WO2020024859A1 - 反应腔室以及等离子体设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种反应腔室及等离子体设备，上述反应腔室包括：腔室本体、内衬和升降驱动装置；所述内衬设置在所述腔室本体内，所述腔室本体的侧壁上形成有传片口；所述内衬包括：第一内衬和第二内衬；所述第一内衬与所述腔室本体固定连接，所述第二内衬同轴外套或内套于所述第一内衬上，且所述第一内衬与所述第二内衬在水平方向上具有间隙，所述升降驱动装置用与所述第二内衬连接，用于在对晶圆进行工艺处理时，驱动所述第二内衬移动至预设的第一位置，使所述第二内衬遮挡所述传片口，并且使所述第一内衬和所述第二内衬部分重叠。本发明的反应腔室以及等离子体设备可以提高工艺过程中的气流均匀性。

Description

反应腔室以及等离子体设备 技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种反应腔室以及等离子体设备。
背景技术
等离子体设备广泛用于当今的半导体、太阳能电池、平板显示等制作工艺中。在目前的制造工艺中，已经使用等离子体设备类型有多种，例如电容耦合等离子体、电感耦合等离子体以及电子回旋共振等离子体等类型。目前这些类型的放电被广泛应用于物理气相沉积、等离子体刻蚀以及等离子体化学气相沉积等。
图1是现有的一种常见的用于半导体干法刻蚀设备的反应腔结构。工艺气体通过进气通道02流入反应腔09内部，上部电极射频天线01产生的高频能量透过介质窗03将介质窗03下方的工艺气体电离成等离子体04，等离子体04通过物理轰击或者化学反应的方式对晶圆06上的目标区域进行刻蚀。反应腔09内部的内衬05将等离子体04限定在一定区域，同时能够保护反应腔09内壁不被刻蚀。工艺过程产生的刻蚀副产物通过内衬05底部的排气通道08排到压力控制器010，最终被抽气泵011抽走。内衬05侧面上的传片口015用于刻蚀工艺开始前传入晶圆06以及刻蚀工艺完成后传出晶圆06。
刻蚀工艺开始前，内门013在内门驱动器012的作用下下降，门阀014打开，晶圆06被传入反应腔，然后门阀014关闭，内门013在内门驱动器012的作用下上升，然后开始刻蚀工艺。
但是，这种反应腔执行刻蚀工艺时，刻蚀均匀性并不理想。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种反应腔室以及等离子体设备，能够至少部分地解决现有技术中存在的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供一种反应腔室，包括：腔室本体、内衬和升降驱动装置；
所述内衬设置在所述腔室本体内，所述腔室本体的侧壁上形成有传片口；
所述内衬包括：第一内衬和第二内衬；所述第一内衬与所述腔室本体连接，所述第二内衬同轴外套或内套于所述第一内衬上，且所述第一内衬与所述第二内衬在水平方向上具有间隙；
所述升降驱动装置与所述第二内衬连接，用于在对晶圆进行工艺处理时，驱动所述第二内衬移动至预设的第一位置，使所述第二内衬遮挡所述传片口，并且使所述第一内衬和所述第二内衬部分重叠，重叠部分的长度为预定长度，所述第一内衬和所述第二内衬围成用于对所述晶圆进行工艺处理的工艺区域。
可选地，所述升降驱动装置包括：可伸缩的升降波纹管；
所述升降波纹管与所述第二内衬连接，所述升降驱动装置通过驱动所述升降波纹管的伸缩带动所述第二内衬升降。
可选地，所述升降驱动装置还包括：气缸组件；
所述气缸组件用于驱动所述升降波纹管伸缩。
可选地，所述气缸组件包括：气缸、连接件；所述升降波纹管包括：设置在所述升降波纹管中的活动轴；
