TWI436407B - Sputtering chamber, pre-cleaning chamber and plasma processing equipment - Google Patents

Sputtering chamber, pre-cleaning chamber and plasma processing equipment Download PDF

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Description

濺鍍腔室、預清洗腔室以及等離子體加工設備
本發明涉及半導體加工技術領域，涉及一種濺鍍腔室、預清洗腔室以及等離子體加工設備。
等離子體加工設備廣泛用於當今的半導體積體電路、太陽能電池、平板顯示器等製造工藝中。產業上已經廣泛使用的等離子體加工設備有以下類型：例如，直流放電型，電容耦合(CCP)型，電感耦合(ICP)型以及電子迴旋共振(ECR)型。這些類型的等離子體加工設備目前被應用於沈積、蝕刻以及清洗等工藝。
濺鍍腔室是經常採用的一種沈積設備，其是將高功率直流電源連接至靶，通過直流電源產生的等離子體對靶進行轟擊，從而將靶的材料沈積在待加工的晶片上形成膜層。圖1為目前採用的一種沈積腔室的結構示意圖。如圖1所示，濺鍍腔室包括側壁1和底壁2，靶3設置於濺鍍腔室的頂部，並與直流電源6連接。靜電卡盤8設置於濺鍍腔室的底部，並通過第二匹配器44與第二射頻電源43連接。線圈7設置於側壁1位置的內側，並通過第一匹配器42與第一射頻電源41連接。
這種濺鍍腔室中的線圈7設置在腔室的內部，在實施工藝過程中線圈7具有很高的射頻偏壓，等離子體很容易被吸引至線圈7附近並對其進行濺鍍，這不僅會降低線圈7的使用壽命，增加物理氣相沈積設備的使用成本，而且會引入雜質。儘管可以通過採用與靶3相同的材料來製作線圈7，以避免因線圈7被濺鍍而引入雜質，但是這又影響了製作線圈7材料選擇的靈活性，而且容易增加設備的製造成本。另外，靶材容易在線圈7的表面累積，不僅會造成靶材的浪費，而且還會對晶片造成污染。
為了提高產品的質量，在實施沈積工藝之前，首先要對晶片進行預清洗(Preclean)，以去除晶片表面的氧化物等雜質。
圖2為目前採用的第一種預清洗腔室的結構示意圖。如圖2所示，該預清洗腔室包括側壁1、底壁2以及頂蓋9，頂蓋9為採用絕緣材料(如陶瓷或石英)製成的拱形頂蓋。線圈7設置在頂蓋9的上面(即反應腔室的外側)，與頂蓋9的結構相對應，線圈7為拱形螺線管線圈。第一射頻電源41通過第一匹配器42將射頻功率施加在線圈7上，以將腔室內的氣體激發為等離子體，從而對放置在靜電卡盤8上的晶片進行清洗。
這種預清洗腔室的頂蓋9為拱形結構，其不僅強度低，可靠性差，而且將具有很高射頻偏壓的線圈7設置頂蓋9的上面，在等離子體起輝時，高密度的等離子體會對頂蓋9產生較強的腐蝕作用，因此需要定期更換頂蓋9，而拱形結構的頂蓋9的製造成本較高，這將增加等離子體加工設備的使用成本。另外，清洗過程中所產生的顆粒容易附著在頂蓋9的表面，然而附著在拱形結構頂蓋9表面的顆粒的附著力較小，容易對放置在頂蓋9下方的晶片造成污染。
圖3為目前採用的第二種預清洗腔室的結構示意圖。如圖3所示，該預清洗腔室包括括側壁1、底壁2以及頂蓋9。在預清洗腔室的底部設有靜電卡盤8，在頂蓋9上設有用於將工藝氣體(氦氣或氫氣等)引入預清洗腔室內的進氣口5。在頂蓋9的外側設有由陶瓷或石英材料製成的遠端等離子體系統(RPS)4，遠端等離子體系統4用於將氣體激發為自由基占多數的等離子體。清洗時，自由基與晶片表面的氧化物反應產生氣體，然後由真空泵帶出預清洗腔室。
在第二種預清洗腔室中，遠端等離子體系統4比較昂貴，導致預清洗腔室的製造成本較高。而且，自由基具有很強的反應活性，容易對遠端等離子體系統4造成腐蝕，從而降低等離子體加工設備的使用壽命，進而增加等離子體加工設備的維護成本和使用成本。另外，遠端等離子體系統4的腐蝕又容易對晶片造成污染，導致清洗質量降低。
本發明要解決的技術問題就是針對等離子體加工設備中存在的上述缺陷，提供一種濺鍍腔室，其可以減少顆粒對被加工工件的污染，而且可以降低濺鍍腔室的使用成本。
