一種射頻等離子體反應室制造技術

一種射頻等離子體反應室，廣泛應用于材料表面改性及表面處理等領域。這種射頻等離子體反應室包括設置在真空腔室中的上基片臺和下基片臺，上基片臺通過上支撐筒固定在密封蓋上的上基片臺固定裝置上，上基片臺采用容性耦合基片臺或感性耦合基片臺；下基片臺通過下基片臺軸向位置調節機構固定在底板上，調整調節螺母時，移動法蘭在導向桿上滑動，使波紋管變形，位于波紋管內的下支撐筒移動，改變與下支撐筒連接在一起的下基片臺與上基片臺之間的距離。該等離子體反應器的優點在于能夠根據不同的工藝需求，選擇不同的等離子體產生區的直徑、高度及放電模式，從而能夠優化半導體器件加工設備的設計和制造，縮短不同工藝所需等離子體反應器的研制周期。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
一種射頻等罔子體反應室
本技術涉及一種射頻等離子體反應室，廣泛應用于材料表面改性及表面處理等領域。
技術介紹
等離子體放電可以產生具有化學活性的物質，所以被廣泛應用于材料表面改性及表面處理等領域。對于全球制造工業來說，等離子體處理技術起著極為重要的作用，尤其是在超大規模集成電路制造工藝中，有近三分之一的工序是借助等離子體加工技術完成的，如等離子體刻蝕、等離子體薄膜沉積以及等離子體去膠等。近年來，隨著國際半導體技術發展，對等離子體刻蝕的要求越來越高，如線寬越來越細、層數越來越多和芯片面積越來越大。目前，國際工業上正在研制腔室直徑為450 mm的芯片生產工藝。而應用在等離子體刻蝕和材料表面處理及薄膜材料生長的等離子體源主要有微波電子回旋共振(ECR)等離子體源、單頻或雙頻容性耦合等離子體源(CCP)和感性耦合等離子體源(ICP)等。上述幾種等離子體源中，微波ECR源具有工作氣壓低、各向異性好和介質損失低等優點，但是由于其需要借助磁場來約束等離子體，因此很難做到大面積均勻性刻蝕的效果。而單頻或雙頻CCP及ICP做到大面積均勻性就相對容易很多。在刻蝕工藝中，其中CCP由于電子及離子能量較高主要應用于介質刻蝕，如SiO2的刻蝕；而ICP由于具有高密度低離子能量的特點，主要應用于半導體材料以及金屬材料的刻蝕，如Si和Cu刻蝕。目前國際上主流刻蝕機的反應室直徑是300 mm，同時正在研制更大反應室尺寸(直徑450 mm)的刻蝕機。但是設計和加工一個固定尺寸的反應性腔室成本太高、周期太長，而且對應CCP和ICP來講要至少設計兩套反應性腔室。因此本技術人設計了一套變直徑變高度的感性/容性混合耦合及單一耦合的等離子體源反應室。該反應室既可以用于產生容性耦合等離子，又可以產生感性耦合等離子體，同時又可以調整反應室內等離子體的面積和高度。從而能夠解決等離子體源研制周期長、成本高等難題。
技術實現思路
為了克服現有技術中存在的問題，本技術提供一種射頻等離子體反應室，該反應室能夠在不同氣壓下產生大面積均勻性等離子體。而且隨著選擇不同的上基片臺可以產生不同密度的等離子體，感性耦合基片臺可以產生高密度(IOll-1O12 cm_3)等離子體，容性耦合基片臺可以產生低密度(IO9-1Oki cm-3)等離子體。本技術采用的技術解決方案:一種射頻等離子體反應室，包括設置在真空腔室中的上基片臺和下基片臺，所述真空腔室采用主腔體、密封蓋和底板構成，并固定在實驗臺架上，主腔體的周邊設有多個石英觀察窗，底板上設有金屬套筒，金屬套筒內側的底板上設有出氣口 ；所述上基片臺通過上支撐筒固定在密封蓋上的上基片臺固定裝置上，上基片臺采用容性耦合基片臺或感性耦合基片臺；所述下基片臺通過下基片臺軸向位置調節機構固定在底板上，下基片臺軸向位置調節機構包括調節螺母、導向桿、移動法蘭和保持所述真空腔室密封的波紋管；調整調節螺母時，移動法蘭在導向桿上滑動，使波紋管變形，位于波紋管內的下支撐筒移動，改變與下支撐筒連接在一起的下基片臺與上基片臺之間的距離。