CN112185786A - 等离子体处理设备及其用于等离子体处理设备的接地环组件 - Google Patents
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Abstract
一种等离子体处理设备及其用于等离子体处理设备的接地环组件，其中，等离子体处理设备包括：反应腔，所述反应腔包括反应腔侧壁，所述反应腔侧壁包括承载面；位于所述反应腔内底部的基座，所述基座用于承载待处理基片；包围所述基座的中接地环组件，所述中接地环组件包括底部组件、由底部组件外侧端部向上延伸的延伸环以及由延伸环向外延伸的承载环，所述承载环位于承载面上，底部组件、延伸环和承载环构成一个连续的导电通路；包围所述基座的下接地环，所述下接地环顶部与底部组件内侧端部连接；连接于所述基座上的射频源。所述等离子体处理设备的性能较好。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种等离子体处理设备及其用于等离子体处理设备的接地环组件。
背景技术
在半导体工艺中，对半导体材料进行刻蚀的工艺通常包括干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺，其中，由于利用等离子体进行刻蚀的干法刻蚀工艺能有效地控制刻蚀开口的尺寸而成为目前最主流的刻蚀工艺。现有工艺通常利用辉光放电、射频信号、电晕放电等形成等离子体。其中，利用射频信号形成等离子体时，可以通过调控处理气体成分、射频功率的频率、射频功率的耦合模式、气压、温度等参数，控制形成的等离子体的密度和能量，从而优化等离子体处理效果。因此，在现有的半导体刻蚀装置中，通常采用射频信号形成等离子体，且利用射频信号在待处理基片上形成偏压，使得所述等离子体轰击待处理基片，对所述待处理基片进行刻蚀工艺。
现有的采用射频信号形成等离子体的刻蚀装置主要包括电感耦合等离子体(ICP)刻蚀装置、电容耦合等离子体(CCP)刻蚀装置和电子回旋加速振荡(ECR)刻蚀装置等，其中，电感耦合等离子体(ICP)刻蚀装置和电容耦合等离子体(CCP)刻蚀装置由于结构简单，较为便宜，广泛地运用到干法刻蚀领域。目前的电容耦合等离子体刻蚀装置通常包括射频功率源和偏置功率源，且所述电容耦合等离子体刻蚀装置具有上电极和下电极，所述射频功率源连接于上电极或下电极，对应的下电极或上电极接地，所述射频功率源产生的射频信号通过上电极和下电极形成的电容将反应气体等离子体化。所述偏置功率源连接于所述下电极，在所述下电极上的待处理基片上形成偏压。
然而，现有的等离子体处理设备的性能较差。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种等离子体处理设备及其用于等离子体处理设备的接地环组件，以提高等离子体处理设备的性能。
为解决上述技术问题，本发明提供一种等离子体处理设备，包括：反应腔，所述反应腔包括反应腔侧壁，所述反应腔侧壁包括承载面；位于所述反应腔内底部的基座，所述基座用于承载待处理基片；包围所述基座的中接地环组件，所述中接地环组件包括底部组件、由底部组件外侧端部向上延伸的延伸环以及由延伸环向外延伸的承载环，所述承载环位于承载面上，且所述底部组件、延伸环和承载环构成一个连续的导电通路；包围所述基座的下接地环，所述下接地环顶部与底部组件内侧端部连接；连接于所述基座上的射频源。
可选的，所述底部组件包括：外环和位于所述外环内的连接杆，所述连接杆两端分别与外环和下接地环顶部连接。
可选的，所述底部组件包括：内环、外环以及连接所述内环与外环之间的若干个相互分立的连接杆；所述延伸环由外环向上延伸；所述下接地环由内环向下延伸。
可选的，所述下接地环与中接地环组件一体成型。
可选的，所述下接地环顶部与底部组件的内环通过螺钉固定连接。
可选的，所述螺钉的个数大于1个，且多个螺钉沿下接地环内环周向均匀分布。
可选的，还包括：位于所述承载环与承载面之间的密封结构和第一导电垫片，所述第一导电垫片包围密封结构。
可选的，所述第一导电垫片的材料包括：铜或镍或金中的一种或者多种组合。
