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CN106601579B - 上电极机构及半导体加工设备 - Google Patents

上电极机构及半导体加工设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种上电极机构及半导体加工设备，其包括设置在反应腔室顶部的线圈、匹配器和线圈屏蔽组件，其中，线圈通过线圈连接件与匹配器电连接。线圈屏蔽组件用于将在匹配器与线圈连接件的连接处产生的水平干扰电场与由线圈产生的垂直电场隔离。本发明提供的上电极机构，其可以避免在匹配器与线圈连接件的连接处产生的水平干扰电场对由线圈产生的垂直电场进行干扰，从而可以保证等离子体的分布均匀性。

Description

上电极机构及半导体加工设备
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，具体地，涉及一种上电极机构及半导体加工设备。
背景技术
在MEMS刻蚀设备中，通常在反应腔室的顶部设置有射频线圈，该射频线圈通过匹配器与射频电源连接，用以激发反应腔室内的工艺气体形成等离子体。
图1为现有的一种刻蚀设备的剖视图。如图1所示，刻蚀设备包括反应腔室11、线圈12、匹配器13和射频电源(图中未示出)。其中，在反应腔室11内设置有下电极16，用于承载晶片；线圈12采用螺旋状结构，其利用线圈支架15固定在反应腔室11的顶部，并且线圈12的输入端和输出端通过线圈连接条14与匹配器13电连接，匹配器13与射频电源电连接。当射频电源通电之后，射频电源通过匹配器13向线圈12加载交变电压，由线圈12产生的交变磁场激发反应腔室11内的工艺气体产生等离子体进行刻蚀。
上述刻蚀设备在实际应用中不可避免地存在以下问题：
通过理论分析及大量实验的证明，匹配器13与线圈连接条14的连接处会产生平行于线圈12所在平面的水平干扰电场，该水平干扰电场会直接影响由线圈12产生的垂直电场，破坏等离子体的分布均匀性，从而导致刻蚀均匀性降低，影响工艺结果，干扰区域如图1中示出的I区域。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种上电极机构及半导体加工设备，其可以避免在匹配器与线圈连接件的连接处产生的水平干扰电场对由线圈产生的垂直电场进行干扰，从而可以保证等离子体的分布均匀性。
为实现本发明的目的而提供一种上电极机构，包括设置在反应腔室顶部的线圈和匹配器，所述线圈通过线圈连接件与所述匹配器电连接，还包括线圈屏蔽组件，用于将在所述匹配器与所述线圈连接件的连接处产生的水平干扰电场与由所述线圈产生的垂直电场隔离。
优选的，所述线圈屏蔽组件包括密闭的屏蔽盒，所述屏蔽盒采用金属材料制作；所述匹配器的输出端延伸至所述屏蔽盒的内部；所述线圈连接件的一端与所述线圈连接，所述线圈连接件的另一端与所述匹配器的输出端连接。
优选的，所述屏蔽盒为由至少四个侧板、顶板和底板组成的多面体，在各个侧板以及各个侧板分别与顶板和底板的对接面上设置有第一线圈槽，且在所述第一线圈槽内设置有第一屏蔽线圈，用以实现各个侧板以及各个侧板分别与顶板和底板之间的电磁屏蔽。
优选的，所述屏蔽盒为由环形板、顶板和底板组成的柱体，在所述环形板分别与所述顶板和底板的对接面上设置有第一线圈槽，且在所述第一线圈槽内设置有第一屏蔽线圈，用以实现所述环形板分别与所述顶板和底板之间的电磁屏蔽。
优选的，在所述顶板上设置有第一通孔，所述匹配器的输出端通过所述第一通孔伸入所述屏蔽盒的内部；并且，在所述顶板上，且环绕在所述第一通孔的周围设置有第二线圈槽，并且在所述第二线圈槽内设置有第二屏蔽线圈，用以实现所述匹配器与所述顶板之间的电磁屏蔽。
优选的，所述线圈连接件包括线圈转接件、绝缘固定件和匹配器连接件，其中，所述线圈转接件的一端与所述线圈连接，所述线圈转接件的另一端穿过所述底板，并通过所述匹配器连接件与所述匹配器的输出端连接；所述绝缘固定件用于将所述线圈转接件固定在所述底板上，并将所述线圈转接件与所述底板电绝缘。
