CN220155485U - 一种等离子体处理设备及其升降环结构 - Google Patents

Abstract

一种用于等离子体处理设备的升降环结构，包含隔离环、加热器组件和升降组件。将加热器组件设置在隔离环中，令隔离环快速升温。隔离环温度升高后，降低了聚合物在隔离环上的沉积概率，避免了聚合物剥落造成的工艺缺陷，增加了设备稳定运行的时间。加热器组件采用一体式铸造，通过射频接地组件实现有效接地和电磁屏蔽。对升降组件中的升降杆和固定件进行合理设置，通过在固定件上开设槽口或令固定件具有柔性形变能力，从而抵消升降杆和固定件之间的相对位移带来的影响，确保升降杆和固定件的稳定连接，避免了因热膨胀而引起的干涉。

Description

一种等离子体处理设备及其升降环结构

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种等离子体处理设备及其升降环结构。

背景技术

如图1所示，现有的等离子体刻蚀设备中，反应腔1’内部设置下电极2’，用于放置晶圆，反应腔1’的顶部设置的气体喷淋头作为上电极3’，将反应气体输入反应腔1’中。在射频场的作用下，上电极3’和下电极2’之间产生等离子体4’对晶圆进行刻蚀处理。反应腔1’的腔壁上设置传送门5’以传送晶圆，为了降低设置在反应腔1’上的传送门5’带来的流场不对称效应，在传送门5’和放电区域间(等离子体4’)安装升降环6’。当需要传送晶圆时，升降环6’升起，当需要对晶圆进行刻蚀工艺时，升降环6’落下。为了提高使用寿命，升降环6’使用的材料一般为石英，由于石英材质的升降环6’对地悬浮，使得射频场基本不穿过升降环6’而大多分布于上电极3’和下电极2’之间，极大地降低了刻蚀过程中的材料损耗。然而，在高深宽比的刻蚀制程中，通常需要用到高碳氟比的气体以提高对掩膜的选择比，这种高碳氟比的刻蚀剂及刻蚀后的反应副产物很容易形成成分复杂的聚合物(polymer)7’沉积在腔壁上，尤其是在温度较低的材料表面，如石英材质的升降环6’内侧。由于射频场主要集中于上电极3’和下电极2’之间，而在升降环6’表面几乎没有离子轰击，导致沉积的聚合物7’难以被干法清腔方式(dry clean)清除干净而产生了长时间的积累，最后聚合物7’容易剥落并掉落在晶圆上，造成工艺缺陷(defect)，影响产品质量。

这里的陈述仅提供与本发明有关的背景技术，而并不必然地构成现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种等离子体处理设备及其升降环结构，极大程度地降低了聚合物在升降环结构表面沉积的概率，避免聚合物剥落造成的工艺缺陷，提升了产品质量，增加了设备稳定运行的时间。

为了达到上述目的，本发明提供一种用于等离子体处理设备的升降环结构，所述等离子体处理设备包含反应腔，所述反应腔包含腔壁和顶盖，所述反应腔的顶部设置上电极，所述升降环结构设置在所述反应腔内，所述升降环结构包含：

