CN212322964U - 感性耦合反应器 - Google Patents

Abstract

一种感性耦合反应器，感性耦合反应器包括：反应腔主体；位于所述反应腔主体上方的感性耦合射频单元；所述感性耦合射频单元包括：屏蔽罩；位于所述屏蔽罩内部的反应室介质管，所述反应室介质管的侧壁倾斜且反应室介质管的顶部横截面小于底部横截面；位于所述屏蔽罩内部且分布于所述反应室介质管侧部的射频天线，所述射频天线包括有效射频天线，所述有效射频天线的高度可调。所述感性耦合反应器能加强对等离子体分布的控制能力。

Description

感性耦合反应器

技术领域

本实用新型涉及半导体制造领域，尤其涉及一种感性耦合反应器。

背景技术

在半导体制造中，涉及多道工序，每道工序都是由一定的设备和工艺来完成的。其中，刻蚀工艺是半导体制造中一种重要的工艺，如等离子体刻蚀工艺。等离子体刻蚀工艺是利用反应气体在获得能量后产生等离子体，包含离子、电子等带电粒子以及具有高度化学活性的中性原子、分子及自由基，通过物理和化学的反应对刻蚀对象进行刻蚀。

然而，在等离子体刻蚀过程中，晶圆边缘的刻蚀条件和晶圆中心的刻蚀条件差别较大，所述刻蚀条件包括：等离子体密度分布、射频电场、温度分布等。其中等离子体密度分布是非常重要的一个刻蚀条件。例如，一般情况下，在晶圆中心区域上方分布的等离子体密度大于晶圆边缘区域上方分布的等离子体密度，且这种分布难以进行调节。

因此，需要提出一种对等离子体分布进行可控调节的感性耦合反应器，以满足需要。

发明内容

本实用新型解决的问题是提供一种感性耦合反应器，能够加强对等离子体分布的控制能力。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种感性耦合反应器，包括：反应腔主体；位于所述反应腔主体上方的感性耦合射频单元；所述感性耦合射频单元包括：屏蔽罩；位于所述屏蔽罩内部的反应室介质管，所述反应室介质管的侧壁倾斜且反应室介质管的顶部横截面小于底部横截面；位于所述屏蔽罩内部且分布于所述反应室介质管侧部的射频天线，所述射频天线包括有效射频天线，所述有效射频天线的高度可调。

可选的，所述反应室介质管的纵向剖面形状呈梯形。

可选的，所述射频天线和所述有效射频天线一致；所述感性耦合射频单元还包括：位于所述屏蔽罩内部的天线高度调节器，所述天线高度调节器适于在纵向调节所述射频天线的位置。

可选的，所述射频天线环绕所述反应室介质管且具有多匝连续的线圈；所述射频天线具有第一天线终端和第二天线终端；所述感性耦合射频单元还包括：射频源；射频匹配器，所述射频匹配器的一端与所述射频源连接，所述射频匹配器的另一端与所述第一天线终端连接；电压平衡电容，所述电压平衡电容的一端与所述第二天线终端连接，所述电压平衡电容的另一端接地。

可选的，所述射频天线环绕所述反应室介质管且具有多匝连续的线圈；所述射频天线具有第一天线终端和第二天线终端以及位于所述第一天线终端和第二天线终端之间的多个中间连接端；所述第一天线终端为所述有效射频天线的输入端，第二天线终端或者任一中间连接端为所述有效射频天线的输出端。

可选的，所述感性耦合射频单元还包括：射频源；射频匹配器，所述射频匹配器的一端与所述射频源连接，所述射频匹配器的另一端与所述第一天线终端连接；电压平衡电容，所述电压平衡电容的一端与所述第二天线终端连接或者与所述多个中间连接端中任一中间连接端连接，所述电压平衡电容的另一端接地。

可选的，所述第一天线终端高于所述第二天线终端；或者，所述第二天线终端高于所述第一天线终端。

可选的，还包括：位于所述反应腔主体内底部的晶圆夹持平台；所述有效射频天线用于在所述反应室介质管内部产生等离子体，所述等离子体适于通过所述反应室介质管进入所述晶圆夹持平台和所述反应室介质管之间。

可选的，所述感性耦合射频单元还包括：位于所述反应室介质管顶部的进气通道，所述进气通道适于通入刻蚀晶圆的刻蚀气体至所述反应室介质管中。

可选的，还包括：冷却装置，所述冷却装置位于所述屏蔽罩的顶部，所述冷却装置用于对所述射频天线和所述反应室介质管进行冷却。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下有益效果：

