CN109994356A - 反应腔室和半导体加工设备 - Google Patents

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Abstract

一种反应腔室和半导体加工设备，反应腔室包括基座、射频连接件及射频源，射频连接件用于将射频源引入至所述基座，以为基座提供射频功率，还包括位于反应腔室内部的射频屏蔽件，射频屏蔽件具有容纳空间，射频连接件位于射频屏蔽件的容纳空间内，以对射频连接件进行电磁屏蔽。该反应腔室既能防止射频功率向外扩散，又能避免基座、设备通道内的线缆的电磁干扰，从而能够提高偏置射频的耦合效率。

Description

反应腔室和半导体加工设备
技术领域
本发明涉及半导体制造设备领域，具体涉及一种反应腔室和半导体加工设备。
背景技术
等离子体设备广泛应用于半导体、太阳能电池、平板显示等产品的制造工艺中。目前的制造工艺中所使用的等离子体设备主要基于直流放电、电容耦合等离子体(CCP)、电感耦合等离子体(ICP)以及电子回旋共振等离子体(ECR)等几类。这些类型的等离子体被广泛应用于物理气相沉积(PVD)、等离子体刻蚀以及等离子体化学气相沉积(CVD)等。
在目前常用的ICP设备中，工艺气体通过喷嘴进入反应腔室，在施加了射频电源的线圈的激发下，工艺气体电离成等离子体。对支撑晶片的静电卡盘(Electrostatic Chuck,ESC)通入射频，产生偏置电压，等离子体在偏压的驱动下，对吸附在静电卡盘上的晶片进行沉积刻蚀。刻蚀后的生成物通过分子泵和干泵抽走。ICP刻蚀设备在硅刻蚀中有着广泛的应用，并且也被逐渐引入到介质刻蚀如二氧化硅刻蚀中。
对于ICP设备的反应腔室，偏置(Bias)射频源、偏置射频匹配器、第一射频连接柱、第二射频连接柱和ESC组成下电极系统，偏置射频从用于支撑ESC的底座的侧面悬臂与反应腔体之间的连接面引入。除此之外，设备通道内还包含冷却液管路、氦气管路、ESC DC线、顶针机构驱动管路/线缆及位置检测装置连接线等。现有反应腔室的主要缺点在于设备通道里的管路、线缆数量较多，工作时，管路和线缆产生的电磁场可能影响射频连接柱的耦合效率，且不易于日常维护。
发明内容
本发明的目的是提供一种反应腔室和半导体加工设备，其能够克服现有装置中射频连接柱耦合效率不高、线缆不易维护的缺陷。
为了实现上述目的，本发明提出了一种反应腔室，包括基座、射频连接件及射频源，所述射频连接件用于将所述射频源引入至所述基座，以为所述基座提供射频功率，其特征在于，还包括位于反应腔室内部的射频屏蔽件，所述射频屏蔽件具有容纳空间，所述射频连接件位于所述射频屏蔽件的所述容纳空间内，以对所述射频连接件进行电磁屏蔽。
优选地，所述射频连接件包括相连的第一射频连接柱和第二射频连接柱，所述第一射频连接柱和所述基座连接，所述第二射频连接柱和所述射频源连接；
所述射频屏蔽件包括第一射频屏蔽件和第二射频屏蔽件，所述第一射频屏蔽件具有第一容纳空间，所述第二射频屏蔽件具有第二容纳空间，所述第一容纳空间和所述第二容纳空间相贯通；
所述第一射频连接柱和所述第二射频连接柱分别位于所述第一容纳空间和所述第二容纳空间内。
优选地，所述第一射频连接柱竖直设置，所述第二射频连接柱水平设置；
所述第一射频屏蔽件包括底壁和与所述底壁相连的环形侧壁，所述环形侧壁上设有通孔，所述底壁与所述环形侧壁围成的空间形成所述第一容纳空间；
所述第二射频屏蔽件为圆筒状结构，所述第二射频屏蔽件的一端通过所述通孔连接至所述第一射频屏蔽件的所述环形侧壁，所述圆筒状结构内的空间形成所述第二容纳空间。
优选地，所述第一射频屏蔽件的内壁与所述第一射频连接柱的外壁之间沿径向方向的距离为第一预设值，所述第二射频屏蔽件的内壁与所述第二射频连接柱的外壁之间沿径向方向的距离为第二预设值；
所述第一预设值和所述第二预设值均大于10mm。
优选地，所述反应腔室还包括位于所述基座下方的底座；
所述底座包括环形本体和沿所述环形本体径向向外伸出的第一悬臂，所述第一悬臂具有连通所述反应腔室内部和外部的第一通道；
所述环形本体沿周向开设有至少一个接口，每个所述接口均连接有第二悬臂，所述第二悬臂具有连通所述反应腔室内部和外部的第二通道。