所述容性耦合基片臺采用上支撐筒依次連接上座板、上頂部法蘭和上金屬外罩，在上頂部法蘭的下部設有一個帶凹坑的第一上絕緣法蘭，在第一上絕緣法蘭的凹坑內，第一上金屬底部法蘭與帶凹坑的第二上金屬底部法蘭之間的空腔連接上冷水進管和上冷水出管，第二上金屬底部法蘭依次連接帶多個孔的第一上進氣法蘭和第二上進氣法蘭，在第二上金屬底部法蘭與第一上進氣法蘭之間的空腔連接進氣管及射頻功率傳輸線，所述上冷水進管、上冷水出管和進氣管及射頻功率傳輸線穿過第一上金屬底部法蘭、第一上絕緣法蘭和上頂部法蘭后，在位于上支撐筒的上端部位設有上固定環和上金屬蓋板。所述感性耦合基片臺采用上支撐筒依次連接上座板、上頂部法蘭和上金屬外罩，在上頂部法蘭的下部設有一個第二上絕緣法蘭，在上金屬外罩的內側下部位置設有一個用石英介質耦合窗封口的支撐環，在支撐環上設有一個上進氣管，在第二上絕緣法蘭與石英介質耦合窗之間的空腔內設有一個兩端分別連接射頻功率傳輸線輸入端和射頻功率傳輸線輸出端的平面線圈，所述上進氣管、射頻功率傳輸線輸入端和射頻功率傳輸線輸出端穿過第二上絕緣法蘭和上頂部法蘭后，在位于上支撐筒的上端部位設有上固定環和上金屬蓋板。所述下基片臺采用下支撐筒依次連接下座板、下頂部法蘭和下金屬外罩，在下頂部法蘭的上部設有一個帶凹坑的下絕緣法蘭，在下頂部法蘭的凹坑內，金屬平板法蘭與帶凹坑的下底部法蘭之間的空腔連接下冷水進管和下冷水出管，下底部法蘭連接套有下絕緣管的射頻功率傳輸線；所述下冷水進管、下冷水出管和射頻功率傳輸線穿過下底部法蘭、下絕緣法蘭、下頂部法蘭和下座板后，在位于下支撐筒的下端部位設有后蓋和底部蓋子。所述平面線圈的線圈匝數N為1-5，當線圈匝數N大于2時，線圈匝與匝之間的間距采用等間距或不等間距。所述金屬套筒上設有與石英觀察窗相對應的內觀察窗。本技術的有益效果是:這種射頻等離子體反應室包括設置在真空腔室中的上基片臺和下基片臺，上基片臺通過上支撐筒固定在密封蓋上的上基片臺固定裝置上，上基片臺采用容性耦合基片臺或感性耦合基片臺；下基片臺通過下基片臺軸向位置調節機構固定在底板上，調整調節螺母時，移動法蘭在導向桿上滑動，使波紋管變形，位于波紋管內的下支撐筒移動，改變與下支撐筒連接在一起的下基片臺與上基片臺之間的距離。該反應室以實驗中得到的單頻或雙頻CCP放電中能夠得到低密度、大面積均勻等離子體和ICP放電中能夠得到高密度、大面積均勻等離子體為基礎，能夠在大范圍的氣壓(0.1-100 Pa)下產生不同面積不同高度的均勻等離子體，并且等離子體的密度覆蓋范圍廣(IO9-1O12 cm_3)，解決了目前射頻耦合刻蝕機研制周期長及成本高的難點，并且解決了射頻耦合等離子體應用中面積和密度均勻性之間的矛盾。該等離子體反應器的優點在于能夠根據不同的工藝需求，選擇不同的等離子體產生區的直徑、高度及放電模式，從而能夠優化半導體器件加工設備的設計和制造，縮短不同工藝所需等離子體反應器的研制周期?！靖綀D說明】圖1是一種射頻等離子體反應室的結構圖。圖2是容性耦合基片臺的結構圖。圖3是感性耦合基片臺的結構圖。圖4是下基片臺的結構圖。圖中:1、主腔體，2、密封蓋，2a、底板，3、上基片臺，4、上基片臺固定裝置，5、下基片臺，6、金屬套筒，6a、內觀察窗，7、出氣口，8、石英觀察窗，9、下基片臺軸向位置調節機構，9a、調節螺母,9b、導向桿,9c、波紋管,9d、移動法蘭，10、實驗臺架，11、上金屬外罩，12、第一上金屬底部法蘭，13、上絕緣墊片，14、上螺母，15、上頂部法蘭，16、第一上絕緣法蘭，17、上座板，18、上支撐筒，19、上冷水進管，20、上固定環，21、第一上絕緣環，22、第二上絕緣環，23、上金屬蓋板，24