CN114121581B - 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；绝缘窗口，位于反应腔的顶部；线圈，位于绝缘窗口上，线圈包括第一端和第二端；第一线圈连接件，与第一端连接；第二线圈连接件，与第二端连接；射频功率源、第一线圈连接件、线圈和第二线圈连接件形成一个回路，完成射频功率源的接入，当射频功率源经由线圈时会产生电磁场，该电磁场的磁力线穿过绝缘窗口进入反应腔内，再从反应腔穿过该绝缘窗口；当射频功率源依次通过第一线圈连接件、线圈和第二线圈连接件时，第一屏蔽件可屏蔽第一线圈连接件上产生的电磁场，第二屏蔽件可屏蔽第二线圈连接件上产生的电磁场，减小对线圈产生的电磁场的影响，增加等离子体的均匀性，进而增加晶圆刻蚀的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体工艺设备领域，具体涉及一种等离子体处理装置。
背景技术
现有的等离子体处理装置中，例如是一种电感耦合式的等离子体蚀刻装置，包含一反应腔，反应腔内部设置内衬，用以保护反应腔内壁不被等离子体腐蚀，反应腔侧壁靠近绝缘窗口的一端设置气体注入口，在其他实施例中也可以在绝缘窗口的中心区域设置气体注入口，气体注入口用于将反应气体注入真空反应腔内，射频功率源的射频功率驱动电感耦合线圈产生较强的高频交变磁场，使得反应腔内低压的反应气体被电离产生等离子体，到达基片上表面的等离子体可对基片进行刻蚀等处理；在反应腔的下游位置设置基座，基座上设置静电吸盘，静电吸盘内部设置一静电电极，用于产生静电吸力，以实现在工艺过程中对待处理基片的支撑固定。等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，上述活性粒子可以和待处理基片的表面发生多种物理和化学反应，使得基片表面的形貌发生改变，即完成刻蚀过程。一偏置射频功率源通过射频匹配网络将偏置射频电压施加到基座上，用于控制等离子体中带电粒子的轰击方向。真空反应腔的下方还设置一排气泵，用于将反应副产物排出真空反应腔，维持反应腔的真空环境。
现有技术中，等离子体处理装置使用气体输送系统输送气体到其真空腔体中，线圈接入射频功率源后产生等离子体，从而对晶圆进行刻蚀。线圈产生的电磁场会受到外界的电磁场影响，降低产生的等离子体的均匀性，进而降低晶圆刻蚀的均匀性。随着刻蚀工艺的发展，对刻蚀的均匀性要求越来越高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种等离子体处理装置，以降低第一线圈连接件和第二线圈连接件对线圈产生的电磁场的影响，增加等离子体分布的均匀性，提高晶圆刻蚀的均匀性。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种等离子体处理装置，包括：
反应腔，该反应腔为真空反应腔；
绝缘窗口，位于所述反应腔的顶部；
线圈，位于所述绝缘窗口上，所述线圈包括第一端和第二端；
第一线圈连接件，与所述第一端连接；
第二线圈连接件，与所述第二端连接；射频功率源、第一线圈连接件、线圈和第二线圈连接件形成一个回路，完成射频功率源的接入，当射频功率源经由线圈时会产生电磁场，该电磁场的磁力线穿过绝缘窗口进入反应腔内，再从反应腔穿过该绝缘窗口；
第一屏蔽件，套设在所述第一线圈连接件上，用于屏蔽第一线圈连接件产生的电磁场；
第二屏蔽件，套设在所述第二线圈连接件上，用于屏蔽第二线圈连接件产生的电磁场；
射频功率源在经由第一线圈连接件、第二线圈连接件时分别产生相应的电磁场，该电磁场会影响线圈产生的电磁场，影响等离子体的均匀性，进而影响晶圆刻蚀的均匀性；
射频功率源，通过所述第一线圈连接件与所述线圈的第一端连接，从线圈的第二端经过第二线圈连接件形成射频回路；
当射频功率源依次通过所述第一线圈连接件、所述线圈和所述第二线圈连接件时，所述第一屏蔽件可屏蔽所述第一线圈连接件上产生的电磁场，所述第二屏蔽件可屏蔽所述第二线圈连接件上产生的电磁场，减小对线圈产生的电磁场的影响，增加等离子体的均匀性，进而增加晶圆刻蚀的均匀性。
