本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電感耦合等離子處理器的上蓋環(huán)。

背景技術(shù)：

等離子處理器被廣泛應(yīng)用在半導(dǎo)體工業(yè)內(nèi)，用來對(duì)待處理基片進(jìn)行高精度的加工如等離子刻蝕、化學(xué)氣相沉積（cvd）等。其中部分等離子處理工藝需要高濃度的等離子體，比如硅刻蝕工藝典型的如深孔硅刻蝕（tsv），因?yàn)樾枰涛g的通孔深度需要100um以上，所以只有高濃度的等離子處理腔才能達(dá)到具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的刻蝕速率（大于1um/s），而電感耦合等離子處理器就具有等離子濃度高的優(yōu)勢(shì)，所以被廣泛應(yīng)用。如圖1為電感耦合等離子處理器的典型結(jié)構(gòu)，等離子處理器包括反應(yīng)腔壁100，腔壁100內(nèi)包括位于底部的基臺(tái)14，基臺(tái)14用于支撐待處理基片，基臺(tái)內(nèi)還包括下電極。一個(gè)射頻電源10輸送低頻的射頻功率（2mhz）到射頻匹配器12，經(jīng)過阻抗匹配后輸出低頻射頻功率到基臺(tái)14.圍繞基臺(tái)還設(shè)置有約束環(huán)18，用于防止反應(yīng)腔內(nèi)的等離子體泄露到下方排氣系統(tǒng)形成污染。反應(yīng)腔壁100頂部包括上蓋環(huán)29用于反應(yīng)氣體進(jìn)氣管道設(shè)置和熱量隔離。反應(yīng)腔頂部上方包括絕緣材料窗28，絕緣材料窗通常由石英制成。絕緣材料窗28可以是如圖1所示的圓形平板的也可以是向上隆起的穹頂形的，絕緣材料窗28上方設(shè)置有電感線圈24，線圈24通過至少兩個(gè)射頻電纜23a，23b連接到高頻射頻匹配器22，高頻射頻匹配器接收來自高頻射頻電源20（13.56mhz）輸出的射頻功率，最終點(diǎn)燃反應(yīng)腔100內(nèi)的反應(yīng)氣體進(jìn)行等離子處理。圖2所示為圖1中a處的局部放大圖，圖中一個(gè)氣體聚集環(huán)27設(shè)置在上蓋環(huán)29和反應(yīng)腔側(cè)壁100頂部之間，氣體聚集環(huán)27包括位于外側(cè)的環(huán)形部27a，和位于中心的圓形開口27b，環(huán)形部27a圍繞開口27b。其中環(huán)形部27a可以由金屬，比如鋁制成，也可以在表面生長一層耐等離子刻蝕的材料層。環(huán)形部27a進(jìn)一步包括第一部分位于上蓋環(huán)29和反應(yīng)腔側(cè)壁上端之間，同時(shí)第一部分上下表面還包括用于容納密封橡膠墊圈31、32的溝槽。環(huán)形部27a還包括過渡部分和第二部分，其中過渡部分從第一部分內(nèi)側(cè)向下垂直延伸，以在裝配過程中實(shí)現(xiàn)位置匹配，第二部分位于第一部分下方呈圓環(huán)形，第二部分的外側(cè)與過渡部分連接，內(nèi)側(cè)包括開口27b。

上蓋環(huán)29可以具有不同的高度，通過選擇不同高度的上蓋環(huán)29，可以調(diào)控絕緣材料窗28與氣體聚集環(huán)之間的空間高度。進(jìn)一步的可以改變下方等離子的分布。一個(gè)接地的屏蔽罩30圍繞電感線圈，防止射頻能量向外部空間擴(kuò)散。屏蔽罩30上開設(shè)有多個(gè)氣流通道以使得氣流流通帶走射頻功率饋入電感線圈24帶來的熱量。

電感線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)穿透過絕緣材料窗28進(jìn)入反應(yīng)腔，但是電感線圈本身作為導(dǎo)體也會(huì)與下方的基臺(tái)14和接地的反應(yīng)腔100形成電容耦合，電容耦合會(huì)導(dǎo)致絕緣材料窗28下表面的等離子鞘層變厚，更多高能粒子轟擊絕緣材料窗28，這會(huì)導(dǎo)致顆粒物從絕緣材料窗28向下掉落到下方基片形成污染。所以現(xiàn)有技術(shù)在電感線圈24和絕緣材料窗28之間設(shè)置了一個(gè)法拉第屏蔽板25，法拉第屏蔽板25的面積非常大，覆蓋了所有電感線圈與絕緣材料窗之間的空間。法拉第屏蔽板上同時(shí)開設(shè)足夠面積的槽或孔形開口，以允許少量射頻電場(chǎng)產(chǎn)生在電感線圈和下方電極之間，用于下方反應(yīng)腔內(nèi)等離子的點(diǎn)燃。