隔离环，其围绕所述上电极设置，所述隔离环由绝缘材料制成；

一体成型的加热器组件，其设置在所述隔离环中，用于加热所述隔离环；

升降组件，与所述隔离环相连，用于驱动所述升降环结构上下移动。

可选地，所述加热器组件设置在所述隔离环中，所述加热器组件包含：加热体，以及位于所述加热体中的电热元件和加热引线。

所述加热体通过浇筑成型或钎焊成型。

所述加热体包含：主体部分和引出部分，所述主体部分和所述电热元件呈环状结构，所述主体部分位于所述隔离环上的环形凹槽内，所述加热引线位于所述引出部分内。

所述电热元件为热电阻管。

所述隔离环还包含屏蔽环，所述屏蔽环由半导体材料或导体材料制成。

所述加热体采用金属材料。

所述升降组件包含：至少三个升降器，所述升降器包含：升降杆，驱动机构，以及设置在所述隔离环上的固定件，所述升降杆的一端连接所述驱动机构，另一端与所述固定件连接。

所述升降杆包含升降杆主体和膨胀端部，所述膨胀端部设置在所述升降杆与所述固定件连接的一端，所述膨胀端部的直径大于所述升降杆主体的直径。

所述固定件具有凸缘，所述凸缘上具有槽口，所述槽口用于容纳所述升降杆主体，所述凸缘用于锁住所述膨胀端部，防止所述升降杆与所述固定件分离。

所述固定件安装在所述加热体的主体部分上，所述槽口的开口方向指向所述隔离环的中心。

所述升降环结构还包含：柔性形变件，所述柔性形变件具有形变部分，所述柔性形变件的一端通过所述升降杆连接至所述隔离环上，所述柔性形变件的另一端通过紧固装置连接至所述加热体的主体部分上。

所述柔性形变件的数量与所述升降杆对应，且每个所述柔性形变件在周向上均匀设置。

所述升降环结构包含：射频接地组件，其一端连接所述加热体，其另一端作为接地端接地。

所述射频接地组件包含：波纹管，所述波纹管分别连接所述加热体的引出部分和所述反应腔的顶盖。

所述波纹管与所述引出部分之间设置密封圈。

本发明还提供一种等离子体处理设备，包含：

反应腔，其具有腔壁和顶盖；

设置在反应腔底部的下电极，用于承托基片；

设置在反应腔顶部的上电极，所述上电极与下电极相对设置；

以及，所述的升降环结构，所述升降环结构环绕所述上电极，并可在垂直于顶盖的方向上下移动。

所述等离子体处理设备是电容耦合等离子体刻蚀设备。

本发明将加热器组件还可以直接设置在隔离环中，直接加热隔离环，令隔离环快速升温，提高了加热效率，缩短了生产准备时间，隔离环的温度升高后，降低了聚合物在隔离环上的沉积概率，避免了聚合物剥落造成的工艺缺陷，增加了设备稳定运行的时间。

本发明的加热器组件采用一体式铸造，通过射频接地组件实现有效接地和电磁屏蔽。

本发明对升降组件中的升降杆和固定件进行合理设置，通过在固定件上开设槽口或加设柔性形变件连接热膨胀系数具有差异的两个部件，从而抵消升降杆和固定件之间的相对位移带来的影响，确保升降杆和固定件的稳定连接，避免了因热膨胀而引起的干涉，使升降组件具有了对热膨胀差异的自适应功能。

附图说明

图1是一种等离子体刻蚀设备的结构示意图。

图2是本发明提供的一种电容耦合等离子体刻蚀设备的结构示意图。

图3是本发明一个实施例中升降环结构的剖面示意图。

图4是图3中升降组件的俯视图。

图5是本发明另一个实施例中的升降环结构的示意图。

图6是图5的侧视剖视图。

图7是图5的升降组件的局部俯视图。

具体实施方式

以下根据图2～图7，具体说明本发明的较佳实施例。

如图2所示，本发明提供一种电容耦合等离子体刻蚀设备，该刻蚀设备的反应腔1包含腔壁102和顶盖101，所述反应腔1的腔壁102上设置传送门5以传送晶圆8，所述反应腔1内部设置有下电极2，所述下电极2上放置晶圆8，所述下电极2的外围设置等离子体约束环9，所述反应腔顶盖101处设置有气体喷淋头3，所述气体喷淋头3用于将外部气体源中的反应气体引入反应腔1内，所述气体喷淋头3作为上电极3。分别在所述上电极2和下电极3上施加射频电压，在射频场的作用下，上电极3和下电极2之间产生等离子体4，对晶圆8进行刻蚀处理。在所述上电极2和下电极3之间设置升降环结构6，所述升降环结构6环绕所述晶圆8设置，且所述升降环结构6可在所述上电极3和下电极2之间升降移动，当需要传送晶圆8时，升降环结构6升起，露出传送门5，便于晶圆8通过所述传送门5进行传送，当需要对已经放置在所述下电极2上的晶圆8进行刻蚀工艺时，所述升降环结构6下降，所述升降环结构6位于所述上电极3和所述等离子体约束环9之间，遮挡住所述传送门5。

