[实用新型]一种射频等离子体反应室

说明书

技术领域

本实用新型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。

背景技术

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。因此本实用新型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。

发明内容

   为了克服现有技术中存在的问题，本实用新型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（10¹¹-10¹² cm^-3）等离子体，容性耦合基片台可以产生低密度（10⁹-10¹⁰ cm^-3）等离子体。

本实用新型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。