CN217911956U - 一种离子束刻蚀系统的栅网清洗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种离子束刻蚀系统的栅网清洗装置，包括具有选通功能的射频功率生成模块、第一输出端子和第二输出端子；射频功率生成模块分别通过第一输出端子与离子源线圈连接，以及通过第二输出端子与离子源栅网连接；在刻蚀时，只有第一输出端子与射频功率生成模块导通；在清洗时，只有第二输出端子与射频功率生成模块导通。本实用新型通过在离子源栅网上施加射频电压，使栅网的射频电压与离子源腔室构成电容模型来进行栅网的清洗；同时，可以根据实际需求，快速切换清洗流程和刻蚀流程，提高工艺效率。

Description

一种离子束刻蚀系统的栅网清洗装置

技术领域

本实用新型涉及离子束刻蚀技术领域，具体而言涉及一种离子束刻蚀系统的栅网清洗装置。

背景技术

离子束刻蚀是通过离子源产生的高能离子束在多极栅网的加速下入射到待加工晶圆表面，如果待加工晶圆表面的原子结合能低于离子入射能量时，固体表面原子就会被移开，溅射出表面，从而实现了晶圆表面材料的刻蚀。通常采用惰性气体如Ar对晶圆表面进行加工。一般离子束刻蚀系统都搭配着可进行自转和公转的载片台，所以可对离子入射至晶圆的角度进行调整，这样就可以对刻蚀的侧壁形貌进行修饰，从而实现一个好的刻蚀形貌和良好的器件性能。

离子束刻蚀系统一般包括离子源，射频线圈，射频匹配器，放电石英腔，气体源，中和器，栅网，高真空腔室，可进行自转和公转的载片台等组成。石英腔外部放置着射频线圈，射频线圈在真空环境下将通入腔室的氩气电离成氩离子，氩离子在屏栅和加速栅的电场作用下射出栅网表面被中和器发射出的电子中和成氩原子，具有高能量的氩原子直接轰击待加工晶圆表面，从而实现晶圆刻蚀过程，被轰击出的晶圆材料同样具有较高的能量，这就会导致部分副产物会溅射到腔室各处，部分被真空系统排除。溅射到腔室各处的副产物同时也会溅射到栅网表面。一般来说离子源的两层删网，屏栅加正电压，加速上加负电压，且两层栅网之间距离很近，只通过陶瓷珠绝缘，如果刻蚀副产物存在金属材料，如果沉积到一定厚度后就会导致两层栅网之间绝缘被破坏从而导致离子源不能正常工艺。同时栅网上的大量的刻蚀副产物在积累到一定厚度后也会从栅网表面脱落导致颗粒问题。离子源微加工尺寸是头发丝直径的千分之一，如果这些副产物颗粒落在晶圆表面，那势必会造成整片晶圆的失效。所以离子源栅网的清洗是非常必要的。图1为离子源刻蚀副产物沉积简图。可以看到刻蚀产物被轰击出晶圆表面后会呈发散状沉积到腔室各处及栅网表面且栅网表面大多数沉积都在栅网朝向晶圆的方向，同时由于栅网孔的存在，副产物也会穿过加速栅网沉积在屏栅上造成两层栅网都被污染。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中的不足，提供一种离子束刻蚀系统的栅网清洗装置，通过在离子源栅网上施加射频电压，使栅网的射频电压与离子源腔室构成电容模型来进行栅网的清洗；同时，可以根据实际需求，快速切换清洗流程和刻蚀流程，提高工艺效率。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型实施例提出了一种离子束刻蚀系统的栅网清洗装置，离子源栅网由屏栅和加速栅组成，且两层栅网之间由绝缘介质隔开，所述栅网清洗装置包括具有选通功能的射频功率生成模块、第一输出端子和第二输出端子；射频功率生成模块分别通过第一输出端子与离子源线圈连接，以及通过第二输出端子与离子源栅网连接；