优选的，所述金属材料包括铝板，且所述铝板的表面经过导电氧化形成有氧化层。
优选的，所述上电极机构还包括设置在所述反应腔室顶部、且密闭的线圈盒，并且在所述线圈盒内设置有支撑板，所述支撑板将所述线圈盒的内部分割形成上部空间和下部空间；所述线圈屏蔽组件设置在所述支撑板上，且位于所述上部空间内；所述匹配器设置在所述线圈屏蔽组件的顶部，且位于所述上部空间内；所述线圈设置在所述下部空间内。
优选的，所述上电极机构还包括线圈支架，用于将所述线圈固定在所述反应腔室的顶部；所述线圈支架包括水平设置的固定板和用于支撑所述固定板的环形支撑件，所述固定板、环形支撑件和所述反应腔室的顶部形成封闭空间，所述线圈位于所述封闭空间内，且固定在所述固定板的下表面上。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室、上电极机构和下电极机构，所述上电极机构设置在所述反应腔室的顶部；所述下电极机构设置在所述反应腔室的内部，所述上电极机构采用本发明提供的上述上电极机构。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的上电极机构，其通过设置线圈屏蔽组件，可以将在匹配器与线圈连接件的连接处产生的水平干扰电场与由线圈产生的垂直电场隔离，从而可以避免该水平干扰电场对由线圈产生的垂直电场进行干扰，进而可以保证等离子体的分布均匀性。
本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述上电极机构，可以避免该水平干扰电场对由线圈产生的垂直电场进行干扰，从而可以保证等离子体的分布均匀性。
附图说明
图1为现有的一种刻蚀设备的剖视图；
图2为本发明实施例提供的上电极机构的安装图；
图3A为本发明实施例提供的上电极机构的剖视图；
图3B为图3A中II区域的放大图；以及
图3C为图3A中III区域的放大图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的上电极机构及半导体加工设备进行详细描述。
图2为本发明实施例提供的上电极机构的安装图。请参阅图2，在反应腔室32内设置有下电极33，且在反应腔室32的顶部设置有平板状的介质窗30(采用陶瓷或石英等的绝缘材料制作)，并且上电极机构设置在介质窗30的上方，用于透过介质窗30将射频功率馈入反应腔室32的内部。
在本实施例中，上电极机构包括线圈29、匹配器21和线圈屏蔽组件。其中，线圈29通过线圈支架28固定在介质窗30上方，该线圈支架28包括水平设置的固定板和用于支撑该固定板的环形支撑件31，固定板、环形支撑件31和介质窗30形成封闭空间，线圈29位于该封闭空间内，且固定在固定板的下表面上。当然，在实际应用中，还可以采用其他任意方式固定线圈，且线圈的结构不同，固定线圈的方式也不同。
而且，线圈29通过线圈连接件与匹配器21电连接，该匹配器21与射频电源(图中未示出)电连接，射频电源用于通过该匹配器21向线圈29加载射频能量，以使线圈29能够激发反应腔室32中的反应气体形成等离子体。线圈屏蔽组件用于将在匹配器21与线圈连接件的连接处产生的水平干扰电场与由线圈29产生的垂直电场隔离，从而可以避免该水平干扰电场对由线圈产生的垂直电场进行干扰，进而可以保证等离子体的分布均匀性。
图3A为本发明实施例提供的上电极机构的剖视图。图3B为图3A中II区域的放大图。图3C为图3A中III区域的放大图。请一并参阅图3A-3C，在本实施例中，线圈屏蔽组件包括密闭的屏蔽盒23，该屏蔽盒23采用金属材料制作，以实现射频屏蔽的作用。优选的，上述金属材料包括铝板，该铝板的表面经过导电氧化，而在铝板表面形成有可与其外部空间充分隔绝的氧化层，以使屏蔽盒23有效密封，从而可以避免射频泄露，影响刻蚀结果。