进一步，所述升降环结构6包含：围绕所述上电极2设置的隔离环601，在所述隔离环601中还设置有屏蔽环602，所述隔离环601采用绝缘材质，较佳地采用石英材质，所述隔离环601用于将等离子体约束在围绕隔离环601的中心轴均匀分布的区域内，所述屏蔽环602采用半导体材料或者导体材料，所述半导体材料包含硅或者碳化硅，所述导体材料包含金属，所述屏蔽环602用于形成射频通路，实现对所述隔离环601的电磁屏蔽。所述升降环结构6具有升降组件，所述升降组件与所述隔离环601相连，利用所述升降组件来驱动所述升降环结构6上下移动。所述升降环结构6还具有加热器组件，所述加热器组件设置在所述隔离环601中，直接加热所述隔离环601，令所述隔离环601的温度升高，降低了聚合物在所述隔离环601上的沉积概率，避免了聚合物剥落造成的工艺缺陷，增加了设备稳定运行的时间。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，所述加热器组件设置在所述隔离环601中，所述加热器组件包含加热体17，以及位于所述加热体17中的电热元件18和加热引线19，所述电热元件18采用热电阻管，所述加热体17采用金属材料。所述加热体17包含主体部分171和引出部分172，所述主体部分171和所述电热元件18呈环状结构，所述主体部分171位于所述隔离环601上的环形凹槽20内。与传统的电热元件需要通过在隔离环601内铺设加热丝，并通过加热引线引出并连接至外部电源相比，所述加热引线19位于所述引出部分172内，通过射频接地组件将所述加热引线19经过所述顶盖101引出所述反应腔1，连接至外部电源，以提供加热功率给所述电热元件18，使所述电热元件18产生热量，热量传导至所述加热体17，从而对所述隔离环601进行直接加热，使隔离环601能够快速升温，提高了加热效率，缩短了生产准备时间，降低了聚合物在隔离环601上的沉积概率，避免了聚合物剥落造成的工艺缺陷，增加了设备稳定运行的时间。所述加热体17包括：不锈钢材料的外壳，以及镍铬合金制成的电热元件18。所述外壳和电热元件18之间填充有绝缘的氧化镁材料。可选地，所述加热体17可以通过浇筑成型或钎焊成型。将加工完成的加热体17嵌入隔离环601的环形凹槽20内即可完成组装，大大降低了加工难度。

所述射频接地组件包含波纹管15，所述波纹管15分别连接所述加热体17的引出部分172和所述反应腔的顶盖101。电热元件18一体式铸造在加热体17中，加热体17对电热元件18起到电磁屏蔽作用。由于加热体17暴露在射频环境中，电磁感应形成的电流顺着加热体17的外表面，再经过波纹管15和顶盖101接通形成回路，射频被封闭在反应腔体内部。本实施例中的加热器组件采用一体式铸造，可以有效地将射频封闭在真空腔体内部，避免因射频泄漏造成的能量损失和不均匀性。由于所述加热体17上的引出部分172的温度相对较低，在所述波纹管15的法兰面与所述引出部分172的法兰面之间设置有密封圈21，起到高温环境下的真空密封的作用。