在刻蚀时，只有第一输出端子与射频功率生成模块导通；在清洗时，只有第二输出端子与射频功率生成模块导通。

进一步地，所述射频功率生成模块包括射频功率源和高压三通继电器；

所述高压三通继电器包括输入端、控制端、第一输出端和第二输出端；其中，控制端在外部电压控制下使第一输出端和第二输出端中的任意一个与输入端导通；

所述高压三通继电器的输入端与射频功率源的输出端连接，第一输出端通过第一输出端子与离子源线圈连接，第二输出端通过第二输出端子与离子源栅网连接。

进一步地，所述射频功率源包括射频电源和射频匹配器；射频电源的输出端和射频匹配器的输入端连接，射频匹配器的输出端与高压三通继电器的输入端连接。

进一步地，所述射频功率生成模块包括第一射频电源、第一射频匹配器、第二射频电源和第二射频匹配器；

所述第一射频电源的输出端和第一射频匹配器的输入端连接，且第一射频匹配器的输出端通过第一输出端子与离子源线圈连接；

所述第二射频电源的输出端和第二射频匹配器的输入端连接，且第二射频匹配器的输出端通过第二输出端子与离子源栅网连接。

进一步地，所述第二输出端只与屏栅或者加速栅连接。

进一步地，所述栅网清洗装置包括离子源中和器。

进一步地，所述栅网清洗装置包括清洗进气法兰；

所述清洗进气法兰安装在腔室上，与气源连接。

进一步地，所述气源包括氩气，或者氩气和氧气的组合气体。

进一步地，所述栅网清洗装置包括计数器；该计数器至少包括安装在离子束刻蚀系统外壳上的显示屏。

进一步地，所述高压继电器安装在腔室内。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提出的栅网清洗装置，通过在离子源栅网上施加射频电压，使栅网的射频电压与离子源腔室构成电容模型来进行栅网的清洗；同时，可以根据实际需求，可以大大减少离子束刻蚀机开腔PM的次数，同时也能减少颗粒污染，提高工艺效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例的离子源刻蚀副产物沉积示意图。

图2为本实用新型实施例的离子束刻蚀系统的栅网清洗装置的示意图。

图3为本实用新型实施例的离子束刻蚀系统的栅网清洗装置的切换原理示意图。

图4为本实用新型实施例的离子束刻蚀系统的栅网清洗装置的清洗原理示意图。

图5为本实用新型实施例离子源栅网射频等效模型示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

需要注意的是，实用新型中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

本实用新型实施例提出了一种离子束刻蚀系统的栅网清洗装置，离子源栅网由屏栅和加速栅组成，且两层栅网之间由绝缘介质隔开，栅网清洗装置包括具有选通功能的射频功率生成模块、第一输出端子和第二输出端子；射频功率生成模块分别通过第一输出端子与离子源线圈连接，以及通过第二输出端子与离子源栅网连接。

在刻蚀时，只有第一输出端子与射频功率生成模块导通；在清洗时，只有第二输出端子与射频功率生成模块导通。通过在离子源栅网上施加射频电压，栅网的射频电压与离子源腔室构成电容模型来进行栅网的清洗。

本实施例提供了两种具有选通功能的射频功率生成模块的结构方式。

第一种，射频功率生成模块包括射频功率源和高压三通继电器105；高压三通继电器105包括输入端、控制端、第一输出端和第二输出端；其中，控制端在外部电压控制下使第一输出端和第二输出端中的任意一个与输入端导通；高压三通继电器105的输入端与射频功率源的输出端连接，第一输出端通过第一输出端子与离子源线圈连接，第二输出端通过第二输出端子与离子源栅网连接。

优选的，射频功率源包括射频电源102和射频匹配器101；射频电源102的输出端和射频匹配器101的输入端连接，射频匹配器101的输出端与高压三通继电器105的输入端连接。

第二种，射频功率生成模块包括第一射频电源、第一射频匹配器、第二射频电源和第二射频匹配器；第一射频电源的输出端和第一射频匹配器的输入端连接，且第一射频匹配器的输出端通过第一输出端子与离子源线圈连接；第二射频电源的输出端和第二射频匹配器的输入端连接，且第二射频匹配器的输出端通过第二输出端子与离子源栅网连接。

