CN202839531U - 等离子处理装置及其法拉第屏蔽装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种用于射频电感式耦合等离子处理装置的法拉第屏蔽装置，所述等离子体处理装置包括至少一个反应腔室，所述反应腔室包括一绝缘窗口，在所述绝缘窗口上方设置有射频线圈，所述法拉第屏蔽装置设置于所述反应腔室和相对应的射频线圈之间，所述法拉第屏蔽装置上设置有至少一个射频通道，由线圈产生的磁场能够通过所述射频通道耦合到反应腔室内部，其特征在于，所述法拉第屏蔽装置具有第一部分和第二部分，所述第一部分上设置射频通道的密度大于所述第二部分上设置射频通道的密度。利用本实用新型提供的法拉第屏蔽装置，能够有效地改善制程均一性。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体制造领域，尤其涉及一种用于射频电感式耦合等离子处理装置的法拉第屏蔽装置。
背景技术
利用射频电感式耦合等离子体进行刻蚀或沉积是制备半导体薄膜器件的一种关键工艺，包括各种微电子器件、薄膜光伏电池、发光二极管等的制备都离不开刻蚀或沉积工艺。等离子体刻蚀或沉积的基本过程是：将反应气体从气源引入反应腔室，在等离子体中进行电离和分解形成离子和自由基。这些具有高度反应活性的粒子依靠气体运输到达待加工物体表面进行表面反应。
在等离子体中进行的表面刻蚀或沉积反应的均匀性，与等离子体的均匀性直接相关。而等离子体的均匀性又取决于通过射频线圈进行的能量耦合的均匀性以及反应腔的尺寸及形状。通过射频线圈进行的能量耦合一般包括交流和直流两部分，交流部分用于产生等离子体，而直流部分用于增加离子对反应腔表面的轰击能量。现有技术中的法拉第屏蔽装置的主要用途，是减少或消除直流部分的能量耦合。
半导体工艺件的均一性是困扰半导体产业的一个问题。所谓半导体工艺件的边缘效应是指在等离子体处理工艺过程中，由于等离子体受电磁场控制，而上下两极边缘处的场强会受边缘条件的影响，总有一部分电磁场线弯曲，而导致电磁场边缘部分场强不均，进而导致该部分的等离子体浓度不均匀。在该种情况下，生产出的半导体工艺件周围也存在一圈处理不均匀的区域。这一不均匀现象在射频电场频率越高时越明显，在射频频率大于60MHZ甚至大于100Mhz时这一等离子浓度的不均匀性程度已经很难再用其它装置如位于静电夹盘边缘的聚集环来调控。
其中，除了边缘效应导致的均一性问题，还有其他未知因素也会导致均 一性问题的产生。例如，射频电感式耦合等离子处理装置腔室绝缘窗口的线圈排布不是绝对均匀的，这就导致在有些区域线圈排布密集，而在其他区域相对排布较稀疏，因此对应于线圈排布密集的区域磁场强度就较强，而对应于线圈排布稀疏的区域磁场强度就较弱。磁场强度的强弱直接关系到所产生等离子体的浓度，从而导致基片的制程不均。然而，射频电感式耦合等离子处理装置制造完成以后既已基本定型，无法再对线圈位置进行调整。
针对现有技术的上述缺陷，提出本实用新型。
实用新型内容
针对背景技术中的上述问题，本实用新型提出了用于射频电感式耦合等离子处理装置的法拉第屏蔽装置。
本实用新型提供了一种用于射频电感式耦合等离子处理装置的法拉第屏蔽装置，所述等离子体处理装置包括至少一个反应腔室，所述反应腔室包括一绝缘窗口，在所述绝缘窗口上方设置有射频线圈，所述法拉第屏蔽装置设置于所述反应腔室和相对应的射频线圈之间，所述法拉第屏蔽装置上设置有至少一个射频通道，由线圈产生的磁场能够通过所述射频通道耦合到反应腔室内部，其特征在于，所述法拉第屏蔽装置具有第一部分和第二部分，所述第一部分上设置的射频通道多余所述第二部分上设置的射频通道。
进一步地，所述法拉第屏蔽装置的第一部分对应于所述等离子处理装置内磁场强度最小的第一区域设置。
进一步地，所述第一区域包括所对应的线圈密度最小的区域。
进一步地，所述射频通道的形状包括：
-径向槽；
-孔。
进一步地，所述射频通道的数目以及在所述法拉第屏蔽装置上的分布由所述等离子处理装置内的磁场分布确定。
进一步地，所述射频通道占所述法拉第屏蔽装置的面积的取值范围为20%~80%
进一步地，所述射频通道的形状为径向槽，所述径向槽的长度和宽度的分别为200mm和10mm，其中，所述法拉第屏蔽装置为圆盘形，其直径为 500mm。
本实用新型第二方面提供了一种用于射频电感式耦合等离子处理装置，其特征在于，所述等离子处理装置包括本实用新型第一方面所述的法拉第屏蔽装置。
