TWM469617U - 法拉第遮罩裝置 - Google Patents

Description

法拉第遮罩裝置

本創作關於等離子體處理工藝設備，更具體地說，關於一種法拉第遮罩裝置。

利用射頻電感式耦合等離子體進行刻蝕或沉積是製備半導體薄膜器件的一種關鍵工藝，包括各種微電子器件、薄膜光伏電池、發光二極體等的製備都離不開刻蝕或沉積工藝。等離子體刻蝕或沉積的基本過程是：將反應氣體從氣源引入反應腔室，在等離子體中進行電離和分解形成離子和自由基。這些具有高度反應活性的粒子依靠氣體運輸到達待加工物體表面進行表面反應。

在等離子體中進行的表面刻蝕或沉積反應的均勻性，與等離子體的均勻性直接相關。而等離子體的均勻性又取決於通過射頻線圈進行的能量耦合的均勻性以及反應腔的尺寸及形狀。通過射頻線圈進行的能量耦合一般包括交流和直流兩部分，交流部分用於產生等離子體，而直流部分用於增加離子對反應腔表面的轟擊能量。現有技術中的法拉第遮罩裝置的主要用途，是減少或消除直流部分的能量耦合。

半導體工藝件的邊緣效應是困擾半導體產業的一個問題。所謂半導體工藝件的邊緣效應是指在等離子體處理工藝過程中，由於等離子體受電磁場控制，而上下兩極邊緣處的場強會受邊緣條件的影響，總有一部分電磁場線彎曲，而導致電磁場邊緣部分場強不均，進而導致該部分的等離子體濃度不均勻。在該種情況下，生產出的半導體工藝件周圍也存在 一圈處理不均勻的區域。這一不均勻現象在射頻電場頻率越高時越明顯，在射頻頻率大於60MHZ甚至大於100Mhz時這一等離子濃度的不均勻性程度已經很難再用其他裝置如位於靜電夾盤邊緣的聚集環來調控。

由於半導體工藝件是圓形的，因此愈外圈面積愈大，邊緣部分的各個工藝環節的均一性不佳將導致成品率顯著下降。在普遍採用300mm制程的今天，半導體工藝件邊緣效應帶來的損失更為巨大。如圖1所示，等離子體處理工藝在反應腔室101中進行，反應氣體微粒進行電離和分解形成離子和自由基，最終澱積在反應腔室底部放置的基片103上。反應腔室101頂部設置有射頻線圈120，反應腔室101上方具有一個介電視窗102，在介電視窗102與射頻線圈120之間設有法拉第遮罩裝置，比如法拉第遮罩板110，其由金屬材料製成。法拉第遮罩板110利用絕緣墊片121以一分離的間隔固定於射頻線圈120之下、緊鄰介電視窗102之上，射頻線圈120、法拉第遮罩板110和介電視窗102基本成平行設置；射頻線圈120與法拉第遮罩板經由一分接頭122而電連接。

反應氣體從氣體導入口(附圖未示出)流經反應腔室101至氣體排出口(附圖未示出)，然後電源將射頻功率施加至射頻線圈120，並在線圈周圍產生電磁場；電磁場在反應腔室101內產生感應電流，作用於反應氣體並產生等離子體。

如圖2所示，現有技術中的一種法拉第遮罩板110上開有多個徑向槽111，均勻地分佈在法拉第遮罩板110上，每個徑向槽橫切面均呈長條形，設置這種結構的目的是使射頻線圈120產生的電磁場均勻地耦合到反應腔室101中的等離子體中。然而，即使採用如圖2所示結構的法拉第遮罩板110，由於如上所述的邊緣效應，電磁場場強在反應腔室101中的分佈也並不均勻。

