CN111279452B - 自等离子体腔体的污染抑制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过抑制用于监测在工艺腔体中进行的沉积作业而设置的自等离子体腔体的污染来提高测量可靠性的技术，该装置的特征在于，设置有屏蔽装置，其能够防止所述自等离子体腔体中产生的等离子体的阳电荷碰撞到阴电极并受溅射现象而产生的阴电极物质流入放电腔体。

Description

自等离子体腔体的污染抑制装置
技术领域
本发明涉及一种为生产半导体而在基板上形成薄膜的沉积相关技术，尤其涉及一种通过抑制自等离子体腔体的污染来提高测量的可靠性的技术，其中，所述自等离子体腔体用于监测在工艺腔体中进行的沉积作业。
背景技术
随着电器、电子部件的小型化、高集成化，正在积极地研究通过反复执行在包括半导体晶圆或液晶基板的各种基板的上层形成半导体、金属、氧化物等薄膜并部分蚀刻该薄膜等的工艺来制造高集成元件的技术。
作为形成这种薄膜的工艺有多种物理化学沉积法，其中已知的多种沉积方法包括溅射沉积法(sputtering)、脉冲激光沉积法(PLD)、金属有机沉积法(MOD)、有机金属化学气相沉积法(MOCVD)、化学气相沉积法(CVD)、等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)、原子层沉积法(ALD)等。
使用于沉积工艺中的等离子体装置必须包括形成有用于薄膜沉积的反应空间的工艺腔体(Process chamber)，通常工艺腔体保持真空状态，在其内部设置有用于薄膜沉积的基板和目标物质。
另外，在所述半导体薄膜沉积工艺过程中，为了提高产量(yield)需要实时监测工艺状态，以预先防止在工艺过程中发生事故和设备误操作等，从而在发生异常状态时采取停止工艺等措施来降低不合格率，由此优化工艺。
为此，在现有技术中，与工艺腔体分开地设置连接工艺腔体的排气管的自等离子体腔体，并在腔体中设置感应单元，以监测等离子体工艺的状态。
在这种情况下，从工艺腔体的排气管中排出的碳等非金属性工艺物质和钨等金属性工艺物质粘附在自等离子体腔体的内壁和窗口，从而引起污染。另外，这种污染诱发物质将改变自等离子体腔体的电容率，从而影响等离子体放电或腔体的特性。
由于这种内部污染，在自等离子体腔体中的等离子体放电受到影响，并且自等离子体腔体窗口的透射率降低，因此难以使用自等离子体腔体测量信号。由此，无法获得正确的污染程度测量值，并且实际上在正常状态时也会发生错误地判断为异常状态的情况。另外，由于自等离子体腔体被快速地污染，因此存在缩短寿命的问题。
为了解决这些问题而提出的现有技术有韩国授权专利第10-0905128号的“自等离子体腔体的污染防止装置及方法”。
现有的自等离子体腔体的污染防止装置作为与工艺腔体的排气管连接且形成通过引入工艺腔体内的气体来制造等离子体状态的空间的自等离子体腔体的污染防止装置，包括：电磁场产生单元，产生电磁场，以使从工艺腔体引入的污染诱发物质脱离朝向自等离子体腔体窗口的直线路径；一个以上的阻挡壁，在中央形成有贯通孔，使得来自自等离子体腔体的光信号可通过直线路径到达窗口，从而阻挡由于产生的电磁场而脱离直线路径的污染诱发物质到达自等离子腔体的窗口。
即，如图1所示，形成有与自等离子体腔体40连接的电磁场产生单元120，其包括磁性体110并产生电磁场。
污染诱发物质通过形成磁场的电磁场产生部120接收洛伦兹力，由此脱离朝向窗口的直线路径。
阻挡壁130设置在窗口附近，由一个以上的阻挡壁层叠形成，从而可以通过捕获污染诱发物质来减少对窗口的污染。
