CN104576277A - 一种等离子体处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种等离子体处理设备，所述等离子体处理设备在安装板下方设置一导体屏蔽装置，可以将所述导体屏蔽装置环绕的下电极下方影响电场分布的导体部件进行屏蔽，防止所述不可或缺的导体部件影响反应腔内的电场均匀分布。所述导体屏蔽装置通常采用金属材质，其可以为内空的圆柱形结构或者下端逐渐收缩的碗状结构，设置简单，易于加工。

Description

一种等离子体处理设备

技术领域

本发明涉及等离子体处理技术领域，尤其涉及一种等离子体刻蚀处理技术领域。

背景技术

在半导体设备的制造过程中，例如蚀刻、沉积、氧化、溅射等处理过程中，通常会利用等离子体对基片（半导体晶片、玻璃基片等）进行处理。一般地，对于等离子体处理装置来说，作为生成等离子体的方式，在高频放电方式的等离子体处理装置中，包括电容耦合型等离子体反应器和电感耦合型等离子体反应器。所述的电容耦合型反应器通常配置有上部电极和下部电极，优选地这两个电极平行设置。而且，通常在下部电极之上载置被处理基片，经由整合器将等离子体生成用的高频电源施加于上部电极或者下部电极。通过由该高频电源所生成的高频电场来使反应气体的外部电子加速，从而产生等离子体对基片进行等离子处理。

随着处理基片尺寸的不断变大，基片表面处理的均匀性成为影响基片刻蚀合格率的一个重要因素，同一基片的不同位置之间、不同批次的基片之间能否刻蚀均匀成为衡量等离子体处理设备的重要指标。在等离子体处理设备中，影响反应腔内刻蚀均匀性的因素很多，其中，反应腔内射频电源产生的电场的分布情况是影响反应腔内刻蚀均匀性最为重要的因素之一。

由于等离子体对基片进行处理时会产生很高的热量，导致基片温度较高，为了降低基片温度，所述下部电极内部通常设置有热交换器对所述基片进行冷却。所述热交换器至少包括一热交换液进入管道和热交换液流出管道。为避免与所述下部电极材质不同的热交换器内部产生放电，所述热交换液进入管道和热交换液流出管道与下部电极连接处部件材质为金属材质。同时，为了提高基片热量向下部电极传导的效率，可以向基片和静电吸盘之间提供冷却气体氦气，所述氦气输送管道与所述下部电极连接处部件材质也需要为金属材质。然而，由于热交换液进入管道和热交换液流出管道以及氦气输送管道无法同时位于所述下部电极的中心位置，会引起基片上方电场耦合不均匀，改变了反应腔内部电场分布，导致基片的不均匀刻蚀。为此，业内急需提供一种可以实现反应腔内电场均匀分布的等离子体处理设备。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种等离子体处理设备，包括一反应腔，所述反应腔下方设置一基座用于支撑待处理基片，所述基座下方设置一安装板用于支撑所述基座，所述安装板下方设置若干导体部件，所述安装板下方环绕所述导体部件还设置一导体屏蔽装置，所述导体屏蔽装置远离所述安装板的一端到所述安装板的垂直距离大于等于所述导体部件远离所述安装板的一端到所述安装板的垂直距离。所述导体屏蔽装置可以屏蔽屏蔽所述安装板下方的导体部件对所述反应腔内的电场分布造成的影响。

考虑到金属材料有较好的静电屏蔽效果，优选的，所述导体屏蔽装置为金属屏蔽装置。

优选的，所述金属屏蔽装置为上下直径相同且具有一定高度的环形结构。

所述反应腔包括接地的反应腔侧壁，由于等离子体处理设备的反应腔形状通常为圆柱形，为了使所述导体屏蔽装置外表面的不同位置到所述接地的反应腔侧的垂直距离相等，所述金属屏蔽装置优选为环形的圆柱形结构，其内部为中空。

所述反应腔内还设置一接地装置，所述接地装置形状为上端口较大下端口逐渐收缩的碗状结构，采用该结构的设计是为了增大反应腔内的接地面积，可以更好地提高刻蚀效果。

优选的，所述导体屏蔽装置为上端口较大下端口逐渐收缩的碗状结构，所述导体屏蔽装置与所述接地装置形状相匹配，所述导体屏蔽装置外表面的不同位置到所述接地装置的垂直距离相等。

优选的，所述导体部件包括输送冷却液的金属管道和输送氦气的金属管道。

优选的，所述下电极通过一导电棒连接射频功率源，所述导电棒为实心结构。

优选的，所述下电极通过一导电棒连接射频功率源，所述导电棒为中空的圆柱形结构，所述导电棒和所述下电极设置若干电连接点。

优选的，所述等离子体处理设备为电容耦合型等离子体处理设备，所述电容耦合型等离子体处理设备包括一上电极，所述上电极位于所述基片上方，与所述基座平行设置。

本发明公开了一种等离子体处理设备，其优点在于：通过在安装板下方设置一导体屏蔽装置，可以将其环绕的下电极下方影响电场分布的导体部件进行屏蔽，防止所述不可或缺的导体部件影响反应腔内的电场均匀分布。所述导体屏蔽装置通常采用金属材质，其可以为内空的圆柱形结构或者下端逐渐收缩的碗状结构，设置简单，易于加工。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

