TW202209404A - 電漿處理裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明揭露了一種電漿處理裝置，包括：反應腔；絕緣視窗，位於反應腔的頂部；線圈，位於絕緣視窗上，線圈包括第一端和第二端；第一線圈連接件，與第一端連接；第二線圈連接件，與第二端連接；射頻功率源、第一線圈連接件、線圈和第二線圈連接件形成一個回路，完成射頻功率源的接入，當射頻功率源經由線圈時會產生電磁場，該電磁場的磁力線穿過絕緣視窗進入反應腔內，再從反應腔穿過該絕緣視窗；當射頻功率源依次透過第一線圈連接件、線圈和第二線圈連接件時，第一遮罩件可遮罩第一線圈連接件上產生的電磁場，第二遮罩件可遮罩第二線圈連接件上產生的電磁場，減小對線圈產生的電磁場的影響，增加電漿的均勻性，進而增加晶圓蝕刻的均勻性。
Description
本發明涉及半導體製程設備領域，具體涉及一種電漿處理裝置。
現有的電漿處理裝置中，例如是一種電感耦合式的電漿蝕刻裝置，包含一反應腔， 反應腔內部設置內襯，用以保護反應腔內壁不被電漿腐蝕，反應腔側壁靠近絕緣視窗的一端設置氣體注入口，在其他實施例中也可以在絕緣視窗的中心區域設置氣體注入口，氣體注入口用於將反應氣體注入真空反應腔內，射頻功率源的射頻功率驅動電感耦合線圈產生較強的高頻交變磁場，使得反應腔內低壓的反應氣體被電離產生電漿，到達基片上表面的電漿可對基片進行蝕刻等處理；在反應腔的下游位置設置基座，基座上設置靜電吸盤，靜電吸盤內部設置一靜電電極，用於產生靜電吸力，以實現在製程過程中對待處理基片的支撐固定。電漿中含有大量的電子、離子、激發態的原子、分子和自由基等活性粒子，上述活性粒子可以和待處理基片的表面發生多種物理和化學反應，使得基片表面的形貌發生改變，即完成蝕刻過程。一偏置射頻功率源透過射頻匹配網路將偏置射頻電壓施加到基座上，用於控制電漿中帶電粒子的轟擊方向。真空反應腔的下方還設置一排氣泵，用於將反應副產物排出真空反應腔，維持反應腔的真空環境。
現有技術中，電漿處理裝置使用氣體輸送系統輸送氣體到其真空腔體中，線圈接入射頻功率源後產生電漿，從而對晶圓進行蝕刻。線圈產生的電磁場會受到外界的電磁場影響，降低產生的電漿的均勻性，進而降低晶圓蝕刻的均勻性。隨著蝕刻製程的發展，對蝕刻的均勻性要求越來越高。
本發明的目的在於提供一種電漿處理裝置，以降低第一線圈連接件和第二線圈連接件對線圈產生的電磁場的影響，增加電漿分佈的均勻性，提高晶圓蝕刻的均勻性。
為了達到上述目的，本發明採用的技術方案如下：一種電漿處理裝置，包括：反應腔，該反應腔為真空反應腔；絕緣視窗，位於反應腔的頂部；線圈，位於絕緣視窗上，線圈包括第一端和第二端；第一線圈連接件，與第一端連接；第二線圈連接件，與第二端連接；射頻功率源、第一線圈連接件、線圈和第二線圈連接件形成一個回路，完成射頻功率源的接入，當射頻功率源經由線圈時會產生電磁場，該電磁場的磁力線穿過絕緣視窗進入反應腔內，再從反應腔穿過該絕緣視窗；第一遮罩件，套設在第一線圈連接件上，用於遮罩第一線圈連接件產生的電磁場；第二遮罩件，套設在第二線圈連接件上，用於遮罩第二線圈連接件產生的電磁場；射頻功率源在經由第一線圈連接件、第二線圈連接件時分別產生相應的電磁場，該電磁場會影響線圈產生的電磁場，影響電漿的均勻性，進而影響晶圓蝕刻的均勻性；射頻功率源，透過第一線圈連接件與線圈的第一端連接，從線圈的第二端經過第二線圈連接件形成射頻回路；當射頻功率源依次通過第一線圈連接件、線圈和第二線圈連接件時，第一遮罩件可遮罩第一線圈連接件上產生的電磁場，第二遮罩件可遮罩第二線圈連接件上產生的電磁場，減小對線圈產生的電磁場的影響，增加電漿的均勻性，進而增加晶圓蝕刻的均勻性。
可選地，第一遮罩件與第一線圈連接件之間設有第一絕緣層，第一絕緣層在第一遮罩件和第一線圈連接件之間起到絕緣效果；及/或，第二遮罩件與第二線圈連接件之間設有第二絕緣層，第二絕緣層在第二遮罩件和第二線圈連接件之間起到絕緣效果。
