CN202871737U - 等离子体处理装置及其包含的法拉第屏蔽装置 - Google Patents

Abstract

一种等离子体处理装置及其包含的法拉第屏蔽装置，用于等离子体处理设备中，等离子体处理设备包括至少一个反应腔室和与每个反应腔室成对设置的射频线圈，该法拉第屏蔽装置设置于反应腔室和相对应的射频线圈之间，其包括一块圆形屏蔽板，屏蔽板上设置有至少一个径向槽，用于使线圈产生的电磁场均匀地分布在反应腔室中，其中径向槽在靠近屏蔽板的中心部所具有的宽度小于其在靠近该屏蔽板的边缘部所具有的宽度。本实用新型使通过射频线圈进行的能量耦合均匀，实现了基片从中央到边缘区域的均一性，且结构简单、行之有效，可广泛地应用在等离子体处理工艺场合。

Description

等离子体处理装置及其包含的法拉第屏蔽装置

技术领域

本实用新型涉及等离子体处理工艺设备，更具体地说，涉及一种法拉第屏蔽装置。 

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。 

半导体工艺件的边缘效应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。 

由于半导体工艺件是圆形的，因此愈外圈面积愈大，边缘部分的各个工艺环节的均一性不佳将导致成品率显著下降。在普遍采用300mm制程的今天，半导体工艺件边缘效应带来的损失更为巨大。如图1所示，等离子体处理工艺在反应腔室101中进行，反应气体微粒进行电离和分解形成离子和自由基，最终淀积在反应腔室底部放置的基片103上。反应腔室101顶部设置有射频线圈120，反应腔室101上方具有一个介电窗口102，在介电窗口102与射频线圈120之间设有法拉第屏蔽装置，比如法拉第屏蔽板110，其由金属材料制成。法拉第屏蔽板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、紧邻介电窗口102之上，射频线圈120、法拉第屏蔽板110和介电窗口102基本成平行设置；射频线圈120与法拉第屏蔽板经由一分接头122而电连接。 

反应气体从气体导入口（附图未示出）流经反应腔室101至气体排出口（附图未示出），然后电源将射频功率施加至射频线圈120，并在线圈周围产生电磁场；电磁场在反应腔室101内产生感应电流，作用于反应气体并产生等离子体。 

如图2所示，现有技术中的一种法拉第屏蔽板110上开有多个径向槽111，均匀地分布在法拉第屏蔽板110上，每个径向槽横切面均呈长条形，设置这种结构的目的是使射频线圈120产生的电磁场均匀地耦合到反应腔室101中的等离子体中。然而，即使采用如图2所示结构的法拉第屏蔽板110，由于如上所述的边缘效应，电磁场场强在反应腔室101中的分布也并不均匀。 

因此，业内需要一种能够简单有效地改善边缘效应的法拉第屏蔽装置，补偿基片从中央到边缘区域的不均一性，提高制程均一性。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种有效改善半导体工艺件边缘效应的法拉第屏蔽装置，其在等离子体处理工艺中实现了基片从中央到边缘区域的均一性。 

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下： 

一种法拉第屏蔽装置，用于等离子体处理设备中，该等离子体处理设备包括至少一个反应腔室和与每个反应腔室成对设置的射频线圈，该法拉第屏 蔽装置设置于该反应腔室和相对应的射频线圈之间，它包括一块圆形屏蔽板，该屏蔽板上设置有至少一个径向槽，用于使线圈产生的电磁场均匀地分布在反应腔室中，其中，径向槽在靠近屏蔽板的中心部所具有的宽度小于其在靠近该屏蔽板的边缘部所具有的宽度。 

优选地：径向槽的宽度从屏蔽板的中心部到其边缘部递增。 

优选地，径向槽为多个，以相同的径向角度间隔均匀分布于该屏蔽板上。 

优选地，径向槽贯通于屏蔽板设置。 

本实用新型还公开了一种等离子体处理装置，其包括上述法拉第屏蔽装置。 

本实用新型针对反应腔室中电磁场场强不均一这一特性，通过对法拉第屏蔽装置的屏蔽板上径向槽的外形尺寸作出调整，使其以相反的电磁场场强变化趋势补偿电磁场从反应腔室中心到边缘处的强度差异，进而使通过射频线圈进行的能量耦合均匀，实现了基片从中央到边缘区域的均一性。本实用新型结构简单、行之有效，可广泛地应用在等离子体处理工艺场合。 

附图说明

图1为现有技术的等离子体处理工艺所用的反应腔室结构示意图； 

图2为现有技术中一种法拉第屏蔽装置结构示意图； 

图3为本实用新型实施例提供的法拉第屏蔽装置结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。 

本实用新型公开的法拉第屏蔽装置的一实施例如图3所示，该法拉第屏蔽装置为一法拉第屏蔽板210，其上贯通设置有多条径向槽211，以相同的径向角度间隔均匀地分布在法拉第屏蔽板210上，这些径向槽211在靠近法拉第屏蔽板210的中心部所具有的宽度小于其在靠近该法拉第屏蔽板210的边缘部所具有的宽度。 