如下附图构成了本说明书的一部分，和说明书一起列举了不同的实施例，以解释和阐明本发明的宗旨。以下附图并没有描绘出具体实施例的所有技术特征，也没有描绘出部件的实际大小和真实比例。

图1示出本发明所述的等离子体处理设备的结构示意图；

图2示出本发明另一实施例的等离子体处理设备结构示意图；

图3示出本发明另一实施例的等离子体处理设备结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种等离子体处理设备，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图1示出本发明所述的等离子体处理设备的结构示意图，所述等离子体处理设备为电容耦合型等离子体处理设备，包括一反应腔100，反应腔100内靠近上方的位置设置一上电极10，上电极10和一反应气体源110相连，可以同时作为向反应腔100提供反应气体的气体喷淋头。上电极10下方对应设置一下电极20，所述下电极20同时作为支撑待处理基片30的基座，基座20和基片30之间设置一静电吸盘25，在静电吸盘25上施加一直流电源（图中未示出）可以产生静电吸力将基片30固定在静电吸盘25表面。基座20下方设置一安装板40，安装板40用于支撑基座20。下电极20连接一导电棒90，导电棒90用于将射频功率源95中的射频功率输送到下电极20，由于上电极10接地，故而在上电极10和下电极20之间形成射频电场，向反应腔100中注入反应所需气体后，反应气体在射频电场的作用下产生等离子体，等离子体与基片30进行刻蚀反应。

理想工作条件下，所述上下电极之间的电场线均匀分布，使得等离子体在反应区域内均匀分布，进而对基片30进行均匀的刻蚀反应。然而，在实际工作中，会存在一些因素导致上下电极之间的电场线不能均匀分布。本发明旨在消除可能会影响电场分布不均匀的因素。

由于等离子体对基片30进行处理时会产生很高的热量，导致基片30温度较高，为了降低基片温度，基座20内部通常设置有热交换器，如水冷结构对所述基片进行冷却。所述热交换器至少包括一热交换液进入管道70和热交换液流出管道80。由于下电极20为导体材质，为避免热交换液进入管道70和热交换液流出管道80由于与下电极20材质不同而在管道内部产生放电，所述热交换液进入管道70和热交换液流出管道80与下电极20连接处设置一导体材质的连接管道72和82。热交换液进入连接管道72和热交换液流出连接管道82穿过安装板40与下电极20相连，其长度根据不同反应腔的设置可以为不同，在内部不产生放电的前提下连接管道72和连接管道82设置的长度尽量较短，本实施例可以设置为小于等于10厘米。热交换液进入连接管道72和热交换液流出连接管道82后端分别连接输送冷却液的冷却液进入主体管道74和冷却液输出主体管道84。为了方便安装，冷却液进入主体管道74和冷却液输出主体管道84的材质为柔性材料，如橡胶、特氟龙等材料。

为了进一步提高基片30热量向下电极20传导的效率，可以向基片30和静电吸盘25之间提供冷却气体氦气，为避免在氦气输送管道60内部产生放电，氦气输送管道60与下部电极20连接处设置一导体材质的氦气输送连接管道62，为便于安装，氦气输送连接管道62后端连接的氦气输送主体管道64为柔性材料，本实施例选用特氟龙材料。

根据上文描述，氦气输送连接管道62、热交换液进入连接管道72和热交换液流出连接管道82的设置为必需，然而，由于上述导体连接管道无法同时位于下电极20的中心位置，现场沿着下电极20径向传输时，受上述导体连接管道的影响，改变了反应腔内部电场分布，使得电场不能均匀分布于上电极10和下电极20之间，导致基片的不均匀刻蚀，为了避免上述问题的产生，本发明在支撑架40的下方设置一环绕所述内部导体连接管道的屏蔽装置50，为了实现将上述导体连接管道电场屏蔽的目的，所述屏蔽装置50的材质为导体材料，优选的，本实施例选用金属材质。金属屏蔽装置50为环绕所述导体连接管道的圆柱形结构，为了保证反应腔100内电场的均匀分布，本实施例所述的金属屏蔽装置50外表面的不同位置距离接地的反应腔侧壁101的垂直距离相等。为了实现金属屏蔽装置50的屏蔽效果，金属屏蔽装置50的高度要大于等于氦气输送连接管道62、热交换液进入连接管道72和热交换液流出连接管道82较长的长度，即金属屏蔽装置50远离安装板40的一端到安装板40的距离大于等于氦气输送连接管道62、热交换液进入连接管道72和热交换液流出连接管道82最长的一根的末端到安装板40的距离。为防止短路，金属屏蔽装置50的末端不能接地。通过设置该金属屏蔽装置，相当于在下电极20下方均匀设置一圈导体，可以屏蔽导体连接管道62、导体连接管道72以及导体连接管道82对反应腔内电场均匀分布造成的干扰，实现反应腔内电场均匀分布。