為解決上述技術問題，本發明還提供一種預清洗腔室，其製造和使用成本低，而且可以減少顆粒對被加工工件的污染。
為解決上述技術問題，本發明還提供一種等離子體加工設備，該設備在運行過程中可以減少顆粒對被加工工件的污染，而且可以降低等離子體加工設備的製造和使用成本。
解決上述技術問題的所採用的技術方案是提供一種等離子體加工設備，包括腔體、靶、基座以及電感線圈，所述靶設置在所述腔體頂端並與電源連接，所述基座設置在所述腔體底部，所述腔體包括疊置的絕緣子腔體和第一導電子腔體，且所述絕緣子腔體位於所述第一導電子腔體的上方，所述電感線圈設置在所述絕緣子腔體的外側； 所述絕緣子腔體的底端設有朝向絕緣子腔體中心軸凸出的凸緣，且在所述絕緣子腔體的內側的所述凸緣上設有法拉第遮罩件，所述法拉第遮罩件由金屬材料製成或者由表面鍍有導電材料的絕緣材料製成； 還包括用於遮擋所述法拉第遮罩件的底端與所述絕緣子腔體接縫處的第一遮擋部件，所述第一遮擋部件包括連接部和延伸部，所述連接部搭接在所述凸緣上，所述延伸部朝向所述第一導電子腔體延伸。
其中，在所述腔體的軸向方向，所述法拉第遮罩件的長度小於所述絕緣子腔體的長度。
其中，所述法拉第遮罩件在其軸向方向設有至少一個開縫。
其中，在所述開縫內填充有絕緣材料。
其中，在所述靶與所述腔體之間設有第二遮擋部，所述第二遮擋部件包括連接部和延伸部，所述連接部設置在 所述腔體與所述靶之間，所述延伸部朝向所述絕緣子腔體延伸且所述延伸部的底端低於所述法拉第遮罩件的頂端。
其中，所述腔體還包括第二導電子腔體，所述第二導電子腔體疊置在所述絕緣子腔體的上方且接地，在所述第二導電子腔體與所述靶之間設有隔離部件。
其中，在所述腔體的外側設有由導電材料製成且接地的線圈保護罩，所述線圈保護罩用於遮罩所述電感線圈所產生的電磁場。
本發明還提供一種預清洗腔室，包括腔體、頂蓋、基座以及電感線圈，所述頂蓋設置在所述腔體頂端，所述基座設置在所述腔體底部，所述腔體包括疊置的絕緣子腔體和第一導電子腔體，且所述絕緣子腔體位於所述第一導電子腔體的上方，所述電感線圈設置在所述絕緣子腔體的外側；所述絕緣子腔體的底端設有朝向絕緣子腔體中心軸凸出的凸緣，且在所述絕緣子腔體的內側的所述凸緣上設有法拉第遮罩件，所述法拉第遮罩件由金屬材料製成或者由表面鍍有導電材料的絕緣材料製成；還包括用於遮擋所述法拉第遮罩件的底端與所述絕緣子腔體接縫處的第一遮擋部件，所述第一遮擋部件包括連接部和延伸部，所述連接部搭接在所述凸緣上，所述延伸部朝向所述第一導電子腔體延伸。
其中，在所述腔體的軸向方向，所述法拉第遮罩件的長度小於所述絕緣子腔體的長度。
其中，所述法拉第遮罩件在其軸向方向設有至少一個 開縫。
其中，在所述開縫內填充有絕緣材料。
其中，在所述頂蓋與所述腔體之間設有第二遮擋部，所述第二遮擋部件包括連接部和延伸部，所述連接部設置在所述腔體與所述頂蓋之間，所述延伸部朝向所述絕緣子腔體延伸且所述延伸部的底端低於所述法拉第遮罩件的頂端。
其中，所述腔體還包括第二導電子腔體，所述第二導電子腔體疊置在所述絕緣子腔體的上方且接地。
其中，在所述腔體的外側設有由導電材料製成且接地的線圈保護罩，所述線圈保護罩用於遮罩所述電感線圈所產生的電磁場。
其中，還包括能夠使等離子體中自由基通過的過濾板，所述過濾板設置在所述腔體內且位於所述基座的上方。
其中，所述過濾板由金屬材料製成且接地，所述過濾板上設有多個通孔。
其中，所述過濾板的厚度為2~20mm，所述通孔的直徑為1~10mm，而且兩個相鄰通孔的中心線之間的間距為1~20mm。
本發明還提供一種等離子體加工設備，包括濺鍍腔室和預清洗腔室，所述濺鍍腔室採用本發明提供的所述的濺鍍腔室，所述預清洗腔室採用本發明提供的所述預清洗腔室。
本發明具有以下有益效果：本發明提供的濺鍍腔室，由於電感線圈設置在腔室的 側面且位於腔室的外側，即設置在絕緣子腔體的外側，因此，可以避免電感線圈被等離子體濺鍍，提高電感線圈的使用壽命，從而降低等離子體加工設備的使用成本；而且可以避免電感線圈被等離子體濺鍍而造成污染，從而減少濺鍍腔室內的顆粒污染；同時，可以避免靶材因沈積在電感線圈的表面而造成浪費，從而提高靶的利用率。
