CN113745084A - 一种法拉第屏蔽装置、等离子体刻蚀系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种法拉第屏蔽装置、等离子体刻蚀系统及其使用方法，法拉第屏蔽装置包括法拉第屏蔽板和贴置在法拉第屏蔽板下端面的电阻丝；法拉第屏蔽板包括导电环和多个辐射对称连接在导电环外周的导电瓣状件；电阻丝的外表面设置有绝缘导热层；刻蚀工艺时，电阻丝通电加热。本发明当刻蚀工艺时，导通加热电路与电阻丝，使电阻丝通电温度升高，加热介质窗，减少产物的沉积量；由于电阻丝与介质窗直接接触，加热效率高，热量散失少，简化了设备结构；法拉第屏蔽板位于射频线圈与电阻丝之间形成屏蔽，可防止射频线圈与电阻丝之间产生耦合及放电；加热电源的输出端经滤波电路单元滤波后，连接至电阻丝，有效防止射频线圈与电阻丝之间产生耦合。

Description

一种法拉第屏蔽装置、等离子体刻蚀系统及其使用方法

技术领域

本发明属于半导体刻蚀技术领域，尤其涉及一种法拉第屏蔽装置、等离子体刻蚀系统及其使用方法。

背景技术

在刻蚀工艺中，等离子体线圈的不同部分之间的电压电容耦合到等离子体，虽然这种耦合促进点火和稳定，但电容耦合部分可在反应腔室引起局部加强电压，这可能加速离子从等离子体离开以局部的影响介质窗，导致局部溅射损害；在其他情况下，电容耦合可能导致局部沉积。溅射可能导致介质窗上的表面涂层损坏，然后颗粒可脱落并可能降落在生产的晶片上导致缺陷。

为解决上述问题，现有技术采用如图1的等离子体刻蚀机介质窗加热技术，所示主要组成部分为，射频线圈001，介质窗002，加热网004，送热风扇005，外屏蔽罩006。射频线圈001产生等离子体穿过介质窗002进行工艺，加热网004产生热量，经所述送热风扇005按示意图箭头所示方向吹送至所述介质窗002进行加热。此方法的缺点主要有：风扇送热热量四散，加热效率低；另一方面会同时对线圈及其他电器元件如匹配器等同时进行加热，造成电器件高温而易损；为防止风热四散而温度越来越高，对操作者产生高温伤害，还需要外屏蔽罩006，造成结构复杂，既占用额外空间又会增加成本。

另外，对陶瓷介质窗加热，虽然能减少产物的沉积量，但还是有部分产物沉积到陶瓷介质窗上，一段时间后沉积物增多到一定量，仍然会对刻蚀工艺产生不利影响，这样的话还是需要对腔室进行拆卸，进一步地将陶瓷介质窗拆掉进行人工清洗。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种法拉第屏蔽装置、等离子体刻蚀系统及其使用方法，通过对直接接触介质窗的电阻丝通电温度升高，加热介质窗，减少产物的沉积量；且加热效率高，热量散失少，简化了设备结构。

技术方案：本发明提出一种等离子体刻蚀系统的可用于加热的法拉第屏蔽装置，包括法拉第屏蔽板；所述法拉第屏蔽板包括导电环和多个辐射对称连接在导电环外周的导电瓣状件；所述法拉第屏蔽装置还包括贴置在法拉第屏蔽板下端面的电阻丝；所述电阻丝的外表面设置有绝缘导热层；刻蚀工艺时，所述电阻丝通电加热。

进一步，还包括用于为电阻丝供电的加热电路；所述加热电路包括加热电源和滤波电路单元；所述加热电源的输出端经滤波电路单元滤波后，连接至电阻丝。

进一步，还包括反馈控制电路；所述反馈控制电路包括测温传感器、温度控制器和固态继电器；所述固态继电器设置在加热电路上，用于控制加热电路启闭；所述测温传感器用于测量电阻丝温度，传送数据至温度控制器；所述温度控制器根据设定温度，反馈信号控制固态继电器的启闭。

