TWI623962B - Electrode structure and ICP etching machine - Google Patents

Abstract

本發明提供一種用於ICP刻蝕機的電極結構，包括電感線圈、電感線圈連接件、連接桿及套筒，電感線圈設置於絕緣窗上，絕緣窗設置於腔體蓋上，連接桿兩端分別連接電感線圈和電感線圈連接件，套筒為金屬導體材料且接地連接，套筒的一端為端蓋、另一端為開口，套筒的端蓋上設置有穿孔，連接桿設置在穿孔中且與端蓋相互隔離，套筒的開口朝向電感線圈設置，並將電感線圈封閉在套筒內。本發明將電感線圈連接件產生的電磁場遮罩在套筒之外，避免了對電感線圈產生的均勻的電磁場的影響，保證了刻蝕的均勻性。

Description

電極結構及ICP刻蝕機

本發明有關於半導體刻蝕技術領域，特別是有關於一種電極結構及ICP刻蝕機。

ICP(Inductively Coupled Plasma，感應耦合等離子體)刻蝕，具有刻蝕速率高，選擇比高且大面積均勻性好的特點，可以進行高品質的小尺寸線條的刻蝕，並獲得較好的刻蝕形貌，是目前廣泛採用的一種刻蝕技術。

ICP刻蝕的工作原理是利用高密度等離子體轟擊基片的表面，利用高密度的等離子體引起的化學反應和轟擊產生的物理作用進行刻蝕。在IPC刻蝕機中，主要是藉由射頻線圈結構產生電磁場，藉由該電磁場激發出等離子體。

參考第1至3圖所示，其中第1圖為習知技術中ICP刻蝕機中的設置於腔體蓋上的電極的立體結構示意圖，第2圖為第1圖中的電極的立體結構示意圖，第3圖為第1圖的俯視結構示意圖，電極13用於產生激發等離子體的電磁場，可以看到，其包括電感線圈131、電感線圈連接件132、134以及連接桿133、135，電感線圈連接件132藉由連接桿133連接電感線圈131，電感線圈連接件134藉由連接桿135連接電感線圈131；電感線圈131設置在絕緣窗12上，絕緣窗12設置在腔體蓋10上，在使用中，腔體蓋10設置在腔體上，電感線圈連接件132與射頻電源連接，電感線圈連接件134與接地端連接，在接通電源後，電感線圈131產生射頻電磁場，用於激發等離子體。然而，對於這種結構，設置在電感線圈的電 感線圈連接件會對電感線圈產生的電磁場造成影響，使得產生的射頻電磁場存在不均勻性，造成刻蝕的不均勻性，進而影響產品的良率。

有鑑於此，本發明的目的在於提供一種用於ICP刻蝕機的電極結構及ICP刻蝕機，消除電感線圈連接件對電感線圈產生的電磁場造成的影響，提高電磁場的均勻性。

為實現上述目的，本發明提出一種用於ICP刻蝕機的電極結構，包括電感線圈、電感線圈連接件、連接桿以及套筒，電感線圈設置於絕緣窗上，絕緣窗設置於腔體蓋上，連接桿兩端分別連接電感線圈和電感線圈連接件，套筒為金屬導體材料且接地連接，套筒的一端為端蓋、另一端為開口，套筒的端蓋上設置有穿孔，連接桿設置在穿孔中且與端蓋相互隔離，套筒的開口朝向電感線圈設置，並將電感線圈封閉在套筒內。

