TW202228185A - 電漿蝕刻設備 - Google Patents
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Abstract
本發明提供了一種電漿蝕刻設備，透過在接地環上設置阻抗調節裝置，調節射頻回路的阻抗，從而使得當上下電極間距調整時能夠相應地調節整個射頻回路的阻抗，以維持射頻回路的穩定性，進而獲得期望的蝕刻效果。此外，阻抗調節裝置可沿著接地環周向均勻分佈，以實現局部調節效果，進而解決蝕刻中出現的偏側問題。
Description
本發明涉及半導體處理設備的技術領域，尤其涉及一種電漿蝕刻設備。
對半導體基片或襯底的微加工是一種眾所周知的技術，其可以用來製造例如，半導體、平板顯示器、發光二極體(LED)、太陽能電池等。微加工製造的一個重要步驟為電漿處理製程步驟，此製程步驟在一反應室內部進行，製程氣體被輸入至反應室內。射頻源被電感及/或電容耦合至反應室內部來激發製程氣體，以形成並保持電漿。
隨著蝕刻設備的更新換代，反應室內部的結構設計也日益複雜。例如，對於電容耦合電漿處理設備而言，隨著加工製程的要求不斷提高，需要在不同的上下極板間距下完成不同的蝕刻步驟。然而，當下電極移動時，由於此電極作為射頻回路的一部分，會導致射頻信號的不穩定以及整個射頻回路阻抗的變化，從而影響基片蝕刻的效果。因此，需要一種實現極板間距可調的同時又能調節射頻回路的阻抗的方案。
為了解決上述技術問題，本發明提供一種電漿蝕刻設備，包含：真空反應腔，其內部設置有用於承載基片的基座組件；氣體供應裝置，用於向真空反應腔內輸送反應氣體；接地環，其位於真空反應腔的側壁和基座組件之間；導電支撐桿，與基座組件的底部固定連接，用於使基座組件沿導電支撐桿軸向運動；可伸縮密封部，其設置在基座組件和真空反應腔的底壁之間；以及，阻抗調節裝置，其位於接地環上，用於調節接地環的阻抗。
較佳地，可伸縮密封部連接基座組件和真空反應腔的底壁。
較佳地，可伸縮密封部連接基座組件和接地環。
較佳地，基座組件包含靜電吸盤以及設置在靜電吸盤外側的絕緣環，可伸縮密封部與絕緣環固定連接。
較佳地，基座組件包含靜電吸盤、設置在靜電吸盤外側的絕緣環以及設置絕緣環外側的導電環，可伸縮密封部與導電環固定連接；導電環透過導電條與真空反應腔的底壁或接地環連接。
較佳地，接地環與基座組件之間具有空隙，空隙上方設置有氣體遮擋環
較佳地，阻抗調節裝置包含複數個可調電容。
較佳地，接地環上具有開口，阻抗調節裝置透過導電帶與開口連接。
較佳地，導電帶經陽極氧化處理。
較佳地，在接地環的開口處具有隔絕環，用於防止電漿通過開口腐蝕導電帶。
較佳地，阻抗調節裝置沿著接地環的周向均勻分佈。
本發明提供了一種電漿蝕刻設備，透過在接地環上設置阻抗調節裝置，以調節射頻回路的阻抗，從而使得當上下電極間距調整時能夠相應地調節整個射頻回路的阻抗，以維持射頻回路的穩定性，進而獲得期望的蝕刻效果。此外，阻抗調節裝置可沿著接地環周向均勻分佈，實現局部調節效果，以解決蝕刻中出現的偏側問題。
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下文中將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地說明，顯而易見的是，所說明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，本領域具有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。
圖1示出根據本發明的第一實施例的電漿蝕刻設備的結構示意圖。在本實施例中，電漿蝕刻設備包含由金屬外壁圍成的真空反應腔1。真空反應腔1用於容納其他部件，使得基片可以在真空環境中完成蝕刻處理。真空反應腔1內部包含一個氣體供應裝置2，氣體供應裝置2包含進氣通道和與之連接的上電極，上電極也被稱作噴淋頭，通常來說，上電極位於反應腔1內的端面上具有通氣孔，製程氣體通過進氣通道進入上電極後經過通氣孔整流後輸送至反應腔1內。與上電極相對的位置設置有基座組件10，基座組件10包含靜電吸盤1021、基座1011、第一絕緣環1031和第二絕緣環1041。