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)備主要借助在反應(yīng)腔室內(nèi)產(chǎn)生的等離子體對(duì)被加工工件進(jìn)行刻蝕、沉積等工藝；具體地，其一般通過下述方式在反應(yīng)腔室內(nèi)產(chǎn)生等離子體:向設(shè)于反應(yīng)腔室上的感應(yīng)線圈中加載射頻功率，使其在反應(yīng)腔室內(nèi)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，從而將反應(yīng)腔室內(nèi)的工藝氣體耦合為等離子體。
[0003]圖1為現(xiàn)有的第一種反應(yīng)腔室的結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參閱圖1，反應(yīng)腔室I的頂壁上方設(shè)有感應(yīng)線圈2，感應(yīng)線圈2為在平面內(nèi)按照一定方式纏繞的平面線圈，其與射頻電源3連接。在工藝過程中，射頻電源3向感應(yīng)線圈2加載射頻功率，可以使感應(yīng)線圈2在反應(yīng)腔室I內(nèi)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，將反應(yīng)腔室I內(nèi)的工藝氣體耦合為等離子體。
[0004]在上述反應(yīng)腔室I中，由于感應(yīng)線圈2產(chǎn)生的電磁場(chǎng)不是均勻電磁場(chǎng)，這使得等離子體在反應(yīng)腔室I內(nèi)的分布不均勻；并且，在越靠近感應(yīng)線圈2的區(qū)域，等離子體的密度越高，其分布相應(yīng)地越不均勻。在實(shí)際應(yīng)用中，一般通過增大被加工工件與感應(yīng)線圈2的距離來使等離子體在被加工工件表面的分布更加均勻，但這樣會(huì)導(dǎo)致被加工工件表面區(qū)域的等離子體的密度較低，從而降低刻蝕或沉積工藝的速率，進(jìn)而降低等離子體加工設(shè)備的生產(chǎn)效率。
[0005]圖2為現(xiàn)有的第二種反應(yīng)腔室的結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參閱圖2，反應(yīng)腔室4的頂壁上設(shè)有一個(gè)圓柱形介質(zhì)窗5以及多個(gè)與介質(zhì)窗5同心的環(huán)形介質(zhì)窗6 ;其中，介質(zhì)窗5的側(cè)壁外側(cè)環(huán)繞有線圈7，每個(gè)介質(zhì)窗6的側(cè)壁外側(cè)環(huán)繞有線圈8 ;線圈7和線圈8均與射頻電源9連接。在工藝過程中，射頻電源9向線圈7和線圈8加載射頻功率，可以使其在反應(yīng)腔室4內(nèi)產(chǎn)生電磁場(chǎng),將反應(yīng)腔室4內(nèi)的工藝氣體耦合為等離子體；并且,通過增加加載至線圈7和線圈8上的射頻功率，可以在被加工工件距離介質(zhì)窗5和介質(zhì)窗6較遠(yuǎn)的情況下，使被加工工件表面的等離子體具有較高的密度和良好的分布均勻性。
[0006]但在實(shí)際應(yīng)用中，上述反應(yīng)腔室4不可避免地存在下述問題，即:在通過增加加載至線圈7和線圈8上的射頻功率使被加工工件表面的等離子體具有較高的密度的工藝過程中，會(huì)消耗較多的能量，并使線圈7和線圈8的耦合效率較低；同時(shí)，增加加載至線圈7和線圈8上的射頻功率，還使介質(zhì)窗5和介質(zhì)窗6的側(cè)壁內(nèi)側(cè)的等離子體的密度相應(yīng)增大，這樣就增大了等離子體對(duì)介質(zhì)窗5和介質(zhì)窗6的內(nèi)壁的容性轟擊,從而會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)窗5和介質(zhì)窗6的側(cè)壁因此而受到較大的損耗；并且，還導(dǎo)致介質(zhì)窗5和介質(zhì)窗6的側(cè)壁因等離子體的容性轟擊而升溫的幅度增大，這樣就增大了介質(zhì)窗5和介質(zhì)窗6側(cè)壁上各區(qū)域之間的溫度梯度，從而導(dǎo)致在上述溫度梯度超出介質(zhì)窗5和介質(zhì)窗6的承受范圍時(shí)，介質(zhì)窗5和介質(zhì)窗6會(huì)因此而斷裂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]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，其通過在反應(yīng)腔室內(nèi)部的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域內(nèi)獨(dú)立地產(chǎn)生等離子體，控制并調(diào)節(jié)反應(yīng)腔室內(nèi)的等離子體的密度和等離子體在反應(yīng)腔室內(nèi)的分布均勻性。
[0008]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的而提供一種反應(yīng)腔室，用于對(duì)被加工工件進(jìn)行工藝處理，所述反應(yīng)腔室包括電源、介質(zhì)窗、連接側(cè)壁和平面線圈；所述介質(zhì)窗水平設(shè)置于所述反應(yīng)腔室的頂部，其由非導(dǎo)電材料制成；所述介質(zhì)窗的數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)，且其中包括至少一個(gè)不與所述反應(yīng)腔室的頂壁處于同一水平面上的第一介質(zhì)窗；所述第一介質(zhì)窗通過所述連接側(cè)壁與所述反應(yīng)腔室的頂壁固定連接，且所述第一介質(zhì)窗和所述連接側(cè)壁相配合將所述反應(yīng)腔室內(nèi)部分割為多個(gè)區(qū)域；所述平面線圈設(shè)置于介質(zhì)窗的上方，且與所述電源電連接，用于在與電源連接時(shí)，產(chǎn)生電磁場(chǎng)，將反應(yīng)腔室內(nèi)與其對(duì)應(yīng)的區(qū)域內(nèi)的工藝氣體耦合為等離子體。