較佳地，端蓋上的穿孔的孔徑大於連接桿的直徑，使得穿孔與連接桿之間存在間隙，以實現連接桿與端蓋之間的相互隔離。

較佳地，穿孔與連接桿之間設置有絕緣套，以使得連接桿與端蓋之間相互隔離。

較佳地，套筒的開口處設置有翻邊，藉由翻邊將套筒固定在腔體蓋上，且翻邊與腔體蓋接觸，以藉由腔體蓋使得套筒接地。

較佳地，更包括卡環，套筒的開口處設置有翻邊，藉由翻邊將套筒固定在絕緣窗上，卡環設置在套筒外壁上且與腔體蓋接觸，以藉由腔體蓋和卡環使得套筒接地。

較佳地，套筒的金屬材料為Cu、Al、Ag或其組合、或磁場遮罩金屬材料。

較佳地，電感線圈為圓環形，套筒為圓筒狀。

較佳地，連接桿在套筒內部的部分垂直於電感線圈排布。

較佳地，與電感線圈連接的連接桿包含第一連接桿和第二連接桿，第一連接桿藉由第一電感線圈連接件與射頻電源連接，第二連接桿藉由第二電感線圈連接件與接地端連接。

此外，本發明更提供了一種ICP刻蝕機，包括上述任一的電極結構。

本發明實施例提供的用於ICP刻蝕機的電極結構及ICP刻蝕機，設置了金屬材料的套筒，該套筒的一端設置端蓋，藉由端蓋上的穿孔將連接桿設置其中，套筒的另一端的開口朝向電感線圈設置，將電感線圈封閉於套筒內部，這樣，就將電感線圈連接件設置於套筒之外，而套筒為一個接地的金屬材料，從而形成了法拉第遮罩套筒，從而將電感線圈連接件產生的電磁場遮罩在套筒之外，避免了對電感線圈產生的均勻的電磁場的影響，保證了刻蝕的均勻性。

10、20‧‧‧腔體蓋

12、22‧‧‧絕緣窗

13‧‧‧電極

131、231‧‧‧電感線圈

132、134、232‧‧‧電感線圈連接件

133、135、233、235‧‧‧連接桿

234‧‧‧第二電感線圈連接件

30‧‧‧套筒

302‧‧‧端蓋

303‧‧‧穿孔

304‧‧‧翻邊

為了更清楚地說明本發明實施例或習知技術中的技術特徵，下面將對實施例或習知技術描述中所需要使用的圖式作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的圖式是本發明的一些實施例，對於本發明所屬領域具通常知識者來講，在不付出創造性勞動的前提下，更可以根據這些圖式獲得其他的圖式。

第1圖為習知技術中的ICP刻蝕機中設置在腔體蓋上的電極的立體結構示意圖。

第2圖為第1圖中的電極的立體結構示意圖。

第3圖為第1圖的俯視結構示意圖。

第4圖為根據本發明實施例的ICP刻蝕機的電極結構的立體結構示意圖。

第5圖為第4圖的透視立體結構示意圖。

第6圖為第4圖的俯視結構示意圖。

為使本發明實施例的目的、技術特徵和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的圖式，對本發明實施例中的技術特徵進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本發明所屬領域具通常知識者在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

正如背景技術中的描述，在習知技術中，ICP刻蝕機的電極由電感線圈、電感線圈連接件以及連接二者的連接桿組成，其中，電感線圈連接件與射頻電源連接，在接通電源後，電感線圈產生射頻電磁場，用於激發等離子體。然而，對於這種結構，設置在電感線圈之上，用於與電源接通的電感線圈連接件會對電感線圈產生的電磁場產生影響，從而形成不均勻的射頻電磁場，這會影響產生等離子體的均勻性，進而影像刻蝕的均勻性和產品的良率。

基於上述問題，本發明提供一種用於ICP刻蝕機的電極結構，參考第4至6圖所示，其中第4圖為本發明實施例的電極結構的立體結構示意圖，第5圖為將第4圖中的套筒透明化處理後的立體結構示意圖，第6圖為第4圖的俯視結構示意圖，電極結構包括：電感線圈231、電感線圈連接件232、連接桿233以及套筒30；其中，電感線圈231設置於絕緣窗22上，絕緣窗22設置於腔體蓋20上；連接桿233兩端分別連接電感線圈231和電感線圈連接件232；套筒30為金屬導體 材料且接地連接，套筒30的一端為端蓋302、另一端為開口，套筒的端蓋302上設置有穿孔303，連接桿233設置在穿孔303中且與端蓋302相互隔離，套筒30的開口朝向電感線圈設置，並將電感線圈231封閉在套筒30內。

在本發明的技術特徵中，設置了金屬材料的套筒，該套筒的一端設置端蓋，藉由端蓋上的穿孔將連接桿設置其中，套筒的另一端的開口朝向電感線圈設置，將電感線圈封閉於套筒內部，這樣，就將電感線圈連接件設置於套筒之外，而套筒為一個接地的金屬材料，從而形成了法拉第遮罩套筒，從而將電感線圈連接件產生的電磁場遮罩在套筒之外，避免了對電感線圈產生的均勻的電磁場的影響，保證了刻蝕的均勻性。

在本發明的實施例中，可以參考第5及6圖所示，電極包括電感線圈231、電感線圈連接件232和連接桿233，其中，電感線圈連接件232與電源連接，藉由連接桿233將電源連接至電感線圈231，電感線圈接收射頻功率，從而產生用於激發等離子體的電磁場。在該實施例中，與電感線圈231連接的不僅有連接桿233，還有連接桿235；連接桿233藉由電感線圈連接件232與射頻電源連接，而連接桿235藉由第二電感線圈連接件234與接地端連接。