进一步地，所述等离子处理装置还包括一传感器，其用于检测所述等离子处理装置的反应腔室内部的磁场强度。
进一步地，其特征在于，所述等离子处理装置还包括一自动调节装置，其接收来自所述传感器的关于反应腔室内部的磁场强度的感应信号，并根据所述感应信号调整法拉第屏蔽装置的第一部分和第二部分的位置。
本实用新型提供的法拉第屏蔽装置能够改善制程均一性，并且能够根据等离子处理装置的若干未知因素可调整地对其制程均一性进行改善。
附图说明
图1是射频电感式耦合等离子处理装置的结构示意图；
图2是根据本实用新型一个具体实施例的法拉第屏蔽装置的结构示意图；
图3是根据本实用新型另一具体实施例的法拉第屏蔽装置的结构示意图；
图4是根据本实用新型一个具体实施例的制程完成基片的平面示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行说明。
图1是射频电感式耦合等离子处理装置的结构示意图。如图1所示，射频电感式耦合等离子处理装置至少包括一反应腔室，反应腔室包括一绝缘窗口102。在绝缘窗口102上方设置有若干射频线圈120，射频线圈120外接有射频电源以在制程区域101产生从上到下的磁场。射频电感式耦合等离子处理装置还包括一气体源（未示出），用于向反应腔室内部输入反应气体，反应气体在磁场的作用下被激发为等离子体，以对基片103进行制程反应。法拉第屏蔽装置110设置于所述反应腔室和相对应的射频线圈120之间，法拉第屏蔽装置110上设置有至少一个射频通道（未示出）。其中，法拉第屏蔽装置 由金属材料制成，其中，由线圈产生的磁场能够通过所述射频通道耦合到反应腔室内部，而在没有射频通道的部分则能够有效屏蔽线圈产生的磁场。具体地，法拉第屏蔽装置110利用绝缘垫片121以一分离的间隔固定于射频线圈120之下、紧邻绝缘窗口102之上。
图2是根据本实用新型一个具体实施例的法拉第屏蔽装置110的结构示意图，如图所示，所述法拉第屏蔽装置110具有第一部分A1和第二部分B1，其中，第一部分A1是由附图中虚线所示的扇形区域，法拉第屏蔽装置110表面上除去第一部分A1的其他部分则为第二部分B1。具体地，法拉第屏蔽装置110上贯通设置有若干射频通道110a，其中，第一部分A1上设置射频通道110a的密度大于第二部分B1上设置射频通道110a的密度。
图3是根据本实用新型另一具体实施例的法拉第屏蔽装置110的结构示意图，如图所示，所述法拉第屏蔽装置110具有第一部分A2和第二部分B2，其中，第一部分A2是由附图中虚线所示的扇形区域，法拉第屏蔽装置110表面上除去第一部分A2的其他部分则为第二部分B2。具体地，法拉第屏蔽装置110上贯通设置有若干射频通道110b，其中，第一部分A2上设置射频通道110b的密度小于第二部分B2上设置射频通道110b的密度。具体地，参见附图3，根据本实施例，第二部分B2上设置有若干射频通道110b，第一部分A2并未设置任何射频通道。
需要说明的是，上文所述的法拉第屏蔽装置的第一部分和第二部分只是本文为了方便说明而拟定的，而并不是实际存在的，并不能用以限定本实用新型。本领域技术人员应当理解，只要法拉第屏蔽装置的表面射频通道的设置不是高度对称的，都可以根据其射频通道的分布密度进行划分，将密度较大的区域划分为第一部分，将其他区域划分为第二部分。
本领域技术人员应当理解，射频电感式耦合等离子处理装置制造完成以后其机械结构必然有微小偏差，在制造完成以后难以擦觉，而在之后进行制程反应之后会发现由该等离子处理装置制程完成的基片会有均一性问题。上述由未知因素导致的均一性问题是各种各样的。
进一步地，所述法拉第屏蔽装置的第一部分对应于所述等离子处理装置内磁场强度最小的第一区域设置。
示例性地，图4是根据本实用新型一个具体实施例的制程完成基片W的 平面示意图，其中，示例性地，制程完成后工程师发现在基片W的第一区域Wa的制程速率低，在第二区域Wb的制程速率高。因此，可以将图2所示的法拉第屏蔽装置110的第一部分A1配置为对应于基片W的第一区域Wa，由此使得通过第一部分A1的磁场线较多，使得第一区域Wa的刻蚀速率得到提高，以补偿的形式最终提高基片制程的均一性。反之，如果基片W1的第一区域Wa的制程速率高，在第二区域Wb的制程速率低，则可以将图3所示的法拉第屏蔽装置110的第一部分A1配置为对应于基片W的第一区域Wa，使得第一区域Wa的刻蚀速率降低。