因此，業內需要一種能夠簡單有效地改善邊緣效應的法拉第 遮罩裝置，補償基片從中央到邊緣區域的不均一性，提高制程均一性。

本創作的目的在於提供一種有效改善半導體工藝件邊緣效應的法拉第遮罩裝置，其在等離子體處理工藝中實現了基片從中央到邊緣區域的均一性。

為實現上述目的，本創作的技術方案如下：一種法拉第遮罩裝置，用於等離子體處理設備中，該等離子體處理設備包括至少一個反應腔室和與每個反應腔室成對設置的射頻線圈，該法拉第遮罩裝置設置於該反應腔室和相對應的射頻線圈之間，它包括一塊圓形遮罩板，該遮罩板上設置有至少一個徑向槽，用於使線圈產生的電磁場均勻地分佈在反應腔室中，其中，徑向槽在靠近遮罩板的中心部所具有的寬度小於其在靠近該遮罩板的邊緣部所具有的寬度。

優選地：徑向槽的寬度從遮罩板的中心部到其邊緣部遞增。

優選地，徑向槽為多個，以相同的徑向角度間隔均勻分佈於該遮罩板上。

優選地，徑向槽貫通於遮罩板設置。

本創作針對反應腔室中電磁場場強不均一這一特性，通過對法拉第遮罩裝置的遮罩板上徑向槽的外形尺寸作出調整，使其以相反的電磁場場強變化趨勢補償電磁場從反應腔室中心到邊緣處的強度差異，進而使通過射頻線圈進行的能量耦合均勻，實現了基片從中央到邊緣區域的均一性。本創作結構簡單、行之有效，可廣泛地應用在等離子體處理工藝場合。

101‧‧‧反應腔室

102‧‧‧介電視窗

103‧‧‧基片

104‧‧‧基台

110‧‧‧法拉第遮罩板

111‧‧‧徑向槽

120‧‧‧射頻線圈

121‧‧‧絕緣墊片

122‧‧‧分接頭

210‧‧‧法拉第遮罩板

211‧‧‧徑向槽

圖1為現有技術的等離子體處理工藝所用的反應腔室結構示意圖； 圖2為現有技術中一種法拉第遮罩裝置結構示意圖；圖3為本創作實施例提供的法拉第遮罩裝置結構示意圖。

下面結合附圖，對本創作的具體實施方式作進一步的詳細說明。

本創作公開的法拉第遮罩裝置的一實施例如圖3所示，該法拉第遮罩裝置為一法拉第遮罩板210，其上貫通設置有多條徑向槽211，以相同的徑向角度間隔均勻地分佈在法拉第遮罩板210上，這些徑向槽211在靠近法拉第遮罩板210的中心部所具有的寬度小於其在靠近該法拉第遮罩板210的邊緣部所具有的寬度。

在等離子刻蝕工藝中，由於半導體工藝件邊緣效應的影響，在等離子體處理設備的反應腔室中，由射頻線圈產生的電磁場在反應腔室中心區域強度最高、在邊緣區域強度最低。

根據本創作的實施例，設置徑向槽211在靠近法拉第遮罩板210的中心部所具有的寬度小於其在靠近該法拉第遮罩板210的邊緣部所具有的寬度，從而在法拉第遮罩板210的中心部從徑向槽211中通過的電磁場較少、而在法拉第遮罩板210的邊緣部從徑向槽211中通過的電磁場較多，即以相反的電磁場場強變化趨勢補償電磁場在反應腔室中心處與其邊緣處的強度差異，進而有效克服了半導體工藝件的邊緣效應。

在該實施例中，電磁場強度從反應腔室中心到邊緣處呈一種遞減變化；在反應腔室尺寸不同、外形不同或反應氣體不同等工藝場合，這種遞減可能為接近線性變化或非線性變化。為實現本創作的目的，相應地將徑向槽的寬度設置為從遮罩板210的中心部到其邊緣部遞增，如圖3所示，即在徑向槽211寬度大的地方通過的電磁場較多，在徑向槽211寬度小的地方通過的電磁場較少，從而以相反的電磁場場強變化趨勢補償電 磁場從反映腔室中心到邊緣的整體變化趨勢。這種改進實施方式更利於達成能量耦合均勻，實現了基片從中央到邊緣區域的均一性。

