等離子體激發部件及包括該部件的等離子體處理裝置的製作方法
2023-07-01 16:44:31 1
專利名稱：等離子體激發部件及包括該部件的等離子體處理裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體製造技術領域，特別涉及一種等離子體激發 部件及包括該部件的等離子體處理裝置。
背景技術：
當今，半導體工業中多數情況下使用的射頻發生器的標準頻率為國
際電信規程規定的13.56MHz。當前，在等離子體增強化學氣相澱積 (PECVD)或等離子幹法刻蝕的應用中，有將射頻(RF)激發頻率提高 到高於13.56MHz的頻率的趨勢，優選的頻率值通常為27.12MHz和 40.68MHz (13.56MHz的諧波)或更高。以PECVD工藝為例，更高的激 發頻率可以允許PECVD工藝中採用更高的沉積速率，從而提高生產效 率。
PECVD設備採用一對平板形狀相互平行的電極來激發等離子體，並 提供薄膜沉積或刻蝕表面。圖1為常見PECVD系統等離子體處理裝置的 簡化結構示意圖。如圖1所示，在真空室10中置有兩個極性相反的平行 板狀電極，分別為接地的正極12和用來激發等離子體的激發電極11 (負 極)，它們之間的區域17是等離子體的激勵形成區域，基板14位於接 地電極12的表面。反應氣體由進氣口 19被輸送至反應室10中，經噴淋 板13和激發電極11上的孔進入等離子體激勵形成區域17，射頻激勵源 20向激發電極11輸入射頻能量，將反應氣體激發為等離子體，剩餘的氣 體由出氣口 18排出。
在使用大面積等離子體加工設備時，隨著電極尺寸的增加，特別是 在使用高於13.56MHz的射頻(RF)和極高頻(Very High Frequency)的 大型PECVD反應設備對大面積基板進行加工的情形，無論是沉積還是刻 蝕，等離子體的均勻性往往有不令人滿意的變化。其原因之一就是當電 極的線性尺寸接近或超過射頻激發電功率的自由空間波長的1/8時，與電磁波的自由空間波長相比，電極的線性尺寸不再是可忽略的因素，電磁 波的反射、幹涉和駐波等現象變得十分嚴重，使得電場強度的分布沿電
極板的線性尺寸，從電極板的中心到邊緣呈現如圖2所示的不均勻分布。
上述現象導致等離子體激發電場的在大面積電極表面的非均勻性， 使得反應氣體的分解效率，也就是薄膜沉積(或蝕刻)速率隨著村底位 置的變化而變化。所以，諸如大面積PECVD沉積系統的等離子體處理裝 置的激發電極必須具有特殊的設計以滿足等離子體處理過程中的均勻性 要求。
實用新型內容
本實用新型的目的在於提供一種等離子體激發部件及包括該部件的 等離子體處理裝置，能夠改善大面積等離子體處理裝置中的等離子體激 勵電場能量分布的均勻性。
為了達到上述目的，根據本實用新型提供的一種等離子體激發部件， 包括激勵源、第一阻抗適配器、電極板和第二阻抗適配器，所述激勵源 的輸出端經所述第一阻抗適配器連接至所述電極板的一端，所述電極板 的另一端經所述第二阻抗適配器接地。
可選的，所述電極板包括虛擬電極板和工作電極板，所述虛擬電極 板和工作電極板之間通過金屬接觸點電性連接，所述激勵源的輸出端經 所述第一阻抗適配器連接至所述虛擬電極板的一端，所述虛擬電極板的 另一端經所述第二阻抗適配器接地。
可選的，所述虛擬電極板和工作電極之間的距離為2毫米 4毫米。
可選的，所述金屬接觸點位於虛擬電極板和工作電極板的角部或邊 緣的中點。
可選的，所述激勵源為射頻或極高頻激勵源。 根據本實用新型提供的一種等離子體處理裝置，包括接地電極板、 進氣口和出氣口，所述裝置還包括激勵源、第一阻抗適配器、電極板和第二阻抗適配器，所述激勵源的輸出端經所述第一阻抗適配器連接至所 述電極板的一端，所述電極板的另一端經所述第二阻抗適配器接地。
可選的，所述電極板包4舌虛擬電極板和工作電極板，所述虛擬電極 板和工作電極板之間通過金屬接觸點電性連接，所述激勵源的輸出端經 所述第一阻抗適配器連接至所述虛擬電極板的一端，所述虛擬電極板的 另一端經所述第二阻抗適配器接地。
