一种射频等离子体反应室制造技术

一种射频等离子体反应室，广泛应用于材料表面改性及表面处理等领域。这种射频等离子体反应室包括设置在真空腔室中的上基片台和下基片台，上基片台通过上支撑筒固定在密封盖上的上基片台固定装置上，上基片台采用容性耦合基片台或感性耦合基片台；下基片台通过下基片台轴向位置调节机构固定在底板上，调整调节螺母时，移动法兰在导向杆上滑动，使波纹管变形，位于波纹管内的下支撑筒移动，改变与下支撑筒连接在一起的下基片台与上基片台之间的距离。该等离子体反应器的优点在于能够根据不同的工艺需求，选择不同的等离子体产生区的直径、高度及放电模式，从而能够优化半导体器件加工设备的设计和制造，缩短不同工艺所需等离子体反应器的研制周期。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种射频等罔子体反应室
本技术涉及一种射频等离子体反应室，广泛应用于材料表面改性及表面处理等领域。
技术介绍
等离子体放电可以产生具有化学活性的物质，所以被广泛应用于材料表面改性及表面处理等领域。对于全球制造工业来说，等离子体处理技术起着极为重要的作用，尤其是在超大规模集成电路制造工艺中，有近三分之一的工序是借助等离子体加工技术完成的，如等离子体刻蚀、等离子体薄膜沉积以及等离子体去胶等。近年来，随着国际半导体技术发展，对等离子体刻蚀的要求越来越高，如线宽越来越细、层数越来越多和芯片面积越来越大。目前，国际工业上正在研制腔室直径为450 mm的芯片生产工艺。而应用在等离子体刻蚀和材料表面处理及薄膜材料生长的等离子体源主要有微波电子回旋共振(ECR)等离子体源、单频或双频容性耦合等离子体源(CCP)和感性耦合等离子体源(ICP)等。上述几种等离子体源中，微波ECR源具有工作气压低、各向异性好和介质损失低等优点，但是由于其需要借助磁场来约束等离子体，因此很难做到大面积均匀性刻蚀的效果。而单频或双频CCP及ICP做到大面积均匀性就相对容易很多。在刻蚀工艺中，其中CCP由于电子及离子能量较高主要应用于介质刻蚀，如SiO2的刻蚀；而ICP由于具有高密度低离子能量的特点，主要应用于半导体材料以及金属材料的刻蚀，如Si和Cu刻蚀。目前国际上主流刻蚀机的反应室直径是300 mm，同时正在研制更大反应室尺寸(直径450 mm)的刻蚀机。但是设计和加工一个固定尺寸的反应性腔室成本太高、周期太长，而且对应CCP和ICP来讲要至少设计两套反应性腔室。因此本技术人设计了一套变直径变高度的感性/容性混合耦合及单一耦合的等离子体源反应室。该反应室既可以用于产生容性耦合等离子，又可以产生感性耦合等离子体，同时又可以调整反应室内等离子体的面积和高度。从而能够解决等离子体源研制周期长、成本高等难题。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的问题，本技术提供一种射频等离子体反应室，该反应室能够在不同气压下产生大面积均匀性等离子体。而且随着选择不同的上基片台可以产生不同密度的等离子体，感性耦合基片台可以产生高密度(IOll-1O12 cm_3)等离子体，容性耦合基片台可以产生低密度(IO9-1Oki cm-3)等离子体。本技术采用的技术解决方案:一种射频等离子体反应室，包括设置在真空腔室中的上基片台和下基片台，所述真空腔室采用主腔体、密封盖和底板构成，并固定在实验台架上，主腔体的周边设有多个石英观察窗，底板上设有金属套筒，金属套筒内侧的底板上设有出气口 ；所述上基片台通过上支撑筒固定在密封盖上的上基片台固定装置上，上基片台采用容性耦合基片台或感性耦合基片台；所述下基片台通过下基片台轴向位置调节机构固定在底板上，下基片台轴向位置调节机构包括调节螺母、导向杆、移动法兰和保持所述真空腔室密封的波纹管；调整调节螺母时，移动法兰在导向杆上滑动，使波纹管变形，位于波纹管内的下支撑筒移动，改变与下支撑筒连接在一起的下基片台与上基片台之间的距离。