CN110491760B - 一种法拉第清洗装置及等离子体处理*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种法拉第清洗装置及等离子体处理***，包括反应腔室、偏置电极、晶圆、腔盖、耦合窗、进气喷嘴、立体式线圈以及法兰第层，腔盖上端面安装有耦合窗，反应腔室上端面安装有腔盖，反应腔室内部装配有偏置电极，偏置电极上端面安装有晶圆，耦合窗内部装配有进气喷嘴，耦合窗上端面安装有法兰第层，法兰第层上端面装配有立体式线圈，因本发明添加了耦合窗、进气喷嘴、立体式线圈以及法兰第层，该设计解决了原有法拉第清洗装置及等离子体处理***使用效果不佳的问题，本发明结构合理，便于组合安装，清理效果好，实用性强。
Description
技术领域
本发明是一种法拉第清洗装置及等离子体处理***，属于等离子清洗设备技术领域。
背景技术
在半导体集成电路制造工艺中，刻蚀是其中最为重要的一道工序，其中等离子体刻蚀是常用的刻蚀方式之一，通常刻蚀发生在真空反应腔室内，通常真空反应腔室内包括静电吸附卡盘，用于承载吸附晶圆、射频负载及冷却晶圆等作用，在离子体刻蚀过程中需要用到法拉第清洗装置及等离子体处理***。
现有技术中，现有的法拉第清洗装置及等离子体处理***在使用时，清洗不彻底，使用效果不好，现在急需一种法拉第清洗装置及等离子体处理***来解决上述出现的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种法拉第清洗装置及等离子体处理***，以解决上述背景技术中提出的问题，本发明结构合理，便于组合安装，清理效果好，实用性强。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种法拉第清洗装置及等离子体处理***，包括反应腔室、偏置电极、晶圆、腔盖以及便于清洗机构，所述反应腔室上端面安装有腔盖，所述反应腔室内部装配有偏置电极，所述偏置电极上端面安装有晶圆，所述腔盖上侧设置有便于清洗机构，所述便于清洗机构包括耦合窗、进气喷嘴、立体式线圈以及法兰第层，所述腔盖上端面安装有耦合窗，所述耦合窗内部装配有进气喷嘴，所述耦合窗上端面安装有法兰第层，所述法兰第层上端面装配有立体式线圈。
进一步地，所述法兰第层分为二段式法拉第和三段式法拉第。
进一步地，所述二段式法拉第由中心法拉第、边缘法拉第、法拉第电容和法拉第电极片组成，所述二段式法拉第最外缘直径大小比耦合窗暴露在腔盖中的最大直径大0%~10%，所述中心法拉第最大直径占整体二段式法拉第的40%~65%，所述二段式法拉第的法拉第电极片大小与法拉第电容吻合，且厚度与中心法拉第和边缘法拉第保持一致。
进一步地，所述法拉第电容厚底、中心法拉第和边缘法拉第叠加部分大小、中心法拉第和边缘法拉第中间空隙可根据需要调整，且具体调整计算方式可参照以下电容计算公式， C=εS/4πkd，其中，ε是一个常数，S为电容极板的正对面积，d为电容极板的距离，k则是静电力常量，常见的平行板电容器，电容为C=εS/d（ε为极板间介质的介电常数，S为极板面积，d为极板间的距离。
进一步地，所述二段式法拉第的中心法拉第由两组完全相同的扇形导电件和构成，所述扇形导电件和之间留有空隙，所述扇形导电件和又由导电环和相互中间留有空隙的花瓣状组件构成，且花瓣状组件互相隔离，花瓣状组件围绕垂直轴呈旋转对称均匀分布，花瓣状组件之间的缝隙形状、大小相同。
进一步地，所述三段式法拉第由内部法拉第、中部法拉第、外部法拉第、内部电容、内部电极片、外部电容和外部电极片组成，所述三段式法拉第最外缘直径大小比耦合窗暴露在腔盖中的最大直径大0%~10%，所述内部法拉第最大直径占整体三段式法拉第的15%~35%，所述中部法拉第范围占整体三段式法拉第的15%~35%，所述三段式法拉第的内部电极片和外部电极片大小分别与内部电容和外部电容吻合，且厚度与内部法拉第、中部法拉第和外部法拉第保持一致。
