CN217903064U - 屏蔽结构和包括其的电感耦合等离子体装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种屏蔽结构和包括其的电感耦合等离子体装置，该屏蔽结构，用于电感耦合等离子体装置，屏蔽结构包括直条状结构的第一构件和多个第二构件；其中，多个第二构件沿第一构件的长度方向间隔设置，且垂直相交于第一构件；多个第二构件以第一构件和/或处于第一构件中心的第二构件为中心线对称设置。本实用新型的屏蔽结构解决了电感耦合等离子体装置的腔室内等离子体均匀性差的问题。

Description

屏蔽结构和包括其的电感耦合等离子体装置

技术领域

本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其涉及屏蔽结构和包括其的电感耦合等离子体装置。

背景技术

电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma，ICP)腔室在微电子制造的等离子体工艺中是常见的装置。在这样的装置中，低压反应腔室中的射频磁场是借由平面天线传输射频振荡电流所产生的射频能量，经由介质窗输入至腔室内而感应产生。该磁场在引入腔室内的工艺气体中产生循环电子流，生成由离子、自由电子、中性物质和自由基的等离子体。能量耦合效率，即能量通过天线转移至等离子体的量，是ICP装置中的重要因素。ICP源装置通常存在两种耦合模式：电容性耦合模式(E模式)和电感性模式(H模式)。其中电容性耦合模式的耦合效率较低，是ICP装置中希望尽力减少的。在ICP装置放电产生等离子体初期，由E模式产生低密度等离子体，当等离子体密度达到一定数值时，发生E-H模式转换，主要以H模式放电产生更高密度的等离子体。

上述ICP装置产生等离子体的过程中面临着等离子体E模式和H模式存在不同的负载阻抗，匹配网络需要及时调整，以保证RF电源和负载实现阻抗匹配。当等离子体生成过程中两种模式转换时会造成等离子体的不稳定性，造成等离子体的阻抗变化。而等离子体的阻抗发生快速变化将影响天线的能量耦合效率，反过来又会改变等离子体的阻抗。这将形成低幅度的阻抗振荡，导致匹配网络无法达到稳定的匹配状态，等离子体也难以达到稳定状态。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种屏蔽结构和包括其的电感耦合等离子体装置，以解决电感耦合等离子体装置的腔室内等离子体均匀性差的问题。

为了解决上述技术问题，根据本实用新型一方面，提供了一种屏蔽结构，用于电感耦合等离子体装置，所述屏蔽结构包括直条状结构的第一构件和多个第二构件；

其中，多个所述第二构件沿所述第一构件的长度方向间隔设置，且垂直相交于所述第一构件；

多个所述第二构件以所述第一构件和/或处于所述第一构件中心的所述第二构件为中心线对称设置。

在一些实施方式中，沿所述第一构件的中心朝向两端的方向，多个所述第二构件的长度依次减小。

在一些实施方式中，沿所述第一构件的中心朝向两端的方向，多个所述第二构件的长度依次增大。

在一些实施方式中，所述屏蔽结构还包括加热元件。

在一些实施方式中，所述屏蔽结构还包括接地元件。

根据本实用新型的另一方面，公开了一种电感耦合等离子体装置，包括：等离子体装置本体、隔离盖板、天线和上述任一实施方式所述的屏蔽结构；

其中，所述隔离盖板盖设于所述等离子体装置本体上，以形成真空腔室，所述天线设置于所述隔离盖板的上方，所述屏蔽结构设置于所述隔离盖板上，且处于所述隔离盖板与所述天线之间；

所述天线包括多个并排设置的子天线，多个所述子天线为并联连接。

在一些实施方式中，所述第一构件和多个所述第二构件中长度最大的所述直条状结构平行于多个所述子天线排列方向。

在一些实施方式中，多个所述子天线为平面单螺旋状结构，每两个所述子天线分为一组，每组中的两个所述子天线的绕线方向相反。

在一些实施方式中，所述子天线由中空的金属管绕制而成。

在一些实施方式中，所述金属管内设置有冷却物质，以对所述子天线进行冷却。

本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本实用新型的一种屏蔽结构和包括其的电感耦合等离子体装置，可以达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

(1)本实用新型的屏蔽结构设置在隔离盖板与天线之间，能够有效地调节等离子体径向分布的均匀性，扩大径向分布均匀的区域。

(2)本实用新型将电感耦合等离子体装置的天线设置为多个并排设置的子天线，能够在电感耦合等离子体装置的真空腔室内形成大范围均匀的等离子体，以满足大尺寸基片的使用需求，通过将多个子天线并联设置，能够减小天线产生的电感，在产生等离子体过程中提高能量耦合效率。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1示出了本实用新型一实施例的电感耦合等离子体装置的结构示意图；