可选地，所述第一屏蔽件与所述第一线圈连接件之间设有第一绝缘层，第一绝缘层在第一屏蔽件和第一线圈连接件之间起到绝缘效果；和/或，所述第二屏蔽件与所述第二线圈连接件之间设有第二绝缘层，第二绝缘层在第二屏蔽件和第二线圈连接件之间起到绝缘效果。
可选地，所述第一屏蔽件和/或所述第二屏蔽件为层状结构。
可选地，所述层状结构的最小厚度为1毫米，1毫米为可完全屏蔽第一线圈连接件/第二线圈连接件所产生的电磁场的最小厚度。
可选地，所述第一屏蔽件和/或所述第二屏蔽件为铝或紫铜。
可选地，所述第一线圈连接件包括一第一立杆、一第一横杆和一第二立杆，所述第一立杆和所述第二立杆分别与所述第一横杆的两端固定连接，第一立杆和第三立杆均垂直于线圈所在的平面，第一横杆不与线圈所在的平面垂直；所述第一屏蔽件套设在所述第一横杆外；和/或，所述第二线圈连接件包括一第三立杆、一第二横杆和一第四立杆，所述第三立杆和所述第四立杆分别与所述第二横杆的两端固定连接，第三立杆和第四立杆均垂直于线圈所在的平面，第二横杆不与线圈所在的平面垂直；所述第二屏蔽件套设在所述第二横杆上。经大量的实验发现，竖直方向上的第一立杆、第二立杆、第三立杆或第四立杆的电磁场主要位于绝缘窗口的上方；水平方向上的第一横杆、第二横杆产生的电磁场分布在绝缘窗口的上方及下方，故绝缘层套设在第一横杆、第二横杆上，即可屏蔽第一线圈连接件、第二线圈连接件所产生的绝大部分电磁场，节省绝缘层、屏蔽层所需的材料。
可选地，所述第一屏蔽件还设于第一立杆和/或第二立杆外，所述第二屏蔽件还设于第三立杆和/或第四立杆外。
可选地，所述第一屏蔽件与所述第一线圈连接件之间形成有第一环形腔体，且所述第一屏蔽件与所述第一线圈连接件之间的相对位置固定，第一环形腔体在第一屏蔽件和第一线圈连接件之间起到绝缘效果。
可选地，所述第一屏蔽件与所述第一线圈连接件之间安装有第三绝缘层和第四绝缘层，所述第三绝缘层和所述第四绝缘层将所述第一环形腔体封闭，使第一环形腔体的端口处封闭以形成密闭的第一环形腔体，进而使第一线圈连接件产生的电磁场不会经由第一环形腔体的端部敞口处流出，以增加屏蔽效果。
可选地，所述第二屏蔽件与所述第二线圈连接件之间形成有第二环形腔体，且所述第二屏蔽件与所述第二线圈连接件之间的相对位置固定，第二环形腔体在第二屏蔽件和第二线圈连接件之间起到绝缘的效果。
可选地，所述第二屏蔽件与所述第二线圈连接件之间安装有第五绝缘层和第六绝缘层，所述第五绝缘层和所述第六绝缘层将所述第二环形腔体封闭，使第二环形腔体的端口处封闭以形成封闭的第二环形腔体，进而使第二线圈连接件产生的电磁场不会经由第二环形腔体的端部敞口处流出，以增加屏蔽效果。
与现有技术相比，本发明技术方案至少具有以下优点之一：
(1)当射频功率源依次通过所述第一线圈连接件、所述线圈和所述第二线圈连接件时，由于所述第一屏蔽件可屏蔽所述第一线圈连接件上产生的电磁场，所述第二屏蔽件可屏蔽所述第二线圈连接件上产生的电磁场，因此，能够减小第一线圈连接件和第二线圈连接件对线圈产生的电磁场的影响，使等离子体的分布较均匀，因此，有利于提高晶圆刻蚀的均匀性；
(2)所述第一屏蔽件与所述第一线圈连接件之间设有第一绝缘层或第一环形腔体，在第一屏蔽件和第一线圈连接件之间起到绝缘效果；所述第二屏蔽件与所述第二线圈连接件之间设有第二绝缘层或第二环形腔体，在第二屏蔽件和第二线圈连接件之间起到绝缘效果，使射频电源不会流经第一屏蔽件或第二屏蔽件，第一屏蔽件、第二屏蔽件在屏蔽第一线圈连接件、第二线圈连接件产生的电磁场的同时，其本身不产生电磁场；
(3)所述第一横杆、第二横杆产生的电磁场分布在绝缘窗口的上方及下方易对等离子体的均匀性造成影响，故绝缘层套设在第一横杆、第二横杆上，即可屏蔽第一线圈连接件、第二线圈连接件所产生的绝大部分电磁场，能够降低第一线圈连接件和第二线圈连接件对线圈产生的电磁场的影响，有利于增加等离子体分布的均匀性，提高晶圆刻蚀的均匀性。
附图说明