電感耦合反應(yīng)器雖然有等離子濃度高的優(yōu)點(diǎn)但是也有等離子濃度分布不均的缺點(diǎn)，電感線圈24產(chǎn)生的磁場(chǎng)向下進(jìn)入反應(yīng)腔，產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度由區(qū)域內(nèi)的交變磁通量決定，而外圍區(qū)域圍繞中心區(qū)域所以外圍的磁通量遠(yuǎn)大于中心區(qū)域，所以反應(yīng)腔100內(nèi)，外圍區(qū)的等離子濃度高于中心區(qū)域的等離子濃度，相應(yīng)的刻蝕速度也是外圍的高于中心區(qū)域。同時(shí)下方的抽氣裝置位于基座外圍，上方高濃度的等離子體在氣流引導(dǎo)大部分都直接被抽到約束環(huán)18然后排出反應(yīng)腔100，只有少部分?jǐn)U散到基片表面進(jìn)行等離子處理。這樣的反應(yīng)腔既無法獲得高濃度等離子更無法獲得等離子濃度的均勻分布。通過氣體聚集環(huán)的設(shè)置可以使得氣體聚焦環(huán)27上方原位產(chǎn)生的等離子體被引導(dǎo)流到中間的開口27b再向下擴(kuò)散，在到達(dá)基座14上方基片位置時(shí)能夠得到需要的均勻的等離子分布。

在帶有氣體聚焦環(huán)27的反應(yīng)腔使用過程中，需要從反應(yīng)腔頂部開腔維護(hù)或者更換部件時(shí)，由于氣體聚焦環(huán)27質(zhì)量較輕只有幾公斤（比如2-6公斤），而且密封墊圈32與氣體聚焦環(huán)27以及上蓋環(huán)長期緊貼，兩者互相粘結(jié)，在反應(yīng)腔頂蓋開啟時(shí)氣體聚焦環(huán)27會(huì)同時(shí)被帶起。但是由于上蓋環(huán)和氣體聚焦環(huán)之間的粘接不是很緊密、很容易隨著開啟角度的增加而脫落，下落的氣體聚焦環(huán)可能會(huì)砸傷操作人員，也可能傾斜砸到下方基座14上的昂貴的靜電夾盤，造成其破損失效。

所以業(yè)內(nèi)需要一種新的方法或裝置解決在電感耦合等離子處理裝置開啟維護(hù)過程中氣體聚焦環(huán)可能被粘在蓋環(huán)上升起并脫落的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是在電感耦合等離子處理器在開腔過程中，防止質(zhì)量較低的氣體聚焦環(huán)被抬升并掉落，提高處理器的可靠性。

本發(fā)明提出了一種電感耦合等離子處理器，包括：一反應(yīng)腔體圍繞構(gòu)成氣密空間，反應(yīng)腔體包括：反應(yīng)腔體側(cè)壁以及反應(yīng)腔側(cè)壁頂部依次疊放的一氣體聚焦環(huán)、一上蓋環(huán)，上蓋環(huán)上方的絕緣材料窗；所述氣體聚焦環(huán)包括中心的開口部和外側(cè)的環(huán)形部，外側(cè)環(huán)形部的上下表面通過環(huán)形密封圈與反應(yīng)腔側(cè)壁頂部以及上蓋環(huán)實(shí)現(xiàn)密封；所述反應(yīng)腔體內(nèi)包括一基座，待處理基片固定到基座上方，絕緣材料窗上方包括電感線圈裝置；所述電感線圈裝置通過一個(gè)第一匹配器聯(lián)通到第一射頻電源；所述基座通過一個(gè)第二匹配器聯(lián)通到第二射頻電源；其特征在于所述上蓋環(huán)下表面包括多個(gè)凹進(jìn)的空腔，空腔內(nèi)包括：一彈性部件提供向下壓力，一頂推部件包括上端連接到彈性部件，所述頂推部件可以在所述彈性部件驅(qū)動(dòng)下上下移動(dòng)，一限位部件固定到空腔內(nèi)壁，所述限位部件包括橫向延展的阻擋部以限制頂推部件的移動(dòng)范圍。所述反應(yīng)腔上蓋環(huán)向上開啟后所述頂推部件下端向下伸出所述空腔的下表面。