具體地，靜電吸盤1021上承載待處理基片，並在製程處理過程中發揮吸附固定基片的作用。基座1011由金屬材料製成，可作為電漿蝕刻的下電極，基座1011與導電支撐桿1012固定連接，導電支撐桿1012可以是波紋管。在其他實施例中，支撐桿由絕緣材料製成，中間透過導電線纜連接基座1011。導電支撐桿1012與驅動裝置固定連接，驅動裝置可以驅動基座1011沿導電支撐桿1012軸向運動。基座1011外側可以進一步具有複數個絕緣環。在本實施例中，第一絕緣環1031固定在基座1011外側，第二絕緣環1041固定在第一絕緣環1031的外側。這些絕緣環使用絕緣材料製成，例如可以使用陶瓷材料，將基座1011與真空反應腔1中的其他部件(例如，接地環3)電性隔離。
基座組件10與可伸縮密封部5連接，透過可伸縮密封部5將基座組件10的上表面密封設置於反應腔1所在的容置空間內，可伸縮密封部5為絕緣材料，例如可以為密封波紋管，即用於密封作用的波紋管。此處基座組件10的上表面即為朝向上電極的表面。可以理解的是，可伸縮密封部5可以直接或間接與基座組件10固定，當基座組件10進一步包含其他部件時，可伸縮密封部5可以與其他部件配合，從而實現腔體底部的密封，使得基座組件10朝向上電極的表面位於密閉腔室內。在本實施例中，第二絕緣環1041透過可伸縮密封部5固定於腔體底壁上，使得基座組件10的上表面密閉設置於反應腔1所在的容置空間內，反應腔1下部的密閉空間由反應腔1的側壁、底壁、可伸縮密封部5的外側以及第二絕緣環1041的側壁圍成，而基座組件10的下表面以及導電支撐桿1012、可伸縮密封部5的內側、驅動裝置設置於反應腔1外的大氣環境中。需注意的是，在本申請中，「內側」是指靠近基座1011的中心的一側；「外側」是指遠離基座1011的中心的一側。反應腔1內將提供真空環境以用於蝕刻製程的進行。藉由以上設置，可以在真空環境中且反應腔1固定的條件下，實現基座1011的上下移動，進而對上電極和基座組件10間的間距進行調整。
在真空反應腔1內進一步設置有接地環3，其位於基座組件10和真空反應腔1的側壁之間，且環繞基座組件10側面，因其沿著基座組件10的側面方向有一定的延展，所以與基座組件10之間形成了圓筒形的空隙41，空隙41為基座組件10的上下運動留出活動空間。在基座組件10邊緣的空隙41上方設置有遮擋環43，遮擋環43用於部分阻擋可能進入空隙41的電漿，以防止電漿對接地環3和絕緣環的腐蝕。接地環3的上邊緣透過導電部件61與真空反應腔1的側壁連接，導電部件61位於電漿約束環6的底部。接地環3與側壁之間形成空腔42。通常來說，真空泵從空腔42開始對反應腔1進行抽真空，不帶電氣體經電漿約束環6被真空泵抽出以維持腔室內的氣壓，而電漿被約束在電漿約束環6的上方以處理基片。
導電支撐桿1012的下方連接射頻電源，以將射頻功率提供至基座組件10。導電支撐桿1012可以連接一個或多個射頻匹配器，例如可以是2個射頻匹配器，在連接多個射頻匹配器的情況下，各射頻匹配器可以提供不同於其他射頻匹配器的射頻頻率和功率，以適用於不同加工製程的需求，在本實施例中，上電極可以接地。在另一些實施例中，導電支撐桿1012可以連接一射頻匹配器，上電極可以連接另一射頻匹配器，這兩個射頻匹配器可以提供不同的射頻頻率和功率。當射頻電源向真空反應腔1提供射頻功率時，導電支撐桿1012、基座1011、氣體供應裝置2的上電極、真空反應腔1的頂壁和側壁、導電部件61、接地環3和真空反應腔1的底壁共同構成了完整的射頻回路。當基座組件10上下移動以改變靜電吸盤1021與上電極之間的間距時，上述射頻回路的阻抗發生變化，從而影響移動基座組件10後的多種製程參數，例如蝕刻率、均一性等。為使移動後的製程參數儘快調節到所需的參數，在整個射頻回路中引入阻抗調節裝置7，以實時調節回路的阻抗進而獲得期望的蝕刻效果。