本發明提供的預清洗腔室，由於頂蓋位置不再設置線圈，因此可以將頂蓋設計成易於加工的結構，從而降低頂蓋的加工成本，進而降低預清洗腔室的製造和使用成本。而且，由於不再採用拱形結構的頂蓋，因此可以提高顆粒與頂蓋的附著力，減少甚至避免附著在頂蓋表面的顆粒對位於頂蓋下方的被加工工件的污染。
本發明提供的預清洗腔室相對於目前所採用的第二種預清洗腔室而言，通過設置在預清洗腔室側面的電感線圈來代替遠端等離子體系統，可以降低預清洗腔室的製造成本；而且可以減少因遠端等離子體系統被腐蝕而增加的維護費用，降低預清洗腔室的使用成本；同時可以減少因遠端等離子體系統被腐蝕而產生的污染，提高清洗的質量。
此外，本發明提供的等離子體加工設備，由於預清洗腔室和濺鍍腔室中的電感線圈均設置在腔室的外側，因此可以減少被加工工件的污染，同時降低整個等離子體加工設備的製造和使用成本。
作為本發明的一個優選實施方式，在電感線圈對應的腔體位置設置法拉第遮罩件，利用法拉第遮罩件的電感較小的特徵，可以降低法拉第遮罩件內表面的射頻偏壓，這 不僅可以阻止工藝過程中金屬粒子沈積在腔體的表面，而且可以阻止靶材料因沈積在腔室表面而造成靶材料的無用損耗，從而提高了靶的利用率。另外，法拉第遮罩件可以減少因等離子體轟擊腔體而造成腔體的損耗，從而提高等離子體加工設備的使用壽命，進而降低設備的使用成本。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。
在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是本發明還可以採用其他不同於在此描述的其他方式來實施，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。
其次，本發明結合示意圖進行詳細描述，在詳述本發明實施例時，為便於說明，表示裝置結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是舉例，其在此不應限制本發明保護的範圍。此外，在實際製作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。
為突出本發明的特點，附圖中沒有給出與本發明的發明點必然直接相關的部分。
目前，等離子體加工設備中的顆粒污染是影響工藝質量的重要原因之一，發明人研究發現，設置在腔室內部電感線圈具有很高的射頻偏壓，這將導致其極易被等離子體濺鍍，這是腔室內部污染顆粒的來源之一。另外，在等離 子體起輝時，高密度的等離子體會對設置電感線圈位置的腔室產生較強的腐蝕作用，這又將增加等離子體加工設備的製造成本以及使用成本。
基於上述緣由，本發明提供一種等離子體加工設備，將電感線圈設置在腔室的外部，並在腔室的內部設置法拉第遮罩件，以有效降低等離子體啟輝時因射頻偏壓而對腔室的腐蝕作用，以及有效阻止顆粒在腔室內表面的沈積。以下結合附圖詳細說明本發明所述等離子體加工設備的一個具體實施例。
實施例一
圖4為本發明提供的一種濺鍍腔室的結構示意圖。如圖4所示，濺鍍腔室包括腔體20、靶25、靜電卡盤29以及電感線圈13。腔體20固定在底壁2的上表面，在所述腔體20的頂端設置靶25。靶25、腔體20以及底壁2組成了等離子體加工設備的濺鍍腔室。
腔體20包括疊置的絕緣子腔體21和第一導電子腔體22，其中，第一導電子腔體22採用導電材料(如不銹鋼和鋁)製成且接地，其作為射頻和直流回路的接地端，用於保證正常的等離子體起輝和維持。絕緣子腔體21採用絕緣材料(如陶瓷或石英)製成。
提供沈積材料的靶25與直流電源28連接，用於將直流功率施加到金屬靶。在靶25的上面設有磁控管27，用於提高金屬靶表面的等離子體密度。另外，為了避免靶25通過腔體20接地，在絕緣子腔體21與靶25之間設有絕緣材料製成的隔離部件26，以使靶25和絕緣子腔體21電 絕緣。
靜電卡盤29設置在所述腔體20的底部(靠下位置)，並與金屬靶的位置相對。第二射頻電源16通過第二匹配器17與靜電卡盤29連接。在靜電卡盤29的內部還可以設置加熱裝置或冷卻裝置(圖中未示出)，以調節放置在靜電卡盤29表面的被加工工件的溫度，從而使被加工工件的溫度滿足不同工藝的要求。