该屏蔽盒23为由四个侧板232、顶板231和底板233组成的六面体，在各个侧板232以及各个侧板232分别与顶板231和底板233的对接面上设置有第一线圈槽，且在该第一线圈槽内设置有第一屏蔽线圈34，用以实现各个侧板232以及各个侧板232分别与顶板231和底板233之间的电磁屏蔽，如图3B所示。
上电极机构还包括设置在反应腔室23顶部、且密闭的线圈盒26，并且在该线圈盒26内设置有支撑板27，该支撑板27将线圈盒26的内部分割形成上部空间和下部空间。在上部空间中，上述屏蔽盒23设置在支撑板27上；匹配器21设置在屏蔽盒23的顶部。线圈26设置在下部空间内。
在本实施例中，如图3C所示，在顶板231上设置有第一通孔，匹配器21的输出端211通过该第一通孔伸入屏蔽盒23的内部；并且，在顶板231上，且环绕在第一通孔的周围设置有第二线圈槽，并且在该第二线圈槽内设置有第二屏蔽线圈35，用以实现匹配器21与顶板231之间的电磁屏蔽。
而且，匹配器21的输出端延伸至屏蔽盒23的内部。线圈连接件的一端与线圈29连接，线圈连接件的另一端与匹配器21的输出端连接，由于匹配器21的输出端位于屏蔽盒23的内部，因而线圈连接件的另一端与匹配器21的输出端的连接处位于屏蔽盒23的内部，从而可以实现将在匹配器21与线圈连接件的连接处产生的水平干扰电场与由线圈29产生的垂直电场隔离。
在本实施例中，上述线圈连接件包括线圈转接件25、绝缘固定件24和匹配器连接件22。其中，如图3A所示，线圈转接件25由第一转接件251和第二转接件252组成，第二转接件252的下端与线圈29连接，第二转接件252的上端与第一转接件251的下端连接，第一转接件251的上端穿过底板233，并通过匹配器连接件22与匹配器21的输出端211连接；绝缘固定件24用于将第二转接件252固定在底板233上，并将第二转接件252与底板233电绝缘，从而实现二者的射频隔离。在实际应用中，绝缘固定件24可以采用任意结构，只要能够实现第二转接件252与底板233的射频隔离即可。
需要说明的是，在本实施例中，线圈转接件25由第一转接件251和第二转接件252组成，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，线圈转接件25还可以采用其他任意结构，只要能够穿过底板，并将线圈与匹配器的输出端连接在一起即可。另外，在实际应用中，匹配器21的输出端211为两个，且线圈29通常由结构完全相同的两个分体对接而成，每个分体具有两个连接端，两个分体共具有四个连接端，在这种情况下，需要设置四个线圈转接件25和两个匹配器连接件22，其中，四个线圈转接件25的一端一一对应地与四个连接端连接；两个匹配器连接件22分别与匹配器21的两个输出端211连接。并且，在四个线圈转接件25中，其中两个线圈转接件25的另一端通过匹配器连接件22同时与匹配器21的其中一个输出端211连接，其余两个线圈转接件25的另一端通过匹配器连接件22同时与匹配器21的其中另一个输出端211连接。另外，在实际应用中，匹配器连接件22可以采用任意结构，只要能够实现将线圈转接件25与匹配器21的输出端的电连接即可。
还需要说明的是，在本实施例中，屏蔽盒23为由四个侧板232、顶板231和底板233组成的六面体，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，屏蔽盒还可以为五面体或者七面体等等，即，屏蔽盒可以为由五个或者六个以上的侧板以及顶板和底板组成的多面体。
进一步需要说明的是，在实际应用中，屏蔽盒还可以为柱体，该柱体可以由环形板、顶板和底板组成。与上述多面体结构的屏蔽盒相类似的，为了实现各个板之间的电磁屏蔽，在环形板分别与顶板和底板的对接面上设置有第一线圈槽，且在第一线圈槽内设置有第一屏蔽线圈，用以实现环形板分别与顶板和底板之间的电磁屏蔽。当然，在实际应用中，屏蔽盒还可以采用其他任意结构，只要其能够实现射频屏蔽的作用即可。
综上所述，本发明实施例提供的上电极机构，其通过设置线圈屏蔽组件，可以将在匹配器与线圈连接件的连接处产生的水平干扰电场与由线圈产生的垂直电场隔离，从而可以避免该水平干扰电场对由线圈产生的垂直电场进行干扰，进而可以保证等离子体的分布均匀性。
