螺纹孔(111)，在所述底部腔室(102)的相应位置设有螺钉配合孔(200)，所述凹陷结构(202)的上表面设有密封圈凹槽(201)，通过螺钉压紧所述密封圈封凹槽(201)内的密封圈实现所述上部腔室(101)和所述底部腔室(102)之间的连接与密封。
9.根据权利要求1、2、3、7或8所述的反应腔室，其特征在于，
反应腔室的材质为铝，表面电镀有硬质氧化层。
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| CN111725105B (zh) * | 2020-06-22 | 2024-04-16 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 半导体设备 |
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| PB01 | Publication | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |