一種反應(yīng)腔室及等離子體加工設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)備制造領(lǐng)域，具體地，涉及一種反應(yīng)腔室及等離子體加工設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]等離子體加工設(shè)備一般包括反應(yīng)腔室，其在反應(yīng)腔室內(nèi)對(duì)被加工工件進(jìn)行刻蝕、沉積等工藝。
[0003]圖1為現(xiàn)有的第一種等離子體加工設(shè)備的反應(yīng)腔室的結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參看圖1，反應(yīng)腔室包括腔體1、承載裝置2、線圈3、射頻電源(圖中未示出)、偏壓電源(圖中未示出)和抽真空裝置(圖中未示出)。其中，腔體I上設(shè)有進(jìn)氣口 4和排氣口 5，排氣口 5與抽真空裝置連接；承載裝置2設(shè)于腔體I內(nèi)部，其用于承載被加工工件6 ;偏壓電源與承載裝置2連接，用于向承載裝置2加載偏壓；線圈3環(huán)繞于腔體I的側(cè)壁7的外側(cè)，且側(cè)壁7由氧化鋁陶瓷制成；射頻電源與線圈3連接，用于向線圈3加載射頻功率。
[0004]在上述等離子體加工設(shè)備對(duì)被加工工件進(jìn)行刻蝕工藝時(shí)，首先由抽真空裝置將腔體I抽真空,進(jìn)而通過進(jìn)氣口 4向腔體I內(nèi)通入工藝氣體；而后,射頻電源向線圈3加載射頻功率，使線圈3激發(fā)上述通入腔體I內(nèi)的工藝氣體為等離子體；偏壓電源向承載裝置2加載偏壓，吸引上述等離子體中的離子轟擊被加工工件6或與被加工工件6發(fā)生反應(yīng)，從而在被加工工件6表面刻蝕出相應(yīng)的圖形。
[0005]在上述過程中，側(cè)壁7上會(huì)產(chǎn)生射頻偏壓，該射頻偏壓吸引等離子體中的離子轟擊側(cè)壁7，并使側(cè)壁7的溫度隨離子的轟擊而升高；并且，在上述過程中，側(cè)壁7上與線圈2的中部相對(duì)應(yīng)的區(qū)域，即側(cè)壁7的中部的射頻偏壓最大，從而其吸引最多的離子轟擊側(cè)壁7的中部區(qū)域，使側(cè)壁7的中部的溫度高于其兩端的溫度；同時(shí)，由于側(cè)壁7由氧化鋁陶瓷制成，其熱導(dǎo)率較低，這樣導(dǎo)致側(cè)壁7的上下兩端可以通過熱傳導(dǎo)將其熱量傳遞出去，而側(cè)壁7的中部則會(huì)限于其較低的熱導(dǎo)率無法將其熱量傳遞出去，從而在側(cè)壁7的沿豎直方向的各個(gè)區(qū)域之間形成較大的溫度梯度；進(jìn)而，當(dāng)射頻電源向線圈2加載的水平功率較大，如5000W時(shí)，上述溫度梯度會(huì)超出側(cè)壁7的承受范圍，使側(cè)壁7因此而斷裂。
[0006]圖2為現(xiàn)有的第二種等離子體加工設(shè)備的反應(yīng)腔室的結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參看圖2，該等離子體加工設(shè)備的反應(yīng)腔室包括腔體11、承載裝置12、靶材13、線圈14、射頻電源15、偏壓電源16和法拉第屏蔽件17。其中，承載裝置12設(shè)于腔體11的內(nèi)部，用于承載被加工工件；靶材13設(shè)于腔體11的頂部；偏壓電源16與靶材13連接，用于向靶材13加載偏壓；線圈14環(huán)繞于腔體11的側(cè)壁外側(cè)；射頻電源15與線圈14連接，用于向線圈14加載射頻功率；法拉第屏蔽件17由導(dǎo)電材料制成，或者由表面鍍有導(dǎo)電層的絕緣材料制成，其固定于腔體11的側(cè)壁內(nèi)側(cè)，且環(huán)繞腔體11的側(cè)壁內(nèi)側(cè)接近一周。
[0007]在使用上述等離子體加工設(shè)備向被加工工件表面沉積薄膜時(shí)，向腔體11內(nèi)通入工藝氣體；而后，射頻電源15向線圈14加載射頻功率，使線圈14激發(fā)上述通入腔體11內(nèi)的工藝氣體為等離子體；偏壓電源16向靶材13上加載偏壓，吸引上述等離子體中的離子轟擊靶材13，使靶材13上的靶材原子或分子從靶材13表面上脫離，并沉積至被加工工件的表面上，從而在被加工工件表面上形成薄膜。在上述過程中，法拉第屏蔽件17可以屏蔽電磁場，使其上的射頻偏壓較低，從而減少等離子體對(duì)腔體11的轟擊，以及減小腔體11受到的侵蝕，進(jìn)而提高等離子體加工設(shè)備的使用壽命，降低其使用成本。