本實施例中，在靶25的中央和/或邊緣設置有進氣口(圖中未示出)，在濺鍍腔室的底壁2與靜電卡盤29的連接位置設置有排氣口(圖中未示出)。在工藝過程中，借助該進氣口向濺鍍腔室輸入工藝氣體，然後藉助排氣口將殘餘氣體排出濺鍍腔室。
電感線圈13設置在絕緣子腔體21的外側，其匝數根據不同的工藝可以為1匝或1匝以上。第一射頻電源14通過第一匹配器15與電感線圈13連接，電感線圈13將第一射頻電源14和第一匹配器15傳送來的射頻功率耦合至濺鍍腔室內以使濺鍍腔室內的氣體電離而產生等離子體。第一射頻電源14的頻率可以為2MHz或13MHz或40MHz或60MHz。
優選地，在腔體20的外側設有將電感線圈13線圈保護罩18，線圈保護罩18採用金屬材料製成且接地，用以防止電感線圈13的電磁場能量對外界造成輻射影響。本實施例中，由於線圈保護罩18與第一導電子腔體22連接，而第一導電子腔體22接地，因此，線圈保護罩18接地。
絕緣子腔體21的內側設有由金屬材料製成的法拉第遮 罩件10。法拉第遮罩件10的形狀與絕緣子腔體21的形狀相同，不同之處在於法拉第遮罩件10的外徑略小於絕緣子腔體21的內徑。在本實施例中，法拉第遮罩件10為圓桶，因此也可稱為法拉第遮罩桶。
本實施例中，為了便於安裝法拉第遮罩件10，在絕緣子腔體21的底端設有朝向其中心軸凸出的凸緣211，凸緣211可以是連續的，也可以是間隔設置的凸緣段。在安裝法拉第遮罩件10時，可以直接將法拉第遮罩件10放置在凸緣211上。當然，本發明並不局限於通過凸緣211來安裝法拉第遮罩件10，也可以通過其他方式將法拉第遮罩件10安裝在絕緣子腔體的內側，如採用螺釘固定的方式。
圖5為圖4沿絕緣子腔體直徑方向的截面圖，圖6為圖4中法拉第桶的立體結構示意圖。請結合參閱圖4至圖6，法拉第遮罩件10在其軸向方向至少設有一個開縫101，在開縫101位置法拉第遮罩件10完全斷開，即，法拉第遮罩件10為非連續金屬桶，以有效地阻止法拉第遮罩件10的渦流損耗和發熱。優選的，所述開縫101的寬度小於10mm。
本實施例中，電感線圈13、絕緣子腔體21和法拉第遮罩件10構成了電感線圈系統，電感線圈13設置在絕緣子腔體21的外側，即設置在濺鍍腔室的外側，這樣可以避免電感線圈13被濺鍍，從而提高電感線圈13的使用壽命。
另外，為了避免法拉第遮罩件10的頂端與靶25接觸，以保證其處於懸浮電位，法拉第遮罩件10的高度小於絕 緣子腔體21的高度。
本實施例中，由於法拉第遮罩件10可以遮罩電磁場，相對於將線圈設置在金屬腔體內(參見圖1)而言，在相同的輸入功率下，法拉第遮罩件10上的射頻偏壓較低。因此，在等離子體起輝時，法拉第遮罩件10可以減小等離子體轟擊絕緣子腔體21，這不僅可以減小等離子體對絕緣子腔體21的侵蝕，延長絕緣子腔體21的使用時間，降低濺鍍腔室的使用成本；而且還可以有效阻止工藝過程所產生的顆粒沈積在腔室21內壁上，從而減少靶材料因沈積在絕緣子腔體21所造成的無用損耗，提高了靶的利用率，同時避免顆粒污染法拉第遮罩件10，從而減少法拉第遮罩件10的清洗次數，提高濺鍍腔室的使用效率。
優選的，法拉第遮罩件10的開縫101處填充絕緣材料30，如陶瓷或者石英，以進一步防止被濺鍍出的靶材料等金屬粒子沈積在絕緣子腔體21的內壁上，而且可以避免因沈積金屬粒子而導致法拉第遮罩件10在開縫處短路的現象。絕緣材料優選陶瓷，陶瓷材料可以更有效地避免開縫101處被金屬粒子覆蓋而造成開縫的短路。
需要說明的是，法拉第遮罩件10不限於採用金屬材料製成，還可以是由表面鍍有導電層的絕緣材料製成。
優選的，濺鍍腔室還包括：第一遮擋部件31和/或第二遮擋部件32。如圖4所示，第一遮擋部件31為圓環形結構，其包括連接部和延伸部，延伸部與連接部相垂直，即第一遮擋部件31沿濺鍍腔室的半徑方向的剖面呈“L”型。第一遮擋部件31的連接部與絕緣子腔體21的凸緣 211搭接，延伸部向第一導電子腔體22的方向延伸，這樣可以將絕緣子腔體21和第一導電子腔體22的連接位置遮擋，從而防止因金屬粒子沈積在絕緣子腔體21和第一導電子腔體22的連接處而導致絕緣子腔體21和第一導電子腔體22電連接，進而確保法拉第遮罩件10在等離子體起輝時保持穩定的懸浮電位。