图1为本发明一种等离子体处理装置的结构示意图；
图2为图1中区域A的放大结构示意图；
图3为第一种可替换图1中区域A的结构示意图；
图4为第二种可替换图1中区域A的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图1至4具体实施方式对本发明作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者现场设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者现场设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者现场设备中还存在另外的相同要素。
图1为本发明一种等离子体处理装置的结构示意图。
请参阅图1，等离子体处理装置包括：反应腔200，该反应腔200为真空反应腔，反应腔200内放置有静电吸盘100，静电吸盘100内部设置有静电电极，用于产生静电吸力，以实现在等离子体刻蚀工艺中对待处理的晶圆进行固定，静电吸盘100下方设置有加热装置，用于对工艺中晶圆的温度进行控制；绝缘窗口300，位于所述反应腔200的顶部；线圈400，位于所述绝缘窗口300上，外接射频功率源之后产生高频交变磁场，用于电离接入反应腔内的反应气体以产生等离子体，所述线圈400包括第一端和第二端；第一线圈连接件600，与所述第一端连接；第二线圈连接件500，与所述第二端连接；射频功率源、第一线圈连接件600、线圈400和第二线圈连接件500形成一个回路，完成射频功率源的接入，当射频功率源经由线圈400时会产生电磁场，该电磁场的磁力线穿过绝缘窗口300进入反应腔200内，再从反应腔200穿过该绝缘窗口300；第一屏蔽件602，套设在所述第一线圈连接件600上，用于屏蔽第一线圈连接件600产生的电磁场；第二屏蔽件502，套设在所述第二线圈连接件500上，用于屏蔽第二线圈连接件500产生的电磁场；射频功率源通过所述第一线圈连接件600与所述线圈400的第一端连接，从线圈400的第二端经过第二线圈连接件500再次返回射频功率源形成射频回路；当射频功率源依次通过所述第一线圈连接件600、所述线圈400和所述第二线圈连接件500时，所述第一屏蔽件602可屏蔽所述第一线圈连接件600上产生的电磁场，所述第二屏蔽件502可屏蔽所述第二线圈连接件500上产生的电磁场，减小所述第一线圈连接件600和第二线圈连接件500对线圈400产生的电磁场的影响，增加等离子体的均匀性，进而增加晶圆刻蚀的均匀性。
在本实施例中，以所述第一线圈连接件600的形状为弯折结构进行示意性说明，请参考图2，所述第一线圈连接件600包括：一第一立杆6001、一第一横杆6002和一第二立杆6003，所述第一立杆6001和所述第二立杆6003分别与所述第一横杆6002的两端固定连接，所述第一屏蔽件602套设在第一立杆6001、第一横杆6002和第二立杆6003外；所述第一横杆6002可以为水平杆，其也可以与水平面具有一定的倾斜角度，所述第一立杆6001、第二立杆6003可以为垂直杆，其也可以与竖直方向具有一定的倾斜角度。竖直方向上的第一立杆6001、第二立杆6003产生的电磁场主要位于绝缘窗口300的上方；水平方向上的第一横杆6002产生的电磁场分布在绝缘窗口300的上方及下方，故第一屏蔽件套设在第一横杆6002，即可屏蔽第一线圈连接件600所产生的绝大部分电磁场。实际上，所述第一线圈连接件的形状不限，还可以为竖直结构或者其它形状的结构，只要可达到接入射频电源后形成射频回路的技术效果即可。
第二线圈连接件500的形状为任一上述的第一线圈连接件600可能的结构(例如图1中以第二线圈连接件500为折弯结构进行示意性说明，其包括第三立杆、第二横杆和第四立杆，实际上，所述第二线圈连接件500的形状也不作限定)，后续仅记载第一线圈连接件600的具体结构，第二线圈连接件500的具体结构与第一线圈连接件600相同或者类似，在此不再赘述。