根據本實用新型提供的另一種等離子體激發部件，包括激勵源、阻
抗適配器、虛擬電^L板和工作電極板，所述虛擬電糹及板和工作電極板之
間通過金屬接觸點電性連接，所述激勵源的輸出端經所述阻抗適配器連 接至所述虛擬電極板的一端。
可選的，所述虛擬電極板和工作電^l板之間的距離為2毫米~4毫米， 所述金屬接觸點位於虛擬電極板和工作電極板的角部或邊緣的中點。
根據本實用新型提供的另 一種等離子體處理裝置，包括接地電極、 進氣口和出氣口，所述裝置還包括激勵源、阻抗適配器、虛擬電極板和 工作電極板，所述虛擬電極板和工作電極板之間通過金屬接觸點電性連端。
與現有技術相比，本實用新型具有以下優點
本實用新型的等離子體激發部件將大面積的激發電極板進行虛擬的 延伸或改變，使它對於被引入的電磁波能量而言是一個近乎無邊界的導 體，以減少被引入的射頻或極高頻電磁波功率在電極板邊界的反射、幹 涉和駐波現象而造成的激發電場的不均勻分布，從而提高了大面積等離 子體處理裝置中薄膜沉積或刻蝕的均勻性。本實用新型的等離子體激發 部件結構簡單、易於實現，適用於任何形狀的激發電極，且不需對沉積 或刻蝕系統作專交大改動。
通過附圖中所示的本實用新型的優選實施例的更具體說明，本實用 新型的上述及其它目的、特徵和優勢將更加清晰。在全部附圖中相同的 附圖標記指示相同的部分。並未刻意按比例繪製附圖，重點在於示出本 實用新型的主旨。在附圖中，為清楚起見，放大了層的厚度。
圖1為常見PECVD系統等離子體處理裝置的簡化結構示意圖2為顯示圖1所示結構中大面積電極板表面的射頻能量分布曲線 示意圖3為根據本實用新型第一實施例的等離子體激發部件結構示意圖； 圖4為根據本實用新型第一實施例的等離子體處理裝置結構示意圖； 圖5為根據本實用新型第二實施例的等離子體激發部件結構示意圖； 圖6為根據本實用新型第二實施例的等離子體處理裝置結構示意圖； 圖7為本實用新型等離子體處理裝置電場能量分布曲線示意圖； 圖8為根據本實用新型第三實施例的等離子體激發部件結構示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面
結合附圖對本實用新型的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中
闡述了很多具體細節以便於充分理解本實用新型。但是本實用新型能夠
以很多不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違
背本實用新型內涵的情況下做類似推廣。因此本實用新型不受下面公開 的具體實施的限制。
本實用新型的等離子體激發部件和包括該部件的等離子體處理裝置 適用於但不限於等離子體顯示器、液晶顯示器LCD和太陽能電池的生產 中使用的矩形或正方形大面積等離子體處理(沉積或刻蝕)設備，亦或 其他任何使用RF、 VHF電磁波進行加工的反應設備。
圖3為根據本實用新型第一實施例的等離子體激發部件結構示意圖。如圖3所示，本實用新型第一實施例的等離子體激發部件包括大面積電 極板60、射頻或極高頻激勵源20、阻抗適配器22和阻抗適配器23。激 勵源20經屏蔽電纜連接到一個阻抗適配器22，然後通過屏蔽電纜連接到 電極板60的一個邊緣的中點或一個角上的供電接觸點。在電極板60的 與該供電接觸點相對的另一端，經一屏蔽電纜將電極板60連接到另外一 個阻抗適配器23。其中，阻抗適配器23的阻抗^f直可以以獨立於阻抗適配 器22的方式連續進行調整，它的實際數值根據所需沉積薄膜的均勻程度 而確定。其功能是使幾何尺寸有限的電極板60得以延伸到更大的面積， 並且使產生等離子體的激勵源20獲得了 一個虛擬負載，部分射頻電能消 耗在阻抗適配器23中，從而消除或減弱射頻電能在大面積電極60邊緣 的反射和駐波現象，改善電極板60表面等離子體中的電勢分布均勻性。
