CN112530776A - 一种等离子体处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种等离子体处理装置，包括反应腔，反应腔包括顶壁、侧壁与底壁；位于反应腔内、且设置于顶壁处的上电极；位于反应腔内、且与上电极相对设置的下电极；位于反应腔内、且环绕下电极设置的接地环；环绕下电极设置、且连接于接地环与侧壁之间的导电支架，导电支架包括接触接地环的内接环、接触侧壁的外接环及连接于外接环和内接环之间的多个阻抗可调器件。在接地环和侧壁之间连接有包括有多个阻抗可调器件的导电支架，不同阻抗可调器件能够调节接地环不同区域的阻抗，达到调节射频回路的阻抗的目的；通过对不同阻抗可调器件的阻抗优化调节，实现射频分布对称性的调节，使得等离子体处理装置达到刻蚀均匀性高的目的。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体刻蚀技术领域，更为具体地说，涉及一种等离子体处理装置。
背景技术
在半导体器件的制造过程中，为了在半导体晶片的结构层上形成预先设定的图案，大多采用等离子体处理装置来进行制作；具体的，以抗蚀剂作为掩模设置于结构层上，而后将其放入等离子体处理装置中，利用等离子体处理装置产生的等离子体对未被掩膜覆盖的区域进行刻蚀，最终制作完成具有预设图案的结构层。现有的等离子体处理装置，由于存在有元件结构(如基片传输通道)不对称等因素，进而能够导致刻蚀不均匀的情况出现，最终对产品性能和良率产生很大影响。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种等离子体处理装置，有效解决现有技术存在的问题，使得等离子体处理装置达到刻蚀均匀性高的目的。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种等离子体处理装置，包括：
反应腔，所述反应腔包括顶壁、侧壁与底壁；
位于所述反应腔内、且设置于所述顶壁处的上电极；
位于所述反应腔内、且与所述上电极相对设置的下电极；
位于所述反应腔内、且环绕所述下电极设置的接地环；
以及，环绕所述下电极设置、且连接于所述接地环与所述侧壁之间的导电支架，其中，所述导电支架包括接触所述接地环的内接环、接触所述侧壁的外接环及连接于所述外接环和内接环之间的多个阻抗可调器件。
可选的，所述阻抗可调器件为非电控制的阻抗可调器件。
可选的，所述阻抗可调器件为可变电容器件、可变电阻器件或可变电感器件。
可选的，所述阻抗可调器件为气动可变电容器件。
可选的，所述气动可变电容器件包括：
连接所述内接环的第一极板和连接所述外接环的第二极板；
以及，与所述第一极板或第二极板连接的空气压缩管路，所述空气压缩管路通过空气压力控制连接的极板运动，而改变所述第一极板和所述第二极板之间间距。
可选的，所述多个阻抗可调器件之间等间距环绕所述下电极设置。
可选的，任意相邻两个所述阻抗可调器件之间间距不同。
可选的，在所述多个阻抗可调器件中：
部分所述阻抗可调器件中相邻两个所述阻抗可调器件之间间距相同，及另外部分所述阻抗可调器件中相邻两个所述阻抗可调器件之间间距不同。
可选的，位于所述下电极与所述接地环之间还设置有边缘绝缘环。
可选的，所述等离子体处理装置还包括设置于所述接地环与所述侧壁之间的约束环，且所述导电支架位于所述约束环朝向所述底壁一侧；其中，所述约束环用于将其区域处的等离子中带电离子电中和。
相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：