第二遮擋部件32的結構與第一遮擋部件31的結構相同，第二遮擋部件32的連接部壓接在絕緣子腔體21與靶25的連接處，第二遮擋部件32的延伸部向絕緣子腔體21方向延伸，這樣可以防止金屬粒子沈積在絕緣子腔體21和靶25的連接處而導致絕緣子腔體21和靶25電連接，從而確保法拉第遮罩件10在等離子體起輝時保持穩定的懸浮電位。
本實施例中，由於在法拉第遮罩件10的端部分別設置第一遮擋部件31和第二遮擋部件32，從而可以保證法拉第遮罩件10在等離子體起輝時保持穩定的懸浮電位。第一遮擋部件31優選為陶瓷等材料，第二遮擋部件32優選為鋁等金屬材料。優選的，在第二遮擋部件32和靶25之間設置隔離部件26，以使靶25和第二遮擋部件32電絕緣，從而使得第二遮擋部件32具有獨立的電位，進而保證濺鍍腔室內的工藝氣體能夠正常起輝。
作為實施例一的第一變型實施例，本發明的濺鍍腔室還可以包括第二導電子腔體。圖7為本發明第一變型實施例濺鍍腔室的結構示意圖。如圖7所示，腔體20包括自上而下依次疊置的第二導電子腔體23、絕緣子腔體21和第 一導電子腔體22，其中，絕緣子腔體21採用絕緣材料製成，如陶瓷，第一導電子腔體22和第二導電子腔體23採用金屬材料製成，如鋁。
本實施例中，靶25、絕緣子腔體21、第一導電子腔體22和第二導電子腔體23共同組成了用於濺鍍的濺鍍腔室。由於第二導電子腔體23採用加工成本較低的金屬材料製成，因此可以降低濺鍍腔室的製造成本。
本實施例中，隔離部件26設置在第二導電子腔體23和靶25之間，第二遮擋部件32設置在第二導電子腔體23與隔離部件26之間，第二遮擋部件32的延伸部向下延伸，並將絕緣子腔體21和第二導電子腔體23的連接位置遮擋，這樣可以避免金屬粒子沈積在絕緣子腔體21和第二導電子腔體23的連接處。
第一變型實施例與實施例一相比，除增設第二導電子腔體23外，其他結構與實施例一相同，在此不再贅述。
圖8為本發明第二變型實施例濺鍍腔室的結構示意圖。請參閱圖8，濺鍍腔室省略了第二射頻電源和第二匹配器，靜電卡盤29直接接地。由於第一導電子腔體22和第二導電子腔體23均接地，該第二變型實施例所述濺鍍腔室可用於非射頻偏壓的加工工藝。
上述實施例由於將電感線圈13設置在濺鍍腔室的側面且位於濺鍍腔室的外側，因此，在實施物理氣相沈積工藝時可以避免電感線圈13被等離子體濺鍍，從而提高電感線圈13的使用壽命，降低濺鍍腔室的使用成本；而且可以減少濺鍍腔室內的顆粒污染源，提高靶的利用率，同時避免 因電感線圈表面沈積顆粒而污染被加工工件。
實施例二
圖9為本發明實施例二提供的預清洗腔室的結構示意圖。如圖9所示，預清洗腔室包括腔體20、頂蓋35、靜電卡盤29以及電感線圈13。腔體20固定在底壁2的上表面，頂蓋35設置在所述腔體20的頂端。頂蓋35、腔體20以及底壁2組成了預清洗腔室。
腔體20包括自上而下依次疊置的圓筒形的第二導電子腔體23、絕緣子腔體21和第一導電子腔體22，第二導電子腔體23和第一導電子腔體22接地，以作為射頻和直流回路的接地端，用於保證正常的等離子體起輝和維持。
電感線圈13設置在絕緣子腔體21的外側，並通過第一匹配器15與第一射頻電源14連接。電感線圈13將第一射頻電源14和第一匹配器15傳送來的射頻功率耦合至預清洗腔室內以使預清洗腔室內的氣體電離而產生等離子體。
靜電卡盤29設置在腔體20的底部，並通過第二匹配器17與第二射頻電源16連接。第二射頻電源16通過第二匹配器17與靜電卡盤29連接。在靜電卡盤29的內部還可以設置加熱裝置或冷卻裝置(圖中未示出)，以調節放置在靜電卡盤29表面的被加工工件的溫度，從而使被加工工件的溫度滿足不同工藝的要求。
實施例二除利用頂蓋35代替靶25外，其他結構與第一實施例相同，這裏不再贅述。