可选的，还包括：位于基座上的静电夹盘；包围所述基座的隔绝环，所述下接地环包围所述隔绝环。
可选的，还包括：位于所述反应腔顶部的上电极组件，所述上电极组件与基座相对；包围所述上电极组件的上接地环；位于所述上接地环和承载环上的顶盖；抽真空装置，用于使所述反应腔内为真空环境。
可选的，还包括：位于所述底部组件上方的等离子体约束装置，所述等离子体约束装置具有若干贯穿等离子体约束装置的扩散口。
相应的，本发明还提供一种用于等离子体处理设备的接地环组件，包括：底部组件；由所述底部组件外侧端部向上延伸的延伸环；由所述延伸环向外沿延伸的承载环，所述承载环、延伸环和底部组件构成一个连续的导电通路；与所述底部组件内侧端部连接向下延伸的下接地环。
可选的，所述底部组件包括：内环、外环以及连接所述内环与外环之间的若干个相互分立的连接杆；所述延伸环由外环向上延伸。可选的，所述底部组件包括：外环和位于所述外环内的连接杆，所述连接杆两端分别与外环和下接地环顶部连接。
可选的，所述下接地环与底部组件、延伸环和承载环一体成型。
可选的，所述下接地环顶部与底部组件的内环通过螺钉固定连接。
可选的，所述螺钉的个数大于1个，且多个螺钉沿内环周向均匀分布。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
本发明技术方案提供的等离子体处理设备中，所述中接地环包括底部组件、由底部组件外侧端部向上延伸的延伸环以及由延伸环向外延伸的承载环，所述承载环位于承载面上，且所述底部组件、延伸环和承载环构成一个连续的导电通路，使得所述底部组件外侧端部与反应腔之间无需在反应腔内通过螺钉实现连接，因此，有利于避免所述底部组件与反应腔之间因所述螺钉松动带来的不稳定性和射频电流偏边，增加了射频回路的稳定性，同时也避免了由于射频回路不稳定造成螺钉连接处的电弧损伤。
进一步，所述底部组件的内侧端部与下接地环一体成型，使得所述底部组件的内侧端部与下接地环之间无需通过螺钉连接，因此，有利于避免所述底部组件的内侧端部与下接地环之间因螺钉的松动连接带来的不稳定性和射频电流的偏边。
进一步，所述下接地环、中接地环组件与反应腔构成空腔，所述等离子体处理设备在长期工作过程中，不可避免地易在所述空腔内附着副产物。由于所述中接地环组件与下接地环通过螺钉固定连接，因此，只需拆卸中接地环组件，而无需拆卸基座，即可对所述空腔内进行维护，有利于降低维护所述空腔内的难度。
附图说明
图1为一种等离子体处理设备的结构示意图；
图2是本发明一种等离子体处理设备的结构示意图；
图3是图2中一种底部组件的俯视图；
图4是图2中另一种底部组件的俯视图；
图5是本发明另一种等离子体处理设备的结构示意图；
图6是图5中一种底部组件的俯视图；
图7是图5中另一种底部组件的俯视图。
具体实施方式
正如背景技术所述，现有的等离子体处理设备的性能较差，以下进行详细说明：
图1为一种等离子体处理设备的结构示意图。
请参考图1，反应腔100，所述反应腔100内侧壁具有凸向反应腔100内的平台100a；位于所述反应腔100底部的基座(图中未标出)和位于基座上的静电夹盘101，所述静电夹盘101用于吸附固定待处理基片；位于所述反应腔100顶部的上电极组件102，所述上电极组件102与静电夹盘相对设置；包围基座和静电夹盘101的下接地环106；位于所述下接地环106上的中接地环组件103，所述中接地环组件103包括外环、内环以及连接外环与内环之间的连接杆，所述内环包围静电夹盘101，所述内环与下接地环106顶部通过第一螺钉107固定连接，所述外环与平台100a顶部通过第二螺钉108固定连接。
上述等离子体处理设备中，所述等离子体处理设备在工作过程中，所述反应腔100内的温度较高，使得所述中接地环组件103易发生膨胀；当所述等离子体处理设备停止工作时，所述反应腔100内的温度较低，使得所述中接地环组件103易发生收缩。当所述等离子体处理设备在工作与停止工作状态之间进行多次切换后，使得所述第一螺钉107和第二螺钉108易发生松动，尤其所述第二螺钉108的松动更加严重，这是由于所述外环的直径较大，使得所述外环的形变较大，则所述第二螺钉108的松动更加严重。