除了从工艺腔体引入的污染诱发物质对自等离子体腔体的窗口的污染外，还需要阻止在自等离子体腔体中产生的等离子体的污染物质朝向窗口移动。
为了使用光谱仪分析，在自等离子体腔体内部形成等离子体，此时存在如下问题：在一定的压力、温度条件下，等离子体的阳电荷与阴电极金属性材料碰撞并引起溅射现象，导致阴电极物质朝向窗口移动，从而引起污染。
即，等离子体内的阳电荷与起到阴极作用的连接器发生碰撞而产生的污染物质混入等离子体中，从而降低测量的可靠性，并且污染物质到达窗口，从而污染窗口。
发明内容
(一)要解决的技术问题
因此，本发明的目的在于提供一种自等离子体腔体的污染抑制装置，其可以防止在自等离子体腔体内部产生的等离子体诱发的阴(接地)电极物质朝向窗口方向移动。
(二)技术方案
用于解决所提及的技术问题的本发明的自等离子体腔体的污染抑制装置，所述自等离子体腔体为了分析工艺腔体中产生的气体成分而连接在从所述工艺腔体的排气管分支的分支管，其特征在于，设置有屏蔽装置，其能够防止所述自等离子体腔体中产生的等离子体的阳电荷碰撞到接地电极并受溅射现象而产生的接地电极物质流入放电腔体，并且与所述接地电极相邻地设置。
优选地，所述自等离子体腔体包括：连接器，其连接在所述分支管，并且一端形成有凸缘以连接在所述分支管；非金属性材质的所述放电腔体，其连接在所述连接器的另一端；窗口，其设置在所述放电腔体的末端；等离子体产生模块，用于在所述放电腔体的内部产生等离子体。
优选地，所述屏蔽装置为非金属性材质的屏蔽环，其与结合有所述放电腔体的所述连接器的端部相邻且以向所述放电腔体的内部凸出的形态设置。
优选地，所述屏蔽环形成为圆形，并且形成有与所述放电腔体形成同心轴的贯通口。
优选地，所述屏蔽环由一个屏蔽环形成，或者由两个以上的屏蔽环连续地形成。
优选地，所述屏蔽环由所述贯通口的直径不同的多个屏蔽环形成。
优选地，所述屏蔽环由所述贯通口的直径不同的多个所述屏蔽环以隔开距离连续形成为一体形态，或者所述贯通口的直径不同的个别的屏蔽环以隔开距离安装。
优选地，所述放电腔体包括：第一放电区域，其与所述连接器连接；主放电腔体，从所述第一放电区域延伸而形成，并且其外径小于所述第一放电区域的外径，其中，在与所述主放电腔体连接的所述第一放电区域的末端形成有台阶部，在所述台阶部上安装有金属环，并且所述台阶部用作所述屏蔽装置。
优选地，所述放电腔体包括：第一放电区域，与所述连接器连接；主放电腔体，从所述第一放电区域延伸而形成，并且其外径小于所述第一放电区域的外径，其中，在与所述主放电腔体连接的所述第一放电区域的末端形成有台阶部，金属片设置在所述第一放电区域内部，在朝向所述主放电腔体的一面结合有隔板，并且所述隔板用作屏蔽装置。
优选地，所述等离子体产生模块包括在从所述屏蔽环朝向所述窗口的方向上隔开设置的电极和RF匹配线圈，其中，所述电极与所述RF匹配线圈连接，并且所述RF产生部和所述连接器共享接地电极，以使所述连接器起到接地电极的作用。
优选地，所述等离子体产生模块包括设置在所述主放电腔体侧的电极和设置在所述台阶部的金属环、RF匹配线圈，其中，所述电极与RF匹配线圈连接，并且所述RF产生部和所述金属环共享接地电极并连接。
优选地，所述等离子体产生模块包括设置在所述主放电腔体侧的电极、设置在所述第一放电区域侧的所述金属片和RF匹配线圈，其中，所述电极和所述RF匹配线圈连接，并且所述RF产生部和所述金属片共享接地电极并连接。
优选地，在所述电极与所述窗口之间的空间设置第二屏蔽装置。
优选地，在所述电极与所述窗口之间的空间设置第二屏蔽装置。
(三)有益效果
根据本发明的自等离子体腔体的污染抑制装置通过阻止放电腔体中产生的等离子体的阳电荷在接地电极处碰撞而产生的污染物质朝窗口方向移动来防止放电腔体内部和窗口的污染，从而具有可以提高测量寿命和测量可靠性的效果。