进一步地，所述内部电容和外部电容厚底及与内部法拉第、中部法拉第、外部法拉第叠加部分大小及内部法拉第、中部法拉第、外部法拉第三者中间空隙可根据需要调整，且具体调整计算方式可参照电容计算公式，C=εS/4πkd，其中ε是一个常数，S为电容极板的正对面积，d为电容极板的距离，k则是静电力常量，常见的平行板电容器，电容为C=εS/d（ε为极板间介质的介电常数，S为极板面积，d为极板间的距离）。
本发明的有益效果：本发明的一种法拉第清洗装置及等离子体处理***，因本发明添加了耦合窗、进气喷嘴、立体式线圈以及法兰第层，该设计便于对反应腔室内部进行清洗，解决了原有法拉第清洗装置及等离子体处理***使用效果不佳的问题，提高了本发明的实用性。
因法兰第层分为二段式法拉第和三段式法拉第，提高了该设计的合理性，因二段式法拉第由中心法拉第、边缘法拉第、法拉第电容和法拉第电极片组成，二段式法拉第最外缘直径大小比耦合窗暴露在腔盖中的最大直径大0%~10%，中心法拉第最大直径占整体二段式法拉第的40%~65%，二段式法拉第的法拉第电极片大小与法拉第电容吻合，且厚度与中心法拉第和边缘法拉第保持一致，本发明结构合理，便于组合安装，清理效果好，实用性强。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一种法拉第清洗装置及等离子体处理***的结构示意图；
图2为本发明一种法拉第清洗装置及等离子体处理***中二段式法拉第结构剖面图；
图3为本发明一种法拉第清洗装置及等离子体处理***中二段式法拉第结构俯视图；
图4为本发明一种法拉第清洗装置及等离子体处理***中三段式法拉第结构剖面图；
图5为本发明一种法拉第清洗装置及等离子体处理***中三段式法拉第结构俯视图；
图6为本发明一种法拉第清洗装置及等离子体处理***中实施方式一示意图；
图7为本发明一种法拉第清洗装置及等离子体处理***中实施方式一工作流程图；
图8为本发明一种法拉第清洗装置及等离子体处理***中实施方式二示意图；
图9为本发明一种法拉第清洗装置及等离子体处理***中实施方式二工作流程图；
图10为本发明一种法拉第清洗装置及等离子体处理***中实施方式三示意图；
图11为本发明一种法拉第清洗装置及等离子体处理***中实施方式三工作流程图；
图中：1-反应腔室、2-偏置电极、3-晶圆、4-腔盖、5-便于清洗机构、10-耦合窗、11-进气喷嘴、80-立体式线圈、100-法兰第层、110-中心法拉第、120-边缘法拉第、130-法拉第电容、140-法拉第电极片、50-导电环、51-花瓣组件、150-内部法拉第、160-中部法拉第、170-外部法拉第、181-内部电容、182-内部电极片、183-外部电容、184-外部电极片。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
请参阅图1-图11，本发明提供一种技术方案：一种法拉第清洗装置及等离子体处理***，包括反应腔室1、偏置电极2、晶圆3、腔盖4以及便于清洗机构5，反应腔室1上端面安装有腔盖4，反应腔室1内部装配有偏置电极2，偏置电极2上端面安装有晶圆3，腔盖4上侧设置有便于清洗机构5。
便于清洗机构5包括耦合窗10、进气喷嘴11、立体式线圈80以及法兰第层100，腔盖4上端面安装有耦合窗10，耦合窗10内部装配有进气喷嘴11，耦合窗10上端面安装有法兰第层100，法兰第层100上端面装配有立体式线圈80，因本发明添加了耦合窗10、进气喷嘴11、立体式线圈80以及法兰第层100，该设计解决了原有法拉第清洗装置及等离子体处理***使用效果不佳的问题。