进一步，所述电阻丝在法拉第屏蔽板上布线形成的图形是开放曲线。

进一步，所述法拉第屏蔽板分为若干个加热区域；每个所述加热区域包括一段导电环以及对应连接在该段导电环上的若干个导电瓣状件；每个加热区域设置有一根电阻丝；所述一根电阻丝沿所述加热区域内的导电环以及所述加热区域内的每一个导电瓣状件布线。

进一步，所述电阻丝在导电瓣状件的下端面沿弓形路径布线。

进一步，所述法拉第屏蔽板的下端面设置有布线槽；所述电阻丝嵌入设置在布线槽内。

一种等离子体刻蚀系统，包括上述的可用于加热的法拉第屏蔽装置。

进一步，所述等离子体刻蚀系统还包括介质窗；所述法拉第屏蔽板一体烧结在介质窗内。

一种等离子体刻蚀系统的使用方法：

当刻蚀工艺时，向反应腔室通入刻蚀反应气体，激励射频电源与射频线圈接通，产生等离子体对衬底片进行刻蚀；同时导通加热电路与电阻丝，使电阻丝及法拉第屏蔽板温度升高，加热介质窗；

当清洗工艺时，关闭加热电路与电阻丝；向反应腔室通入清洗反应气体，且法拉第屏蔽板接入屏蔽电源，对介质窗进行清洗。

有益效果：本发明当刻蚀工艺时，导通加热电路与电阻丝，使电阻丝及法拉第屏蔽板通电温度升高，加热介质窗，减少产物的沉积量；所述电阻丝的外表面设置有绝缘导热层，因此电阻丝与法拉第屏蔽板保持绝缘的同时，法拉第屏蔽板可作为散热片，使电阻丝的热量加速扩散，提升介质窗的加热效率，热量散失少，简化了设备结构；

当清洗工艺时，关闭加热电路与法拉第屏蔽板，法拉第屏蔽板接入屏蔽电源，对介质窗进行清洗；

法拉第屏蔽板位于射频线圈与电阻丝之间形成屏蔽，一方面可有效防止射频线圈与电阻丝之间产生耦合，影响射频线圈的射频以及电阻丝的发热；另一方面，还可防止电阻丝与射频线圈产生放电，烧毁电阻丝；

所述加热电源的输出端经滤波电路单元滤波后，连接至法拉第屏蔽板，有效防止射频线圈与法拉第屏蔽板之间耦合，而对线圈射频及法拉第屏蔽板加热电流产生干扰。

附图说明

图1为现有技术的等离子体刻蚀机介质窗加热结构的示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明的法拉第屏蔽板的俯视图；

图4为本发明的法拉第屏蔽板的俯视图的局部放大图；

图5为本发明的法拉第屏蔽板与介质窗连接处的局部放大图；

图6为本发明的使用工艺流程图。

具体实施方式

如图2，本发明提出一种等离子体刻蚀系统包括反应腔室022、射频线圈001和偏置电极020。

所述反应腔室022的上方设置有介质窗002，所述射频线圈001位于介质窗002上方。所述射频线圈001通过激励射频电源011，经激励匹配网络010调谐后供电。

所述偏置电极020位于反应腔室022内，通过偏置射频电源021，经偏置匹配网络025调谐后供电。

所述反应腔室022的下端还设置有真空泵024和压力控制阀023，用于维持反应腔室022所需的真空度。

所述等离子体刻蚀系统还包括气体源012，用于向反应腔室022提供工艺气体；所述工艺气体由介质窗002进入反应腔室022。

如图3，所述等离子体刻蚀系统还包括可用于加热的法拉第屏蔽装置；所述法拉第屏蔽装置包括法拉第屏蔽板009。所述法拉第屏蔽板009包括导电环0092和多个辐射对称连接在导电环0092外周的导电瓣状件0091。本实施例中，所述法拉第屏蔽板009也通过激励射频电源011，经激励匹配网络010调谐后供电，用作屏蔽电源。激励匹配网络010的输出端通过三相开关026，可连接射频线圈001或法拉第屏蔽板009。

