CN105789012B - 屏蔽装置及具有该屏蔽装置的等离子体处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种选择性地阻止至少部分带电粒子通过的屏蔽装置，包括：屏蔽板，其包括实体部以及多个竖直的贯通孔；磁场产生元件，嵌设于所述实体部内，用以在每一所述贯通孔中形成与该贯通孔方向垂直的磁场，以使所述等离子体的至少部分带电粒子在所述磁场中受洛伦兹力发生偏转而与所述贯通孔的侧壁碰撞。本发明还提供了一种具有上述屏蔽装置的等离子体处理装置。本发明能够减小高能离子到达基片表面对其造成损伤。

Description

屏蔽装置及具有该屏蔽装置的等离子体处理装置

技术领域

本发明涉及半导体加工设备，特别涉及一种用于从等离子体中选择性地阻止至少部分带电粒子通过的屏蔽装置以及具有该屏蔽装置的等离子体处理装置。

背景技术

当前，等离子体处理装置作为在半导体晶片上执行成膜、刻蚀等多种工艺的装置，广泛应用于半导体器件制造的技术领域中。在等离子体处理装置中，使反应气体的等离子体作用在半导体晶片上，而执行相应的等离子体处理。一般来说，等离子体中包含带电粒子如高能离子(包含正负离子)和电子，以及作为中性粒子的自由基。在一些等离子体处理工艺中，主要是利用自由基对半导体晶片进行处理。如去除光刻胶工艺要求自由基与半导体晶片表面的光刻胶进行反应。如果带电粒子到达半导体晶片，则会与半导体晶片产生负面的交互作用而造成晶片上半导体元件的损伤，因此希望较少的带电粒子积累在晶片表面。

现有技术中通常采用以远程等离子体发生器作为等离子体源，并且增加远程等离子发生器与反应腔室之间的传输管道的长度来解决上述问题。远程等离子体发生器产生高浓度的高能离子、自由电子和自由基，通过较长的传输管道使得等离子体在输送过程中高能离子和自由电子吸附在管道壁上从而可以最大限度地减少高能离子、自由电子，形成稳定的、低损伤的自由基。然而，上述方法也存在一定缺陷。具体来说，由于传输管道壁的复合作用，高能离子和自由电子必然同时减少，无法选择性地仅消除部分带电粒子。以自由电子为例，其与气体分子碰撞形成自由基，因此在产生自由基的过程中自由电子发挥着重要的作用。如果因传输管道壁的复合作用，自由电子和高能离子均减少甚至消除，会造成自由电子与气体分子的碰撞减少、自由基的活性下降，最终影响到反应腔室内实际作用在晶片表面的活性自由基浓度，降低了工艺效率(如光阻的剥离速率)。

因此，需要提供一种根据需要从等离子体中选择性地阻止带电粒子通过的屏蔽装置以改善上述缺陷。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种在等离子体中分离至少部分带电粒子和活性自由基的屏蔽装置，以有效减小基片表面的电荷积累。进一步地，该屏蔽装置还能够在不影响活性自由基浓度情况下过滤高能离子，以同时保持较高的等离子体处理速率。

为达成上述目的，本发明提供一种从等离子体中选择性地阻止至少部分带电粒子通过的屏蔽装置，该屏蔽装置应用于等离子体处理装置。所述等离子体处理装置包括反应腔室，所述反应腔室容纳用于夹持待处理基片的基座。所述屏蔽装置包括：屏蔽板，设置于所述反应腔室内所述基座的上方，其包括实体部以及多个竖直的贯通孔；磁场产生元件，嵌设于所述实体部内，用以在每一所述贯通孔中形成与该贯通孔方向垂直的磁场，以使所述等离子体的至少部分带电粒子在所述磁场中受洛伦兹力发生偏转而与所述贯通孔的侧壁碰撞。

优选地，所述磁场产生元件为多个水平嵌设于所述实体部内的直螺线管，每一所述直螺线管上其中一个动点旋转一周所形成的空间内容纳一个所述贯通孔，每一所述直螺线管中通入电流以形成所述磁场。