附图说明
图1是根据现有技术的自等离子体腔体的污染防止装置的概念图。
图2是根据本发明的自等离子体腔体的污染抑制装置的一个实施例的概念图。
图3是根据本发明的第一实施例的自等离子体腔体的污染抑制装置的结构图。
图4是第一实施例中使用的屏蔽环的变形实施的示意图。
图5是根据第二实施例的自等离子体腔体的污染抑制装置的结构图。
图6是根据第三实施例的自等离子体腔体的污染抑制装置的结构图。
具体实施方式
下面，参照有助于理解本发明的技术思想的实施例附图，对根据本发明的自等离子体腔体的污染抑制装置进行更详细地说明。对于示出的附图和优选实施例的说明仅呈现了根据本发明的技术思想的一个可实施的例子，本发明的技术保护范围并不限定于此。
图2是根据本发明的自等离子体腔体的污染抑制装置的一个实施例的概念图，图3是根据本发明的第一实施例的自等离子体腔体的污染抑制装置的结构图，图4是第一实施例中使用的屏蔽环的变形实施的示意图，图5是根据第二实施例的自等离子体腔体的污染抑制装置的结构图，图6是根据第三实施例的自等离子体腔体的污染抑制装置的结构图。
如图所示，本发明涉及一种自等离子体腔体，并且为了分析用于生产半导体的工艺腔体中产生的气体成分，设置有自等离子体腔体。
自等离子体腔体100连接于工艺腔体10的排气管11，并且连接至从排气管11分支的分支管12，从而将通过排气管11排出的部分气体成分转变成等离子体状态并使用光谱仪进行分析。
当在自等离子体腔体100中产生等离子体时，等离子体的阳电荷会与接地电极碰撞，并且在满足温度或压力时，由于溅射现象导致从金属成分的接地电极中放射接地电极物质，当所述接地电极物质流入放电腔体120时，会附着在放电腔体120内壁和窗口130并引起污染。当接地电极物质附着在窗口130时，透射率会降低，因此无法通过光谱仪140进行正确的分析，并且，当污染物质附着在放电腔体120内壁时，还会阻碍等离子体的产生。
因此，在本发明中设置屏蔽装置150，其用于防止由于在自等离子体腔体100中产生的等离子体而二次产生的污染物质所引起的窗口130或放电腔体120的污染。
更具体地，自等离子体腔体100包括如下基本组件。
自等离子体腔体100设置有连接器110，连接器110与从工艺腔体10的排气管11分支的分支管12连接，并且形成有用于与分支管12的一端连接的凸缘111。分支管12由金属管形成，连接器110同样是金属材质的管，并且其一端形成有凸缘111。分支管12与连接器110通过凸缘111以密闭的方式连接。
连接器110的另一端连接有放电腔体120，放电腔体120由非金属性材质形成。其主要由陶瓷、蓝宝石、玻璃等材料制造。放电腔体120和连接器110也是以密闭的方式连接。
放电腔体120的末端设置有窗口130，所述窗口130由可通过等离子体放射光的透明的蓝宝石或石英(Quartz)形成。
自等离子体腔体100设置有用于在放电腔体120内部产生等离子体的等离子体产生模块160。等离子体产生模块160具有通过接收所供应的电来暂时产生等离子体的作用。
屏蔽装置150可与用作接地电极的连接器110相邻且以凸出的形态设置在放电腔体120内部，或者，可将放电腔体120形成为阶梯状，从而通过放电腔体的结构特性来实现屏蔽作用。
在本发明的第一实施例中，如图3所示，作为屏蔽装置150，在放电腔体120的内部与结合有放电腔体120的连接器110的端部相邻地形成有凸出形态的屏蔽环151。尤其，屏蔽环151也是由非金属性材质形成。
由于放电腔体120可使用圆形管，因此屏蔽环151可形成为圆形环状。屏蔽环使用非金属材质，可采用陶瓷、石英等。