所述第一屏蔽件602和第二屏蔽件502的材料为铝或紫铜，因此，所述第一屏蔽件602和第二屏蔽件502具有电磁场屏蔽的作用。
在本实施例中，以所述第一屏蔽件602和所述第二屏蔽件502均为层状结构进行示意性说明；所述层状结构的最小厚度为1毫米，1毫米为可完全屏蔽第一线圈连接件600或第二线圈连接件500所产生的电磁场的最小厚度。
如下以所述第一线圈连接件600为弯折结构，且所述第一屏蔽件602设于第一横杆6002、第一立杆6001以及第二立杆6003外为例具体说明如何利用第一屏蔽件602实现磁屏蔽的。
实施例一：
请参考图1和图2，图1为一种等离子体处理装置的结构示意图，图2为图1中区域A的放大结构示意图。
在本实施例中，由于所述第一屏蔽件602不仅设于第一横杆6002，还设于第一立杆6001、第二立杆6003，使得第一线圈连接件600不仅水平方向的磁力线而且竖直方向的磁力线都能够被第一屏蔽件屏蔽，则第一线圈连接件对线圈的影响较小，能够提高等离子体分布的均匀性，进而提高晶圆刻蚀的均匀性。
在本实施例中，还在第一屏蔽件602与第一线圈连接件600之间设置第一绝缘层601，所述第一绝缘层601的材料可以是各种塑料，比如特氟龙、聚醚酰亚胺等。由于所述第一绝缘层601具有良好的绝缘能力，使所述第一绝缘层601能够防止电流的趋肤效应发生在第一线圈连接件600上。
在其它实施例中，所述第一屏蔽件602仅设于第一横杆6002外，所述第二屏蔽件仅设于所述第二横杆外；或者，所述第一屏蔽件602除了设置在第一横杆6002外，还设置在第一立杆6001和第二立杆6003中的一个外部，所述第二屏蔽件除了设置在第二横杆外，还设置在第三立杆和第四立杆中的一个外部。
实施例二：
图3为第一种可替换图1中区域A的结构示意图。
在本实施例中，所述第一屏蔽件602与第一线圈连接件600之间不设置第一绝缘层601，所述第一屏蔽件602与所述第一线圈连接件600之间形成有第一环形腔体，且所述第一屏蔽件602与所述第一线圈连接件600之间的相对位置固定，第一屏蔽件602通过一固定端(该固定端为任意可支撑该第一屏蔽件602的结构)进行支撑，第一环形腔体在第一屏蔽件602和第一线圈连接件600之间起到绝缘效果，说明环形腔体也可以起到绝缘作用，防止电流的趋肤效应发生在第一线圈连接件600和第二线圈连接件500上。
在其它实施例中，所述第一屏蔽件仅设于第一横杆6002外，所述第二屏蔽件仅设于所述第二横杆外；或者，所述第一屏蔽件除了设置在第一横杆6002外部，还设置在第一立杆6001和第二立杆6003中的一个外部，所述第二屏蔽件除了设置在第二横杆外部，还设置在第三立杆和第四立杆中的一个外部。
实施例三：
图4为第二种可替换图1中区域A的结构示意图。
在本实施例中，所述第一屏蔽件与第一线圈连接件之间部分设置绝缘层，这样设置的意义在于：
所述第一屏蔽件602与所述第一线圈连接件600之间安装有第三绝缘层604和第四绝缘层605，所述第三绝缘层604和所述第四绝缘层605将所述第一环形腔体封闭，使第一环形腔体的端口处封闭以形成密闭的第一环形腔体，进而使第一线圈连接件600产生的电磁场不会经由第一环形腔体的端部敞口处流出，以增加屏蔽效果，增加刻蚀的均匀性。另外，第一屏蔽件602套设在第一线圈连接件600上，且二者之间通过第三绝缘层604、第四绝缘层605进行支撑，第一屏蔽件602无需支撑端或支撑面即可将第一屏蔽件602与第一线圈连接件600之间的相对位置固定，另外第三绝缘层604、第四绝缘层605可以将第一横杆6002上产生的电磁场屏蔽，使电磁场不会外泄，电磁屏蔽效果更佳。第二屏蔽件类似，不再累述。
在其它实施例中，所述第一屏蔽件仅设于第一横杆6002外部，所述第二屏蔽件仅设于所述第二横杆外部；或者，所述第一屏蔽件除了设置在第一横杆6002外部，还设置在第一立杆6001和第二立杆6003中的一个外部，所述第二屏蔽件除了设置在第二横杆外部，还设置在第三立杆和第四立杆中的一个外部。以上以所述第一线圈连接件为例进行说明，在本实施例中，所述第二线圈连接件的形状与第一线圈连接件的形状相同。在其它实施例中，所述第二线圈连接件的形状与第一线圈连接件的形状不同。