當電磁場從反應腔室中心到邊緣處呈線性遞減時，徑向槽211的橫切面可能呈三角形或等腰梯形。當電磁場從反應腔室中心到邊緣處呈非線性遞減時，徑向槽211的橫切面可能呈半橄欖形或喇叭形。

在具體確定徑向槽211的橫切面形狀時，可事先以附圖2所示的現有技術中法拉第遮罩裝置進行若干次等離子體處理工藝實驗，測算出在當前工藝條件下，電磁場場強從反應腔室中心到邊緣處的遞減變化規律，再根據這種變化規律相應地確定徑向槽211採用何種橫切面形狀時，可補償上述遞減變化以使能量耦合均勻，克服半導體工藝件的邊緣效應。

為實現能量耦合均勻，徑向槽211通常設置為多條，例如8條或16條，均以相同的徑向角度間隔均勻分佈於遮罩板210上，最好貫通於該遮罩板210設置。

本領域技術人員可以理解，當反應腔室尺寸不同或外形不同或反應氣體成分不同時，為實現反應腔室中心到邊緣處電磁場場強的均一性，上述徑向槽211橫切面還可能具有形狀，但均應保證徑向槽211的寬度從遮罩板210的中心部到其邊緣部呈遞增變化。

需要說明的是，徑向槽的形狀可以有多種，其邊緣可以呈圓滑或不圓滑變化，前文已經提及了其可以為三角形、等腰梯形、半橄欖形或喇叭形，然而，本領域技術人員應當理解，本創作不限於此，所有在靠近法拉第遮罩板的中心部寬度較小而在靠近該法拉第遮罩板邊緣部寬度較大的形狀都應涵蓋在本創作的保護範圍中。

根據本創作的另一實施方式，提供了一種等離子體處理裝置，其具有以上結構特徵的法拉第遮罩裝置，可用於多種等離子體處理工藝中，使通過射頻線圈進行的能量耦合均勻，實現了基片從中央到邊緣區 域的均一性，相對于現有技術取得了良好的技術效果。

以上所述的僅為本創作的優選實施例，所述實施例並非用以限制本創作的專利保護範圍，因此凡是運用本創作的說明書及附圖內容所作的等同結構變化，同理均應包含在本創作的保護範圍內。

210‧‧‧法拉第遮罩板

211‧‧‧徑向槽

Claims (10)

1. 一種法拉第遮罩裝置，用於等離子體處理設備中，所述等離子體處理設備包括至少一個反應腔室和與每個所述反應腔室成對設置的射頻線圈，該法拉第遮罩裝置設置於所述反應腔室和相對應的射頻線圈之間，其包括一塊圓形遮罩板，所述遮罩板上設置有至少一個徑向槽，用於使線圈產生的電磁場均勻地分佈在所述反應腔室中，其中所述徑向槽在靠近所述遮罩板的中心部所具有的寬度小於其在靠近該遮罩板的邊緣部所具有的寬度。
2. 如請求項1所述之法拉第遮罩裝置，其中所述徑向槽的寬度從所述遮罩板的中心部到其邊緣部遞增。
3. 如請求項2所述之法拉第遮罩裝置，其中所述徑向槽的寬度從所述遮罩板的中心部到其邊緣部的遞增為線性遞增。
4. 如請求項3所述之法拉第遮罩裝置，其中所述徑向槽橫切面呈三角形或等腰梯形。
5. 如請求項2所述之法拉第遮罩裝置，其中所述徑向槽的寬度從所述遮罩板的中心部到其邊緣部的遞增為非線性遞增。
6. 如請求項5所述之法拉第遮罩裝置，其中所述徑向槽橫切面呈半橄欖形或喇叭形。
7. 如請求項1所述之法拉第遮罩裝置，其中所述徑向槽為多個，以相同的徑向角度間隔均勻分佈於所述遮罩板上。
8. 如請求項7所述之法拉第遮罩裝置，其中所述徑向槽為8條。
9. 如請求項8所述之法拉第遮罩裝置，其中所述徑向槽貫通於所述遮罩板設置。
10. 一種等離子體處理裝置，其中所述等離子體處理裝置包括請求項1至9中任一項所述的法拉第遮罩裝置。