可選地，第一遮罩件及/或第二遮罩件為層狀結構。
可選地，層狀結構的最小厚度為1毫米，1毫米為可完全遮罩第一線圈連接件/第二線圈連接件所產生的電磁場的最小厚度。
可選地，第一遮罩件及/或第二遮罩件為鋁或紫銅。
可選地，第一線圈連接件包括一第一立桿、一第一橫桿和一第二立桿，第一立桿和第二立桿分別與第一橫桿的兩端固定連接，第一立桿和第三立桿均垂直於線圈所在的平面，第一橫桿不與線圈所在的平面垂直；第一遮罩件套設在第一橫桿外；及/或，第二線圈連接件包括一第三立桿、一第二橫桿和一第四立桿，第三立桿和第四立桿分別與第二橫桿的兩端固定連接，第三立桿和第四立桿均垂直於線圈所在的平面，第二橫桿不與線圈所在的平面垂直；第二遮罩件套設在第二橫桿上。經大量的實驗發現，豎直方向上的第一立桿、第二立桿、第三立桿或第四立桿的電磁場主要位於絕緣視窗的上方；水平方向上的第一橫桿、第二橫桿產生的電磁場分佈在絕緣視窗的上方及下方，故絕緣層套設在第一橫桿、第二橫桿上，即可遮罩第一線圈連接件、第二線圈連接件所產生的絕大部分電磁場，節省絕緣層、遮罩層所需的材料。
可選地，第一遮罩件還設於第一立桿及/或第二立桿外，第二遮罩件還設於第三立桿及/或第四立桿外。
可選地，第一遮罩件與第一線圈連接件之間形成有第一環形腔體，且第一遮罩件與第一線圈連接件之間的相對位置固定，第一環形腔體在第一遮罩件和第一線圈連接件之間起到絕緣效果。
可選地，第一遮罩件與第一線圈連接件之間安裝有第三絕緣層和第四絕緣層，第三絕緣層和第四絕緣層將第一環形腔體封閉，使第一環形腔體的埠處封閉以形成密閉的第一環形腔體，進而使第一線圈連接件產生的電磁場不會經由第一環形腔體的端部敞口處流出，以增加遮罩效果。
可選地，第二遮罩件與第二線圈連接件之間形成有第二環形腔體，且第二遮罩件與第二線圈連接件之間的相對位置固定，第二環形腔體在第二遮罩件和第二線圈連接件之間起到絕緣的效果。
可選地，第二遮罩件與第二線圈連接件之間安裝有第五絕緣層和第六絕緣層，第五絕緣層和第六絕緣層將第二環形腔體封閉，使第二環形腔體的埠處封閉以形成封閉的第二環形腔體，進而使第二線圈連接件產生的電磁場不會經由第二環形腔體的端部敞口處流出，以增加遮罩效果。
與現有技術相比，本發明技術方案至少具有以下優點之一：
(1)當射頻功率源依次通過第一線圈連接件、線圈和第二線圈連接件時，由於第一遮罩件可遮罩第一線圈連接件上產生的電磁場，第二遮罩件可遮罩第二線圈連接件上產生的電磁場，因此，能夠減小第一線圈連接件和第二線圈連接件對線圈產生的電磁場的影響，使電漿的分佈較均勻，因此，有利於提高晶圓蝕刻的均勻性；
(2)第一遮罩件與第一線圈連接件之間設有第一絕緣層或第一環形腔體，在第一遮罩件和第一線圈連接件之間起到絕緣效果；第二遮罩件與第二線圈連接件之間設有第二絕緣層或第二環形腔體，在第二遮罩件和第二線圈連接件之間起到絕緣效果，使射頻電源不會流經第一遮罩件或第二遮罩件，第一遮罩件、第二遮罩件在遮罩第一線圈連接件、第二線圈連接件產生的電磁場的同時，其本身不產生電磁場；
(3)第一橫桿、第二橫桿產生的電磁場分佈在絕緣視窗的上方及下方易對電漿的均勻性造成影響，故絕緣層套設在第一橫桿、第二橫桿上，即可遮罩第一線圈連接件、第二線圈連接件所產生的絕大部分電磁場，能夠降低第一線圈連接件和第二線圈連接件對線圈產生的電磁場的影響，有利於增加電漿分佈的均勻性，提高晶圓蝕刻的均勻性。
以下結合圖1至圖4具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。根據下面說明，本發明的優點和特徵將更清楚。需要說明的是，圖式採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施方式的目的。為了使本發明的目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，請參閱附圖。須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士瞭解與閱讀，並非用以限定本發明實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容能涵蓋的範圍內。