优选地，所述直螺线管的直径与所述贯通孔的高度相同。

优选地，每一所述直螺线管与电流产生单元连接，所述电流产生单元向每一所述直螺线管提供大小和方向可控的电流。

优选地，所述屏蔽装置还包括控制单元，用于根据当前等离子体的能量或浓度调节所述电流产生单元的输出。

优选地，所述控制单元控制所述电流产生单元的输出以使所述等离子体的带电粒子在所述直螺线管产生的磁场中受洛伦兹力发生不同程度的偏转，其中所述等离子体的高能离子发生偏转后与所述贯通孔的侧壁碰撞，所述等离子体的自由电子发生偏转后仍穿过所述贯通孔。

优选地，所述磁场元件为多个水平嵌设于所述实体部内的磁性元件，每一所述磁性元件具有分别邻近于一个所述贯通孔相对两侧的极性相反的部分。

优选地，所述磁性元件为一对极性相反的磁铁或U型磁铁。

优选地，每一所述磁性元件覆盖所述贯通孔的高度。

根据本发明的另一方面，还提供了一种等离子体处理装置，其包括：反应腔室，其包括用于载置基片的基座；远程等离子体发生器，用以产生所述等离子体；以及上述的屏蔽装置。

本发明的有益效果在于通过在屏蔽板内设置磁场产生元件而在贯通孔中形成与等离子体运动方向垂直的磁场，选择性地使贯通孔内的等离子体的至少部分带电粒子受洛伦兹力发生偏转而朝向贯通孔的侧壁运动，从而减小高能离子对基片表面的损伤。

附图说明

图1为本发明具有屏蔽装置的等离子体处理装置的示意图；

图2为本发明另一实施例的屏蔽装置的屏蔽板的俯视图；

图3a为本发明另一实施例的的屏蔽装置的屏蔽板的主视图；

图3b为图3a所示的屏蔽装置的屏蔽板的俯视图；

图4为本发明另一实施例的具有屏蔽装置的等离子体处理装置的示意图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

应该理解，图示中的等离子体处理装置其仅仅是示例性的，可以包括更少或更多的组成元件，或该组成元件的安排可能与图示不同。

请参考图1，等离子体处理装置包括反应腔室10、远程等离子体发生器11及屏蔽装置20。反应腔室10底部设置有用于载置待处理基片W的基座12；远程等离子体发生器11作为远程等离子体源将工艺气体激发为等离子体并通过传输管路供应至反应腔室10内部。屏蔽装置20用于从等离子体中选择性地阻止至少部分的带电粒子通过。

屏蔽装置20具有屏蔽板和磁场产生元件(图1中未示)。其中屏蔽板设置于反应腔室10内基座12的上方，其可通过支撑元件(图中未示)固定，屏蔽板包括实体部22和多个竖直的贯通孔21，贯通孔21至少使等离子体中的自由基穿过而到达基片W。磁场产生元件是嵌设在实体部22内，用以在每一个贯通孔21中形成与该贯通孔21方向垂直的磁场，该磁场方向同样垂直于等离子体的运动方向，使得等离子体中的至少部分带电粒子在该磁场中受到洛伦兹力的作用发生偏转而朝向贯通孔21的侧壁运动与之碰撞。如图1中即代表了磁场产生元件所形成的磁场的方向为向内，根据左手定则，该磁场所产生的洛伦兹力为水平向右，因此带电粒子在该洛伦兹力作用下向右偏转且至少部分的带电粒子与贯通孔21的侧壁碰撞复合，而自由基则不受磁场影响顺利通过贯通孔21到达基片W，与基片W发生反应。因此，通过本发明的屏蔽装置能够显著减少聚积在基片W表面上的带电粒子，降低对基片表面的损伤。