优选地，屏蔽环151形成为圆形，且在中央形成有与放电腔体120形成同心轴的贯通口151a。
屏蔽环151可以仅使用一个，并且如图4所示，也可以是多个屏蔽环151连续形成的形态。
即，屏蔽环151可以连续形成两个以上，并且屏蔽环151的贯通口151a的直径可以不同。在本实施例中，使用多个贯通口151a的直径不同的两种屏蔽环151。
当使用多个屏蔽环151时，可以形成为由多个屏蔽环一体成型的一体形态，并且可以由贯通口151a的直径不同的屏蔽环151以一定的隔开距离依次连续地形成。
或者，贯通口151a的直径不同的个别的屏蔽环151可以以一定的隔开距离单独地安装。
与连接器110相邻地设置作为屏蔽装置150的屏蔽环151，并且设置等离子体产生模块160，等离子体产生模块160可以由电极161、射频(RF)匹配线圈162、RF产生部160a组成。另外，在腔体外部且朝向窗口130方向上与屏蔽环151隔开地设置有电极161。
连接器110用作接地电极，RF产生部160a同样接地，并且RF匹配线圈162与电极161连接。即，RF产生部160a和连接器110共享接地电极。
RF产生部160a与电极161通过RF匹配线圈162连接，并且，RF产生部160a和连接器110与接地电极连接，通过供应电引起放电，由此在放电腔室120内部产生等离子体。
当产生等离子体时，等离子体的阳离子朝向用作阴极电位电极的金属性连接器110的表面移动并发生碰撞，当满足压力等条件时，发生溅射现象并从连接器110产生污染物质。
从连接器110产生的污染物质会飞散，但由于设置有屏蔽环151，可通过屏蔽环151有效阻挡朝向放电腔体120侧移动的污染物质向放电腔体120内部流入。
尤其，当形成有多个屏蔽环151时，具有可以更有效地阻挡污染物质的流入的优点。即使污染物质通过第一个屏蔽环的贯通口，也可以由第二个屏蔽环来阻挡进一步的流入，并且当使用贯通口的直径不同的屏蔽环时，可以更有效地进行屏蔽。
接下来，将说明本发明的第二实施例，图5是根据第二实施例的自等离子体腔体的污染抑制装置的概念图。
在第二实施例中的区别在于，放电腔体120由第一放电区域120a和主放电腔体120b构成。与主放电腔体120b相比，第一放电区域120a形成有比主放电腔体更大的外径。
第一放电区域120a与连接器110连接，并且主放电腔体120b从第一放电区域120a延伸。由于从第一放电区域120a延伸的主放电腔体120b的外径小，因此在第一放电区域120a的末端形成有台阶部121。
在台阶部121上安装有金属环163，并且台阶部121可用作屏蔽装置150。安装在台阶部121上的金属环163与连接器一起接地。
在第二实施例中的等离子体产生模块160包括电极161、金属环163、RF匹配线圈162、RF产生部160a，并且电极设置在主放电腔体120b的外侧表面以用作电极，设置在台阶部121上的金属环163用作接地电极。
电极161与RF匹配线圈162连接，RF产生部160a和金属环163同样连接至接地电极，从而通过放电来产生等离子体。
在主放电腔体120b与第一放电区域120a之间的区域产生等离子体，并且由于等离子体的阳电荷与用作接地电极的金属环163碰撞而发生的溅射现象导致放射接地电极物质，但由于金属环163安装在台阶部121，因此由金属环163放射的污染物质朝向连接器110移动而不会流入至放电腔体120内部。
即，在本发明的第二实施例中，屏蔽装置150通过形成作为放电腔体120的结构特征的台阶部121来确定由金属环163放射的污染物质的放射方向，从而防止放电腔体120的污染。
接下来，将说明本发明的第三实施例，图6是对第三实施例的概念图。