需要說明的是，在圖9中，雖然在頂蓋35和第二導電子腔體23之間未揭示隔離部件，在第一導電子腔體22和絕緣子腔體21的連接位置以及第二導電子腔體23與頂蓋35之間也未分別揭示第一遮擋部件31和第二遮擋部件32，但並不表示本實施例不能設置隔離部件、第一遮擋部件31以及第二遮擋部件32。即使在頂蓋35和第二導電子腔體23之間設置隔離部件，在第一導電子腔體22和絕緣子腔體21的連接位置以及第二導電子腔體23與頂蓋35之間分別設置第一遮擋部件31和第二遮擋部件32，也不會影響預清洗工藝，而且還可以產生對應的技術效果。
在第二實施例中，由於將電感線圈13設置在預清洗腔室的側面，使得頂蓋35的結構不再受電感線圈13以及工藝特徵的限制。因此，可以將頂蓋35設計成平板結構或其他易於加工的簡單結構，從而降低頂蓋35的製造成本，同時可以減少濺鍍腔室的使用成本。另外，平板結構的頂蓋35的機械強度較高，其與工藝過程所產生的顆粒具有良好的結合力，從而可以減少甚至避免附著在頂蓋表面的顆粒對位於頂蓋下方的被加工工件的污染。
實施例三
圖10為本發明實施例三提供的預清洗腔室的結構示意圖。請參閱圖10，預清洗腔室包括腔體20、靶39、靜電卡盤29以及電感線圈13。腔體20固定在底壁2的上表面，頂蓋35設置在所述腔體20的頂端。頂蓋35、腔體20以及底壁2組成了濺鍍腔室。
腔體20包括自上而下依次疊置的圓筒形的第二導電子腔體23、絕緣子腔體21和第一導電子腔體22，第二導電子腔體23和第一導電子腔體22接地，作為射頻和直流回路的接地端，以保證正常的等離子體起輝以及維持等離子體。
電感線圈13設置在絕緣子腔體21的外側，並通過第一匹配器15與第一射頻電源14連接。電感線圈13將第一射頻電源14和第一匹配器15傳送來的射頻功率耦合至預清洗腔室內以使預清洗腔室內的氣體電離而產生等離子體。
靜電卡盤29設置在預清洗腔室的底部，用於放置諸如晶片等被加工工件，而且靜電卡盤29接地。
在預清洗腔室的底部且在靜電卡盤29的上方設有接地的過濾板33，過濾板33由導電的金屬材料製成，其上設有多個通氣孔34。過濾板33用於過濾預清洗腔室內的等離子體，以使等離子體中呈電中性的自由基傳過過濾板33，並與諸如晶片等被加工工件表面的氧化物發生反應，從而達到清洗諸如晶片等被加工工件表面的目的。
本實施例中，過濾板33的厚度為1~20mm，通氣孔34的直徑為1~10mm，通氣孔34的間距為1~20mm。通氣孔34均勻地設置在過濾板33，當然，即使通氣孔34不均勻地設置在過濾板33上，也不會影響清洗工藝。
本實施例中，在預清洗腔室的徑向方向，法拉第遮罩件10與第二導電子腔體23存在間隙，該間隙小於5mm，這樣既可以保證法拉第遮罩件10處於懸浮狀態，又可以減 少顆粒進入法拉第遮罩件10與第二導電子腔體23之間的間隙內以及等離子體通過該間隙侵蝕腔體20。
為了進一步減少、甚至避免等離子體侵蝕腔體20，可以增加法拉第遮罩件10的高度，使法拉第遮罩件10頂端高於第二導電子腔體23與絕緣子腔體21的接縫位置。當然，也可以在頂蓋35與第二導電子腔體23之間設置類似於實施例一所述第二遮擋部件32，並使第二遮擋部件32的延伸部的底端低於法拉第遮罩件10頂端。
實施例三與實施例一的主要區別在於在利用頂蓋35代替靶25，以及在腔體20的底部設置過濾板33，除此之外，實施例三的其他結構與第一實施例相同，這裏不再贅述。
需要說明的是，在圖10中，雖然在頂蓋35和第二導電子腔體23之間未揭示隔離部件，在第一導電子腔體22和絕緣子腔體21的連接位置以及第二導電子腔體23與頂蓋35之間也未分別揭示第一遮擋部件31和第二遮擋部件32，但並不表示本實施例不能設置隔離部件、第一遮擋部件31以及第二遮擋部件32。即使在頂蓋35和第二導電子腔體23之間設置隔離部件，在第一導電子腔體22和絕緣子腔體21的連接位置以及第二導電子腔體23與頂蓋35之間分別設置第一遮擋部件31和第二遮擋部件32，也不會影響預清洗工藝，而且還可以產生對應的技術效果。另外，儘管圖中揭示靜電卡盤29接地，但本發明並不侷限於此，本發明也可以根據不同的工藝特點而使靜電卡盤29通過匹配器連接射頻電源，這同樣屬於本發明的保護範圍。
實施例三所述預清洗腔室利用設置在預清洗腔室側面的電感線圈來代替遠端等離子體系統，從而可以降低預清洗腔室的製造成本；而且可以減少因遠端等離子體系統被腐蝕而增加的維護費用，降低預清洗腔室的使用成本；同時可以減少因遠端等離子體系統被腐蝕而產生的污染，提高清洗的質量。