法兰第层100分为二段式法拉第和三段式法拉第，提高了该设计的合理性，二段式法拉第由中心法拉第110、边缘法拉第120、法拉第电容130和法拉第电极片140组成，二段式法拉第最外缘直径大小比耦合窗10暴露在腔盖4中的最大直径大0%~10%，中心法拉第110最大直径占整体二段式法拉第的40%~65%，二段式法拉第的法拉第电极片140大小与法拉第电容130吻合，且厚度与中心法拉第110和边缘法拉第120保持一致。
法拉第电容130厚底、中心法拉第110和边缘法拉第120叠加部分大小、中心法拉第110和边缘法拉第120中间空隙可根据需要调整，且具体调整计算方式可参照以下电容计算公式， C=εS/4πkd，其中，ε是一个常数，S为电容极板的正对面积，d为电容极板的距离，k则是静电力常量，常见的平行板电容器，电容为C=εS/d（ε为极板间介质的介电常数，S为极板面积，d为极板间的距离，该设计便于对连接处的空隙进行计算调节。
二段式法拉第的中心法拉第110由两组完全相同的扇形导电件111和112和构成，扇形导电件111和112和之间留有空隙，扇形导电件111和112和又由导电环51和相互中间留有空隙的花瓣状组件50构成，且花瓣状组件50互相隔离，花瓣状组件50围绕垂直轴呈旋转对称均匀分布，花瓣状组件50之间的缝隙形状、大小相同，该设计便于对耦合窗10中心进行清洗。
三段式法拉第由内部法拉第150、中部法拉第160、外部法拉第170、内部电容181、内部电极片182、外部电容183和外部电极片184组成，三段式法拉第最外缘直径大小比耦合窗10暴露在腔盖4中的最大直径大0%~10%，内部法拉第150最大直径占整体三段式法拉第的15%~35%，中部法拉第160范围占整体三段式法拉第的15%~35%，三段式法拉第的内部电极片182和外部电极片184大小分别与内部电容181和外部电容183吻合，且厚度与内部法拉第150、中部法拉第160和外部法拉第170保持一致。
内部电容181和外部电容183厚底及与内部法拉第150、中部法拉第160、外部法拉第170叠加部分大小及内部法拉第150、中部法拉第160、外部法拉第170三者中间空隙可根据需要调整，且具体调整计算方式可参照电容计算公式，C=εS/4πkd，其中ε是一个常数，S为电容极板的正对面积，d为电容极板的距离，k则是静电力常量，常见的平行板电容器，电容为C=εS/d（ε为极板间介质的介电常数，S为极板面积，d为极板间的距离），该设计便于对连接处的空隙进行计算调节。
作为本发明的一个实施例：实施方式一如图6所示立体式线圈80的中心和边缘两个相互独立的部分的两个单立体线圈的一短连接到一起与外部射频装置相连，另外一端也连接到一起接地；内圈和外圈的线圈非接地端同时连接至射频匹配器的功率分配盒上，有功率分配盒来设定分配至中心和边缘的功率，以根据不同的工艺需求来调整中心和边缘的功率，从而调节腔体内等离子体的密度。在射频匹配器与功率分配盒之间还设置有RF切换盒，从RF切换盒内连接出两路，一路连接至功率分配盒，一路连接至法拉第层100，当设备准备进行工艺时，RF切换盒将射频匹配器的输出功率全部加载到功率分配盒中，法拉第层100上没有功率，功率分配盒再根据需要分配功率至中心和边缘的线圈上。当工艺结束开始进行腔室清洗时，RF切换盒将功率全部加载到法拉第层100上，内线圈和外线圈功率为零，此时对腔体内进行清洗，同时对耦合窗10进行彻底的清洗，减少非挥发性金属颗粒在顶部的沉积。本实施方式的工作流程如图7所示。
本发明实施方式二如图8所示，该实施方案的工艺及清洗流程图如图9所示，配置有两个射频匹配器，一个匹配器用来给法拉第层加载射频功率，另一个用来给内外线圈加载射频功率，同时两个射频匹配器均由一个射频电源控制，且射频电源与射频匹配器之间使用RF切换盒来控制哪一个匹配器开始工作，当腔室开始进行工艺时，RF切换盒将射频电源连接至线圈射频匹配器，法拉第射频匹配器不通电，线圈匹配器发出的功率经功率分配盒加载到中心和边缘线圈中，在腔室内部电离工艺气体，形成等离子体刻蚀工艺片；当工艺结束，开始清洗腔体，RF切换盒将射频电源连接至法拉第射频匹配器，线圈匹配器不通电，法拉第匹配器发出的功率全部加载到法拉第层100上，在腔体上部电离清洗气体，形成活性等离子体，对反应腔室1尤其是耦合窗10下表面进行彻底的清洗。