本实用新型技术方案提供的感性耦合反应器，所述有效射频天线用于在所述反应室介质管中产生等离子体。由于反应室介质管的侧壁倾斜且反应室介质管的顶部横截面小于底部横截面,且所述有效射频天线的高度可调,因此通过有效射频天线位置的变化,能够使得反应室介质管内部的等离子体密度分布可调，进而使得等离子体进入反应腔主体后的分布得到较好的控制，进而对反应腔主体中的晶圆进行相应的可控的刻蚀。综上，所述感性耦合反应器能加强对等离子分布的控制能力。

附图说明

图1是一种感性耦合反应器的剖面结构示意图；

图2是本实用新型一实施例中感性耦合反应器的剖面结构示意图；

图3是本实用新型另一实施例中感性耦合反应器的剖面结构示意图；

图4为一种感性耦合反应器的工作方法；

图5是本实用新型又一实施例中感性耦合反应器的剖面结构示意图。

具体实施方式

正如背景技术所述，现有的感性耦合反应器中，难以对产生的离子体分布进行可控的调节。

一种感性耦合反应器，参考图1，包括感性耦合射频单元，感性耦合射频单元包括屏蔽罩1000，位于所述屏蔽罩1000内部的反应室介质管1001，位于所述反应室介质管1001侧壁的盘香形射频天线1002，所述反应室介质管1001的形状为柱状，且盘香形射频天线1002环绕所述反应室介质管1001，所述盘香形射频天线1002的位置固定。

上述感性耦合反应器，气体从反应室介质管1001顶部的进气管1003通入反应室介质管1001中，在柱状的反应室介质管1001内混合，射频天线1002在所述反应室介质管1001内产生等离子体，所述等离子体再扩散至反应腔主体内，晶圆位于反应腔主体内且与所述感性耦合射频单元相对，晶圆上方的等离子体密度分布存在中间高边缘低的特点，且不可调控，造成刻蚀的不均匀。

其次，屏蔽罩1000的顶部设置有冷却风扇1004，但是由于反应室介质管1001的形状为柱状，所述冷却风扇1004对反应室介质管1001的顶部和侧壁冷却不会太均匀，造成反应室介质管1001内等离子体密度分布不均匀，进而造成晶圆上方等离子体密度分布不均匀。

为了解决上述技术问题，本实用新型一实施例提供一种感性耦合反应器，参考图2和图3，包括：

反应腔主体10；

位于所述反应腔主体10上方的感性耦合射频单元20；

所述感性耦合射频单元20包括：屏蔽罩201；位于所述屏蔽罩201内部反应室介质管202，所述反应室介质管202的侧壁倾斜且反应室介质管202的顶部横截面小于底部横截面；位于所述屏蔽罩201内部且分布于所述反应室介质管202侧部的射频天线203，所述射频天线203包括有效射频天线，所述有效射频天线的高度可调。

本实施例中，所述反应室介质管202的纵向剖面形状呈梯形。

在其他实施例中，所述反应室介质管202还可以呈锥形。

本实施例中，所述射频天线203和所述有效射频天线一致，也就是说，射频天线203的全部构成了有效射频天线。

本实施例中，所述感性耦合射频单元20还包括：位于所述屏蔽罩201内部的天线高度调节器204，所述天线高度调节器204适于在纵向调节所述射频天线203的位置。

本实施例中，所述射频天线203的形状为盘香形。

本实施例中，所述射频天线203环绕所述反应室介质管202且具有多匝连续的线圈。每匝线圈至反应室介质管202的距离相等。

本实施例中，所述射频天线203具有第一天线终端2031和第二天线终端2032。

本实施例中，所述感性耦合射频单元20还包括：射频源205；射频匹配器206，所述射频匹配器206的一端与所述射频源205连接，所述射频匹配器206的另一端与所述第一天线终端2031连接；电压平衡电容207，所述电压平衡电容207的一端与所述第二天线终端2032连接，所述电压平衡电容207的另一端接地。

所述电压平衡电容207的作用包括：使得第二天线终端2032保持一定的电压，第一天线终端2031和第二天线终端2032之间的电压差较小，减少等离子体对反应室介质管202侧壁的碰撞。