优选地，所述环形本体沿周向开设有一个所述接口，所述接口连接有所述第二悬臂，所述第一悬臂和所述第二悬臂相对于所述环形本体在径向上的中心线对称。
优选地，所述第一射频屏蔽件位于所述环形本体内，所述第二射频屏蔽件位于所述第一通道内。
优选地，所述第二射频屏蔽件内设置有环形支撑件，所述环形支撑件套设在所述第二射频连接柱上。
优选地，所述第一射频屏蔽件和所述第二射频屏蔽件分别接地，且所述第一射频屏蔽件与所述第二射频屏蔽件通过螺纹固定连接。
本发明还提供一种半导体加工设备，包括所述的反应腔室。
本发明的有益效果在于：
1.设置射频屏蔽件对射频连接件进行电磁屏蔽，既能防止射频功率向外扩散，又能避免基座、设备通道内的线缆的电磁干扰，从而能够提高偏置射频的耦合效率。
2.在基座下方设置底座，底座的外周设置第一悬臂和第二悬臂，射频连接件可设于第一悬臂的通道内，设备管路和线缆可设于第二悬臂的通道内，从而将管路、线缆与射频连接件分离，提高日常维护的便利性。
3.第一悬臂和第二悬臂可相对于底座的环形本体在径向上的中心线对称设置，能够提高反应腔室内气流的均匀性。
4.射频屏蔽件、底座均可接地，从而保证各部件和反应腔室内的晶圆的工艺环境电位稳定。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。
图1显示根据本发明实施例的反应腔室的结构示意图；
图2显示根据本发明实施例的反应腔室的底座的结构示意图；
图3显示根据本发明实施例的反应腔室的第二悬臂的结构示意图。
附图标记说明：
1-射频源，2-射频匹配器，3-电感耦合线圈，4-介质窗，5-中心进气口，6-边缘进气口，7-腔体，8-晶圆，9-基座，10-冷却水道，11-顶针，12-绝缘环，13-设备安装盘，14-第二悬臂，15-第二通道，16-底座，17-底座支撑座，18-射频源，19-射频匹配器，20-第二射频连接柱，21-第二射频屏蔽件，22-环形支撑件，23-第一射频屏蔽件，24-第一射频连接柱，25-第一悬臂，26-第一通道。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
根据本发明实施例的反应腔室包括基座、射频连接件及射频源，射频连接件用于将射频源引入至基座，以为基座提供射频功率，反应腔室还包括位于反应腔室内部的射频屏蔽件，射频屏蔽件具有容纳空间，射频连接件位于射频屏蔽件的容纳空间内，以对射频连接件进行电磁屏蔽。
本发明实施例的反应腔室设置射频屏蔽件对射频连接件进行电磁屏蔽，既能防止射频功率向外扩散，又能避免基座、设备通道内的线缆的电磁干扰，从而能够提高偏置射频的耦合效率。
在一个示例中，射频连接件包括相连的第一射频连接柱和第二射频连接柱，第一射频连接柱和基座连接，第二射频连接柱和射频源连接；
射频屏蔽件包括第一射频屏蔽件和第二射频屏蔽件，第一射频屏蔽件具有第一容纳空间，第二射频屏蔽件具有第二容纳空间，第一容纳空间和第二容纳空间相贯通；
第一射频连接柱和第二射频连接柱分别位于第一容纳空间和第二容纳空间内。
如现有技术中所述，射频连接件可包括相连的第一射频连接柱和第二射频连接柱，以便于通过底座的侧面悬臂进入反应腔室内。相应地，射频屏蔽件包括第一射频屏蔽件和第二射频屏蔽件，二者的容纳空间相贯通，从而对第一射频连接柱和第二射频连接柱进行电磁屏蔽。
在一个示例中，第一射频连接柱竖直设置，第二射频连接柱水平设置；
第一射频屏蔽件包括底壁和与底壁相连的环形侧壁，环形侧壁上设有通孔，底壁与环形侧壁围成的空间形成第一容纳空间；
第二射频屏蔽件为圆筒状结构，第二射频屏蔽件的一端通过通孔连接至第一射频屏蔽件的环形侧壁，圆筒状结构内的空间形成第二容纳空间。
通常情况下，基座水平设置于反应腔室内，以支撑晶片，第一射频柱竖直设置，以便于与基座连接。相应地，第二射频连接柱水平设置，以便于通过底座的侧面悬臂。为了获得最佳屏蔽效果，第一射频屏蔽件包括底壁和与底壁相连的环形侧壁，从而形成桶状的第一容纳空间，第二射频屏蔽件为圆筒状结构，形成圆筒状的第二容纳空间。