在第一种结构方式中，只提供一个射频功率源，再通过高压三通继电器105来选通第一输出端子或第二输出端子。在第二种结构方式中，提供两个射频功率源，此时可以不需要高压三通继电器105来选通，人为控制相应的射频功率源的开关状态即可，或者将高压三通继电器105改用于控制射频功率源的开关状态；具体的，在刻蚀时开启第一射频电源和第一射频匹配器，在清洗时开启第二射频电源和第二射频匹配器。当采用两套射频功率源分别进行刻蚀和清洗时，两套电源可以是同频的，也可以是不同频率的组合。

为了简化描述过程，下面仅以第一种射频生成模块的结构方式来进行说明。

射频功率源由高压三通继电器105控制，在刻蚀时，射频功率源接入离子源射频线圈，以电感的形式对气体进行电离，解离后形成的氩离子经过栅网的加速与中和器发射出的电子中和形成原子轰击晶圆表面，实现晶圆的刻蚀。当需要清洗时，射频功率源经过高压三通继电器105连接至栅网，这样就构成了一个电容放电模型，实现对栅网表面进行清洗。图3为这种可切换离子源刻蚀-清洗结构简图。由于电容模型加到电极上的电压与电极面积成反比。即电极面积越小，加载到极板上射频电压越大，相对应的等离子体鞘层电压就越大，轰击能力就越强。由于离子源栅网面积远小于腔室地面积，所以清洗模式下等离子体对栅网轰击能量较大。图4为离子源栅网清洗原理简图。

优选的，高压三通继电器105可以是直接至于真空中，也可以是至于大气中，通过Feedthrough连接。高压三通继电器105切换不可在工艺过程中切换，只能在射频功率关闭时进行。

图2为本实用新型实施例的离子束刻蚀系统的栅网清洗装置的示意图。晶圆110通过机械手传输至载片台111，载片台可以进行公转和自转来满足离子入射角需求，反应器通过气体流量计控制经过进气喷嘴103进入腔室，射频电源102经匹配网络(射频匹配器)101将射频功率加载至射频线圈104将刚通入腔室的反应气体电离成氩离子，氩离子被加在屏栅106和加速栅107上的电场加速射出栅网表面，刚射出表面的高能氩离子被中和器109发射出的电子所中和，形成高能的氩原子来轰击晶圆，至此完成了一个完整的刻蚀过程。当需要清洗时，高压三通继电器105在外部电源作用下动作将射频功率源与栅网连接，射频电源102经过射频匹配器101将射频功率加载至栅网上，这时栅网与地之间以电容的方式进行等离子体加工，实现了对栅网的清洗，由于栅网面积远小于地的面积，所以大部分射频电压加在栅网上，可以实现对栅网上沾污进行快速的清洗。这样就实现了一个刻蚀-清洗的过程。

参见图5，由于离子源栅网由屏栅106和加速栅107组成，且两层栅网有绝缘介质108隔开，这样两层栅网间就构成了一个电容C1，根据平行板电容计算公式C＝εS/d，(其中ε为绝缘介质的介电系数，S为两层栅网的相对面积，d为两栅网间距)得出，两层栅网间电容C1容值较大，当栅网上加射频功率进行清洗时，两层栅网近似于短路，所以清洗时射频功率只从单层栅网接入即可。