在等离子刻蚀工艺中，由于半导体工艺件边缘效应的影响，在等离子体处理设备的反应腔室中，由射频线圈产生的电磁场在反应腔室中心区域强度最高、在边缘区域强度最低。 

根据本实用新型的实施例，设置径向槽211在靠近法拉第屏蔽板210的中心部所具有的宽度小于其在靠近该法拉第屏蔽板210的边缘部所具有的宽度，从而在法拉第屏蔽板210的中心部从径向槽211中通过的电磁场较少、而在法拉第屏蔽板210的边缘部从径向槽211中通过的电磁场较多，即以相反的电磁场场强变化趋势补偿电磁场在反应腔室中心处与其边缘处的强度差异，进而有效克服了半导体工艺件的边缘效应。 

在该实施例中，电磁场强度从反应腔室中心到边缘处呈一种递减变化；在反应腔室尺寸不同、外形不同或反应气体不同等工艺场合，这种递减可能为接近线性变化或非线性变化。为实现本实用新型的目的，相应地将径向槽的宽度设置为从屏蔽板210的中心部到其边缘部递增，如图3所示，即在径向槽211宽度大的地方通过的电磁场较多，在径向槽211宽度小的地方通过的电磁场较少，从而以相反的电磁场场强变化趋势补偿电磁场从反映腔室中心到边缘的整体变化趋势。这种改进实施方式更利于达成能量耦合均匀，实现了基片从中央到边缘区域的均一性。 

当电磁场从反应腔室中心到边缘处呈线性递减时，径向槽的宽度从屏蔽板的中心部到其边缘部的递增为线性递增，径向槽211的横切面可能呈三角形或等腰梯形。当电磁场从反应腔室中心到边缘处呈非线性递减时，径向槽的宽度从屏蔽板的中心部到其边缘部的递增也应为非线性递增，径向槽211的横切面可能呈半橄榄形或喇叭形。 

在具体确定径向槽211的横切面形状时，可事先以附图2所示的现有技术中法拉第屏蔽装置进行若干次等离子体处理工艺实验，测算出在当前工艺条件下，电磁场场强从反应腔室中心到边缘处的递减变化规律，再根据这种变化规律相应地确定径向槽211采用何种横切面形状时，可补偿上述递减变化以使能量耦合均匀，克服半导体工艺件的边缘效应。 

为实现能量耦合均匀，径向槽211通常设置为多条，例如8条或16条，均以相同的径向角度间隔均匀分布于屏蔽板210上，最好贯通于该屏蔽板210设置。 

本领域技术人员可以理解，当反应腔室尺寸不同或外形不同或反应气体成分不同时，为实现反应腔室中心到边缘处电磁场场强的均一性，上述径向槽211横切面还可能具有形状，但均应保证径向槽211的宽度从屏蔽板210 的中心部到其边缘部呈递增变化。 

需要说明的是，径向槽的形状可以有多种，其边缘可以呈圆滑或不圆滑变化，前文已经提及了其可以为三角形、等腰梯形、半橄榄形或喇叭形，然而，本领域技术人员应当理解，本实用新型不限于此，所有在靠近法拉第屏蔽板的中心部宽度较小而在靠近该法拉第屏蔽板边缘部宽度较大的形状都应涵盖在本实用新型的保护范围中。 

根据本实用新型的另一实施方式，提供了一种等离子体处理装置，其具有以上结构特征的法拉第屏蔽装置，可用于多种等离子体处理工艺中，使通过射频线圈进行的能量耦合均匀，实现了基片从中央到边缘区域的均一性，相对于现有技术取得了良好的技术效果。 

以上所述的仅为本实用新型的优选实施例，所述实施例并非用以限制本实用新型的专利保护范围，因此凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。 

Claims (10)

1.一种法拉第屏蔽装置，用于等离子体处理设备中，所述等离子体处理设备包括至少一个反应腔室和与每个所述反应腔室成对设置的射频线圈，该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，其包括一块圆形屏蔽板，所述屏蔽板上设置有至少一个径向槽，用于使线圈产生的电磁场均匀地分布在所述反应腔室中，其特征在于，所述径向槽在靠近所述屏蔽板的中心部所具有的宽度小于其在靠近该屏蔽板的边缘部所具有的宽度。

2.如权利要求1所述的法拉第屏蔽装置，其特征在于，所述径向槽的宽度从所述屏蔽板的中心部到其边缘部递增。

3.如权利要求2所述的法拉第屏蔽装置，其特征在于，所述径向槽的宽度从所述屏蔽板的中心部到其边缘部的递增为线性递增。

4.如权利要求3所述的法拉第屏蔽装置，其特征在于，所述径向槽横切面呈三角形或等腰梯形。

5.如权利要求2所述的法拉第屏蔽装置，其特征在于，所述径向槽的宽度从所述屏蔽板的中心部到其边缘部的递增为非线性递增。

6.如权利要求5所述的法拉第屏蔽装置，去特征在于，所述径向槽横切面呈半橄榄形或喇叭形。

7.如权利要求1所述的法拉第屏蔽装置，其特征在于，所述径向槽为多个，以相同的径向角度间隔均匀分布于所述屏蔽板上。

8.如权利要求7所述的法拉第屏蔽装置，其特征在于，所述径向槽为8条。

9.如权利要求8所述的法拉第屏蔽装置，其特征在于，所述径向槽贯通于所述屏蔽板设置。

10.一种等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体处理装置包括权利要求1至9中任一项所述的法拉第屏蔽装置。

Images