圖4為根據本實用新型第一實施例的等離子體處理裝置結構示意圖， 如圖4所示，以等離子增強化學氣相沉積設備為例，本實施例的等離子 體處理裝置中採用圖3所示的等離子體激發部件，真空室IO中接地電極 12和激發電極板60相對放置，它們之間的區域17是等離子體的激勵形 成區域。反應氣體由進氣口 19被輸送至反應室10中，經噴淋板13和激 發電極板60上的孔進入區域17。射頻或極高頻激勵源20輸出的射頻電 流經阻抗適配器22流入到電極板60，為電極板60提供射頻能量，將反 應氣體激發為等離子體，剩餘的氣體由出氣口 18排出。射頻能量從激發 電極板60的輸出端輸出經阻抗適配器23流入地，形成電流迴路。被置 於真空室10外的延伸性阻抗適配器23的阻抗可根據所沉積薄膜的具體 條件及電極的尺寸進行連續調整，以達到所需要的薄膜沉積均勻度。
圖5為根據本實用新型第二實施例的等離子體激發部件結構示意圖。 如圖5所示，本實用新型第二實施例的等離子體激發部件的電極採用雙 層重疊電極形式，分別是虛擬電極板40和工作電極板30。這兩個電極板 之間的距離為2 4毫米，優選為3毫米，它們在數個金屬接觸點50進行 電性連接，金屬接觸點50優選在電極板的角部或邊緣的中點。射頻或極高頻激勵源20經屏蔽電纜連接到阻抗適配器22，然後通過屏蔽電纜連接 至虛擬電極板40，射頻電能經金屬接觸點50傳導至工作電極板30。在 虛擬電極板40的另一端經屏蔽電纜將電極板40連接到另一個阻抗適配 器23。
本實施例中，虛擬電極板40和工作電極板30因數個金屬接觸點50 而形成了多個循環電氣迴路，使得工作電極板30對於入射的高頻電磁波 表現為一個沒有終端的巨大電極，因而大大降低了電磁波在工作電極板 30邊緣的反射和駐波。加之前述阻抗適配器23的虛擬負載的阻抗調節作 用，使得本實施例的等離子體激發電極部件進一步提高了工作電極板30 表面電場強度分布的均勻性。
圖6為根據本實用新型第二實施例的等離子體處理裝置結構示意圖。 如圖6所示，本實施例的等離子體處理裝置仍以等離子增強化學氣相沉 積設備為例，等離子體激發部件採用圖5所示的等離子體激發部件。虛 擬電極板40和工作電極板30在數個金屬接觸點50進行電性連接，金屬 接觸點50的位置優選在電極板的角部或邊緣的中點。兩個電極板之間的 距離為2 4毫米，優選為3毫米。由於虛擬電極板40與置於其後的均勻 布氣的噴淋板13的間距為3毫米左右，是在所謂等離子體的"暗區"， 所以虛擬電極板40的兩面都不接觸等離子區17。激勵源20通過阻抗適 配器22向虛擬電極板40提供的激發功率被傳導到工作電極板30，在等 離子區17耦合於等離子體中。真空室40中還包括接地電極12、進氣口 19和出氣口 18。虛擬電才及板40和工作電極板30形成了多個循環電路， 使工作電極板30對入射高頻電磁波顯得是一個沒有終端的巨大電極，降 低了電磁波在工作電極板30邊緣的反射和駐波。阻抗適配器23使產生 等離子體的激發電路獲得了 一個虛擬負載，部分射頻電能消耗在阻抗適 配器23中，起到了延伸工作電極板30線性尺寸的作用，減弱或消除了 射頻電能在大面積電極板30邊緣的反射和駐波現象，提高了工作電極板 30表面電場分布的均勻性，使等離子區17中激發等離子體的電場能量的分布更加均勻，如圖7的電場能量分布曲線示意圖所示。
圖8為根據本實用新型第三實施例的等離子體激發部件結構示意圖。 如圖8所示，本實施例中的等離子體激發部件的電極採用雙層重疊電極 形式，分別是虛擬電極板40和工作電極板30。這兩個電極之間的距離為 2~4毫米，優選為3毫米，它們在數個金屬接觸點50進行電性連接，金 屬接觸點50優選在電極板的角部或邊緣的中點。射頻或極高頻激勵源20 經屏蔽電纜連接到阻抗適配器22，然後通過屏蔽電纜連接至虛擬電極板 40，射頻電能經金屬接觸點50傳導至工作電極板30。本實施例中，虛擬 電極板40和工作電極板30因數個金屬接觸點50而形成了多個循環電氣 迴路，使得工作電極板30對於入射高頻電磁波表現為一個沒有終端的巨 大電極，可降低電磁波在工作電極板30邊緣的反射和駐波。採用本實施 例的等離子體激發電極的等離子體處理裝置亦能夠提高等離子體激發區 域中射頻或極高頻電磁波激發能量分布的均勻性。
雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本實 用新型。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案範 圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本實用新型技術方案 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， 凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對 以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬於本實用新 型技術方案的保護範圍內。
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權利要求1、一種等離子體激發部件，其特徵在於包括激勵源、第一阻抗適配器、電極板和第二阻抗適配器，所述激勵源的輸出端經所述第一阻抗適配器連接至所述電極板的一端，所述電極板的另一端經所述第二阻抗適配器接地。
2、 如權利要求1所述的等離子體激發部件，其特徵在於所述電極 板包括虛擬電極板和工作電極板，所述虛擬電極板和工作電極板之間通 過金屬接觸點電性連接，所述激勵源的輸出端經所述第一阻抗適配器連 接至所述虛擬電極板的一端，所述虛擬電極板的另一端經所述第二阻抗 適配器接地。
3、 如權利要求2所述的等離子體激發卻件，其特徵在於所述虛擬 電極板和工作電極之間的距離為2毫米~4毫米。
4、 如權利要求2所述的等離子體激發部件，其特徵在於所述金屬 接觸點位於虛擬電極板和工作電極板的角部或邊緣的中點。
5、 如權利要求1所述的等離子體激發部件，其特徵在於所述激勵 源為射頻或極高頻激勵源。
6、 一種等離子體處理裝置，包括接地電極板、進氣口和出氣口，其 特徵在於所述裝置還包括激勵源、第一阻抗適配器、電極板和第二阻 抗適配器，所述激勵源的輸出端經所述第一阻抗適配器連接至所述電極 板的一端，所述電極板的另一端經所述第二阻抗適配器接地。
7、 如權利要求6所述的等離子體處理裝置，其特徵在於所述電極 板包括虛擬電極板和工作電極板，所述虛擬電極板和工作電極板之間通 過金屬接觸點電性連接，所述激勵源的輸出端經所述第一阻抗適配器連 接至所述虛擬電極板的一端，所述虛擬電極板的另一端經所述第二阻抗 適配器接地。
8、 一種等離子體激發部件，其特徵在於包括激勵源、阻抗適配器、 虛擬電極板和工作電極板，所述虛擬電極板和工作電極板之間通過金屬接觸點電性連接，所述激勵源的輸出端經所述阻抗適配器連接至所述虛 擬電極板的 一端。
9、 如權利要求8所述的等離子體激發部件，其特徵在於所述虛擬 電極板和工作電極板之間的距離為2毫米~4毫米，所述金屬接觸點位於 虛擬電極板和工作電極板的角部或邊緣的中點。
10、 一種等離子體處理裝置，包括接地電極、進氣口和出氣口，其 特徵在於所述裝置還包括激勵源、阻抗適配器、虛擬電極板和工作電 極板，所述虛擬電極板和工作電極板之間通過金屬接觸點電性連接，所
專利摘要本實用新型公開了一種等離子體激發部件及包括該部件的等離子體處理裝置，所述等離子體激發部件包括激勵源、第一阻抗適配器、電極板和第二阻抗適配器，所述激勵源的輸出端經所述第一阻抗適配器連接至所述電極板的一端，所述電極板的另一端經所述第二阻抗適配器接地。本實用新型的等離子體激發部件及包括該部件的等離子體處理裝置能夠改善大面積等離子體處理裝置中的等離子體激勵電場能量分布的均勻性。
文檔編號C23C16/44GK201238415SQ20082012614
公開日2009年5月13日 申請日期2008年6月20日 優先權日2008年6月20日
發明者李沅民, 楊與勝 申請人:福建鈞石能源有限公司