需要說明的是，上述三個實施例中的靜電卡盤29也可以用機械卡盤或其他能夠用於承載被加工工件的基座代替。
本實施例還提供一種等離子體加工設備，其包括預清洗腔室和濺鍍腔室，其中，濺鍍腔室採用上述實施例一及其變型實施例所述的濺鍍腔室，預清洗腔室採用上述實施例二或實施例三所述的預清洗腔室。
這種等離子體加工設備由於採用了本發明所述預清洗腔室和濺鍍腔室，因此可以減少被加工工件的污染，同時降低整個等離子體加工設備的製造和使用成本。
可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而採用的示例性實施方式，然而本發明並不侷限於此。對於所屬技術領域具有通常知識者而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護範圍。
1‧‧‧側壁
2‧‧‧底壁
3‧‧‧靶
6‧‧‧直流電源
7‧‧‧線圈
8‧‧‧靜電卡盤
9‧‧‧頂蓋
41‧‧‧第一射頻電源
42‧‧‧第一適配器
43‧‧‧第二射頻電源
44‧‧‧第二適配器
10‧‧‧法拉第屏蔽件
101‧‧‧開縫
13‧‧‧電感線圈
14‧‧‧第一射頻電源
15‧‧‧第一適配器
16‧‧‧第二射頻電源
17‧‧‧第二適配器
18‧‧‧線圈保護罩
20‧‧‧腔體
21‧‧‧絕緣子腔體
211‧‧‧凸緣
22‧‧‧第一導電子腔體
23‧‧‧第二導電子腔體
25‧‧‧靶
26‧‧‧隔離部件
27‧‧‧磁控管
28‧‧‧直流電源
29‧‧‧靜電卡盤
30‧‧‧絕緣材料
31‧‧‧第一遮擋部件
32‧‧‧第二遮擋部件
33‧‧‧過濾板
34‧‧‧通氣孔
35‧‧‧頂蓋
圖1為既有一種物理沈積設備的結構示意圖；圖2為既有第一種預清洗腔室的結構示意圖； 圖3為既有第二種預清洗腔室的結構示意圖；圖4為本發明提供的一種濺鍍腔室的結構示意圖；圖5為圖4沿絕緣子腔體直徑方向的截面圖；圖6為圖4中法拉第桶的立體結構示意圖；圖7為本發明第一變型實施例濺鍍腔室的結構示意圖；圖8為本發明第二變型實施例濺鍍腔室的結構示意圖；圖9為本發明實施例二提供的預清洗腔室的結構示意圖；以及圖10為本發明實施例三提供的預清洗腔室的結構示意圖。
2．．．底壁
10．．．法拉第屏蔽件
13．．．電感線圈
14．．．第一射頻電源
15．．．第一適配器
16．．．第二射頻電源
17．．．第二適配器
18．．．線圈保護罩
20．．．腔體
21．．．絕緣子腔體
211．．．凸緣
22．．．第一導電子腔體
25．．．靶
26．．．隔離部件
27．．．磁控管
28．．．直流電源
29．．．靜電卡盤
30．．．絕緣材料
31．．．第一遮擋部件
32．．．第二遮擋部

Claims (18)

  1. 一種濺鍍腔室，包括腔體、靶、基座以及電感線圈，所述靶設置在所述腔體頂端並與電源連接，所述基座設置在所述腔體底部，其特徵在於，所述腔體包括疊置的絕緣子腔體和第一導電子腔體，且所述絕緣子腔體位於所述第一導電子腔體的上方，所述電感線圈設置在所述絕緣子腔體的外側；所述絕緣子腔體的底端設有朝向絕緣子腔體中心軸凸出的凸緣，且在所述絕緣子腔體的內側的所述凸緣上設有法拉第遮罩件，所述法拉第遮罩件由金屬材料製成或者由表面鍍有導電材料的絕緣材料製成；還包括用於遮擋所述法拉第遮罩件的底端與所述絕緣子腔體接縫處的第一遮擋部件，所述第一遮擋部件包括連接部和延伸部，所述連接部搭接在所述凸緣上，所述延伸部朝向所述第一導電子腔體延伸。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的濺鍍腔室，其特徵在於，在所述腔體的軸向方向，所述法拉第遮罩件的長度小於所述絕緣子腔體的長度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的濺鍍腔室，其特徵在於，所述法拉第遮罩件在其軸向方向設有至少一個開縫。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的濺鍍腔室，其特徵在於，在所述開縫內填充有絕緣材料。