如图3和图4所示，本实施例中，升降组件连接所述隔离环601，所述升降组件包含至少三个升降器22，所述升降器22相互之间沿圆周方向间隔均匀布置，以提供均衡的提升力给所述隔离环601。所述升降器22包含升降杆23，驱动机构24，以及设置在所述隔离环601上的固定件25，所述升降杆23的一端连接所述驱动机构24，另一端与所述固定件25连接。所述加热体17的主体部分171位于所述隔离环601上的环形凹槽20内，由于所述隔离环601被加热，为了防止因受热膨胀导致升降组件中的升降杆23被固定件25卡住，在本实施例中，所述升降杆23包含升降杆主体231和膨胀端部232，将所述膨胀端部232设置在所述升降杆23与所述固定件25连接的一端，所述膨胀端部232的直径大于所述升降杆主体231的直径，相应地，所述固定件25具有凸缘251，在所述凸缘251上设置槽口252，所述槽口252用于容纳所述升降杆主体231，而所述凸缘251则用于锁住所述膨胀端部232，防止所述升降杆23与所述固定件25分离。如图4所示，将所述固定件25设置在靠近反应腔的腔壁102的一侧，并且令所述槽口252的开口方向指向所述隔离环601的中心(即反应腔1的中心)，当加热体对隔离环601进行加热时，所述隔离环601开始径向向外(朝向腔壁102方向)膨胀，带动固定件25向外(朝向腔壁102方向)移动，由于升降杆23的位置不变，所以膨胀端部232固定不动，而固定件25上槽口252向外(朝向腔壁102方向)膨胀时正好避让开了膨胀端部232，避免了因热膨胀而引起的干涉，使升降组件具有了对热膨胀差异的自适应功能。

如图5～图7所示，在本发明的另一个实施例中，由于隔离环601通常由石英材料制成，而加热体17通常由金属材料制成，在升温过程中由于材料热膨胀系数的差异，隔离环601和加热体17之间的热膨胀量不同，为了容纳这种膨胀量的差异，在本实施例中，在所述隔离环601和所述加热体17的主体部分171之间设置有柔性形变件26，所述柔性形变件26的一端通过所述升降杆23连接至所述隔离环601上，所述柔性形变件26的另一端通过紧固装置27连接至所述加热体17的主体部分171上，所述柔性形变件26具有形变部分261，用于容纳所述隔离环601和所述加热体17的受热形变膨胀量。可选地，所述柔性形变件26由铝或铝合金材料制成。通过设置柔性形变件26，确保所述隔离环601和所述加热体17的主体部分171的稳定连接，柔性形变件26通过形变部分261的柔性变形吸收加热体17和隔离环601膨胀量的差值，热量从加热体17通过柔性形变件26传导到升降器的升降杆23上，且由于柔性形变件25变形截面积非常小，增大了热传导的热阻，从而减少了从加热体17传导到升降杆23上的热量。所述柔性形变件26的数量与所述升降杆23的数量相对应，且每个所述柔性形变件26在周向上均匀设置。可选地，所述升降杆23的数量为3个，所述柔性形变件26的数量也为3个，3个所述柔性形变件26之间间隔120°设置。由于加热体17在射频场中表面会有感应电流，感应电流通过在空间均匀分布的柔性形变件26与升降杆23和顶盖101导通接地，提高了加热体接地的均匀性，从而提高了射频场的均匀性，以使腔室内的等离子分布均匀，最终减小对刻蚀均匀性的影响。

本发明将加热器组件设置在隔离环中，直接加热隔离环，令隔离环快速升温，提高了加热效率，缩短了生产准备时间，隔离环的温度升高后，降低了聚合物在隔离环上的沉积概率，避免了聚合物剥落造成的工艺缺陷，增加了设备稳定运行的时间。

本发明的加热器组件可采用一体式铸造，通过射频接地组件实现有效接地和电磁屏蔽，一体式铸造的加热器组件可以有效地将射频封闭在真空腔体内部，避免因射频泄漏造成的能量损失和不均匀性。

本发明对升降组件中的升降杆和固定件进行合理设置，通过在固定件上开设槽口或令固定件具有柔性形变能力，从而抵消升降杆和固定件之间的相对位移带来的影响，确保升降杆和固定件的稳定连接，避免了因热膨胀而引起的干涉，使升降组件具有了对热膨胀差异的自适应功能。