在一个示例中，第一射频屏蔽件的内壁与第一射频连接柱的外壁之间沿径向方向的距离为第一预设值，第二射频屏蔽件的内壁与第二射频连接柱的外壁之间沿径向方向的距离为第二预设值；第一预设值和第二预设值均大于10mm。提高射频连接柱与射频屏蔽件之间的距离有利于保证能量反射最小，从而提高射频功率的传输效率。
在一个示例中，反应腔室还包括位于基座下方的底座；底座包括环形本体和沿环形本体径向向外伸出的第一悬臂，第一悬臂具有连通反应腔室内部和外部的第一通道；环形本体沿周向开设有至少一个接口，每个接口均连接有第二悬臂，第二悬臂具有连通反应腔室内部和外部的第二通道。特别地，第一射频屏蔽件位于环形本体内，第二射频屏蔽件位于第一通道内。
第一射频屏蔽件可位于环形本体内，第二射频屏蔽件可设于第一悬臂的第一通道内。此外，设备通道里的管路、线缆数量较多，不易于日常维护。在本发明实施例中，在底座的环形本体沿周向设置接口，并在接口上连接第二悬臂，第二悬臂内设有连通反应腔室内部和外部的第二通道，管路和线缆可通过第二通道接入反应腔室内，从而可以将管路、线缆与射频连接柱分离，提高日常维护的便利性。
在一个示例中，环形本体沿周向开设有一个接口，接口连接有第二悬臂，第一悬臂和第二悬臂相对于环形本体在径向上的中心线对称，这种设置有利于提高反应腔室内气流的均匀性。
在一个示例中，第二射频屏蔽件内设置有环形支撑件，环形支撑件套设在第二射频连接柱上。环形支撑件可避免第二射频连接柱弯曲。
在一个示例中，第一射频屏蔽件和第二射频屏蔽件分别接地，且第一射频屏蔽件与第二射频屏蔽件通过螺纹固定连接。
第一射频屏蔽件和所述第二射频屏蔽件分别接地能够保证两个屏蔽件电位稳定。
本发明实施例还提供一种半导体加工设备，包括所述的反应腔室。
实施例
图1、图2和图3分别显示根据本发明实施例的反应腔室、基座和第二悬臂的结构示意图。如图1-3所示，根据本发明实施例的反应腔室包括基座9、射频连接件及射频源18，射频连接件用于将射频源18引入至基座9，以为基座9提供射频功率。反应腔室还包括位于反应腔室内部的射频屏蔽件，射频屏蔽件具有容纳空间，射频连接件位于射频屏蔽件的容纳空间内，以对射频连接件进行电磁屏蔽。
其中，射频连接件包括相连的第一射频连接柱24和第二射频连接柱20，第一射频连接柱24竖直设置，第二射频连接柱20水平设置，第一射频连接柱24和基座9连接，第二射频连接柱20和射频源18连接；
射频屏蔽件包括第一射频屏蔽件23和第二射频屏蔽件21，第一射频屏蔽件23包括底壁和与底壁相连的环形侧壁，环形侧壁上设有通孔，底壁与环形侧壁围成的空间形成第一容纳空间，第二射频屏蔽件21为圆筒状结构，第二射频屏蔽件21的一端通过通孔连接至第一射频屏蔽件23的环形侧壁，圆筒状结构内的空间形成第二容纳空间，第一容纳空间和第二容纳空间相贯通；
第一射频连接柱24和第二射频连接柱20分别位于第一容纳空间和第二容纳空间内。
反应腔室还包括位于基座9下方的底座16，如图2所示，底座16包括环形本体和沿环形本体径向向外伸出的第一悬臂25，第一悬臂25具有连通反应腔室内部和外部的第一通道26，第二射频连接柱20和第二射频屏蔽件21位于第一通道26内，且第二射频屏蔽件21内设置有两个环形支撑件22，环形支撑件22套设在第二射频连接柱20上，对其进行支撑。环形本体沿周向开设有一个接口，接口连接有第二悬臂14，第二悬臂14具有连通反应腔室内部和外部的第二通道15，如图3所示。第一悬臂25和第二悬臂14相对于环形本体在径向上的中心线对称，从而第一通道26和第二通道15相对于环形本体在径向上的中心线对称，这种设置有利于提高反应腔室内气流的均匀性。
在本实施例中，为了保证第一射频屏蔽件23和第二射频屏蔽件21的电位稳定，使其分别接地，具体实施方式如下：在基座9与设备安装盘13之间设置绝缘环12，以使基座9与设备安装盘13绝缘；第一射频屏蔽件23连接至设备安装盘13，第二射频屏蔽件21设于第一悬臂25的内壁，第一悬臂25连接至腔体7；此外，底座16、底座支撑座17也连接至设备安装盘13。工作时，腔体7接地，从而第二射频屏蔽件21、第一射频屏蔽件23、设备安装盘13、底座16、底座支撑座17接地，可以保证各部件和反应腔室内的晶圆的工艺环境电位稳定。