图2所示为本发明一实施例屏蔽装置的屏蔽板的示意图。本实施例中，屏蔽装置的磁场产生元件为多个水平嵌设于屏蔽板实体部内的磁性元件，每一个磁性元件具有分别邻近于贯通孔相对两侧且极性相反的部分，从而可产生垂直于贯通孔(等离子体运动)方向的磁场。较佳的，每个磁性元件的高度覆盖整个贯通孔的高度，从而在整个贯通孔内均形成垂直等离子体运动方向的磁场。如图2所示，磁性元件23为一对极性相反的磁铁，磁铁23可以是永久磁铁、电磁石等或其组合。这一对磁铁被贯通孔21间隔开而平行相对设置，可以根据所需磁场的配置(如强度)来确定两个磁铁之间的距离。这一对磁铁也不限于如图2所示的横向排列，可以沿着贯通孔21外围任意方向平行相对设置。此外，磁铁对与贯通孔也不限于一一对应，位于同一直线的多个贯通孔可共享一对磁铁。水平嵌设在实体部中的多对磁铁的方向可以相同或不同，但方向不同的磁铁对之间应确保被实体部22隔离。图2中磁性元件23产生竖直向上的磁场，如虚线箭头所示，由此洛伦兹力的方向为水平向右，使得至少部分带电粒子在洛伦兹力作用下向右偏转而与贯通孔21的侧壁碰撞复合，从而实现屏蔽装置的带电粒子过滤作用。虽然本实施例中磁性元件是相互间隔开的一对磁铁，但该对磁铁的一端也可直接相连而形成U型磁铁，同样可产生垂直于等离子体运动方向的磁场。

图3a和图3b所示为本发明另一实施例的屏蔽板的主视图和俯视图。如图所示，屏蔽板包括实体部22，多个贯通孔21和磁场产生元件23。本实施例中，磁场产生元件23为多个水平嵌设于实体部22内且通有电流的直螺线管。直螺线管为包覆绝缘材料外皮的导体绕成笔直管状。每个贯通孔21嵌设在直螺线管的一个螺距的空间中，也即是，每一个直螺线管上其中一个动点旋转一周所形成的空间内容纳一个贯通孔21。由于直螺线管的轴线与贯通孔的轴线垂直，直螺线管中通入电流后形成方向与贯通孔垂直的磁场。本实施例中电流方向如箭头A所示，则产生如箭头B所示的水平向右的磁场以及方向如箭头C所示的洛仑磁力。较佳的，直螺线管23的直径与贯通孔21的高度相同，从而在整个贯通孔的高度范围内内均形成垂直等离子体运动方向的磁场。此外，直螺线管与贯通孔不限于一一对应，位于同一直线上的多个贯通孔可共享一个直螺线管，被嵌设在一个直螺线管不同位置的一个螺距的空间内。这些直螺线管可以在水平面的相同或不同方向排列，但不同方向的直螺线管之间应确保被实体部隔离以防止相互干涉。如图3b所示，每个直螺线管23的两端连接电流产生单元30，电流产生单元30可以是直流电源或射频源，以在直螺线管23中产生一定大小和方向的电流。当然，直螺线管23也可以一端连接电流产生单元30，另一端接地。

虽然上述实施例的屏蔽装置通过水平嵌设于实体部内的磁性元件能够实现对带电粒子的过滤，但是由于磁性元件所产生的磁场大小是固定的，能够过滤的带电粒子也无法调整或改变，特别是当等离子体能量(浓度)变大时，过滤效果不够理想。为此，本发明提供另一种屏蔽装置，其中磁场产生元件所产生的磁场大小和方向均可控，以适应不同的带电粒子过滤需求。