在第三实施例中，放电腔体120由第一放电区域120a和主放电腔体120b构成，并且第一放电区域20a与连接器110的一端连接，主放电腔体120b从第一放电区域120a延伸，第一放电区域120a的外径形成为大于主放电腔体120b的外径，从而在第一放电区域120a的末端形成台阶部121。
另外，在第三实施例中，隔板152作为屏蔽装置150而使用，并且隔板152结合在设置于第一放电区域120a内部的金属片164的一面，即朝向主放电腔体120b的表面。
在第三实施例中，隔板152用作屏蔽装置150。
另外，等离子体产生模块160包括电极161、金属片164、RF匹配线圈162、RF产生部160a，并且电极161设置在主放电腔体120b侧，金属片164配置在第一放电区域120a的中心部。电极161与RF匹配线圈162连接，RF产生部160a共享接地电极。
当供电时，通过等离子体产生模块160生成等离子体，并且从用作接地电极的金属片164中，由于溅射现象而放射污染物质。
在这种情况下，由于隔板152结合在金属片164的一面，因此从设置有隔板152的相反一面放射污染物质，并且在其方向上的污染物质朝向放电腔体120的相反侧移动。
由此，隔板152有效地执行屏蔽装置150的功能，并且使污染源不会流入至放电腔体120，从而抑制污染。
接下来，将说明本发明的第四实施例。
本发明的第四实施例的特征
在于，在所提及的第一、第二、第三实施例的基础上，进一步设置第二屏蔽装置170。即，第四实施例形成为在第一、第二、第三实施例中分别进一步结合有第二屏蔽装置170的结构。
图7是示出在第一实施例的结构中安装第二屏蔽装置时的示意图，并且相同的第二屏蔽装置同样可以适用于第二实施例或第三实施例。
第二屏蔽装置170具有可以捕获朝向窗口130移动的污染物质的作用，可选用石英或陶瓷等耐腐蚀性材料。为了通过第二屏蔽装置170更顺利地捕获朝向窗口130移动的污染物质，有必要改变污染物质的移动路径，为此，在第二屏蔽装置170的前侧设置电磁场产生部180，以使污染物质脱离朝向窗口移动的直线路径而转弯。
电磁场产生部180包括磁性体，并且起到产生电磁场以改变污染物质的移动路径的作用，由此，污染物质在第二屏蔽装置170中被捕获，从而显著降低污染物质朝向窗口移动的概率，并抑制窗口130的污染。

Claims (10)

1.一种自等离子体腔体的污染抑制装置，所述自等离子体腔体为了分析工艺腔体中产生的气体成分而连接在从所述工艺腔体的排气管分支的分支管，其特征在于，
设置有屏蔽装置，其能够防止所述自等离子体腔体中产生的等离子体的阳电荷碰撞到连接器并受溅射现象而产生的所述连接器的物质流入放电腔体，并且与所述连接器相邻地设置，
所述自等离子体腔体包括：
连接器，其连接在所述分支管，并且一端形成有凸缘以连接在所述分支管，并且所述连接器连接到接地电极；
非金属性材质的所述放电腔体，其一端连接在所述连接器的另一端；
窗口，其设置在所述放电腔体的另一端；
等离子体产生模块，用于在所述放电腔体的内部产生等离子体，
所述屏蔽装置为非金属性材质的屏蔽环，其与结合有所述放电腔体的所述连接器的另一端相邻且以向所述放电腔体的内部凸出的形态设置，
所述屏蔽环形成为圆形，并且形成有与所述放电腔体形成同心轴的贯通口，
所述屏蔽环由一个屏蔽环形成，或者由两个以上的屏蔽环连续地形成。
2.根据权利要求1所述的自等离子体腔体的污染抑制装置，其特征在于，
当所述屏蔽环为两个以上时，所述屏蔽环由所述贯通口的直径不同的屏蔽环形成。
3.根据权利要求2所述的自等离子体腔体的污染抑制装置，其特征在于，