需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者現場設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者現場設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括要素的過程、方法、物品或者現場設備中還存在另外的相同要素。
圖1為本發明一種電漿處理裝置的結構示意圖。
請參閱圖1，電漿處理裝置包括：反應腔200，該反應腔200為真空反應腔，反應腔200內放置有靜電吸盤100，靜電吸盤100內部設置有靜電電極，用於產生靜電吸力，以實現在電漿蝕刻製程中對待處理的晶圓進行固定，靜電吸盤100下方設置有加熱裝置，用於對製程中晶圓的溫度進行控制；絕緣視窗300，位於反應腔200的頂部；線圈400，位於絕緣視窗300上，外接射頻功率源之後產生高頻交變磁場，用於電離接入反應腔內的反應氣體以產生電漿，線圈400包括第一端和第二端；第一線圈連接件600，與第一端連接；第二線圈連接件500，與第二端連接；射頻功率源、第一線圈連接件600、線圈400和第二線圈連接件500形成一個回路，完成射頻功率源的接入，當射頻功率源經由線圈400時會產生電磁場，該電磁場的磁力線穿過絕緣視窗300進入反應腔200內，再從反應腔200穿過該絕緣視窗300；第一遮罩件602，套設在第一線圈連接件600上，用於遮罩第一線圈連接件600產生的電磁場；第二遮罩件502，套設在第二線圈連接件500上，用於遮罩第二線圈連接件500產生的電磁場；射頻功率源透過第一線圈連接件600與線圈400的第一端連接，從線圈400的第二端經過第二線圈連接件500再次返回射頻功率源形成射頻回路；當射頻功率源依次通過第一線圈連接件600、線圈400和第二線圈連接件500時，第一遮罩件602可遮罩第一線圈連接件600上產生的電磁場，第二遮罩件502可遮罩第二線圈連接件500上產生的電磁場，減小第一線圈連接件600和第二線圈連接件500對線圈400產生的電磁場的影響，增加電漿的均勻性，進而增加晶圓蝕刻的均勻性。
在本實施例中，以第一線圈連接件600的形狀為彎折結構進行示意性說明，請參考圖2，第一線圈連接件600包括：第一立桿6001、第一橫桿6002和第二立桿6003，第一立桿6001和第二立桿6003分別與第一橫桿6002的兩端固定連接，第一遮罩件602套設在第一立桿6001、第一橫桿6002和第二立桿6003外；第一橫桿6002可以為水平桿，其也可以與水平面具有一定的傾斜角度，第一立桿6001、第二立桿6003可以為垂直桿，其也可以與豎直方向具有一定的傾斜角度。豎直方向上的第一立桿6001、第二立桿6003產生的電磁場主要位於絕緣視窗300的上方；水平方向上的第一橫桿6002產生的電磁場分佈在絕緣視窗300的上方及下方，故第一遮罩件套設在第一橫桿6002，即可遮罩第一線圈連接件600所產生的絕大部分電磁場。實際上，第一線圈連接件的形狀不限，還可以為豎直結構或者其它形狀的結構，只要可達到接入射頻電源後形成射頻回路的技術效果即可。
第二線圈連接件500的形狀為任一上述的第一線圈連接件600可能的結構(例如圖1中以第二線圈連接件500為折彎結構進行示意性說明，其包括第三立桿、第二橫桿和第四立桿，實際上，第二線圈連接件500的形狀也不作限定)，後續僅記載第一線圈連接件600的具體結構，第二線圈連接件500的具體結構與第一線圈連接件600相同或者類似，在此不再贅述。
第一遮罩件602和第二遮罩件502的材料為鋁或紫銅，因此，第一遮罩件602和第二遮罩件502具有電磁場遮罩的作用。