本实施例中，所述第二天线终端2032高于所述第一天线终端2031。在其他实施例中，所述第一天线终端高于所述第二天线终端。

本实施例中，还包括：位于所述反应腔主体10内底部的晶圆夹持平台103。

本实施例中，所述有效射频天线用于在所述反应室介质管202内部产生等离子体，所述等离子体适于通过所述反应室介质管202进入所述晶圆夹持平台103和所述反应室介质管202之间。

本实施例中，所述感性耦合射频单元20还包括：位于所述反应室介质管202顶部的进气通道208，所述进气通道208适于通入刻蚀晶圆的刻蚀气体至所述反应室介质管202中。

本实施例中，还包括：冷却装置209，所述冷却装置209位于所述屏蔽罩201的顶部，所述冷却装置209用于对所述射频天线203和所述反应室介质管202进行冷却。

图2是所述高度调节器204调节所述射频天线203的位置至上限时的状态，图3是所述高度调节器204调节所述射频天线203的位置至下限时的状态。需要说明的是，所述高度调节器204还可以根据实际需要将所述射频天线203的位置调节在其他的位置。

所述高度调节器204包括弹簧。

图2和图3的感性耦合反应器，工作原理为：射频源205提供的射频功率经过射频匹配器206馈入射频天线203的第一天线终端2031，射频天线203的高度由天线高度调节器204自由调节，射频天线203的第二天线终端2032上的电压分布经过电压平衡电容207进行分配控制，射频天线203中的RF电流在梯形的反应室介质管202内产生一个垂直于电流平面的交变磁场H，交变磁场H在反应室介质管202中会诱导出一个平行于线圈电流方向的角向电场E；反应气体在角向电场E的作用下产生高密度等离子体，等离子体的径向密度分布可被射频天线203位置上下移动所调控；调控后的等离子体被晶圆夹持平台103上所施加的偏置电压逐渐加速到达晶圆表面，完成对晶圆的刻蚀工艺。显而易见地，当可调天线位于位置上限时（图2），等离子体分布表现为中间密度高，边缘密度低；当可调天线位于位置下限时（图3），等离子体分布表现为中间与边缘近似均匀分布。

其次，还提供一种感性耦合反应器的工作方法，采用上述的感性耦合反应器，请参考图4，包括以下步骤：

S01:将晶圆放置在所述反应腔主体10中；

S02:调节所述有效射频天线在所述屏蔽罩201中的位置；

S03:调节所述有效射频天线在所述屏蔽罩201中的位置之后，所述有效射频天线在所述反应室介质管202内部产生等离子体，所述等离子体进入所述反应腔主体10中以对所述晶圆进行刻蚀。

本实施例中，所述射频天线和所述有效射频天线一致，采用所述天线高度调节器纵向调节所述有效射频天线在所述屏蔽罩中的位置。

具体的，将所述晶圆放置在晶圆夹持板103上，采用所述天线高度调节器调节所述有效射频天线在所述屏蔽罩201中的位置，射频源205提供的射频功率经过射频匹配器206馈入射频天线203的第一天线终端2031，射频天线203会在反应室介质管202内产生高密度等离子体，等离子体的径向密度分布可被射频天线203位置上下移动所调控。

本实用新型另一实施例提供一种感性耦合反应器，参考图5，本实施例中的感性耦合反应器与上一实施例中的感性耦合反应器的区别在于，射频天线203a具有第一天线终端2031a和第二天线终端2032a以及位于所述第一天线终端2031a和第二天线终端2032a之间的多个中间连接端2033a、2033b；所述第一天线终端2031a为所述有效射频天线的输入端，第二天线终端2032a或者任一中间连接端2033a、2033b为所述有效射频天线的输出端。

参考图5，所述感性耦合射频单元20a还包括：射频源205a；射频匹配206a，所述射频匹配器206a的一端与所述射频源205a连接，所述射频匹配器206a的另一端与所述第一天线终端2031a连接；电压平衡电容207a，所述电压平衡电容207a的一端与所述第二天线终端2032a连接或者与所述多个中间连接端2033a、2033b中任一中间连接端连接，所述电压平衡电容207a的另一端接地。

本实施例中，所述第一天线终端2031a高于所述第二天线终端2032a。

在其他实施例中，所述第二天线终端高于所述第一天线终端。

关于本实施例中与上一实施例中相同的内容，不再详述。

本实施例中，当所述电压平衡电容207a与第二天线终端2032a连接时，第二天线终端2032a延伸至第一天线终端2031a的射频天线203a作为有效射频天线。当所述电压平衡电容207a与多个中间连接端2033a、2033b中任一中间连接端连接时，与所述电压平衡电容207a连接的中间连接端延伸至第一天线终端2031a的射频天线203a作为有效射频天线。