作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室、下电极机构和上电极机构。其中，上电极机构设置在反应腔室的顶部，该上电极机构采用了本发明上述实施例提供的上电极机构；下电极机构设置在反应腔室的内部。
本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的上述上电极机构，可以避免该水平干扰电场对由线圈产生的垂直电场进行干扰，从而可以保证等离子体的分布均匀性。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种上电极机构，包括设置在反应腔室顶部的线圈和匹配器，所述线圈通过线圈连接件与所述匹配器电连接，其特征在于，还包括线圈屏蔽组件，所述线圈屏蔽组件在所述匹配器与所述线圈连接件的连接处包围形成密闭空间，以将所述连接处产生的水平干扰电场与由所述线圈产生的垂直电场隔离；所述线圈屏蔽组件包括密闭的屏蔽盒，所述屏蔽盒采用金属材料制作；所述匹配器的输出端延伸至所述屏蔽盒的内部；所述线圈连接件的一端与所述线圈连接，所述线圈连接件的另一端与所述匹配器的输出端连接；所述屏蔽盒为由至少四个侧板、顶板和底板组成的多面体，在各个侧板以及各个侧板分别与顶板和底板的对接面上设置有第一线圈槽，且在所述第一线圈槽内设置有第一屏蔽线圈，用以实现各个侧板以及各个侧板分别与顶板和底板之间的电磁屏蔽；或者，
所述屏蔽盒为由环形板、顶板和底板组成的柱体，在所述环形板分别与所述顶板和底板的对接面上设置有第一线圈槽，且在所述第一线圈槽内设置有第一屏蔽线圈，用以实现所述环形板分别与所述顶板和底板之间的电磁屏蔽。
2.根据权利要求1所述的上电极机构，其特征在于，在所述顶板上设置有第一通孔，所述匹配器的输出端通过所述第一通孔伸入所述屏蔽盒的内部；并且，在所述顶板上，且环绕在所述第一通孔的周围设置有第二线圈槽，并且在所述第二线圈槽内设置有第二屏蔽线圈，用以实现所述匹配器与所述顶板之间的电磁屏蔽。
3.根据权利要求1所述的上电极机构，其特征在于，所述线圈连接件包括线圈转接件、绝缘固定件和匹配器连接件，其中，
所述线圈转接件的一端与所述线圈连接，所述线圈转接件的另一端穿过所述底板，并通过所述匹配器连接件与所述匹配器的输出端连接；
所述绝缘固定件用于将所述线圈转接件固定在所述底板上，并将所述线圈转接件与所述底板电绝缘。
4.根据权利要求1所述的上电极机构，其特征在于，所述金属材料包括铝板，且所述铝板的表面经过导电氧化形成有氧化层。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的上电极机构，其特征在于，所述上电极机构还包括设置在所述反应腔室顶部、且密闭的线圈盒，并且在所述线圈盒内设置有支撑板，所述支撑板将所述线圈盒的内部分割形成上部空间和下部空间；
所述线圈屏蔽组件设置在所述支撑板上，且位于所述上部空间内；
所述匹配器设置在所述线圈屏蔽组件的顶部，且位于所述上部空间内；
所述线圈设置在所述下部空间内。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的上电极机构，其特征在于，所述上电极机构还包括线圈支架，用于将所述线圈固定在所述反应腔室的顶部；
所述线圈支架包括水平设置的固定板和用于支撑所述固定板的环形支撑件，所述固定板、环形支撑件和所述反应腔室的顶部形成封闭空间，所述线圈位于所述封闭空间内，且固定在所述固定板的下表面上。
7.一种半导体加工设备，包括反应腔室、上电极机构和下电极机构，所述上电极机构设置在所述反应腔室的顶部；所述下电极机构设置在所述反应腔室的内部，其特征在于，所述上电极机构采用权利要求1-6任意一项所述的上电极机构。
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