[0008]上述等離子體加工設(shè)備在實(shí)際使用中不可避免地存在下述問題，即:由于法拉第屏蔽件17固定于腔體11的側(cè)壁內(nèi)側(cè)，其在工藝過程中會(huì)降低線圈14的耦合能量，使線圈14激發(fā)等離子體的耦合效率降低；同時(shí)，在工藝過程中，等離子體中的離子會(huì)受到法拉第屏蔽件17上的射頻偏壓的吸引而轟擊法拉第屏蔽件17，使其具有較高的溫度，該溫度會(huì)通過熱傳導(dǎo)傳遞給腔體11，使腔體11具有較高的溫度；此外，在上述等離子體加工設(shè)備對(duì)被加工工件進(jìn)行刻蝕工藝時(shí)，等離子體中的離子轟擊上述法拉第屏蔽件17，會(huì)使其表面的導(dǎo)電材料分子或原子從其表面上脫離，并落入腔體11內(nèi)或被加工工件上，從而造成對(duì)腔體11或被加工工件的污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，提出了一種反應(yīng)腔室及等離子體加工設(shè)備，其可以在工藝過程中使反應(yīng)腔室的腔體的側(cè)壁各個(gè)區(qū)域之間的溫度梯度較小，從而可以防止反應(yīng)腔室的側(cè)壁因其各個(gè)區(qū)域之間的溫度梯度過大而斷裂。
[0010]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的而提供一種反應(yīng)腔室，包括腔體、線圈、內(nèi)襯套和連接件，所述線圈在腔體的外側(cè)環(huán)繞腔體的側(cè)壁，所述內(nèi)襯套在腔體的內(nèi)側(cè)環(huán)繞腔體的側(cè)壁，且其與腔體的側(cè)壁之間具有均勻的間隙；所述連接件與所述腔體的內(nèi)壁連接，并通過與所述內(nèi)襯套點(diǎn)接觸而將所述內(nèi)襯套固定在所述腔體內(nèi)。
[0011]其中，所述內(nèi)襯套在腔體的內(nèi)側(cè)環(huán)繞所述腔體的側(cè)壁和頂壁，且其與腔體的側(cè)壁和頂壁之間具有均勻的間隙。
[0012]其中，所述內(nèi)襯套的厚度為3-5mm。
[0013]其中，所述內(nèi)襯套與腔體的側(cè)壁之間的間隙為l_2mm。
[0014]其中，所述內(nèi)襯套與腔體的側(cè)壁和頂壁之間的間隙為l_2mm。
[0015]其中，所述內(nèi)襯套由耐高溫材料制成。
[0016]其中，所述連接件的熱導(dǎo)率小于0.2W/ Cm.K)D
[0017]其中，所述內(nèi)襯套的熱導(dǎo)率大于20W/ (ι?.Κ)。
[0018]其中，所述內(nèi)襯套由氧化鋁陶瓷或氮化鋁陶瓷制成。
[0019]作為另一個(gè)技術(shù)方案，本發(fā)明還提供一種等離子體加工設(shè)備，包括反應(yīng)腔室，所述反應(yīng)腔室用于對(duì)被加工工件進(jìn)行工藝處理，其中，所述反應(yīng)腔室采用本發(fā)明提供的上述反應(yīng)腔室。
[0020]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0021]本發(fā)明提供的反應(yīng)腔室，其內(nèi)襯套在腔體內(nèi)環(huán)繞腔體的側(cè)壁，使內(nèi)襯套在工藝過程中受到離子的轟擊而溫度升高；并且由于內(nèi)襯套通過與連接件的點(diǎn)接觸被固定于腔體內(nèi)，且內(nèi)襯套與腔體的側(cè)壁之間具有均勻的間隙，使內(nèi)襯套在其升溫的過程中，僅能通過向腔體的側(cè)壁輻射熱量以及通過連接件與腔體的內(nèi)壁之間進(jìn)行熱傳導(dǎo)的方式向外傳遞很少部分的熱量；這使腔體的側(cè)壁在工藝過程中的升溫幅度很小，還使內(nèi)襯套的溫度很高，以及使內(nèi)襯套各區(qū)域之間的溫度非常均勻；其中，內(nèi)襯套各區(qū)域之間的溫度非常均勻使內(nèi)襯套輻射至腔體的側(cè)壁的各區(qū)域上的熱量均勻，以及使腔體的側(cè)壁的各區(qū)域的溫度梯度較小，從而可以避免腔體的側(cè)壁因其各個(gè)區(qū)域之間的溫度梯度過大而斷裂，減小了反應(yīng)腔室的維護(hù)成本；內(nèi)襯套的溫度很高，可以使附著于其上的副產(chǎn)物氣化，進(jìn)而被排出腔體，這樣就減小了副產(chǎn)物在腔體內(nèi)的累積，從而使反應(yīng)腔室的維護(hù)周期較長，提高反應(yīng)腔室的有效使用時(shí)間，并在一定程度上提升產(chǎn)能。此外，內(nèi)襯套通過與連接件的點(diǎn)接觸而被固定于腔體內(nèi)，其安裝和拆卸非常簡單，從而便于維護(hù)。
