[發明專利]一種射頻等離子體反應室

有效

• 申請號: 201310521255.8
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103545164A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 高飛;王友年
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32
• 代理公司: 大連星海專利事務所 21208
• 代理人: 花向陽

技術領域

本發明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。

背景技術

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。因此本發明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。

發明內容

為了克服現有技術中存在的問題，本發明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（10¹¹-10¹²?cm^-3）等離子體，容性耦合基片臺可以產生低密度（10⁹-10¹⁰?cm^-3）等離子體。

本發明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。