在本實施例中，在接地環3上設置有阻抗調節裝置7。具體地，在接地環3上設置有開口4，開口4可以具有圓形、正方形或其他不規則形狀。阻抗調節裝置7透過導電帶71與開口4連接，即阻抗調節裝置7以串聯方式連接接入接地環3所在的回路，以構成射頻回路的一部分，如圖1所示。導電帶71由導電材料製成，例如銅、鋁等。導電帶71外側經陽極氧化處理以防止電漿的腐蝕。在另一個實施例中，導電帶71內嵌於接地環3，而不外露與空隙41接觸。圖2示出了根據一個實施例的阻抗調節裝置7的電路圖。如圖2所示，阻抗調節裝置7包含可變電容C1、電感L1和電容C2。可變電容C1和電感L1與導電帶71串聯連接。可變電容C1可以是真空可變電容器，例如玻璃絕緣外殼真空電容器或陶瓷絕緣外殼真空電容器。透過電連接控制器以調節電容器的電容值。控制器設置在真空反應腔1的外部。在另一個實施例中，控制器也能設置在真空反應腔1的內部，透過無線連接方式(例如，藍牙、zigbee等)接收外部信號以調節可變電容C1的電容值。多個阻抗調節裝置7可以沿著接地環3的周向設置，以調節周向上局部射頻回路的阻抗，解決邊到邊的蝕刻不均勻性的問題。例如，在一個實施例中，在接地環3圓周上的0度、120度和240度方位上設置阻抗調節裝置7。在另一個實施例中，在接地環3圓周上的0度、90度、180度和270度方位上設置阻抗調節裝置7。在另一個實施例中，阻抗調節裝置7可以非均勻地設置在接地環3上，例如，在接地環3圓周上的0度、30度、180度和330度方位上設置阻抗調節裝置7。
進一步地，在第一絕緣環1031和第二絕緣環1041上進一步設置有環繞靜電吸盤1021的聚焦環，聚焦環用於防止電弧放電，在此具體的示例中，如圖1所示，聚焦環靠近靜電吸盤1021的內壁的上部為擴口的斜切面。聚焦環遠離靜電吸盤1021的一端設置有邊緣環。在本實施例中，邊緣環具有凹陷區用於放置聚焦環。
圖3示出根據本發明的第二實施例的電漿蝕刻設備的結構示意圖。為了說明上的清楚、簡潔，與上文相同的零部件採用相同的元件符號進行說明。與上述第一實施例的不同之處為，在本實施例中，基座組件10包含靜電吸盤1021、基座1011、第一絕緣環1031和導電環1051。第一絕緣環1031固定於基座1011的外側，導電環1051固定於第一絕緣環1031的外側。導電環1051由金屬材料製成，例如銅或鋁。導電環1051外側為腔體內側的射頻返回路徑，導電環1051透過可伸縮密封部5固定於接地環3的底面32，可伸縮密封部5沿導電支撐桿1012的軸向伸縮，也就是說，與導電支撐桿1012具有相同的移動方向。同時，導電環1051透過導電條8連接到接地環3上，使得導電環1051與接地環3為相等電勢。因此，在本實施例中，完整的射頻回路流向是導電支撐桿1012、基座1011、氣體供應裝置2的上電極、真空反應腔1的頂壁和側壁、導電部件61、接地環3、導電條8外側、導電環1051外側、導電環1051內側、導電條8內側和真空反應腔1的底壁。透過設置導電環1051可隔離基座1011對其外側的射頻輻射。這樣，在基座組件10移動中，導電環1051隨著基座1011一同上下移動，避免基座1011的射頻場對接地環3上的射頻返回電流產生影響，一定程度上避免了移動過程中基座1011的射頻場引起的射頻回路的不穩定，從而實現極板間距的可調的同時，兼顧射頻回路的穩定性。與上述實施例一類似，阻抗調節裝置7可以均勻分佈設置在接地環3上。在另一個實施例中，阻抗調節裝置7可以均勻分佈設置在導電環1051上。在又一個實施例中，阻抗調節裝置7可以非均勻分佈設置在接地環3上或導電環1051上。在本實施例中，接地環3與真空反應腔1可分離式設置，以便於在接地環3發生破損或故障時更換，接地環3透過金屬墊圈31與反應腔1底部相連，透過對金屬墊圈31和與底部接觸處鍍鎳處理，可以保證良好的電接觸，且不會影響射頻回路的穩定性，為了放置金屬墊圈31、真空墊圈及鎖緊螺絲，接地環3設置成在其下部具有與反應腔1底部平行的底面32，可伸縮密封部5固定連接在底面32的上表面。
圖4示出電漿蝕刻設備第三實施例的結構，為了說明上的清楚、簡潔，跟上文相同的零部件採用相同的元件符號進行說明。與上述第二實施例的不同之處為，在本實施例中，在接地環3的開口4處具有隔絕環9，用於防止電漿經空隙41進入開口4而腐蝕導電帶71。隔絕環9由絕緣材料製成，例如石英或氧化鋁等，其尺寸大致與開口4大小一致。隔絕環9可與接地環3直接或間接連接。隔絕環9面向空隙41的一面經陽極氧化處理，以防止電漿腐蝕。
本發明提供了一種電漿蝕刻設備，透過在接地環上設置阻抗調節裝置，調節射頻回路的阻抗，從而使得當上下電極間距調整時能夠相應地調節整個射頻回路的阻抗，以維持射頻回路的穩定性，獲得期望的蝕刻效果。此外，阻抗調節裝置可沿著接地環周向均勻分佈，實現局部調節效果，解決蝕刻中出現的偏側問題。