本发明提供了一种等离子体处理装置，包括：反应腔，所述反应腔包括顶壁、侧壁与底壁；位于所述反应腔内、且设置于所述顶壁处的上电极；位于所述反应腔内、且与所述上电极相对设置的下电极；位于所述反应腔内、且环绕所述下电极设置的接地环；以及，环绕所述下电极设置、且连接于所述接地环与所述侧壁之间的导电支架，其中，所述导电支架包括接触所述接地环的内接环、接触所述侧壁的外接环及连接于所述外接环和内接环之间的多个阻抗可调器件。由上述内容可知，本发明提供的技术方案，在环绕下电极的接地环和侧壁之间连接有导电支架，导电支架包括有多个阻抗可调器件，其中，不同阻抗可调器件能够调节接地环不同区域的阻抗，而达到调节射频回路的阻抗的目的；进而，通过对不同阻抗可调器件的阻抗优化调节，实现射频分布对称性的调节，最终使得等离子体处理装置达到刻蚀均匀性高的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种等离子体处理装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种导电支架的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种气动可变电容器件的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
正如背景技术所述，在半导体器件的制造过程中，为了在半导体晶片的结构层上形成预先设定的图案，大多采用等离子体处理装置来进行制作；具体的，以抗蚀剂作为掩模设置于结构层上，而后将其放入等离子体处理装置中，利用等离子体处理装置产生的等离子体对未被掩膜覆盖的区域进行刻蚀，最终制作完成具有预设图案的结构层。现有的等离子体处理装置，由于存在有元件结构(如基片传输通道)不对称等因素，进而能够导致刻蚀不均匀的情况出现，最终对产品性能和良率产生很大影响。
基于此，本申请实施例提供了一种等离子体处理装置，有效解决现有技术存在的问题，使得等离子体处理装置达到刻蚀均匀性高的目的。为实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下，具体结合图1至图3对本申请实施例提供的技术方案进行详细的描述。
结合图1和图2所示，图1为本申请实施例提供的一种等离子体处理装置的结构示意图，图2为本申请实施例提供的一种导电支架的结构示意图，其中，等离子体处理装置包括：
反应腔100，所述反应腔包括顶壁101、侧壁102与底壁103；
位于所述反应腔100内、且设置于所述顶壁101处的上电极200；
位于所述反应腔100内、且与所述上电极200相对设置的下电极300；
位于所述反应腔100内、且环绕所述下电极300设置的接地环400；
以及，环绕所述下电极300设置、且连接于所述接地环400与所述侧壁102之间的导电支架500，其中，所述导电支架500包括接触所述接地环400的内接环500a、接触所述侧壁102的外接环500b及连接于所述外接环500a和内接环500b之间的多个阻抗可调器件500c。
可选的，本申请实施例提供的所述等离子体处理装置还包括设置于所述接地环与所述侧壁之间的约束环，且所述导电支架位于所述约束环朝向所述底壁一侧；其中，所述约束环用于将其区域处的等离子中带电离子电中和。具体结合图1所示，本申请实施例提供的等离子体处理装置还包括设置于接地环400与侧壁102之间的约束环600，及导电支架500位于约束环600朝向底壁103一侧。其中，本申请实施例提供的等离子体处理装置的射频电流流动路径中，高频功率源为下电极300提供射频功率，而后射频电流RF自下电极300传导至上电极200，而后由上电极200再次传导至顶壁101，且沿顶壁101传导至侧壁102、导电支架500及接地环400后至接地端Gnd。
在本申请一实施例中，可以通过对约束环600的气流通道尺寸和深宽比的优化设计，使得其上方等离子中的带电离子在约束环中被电中和，只有中性气体成分穿过约束环到达下方导电支架500。导电支架中的阻抗可调器件500c为气动调节时，该阻抗可调器件中可以包括一个气缸，气缸通过至少一个供气软管连接到外部气源。由于上方约束环的存在，软管处不会被等离子体腐蚀，所以可以保证整个阻抗可调器件长期稳定工作。
进一步，如图1所示，为例避免下电极和300与接地环400之间出现放电现象，本申请实施例提供的等离子体处理装置中，位于所述下电极300与所述接地环400之间还设置有边缘绝缘环700。