当所述屏蔽环为两个以上时，所述屏蔽环由所述贯通口的直径不同的多个所述屏蔽环以隔开距离连续形成为一体形态，或者所述贯通口的直径不同的个别的屏蔽环以隔开距离安装。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的自等离子体腔体的污染抑制装置，其特征在于，
所述等离子体产生模块包括在从所述屏蔽环朝向所述窗口的方向上隔开设置的电极、RF匹配线圈和RF产生部，
其中，所述电极与所述RF匹配线圈连接，并且所述RF产生部和所述连接器共享接地电极，以使所述连接器起到接地电极的作用。
5.根据权利要求4所述的自等离子体腔体的污染抑制装置，其特征在于，
在所述电极与所述窗口之间的空间设置第二屏蔽装置。
6.一种自等离子体腔体的污染抑制装置，所述自等离子体腔体为了分析工艺腔体中产生的气体成分而连接在从所述工艺腔体的排气管分支的分支管，其特征在于，
设置有屏蔽装置，其能够防止所述自等离子体腔体中产生的等离子体的阳电荷碰撞到连接器并受溅射现象而产生的所述连接器的物质流入放电腔体，并且与所述连接器相邻地设置，
所述自等离子体腔体包括：
连接器，其连接在所述分支管，并且一端形成有凸缘以连接在所述分支管，并且所述连接器连接到接地电极；
非金属性材质的所述放电腔体，其一端连接在所述连接器的另一端；
窗口，其设置在所述放电腔体的另一端；
等离子体产生模块，用于在所述放电腔体的内部产生等离子体，
所述放电腔体包括：
第一放电区域，其一端与所述连接器连接；
主放电腔体，从所述第一放电区域延伸而形成，并且其外径小于所述第一放电区域的外径，
其中，在与所述主放电腔体连接的所述第一放电区域的另一端形成有台阶部，在所述台阶部上安装有金属环，并且所述台阶部用作所述屏蔽装置。
7.根据权利要求6所述的自等离子体腔体的污染抑制装置，其特征在于，
所述等离子体产生模块包括设置在所述主放电腔体侧的电极和设置在所述台阶部的金属环、RF匹配线圈和RF产生部，
其中，所述电极与RF匹配线圈连接，并且所述RF产生部和所述金属环共享接地电极并连接。
8.一种自等离子体腔体的污染抑制装置，所述自等离子体腔体为了分析工艺腔体中产生的气体成分而连接在从所述工艺腔体的排气管分支的分支管，其特征在于，
设置有屏蔽装置，其能够防止所述自等离子体腔体中产生的等离子体的阳电荷碰撞到连接器并受溅射现象而产生的所述连接器的物质流入放电腔体，并且与所述连接器相邻地设置，
所述自等离子体腔体包括：
连接器，其连接在所述分支管，并且一端形成有凸缘以连接在所述分支管，并且所述连接器连接到接地电极；
非金属性材质的所述放电腔体，其一端连接在所述连接器的另一端；
窗口，其设置在所述放电腔体的另一端；
等离子体产生模块，用于在所述放电腔体的内部产生等离子体，
所述放电腔体包括：
第一放电区域，其一端与所述连接器连接；
主放电腔体，从所述第一放电区域延伸而形成，并且其外径小于所述第一放电区域的外径，
其中，在与所述主放电腔体连接的所述第一放电区域的另一端形成有台阶部，金属片设置在所述第一放电区域内部，在朝向所述主放电腔体的一面结合有隔板，并且所述隔板用作屏蔽装置。
9.根据权利要求8所述的自等离子体腔体的污染抑制装置，其特征在于，
所述等离子体产生模块包括设置在所述主放电腔体侧的电极、设置在所述第一放电区域侧的所述金属片、RF匹配线圈和RF产生部，
其中，所述电极和所述RF匹配线圈连接，并且所述RF产生部和所述金属片共享接地电极并连接。
10.根据权利要求7或9所述的自等离子体腔体的污染抑制装置，其特征在于，
在所述电极与所述窗口之间的空间设置第二屏蔽装置。
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