本发明实施方式三如图10所示，该实施方案的工艺及清洗流程图如图11所示，配置有两个射频电源和两个匹配器，其中一套射频电源和匹配器单独给内圈和外圈线圈使用，另一套射频电源和匹配器单独给法拉第层100使用，两者之间互不干涉，当腔室进行工艺时，打开线圈用射频电源，关闭法拉第射频电源，线圈用匹配器通过功率分配盒将射频功率加载到立体式线圈80的中心和边缘线圈中，电离腔体内的工艺气体，形成等离子体，进行刻蚀；当工艺结束，开始进行腔室清洗，关闭线圈用射频电源，打开法拉第用射频电源，将所有射频功率均加载到法拉第层100上，在腔体上部电离清洗气体，形成活性等离子体，对反应腔室1尤其是耦合窗10下表面进行彻底的清洗，提高了本发明的实用性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (4)
1.一种法拉第清洗装置及等离子体处理***，包括反应腔室、偏置电极、晶圆、腔盖以及便于清洗机构，其特征在于：所述反应腔室上端面安装有腔盖，所述反应腔室内部装配有偏置电极，所述偏置电极上端面安装有晶圆，所述腔盖上侧设置有便于清洗机构；
所述便于清洗机构包括耦合窗、进气喷嘴、立体式线圈以及法兰第层，所述腔盖上端面安装有耦合窗，所述耦合窗内部装配有进气喷嘴，所述耦合窗上端面安装有法兰第层，所述法兰第层上端面装配有立体式线圈；所述法兰第层分为二段式法拉第或三段式法拉第；
所述二段式法拉第由中心法拉第、边缘法拉第、法拉第电容和法拉第电极片组成，所述二段式法拉第最外缘直径大小比耦合窗暴露在腔盖中的最大直径大0%~10%，所述中心法拉第最大直径占整体二段式法拉第的40%~65%，所述二段式法拉第的法拉第电极片大小与法拉第电容吻合，且厚度与中心法拉第和边缘法拉第保持一致；
所述三段式法拉第由内部法拉第、中部法拉第、外部法拉第、内部电容、内部电极片、外部电容和外部电极片组成，所述三段式法拉第最外缘直径大小比耦合窗暴露在腔盖中的最大直径大0%~10%，所述内部法拉第最大直径占整体三段式法拉第的15%~35%，所述中部法拉第范围占整体三段式法拉第的15%~35%，所述三段式法拉第的内部电极片和外部电极片大小分别与内部电容和外部电容吻合，且厚度与内部法拉第、中部法拉第和外部法拉第保持一致。
2.根据权利要求1所述的一种法拉第清洗装置及等离子体处理***，其特征在于：所述法拉第电容、中心法拉第和边缘法拉第叠加部分大小、中心法拉第和边缘法拉第中间空隙根据需要调整，且具体调整计算方式参照以下电容计算公式， C=εS/4πkd，其中，ε是一个常数，S为电容极板的正对面积，d为电容极板的距离，k则是静电力常量。
3.根据权利要求1所述的一种法拉第清洗装置及等离子体处理***，其特征在于：所述二段式法拉第的中心法拉第由两组完全相同的扇形导电件组合构成，所述扇形导电件之间留有空隙，所述扇形导电件又由导电环和相互中间留有空隙的花瓣状组件构成，且花瓣状组件互相隔离，花瓣状组件围绕垂直轴呈旋转对称均匀分布，花瓣状组件之间的缝隙形状、大小相同。
4.根据权利要求1所述的一种法拉第清洗装置及等离子体处理***，其特征在于：所述内部电容和外部电容及与内部法拉第、中部法拉第、外部法拉第叠加部分大小及内部法拉第、中部法拉第、外部法拉第三者中间空隙根据需要调整，且具体调整计算方式参照电容计算公式，C=εS/4πkd，其中ε是一个常数，S为电容极板的正对面积，d为电容极板的距离，k则是静电力常量。
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