可以理解的，在环绕下电极的接地环和侧壁之间连接有导电支架，导电支架包括有多个阻抗可调器件，其中，不同阻抗可调器件能够调节接地环不同区域的阻抗，而达到调节射频回路的阻抗的目的；进而，通过对不同阻抗可调器件的阻抗优化调节，实现射频分布对称性的调节，最终使得等离子体处理装置达到刻蚀均匀性高的目的。
需要说明的是，本申请实施例提供的等离子体处理装置在工作过程中，对其各个阻抗可调器件的阻抗优化调节时，需要根据其工作过程中实际情况进行阻抗大小的优化调节，具体可通过软件系统对各个阻抗可调器件分别进行优化调节，本申请对各个阻抗可调器件的阻抗大小调节趋势不做具体限制。
本申请实施例提供的等离子体处理装置，包括由顶壁、侧壁和底壁围合而成的反应腔，反应腔内设置各种元件结构，且用于放置待处理基片。本申请提供的反应腔可以为圆柱形或其他形状，对此本申请不做具体限制。反应腔可被抽真空。反应腔除进气口、排气口以及基片进出通道外，反应腔的其它部分在处理过程中保持密闭、与外界隔离。进气口与外部的气源相连，用于在处理过程中持续向反应腔供应处理气体。排气口与外部的泵相连，用于将处理过程中产生的废气排出反应腔，也用于对反应腔内的气压进行控制。
本申请实施例提供的等离子体处理装置的反应腔内包括相对设置的上电极和下电极，上电极设置为气体喷淋头的一部分，可用于将气体引导至反应腔内；下电极处设置有静电吸盘，且下电极连接有高频功率源，高频功率源为下电极提供射频功率。其中，上电极与下电极之间的区域为处理区域，该处理区域将形成高频能量以点燃和维持等离子体。待处理基片固定设置于该处理区域的下方的静电吸盘上。在高频功率源、上电极和下电极工作过程中，上电极和下电极之间处理区域内限制有大部分电场，此电场对少量存在于反应腔内的电子进行加速，使之与气体喷淋头输入的反应气体的气体分子碰撞；这些碰撞导致反应气体的离子化和等离子体的激发，从而在反应腔内产生等离子体；反应气体的中性气体分子在经受这些强电场时失去了电子，留下带正电的离子；带正电的离子向着下电极方向加速，与待处理基片中的中性物质结合，对待处理基片进行刻蚀或淀积等工艺处理。
进一步的，为了避免阻抗可调器件对反应腔内电场造成影响，本申请实施例提供的所述阻抗可调器件为非电控制的阻抗可调器件，进而避免电信号对反应腔内电场造成影响，保证调节难度降低。
以及，本申请实施例所述的阻抗调节，可以为对电阻的调节，可以是对电容的调节，还可以时对电感的调节，对此本申请不作具体限制。其中，本申请提供的所述阻抗可调器件为可变电容器件、可变电阻器件或可变电感器件。
需要说明的是，本申请实施例提供的所有阻抗可调器件，其全部可以为同一类型的阻抗可调器件；或者，所有阻抗可调器件中包括可变电容器件、可变电阻器件和可变电感器件中至少两种类型器件，对此本申请不做具体限制。
在本申请一实施例中，本申请提供的所述阻抗可调器件为气动可变电容器件。参考图2所示，为本申请实施例提供的一种气动可变电容器件的结构示意图，其中，本申请实施例提供的所述气动可变电容器件包括：
连接所述内接环500a的第一极板501和连接所述外接环500b的第二极板502；
以及，与所述第一极板501或第二极板502连接的空气压缩管路503，所述空气压缩管路503通过空气压力控制连接的极板运动，而改变所述第一极板501和所述第二极板502之间间距。
可以理解的，本申请实施例提供的空气压缩管路503包括有密封管道503a，及位于密封管道503a中的气体挡板503b和弹簧元件503c，气体挡板503b与极板相连，进而，通过对密封管道503a中充入气体，使得气体挡板503b对弹簧元件503c进行压缩，且气体挡板503b带动极板运动，使得第一极板501和第二极板502之间间距缩小；以及，通过将密封管道503a气体释放，使得弹簧元件503c伸展而带动气体挡板503b复位，而气体挡板503b带动极板运动，使得第一极板501和第二极板502之间间距增大，最终达到对第一极板501和第二极板502之间间距调整的目的。
本申请实施例对于多个阻抗可调器件环绕下电极分布的方式不做具体限制，对此需要根据实际应用进行具体设计。其中，本申请实施例提供的所述多个阻抗可调器件之间可以等间距环绕所述下电极设置。或者，本申请实施例提供的任意相邻两个所述阻抗可调器件之间间距不同。或者，在所述多个阻抗可调器件中：