进一步地，所述第一区域包括所对应的线圈密度最小的区域。具体地，参见图1，本领域技术人员应当理解，当绝缘窗口102上方设置有若干射频线圈120的密度分布不均匀的时候，耦合到等离子体处理腔室内部的磁场强度也有变化，射频线圈120密度越大，对应的制程区域磁场强度越大，反之亦然。
具体地，所述射频通道的形状包括：径向槽或孔。射频通道形状为径向槽的实施例在图2和图3中示出。需要说明的是，本实用新型不限于此，任何在法拉第屏蔽装置设置的射频通道的形状，只要能够通过磁场线，就应当包含在本实用新型的保护范围之内，其中，包括其他未描述的三角形、梯形以及不规则形状。
具体地，所述射频通道的数目以及在所述法拉第屏蔽装置上的分布由所述等离子处理装置内的磁场分布确定。
进一步地，所述射频通道占所述法拉第屏蔽装置的面积的取值范围为20%~80%。
进一步地，所述射频通道的形状为径向槽，所述径向槽的长度和宽度的分别为200mm和10mm，其中，所述法拉第屏蔽装置为圆盘形，其直径为500mm。因此，可以通过配置多条上述径向槽来满足射频通道所占面积达20%~80%。
需要说明的是，本实用新型提供的法拉第屏蔽装置主要根据制程所需基片的制程需求来配置。例如，若制程完成的基片需要按照制程均一度分成三个区域，每个区域的制程速率都不相同，也可以通过将本实用新型提供的法拉第屏蔽装置上的射频通道的密度和形状来达到目的。
本实用新型第二方面还提出了一种用于射频电感式耦合等离子处理装置，其特征在于，所述等离子处理装置包括前文所述的法拉第屏蔽装置。
其中，所述等离子处理装置还包括一传感器，其用于检测所述等离子处理装置的反应腔室内部的磁场强度。
进一步地，所述等离子处理装置还包括一自动调节装置，其接收来自所述传感器的关于反应腔室内部的磁场强度的感应信号，并根据所述感应信号调整法拉第屏蔽装置的第一部分和第二部分的位置。
本领域技术人员应当理解，上文所述的传感器和自动调节装置可以以软件形式、硬件形式或者软硬件结合的形式实现，在现有技术中已有成熟的技术支持，因此为简明起见在此不再赘述。
尽管本实用新型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实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种用于射频电感式耦合等离子处理装置的法拉第屏蔽装置，所述等离子体处理装置包括至少一个反应腔室，所述反应腔室包括一绝缘窗口，在所述绝缘窗口上方设置有射频线圈，所述法拉第屏蔽装置设置于所述反应腔室和相对应的射频线圈之间，所述法拉第屏蔽装置上设置有至少一个射频通道，由线圈产生的磁场能够通过所述射频通道耦合到反应腔室内部，其特征在于，所述法拉第屏蔽装置具有第一部分和第二部分，所述第一部分上设置射频通道的密度大于所述第二部分上设置射频通道的密度。
2.根据权利要求1所述的法拉第屏蔽装置，其特征在于，所述法拉第屏蔽装置的第一部分对应于所述等离子处理装置内磁场强度最小的第一区域设置。
3.根据权利要求2所述的法拉第屏蔽装置，其特征在于，所述第一区域包括所对应的线圈密度最小的区域。
4.根据权利要求3所述的法拉第屏蔽装置，其特征在于，所述射频通道的形状包括：
-径向槽；
-孔。
5.根据权利要求4所述的法拉第屏蔽装置，其特征在于，所述射频通道的数目以及在所述法拉第屏蔽装置上的分布由所述等离子处理装置内的磁场分布确定。
6.根据权利要求5所述的法拉第屏蔽装置，其特征在于，所述射频通道占所述法拉第屏蔽装置的面积的取值范围为20%~80%
7.根据权利要求6所述的法拉第屏蔽装置，其特征在于，所述射频通道的形状为径向槽，所述径向槽的长度和宽度的分别为200mm和10mm，其中，所述法拉第屏蔽装置为圆盘形，其直径为500mm。
8.一种射频电感式耦合等离子处理装置，其特征在于，所述等离子处理装置包括权利要求1至7任一项所述的法拉第屏蔽装置。
9.根据权利要求8所述的等离子处理装置，其特征在于，所述等离子处理装置还包括一传感器，其用于检测所述等离子处理装置的反应腔室内部的 磁场强度。
10.根据权利要求9所述的等离子处理装置，其特征在于，所述等离子处理装置还包括一自动调节装置，其接收来自所述传感器的关于反应腔室内部的磁场强度的感应信号，并根据所述感应信号调整法拉第屏蔽装置的第一部分和第二部分的位置。
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