然而，所述第二螺钉108的松动难以预料，且由于所述外环与平台100a之间设置若干第二螺钉，不同位置处的第二螺钉108的松动情况不可能完全一致，而射频电流易向接触良好的地方流动，当对称位置的第二螺钉108的松动情况不一致时，所述射频电流易发生偏边的现象，则射频回路将不稳定，使得部分通过第二螺钉108连接处出现射频电流过大而引起电弧损伤。
为了解决上述技术问题，本发明技术方案提供一种等离子体处理设备，通过设置包围所述基座的中接地环组件，所述中接地环组件包括底部组件、由底部组件外侧端部向上延伸的延伸环以及由延伸环向外延伸的承载环，所述承载环位于承载面上，且所述底部组件、延伸环和承载环构成一个连续的导电通路，使得所述底部组件与反应腔侧壁之间无需在反应腔内通过螺钉实现电连接，有利于避免因螺钉松动带来的电连接不稳定，使得所述等离子体处理设备的性能较好。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图2是本发明一种等离子体处理设备。
请参考图2，等离子体处理设备包括：反应腔200，所述反应腔200包括反应腔侧壁280，所述反应腔侧壁280包括承载面A；位于所述反应腔200底部的基座290，所述基座290用于承载待处理基片；包围所述基座290的中接地环组件205，所述中接地环组件205包括底部组件270、由底部组件270外侧端部向上延伸的延伸环271以及由延伸环271向外延伸的承载环272，所述承载环272位于承载面A上，且所述底部组件270、延伸环271和承载环272构成一个连续的导电通路；包围所述基座290的下接地环206，所述下接地环206顶部与底部组件270内侧端部连接；连接于所述基座290上的射频源207。
在本实施例中，所述等离子体处理设备为电容耦合等离子体处理设备(CCP)。
在本实施例中，还包括：位于所述反应腔200顶部的上电极组件202，所述上电极组件202与基座290相对设置。
所述反应腔200的材料包括铝。
所述反应腔200内用于对待处理基片进行等离子体处理。所述上电极组件202包括位于所述反应腔200顶部的安装基板(图中未示出)和位于所述安装基板上的气体喷淋头(图中未示出)。所述气体喷淋头用于向反应腔200内输送反应气体。所述射频源207施加于基座上，所述射频源207与匹配器210连接，且所述射频源207产生的射频信号通过上电极组件202与基座290形成的电容将反应气体转化为等离子体。所述等离子体用于对待处理基片进行等离子体处理。
在本实施例中，所述等离子体处理设备还包括：包围上电极组件202的上接地环203。
在本实施例中，所述等离子体处理设备还包括：位于所述基座290上的静电夹盘201，所述静电夹盘201与上电极组件202相对设置，所述静电夹盘201用于吸附和固定待处理基片；包围所述基座290的隔绝环208。
所述隔绝环208用于实现所述静电夹盘201与中接地环组件205之间的电隔离。
在本实施例中，还包括：位于所述上接地环203和承载环272的顶盖230。
所述中接地环205包括底部组件270、由底部组件270外侧端部沿所述反应腔侧壁280向上延伸的延伸环271以及由延伸环271沿承载面A向外延伸的承载环272，所述承载环272位于承载面A上，通过反应腔侧壁280的承载面A实现对中接地环205的整体承载。由于所述底部组件270、延伸环271和承载环272构成一个连续的导电通路，使得所述底部组件205a外侧端部与反应腔200无需在反应腔200内通过螺钉实现固定连接，使得射频电流由上电极组件202、上接地环203和顶盖230，流经承载环272、延伸环271和底部组件270的射频电流较稳定，因此，有利于避免所述底部组件270与反应腔200之间因螺钉松动带来的不稳定性和射频电流偏边，增加了射频回路的稳定性，同时也避免了由于射频回路不稳定造成连接处的电弧损伤。