、第三上絕緣環，25、進氣管及射頻功率傳輸線，26、第一上絕緣管，27、第四上絕緣環，28、第五上絕緣環，29、上冷水出管，30、第六上絕緣環，31、第二上金屬底部法蘭，32、第一上進氣法蘭，33、第二上進氣法蘭，34、第二上絕緣法蘭，35、上進氣管，36、第二上絕緣管，37、射頻功率傳輸線輸入端，38、射頻功率傳輸線輸出端，39、平面線圈，40、石本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種射頻等離子體反應室，包括設置在真空腔室中的上基片臺（3）和下基片臺（5），其特征在于：所述真空腔室采用主腔體（1）、密封蓋（2）和底板（2a）構成，并固定在實驗臺架（10）上，主腔體（1）的周邊設有多個石英觀察窗（8），底板（2a）上設有金屬套筒（6），金屬套筒（6）內側的底板（2a）上設有出氣口（7）；所述上基片臺（3）通過上支撐筒（18）固定在密封蓋（2）上的上基片臺固定裝置（4）上，上基片臺（3）采用容性耦合基片臺或感性耦合基片臺；所述下基片臺（5）通過下基片臺軸向位置調節機構（9）固定在底板（2a）上，下基片臺軸向位置調節機構（9）包括調節螺母（9a）、導向桿（9b）、移動法蘭（9d）和保持所述真空腔室密封的波紋管（9c）；調整調節螺母（9a）時，移動法蘭（9d）在導向桿（9b）上滑動，使波紋管（9c）變形，位于波紋管（9c）內的下支撐筒（53）移動，改變與下支撐筒（53）連接在一起的下基片臺（5）與上基片臺（3）之間的距離。

【技術特征摘要】
1.一種射頻等離子體反應室，包括設置在真空腔室中的上基片臺(3 )和下基片臺(5 )，其特征在于:所述真空腔室采用主腔體(1)、密封蓋(2)和底板(2a)構成，并固定在實驗臺架(10)上，主腔體(1)的周邊設有多個石英觀察窗(8)，底板(2a)上設有金屬套筒(6)，金屬套筒(6)內側的底板(2a)上設有出氣口(7);所述上基片臺(3)通過上支撐筒(18)固定在密封蓋(2 )上的上基片臺固定裝置(4 )上，上基片臺(3 )采用容性耦合基片臺或感性耦合基片臺；所述下基片臺(5)通過下基片臺軸向位置調節機構(9)固定在底板(2a)上，下基片臺軸向位置調節機構(9)包括調節螺母(9a)、導向桿(％)、移動法蘭(9d)和保持所述真空腔室密封的波紋管(9c);調 整調節螺母(9a)時，移動法蘭(9d)在導向桿(9b)上滑動，使波紋管(9c)變形，位于波紋管(9c)內的下支撐筒(53)移動，改變與下支撐筒(53)連接在一起的下基片臺(5)與上基片臺(3)之間的距離。2.根據權利要求1中所述的一種射頻等離子體反應室，其特征在于:所述容性耦合基片臺采用上支撐筒(18)依次連接上座板(17)、上頂部法蘭(15)和上金屬外罩(11)，在上頂部法蘭(15)的下部設有一個帶凹坑的第一上絕緣法蘭(16)，在第一上絕緣法蘭(16)的凹坑內，第一上金屬底部法蘭(12)與帶凹坑的第二上金屬底部法蘭(31)之間的空腔連接上冷水進管(19)和上冷水出管(29)，第二上金屬底部法蘭(31)依次連接帶多個孔的第一上進氣法蘭(32)和第二上進氣法蘭(33)，在第二上金屬底部法蘭(31)與第一上進氣法蘭(32)之間的空腔連接進氣管及射頻功率傳輸線(25)，所述上冷水進管(19)、上冷水出管(29)和進氣管及射頻功率傳輸線(25)穿過第一上金屬底部法蘭(12)、第一上絕緣法蘭(16)和上頂部法蘭(15)后，在位于上支撐筒(18)的上端部位設有上固定環(20)和上金屬蓋板(23)。...

【專利技術屬性】
技術研發人員：高飛，王友年，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：新型
國別省市：遼寧;21