需要说明的是，在本发明的实施例中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述实施例，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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (18)

1.一种用于等离子体处理设备的升降环结构，所述等离子体处理设备包含反应腔，所述反应腔包含腔壁和顶盖，所述反应腔的顶部设置上电极，所述升降环结构设置在所述反应腔内，其特征在于，所述升降环结构包含：

隔离环，其围绕所述上电极设置，所述隔离环由绝缘材料制成；

一体成型的加热器组件，其设置在所述隔离环中，用于加热所述隔离环；

升降组件，与所述隔离环相连，用于驱动所述升降环结构上下移动。

2.如权利要求1所述的升降环结构，其特征在于，所述加热器组件设置在所述隔离环中，所述加热器组件包含：加热体，以及位于所述加热体中的电热元件和加热引线。

3.如权利要求2所述的升降环结构，其特征在于，所述加热体通过浇筑成型或钎焊成型。

4.如权利要求3所述的升降环结构，其特征在于，所述加热体包含：主体部分和引出部分，所述主体部分和所述电热元件呈环状结构，所述主体部分位于所述隔离环上的环形凹槽内，所述加热引线位于所述引出部分内。

5.如权利要求4所述的升降环结构，其特征在于，所述电热元件为热电阻管。

6.如权利要求1所述的升降环结构，其特征在于，所述隔离环还包含：屏蔽环，所述屏蔽环由导体材料或半导体材料制成。

7.如权利要求4所述的升降环结构，其特征在于，所述加热体采用金属材料。

8.如权利要求4所述的升降环结构，其特征在于，所述升降组件包含：至少三个升降器，所述升降器包含：升降杆，驱动机构，以及设置在所述隔离环上的固定件，所述升降杆的一端连接所述驱动机构，另一端与所述固定件连接。

9.如权利要求8所述的升降环结构，其特征在于，所述升降杆包含升降杆主体和膨胀端部，所述膨胀端部设置在所述升降杆与所述固定件连接的一端，所述膨胀端部的直径大于所述升降杆主体的直径。

10.如权利要求9所述的升降环结构，其特征在于，所述固定件具有凸缘，所述凸缘上具有槽口，所述槽口用于容纳所述升降杆主体，所述凸缘用于锁住所述膨胀端部，防止所述升降杆与所述固定件分离。

11.如权利要求10所述的升降环结构，其特征在于，所述固定件安装在所述加热体的主体部分上，所述槽口的开口方向指向所述隔离环的中心。

12.如权利要求8所述的升降环结构，其特征在于，所述升降环结构还包含：柔性形变件，所述柔性形变件具有形变部分，所述柔性形变件的一端通过所述升降杆连接至所述隔离环上，所述柔性形变件的另一端通过紧固装置连接至所述加热体的主体部分上。

13.如权利要求12所述的升降环结构，其特征在于，所述柔性形变件的数量与所述升降杆对应，且每个所述柔性形变件在周向上均匀设置。

14.如权利要求4所述的升降环结构，其特征在于，所述升降环结构包含：射频接地组件，其一端连接所述加热体，其另一端作为接地端接地。

15.如权利要求14所述的升降环结构，其特征在于，所述射频接地组件包含：波纹管，所述波纹管分别连接所述加热体的引出部分和所述反应腔的顶盖。

16.如权利要求15所述的升降环结构，其特征在于，所述波纹管与所述引出部分之间设置密封圈。

17.一种等离子体处理设备，其特征在于，包含：

反应腔，其具有腔壁和顶盖；

设置在反应腔底部的下电极，用于承托基片；

设置在反应腔顶部的上电极，所述上电极与下电极相对设置；

以及如权利要求1-16中任意一项所述的升降环结构，所述升降环结构环绕所述上电极，并可在垂直于顶盖的方向上下移动。

18.如权利要求17所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述等离子体处理设备是电容耦合等离子体刻蚀设备。