在本实施例中，所述底部组件205a的内侧端部与下接地环206的顶部一体成型，使得所述底部组件205a的内侧端部与下接地环206之间无需通过螺钉以实现固定连接，所述射频电流由中接地环205流经下接地环206，有利于避免所述底部组件205a的内侧端部与下接地环206之间额外设置的螺钉发生松动带来的不稳定性和射频电流的偏边，增加了射频回路的稳定性，同时也避免了由于射频回路不稳定造成连接处的电弧损伤。
并且，由于所述中接地环组件205与下接地环206一体成型，则避免了在真空环境下中接地环组件205与反应腔200之间、以及中接地环组件205与下接地环206之间使用裸铝以实现射频电流的传输，有利于防止因裸铝被氧化带来的射频回路不稳定。另外，也无需为了防止裸铝被氧化而在所述裸铝表面形成金属层，所述金属层包括镍，因此，有利于避免金属层带来的金属污染。并且，还能够避免金属层的厚度不均匀带来的不稳定。综上，所述等离子体处理设备的性能较好。
另外，由于所述反应腔200的内壁被延伸环271包围，使得所述反应腔200没有直接暴露在等离子体环境中，有利于防止所述反应腔200的内壁受到腐蚀。
在本实施例中，还包括：位于所述承载环272与承载面A之间的密封结构211；位于所述承载环272与承载面A之间的第一导电垫片212，所述第一导电垫片212包围密封结构211；抽真空装置(图中未示出)，用于使所述反应腔200内为真空环境。
所述密封结构211用于实现承载环272与承载面A之间的密封，有利于确保所述反应腔200内的真空环境。
所述第一导电垫片212的材料包括：铜或镍或金中的一种或者多种组合。所述第一导电垫片212包围密封结构211，即：所述第一导电垫片212设置在大气环境中进行连接。尽管所述第一导电垫片212为金属，但是，由于所述第一导电垫片212设置在大气环境中，因此，有利于避免所述反应腔200内发生金属污染。
在本实施例中，底部组件270一体成型，使得底部组件之间无需通过导电带进行连接，而所述导电带的材料包括金属，例如，所述导电带的材料包括：铜、不锈钢或者铝，因此，不使用导电带有利于防止金属污染；另外，因不使用导电带，则无需额外增加螺钉以固定所述导电带，因此，有利于防止固定所述导电带的螺钉发生松动带来偏边。
在本实施例中，还包括：抽真空装置(图中未示出)，所述抽真空装置用于使所述反应腔200内为真空环境。
在本实施例中，所述下接地环206包括：平板206b、由所述平板206b外侧向上延伸的第一环206c以及由所述平板206b内侧向下延伸的第二环206a。如此设计所述下接地环206，使得所述下接地环206、中接地环205与反应腔侧壁280构成的空腔的体积较大，有利于提高所述反应腔200内气流的均匀性。
图3是图2中一种底部组件的俯视图。
请参考图3，所述底部组件270包括：内环270a、外环270c以及连接内环270a与外环270c之间的若干个相互分立的连接杆270b。其中，所述延伸环271是由外环270c向上延伸的，所述内环270a、外环270c、连接杆270b与所述延伸环271和承载环272构成一个连续的导电通路。
图4是图2中另一种底部组件的俯视图。
请参考图4，所述底部组件270包括外环270A和位于所述外环270A内的连接杆270B，所述连接杆270B两端分别与外环270A和下接地环206顶部连接。
图5是本发明另一种等离子体处理设备的结构示意图。
请参考图5，等离子体处理设备包括：反应腔300，所述反应腔300包括反应腔侧壁380，所述反应腔侧壁380包括承载面B；位于所述反应腔300底部的基座390，所述基座390用于承载待处理基片；位于所述反应腔300顶部的上电极组件302，所述上电极组件302与基座390相对设置；包围所述基座390的中接地环组件305，所述中接地环组件305包括底部组件370、由底部组件370外侧端部向上延伸的延伸环371以及由延伸环371向外延伸的承载环372，所述承载环372位于承载面B上，且所述底部组件370、延伸环371和承载环372构成一个连续的导电通路；包围所述基座390的下接地环301，所述下接地环301顶部与底部组件370内侧端部连接；连接于所述基座390上的射频源307。