根據不同的設計，電感線圈231可以為平面電感線圈或立體電感線圈，形狀可以為螺旋形、漸近線形、同心圓形或圓形等。在本實施例中，電感線圈231為立體線圈，包括中心線圈和週邊線圈，都由上下兩層組成，中心線圈由一組基本為圓環形的線圈組成，該組線圈中包括兩個交錯的非封閉環，週邊線圈也由一組基本為圓環形的線圈組成，該組線圈中包括兩個交錯的非封閉環，中心線圈內的非封閉環之間的間距與週邊線圈內的非封閉環之間的間距不同，較這二者線圈內非封閉環之間的間距，中心線圈比週邊線圈之間的間距更 大，每組線圈藉由連接桿233連接至電感線圈連接件232，在該示例中，週邊線圈為一組。根據需要，週邊線圈可以為多組，即在週邊線圈的週邊設置另外的線圈組，中心線圈和週邊線圈中的非封閉環可以為一組或多組，也可以為其他合適的結構，中心線圈和週邊線圈可以連接相同的電源，或分別連接至不同的電源，以產生所需要的電磁場。

電極固定設置在絕緣窗22之上，絕緣窗22固定設置在腔體蓋20上，絕緣窗22實現了電極與腔體蓋20的絕緣隔離，並使得電極與腔體蓋20固定為一體，當腔體蓋20罩在腔體的開口上(圖未示出)之後，電極朝向腔體內，繼而，電感線圈產生的電磁場激發產生等離子體，以用於在腔體內的基片上進行刻蝕或沉積等製程。

在本發明實施例中，更設置有套筒30，套筒30為金屬導電材料且接地連接，套筒30的一端為端蓋302、另一端為開口，套筒的端蓋302上設置有穿孔303，連接桿233設置在穿孔303中且與端蓋302相互隔離，套筒30的開口朝向電感線圈設置，並將電感線圈231封閉在套筒30內。

在本發明實施例中，至少連接桿233在套筒30內部的部分要垂直於電感線圈231排布，這樣可以保證套筒內的磁場分佈的均勻性，而套筒外的部分被套筒遮罩，不會對套筒內電感線圈產生的磁場產生影響，對於連接桿在套筒外部的部分的排布可以不受限制。

需要說明的是，電感線圈231封閉在套筒30內，是指電感線圈231處於套筒的內部空間中，但並不與套筒接觸連接，即不會存在電連接，封閉是指套筒的開口端與其下的部件為封閉的連接，從而，可以提供一個遮罩作用的套筒。藉由該套筒，將電感線圈連接件設置於套筒之外，而套筒為一個接地的 金屬材料，從而形成了法拉第遮罩套筒，從而將電感線圈連接件產生的電磁場遮罩在套筒之外，避免了對電感線圈產生的均勻的電磁場的影響，保證了刻蝕的均勻性。

在實施例中，套筒30的金屬導電材料可以為Al、Cu、Ag或其組合，更可以為磁場遮罩金屬材料，例如鎳鐵合金等。

其中，為了保證電感線圈231的正常工作，連接桿233與套筒30的端蓋302是相互隔離的，也就是說，二者不存在電性連接，在一些實施例中，可以將端蓋302上的穿孔303設置較大的直徑，使得端蓋302上的穿孔303的孔徑大於連接桿233的直徑，這樣，在連接桿233設置於穿孔303中之後，使得連接桿233的外壁與穿孔303的側壁之間存在一定的間隙，從而，使得連接桿233與套筒30的端蓋302不會連接在一起，實現二者的相互隔離。

在另一些實施例中，可以藉由在穿孔303與連接桿233之間設置絕緣套(圖未示出)，來實現連接桿233與端蓋302之間的相互隔離，絕緣套可以設置在連接桿233外壁上，也可以設置在穿孔303的內壁上，在一個示例中，絕緣套為管套，套設在連接桿233的外壁上，在另一個示例中，絕緣套為具有凸台的管套，卡設在穿孔303的內壁上，此處的絕緣套結構僅為示例，本發明並不限於此。

在本發明中，套筒30需要接地連接，且將電感線圈231封閉在套筒30內，從而形成法拉第遮罩套筒，對於ICP刻蝕機，其腔體蓋20為接地連接，為了簡化結構，在本發明實施例中，可以藉由腔體蓋20實現套筒30的接地連接以及固定。在電感線圈為圓環形的實施例中，更優地，套筒30可以為圓筒狀，以在封閉空間內提供更好的磁場分佈。