所述第二线圈连接件外设置的第二屏蔽件，用于屏蔽第二线圈连接件产生的电磁场对线圈造成影响。所述第二线圈连接件与第二屏蔽件之间也可以如图2至图4设计，即：所述第二线圈连接件与第二屏蔽件之间设置绝缘层，或者所述第二屏蔽件与第二线圈连接杆之间设置空腔，或者所述第二屏蔽件与第二线圈连接杆之间仅设置部分绝缘层，以防止电流的趋肤效应发生在第二线圈连接件500。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的，例如，对线圈连接件的形状进行常规替换。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (9)
1.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
反应腔；
绝缘窗口，位于所述反应腔的顶部；
线圈，位于所述绝缘窗口上，所述线圈包括第一端和第二端；
第一线圈连接件，与所述第一端连接；
第二线圈连接件，与所述第二端连接；
第一屏蔽件，套设在所述第一线圈连接件上，用于屏蔽第一线圈连接件产生的电磁场；
第二屏蔽件，套设在所述第二线圈连接件上，用于屏蔽第二线圈连接件产生的电磁场；
射频功率源，通过所述第一线圈连接件与所述线圈的第一端连接，然后从线圈的第二端经过第二线圈连接件再回到射频功率源形成射频回路；
所述第一屏蔽件与所述第一线圈连接件之间设有第一绝缘层；所述第二屏蔽件与所述第二线圈连接件之间设有第二绝缘层；
所述第一线圈连接件包括一第一立杆、一第一横杆和一第二立杆，所述第一立杆和所述第二立杆分别与所述第一横杆的两端固定连接；所述第一屏蔽件套设在所述第一横杆外；和/或，所述第二线圈连接件包括一第三立杆、一第二横杆和一第四立杆，所述第三立杆和所述第四立杆分别与所述第二横杆的两端固定连接；所述第二屏蔽件套设在所述第二横杆上。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第一屏蔽件和/或所述第二屏蔽件为层状结构。
3.如权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述层状结构的最小厚度为1毫米。
4.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第一屏蔽件和/或所述第二屏蔽件的材料为铝或紫铜。
5.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第一屏蔽件还设于第一立杆和/或第二立杆外，所述第二屏蔽件还设于第三立杆和/或第四立杆外。
6.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第一屏蔽件与所述第一线圈连接件之间形成有第一环形腔体，且所述第一屏蔽件与所述第一线圈连接件之间的相对位置固定。
7.如权利要求6所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第一屏蔽件与所述第一线圈连接件之间安装有第三绝缘层和第四绝缘层，所述第三绝缘层和所述第四绝缘层将所述第一环形腔体封闭。
8.如权利要求1或6所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第二屏蔽件与所述第二线圈连接件之间形成有第二环形腔体，且所述第二屏蔽件与所述第二线圈连接件之间的相对位置固定。
9.如权利要求8所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第二屏蔽件与所述第二线圈连接件之间安装有第五绝缘层和第六绝缘层，所述第五绝缘层和所述第六绝缘层将所述第二环形腔体封闭。
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