所述中接地环组件305包括：底部组件370、由底部组件370外侧端部向上延伸的延伸环371以及由延伸环371向外延伸的承载环372，所述承载环372位于承载面B上，且所述底部组件370、延伸环371和承载环372构成一个连续的导电通路，使得所述底部组件305外侧端部与反应腔300之间无需在反应腔300内通过螺钉实现连接，因此，有利于避免所述底部组件370与反应腔300之间因螺钉松动带来的不稳定性和射频电流偏边，增加了射频回路的稳定性，同时也避免了由于射频回路不稳定造成连接处的电弧损伤。
所述底部组件370内侧端部与下接地环301不一体成型，而是通过螺钉304可拆卸连接。所述下接地环301、中接地环组件305与反应腔侧壁380构成空腔303，所述等离子体处理设备在长期工作过程中，不可避免地易在所述空腔303内附着副产物。由于所述中接地环组件305与下接地环301通过螺钉304固定连接，因此，只需拆卸中接地环组件305，而无需拆卸基座390，即可对所述空腔303内进行维护，有利于降低维护所述空腔303内的难度。
并且，所述中接地环组件305包括：底部组件370、由底部组件370外侧端部向上延伸的延伸环371以及由延伸环371向外延伸的承载环372，且所述底部组件370、延伸环371和承载环372构成一个连续的导电通路，则避免了在真空环境下中接地环组件305在真空环境下与反应腔300之间通过裸铝实现射频电流的传输，射频电流沿承载环372、延伸环371向底部组件370传输，因此，有利于防止因裸铝被氧化带来的射频回路不稳定。另外，也无需为了防止裸铝被氧化在所述裸铝表面形成金属层，所述金属层包括镍，因此，有利于避免金属层带来的金属污染。并且，也有利于避免金属层涂覆不均匀带来的不稳定性。
在本实施例中，还包括：在所述底部组件370内侧与下接地环301顶部之间设置第二导电垫片350。
在本实施例中，所述第二导电垫片350材料的质地较软，使得所述底部组件370内侧与下接地环301顶部的接触更稳定，有利于减少偏边。
在本实施例中，所述第二导电垫片350包括导电层和位于导电层表面的材料层，所述导电层的材料为铝，所述材料层的材料为石墨。
在本实施例中，所述底部组件370一体成型，使得所述底部组件370之间无需通过导电带进行连接，而所述导电带的材料包括金属，例如，所述导电带的材料包括：铜、不锈钢或者铝，因此，不使用导电带有利于防止金属污染；并且，不使用导电带有利于避免因导电带的导电性较差使射频电流的路径发生改变，进而有利于防止等离子体发生泄漏；另外，因不使用导电带，则无需额外增加螺钉以固定所述导电带，有利于防止固定导电带的螺钉发生松动带来偏边。
在本实施例中，还包括：抽真空装置(图中未示出)，所述抽真空装置用于使所述反应腔300内为真空环境。
在本实施例中，所述下接地环301包括：平板301a、由所述平板301a外侧向上延伸的第一环301b以及由所述平板301a内侧向下延伸的第二环301c。如此设计所述下接地环301，使得所述下接地环301与反应腔300构成的空腔的体积较大，有利于提高所述反应腔300内气流的均匀性。
图6是图5中一种底部组件的俯视图。
请参考图6，所述底部组件370包括：内环370a、外环370c以及连接内环370a与外环370c之间的若干个相互分立的连接杆370b。其中，所述延伸环371是由外环370c向上延伸的。
在本实施例中，固定所述内环370a与下接地环301的螺钉304的个数较多，且所述螺钉304沿内环370a周向均匀分布，使得内环370a与下接地环301顶部的接触更均匀，有利于减少偏边。
在本实施例中，以所述螺钉304的个数为12个为例进行说明。
在其他实施例中，所述螺钉的个数可以为其他值。
图7是图5中另一种底部组件的俯视图。
请参考图7，所述底部组件370包括外环370A和位于所述外环370A内的连接杆370B，所述连接杆370B两端分别与外环370A和下接地环301顶部连接。
所述连接杆370B与下接地环301之间通过螺钉393固定。
在本实施例中，以所述螺钉393的个数为12个为例进行说明。
在其他实施例中，所述螺钉的个数可以为其他值。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (17)
