[发明专利]一种反应腔室及应用该反应腔室的等离子体处理设备

说明书

技术领域

本发明涉及等离子技术领域，具体而言，涉及一种反应腔室及应用该反应腔室的等离子体处理设备。

背景技术

随着电子技术的高速发展，人们对集成电路的集成度要求越来越高，这就要求生产集成电路的企业不断地提高半导体器件的加工/处理能力。目前，在半导体器件的加工/处理领域中，特别是在IC(Integrated circuit，集成电路)或MEMS(Micro ElectromechanicalSystem，微电子机械系统)器件的制造工艺中，常常需要用到诸如等离子体刻蚀、沉积或其他工艺的等离子体处理技术，而这些技术通常都要借助于诸如等离子体刻蚀设备等的等离子体处理装置来实现。

下面以采用等离子体刻蚀技术的等离子体刻蚀设备为例对等离子体处理装置进行详细描述。所谓等离子体刻蚀技术指的是，工艺气体在射频功率的激发下产生电离形成含有大量电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子的等离子体，这些活性粒子与被处理工件(例如，晶片)的表面发生各种物理和化学反应并形成挥发性的生成物，从而使得被刻蚀物体表面的性能发生变化。等离子体刻蚀技术常用于蚀刻金属、介电和半导体材料等。

等离子体刻蚀技术是依靠等离子体刻蚀设备来实现的。图1就示出了一种常用的等离子体刻蚀设备，其包括：腔体3、线圈1、介质窗2、下电极7、气体输入系统(图未示)和真空获得系统(图未示)等。

其中，在腔体3的上方设置有介质窗2，线圈1便置于该介质窗2之上。在腔体3的内部设置有下电极7，该下电极7可以为诸如静电卡盘的静电夹持工具或者机械卡盘，用以固定诸如晶片等的被处理 工件8。线圈1和下电极7分别接入一个或多个不同频率的射频源。

在介质窗2的大致中央位置处设置有中央进气口4，在反应腔室3上部的边缘位置处设置有边缘进气口5。中央进气口4和边缘进气口5连接气体输入系统，用以向反应腔室3内输入工艺气体。

在腔体3一侧的靠下位置处设置有排气口6，其连接真空获得系统，用以对反应腔室3抽真空，并且反应生成物经此排出反应腔室。所述真空获得系统可以包括真空泵。

上述等离子体刻蚀设备的工艺过程一般是：利用真空获得系统将反应腔室抽真空；而后，通过气体输入系统将工艺所需的气体输入到反应腔室内；然后，向分别连接线圈1和下电极7的射频源输入适当的射频功率，以激活反应气体，点燃和维持等离子，使其与被刻蚀的工件进行物理/化学反应，以获得所需要的刻蚀图形。同时，反应后的生成物经由真空获得系统将其抽出反应腔室。

在上述工艺过程中，介质窗2是一个关键部件，其参加形成等离子体的能量耦合过程，因此，介质窗2的质量和工作状况会在很大程度上影响工艺结果。同时，随着行业发展，被处理工件8的尺寸越来越大，相应地，介质窗2和反应腔室的体积也越来越大，各部件的成本也相应地越来越高，因而有必要最大程度地延长介质窗2等关键部件的使用寿命，并使其保持较好的稳定性。

在实际应用中，介质窗2通常采用石英、陶瓷等材料，并且其横向截面积介于腔体3侧壁外缘横向截面积和侧壁内缘横向截面积之间。所谓侧壁外缘横向截面积指的是垂直于腔体3轴线方向并由腔体3侧壁外表面所圈定的截面积。类似地，所谓侧壁内缘横向截面积指的是垂直于反应腔室轴线方向并由腔体3侧壁内表面所圈定的截面积。

在介质窗2的下表面(即，朝向反应腔室3的那一面)与反应腔室3的侧壁顶端之间设置有密封圈10。具体地，在反应腔室3的侧壁顶端设置有密封件安置槽9，将密封圈10置于密封件安置槽9内，当反应腔室3内形成真空后，密封圈10会被紧密地压缩到密封件安置槽9内，这样，在介质窗2与反应腔室3之间便形成密封并使 介质窗2与反应腔室3相互接触。然而，介质窗2和反应腔室3的体积通常比较大，二者的接触面难以保证完全平整，而且两个接触面之间还可能存在细小坚硬的颗粒物，同时，二者接触过程中会产生冲击，这样，金属材质形成的反应腔室3的侧壁与易碎材质形成的介质窗2直接接触或者发生碰撞时，往往会导致介质窗2的边缘部分破损，进而使其使用寿命大大降低。这种情况下，如果废弃整个介质窗2，将导致工艺成本增加。如果不废弃该介质窗2而继续使用，则会增大使用风险。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种反应腔室，其能够有效地延长使用寿命、节约成本，并能够获得稳定的工艺结果。

此外，本发明还提供了一种应用上述反应腔室的等离子体处理设备，其同样能够有效地延长使用寿命、节约成本，并能够获得稳定的工艺结果。