请参照图4，本实施例的等离子体处理装置包括反应腔室10、远程等离子体发生器11、屏蔽装置20。屏蔽装置20包括屏蔽板和控制单元24。屏蔽板设置于反应腔室10内基座12的上方，其可通过支撑组件(图中未示)固定。屏蔽板包括多个竖直的贯通孔21，实体部22和水平嵌设于实体部22内的磁场产生元件，其中磁场产生元件为多个通有电流的直螺线管，直螺线管的形状结构与图3a和3b所示相同，在此不作赘述。需要注意的是，这些直螺线管所通入的电流的大小和方向均可控。具体的，每一个直螺线管23均与电流产生单元30连接，电流产生单元30例如是射频源或直流电源，其向每个直螺线管提供电流。电流产生单元30同时和控制单元24连接，控制单元24根据当前远程等离子体发生器11所产生的等离子体的能量或浓度控制电流产生单元30的输出，从而使得直螺线管23所产生的磁场的大小和方向均可控。当产生的等离子体能量或浓度发生变化时，可相应调整直螺线管23通入的电流大小和方向，也就调整了所产生的磁场大小和方向和施加在带电粒子上的洛伦兹力，因此，即使等离子体能量发生变化仍能将带电粒子过滤至所希望的程度。进一步的，由于自由电子的运动速度要比离子的运动速度快，通过控制单元24还可根据当前等离子体能量或浓度来准确控制电流产生单元30向直螺线管23提供特定大小和方向的电流，使等离子体的各种带电粒子在直螺线管23所产生的磁场中受洛伦兹力发生不同程度的偏转，具体地仅使等离子体中的高能离子(即正负离子)受洛伦兹力偏转而朝向贯通孔21的侧壁运动与之碰撞，而等离子体的自由电子虽在洛伦兹力的影响下发生偏转但仍然能穿过贯通孔21，由此在阻止高能离子穿过屏蔽板到达基片表面的同时还确保活性自由基的浓度不因自由电子的损耗而降低，不仅减小了基片表面的离子损伤，更提高了工艺效率。

综上所述，本发明所提出的屏蔽装置及等离子体处理装置，通过在屏蔽板内设置磁场产生元件而在贯通孔中形成与等离子体运动方向垂直的磁场，选择性地使贯通孔中的等离子体的至少部分带电粒子受洛伦兹力发生偏转而朝向贯通孔的侧壁运动，以阻止高能离子穿过屏蔽板到达基片表面，有效减小对基片的损伤。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (6)

1.一种屏蔽装置，应用于等离子体处理装置，用于从等离子体中选择性地阻止至少部分带电粒子通过，所述等离子体处理装置包括反应腔室，所述反应腔室容纳用于夹持待处理基片的基座，其特征在于，所述屏蔽装置包括：

屏蔽板，设置于所述反应腔室内所述基座的上方，其包括一个实体部以及形成于所述实体部中的多个竖直的贯通孔；

磁场产生元件，嵌设于所述实体部内，用以在每一所述贯通孔中形成与该贯通孔方向垂直的磁场，以使所述等离子体的至少部分带电粒子在所述磁场中受水平方向的洛伦兹力发生偏转而与所述贯通孔的侧壁碰撞；

其中所述磁场产生元件为多个水平嵌设于所述实体部内的直螺线管，每一所述直螺线管上其中一个动点旋转一周所形成的空间内容纳一个所述贯通孔，每一所述直螺线管中通入电流以形成所述磁场。

2.根据权利要求1所述的屏蔽装置，其特征在于，所述直螺线管的直径与所述贯通孔的高度相同。

3.根据权利要求1所述的屏蔽装置，其特征在于，每一所述直螺线管与电流产生单元连接，所述电流产生单元向每一所述直螺线管提供大小和方向可控的电流。

4.根据权利要求3所述的屏蔽装置，其特征在于，所述屏蔽装置还包括控制单元，用于根据当前等离子体的能量或浓度调节所述电流产生单元的输出。

5.根据权利要求4所述的屏蔽装置，其特征在于，所述控制单元控制所述电流产生单元的输出以使所述等离子体的带电粒子在所述直螺线管产生的磁场中受洛伦兹力发生不同程度的偏转，其中所述等离子体的高能离子发生偏转后与所述贯通孔的侧壁碰撞，所述等离子体的自由电子发生偏转后仍穿过所述贯通孔。

6.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：

反应腔室，其包括用于载置基片的基座；

远程等离子体发生器，用以产生所述等离子体；以及

如权利要求1～5任一项所述的屏蔽装置。