图2示出了本实用新型一实施例的天线的结构示意图；

图3示出了本实用新型一实施例的屏蔽结构的结构示意图；

图4示出了本实用新型另一实施例的屏蔽结构的结构示意图。

【符号说明】

1：射频电源

2：阻抗匹配网络

3：天线

31：子天线

4：等离子体装置本体

5：隔离盖板

6：真空腔室

7：晶圆

8：载台

9：注入孔

10：气泵接口

11：屏蔽结构

111：第一构件

112：第二构件

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型，以下结合附图，对依据本实用新型提出的一种屏蔽结构和包括其的电感耦合等离子体装置的具体实施方式，进行详细说明。

如图1所示，电感耦合等离子体装置包括有射频电源1、阻抗匹配网络2(impedancematching network)、天线3(antenna)、等离子体装置本体4和隔离盖板5组成。射频电源1、阻抗匹配网络2和天线3依次连接，在等离子体装置本体4和隔离盖板5合围成的真空腔室6中生成电磁场，进而通过电磁感应使得真空腔室6中的气体产生等离子体。

电感耦合等离子体装置中天线3靠近真空腔室6的隔离盖板5放置，并与射频电源1和阻抗匹配网络2连接，射频电源1通过调节阻抗匹配网络2将输送至天线3的功率最大化。加载到天线3中的射频电流(RF current)在天线3周围产生射频电磁场，并穿透隔离盖板5(电介质)到达真空腔室6，真空腔室6内气体将在射频电磁场中发生电离形成等离子体，以使得等离子体对晶圆7(放置于载台8上)进行加工。工艺气体通过注入孔9注入真空腔室6，并通过腔室的气泵接口10导出真空腔室6，会在真空腔室6内形成负压。

本实用新型实施例提供了一种电感耦合等离子体装置，如图1所示，包括等离子体装置本体4、隔离盖板5、天线3和屏蔽结构11。

其中，隔离盖板5盖设于等离子体装置本体4上，合围形成真空腔室6。天线3设置于隔离盖板5的上方，以在真空腔室6内产生射频电磁场。屏蔽结构11设置于隔离盖板5上，且处于隔离盖板5与天线3之间。

具体地，该屏蔽结构11为法拉第屏蔽，通过该屏蔽结构11对天线3产生的射频电磁场加以控制，控制真空腔室6内不同区域的磁场强度，以调节真空腔室6径向方向上的磁场均匀性。

在一实施例中，如图2所示，天线3包括多个并排设置的子天线31，多个子天线31并联连接于电感耦合等离子体装置的阻抗匹配网络2。

本实用新型通过多个子天线31并排设置构成天线3，能够在电感耦合等离子体装置的真空腔室6内形成大范围均匀的等离子体，以满足大尺寸基片的使用需求。通过将多个子天线31并联设置，能够减小天线3产生的电感，在产生等离子体过程中提高能量耦合效率。

具体地，如图2所示，多个子天线31为平面单螺旋状结构，每两个子天线31分为一组，每组中的两个所述子天线31的绕线方向相反。也就是说，每组的两个子天线31中，一个子天线31的绕线方向为顺时针方向，另一个子天线31的绕线方向为逆时针方向。

优选地，天线3包括有四个子天线31，将该四个天线3分为两组，每组包括有两个子天线31。当然，天线3也可以包括六个、八个等子天线31，本实用新型并不对子天线31的数量进行限定。

该天线3可以采用实心的金属线绕制而成，也可以采用空心的金属管绕制而成。

进一步地，当天线3采用空心的金属管绕制而成时，可以在金属管内通入冷却物质，以对该天线3进行冷却。该冷却物质可以是低导电率的液体或者气体，本实用新型并不以此为限。

如图3和图4所示，屏蔽结构11包括直条状结构的第一构件111和直条状结构的多个第二构件112，多个第二构件112沿第一构件111的长度方向间隔设置，且垂直相交于所述第一构件111。

在该实施例中，多个第二构件112可以是均匀间隔设置的，也就是说，每相邻的两个第二构件112之间的距离是相同的。当然，多个第二构件112还可以设置为非均匀间隔的形式。举例来说，以处于第一构件111中心线的第二构件112为分界线，处于该第二构件112两侧的剩余第二构件112之间的距离相同，然该处于第一构件111中心线的第二构件112与其相邻的第二构件112的距离则不同于其他相邻的第二构件112之间的距离。