在进行刻蚀工艺时，将晶圆片置于偏置电极020上。通过气体源012向反应腔室022中通入等离子体处理工艺反应气体，例如氟。通过压力控制阀023和真空泵024维持反应腔室022的特定压力。激励射频电源011通过激励匹配网络010调谐，通过三相开关026供电到射频线圈001，通过电感耦合在反应腔室022中产生等离子体，对晶圆片进行等离子体处理工艺。待等离子体处理工艺完成，停止射频功率输入，并停止等离子体处理工艺反应气体输入。

当需要进行清洗工艺时，将衬底片置于偏置电极020上。通过气体源012向反应腔室022中通入清洗工艺反应气体，例如氩气、氧气和三氟化氮。通过压力控制阀023和真空泵024维持反应腔室022的特定压力。激励射频电源011通过激励匹配网络010调谐，通过三相开关026供电到位于法拉第屏蔽板009中。来自法拉第屏蔽板009的功率，产生氩离子等，溅射到介质窗002的内壁，对介质窗002进行清洗。待清洗工艺完成，停止射频功率输入，停止清洗工艺反应气体输入。

所述法拉第屏蔽装置还包括贴置在法拉第屏蔽板下端面的电阻丝003和加热电路。本实施例中，所述法拉第屏蔽板的下端面设置有布线槽；所述电阻丝003嵌入设置在布线槽内，可节省空间。所述加热电路包括加热电源015，加热电源015用于刻蚀工艺时，通电加热电阻丝003。所述电阻丝003的外表面设置有绝缘导热层0031，因此电阻丝003与法拉第屏蔽板009保持绝缘的同时，法拉第屏蔽板009可作为散热片，使电阻丝003的热量加速扩散，提升介质窗002的加热效率。

如图4，具体的使用方法是：

当刻蚀工艺时，向反应腔室022通入刻蚀反应气体，激励射频电源011与射频线圈001接通，产生等离子体对衬底片进行刻蚀；同时导通加热电路与电阻丝003，使电阻丝003及法拉第屏蔽板009通电温度升高，加热介质窗002，减少产物的沉积量；本实施例中，所述法拉第屏蔽板009一体烧结在介质窗002内，提高加热效率。

当清洗工艺时，关闭加热电路与电阻丝003；向反应腔室022通入清洗反应气体，且法拉第屏蔽板009接入屏蔽电源，对介质窗002进行清洗。

刻蚀工艺时，激励射频电源011通过激励匹配网络010调谐，通过三相开关026供电到射频线圈001。法拉第屏蔽板009位于射频线圈001与电阻丝003之间形成屏蔽，一方面可有效防止射频线圈001与电阻丝003之间产生耦合，影响射频线圈001的射频以及电阻丝003的发热；另一方面，还可防止电阻丝003与射频线圈001产生放电，烧毁电阻丝003。

本发明的加热电路还包括滤波电路单元030。所述加热电源015的输出端经滤波电路单元030滤波后，连接至法拉第屏蔽板009，有效防止射频线圈001与法拉第屏蔽板009之间产生耦合。

所述等离子体刻蚀系统还包括反馈控制电路；所述反馈控制电路包括测温传感器016、温度控制器013和固态继电器014；所述固态继电器014设置在加热电路上，用于控制加热电路启闭；所述测温传感器016用于测量电阻丝003温度，传送数据至温度控制器013；所述温度控制器013根据设定温度，反馈信号控制固态继电器014的启闭。当电阻丝003达到温度控制器013设定高温后反馈信号通过固态继电器014控制电路断开；当电阻丝003的温度下降低于设定低温时，测温传感器016检测到温度下降再传送数据给温度控制器013，再次反馈信号通过固态继电器014控制电路闭合进行加热。从而反馈控制电路使电阻丝003保持适当温度。为保险起见，可以设置两组测温传感器016及温度控制器013，并联控制固态继电器014，可防止因测温传感器016或温度控制器013损坏，造成控制失效，损坏设备；两组测温传感器016可以测量电阻丝003不同的位置，防止电阻丝003温度不均衡，局部温度过高或过低。