图2示出本发明另一实施例的等离子体处理设备结构示意图，在本实施例中，为了增大接地面积，获得更好地刻蚀效果，在反应腔200内部设置一碗状的接地装置112，接地装置112通常为金属材质，本实施例选择铝或铝的合金。本实施例的屏蔽装置150材质为金属材料，为了使得本实施例的屏蔽装置150的外表面不同位置距地的距离相等，本实施例所述的屏蔽装置150形状与接地装置112形状相符合，也为上端口大下端口小的碗状结构。金属屏蔽装置150的不同位置到接地装置112的垂直距离相等。金属屏蔽装置150将氦气输送管道160、热交换液进入管道170和热交换液流出管道180的金属连接管道162、172及182环绕包围，碗状金属屏蔽装置150的下端到安装板140的距离大于等于金属连接管道162、172及182的的末端距离安装板140的距离。为防止短路，金属屏蔽装置150的末端不能与接地装置112或者反应腔的底壁202接触。本实施例中氦气输送主体管道164，冷却液进入主体管道174和冷却液输出主体管184均为柔性材料，以便于安装。本实施例的具体工作原理同上述实施例，区别在于本实施例的部件编号做了适应性调整，在此不再赘述。

图3示出另一实施例的等离子体处理设备结构示意图，在本实施例中，导体屏蔽装置250同样为碗状结构，其不同位置距接地装置212的垂直距离相等。在本实施例中，连接下电极220的导电棒290为一环形圆柱结构，导电棒290通过其金属表面将射频功率源285中的射频功率输送到下电极220，然而由于射频功率源采用的频率较高，通常为甚高频功率源，容易在下电极220上方形成驻波，破坏电磁场的均匀性。为避免在下电极220上产生驻波，可以设置导电棒和290和下电极间有多个电连接点，通过合理设置电连接点的位置，使得产生的驻波互相抵消。由于导电棒290内部为中空结构，为了减少在反应腔底壁215上设置多个开口，可以将氦气输送主体管道264，冷却液进入主体管道274和冷却液输出主体管284放置在导电棒290的内部，与导体棒290共用一个出口与反应腔外的氦气源和冷却液源（图中未示出）连接。本实施例的其他技术特征与图2所示的实施例一致，在此不再赘述。

在另外的实施例中，考虑到不同处理设备设置不同，若下电极下方还设置有除导体的氦气输送连接管道、热交换液进入连接管道和热交换液流出连接管道外，若还存在其他导体部件，同样会对上电极和下电极之间的电场分布造成影响，容易想到的，本发明所述的导体屏蔽装置末端距离安装板的距离大于等于所有在其内部环绕的导体部件末端到安装板的距离。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种等离子体处理设备，包括一反应腔，所述反应腔下方设置一基座用于支撑待处理基片，所述基座下方设置一安装板用于支撑所述基座，所述安装板下方设置若干导体部件，其特征在于：所述安装板下方环绕所述导体部件还设置一导体屏蔽装置，所述导体屏蔽装置远离所述安装板的一端到所述安装板的垂直距离大于等于所述导体部件远离所述安装板的一端到所述安装板的垂直距离。

2.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于：所述导体屏蔽装置为金属屏蔽装置。

3.根据权利要求2所述的等离子体处理设备，其特征在于：所述金属屏蔽装置为上下直径相同且具有一定高度的环形结构。

4.根据权利要求3述的等离子体处理设备，其特征在于：所述反应腔包括接地的反应腔侧壁，所述导体屏蔽装置外表面的不同位置到所述接地的反应腔侧的垂直距离相等。

5.根据权利要求1的等离子体处理设备，其特征在于：所述反应腔内还设置一接地装置，所述接地装置形状为上端口较大下端口逐渐收缩的碗状结构。

6.根据权利要求5述的等离子体处理设备，其特征在于：所述导体屏蔽装置为上端口较大下端口逐渐收缩的碗状结构，所述导体屏蔽装置与所述接地装置形状相匹配，所述导体屏蔽装置外表面的不同位置到所述接地装置的垂直距离相等。

7.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于：所述导体部件包括输送冷却液的金属管道和输送氦气的金属管道。

8.根据权利要求1的等离子体处理设备，其特征在于：所述下电极通过一导电棒连接射频功率源，所述导电棒为实心结构。

9.根据权利要求1的等离子体处理设备，其特征在于：所述下电极通过一导电棒连接射频功率源，所述导电棒为中空的圆柱形结构，所述导电棒和所述下电极设置若干电连接点。

10.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于：所述等离子体处理设备为电容耦合型等离子体处理设备，所述电容耦合型等离子体处理设备包括一上电极，所述上电极位于所述基片上方，与所述基座平行设置。