CN201238415Y - 等离子体激发部件及包括该部件的等离子体处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种等离子体激发部件及包括该部件的等离子体处理装置，所述等离子体激发部件包括激励源、第一阻抗适配器、电极板和第二阻抗适配器，所述激励源的输出端经所述第一阻抗适配器连接至所述电极板的一端，所述电极板的另一端经所述第二阻抗适配器接地。本实用新型的等离子体激发部件及包括该部件的等离子体处理装置能够改善大面积等离子体处理装置中的等离子体激励电场能量分布的均匀性。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种等离子体激发部件及包括该部件的等离子体处理装置。
背景技术
当今，半导体工业中多数情况下使用的射频发生器的标准频率为国际电信规程规定的13.56MHz。当前，在等离子体增强化学气相淀积(PECVD)或等离子干法刻蚀的应用中，有将射频(RF)激发频率提高到高于13.56MHz的频率的趋势，优选的频率值通常为27.12MHz和40.68MHz(13.56MHz的谐波)或更高。以PECVD工艺为例，更高的激发频率可以允许PECVD工艺中采用更高的沉积速率，从而提高生产效率。
PECVD设备采用一对平板形状相互平行的电极来激发等离子体，并提供薄膜沉积或刻蚀表面。图1为常见PECVD系统等离子体处理装置的简化结构示意图。如图1所示，在真空室10中置有两个极性相反的平行板状电极，分别为接地的正极12和用来激发等离子体的激发电极11(负极)，它们之间的区域17是等离子体的激励形成区域，基板14位于接地电极12的表面。反应气体由进气口19被输送至反应室10中，经喷淋板13和激发电极11上的孔进入等离子体激励形成区域17，射频激励源20向激发电极11输入射频能量，将反应气体激发为等离子体，剩余的气体由出气口18排出。
在使用大面积等离子体加工设备时，随着电极尺寸的增加，特别是在使用高于13.56MHz的射频(RF)和极高频(Very High Frequency)的大型PECVD反应设备对大面积基板进行加工的情形，无论是沉积还是刻蚀，等离子体的均匀性往往有不令人满意的变化。其原因之一就是当电极的线性尺寸接近或超过射频激发电功率的自由空间波长的1/8时，与电磁波的自由空间波长相比，电极的线性尺寸不再是可忽略的因素，电磁波的反射、干涉和驻波等现象变得十分严重，使得电场强度的分布沿电极板的线性尺寸，从电极板的中心到边缘呈现如图2所示的不均匀分布。
上述现象导致等离子体激发电场的在大面积电极表面的非均匀性，使得反应气体的分解效率，也就是薄膜沉积(或蚀刻)速率随着衬底位置的变化而变化。所以，诸如大面积PECVD沉积系统的等离子体处理装置的激发电极必须具有特殊的设计以满足等离子体处理过程中的均匀性要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种等离子体激发部件及包括该部件的等离子体处理装置，能够改善大面积等离子体处理装置中的等离子体激励电场能量分布的均匀性。
为了达到上述目的，根据本实用新型提供的一种等离子体激发部件，包括激励源、第一阻抗适配器、电极板和第二阻抗适配器，所述激励源的输出端经所述第一阻抗适配器连接至所述电极板的一端，所述电极板的另一端经所述第二阻抗适配器接地。
可选的，所述电极板包括虚拟电极板和工作电极板，所述虚拟电极板和工作电极板之间通过金属接触点电性连接，所述激励源的输出端经所述第一阻抗适配器连接至所述虚拟电极板的一端，所述虚拟电极板的另一端经所述第二阻抗适配器接地。
可选的，所述虚拟电极板和工作电极之间的距离为2毫米～4毫米。
可选的，所述金属接触点位于虚拟电极板和工作电极板的角部或边缘的中点。
可选的，所述激励源为射频或极高频激励源。
根据本实用新型提供的一种等离子体处理装置，包括接地电极板、进气口和出气口，所述装置还包括激励源、第一阻抗适配器、电极板和第二阻抗适配器，所述激励源的输出端经所述第一阻抗适配器连接至所述电极板的一端，所述电极板的另一端经所述第二阻抗适配器接地。
可选的，所述电极板包括虚拟电极板和工作电极板，所述虚拟电极板和工作电极板之间通过金属接触点电性连接，所述激励源的输出端经所述第一阻抗适配器连接至所述虚拟电极板的一端，所述虚拟电极板的另一端经所述第二阻抗适配器接地。
根据本实用新型提供的另一种等离子体激发部件，包括激励源、阻抗适配器、虚拟电极板和工作电极板，所述虚拟电极板和工作电极板之间通过金属接触点电性连接，所述激励源的输出端经所述阻抗适配器连接至所述虚拟电极板的一端。
可选的，所述虚拟电极板和工作电极板之间的距离为2毫米～4毫米，所述金属接触点位于虚拟电极板和工作电极板的角部或边缘的中点。
根据本实用新型提供的另一种等离子体处理装置，包括接地电极、进气口和出气口，所述装置还包括激励源、阻抗适配器、虚拟电极板和工作电极板，所述虚拟电极板和工作电极板之间通过金属接触点电性连接，所述激励源的输出端经所述阻抗适配器连接至所述虚拟电极板的一端。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