由于离子源都配备中和器109来进行刻蚀时栅网发射出的高能离子中和，所以在清洗时我们也可以选择性开启中和器109，中和器109发射的电子可以促进清洗模式下等离子体的形成，也就是可以提高清洗时电容模型的启辉效率，让点火更容易。具体的，晶圆110通过机械手传输至载片台111，载片台可以进行公转和自转来满足离子入射角需求，反应器通过气体流量计控制经过进气喷嘴103进入腔室，射频电源102经匹配网络101将射频功率加载至射频线圈104将刚通入腔室的反应气体电离成氩离子，氩离子被加在屏栅106和加速栅107上的电场加速射出栅网表面，刚射出表面的高能氩离子被中和器109发射出的电子所中和，形成高能的氩原子来轰击晶圆，至此完成了一个完整的刻蚀过程。当需要清洗时，高压三通继电器105在外部电源作用下动作将射频功率源与栅网连接，清洗第一步先降反应气体及中和气体通入，第二部开启离子源中和器109，待中和电流稳定后开启射频电源102，射频功率经射频匹配器到栅网表面，在中和器109发射出的电子辅助下，该射频功率将通入栅网与腔室地之间的气体电离形成等离子体，等离子体在栅网表面形成等离子鞘层来加速离子轰击栅网表面实现了对栅网的清洗，至此完成了一个刻蚀-清洗的过程。

作为其中的一种优选例，前述刻蚀-清洗的过程可以是每刻蚀一片清洗一次，也可是刻蚀多次清洗一次，根据实际刻蚀量来选择。为了便于计数，可以在离子束刻蚀系统的外侧设置计数器，便于用户了解刻蚀量。

作为其中的一种优选例，通入的气体可以是刻蚀和清洗同一个气源，也可以是刻蚀用石英腔进气喷嘴进气，而清洗时利用腔室其他法兰进气，只要满足电容模型合理工作腔压即可。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种离子束刻蚀系统的栅网清洗装置，离子源栅网由屏栅和加速栅组成，且两层栅网之间由绝缘介质隔开，其特征在于，所述栅网清洗装置包括具有选通功能的射频功率生成模块、第一输出端子和第二输出端子；射频功率生成模块分别通过第一输出端子与离子源线圈连接，以及通过第二输出端子与离子源栅网连接；

在刻蚀时，只有第一输出端子与射频功率生成模块导通；在清洗时，只有第二输出端子与射频功率生成模块导通。

2.根据权利要求1所述的离子束刻蚀系统的栅网清洗装置，其特征在于，所述射频功率生成模块包括射频功率源和高压三通继电器；

所述高压三通继电器包括输入端、控制端、第一输出端和第二输出端；其中，控制端在外部电压控制下使第一输出端和第二输出端中的任意一个与输入端导通；

所述高压三通继电器的输入端与射频功率源的输出端连接，第一输出端通过第一输出端子与离子源线圈连接，第二输出端通过第二输出端子与离子源栅网连接。

3.根据权利要求2所述的离子束刻蚀系统的栅网清洗装置，其特征在于，所述射频功率源包括射频电源和射频匹配器；射频电源的输出端和射频匹配器的输入端连接，射频匹配器的输出端与高压三通继电器的输入端连接。

4.根据权利要求1所述的离子束刻蚀系统的栅网清洗装置，其特征在于，所述射频功率生成模块包括第一射频电源、第一射频匹配器、第二射频电源和第二射频匹配器；

所述第一射频电源的输出端和第一射频匹配器的输入端连接，且第一射频匹配器的输出端通过第一输出端子与离子源线圈连接；

所述第二射频电源的输出端和第二射频匹配器的输入端连接，且第二射频匹配器的输出端通过第二输出端子与离子源栅网连接。

5.根据权利要求1-4任意一项中所述的离子束刻蚀系统的栅网清洗装置，其特征在于，所述第二输出端只与屏栅或者加速栅连接。

6.根据权利要求1-4任意一项中所述的离子束刻蚀系统的栅网清洗装置，其特征在于，所述栅网清洗装置包括离子源中和器。

7.根据权利要求1-4任意一项中所述的离子束刻蚀系统的栅网清洗装置，其特征在于，所述栅网清洗装置包括清洗进气法兰；

所述清洗进气法兰安装在腔室上，与气源连接。

8.根据权利要求2中所述的离子束刻蚀系统的栅网清洗装置，其特征在于，所述高压三通继电器安装在腔室内。

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