所述气缸的缸体固定在所述腔室本体上，所述气缸的气缸轴通过所述连接件与所述活动轴的上端相连，所述升降波纹管的上端与所述腔室本体连接，所述升降波纹管的下端与所述活动轴的下端相连；
所述第二内衬与所述升降波纹管、所述活动轴连接。
可选地，所述反应腔室还包括内衬安装件，所述第二内衬通过所述内衬安装件与所述升降波纹管、所述活动轴的下端连接。
可选地，所述第二内衬包括底衬和竖直衬，所述竖直衬与所述腔室本体的内壁相对设置，所述底衬设置在所述竖直衬的底部，且所述底衬朝向所述腔室本体的中部延伸，在所述底衬上设置有多个沿厚度方向贯穿所述底衬的排气孔，以使得所述工艺区域内产生的刻蚀副产物通过所述排气孔排出。
可选地，所述间隙的宽度在1mm至2mm之间；
所述预定长度与所述间隙的宽度的比值大于7:1。
可选地，所述反应腔室还包括用于支撑晶圆的支撑组件，所述支撑组件设置在所述腔室本体内。
可选地，在进料或取料时，所述升降驱动装置驱动所述第二内衬移动至预设的第二位置，使所述第二内衬位于所述传片口的上方。
作为本发明的第二个方面，提供一种等离子体设备，包括反应腔室，其中，所述反应腔室采用如本发明所提供的上述反应腔室。
本发明的反应腔室以及等离子体设备，可以在工艺处理过程中将等离子体限定在一定的工艺区域内，同时能够保护腔室本体的内壁不被刻蚀，提高了工艺过程中的气流均匀性，能够保证工艺长时间稳定，使晶圆中心到边缘的刻蚀结果有较好的一致性，提高产品良率。
本发明实施例附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图：
图1为现有技术中的反应腔室的结构示意图；
图2为根据本发明的反应腔室的一个实施例的第二内衬在低位的结构示意图；
图3为图2中的a区域的局部放大示意图；
图4为根据本发明的反应腔室的一个实施例的第二内衬在高位的结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。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，显然，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他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合图和实施例对本发明的技术方案进行多方面的描述。
下文为了叙述方便，下文中所称的“左”、“右”、“上”、“下”与附图本身的左、右、上、下方向一致。
下文中的“第一”、“第二”等，仅用于描述上相区别，并没有其它特殊的含义。
本发明的发明人反复研究发现，相关技术中的反应腔执行刻蚀工艺时，刻蚀均匀性较低的原因如下：
其一、现行的设计中，要求相对运动部件之间不能产生摩擦；其二、内衬05、内门013均存在加工及安装误差，导致内门013与内衬05之间不可避免会存在大约1mm至2mm的间隙。
上述两个原因导致反应腔09内部等离子体的分布会在内门013处产生突变，进而影响刻蚀结果的均匀性。
有鉴于此，本发明提供一种反应腔室，如图2所示，所述反应腔室包括： 腔室本体11、内衬、和升降驱动装置，内衬设置在腔室本体11内，腔室本体11的侧壁上形成有传片口。内衬包括第一内衬20和第二内衬18，第一内衬20与腔室本体11连接，第二内衬18同轴外套或内套于第一内衬20。为了保证在第二内衬18的运动过程中第二内衬18不与第一内衬20发生刮蹭，在水平方向上，在第一内衬20与第二内衬18之间具有间隙。升降驱动装置用于驱动第二内衬18上升或下降。
在对晶圆17进行工艺处理时，升降驱动装置驱动第二内衬18移动至(通常该“移动”为“下降”)预设的第一位置，此时，第一内衬20和第二内衬18部分冲抵，且重叠部分的长度为预定长度，同时，第二内衬18遮挡所述传片口，并使得晶圆17位于由第一内衬和第二内衬围成的工艺区域内。在进料或取料时，升降驱动装置还用于驱动第二内衬18移动至(通常，该“移动”为“上升”)预设的第二位置，使得第二内衬18位于传片口上方。