部分所述阻抗可调器件中相邻两个所述阻抗可调器件之间间距相同，及另外部分所述阻抗可调器件中相邻两个所述阻抗可调器件之间间距不同。
在上述任意一实施例中，本申请提供的接地环可以为半导体材质接地环，还可以为金属材质接地环，对此本申请不做具体限制。
本申请实施例提供了一种等离子体处理装置，包括：反应腔，所述反应腔包括顶壁、侧壁与底壁；位于所述反应腔内、且设置于所述顶壁处的上电极；位于所述反应腔内、且与所述上电极相对设置的下电极；位于所述反应腔内、且环绕所述下电极设置的接地环；以及，环绕所述下电极设置、且连接于所述接地环与所述侧壁之间的导电支架，其中，所述导电支架包括接触所述接地环的内接环、接触所述侧壁的外接环及连接于所述外接环和内接环之间的多个阻抗可调器件。由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，在环绕下电极的接地环和侧壁之间连接有导电支架，导电支架包括有多个阻抗可调器件，其中，不同阻抗可调器件能够调节接地环不同区域的阻抗，而达到调节射频回路的阻抗的目的；进而，通过对不同阻抗可调器件的阻抗优化调节，实现射频分布对称性的调节，最终使得等离子体处理装置达到刻蚀均匀性高的目的。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
反应腔，所述反应腔包括顶壁、侧壁与底壁；
位于所述反应腔内、且设置于所述顶壁处的上电极；
位于所述反应腔内、且与所述上电极相对设置的下电极；
位于所述反应腔内、且环绕所述下电极设置的接地环；
以及，环绕所述下电极设置、且连接于所述接地环与所述侧壁之间的导电支架，其中，所述导电支架包括接触所述接地环的内接环、接触所述侧壁的外接环及连接于所述外接环和内接环之间的多个阻抗可调器件。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述阻抗可调器件为非电控制的阻抗可调器件。
3.根据权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述阻抗可调器件为可变电容器件、可变电阻器件或可变电感器件。
4.根据权利要求3所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述阻抗可调器件为气动可变电容器件。
5.根据权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述气动可变电容器件包括：
连接所述内接环的第一极板和连接所述外接环的第二极板；
以及，与所述第一极板或第二极板连接的空气压缩管路，所述空气压缩管路通过空气压力控制连接的极板运动，而改变所述第一极板和所述第二极板之间间距。
6.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述多个阻抗可调器件之间等间距环绕所述下电极设置。
7.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，任意相邻两个所述阻抗可调器件之间间距不同。
8.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，在所述多个阻抗可调器件中：
部分所述阻抗可调器件中相邻两个所述阻抗可调器件之间间距相同，及另外部分所述阻抗可调器件中相邻两个所述阻抗可调器件之间间距不同。
9.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，位于所述下电极与所述接地环之间还设置有边缘绝缘环。
10.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体处理装置还包括设置于所述接地环与所述侧壁之间的约束环，且所述导电支架位于所述约束环朝向所述底壁一侧；其中，所述约束环用于将其区域处的等离子中带电离子电中和。
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