反应腔室的其他部件与现有的反应腔室类似，射频源1、射频匹配器2、电感耦合线圈3组成上电极系统。工艺气体由设于介质窗4上的中心进气口5或边缘进气口6进入反应腔室内部，进入反应腔室的工艺气体被上方的电感耦合线圈3电离形成等离子体，生成的等离子体作用于晶圆8表面。晶圆8置于基座9上，可由顶针11驱动升降。晶圆8背面与基座9之间通有He气，He气将刻蚀工艺过程中产生的热量带走传递给基座9，基座9内部的冷却水道10通有循环冷却液，实现基座9的实时温度控制。射频源18、射频匹配器19、第二射频连接柱20、第一射频连接柱24和基座9组成下电极系统。
根据实施例的反应腔室通过第一射频屏蔽件和第二射频屏蔽件形成相贯通的容纳空间，第一射频连接柱和第二射频连接柱设置于容纳空间中，通过这种方式对射频连接件进行电磁屏蔽，既能防止射频功率向外扩散，又能避免基座、设备通道内的线缆的电磁干扰，从而能够提高偏置射频的耦合效率。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种反应腔室，包括基座、射频连接件及射频源，所述射频连接件用于将所述射频源引入至所述基座，以为所述基座提供射频功率，其特征在于，还包括位于反应腔室内部的射频屏蔽件，所述射频屏蔽件具有容纳空间，所述射频连接件位于所述射频屏蔽件的所述容纳空间内，以对所述射频连接件进行电磁屏蔽。
2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述射频连接件包括相连的第一射频连接柱和第二射频连接柱，所述第一射频连接柱和所述基座连接，所述第二射频连接柱和所述射频源连接；
所述射频屏蔽件包括第一射频屏蔽件和第二射频屏蔽件，所述第一射频屏蔽件具有第一容纳空间，所述第二射频屏蔽件具有第二容纳空间，所述第一容纳空间和所述第二容纳空间相贯通；
所述第一射频连接柱和所述第二射频连接柱分别位于所述第一容纳空间和所述第二容纳空间内。
3.根据权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，所述第一射频连接柱竖直设置，所述第二射频连接柱水平设置；
所述第一射频屏蔽件包括底壁和与所述底壁相连的环形侧壁，所述环形侧壁上设有通孔，所述底壁与所述环形侧壁围成的空间形成所述第一容纳空间；
所述第二射频屏蔽件为圆筒状结构，所述第二射频屏蔽件的一端通过所述通孔连接至所述第一射频屏蔽件的所述环形侧壁，所述圆筒状结构内的空间形成所述第二容纳空间。
4.根据权利要求3所述的反应腔室，其特征在于，所述第一射频屏蔽件的内壁与所述第一射频连接柱的外壁之间沿径向方向的距离为第一预设值，所述第二射频屏蔽件的内壁与所述第二射频连接柱的外壁之间沿径向方向的距离为第二预设值；
所述第一预设值和所述第二预设值均大于10mm。
5.根据权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，还包括位于所述基座下方的底座；
所述底座包括环形本体和沿所述环形本体径向向外伸出的第一悬臂，所述第一悬臂具有连通所述反应腔室内部和外部的第一通道；
所述环形本体沿周向开设有至少一个接口，每个所述接口均连接有第二悬臂，所述第二悬臂具有连通所述反应腔室内部和外部的第二通道。
6.根据权利要求5所述的反应腔室，其特征在于，所述环形本体沿周向开设有一个所述接口，所述接口连接有所述第二悬臂，所述第一悬臂和所述第二悬臂相对于所述环形本体在径向上的中心线对称。
7.根据权利要求6所述的反应腔室，其特征在于，所述第一射频屏蔽件位于所述环形本体内，所述第二射频屏蔽件位于所述第一通道内。
8.根据权利要求7所述的反应腔室，其特征在于，所述第二射频屏蔽件内设置有环形支撑件，所述环形支撑件套设在所述第二射频连接柱上。
9.根据权利要求3-8任意一项所述的反应腔室，其特征在于，所述第一射频屏蔽件和所述第二射频屏蔽件分别接地，且所述第一射频屏蔽件与所述第二射频屏蔽件通过螺纹固定连接。
10.一种半导体加工设备，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任意一项所述的反应腔室。
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