当然，多个第二构件112是否均匀间隔设置可根据天线3的样式以及布置方式来进行调整，本实用新型并不以多个第二构件112是否均匀间隔设置为限。

在一实施例中，第一构件111和多个第二构件112中长度最大的直条状结构平行于多个子天线31的排列方向。

具体地，当第一构件111和多个第二构件112中长度最大的直条状结构为第一构件111时，那么该第一构件111则平行于多个子天线31的排列方向；当第一构件111和多个第二构件112中长度最大的直条状结构为第二构件112中的一个时，那么该长度最大的第二构件112则平行于多个子天线31的排列方向。

在一实施例中，多个第二构件112以第一构件111为中心线对称设置，也就是说，每一个第二构件112处于第一构件111两侧的长度相同。

在另一实施例中，多个第二构件112以处于第一构件111中心的第二构件112为中心线对称设置。也就是说，多个第二构件112中，每两个距离处于第一构件111中心的第二构件112的距离相同时，那么这两个构件的长度相同。

在另一实施例中，如图3和图4所示，多个第二构件112在以第一构件111为中心线对称设置的同时，还以处于第一构件111中心的第二构件112为中心线对称设置。也就是说，不仅每一个第二构件112处于第一构件111两侧的长度相同，而且多个第二构件112中，每两个距离处于第一构件111中心的第二构件112的距离相同时，那么这两个构件的长度也相同。

进一步地，多个第二构件112的长度不同，具体地，自第一构件111的中心朝向第一构件111两端的方向，第二构件112的长度依次变化。

在一实施例中，如图3所示，自第一构件111的中心朝向第一构件111两端的方向，第二构件112的长度依次减小。即多个第二构件112中，处于第一构件111中心的第二构件112的长度最大，朝向第一构件111的两端的方向，第二构件112的长度依次减小。

在另一实施例中，如图4所示，自第一构件111的中心朝向第一构件111两端的方向，第二构件112的长度依次增大。即多个第二构件112中，处于第一构件111中心的第二构件112的长度最小，朝向第一构件111的两端的方向，第二构件112的长度依次增大。

在一实施例中，屏蔽结构11上设置有加热元件(图中未示出)，以对该屏蔽结构11进行加热。

在一实施例中，屏蔽结构11上设置有接地元件，以通过该接地元件将屏蔽结构11进行接地，以减小屏蔽结构11的寄生电容，降低产生等离子体的电容耦合部分，降低阻抗振荡的幅度，进而提高等离子体的稳定性。

本实用新型实施例还提供一种半导体薄膜设备，包括上述任一实施例的电感耦合等离子体装置。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，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，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但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作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种屏蔽结构，其特征在于，用于电感耦合等离子体装置，所述屏蔽结构包括直条状结构的第一构件和多个第二构件；

其中，多个所述第二构件沿所述第一构件的长度方向间隔设置，且垂直相交于所述第一构件；

多个所述第二构件以所述第一构件和/或处于所述第一构件中心的所述第二构件为中心线对称设置。

2.根据权利要求1所述的屏蔽结构，其特征在于，沿所述第一构件的中心朝向两端的方向，多个所述第二构件的长度依次减小。

3.根据权利要求1所述的屏蔽结构，其特征在于，沿所述第一构件的中心朝向两端的方向，多个所述第二构件的长度依次增大。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的屏蔽结构，其特征在于，所述屏蔽结构还包括加热元件。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的屏蔽结构，其特征在于，所述屏蔽结构还包括接地元件。

6.一种电感耦合等离子体装置，其特征在于，包括：等离子体装置本体、隔离盖板、天线和权利要求1-5中任一项所述的屏蔽结构；

其中，所述隔离盖板盖设于所述等离子体装置本体上，以形成真空腔室，所述天线设置于所述隔离盖板的上方，所述屏蔽结构设置于所述隔离盖板上，且处于所述隔离盖板与所述天线之间；

所述天线包括多个并排设置的子天线，多个所述子天线为并联连接。

7.根据权利要求6所述的电感耦合等离子体装置，其特征在于，所述第一构件和多个所述第二构件中长度最大的所述直条状结构平行于多个所述子天线排列方向。

8.根据权利要求6或7所述的电感耦合等离子体装置，其特征在于，多个所述子天线为平面单螺旋状结构，每两个所述子天线分为一组，每组中的两个所述子天线的绕线方向相反。

9.根据权利要求8所述的电感耦合等离子体装置，其特征在于，所述子天线由中空的金属管绕制而成。

10.根据权利要求9所述的电感耦合等离子体装置，其特征在于，所述金属管内设置有冷却物质，以对所述子天线进行冷却。

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