本实用新型的等离子体激发部件将大面积的激发电极板进行虚拟的延伸或改变，使它对于被引入的电磁波能量而言是一个近乎无边界的导体，以减少被引入的射频或极高频电磁波功率在电极板边界的反射、干涉和驻波现象而造成的激发电场的不均匀分布，从而提高了大面积等离子体处理装置中薄膜沉积或刻蚀的均匀性。本实用新型的等离子体激发部件结构简单、易于实现，适用于任何形状的激发电极，且不需对沉积或刻蚀系统作较大改动。
附图说明
通过附图中所示的本实用新型的优选实施例的更具体说明，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。在附图中，为清楚起见，放大了层的厚度。
图1为常见PECVD系统等离子体处理装置的简化结构示意图；
图2为显示图1所示结构中大面积电极板表面的射频能量分布曲线示意图；
图3为根据本实用新型第一实施例的等离子体激发部件结构示意图；
图4为根据本实用新型第一实施例的等离子体处理装置结构示意图；
图5为根据本实用新型第二实施例的等离子体激发部件结构示意图；
图6为根据本实用新型第二实施例的等离子体处理装置结构示意图；
图7为本实用新型等离子体处理装置电场能量分布曲线示意图；
图8为根据本实用新型第三实施例的等离子体激发部件结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广。因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。
本实用新型的等离子体激发部件和包括该部件的等离子体处理装置适用于但不限于等离子体显示器、液晶显示器LCD和太阳能电池的生产中使用的矩形或正方形大面积等离子体处理(沉积或刻蚀)设备，亦或其他任何使用RF、VHF电磁波进行加工的反应设备。
图3为根据本实用新型第一实施例的等离子体激发部件结构示意图。如图3所示，本实用新型第一实施例的等离子体激发部件包括大面积电极板60、射频或极高频激励源20、阻抗适配器22和阻抗适配器23。激励源20经屏蔽电缆连接到一个阻抗适配器22，然后通过屏蔽电缆连接到电极板60的一个边缘的中点或一个角上的供电接触点。在电极板60的与该供电接触点相对的另一端，经一屏蔽电缆将电极板60连接到另外一个阻抗适配器23。其中，阻抗适配器23的阻抗值可以以独立于阻抗适配器22的方式连续进行调整，它的实际数值根据所需沉积薄膜的均匀程度而确定。其功能是使几何尺寸有限的电极板60得以延伸到更大的面积，并且使产生等离子体的激励源20获得了一个虚拟负载，部分射频电能消耗在阻抗适配器23中，从而消除或减弱射频电能在大面积电极60边缘的反射和驻波现象，改善电极板60表面等离子体中的电势分布均匀性。
图4为根据本实用新型第一实施例的等离子体处理装置结构示意图，如图4所示，以等离子增强化学气相沉积设备为例，本实施例的等离子体处理装置中采用图3所示的等离子体激发部件，真空室10中接地电极12和激发电极板60相对放置，它们之间的区域17是等离子体的激励形成区域。反应气体由进气口19被输送至反应室10中，经喷淋板13和激发电极板60上的孔进入区域17。射频或极高频激励源20输出的射频电流经阻抗适配器22流入到电极板60，为电极板60提供射频能量，将反应气体激发为等离子体，剩余的气体由出气口18排出。射频能量从激发电极板60的输出端输出经阻抗适配器23流入地，形成电流回路。被置于真空室10外的延伸性阻抗适配器23的阻抗可根据所沉积薄膜的具体条件及电极的尺寸进行连续调整，以达到所需要的薄膜沉积均匀度。
图5为根据本实用新型第二实施例的等离子体激发部件结构示意图。如图5所示，本实用新型第二实施例的等离子体激发部件的电极采用双层重叠电极形式，分别是虚拟电极板40和工作电极板30。这两个电极板之间的距离为2～4毫米，优选为3毫米，它们在数个金属接触点50进行电性连接，金属接触点50优选在电极板的角部或边缘的中点。射频或极高频激励源20经屏蔽电缆连接到阻抗适配器22，然后通过屏蔽电缆连接至虚拟电极板40，射频电能经金属接触点50传导至工作电极板30。在虚拟电极板40的另一端经屏蔽电缆将电极板40连接到另一个阻抗适配器23。
本实施例中，虚拟电极板40和工作电极板30因数个金属接触点50而形成了多个循环电气回路，使得工作电极板30对于入射的高频电磁波表现为一个没有终端的巨大电极，因而大大降低了电磁波在工作电极板30边缘的反射和驻波。加之前述阻抗适配器23的虚拟负载的阻抗调节作用，使得本实施例的等离子体激发电极部件进一步提高了工作电极板30表面电场强度分布的均匀性。