在本實施例中，以第一遮罩件602和第二遮罩件502均為層狀結構進行示意性說明；層狀結構的最小厚度為1毫米，1毫米為可完全遮罩第一線圈連接件600或第二線圈連接件500所產生的電磁場的最小厚度。
如下以第一線圈連接件600為彎折結構，且第一遮罩件602設於第一橫桿6002、第一立桿6001以及第二立桿6003外為例具體說明如何利用第一遮罩件602實現磁遮罩的。
實施例一：
請參考圖1和圖2，圖1為一種電漿處理裝置的結構示意圖，圖2為圖1中區域A的放大結構示意圖。
在本實施例中，由於第一遮罩件602不僅設於第一橫桿6002，還設於第一立桿6001、第二立桿6003，使得第一線圈連接件600不僅水平方向的磁力線而且豎直方向的磁力線都能夠被第一遮罩件遮罩，則第一線圈連接件對線圈的影響較小，能夠提高電漿分佈的均勻性，進而提高晶圓蝕刻的均勻性。
在本實施例中，還在第一遮罩件602與第一線圈連接件600之間設置第一絕緣層601，第一絕緣層601的材料可以是各種塑膠，比如特氟龍、聚醚醯亞胺等。由於第一絕緣層601具有良好的絕緣能力，使第一絕緣層601能夠防止電流的集膚效應發生在第一線圈連接件600上。
在其它實施例中，第一遮罩件602僅設於第一橫桿6002外，第二遮罩件僅設於第二橫桿外；或者，第一遮罩件602除了設置在第一橫桿6002外，還設置在第一立桿6001和第二立桿6003中的一個外部，第二遮罩件除了設置在第二橫桿外，還設置在第三立桿和第四立桿中的一個外部。
實施例二：
圖3為第一種可替換圖1中區域A的結構示意圖。
在本實施例中，第一遮罩件602與第一線圈連接件600之間不設置第一絕緣層601，第一遮罩件602與第一線圈連接件600之間形成有第一環形腔體，且第一遮罩件602與第一線圈連接件600之間的相對位置固定，第一遮罩件602透過一固定端(該固定端為任意可支撐該第一遮罩件602的結構)進行支撐，第一環形腔體在第一遮罩件602和第一線圈連接件600之間起到絕緣效果，說明環形腔體也可以起到絕緣作用，防止電流的集膚效應發生在第一線圈連接件600和第二線圈連接件500上。
在其它實施例中，第一遮罩件僅設於第一橫桿6002外，第二遮罩件僅設於第二橫桿外；或者，第一遮罩件除了設置在第一橫桿6002外部，還設置在第一立桿6001和第二立桿6003中的一個外部，第二遮罩件除了設置在第二橫桿外部，還設置在第三立桿和第四立桿中的一個外部。
實施例三 ：
圖4為第二種可替換圖1中區域A的結構示意圖。
在本實施例中，第一遮罩件與第一線圈連接件之間部分設置絕緣層，這樣設置的意義在於：
第一遮罩件602與第一線圈連接件600之間安裝有第三絕緣層604和第四絕緣層605，第三絕緣層604和第四絕緣層605將第一環形腔體封閉，使第一環形腔體的埠處封閉以形成密閉的第一環形腔體，進而使第一線圈連接件600產生的電磁場不會經由第一環形腔體的端部敞口處流出，以增加遮罩效果，增加蝕刻的均勻性。另外，第一遮罩件602套設在第一線圈連接件600上，且二者之間透過第三絕緣層604、第四絕緣層605進行支撐，第一遮罩件602無需支撐端或支撐面即可將第一遮罩件602與第一線圈連接件600之間的相對位置固定，另外第三絕緣層604、第四絕緣層605可以將第一橫桿6002上產生的電磁場遮罩，使電磁場不會外泄，電磁遮罩效果更佳。第二遮罩件類似，不再贅述。
在其它實施例中，第一遮罩件僅設於第一橫桿6002外部，第二遮罩件僅設於第二橫桿外部；或者，第一遮罩件除了設置在第一橫桿6002外部，還設置在第一立桿6001和第二立桿6003中的一個外部，第二遮罩件除了設置在第二橫桿外部，還設置在第三立桿和第四立桿中的一個外部。以上以第一線圈連接件為例進行說明，在本實施例中，第二線圈連接件的形狀與第一線圈連接件的形狀相同。在其它實施例中，第二線圈連接件的形狀與第一線圈連接件的形狀不同。