[0009]其中，所述連接側(cè)壁由導(dǎo)電材料或非導(dǎo)電材料制成。
[0010]其中，所述第一介質(zhì)窗的數(shù)量為一個(gè)，其在豎直方向上低于所述反應(yīng)腔室的頂壁，且其位于所述反應(yīng)腔室內(nèi)的被加工工件的豎直上方。
[0011]其中，所述介質(zhì)窗的直徑大于所述被加工工件的直徑。
[0012]其中，所述反應(yīng)腔室的頂壁由一個(gè)或多個(gè)介質(zhì)窗組成。
[0013]其中，位于所述第一介質(zhì)窗上方的平面線圈和位于所述組成反應(yīng)腔室的頂壁的介質(zhì)窗上方的平面線圈在豎直方向上的高度差大于50mm。
[0014]其中，所述平面線圈與所述介質(zhì)窗及所述反應(yīng)腔室的外壁之間的距離大于25mm。
[0015]其中，所述介質(zhì)窗的數(shù)量為多個(gè)；所述平面線圈的數(shù)量為多個(gè)，其分別設(shè)于不同的介質(zhì)窗上方；所述每個(gè)平面線圈與一個(gè)電源一一對(duì)應(yīng)的連接，且與多個(gè)平面線圈連接的多個(gè)電源之間的相位同步；或者所述多個(gè)平面線圈彼此并聯(lián)或串聯(lián)后與一個(gè)電源連接，且所述多個(gè)平面線圈內(nèi)的電流方向一致。
[0016]其中，所述反應(yīng)腔室包括氣體供給系統(tǒng)，所述氣體供給系統(tǒng)包括多個(gè)通氣孔，所述多個(gè)通氣孔分別與所述反應(yīng)腔室內(nèi)的不同區(qū)域連通，用于向所述反應(yīng)腔室內(nèi)的不同區(qū)域通入相應(yīng)質(zhì)量流量的工藝氣體。
[0017]其中，所述反應(yīng)腔室還包括氣體質(zhì)量流量控制計(jì)或氣動(dòng)閥,所述氣體質(zhì)量流量控制計(jì)或氣動(dòng)閥用于控制經(jīng)多個(gè)通氣孔通入所述反應(yīng)腔室內(nèi)不同區(qū)域的工藝氣體的質(zhì)量流量。
[0018]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)腔室采用本發(fā)明提供的上述反應(yīng)腔室。
[0019]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0020]本發(fā)明提供的反應(yīng)腔室，其第一介質(zhì)窗與連接側(cè)壁相配合將反應(yīng)腔室內(nèi)分割為多個(gè)區(qū)域，并通過設(shè)于介質(zhì)窗上方的平面線圈在其中的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域內(nèi)耦合等離子體，從而可以通過控制上述區(qū)域內(nèi)等離子體產(chǎn)生的效率對(duì)等離子體在反應(yīng)腔室內(nèi)的分布和反應(yīng)腔室內(nèi)等離子體的密度進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，進(jìn)而可以使等離子體在反應(yīng)腔室的相應(yīng)區(qū)域內(nèi)分布均勻，且具有相應(yīng)的密度；此外，本發(fā)明提供的反應(yīng)腔室采用平面線圈，相比現(xiàn)有技術(shù)中采用的螺線管型線圈，其感應(yīng)耦合的效率更高，并且可以減少等離子體對(duì)介質(zhì)窗的容性轟擊，防止介質(zhì)窗因此而損壞，從而可以延長介質(zhì)窗的使用壽命。
[0021]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，可以控制反應(yīng)腔室內(nèi)等離子體的密度和等離子體在反應(yīng)腔室內(nèi)的分布，并使等離子體在反應(yīng)腔室的相應(yīng)區(qū)域內(nèi)分布均勻，且具有相應(yīng)的密度；還可以提高感應(yīng)耦合產(chǎn)生等離子體的效率，并可以減少等離子體對(duì)介質(zhì)窗的容性轟擊，防止介質(zhì)窗因此而損壞，從而可以延長介質(zhì)窗的使用壽命。
【附圖說明】
[0022]圖1為現(xiàn)有的第一種反應(yīng)腔室的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為現(xiàn)有的第二種反應(yīng)腔室的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的反應(yīng)腔室的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4為圖3所示反應(yīng)腔室的俯視示意圖；
[0026]圖5為平面線圈與電源連接的示意圖；
[0027]圖6為圖3所示反應(yīng)腔室中連接側(cè)壁由非導(dǎo)電材料制成的示意圖；
[0028]圖7為兩個(gè)平面線圈彼此并聯(lián)的示意圖；
[0029]圖8為兩個(gè)平面線