图6为根据本实用新型第二实施例的等离子体处理装置结构示意图。如图6所示，本实施例的等离子体处理装置仍以等离子增强化学气相沉积设备为例，等离子体激发部件采用图5所示的等离子体激发部件。虚拟电极板40和工作电极板30在数个金属接触点50进行电性连接，金属接触点50的位置优选在电极板的角部或边缘的中点。两个电极板之间的距离为2～4毫米，优选为3毫米。由于虚拟电极板40与置于其后的均匀布气的喷淋板13的间距为3毫米左右，是在所谓等离子体的“暗区”，所以虚拟电极板40的两面都不接触等离子区17。激励源20通过阻抗适配器22向虚拟电极板40提供的激发功率被传导到工作电极板30，在等离子区17耦合于等离子体中。真空室40中还包括接地电极12、进气口19和出气口18。虚拟电极板40和工作电极板30形成了多个循环电路，使工作电极板30对入射高频电磁波显得是一个没有终端的巨大电极，降低了电磁波在工作电极板30边缘的反射和驻波。阻抗适配器23使产生等离子体的激发电路获得了一个虚拟负载，部分射频电能消耗在阻抗适配器23中，起到了延伸工作电极板30线性尺寸的作用，减弱或消除了射频电能在大面积电极板30边缘的反射和驻波现象，提高了工作电极板30表面电场分布的均匀性，使等离子区17中激发等离子体的电场能量的分布更加均匀，如图7的电场能量分布曲线示意图所示。
图8为根据本实用新型第三实施例的等离子体激发部件结构示意图。如图8所示，本实施例中的等离子体激发部件的电极采用双层重叠电极形式，分别是虚拟电极板40和工作电极板30。这两个电极之间的距离为2～4毫米，优选为3毫米，它们在数个金属接触点50进行电性连接，金属接触点50优选在电极板的角部或边缘的中点。射频或极高频激励源20经屏蔽电缆连接到阻抗适配器22，然后通过屏蔽电缆连接至虚拟电极板40，射频电能经金属接触点50传导至工作电极板30。本实施例中，虚拟电极板40和工作电极板30因数个金属接触点50而形成了多个循环电气回路，使得工作电极板30对于入射高频电磁波表现为一个没有终端的巨大电极，可降低电磁波在工作电极板30边缘的反射和驻波。采用本实施例的等离子体激发电极的等离子体处理装置亦能够提高等离子体激发区域中射频或极高频电磁波激发能量分布的均匀性。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1、一种等离子体激发部件，其特征在于：包括激励源、第一阻抗适配器、电极板和第二阻抗适配器，所述激励源的输出端经所述第一阻抗适配器连接至所述电极板的一端，所述电极板的另一端经所述第二阻抗适配器接地。
2、如权利要求1所述的等离子体激发部件，其特征在于：所述电极板包括虚拟电极板和工作电极板，所述虚拟电极板和工作电极板之间通过金属接触点电性连接，所述激励源的输出端经所述第一阻抗适配器连接至所述虚拟电极板的一端，所述虚拟电极板的另一端经所述第二阻抗适配器接地。
3、如权利要求2所述的等离子体激发部件，其特征在于：所述虚拟电极板和工作电极之间的距离为2毫米～4毫米。
4、如权利要求2所述的等离子体激发部件，其特征在于：所述金属接触点位于虚拟电极板和工作电极板的角部或边缘的中点。
5、如权利要求1所述的等离子体激发部件，其特征在于：所述激励源为射频或极高频激励源。
6、一种等离子体处理装置，包括接地电极板、进气口和出气口，其特征在于：所述装置还包括激励源、第一阻抗适配器、电极板和第二阻抗适配器，所述激励源的输出端经所述第一阻抗适配器连接至所述电极板的一端，所述电极板的另一端经所述第二阻抗适配器接地。
7、如权利要求6所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述电极板包括虚拟电极板和工作电极板，所述虚拟电极板和工作电极板之间通过金属接触点电性连接，所述激励源的输出端经所述第一阻抗适配器连接至所述虚拟电极板的一端，所述虚拟电极板的另一端经所述第二阻抗适配器接地。
8、一种等离子体激发部件，其特征在于：包括激励源、阻抗适配器、虚拟电极板和工作电极板，所述虚拟电极板和工作电极板之间通过金属接触点电性连接，所述激励源的输出端经所述阻抗适配器连接至所述虚拟电极板的一端。
9、如权利要求8所述的等离子体激发部件，其特征在于：所述虚拟电极板和工作电极板之间的距离为2毫米～4毫米，所述金属接触点位于虚拟电极板和工作电极板的角部或边缘的中点。
10、一种等离子体处理装置，包括接地电极、进气口和出气口，其特征在于：所述装置还包括激励源、阻抗适配器、虚拟电极板和工作电极板，所述虚拟电极板和工作电极板之间通过金属接触点电性连接，所述激励源的输出端经所述阻抗适配器连接至所述虚拟电极板的一端。
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| CN107630207A (zh) * | 2016-07-18 | 2018-01-26 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 等离子体启辉方法和设备 |
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2008
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