1.一种等离子体处理设备，其特征在于，包括：
反应腔，所述反应腔包括反应腔侧壁，所述反应腔侧壁包括承载面；
位于所述反应腔内底部的基座，所述基座用于承载待处理基片；
包围所述基座的中接地环组件，所述中接地环组件包括底部组件、由底部组件外侧端部向上延伸的延伸环以及由延伸环向外延伸的承载环，所述承载环位于承载面上，且所述底部组件、延伸环和承载环构成一个连续的导电通路；
包围所述基座的下接地环，所述下接地环顶部与底部组件内侧端部连接；连接于所述基座上的射频源。
2.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述底部组件包括：外环和位于所述外环内的连接杆，所述连接杆两端分别与外环和下接地环顶部连接。
3.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述底部组件包括：内环、外环以及连接所述内环与外环之间的若干个相互分立的连接杆；所述延伸环由外环向上延伸；所述下接地环由内环向下延伸。
4.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述下接地环与中接地环组件一体成型。
5.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述下接地环顶部与底部组件的内环通过螺钉固定连接。
6.如权利要求5所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述螺钉的个数大于1个，且多个螺钉沿下接地环内环周向均匀分布。
7.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，还包括：位于所述承载环与承载面之间的密封结构和第一导电垫片，所述第一导电垫片包围密封结构。
8.如权利要求7所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述第一导电垫片的材料包括：铜或镍或金中的一种或者多种组合。
9.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，还包括：位于基座上的静电夹盘；包围所述基座的隔绝环，所述下接地环包围所述隔绝环。
10.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，还包括：位于所述反应腔顶部的上电极组件，所述上电极组件与基座相对；包围所述上电极组件的上接地环；位于所述上接地环和承载环上的顶盖；抽真空装置，用于使所述反应腔内为真空环境。
11.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，还包括：位于所述底部组件上方的等离子体约束装置，所述等离子体约束装置具有若干贯穿等离子体约束装置的扩散口。
12.一种用于等离子体处理设备的接地环组件，其特征在于，包括：
底部组件；
由所述底部组件外侧端部向上延伸的延伸环；
由所述延伸环向外沿延伸的承载环，所述承载环、延伸环和底部组件构成一个连续的导电通路；
与所述底部组件内侧端部连接向下延伸的下接地环。
13.如权利要求12所述的基底环组件，其特征在于，所述底部组件包括：内环、外环以及连接所述内环与外环之间的若干个相互分立的连接杆；所述延伸环由外环向上延伸。
14.如权利要求12所述的基底环组件，其特征在于，所述底部组件包括：外环和位于所述外环内的连接杆，所述连接杆两端分别与外环和下接地环顶部连接。
15.如权利要求12所述的基底环组件，其特征在于，所述下接地环与底部组件、延伸环和承载环一体成型。
16.如权利要求12所述的基底环组件，其特征在于，所述下接地环顶部与底部组件的内环通过螺钉固定连接。
17.如权利要求16所述的基底环组件，其特征在于，所述螺钉的个数大于1个，且多个螺钉沿内环周向均匀分布。
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