儘管本發明的內容已經透過上述較佳實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的說明不應被認為是對本發明的限制。在本領域具有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。因此，本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。
1:反應腔
2:氣體供應裝置
3:接地環
31:金屬墊圈
32:底面
4:開口
41:空隙
42:空腔
43:遮擋環
5:可伸縮密封部
6:電漿約束環
61:導電部件
7:阻抗調節裝置
71:導電帶
8:導電條
9:隔絕環
10:基座組件
1011:基座
1012:導電支撐桿
1021:靜電吸盤
1031:第一絕緣環
1041:第二絕緣環
1051:導電環
C1:可變電容
C2:電容
L1:電感
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下文中將對實施例或現有技術說明中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下文中所說明的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域具有通常知識者而言，在不付出創造性勞動的前提下，可以根據這些附圖進一步獲得其他的附圖。
圖1示出根據本發明的第一實施例的電漿蝕刻設備的結構示意圖；
圖2示出根據本發明的一個實施例的阻抗調節裝置的電路連接圖；
圖3示出根據本發明的第二實施例的電漿蝕刻設備的結構示意圖；
圖4示出根據本發明的第三實施例的電漿蝕刻設備的結構示意圖。
1:反應腔
2:氣體供應裝置
3:接地環
4:開口
41:空隙
42:空腔
43:遮擋環
5:可伸縮密封部
6:電漿約束環
7:阻抗調節裝置
71:導電帶
10:基座組件
1011:基座
1012:導電支撐桿
1021:靜電吸盤
1031:第一絕緣環
1041:第二絕緣環
Claims (11)
- 一種電漿蝕刻設備，其包含： 一真空反應腔，其內部設置有用於承載基片的一基座組件； 一氣體供應裝置，用於向該真空反應腔內輸送反應氣體； 一接地環，其位於該真空反應腔的側壁和該基座組件之間； 一導電支撐桿，與該基座組件的底部固定連接，用於使該基座組件沿該導電支撐桿軸向運動； 一可伸縮密封部，其設置在該基座組件和該真空反應腔的底壁之間；以及 一阻抗調節裝置，其位於該接地環上，用於調節該接地環的阻抗。
- 如請求項1所述之電漿蝕刻設備，其中該可伸縮密封部連接該基座組件和該真空反應腔的底壁。
- 如請求項1所述之電漿蝕刻設備，其中該可伸縮密封部連接該基座組件和該接地環。
- 如請求項1所述之電漿蝕刻設備，其中該基座組件包含一靜電吸盤以及設置在該靜電吸盤外側的一絕緣環，該可伸縮密封部與該絕緣環固定連接。
- 如請求項1所述之電漿蝕刻設備，其中該基座組件包含一靜電吸盤、設置在該靜電吸盤外側的一絕緣環以及設置該絕緣環外側的一導電環，該可伸縮密封部與該導電環固定連接；該導電環透過一導電條與該真空反應腔的底壁或該接地環連接。
- 如請求項1所述之電漿蝕刻設備，其中該接地環與該基座組件之間具有一空隙，該空隙上方設置有一氣體遮擋環。
- 如請求項1至請求項6中的任意一項所述之電漿蝕刻設備，其中該阻抗調節裝置包含複數個可調電容。
- 如請求項7所述之電漿蝕刻設備，其中該接地環上具有一開口，該阻抗調節裝置透過一導電帶與該開口連接。
- 如請求項8所述之電漿蝕刻設備，其中該導電帶經陽極氧化處理。
- 如請求項8所述之電漿蝕刻設備，其中在該接地環的該開口處具有一隔絕環，用於防止電漿通過該開口腐蝕該導電帶。
- 如請求項7所述之電漿蝕刻設備，其中該阻抗調節裝置沿著該接地環的周向均勻分佈。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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