所述容性耦合基片台采用上支撑筒依次连接上座板、上顶部法兰和上金属外罩，在上顶部法兰的下部设有一个带凹坑的第一上绝缘法兰，在第一上绝缘法兰的凹坑内，第一上金属底部法兰与带凹坑的第二上金属底部法兰之间的空腔连接上冷水进管和上冷水出管，第二上金属底部法兰依次连接带多个孔的第一上进气法兰和第二上进气法兰，在第二上金属底部法兰与第一上进气法兰之间的空腔连接进气管及射频功率传输线，所述上冷水进管、上冷水出管和进气管及射频功率传输线穿过第一上金属底部法兰、第一上绝缘法兰和上顶部法兰后，在位于上支撑筒的上端部位设有上固定环和上金属盖板。所述感性耦合基片台采用上支撑筒依次连接上座板、上顶部法兰和上金属外罩，在上顶部法兰的下部设有一个第二上绝缘法兰，在上金属外罩的内侧下部位置设有一个用石英介质耦合窗封口的支撑环，在支撑环上设有一个上进气管，在第二上绝缘法兰与石英介质耦合窗之间的空腔内设有一个两端分别连接射频功率传输线输入端和射频功率传输线输出端的平面线圈，所述上进气管、射频功率传输线输入端和射频功率传输线输出端穿过第二上绝缘法兰和上顶部法兰后，在位于上支撑筒的上端部位设有上固定环和上金属盖板。所述下基片台采用下支撑筒依次连接下座板、下顶部法兰和下金属外罩，在下顶部法兰的上部设有一个带凹坑的下绝缘法兰，在下顶部法兰的凹坑内，金属平板法兰与带凹坑的下底部法兰之间的空腔连接下冷水进管和下冷水出管，下底部法兰连接套有下绝缘管的射频功率传输线；所述下冷水进管、下冷水出管和射频功率传输线穿过下底部法兰、下绝缘法兰、下顶部法兰和下座板后，在位于下支撑筒的下端部位设有后盖和底部盖子。所述平面线圈的线圈匝数N为1-5，当线圈匝数N大于2时，线圈匝与匝之间的间距采用等间距或不等间距。所述金属套筒上设有与石英观察窗相对应的内观察窗。本技术的有益效果是:这种射频等离子体反应室包括设置在真空腔室中的上基片台和下基片台，上基片台通过上支撑筒固定在密封盖上的上基片台固定装置上，上基片台采用容性耦合基片台或感性耦合基片台；下基片台通过下基片台轴向位置调节机构固定在底板上，调整调节螺母时，移动法兰在导向杆上滑动，使波纹管变形，位于波纹管内的下支撑筒移动，改变与下支撑筒连接在一起的下基片台与上基片台之间的距离。该反应室以实验中得到的单频或双频CCP放电中能够得到低密度、大面积均匀等离子体和ICP放电中能够得到高密度、大面积均匀等离子体为基础，能够在大范围的气压(0.1-100 Pa)下产生不同面积不同高度的均匀等离子体，并且等离子体的密度覆盖范围广(IO9-1O12 cm_3)，解决了目前射频耦合刻蚀机研制周期长及成本高的难点，并且解决了射频耦合等离子体应用中面积和密度均匀性之间的矛盾。该等离子体反应器的优点在于能够根据不同的工艺需求，选择不同的等离子体产生区的直径、高度及放电模式，从而能够优化半导体器件加工设备的设计和制造，缩短不同工艺所需等离子体反应器的研制周期。【附图说明】图1是一种射频等离子体反应室的结构图。图2是容性耦合基片台的结构图。图3是感性耦合基片台的结构图。图4是下基片台的结构图。