第一位置、第二位置和预定长度可以通过实验、调试确定。
当第二内衬18位于第一位置时，位于腔室本体11内部的第一内衬20和第二内衬18可以将等离子体19限定在一定的工艺区域内，同时能够保护腔室本体11的内壁不被刻蚀。
如图3所示，第一内衬20与第二内衬18之间的间隙的宽度d可以在1m至2mm之间。为了保证工艺过程中，等离子体19不会通过第一内衬20与第二内衬18之间的间隙逃逸到第一内衬20的外部，优选地，第一内衬20和第二内衬18的重叠部分的预定长度H满足H:d>7:1。
在一个实施例中，反应腔室包括上电极射频电线1和介质窗3。介质窗3与腔室本体11的顶部连接，介质窗3位于第一内衬20和第二内衬18的上方，上电极射频电线1位于介质窗3的上方，介质窗3设置有进气通道2。在对晶圆17进行工艺处理时，上电极射频电线1用于向工艺区域内的气体施加射频能量。支撑组件包括下电极16，晶圆17位于下电极16的上方。
工艺气体通过进气通道2流入腔室本体11的内部，上部电极射频天线 1产生的高频能量透过介质窗3将介质窗3下方的、位于工艺区域内的工艺气体电离成等离子体19，等离子体19通过物理轰击或者化学反应的方式对晶圆17上的目标区域进行刻蚀。
在第二内衬18的底部设置有多个排气孔14，工艺过程中在工艺区域内产生的刻蚀副产物通过排气孔14排出，排到压力控制器12，最终被抽气泵13抽走。
在本发明中，对如何设置排气孔14不做特殊的限定。可选地，第二内衬18包括底衬和竖直衬，竖直衬与腔室本体11的内壁相对设置，底衬设置在竖直衬的底部，且底衬朝向腔室本体11的中部延伸，在底衬上设置有多个沿厚度方向贯穿底衬的排气孔14。
在一个实施例中，升降驱动装置可以有多种。例如，升降驱动装置包括可伸缩的升降波纹管8。升降波纹管8与第二内衬18连接，升降驱动装置通过驱动升降波纹管8伸缩带动第二内衬18升降。
在本发明中，对如何驱动升降波纹管8伸缩不做特殊限定，可选地，升降驱动装置包括气缸组件，通过气缸组件用于驱动升降波纹管8伸缩。
气缸组件包括气缸4、连接件，升降波纹管8还包括设置在升降波纹管8中的活动轴。连接件可以有多种，例如为气缸轴连接螺母/浮动接头7等。气缸4的缸体固定在腔室本体11上，气缸11的气缸轴6通过连接件与活动轴的上端相连，升降波纹管8的上端与腔室本体11连接，升降波纹管8的下端与活动轴的下端相连。第二内衬18与升降波纹管8、活动轴连接。
气缸4的缸体通过气缸连接件5与腔室本体11相连，升降波纹管8的上端可以通过螺钉固定到腔室本体11上，第二内衬18可以通过内衬安装件10连接到升降波纹管8、活动轴。在安装时，可以将腔室本体11后侧的后盖板9打开。气缸轴6通过气缸轴连接螺母/浮动接头7与升降波纹管8内部的活动轴相连接，升降波纹管8内部的活动轴与升降波纹管8下端可采用焊接等方式相连或一体加工而成。在气缸4的驱动下，升降波纹管8内部的 活动轴带动第二内衬18作上下升降运动。
腔室本体11设置有传片口，通过门阀15可以控制传片口的打开和关闭。如图4所示，在进料或取料时，升降驱动装置驱动第二内衬18上升并位于预设的第二位置，第二内衬18位于传片口的上方，以便于通过传片口取出或放入晶圆17。第二位置可以通过实验、调试确定。刻蚀工艺开始前第二内衬18在气缸4的作用下上升，门阀15打开，晶圆17被传入腔室本体11内后，门阀15关闭，第二内衬18在气缸4的作用下下降，开始刻蚀工艺。
为了设置晶圆，反应腔室还包括用于支撑晶圆17的支撑组件，支撑组件设置在腔室本体11内。