[0022]本發(fā)明提供的等離子體加工設(shè)備，其采用本發(fā)明提供的上述反應(yīng)腔室，可以使其反應(yīng)腔室的側(cè)壁的各區(qū)域之間在工藝過程中保持較小的溫度梯度，從而可以避免其反應(yīng)腔室的側(cè)壁因各區(qū)域之間溫度梯度過大而斷裂，減小了其反應(yīng)腔室的維護(hù)成本；并且，還可以減小工藝過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物在反應(yīng)腔室的腔體內(nèi)的累積，從而使反應(yīng)腔室的維護(hù)周期較長，提高反應(yīng)腔室的有效使用時(shí)間，并在一定程度上提升等離子體加工設(shè)備的產(chǎn)能。
【附圖說明】
[0023]圖1為現(xiàn)有的第一種等離子體加工設(shè)備的反應(yīng)腔室的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為現(xiàn)有的第二種等離子體加工設(shè)備的反應(yīng)腔室的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的反應(yīng)腔室的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4為內(nèi)襯套環(huán)繞腔體的側(cè)壁及頂壁的結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0027]圖5為反應(yīng)腔室為PVD腔室的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖來對(duì)本發(fā)明提供的反應(yīng)腔室及等離子體加工設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0029]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的反應(yīng)腔室的結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參看圖3，該反應(yīng)腔室為刻蝕腔室，其用于對(duì)被加工工件進(jìn)行刻蝕工藝，其具體包括腔體20、承載裝置21、線圈22、射頻電源23、偏壓電源24、內(nèi)襯套25、連接件26和抽真空裝置(圖中未示出)。其中，腔體20內(nèi)包括第一空間201和第二空間202，第一空間201和第二空間202連通，且第二空間202的側(cè)壁203由電絕緣材料制成；腔體20上設(shè)有進(jìn)氣口 204和排氣口 205，排氣口 205與抽真空裝置連接；承載裝置21設(shè)置于腔體20內(nèi)，其用于承載被加工工件27 ;偏壓電源24與承載裝置21連接，用于向承載裝置21加載偏壓；線圈22在腔體20的外側(cè)環(huán)繞腔體20的側(cè)壁，具體地，線圈22環(huán)繞腔體20內(nèi)第二空間202的側(cè)壁203 ;射頻電源23與線圈22連接，用于向線圈22加載射頻功率；內(nèi)襯套25在腔體20的內(nèi)側(cè)環(huán)繞腔體20的側(cè)壁，且其與腔體20的側(cè)壁之間具有均勻的間隙，具體地，內(nèi)襯套25環(huán)繞腔體20內(nèi)第二空間202的側(cè)壁203，內(nèi)襯套25與側(cè)壁203之間的間隙為l_2mm ;連接件26與腔體20的內(nèi)壁連接，并通過與內(nèi)襯套25點(diǎn)接觸而將內(nèi)襯套25固定在腔體20內(nèi)，具體地，連接件26與腔體20內(nèi)第二空間202的側(cè)壁203連接。
[0030]以上述反應(yīng)腔室對(duì)被加工工件27進(jìn)行刻蝕工藝為例，其具體過程是:首先，由抽真空裝置將腔體20內(nèi)的氣體從排氣口 205抽出，使腔體20內(nèi)達(dá)到預(yù)定的真空度；而后，通過進(jìn)氣口 204向腔體20內(nèi)通入工藝氣體；由射頻電源23向線圈22加載射頻功率，使線圈22激發(fā)上述通入腔體20內(nèi)的工藝氣體為等離子體；并由偏壓電源24向承載裝置21加載偏壓，吸引上述等離子體中的離子轟擊置于承載裝置21上的被加工工件27表面或與被加工工件27發(fā)生反應(yīng)，從而在被加工工件27表面刻蝕