图中:1、主腔体，2、密封盖，2a、底板，3、上基片台，4、上基片台固定装置，5、下基片台，6、金属套筒，6a、内观察窗，7、出气口，8、石英观察窗，9、下基片台轴向位置调节机构，9a、调节螺母,9b、导向杆,9c、波纹管,9d、移动法兰，10、实验台架，11、上金属外罩，12、第一上金属底部法兰，13、上绝缘垫片，14、上螺母，15、上顶部法兰，16、第一上绝缘法兰，17、上座板，18、上支撑筒，19、上冷水进管，20、上固定环，21、第一上绝缘环，22、第二上绝缘环，23、上金属盖板，24、第三上绝缘环，25、进气管及射频功率传输线，26、第一上绝缘管，27、第四上绝缘环，28、第五上绝缘环，29、上冷水出管，30、第六上绝缘环，31、第二上金属底部法兰，32、第一上进气法兰，33、第二上进气法兰，34、第二上绝缘法兰，35、上进气管，36、第二上绝缘管，37、射频功率传输线输入端，38、射频功率传输线输出端，39、平面线圈，40、石本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种射频等离子体反应室，包括设置在真空腔室中的上基片台（3）和下基片台（5），其特征在于：所述真空腔室采用主腔体（1）、密封盖（2）和底板（2a）构成，并固定在实验台架（10）上，主腔体（1）的周边设有多个石英观察窗（8），底板（2a）上设有金属套筒（6），金属套筒（6）内侧的底板（2a）上设有出气口（7）；所述上基片台（3）通过上支撑筒（18）固定在密封盖（2）上的上基片台固定装置（4）上，上基片台（3）采用容性耦合基片台或感性耦合基片台；所述下基片台（5）通过下基片台轴向位置调节机构（9）固定在底板（2a）上，下基片台轴向位置调节机构（9）包括调节螺母（9a）、导向杆（9b）、移动法兰（9d）和保持所述真空腔室密封的波纹管（9c）；调整调节螺母（9a）时，移动法兰（9d）在导向杆（9b）上滑动，使波纹管（9c）变形，位于波纹管（9c）内的下支撑筒（53）移动，改变与下支撑筒（53）连接在一起的下基片台（5）与上基片台（3）之间的距离。

【技术特征摘要】
1.一种射频等离子体反应室，包括设置在真空腔室中的上基片台(3 )和下基片台(5 )，其特征在于:所述真空腔室采用主腔体(1)、密封盖(2)和底板(2a)构成，并固定在实验台架(10)上，主腔体(1)的周边设有多个石英观察窗(8)，底板(2a)上设有金属套筒(6)，金属套筒(6)内侧的底板(2a)上设有出气口(7);所述上基片台(3)通过上支撑筒(18)固定在密封盖(2 )上的上基片台固定装置(4 )上，上基片台(3 )采用容性耦合基片台或感性耦合基片台；所述下基片台(5)通过下基片台轴向位置调节机构(9)固定在底板(2a)上，下基片台轴向位置调节机构(9)包括调节螺母(9a)、导向杆(％)、移动法兰(9d)和保持所述真空腔室密封的波纹管(9c);调 整调节螺母(9a)时，移动法兰(9d)在导向杆(9b)上滑动，使波纹管(9c)变形，位于波纹管(9c)内的下支撑筒(53)移动，改变与下支撑筒(53)连接在一起的下基片台(5)与上基片台(3)之间的距离。2.根据权利要求1中所述的一种射频等离子体反应室，其特征在于:所述容性耦合基片台采用上支撑筒(18)依次连接上座板(17)、上顶部法兰(15)和上金属外罩(11)，在上顶部法兰(15)的下部设有一个带凹坑的第一上绝缘法兰(16)，在第一上绝缘法兰(16)的凹坑内，第一上金属底部法兰(12)与带凹坑的第二上金属底部法兰(31)之间的空腔连接上冷水进管(19)和上冷水出管(29)，第二上金属底部法兰(31)依次连接带多个孔的第一上进气法兰(32)和第二上进气法兰(33)，在第二上金属底部法兰(31)与第一上进气法兰(32)之间的空腔连接进气管及射频功率传输线(25)，所述上冷水进管(19)、上冷水出管(29)和进气管及射频功率传输线(25)穿过第一上金属底部法兰(12)、第一上绝缘法兰(16)和上顶部法兰(15)后，在位于上支撑筒(18)的上端部位设有上固定环(20)和上金属盖板(23)。...

【专利技术属性】
技术研发人员：高飞，王友年，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：新型
国别省市：辽宁;21