其中氣體聚焦環(huán)的外側(cè)環(huán)形部包括第一部分、第二部分和連接在第一、二部分之間的過渡部分，所述第一部分高于第二部分，其中過渡部分從第一部分內(nèi)側(cè)向下垂直延伸并與第二部分外周緣連接。上蓋環(huán)上設(shè)置有多個(gè)進(jìn)氣口，向反應(yīng)腔內(nèi)通入反應(yīng)氣體。

所述限位部件可以是一個(gè)螺栓，第一端固定到空腔頂壁，第二端位于下方且包括一橫向延展的阻擋部，所述彈性部件為彈簧，第一端接觸所述空氣頂壁，第二端接觸所述頂推部件。所述頂推部件為一環(huán)套，圍繞所述螺栓，所述環(huán)套包括上表面與所述彈簧第二端接觸，還包括一下表面與所述氣體聚焦環(huán)外側(cè)的環(huán)形部接觸，環(huán)套包括一向內(nèi)延展的延伸部。

本發(fā)明限位部件也可以是一環(huán)套，所述環(huán)套外側(cè)固定到空腔內(nèi)側(cè)壁，所述環(huán)套包括一向內(nèi)延展的阻擋部，所述頂推部件為一推桿，所述推桿中間包括一延展部，所述彈性部件第一端固定到空腔頂部，第二端接觸并給頂推部件的延展部上表面施加向下壓力，頂推部件延展部的移動(dòng)范圍在所述套環(huán)的延伸部之上。

本發(fā)明多個(gè)空腔圍繞在所述密封膠環(huán)外側(cè)，所述氣體聚焦環(huán)重量大于2公斤小于6公斤。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)電感耦合等離子處理器示意圖；

圖2是圖1現(xiàn)有技術(shù)電感耦合等離子處理器中a處的放大圖；

圖3是本發(fā)明電感耦合等離子處理器示意圖；

圖4a、4b本發(fā)明電感耦合等離子處理器下壓機(jī)構(gòu)第二實(shí)施例圖。

具體實(shí)施方式

如圖3所示為本發(fā)明電感耦合等離子處理器示意圖，本發(fā)明與圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)相比具體相類似的基本結(jié)構(gòu)，主要區(qū)別在于本發(fā)明的上蓋環(huán)29底部包括一個(gè)下壓機(jī)構(gòu)，該下壓機(jī)構(gòu)包括多個(gè)為于上蓋環(huán)29內(nèi)的向上凹進(jìn)的空腔，空腔內(nèi)包括一個(gè)彈簧36，彈簧36的頂部壓到空腔頂表面，彈簧36的底部接觸一個(gè)提供向下壓力的環(huán)套34，環(huán)套34內(nèi)壁包括向內(nèi)延伸的延伸部34a。彈簧底部與延伸部34a的上表面互相壓緊，最終通過延伸部34a將壓力傳遞到整個(gè)環(huán)套34，使得環(huán)套34具有向下方向的壓力。下壓機(jī)構(gòu)還包括位于空腔中心的螺栓38，螺栓穿過所述環(huán)套延伸部34a內(nèi)的孔和上方彈簧36的中心固定到空腔內(nèi)頂部預(yù)設(shè)的帶有內(nèi)部螺紋的孔中。