为防止刻蚀工艺时，反馈控制电路与射频线圈001耦合，反馈控制电路上也设置有滤波电路单元030。

如果电阻丝003在法拉第屏蔽板009的下端面布线形成封闭环的话，就会对射频线圈001的射频产生屏蔽，因此所述电阻丝003在法拉第屏蔽板009上布线形成的图形是开放曲线。

优选的布线方式是：所述法拉第屏蔽板009分为若干个加热区域；每个所述加热区域包括一段导电环0092以及对应连接在该段导电环0092上的若干个导电瓣状件0091；每个加热区域设置有一根电阻丝003；所述一根电阻丝003沿所述加热区域内的导电环0092以及所述加热区域内的每一个导电瓣状件0091布线。本实施例中分为两个加热区域。

为了使加热更加均匀，所述电阻丝003在导电瓣状件0091的下端面沿弓形路径布线。

Claims (10)

1.一种等离子体刻蚀系统的可用于加热的法拉第屏蔽装置，包括法拉第屏蔽板；所述法拉第屏蔽板包括导电环和多个辐射对称连接在导电环外周的导电瓣状件；其特征在于：所述法拉第屏蔽装置还包括贴置在法拉第屏蔽板下端面的电阻丝；所述电阻丝的外表面设置有绝缘导热层；刻蚀工艺时，所述电阻丝通电加热。

2.根据权利要求1所述的等离子体刻蚀系统的可用于加热的法拉第屏蔽装置，其特征在于：还包括用于为电阻丝供电的加热电路；所述加热电路包括加热电源和滤波电路单元；所述加热电源的输出端经滤波电路单元滤波后，连接至电阻丝。

3.根据权利要求2所述的等离子体刻蚀系统的可用于加热的法拉第屏蔽装置，其特征在于：还包括反馈控制电路；所述反馈控制电路包括测温传感器、温度控制器和固态继电器；所述固态继电器设置在加热电路上，用于控制加热电路启闭；所述测温传感器用于测量电阻丝温度，传送数据至温度控制器；所述温度控制器根据设定温度，反馈信号控制固态继电器的启闭。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的等离子体刻蚀系统的可用于加热的法拉第屏蔽装置，其特征在于：所述电阻丝在法拉第屏蔽板上布线形成的图形是开放曲线。

5.根据权利要求4所述的等离子体刻蚀系统的可用于加热的法拉第屏蔽装置，其特征在于：所述法拉第屏蔽板分为若干个加热区域；每个所述加热区域包括一段导电环以及对应连接在该段导电环上的若干个导电瓣状件；每个加热区域设置有一根电阻丝；所述一根电阻丝沿所述加热区域内的导电环以及所述加热区域内的每一个导电瓣状件布线。

6.根据权利要求5所述的等离子体刻蚀系统的可用于加热的法拉第屏蔽装置，其特征在于：所述电阻丝在导电瓣状件的下端面沿弓形路径布线。

7.根据权利要求1所述的等离子体刻蚀系统的可用于加热的法拉第屏蔽装置，其特征在于：所述法拉第屏蔽板的下端面设置有布线槽；所述电阻丝嵌入设置在布线槽内。

8.一种等离子体刻蚀系统，其特征在于：包括权利要求1-7任意一项所述的可用于加热的法拉第屏蔽装置。

9.根据权利要求8所述的等离子体刻蚀系统，其特征在于：还包括介质窗；所述法拉第屏蔽板一体烧结在介质窗内。

10.一种等离子体刻蚀系统的使用方法，其特征在于：

当刻蚀工艺时，向反应腔室通入刻蚀反应气体，激励射频电源与射频线圈接通，产生等离子体对衬底片进行刻蚀；同时导通加热电路与电阻丝，使电阻丝及法拉第屏蔽板温度升高，加热介质窗；

当清洗工艺时，关闭加热电路与电阻丝；向反应腔室通入清洗反应气体，且法拉第屏蔽板接入屏蔽电源，对介质窗进行清洗。

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