本实施例中，所述射频天线环绕所述反应室介质管且具有多匝连续的线圈，通过射频天线203a的有效匝数的控制，实现有效射频天线位置的控制。

本实施例还提供一种感性耦合反应器的工作方法，将晶圆放置在所述反应腔主体10中；调节所述有效射频天线在所述屏蔽罩201中的位置；调节所述有效射频天线在所述屏蔽罩201中的位置之后，所述有效射频天线在所述反应室介质管202内部产生等离子体，所述等离子体进入所述反应腔主体10中以对所述晶圆进行刻蚀。

本实施例中，调节所述有效射频天线在所述屏蔽罩201中的位置，包括：选择所述第二天线终端2032a或者任一中间连接端2033a、2033b作为所述有效射频天线的输出端。具体的，将所述电压平衡电容207a的一端选择与第二天线终端2032a或者任一中间连接端2033a、2033b进行连接。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种感性耦合反应器，其特征在于，包括：

反应腔主体；

位于所述反应腔主体上方的感性耦合射频单元；

所述感性耦合射频单元包括：屏蔽罩；位于所述屏蔽罩内部的反应室介质管，所述反应室介质管的侧壁倾斜且反应室介质管的顶部横截面小于底部横截面；位于所述屏蔽罩内部且分布于所述反应室介质管侧部的射频天线，所述射频天线包括有效射频天线，所述有效射频天线的高度可调。

2.根据权利要求1所述的感性耦合反应器，其特征在于，所述反应室介质管的纵向剖面形状呈梯形。

3.根据权利要求1所述的感性耦合反应器，其特征在于，所述射频天线和所述有效射频天线一致；所述感性耦合射频单元还包括：位于所述屏蔽罩内部的天线高度调节器，所述天线高度调节器适于在纵向调节所述射频天线的位置。

4.根据权利要求3所述的感性耦合反应器，其特征在于，所述射频天线环绕所述反应室介质管且具有多匝连续的线圈；所述射频天线具有第一天线终端和第二天线终端；

所述感性耦合射频单元还包括：射频源；射频匹配器，所述射频匹配器的一端与所述射频源连接，所述射频匹配器的另一端与所述第一天线终端连接；电压平衡电容，所述电压平衡电容的一端与所述第二天线终端连接，所述电压平衡电容的另一端接地。

5.根据权利要求1所述的感性耦合反应器，其特征在于，所述射频天线环绕所述反应室介质管且具有多匝连续的线圈；所述射频天线具有第一天线终端和第二天线终端以及位于所述第一天线终端和第二天线终端之间的多个中间连接端；所述第一天线终端为所述有效射频天线的输入端，第二天线终端或者任一中间连接端为所述有效射频天线的输出端。

6.根据权利要求5所述的感性耦合反应器，其特征在于，所述感性耦合射频单元还包括：射频源；射频匹配器，所述射频匹配器的一端与所述射频源连接，所述射频匹配器的另一端与所述第一天线终端连接；电压平衡电容，所述电压平衡电容的一端与所述第二天线终端连接或者与所述多个中间连接端中任一中间连接端连接，所述电压平衡电容的另一端接地。

7.根据权利要求4或5所述的感性耦合反应器，其特征在于，所述第一天线终端高于所述第二天线终端；或者，所述第二天线终端高于所述第一天线终端。

8.根据权利要求1所述的感性耦合反应器，其特征在于，还包括：位于所述反应腔主体内底部的晶圆夹持平台；

所述有效射频天线用于在所述反应室介质管内部产生等离子体，所述等离子体适于通过所述反应室介质管进入所述晶圆夹持平台和所述反应室介质管之间。

9.根据权利要求1所述的感性耦合反应器，其特征在于，所述感性耦合射频单元还包括：位于所述反应室介质管顶部的进气通道，所述进气通道适于通入刻蚀晶圆的刻蚀气体至所述反应室介质管中。

10.根据权利要求1所述的感性耦合反应器，其特征在于，还包括：冷却装置，所述冷却装置位于所述屏蔽罩的顶部，所述冷却装置用于对所述射频天线和所述反应室介质管进行冷却。

Images