第二線圈連接件外設置的第二遮罩件，用於遮罩第二線圈連接件產生的電磁場對線圈造成影響。第二線圈連接件與第二遮罩件之間也可以如圖2至圖4設計，即：第二線圈連接件與第二遮罩件之間設置絕緣層，或者第二遮罩件與第二線圈連接桿之間設置空腔，或者第二遮罩件與第二線圈連接桿之間僅設置部分絕緣層，以防止電流的趨膚效應發生在第二線圈連接件500。
儘管本發明的內容已經透過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域之具備通常知識者閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的，例如，對線圈連接件的形狀進行常規替換。因此，本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。
100:靜電吸盤
200:反應腔
300:絕緣視窗
400:線圈
500:第二線圈連接件
502:第二遮罩件
600:第一線圈連接件
601:第一絕緣層
602:第一遮罩件
604:第三絕緣層
605:第四絕緣層
6001:第一立桿
6002:第一橫桿
6003:第二立桿
圖1為本發明一種電漿處理裝置的結構示意圖；
圖2為圖1中區域A的放大結構示意圖；
圖3為第一種可替換圖1中區域A的結構示意圖；
圖4為第二種可替換圖1中區域A的結構示意圖。
100:靜電吸盤
200:反應腔
300:絕緣視窗
400:線圈
500:第二線圈連接件
502:第二遮罩件
600:第一線圈連接件
601:第一絕緣層
602:第一遮罩件
Claims (11)
- 一種電漿處理裝置，其中，包括： 一反應腔； 一絕緣視窗，位於該反應腔的頂部； 一線圈，位於該絕緣視窗上，該線圈包括一第一端和一第二端； 一第一線圈連接件，與該第一端連接； 一第二線圈連接件，與該第二端連接； 一第一遮罩件，套設在該第一線圈連接件上，用於遮罩該第一線圈連接件產生的電磁場； 一第二遮罩件，套設在該第二線圈連接件上，用於遮罩該第二線圈連接件產生的電磁場； 一射頻功率源，透過該第一線圈連接件與該線圈的該第一端連接，然後從該線圈的該第二端經過該第二線圈連接件再回到該射頻功率源形成射頻回路。
- 如請求項1所述的電漿處理裝置，其中，該第一遮罩件與該第一線圈連接件之間設有一第一絕緣層； 及/或，該第二遮罩件與該第二線圈連接件之間設有一第二絕緣層。
- 如請求項1所述的電漿處理裝置，其中，該第一遮罩件及/或該第二遮罩件為層狀結構。
- 如請求項3所述的電漿處理裝置，其中，該層狀結構的最小厚度為1毫米。
- 如請求項1所述的電漿處理裝置，其中，該第一遮罩件及/或該第二遮罩件的材料為鋁或紫銅。
- 如請求項1所述的電漿處理裝置，其中，該第一線圈連接件包括一第一立桿、一第一橫桿和一第二立桿，該第一立桿和該第二立桿分別與該第一橫桿的兩端固定連接；該第一遮罩件套設在該第一橫桿外； 及/或，該第二線圈連接件包括一第三立桿、一第二橫桿和一第四立桿，該第三立桿和該第四立桿分別與該第二橫桿的兩端固定連接；該第二遮罩件套設在該第二橫桿上。
- 如請求項6所述的電漿處理裝置，其中，該第一遮罩件還設於該第一立桿及/或該第二立桿外，該第二遮罩件還設於該第三立桿及/或該第四立桿外。
- 如請求項1所述的電漿處理裝置，其中，該第一遮罩件與該第一線圈連接件之間形成有一第一環形腔體，且該第一遮罩件與該第一線圈連接件之間的相對位置固定。
- 如請求項8所述的電漿處理裝置，其中，該第一遮罩件與該第一線圈連接件之間安裝有一第三絕緣層和一第四絕緣層，該第三絕緣層和該第四絕緣層將該第一環形腔體封閉。
- 如請求項1或請求項8所述的電漿處理裝置，其中，該第二遮罩件與該第二線圈連接件之間形成有一第二環形腔體，且該第二遮罩件與該第二線圈連接件之間的相對位置固定。
- 如請求項10所述的電漿處理裝置，其中，該第二遮罩件與該第二線圈連接件之間安裝有一第五絕緣層和一第六絕緣層，該第五絕緣層和該第六絕緣層將該第二環形腔體封閉。
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