在氣體聚焦環(huán)27被安裝到等離子反應(yīng)腔100時(shí)，上蓋環(huán)29與氣體聚焦環(huán)、反應(yīng)腔壁100依次互相通過外部機(jī)構(gòu)如卡扣實(shí)現(xiàn)機(jī)械緊壓，以實(shí)現(xiàn)氣密，隨后抽走反應(yīng)腔100內(nèi)的空氣實(shí)現(xiàn)真空，此時(shí)氣體聚焦環(huán)27和上蓋環(huán)29之間的壓力包括內(nèi)外氣壓差施加在上蓋環(huán)的壓力p2，以及外部的機(jī)械壓緊力p1，兩個(gè)力均遠(yuǎn)大于下壓機(jī)構(gòu)向氣體聚焦環(huán)27下壓而對(duì)上蓋環(huán)29產(chǎn)生的向上推力，所以氣體聚焦環(huán)27能與上方的上蓋環(huán)實(shí)現(xiàn)緊壓和氣密。隨后就可以進(jìn)行在真空環(huán)境下的等離子處理，在反應(yīng)腔長期運(yùn)行后，內(nèi)部暴露到等離子體的部件會(huì)被腐蝕或者被反應(yīng)產(chǎn)生的污染物覆蓋，覆蓋的污染物脫落或者碎裂都會(huì)對(duì)使基片造成質(zhì)量影響。所以長時(shí)間運(yùn)行后需要維護(hù)上述部件，以減少對(duì)等離子處理效果的影響。對(duì)這些部件如氣體聚焦環(huán)27的維護(hù)，往往需要開腔才能實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)反應(yīng)腔需要開腔維護(hù)或者替換部件時(shí)，首先向反應(yīng)腔中充入空氣，使得反應(yīng)腔內(nèi)氣壓與外界達(dá)到平衡，然后解除反應(yīng)腔外側(cè)的機(jī)械壓緊裝置提供的下壓力p1，再由操作人員在支撐臂的輔助下手動(dòng)向上掀起頂蓋。在頂蓋上升過程中，氣體聚焦環(huán)27本身的重力與環(huán)套34向下推力大于密封膠環(huán)32與上蓋環(huán)29之間的粘附的力，所以能夠保證氣體聚焦環(huán)27不會(huì)隨著頂蓋的上升而上升，被環(huán)套34產(chǎn)生的推力從上蓋環(huán)29上分離，固定在反應(yīng)腔側(cè)壁100頂部。環(huán)套34向下壓的過程中，延伸部34a會(huì)向下移動(dòng)直到被螺栓38的向外擴(kuò)的延展部38a上表面阻擋。

反應(yīng)腔頂蓋開啟完成后可以手動(dòng)將氣體聚焦環(huán)27拿出并進(jìn)行清潔等處理。完成反應(yīng)腔開腔維護(hù)后可以將新的或者處理過的部件再次安裝進(jìn)反應(yīng)腔，比如氣體聚焦環(huán)27和密封膠環(huán)31、32安原有位置安裝，然后降下反應(yīng)腔頂蓋，上蓋環(huán)29也隨頂蓋同步下降，環(huán)套34的下端向下伸出上蓋環(huán)內(nèi)的空腔，環(huán)套34下端接觸下方的氣體聚焦環(huán)27上表面時(shí)開始收縮，直到上蓋環(huán)29與氣體聚焦環(huán)緊密貼合時(shí)環(huán)套34上升到最高位置，環(huán)套34內(nèi)的延伸部34a與螺栓38的延展部38a之間存在一個(gè)間隙。

如圖4所示為本發(fā)明上蓋環(huán)29內(nèi)多個(gè)空腔內(nèi)設(shè)置的下壓機(jī)構(gòu)的第二實(shí)施例，與圖3中的第一實(shí)施例相比區(qū)別在于，環(huán)套34的通過設(shè)置在外壁的螺紋固定到空腔內(nèi)，螺栓38包括位于底部的延展部38a，和位于中間的延展部38b。延展部38b上表面與彈簧36下端接觸，同時(shí)彈簧的上端固定到空腔頂部內(nèi)壁，以施加向下壓力到螺栓。如圖4a所示，在反應(yīng)腔運(yùn)行過程中，螺栓38底部的延展部38a被壓縮在空腔與氣體聚焦環(huán)27a的接觸面上。如圖4b所示，在反應(yīng)腔開腔之后，螺栓底部的延展部38a向下伸出，延展部38b的下表面與套環(huán)34內(nèi)的延伸部34a接觸，使得螺栓38不會(huì)向下掉落。

本發(fā)明通過在電感耦合等離子處理裝置的上環(huán)蓋下表面設(shè)置一個(gè)下壓機(jī)構(gòu)防止了反應(yīng)腔開腔過程中發(fā)生的氣體聚焦環(huán)掉落的風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明下壓機(jī)構(gòu)包括位于反應(yīng)腔上蓋環(huán)內(nèi)的空腔，空腔內(nèi)包括一個(gè)彈性部件提供下壓力，還包括一個(gè)可上下移動(dòng)的頂推部件一端連接到彈性部件，以實(shí)現(xiàn)向下頂推，同時(shí)還包括一個(gè)限位裝置使得頂推部件不會(huì)向下掉落出空腔。本發(fā)明下壓機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，功能可靠，無需額外操作自動(dòng)實(shí)現(xiàn)氣體聚焦環(huán)的分離。

雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。