在一个实施例中，本发明提供一种等离子体设备，等离子体设备包括反应腔室，反应腔室采用如上实施例中的反应腔室。等离子体设备可以是电容耦合等离子体设备，也可以是电感耦合等离子体设备等。
上述实施例提供的反应腔室以及等离子体设备，可以在工艺处理过程中将等离子体限定在一定的工艺区域内，同时能够保护腔室本体的内壁不被刻蚀，提高了工艺过程中的气流均匀性，能够保证工艺长时间稳定，使晶圆中心到边缘的刻蚀结果有较好的一致性，提高产品良率。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成 形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

  1. 一种反应腔室，其特征在于，包括：腔室本体、内衬和升降驱动装置；
    所述内衬设置在所述腔室本体内，所述腔室本体的侧壁上形成有传片口；
    所述内衬包括：第一内衬和第二内衬；所述第一内衬与所述腔室本体连接，所述第二内衬同轴外套或内套于所述第一内衬上，且所述第一内衬与所述第二内衬在水平方向上具有间隙；
    所述升降驱动装置与所述第二内衬连接，用于在对晶圆进行工艺处理时，驱动所述第二内衬移动至预设的第一位置，使所述第二内衬遮挡所述传片口，并且使所述第一内衬和所述第二内衬部分重叠，其中，重叠部分的长度为预定长度，所述第一内衬和所述第二内衬围成用于对所述晶圆进行工艺处理的工艺区域。
  2. 如权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述升降驱动装置包括：可伸缩的升降波纹管；
    所述升降波纹管与所述第二内衬连接，所述升降驱动装置通过驱动所述升降波纹管伸缩带动所述第二内衬升降。
  3. 如权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，所述升降驱动装置还包括：气缸组件；
    所述气缸组件用于驱动所述升降波纹管伸缩。
  4. 如权利要求3所述的反应腔室，其特征在于，所述气缸组件包括：气缸、连接件；所述升降波纹管包括：设置在所述升降波纹管中的活动轴；
    所述气缸的缸体固定在所述腔室本体上，所述气缸的气缸轴通过所述连 接件与所述活动轴的上端相连，与所述升降波纹管的上端与所述腔室本体连接，所述升降波纹管的下端与所述活动轴的下端相连；
    所述第二内衬与所述升降波纹管、所述活动轴连接。
  5. 如权利要求4所述的反应腔室，其特征在于，还包括：内衬安装件，所述第二内衬通过所述内衬安装件与所述升降波纹管、所述活动轴的下端连接。
  6. 如权利要求1至5中任意一项所述的反应腔室，其特征在于，
    所述第二内衬包括底衬和竖直衬，所述竖直衬与所述腔室本体的内壁相对设置，所述底衬设置在所述竖直衬的底部，且所述底衬朝向所述腔室本体的中部延伸，在所述底衬上设置有多个沿厚度方向贯穿所述底衬的排气孔，以使得所述工艺区域内产生的刻蚀副产物通过所述排气孔排出。
  7. 如权利要求1至5中任意一项所述的反应腔室，其特征在于，
    所述间隙的宽度在1mm至2mm之间；
    所述预定长度与所述间隙的宽度的比值大于7:1。
  8. 如权利要求1至5中任意一项所述的反应腔室，其特征在于，所述反应腔室还包括用于支撑晶圆的支撑组件，所述支撑组件设置在所述腔室本体内。
  9. 如权利要求1至5中任意一项所述的反应腔室，其特征在于，
    在进料或取料时，所述升降驱动装置驱动所述第二内衬移动至预设的第二位置，使所述第二内衬位于所述传片口的上方。
  10. 一种等离子体设备，包括反应腔室，其特征在于，所述反应腔室采 用如权利要求1至9任一项所述的反应腔室。
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