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的濺鍍腔室，其特徵在於，在所述靶與所述腔體之間設有第二遮擋部，所述第二遮擋部件包括連接部和延伸部，所述連接部設置在所述腔 體與所述靶之間，所述延伸部朝向所述絕緣子腔體延伸且所述延伸部的底端低於所述法拉第遮罩件的頂端。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的濺鍍腔室，其特徵在於，所述腔體還包括第二導電子腔體，所述第二導電子腔體疊置在所述絕緣子腔體的上方且接地，在所述第二導電子腔體與所述靶之間設有隔離部件。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的濺鍍腔室，其特徵在於，在所述腔體的外側設有由導電材料製成且接地的線圈保護罩，所述線圈保護罩用於遮罩所述電感線圈所產生的電磁場。
  8. 一種預清洗腔室，包括腔體、頂蓋、基座以及電感線圈，所述頂蓋設置在所述腔體頂端，所述基座設置在所述腔體底部，其特徵在於，所述腔體包括疊置的絕緣子腔體和第一導電子腔體，且所述絕緣子腔體位於所述第一導電子腔體的上方，所述電感線圈設置在所述絕緣子腔體的外側；所述絕緣子腔體的底端設有朝向絕緣子腔體中心軸凸出的凸緣，且在所述絕緣子腔體的內側的所述凸緣上設有法拉第遮罩件，所述法拉第遮罩件由金屬材料製成或者由表面鍍有導電材料的絕緣材料製成；還包括用於遮擋所述法拉第遮罩件的底端與所述絕緣子腔體接縫處的第一遮擋部件，所述第一遮擋部件包括連接部和延伸部，所述連接部搭接在所述凸緣上，所述延伸部朝向所述第一導電子腔體延伸。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的預清洗腔室，其特徵 在於，在所述腔體的軸向方向，所述法拉第遮罩件的長度小於所述絕緣子腔體的長度。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的預清洗腔室，其特徵在於，所述法拉第遮罩件在其軸向方向設有至少一個開縫。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的預清洗腔室，其特徵在於，在所述開縫內填充有絕緣材料。
  12. 如申請專利範圍第8項所述的預清洗腔室，其特徵在於，在所述頂蓋與所述腔體之間設有第二遮擋部，所述第二遮擋部件包括連接部和延伸部，所述連接部設置在所述腔體與所述頂蓋之間，所述延伸部朝向所述絕緣子腔體延伸且所述延伸部的底端低於所述法拉第遮罩件的頂端。
  13. 如申請專利範圍第8項所述的預清洗腔室，其特徵在於，所述腔體還包括第二導電子腔體，所述第二導電子腔體疊置在所述絕緣子腔體的上方且接地。
  14. 如申請專利範圍第8項所述的預清洗腔室，其特徵在於，在所述腔體的外側設有由導電材料製成且接地的線圈保護罩，所述線圈保護罩用於遮罩所述電感線圈所產生的電磁場。
  15. 如申請專利範圍第8至14項中任一項所述的預清洗腔室，其特徵在於，還包括能夠使等離子體中自由基通過的過濾板，所述過濾板設置在所述腔體內且位於所述基座的上方。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的預清洗腔室，其特徵在於，所述過濾板由金屬材料製成且接地，所述過濾板 上設有多個通孔。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的預清洗腔室，其特徵在於，所述過濾板的厚度為2~20mm，所述通孔的直徑為1~10mm，而且兩個相鄰通孔的中心線之間的間距為1~20mm。
  18. 一種等離子體加工設備，包括濺鍍腔室和預清洗腔室，其特徵在於，所述濺鍍腔室採用如申請專利範圍第1至7項中任一項所述的濺鍍腔室，所述預清洗腔室採用申請專利範圍第8至17項中任一項所述預清洗腔室。
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