具體的，在一些實施例中，參考第4圖所示，套筒30的開口處設置有翻邊304，藉由翻邊304將套筒30固定在腔體蓋20上，且翻邊304與腔體蓋20接觸，以藉由腔體蓋20使得套筒30接地。在該實施例中，翻邊304可以為圍繞套筒開口一周的環結構，也可以為一個或多個的片結構，可以在翻邊304上設置螺栓將其固定到腔體蓋20上，由於翻邊304與腔體蓋20直接接觸且固定連接，實現套筒30開口處的封閉，而腔體蓋20為接地連接，這樣，在套筒30固定的同時，也實現了套筒30的接地連接。

在另一些實施例中，參考第4圖所示，為了提供更為緊湊的結構，可以將套筒固定在絕緣窗22上，更藉由設置與套筒和腔體蓋20都接觸連接的卡環，實現套筒的接地連接。具體的，在套筒30的開口處設置翻邊，藉由翻邊將套筒30固定在絕緣窗22上，此外，更設置卡環，卡環設置在套筒外壁上且與腔體蓋接觸，以藉由腔體蓋和卡環使得套筒接地。在該實施例中，翻邊可以為圍繞套筒開口一周的環結構，也可以為一個或多個的片結構，可以在翻邊上設置螺栓將其固定到絕緣窗22上，實現套筒開口處的封閉；卡環可以採用與套筒相同或不同的金屬導電材料，藉由卡環將套筒電連接到腔體蓋20上，從而藉由卡環將套筒電連接到腔體蓋，實現套筒的接地連接，卡環可以與套筒30為過盈配合連接，而後更固定於腔體蓋20上。

以上對本發明實施例的用於ICP刻蝕機中的電極結構進行了詳細的描述，此外本發明更提供了ICP刻蝕機，具有上述電極結構，上述電極結構隨腔體蓋設置在腔體的開口上，腔體內更設置有承載台，用於承載待加工的基片，由於採用了本發明的電極結構，在進行基片加工時，消除了電感線圈連接件產 生的電磁場的干擾，使得刻蝕均勻性大大得到提高，從而提高刻蝕的品質和產品的良率。

以上所述僅是本發明的較佳實施方式，雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然而並非用以限定本發明。任何熟悉本發明所屬領域具通常知識者，在不脫離本發明技術特徵範圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術特徵做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術特徵的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何的簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬於本發明技術特徵保護的範圍內。

Claims (9)

1. 一種用於ICP刻蝕機的電極結構，其包括電感線圈、電感線圈連接件、連接桿及套筒，該電感線圈設置於絕緣窗上，該絕緣窗設置於腔體蓋上，該連接桿兩端分別連接該電感線圈和該電感線圈連接件，該套筒為金屬導體材料且接地連接，該套筒的一端為端蓋、另一端為開口，該套筒的該端蓋上設置有穿孔，該連接桿設置在該穿孔中且與該端蓋相互隔離，該套筒的該開口朝向該電感線圈設置，並將該電感線圈封閉在該套筒內：其中，該端蓋上的該穿孔的孔徑大於該連接桿的直徑，使得該穿孔與該連接桿之間存在間隙，以實現該連接桿與該端蓋之間的相互隔離。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電極結構，其中該穿孔與該連接桿之間設置有絕緣套，以使得該連接桿與該端蓋之間相互隔離。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電極結構，其中該套筒的該開口處設置有翻邊，藉由該翻邊將該套筒固定在該腔體蓋上，且該翻邊與該腔體蓋接觸，以藉由該腔體蓋使得該套筒接地。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電極結構，其更包括卡環，該套筒的該開口處設置有翻邊，藉由該翻邊將該套筒固定在該絕緣窗上，該卡環設置在該套筒外壁上且與該腔體蓋接觸，以藉由該腔體蓋和該卡環使得該套筒接地。
5. 如申請專利範圍第1至4項中之任一項所述之電極結構，其中該套筒的金屬材料為Cu、Al、Ag或其組合、或磁場遮罩金屬材料。
6. 如申請專利範圍第1至4項中之任一項所述之電極結構，其中該電感線圈為圓環形，該套筒為圓筒狀。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電極結構，其中該連接桿在該套筒內部的部分垂直於該電感線圈排布。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電極結構，其中與該電感線圈連接的該連接桿包含第一連接桿和第二連接桿，該第一連接桿藉由第一電感線圈連接件與射頻電源連接，該第二連接桿藉由第二電感線圈連接件與接地端連接。
9. 一種ICP刻蝕機，其具有如申請專利範圍第1至8項中之任一項所述之電極結構。