实现快速散热的法拉第屏蔽装置及等离子体处理装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种实现快速散热的法拉第屏蔽装置及等离子体处理装置，通过将等离子体反应腔上方的介电窗口靠近射频线圈的表面涂覆金属法拉第屏蔽装置，避免了传统的板状法拉第屏蔽装置受热发生变形导致的和介电窗口贴合不紧密，不能迅速的把介电窗口的热量传送到反应腔外部的技术问题，通过采用喷涂或蒸镀等方法，将法拉第屏蔽装置和介电窗口紧密贴合在一起，同时在法拉第屏蔽装置表面或内部设置导热部件，快速降低等离子体反应腔的温度，实现等离子体加工工艺的稳定和均匀。
【专利说明】实现快速散热的法拉第屏蔽装置及等离子体处理装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及等离子体处理工艺设备，更具体地说，涉及一种法拉第屏蔽装置。
【背景技术】
[0002]利用射频电感式耦合等离子体进行刻蚀或沉积是制备半导体薄膜器件的一种关键工艺，包括各种微电子器件、薄膜光伏电池、发光二极管等的制备都离不开刻蚀或沉积工艺。等离子体刻蚀或沉积的基本过程是:将反应气体从气源引入反应腔室，在等离子体中进行电离和分解形成离子和自由基。这些具有高度反应活性的粒子依靠气体运输到达待加工物体表面进行表面反应。
[0003]在等离子体中进行的表面刻蚀或沉积反应的均匀性，与等离子体的均匀性直接相关。而等离子体的均匀性又取决于通过射频线圈进行的能量耦合的均匀性以及反应腔的尺寸及形状。通过射频线圈进行的能量耦合一般包括交流和直流两部分，交流部分用于产生等离子体，而直流部分用于增加离子对反应腔表面的轰击能量。由于离子对反应腔表面的轰击会造成表面的腐蚀，必须加以减少。现有技术中的法拉第屏蔽装置的主要用途，是减少或消除直流部分的能量耦合。
[0004]现有技术中，所述的法拉第屏蔽装置通常为一带有射频通道的金属板，其放置在在介电窗口上方，与介电窗口贴合，便于带走介电窗口处的热量。在刻蚀工艺进行过程中，由于等离子体反应腔温度较高，法拉第屏蔽装置在工作中温度升高，发生变形，不能很好的与介电窗口贴合，导致热量不能及时传到到外部；法拉第屏蔽装置温度的升高会影响到其所产生的屏蔽效果，对反应工艺造成干扰。本发明希望提供一种具有快速导热功能的法拉第屏蔽装置来解决这一问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种实现快速散热的法拉第屏蔽装置，所述法拉第屏蔽装置用于一电感耦合等离子体处理系统，所述等离子体处理系统包括至少一个反应腔室，所述反应腔室包括一介电窗口，所述介电窗口上方设置有射频线圈，所述介电窗口和所述法拉第屏蔽装置一体设置，所述法拉第屏蔽装置涂覆在所述介电窗口靠近所述射频线圈的表面。
[0006]优选的，所述的法拉第屏蔽装置通过喷涂或蒸镀与所述介电窗口一体设置。
[0007]优选的，所述法拉第屏蔽装置上设置有至少一个射频通道，由射频线圈产生的磁场能够通过所述射频通道耦合到反应腔室内部。
[0008]优选的，所述射频通道的形状包括至少一个径向槽，所述径向槽以相同的径向角度间隔均匀分布于所述法拉第屏蔽装置上。
[0009]优选的，所述径向槽包括第一长度和第二长度，所述第一长度径向槽和第二长度径向槽间隔设置。
[0010]优选的，所述的射频线圈上方设置一风扇。
[0011]优选的，所述法拉第屏蔽装置表面设置一导热部件，所述导热部件内装有冷却液，所述导热部件至少包括一输入接口以及一输出接口，用于输入及输出冷却液。
[0012]优选的，所述的导热部件为一导热管，所述导热管在所述法拉第屏蔽装置表面呈扇叶形均匀分布。
[0013]优选的，所述法拉第屏蔽装置材料为金属材料，所述介电窗口为陶瓷材料。
[0014]进一步的，本发明还公开了一种等离子体处理系统，所述等离子体处理系统包括至少一对被处理基板进行蚀刻的反应腔室,所述反应腔室包括一介电窗口，所述介电窗口上方设置一上文描述的法拉第屏蔽装置。
[0015]本发明的优点在于:通过将等离子体反应腔上方的介电窗口靠近射频线圈的表面涂覆金属法拉第屏蔽装置，避免了传统的板状法拉第屏蔽装置受热发生变形导致的和介电窗口贴合不紧密，不能迅速的把介电窗口的热量传送到反应腔外部的技术问题，通过采用喷涂或蒸镀等方法，将法拉第屏蔽装置和介电窗口紧密贴合在一起，同时在法拉第屏蔽装置表面设置导热部件，快速降低等离子体反应腔的温度，实现等离子体加工工艺的稳定和均匀。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明所述等离子体处理工艺所用的反应腔室结构示意图；
[0017]图2为本发明所述法拉第屏蔽装置剖面结构示意图；
[0018]图3为本发明另一实施例所述法拉第屏蔽装置剖面结构示意图；
[0019]图4为本发明另一实施例所述法拉第屏蔽装置剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0021]如图1所示，等离子体处理工艺在反应腔室101中进行，反应气体微粒进行电离和分解形成等离子体和自由基，最终作用于反应腔室底部放置的基片103上。反应腔室101顶部设置有射频线圈120，反应腔室101上方具有一个介电窗口 102，在介电窗口 102与射频线圈120之间设有法拉第屏蔽装置110，射频线圈120、法拉第屏蔽装置110和介电窗口 102基本成平行设置；射频线圈120与法拉第屏蔽装置110经由一分接头122而电连接。反应气体从气体导入口(附图未示出)流经反应腔室101至气体排出口(附图未示出)，然后电源将射频功率施加至射频线圈120，并在射频线圈120周围产生电磁场；法拉第屏蔽装置110上设置有至少一个射频通道，由射频线圈120产生的磁场能够通过所述射频通道耦合到反应腔室内部。电磁场在反应腔室101内产生感应电流，作用于反应气体并产生等离子体。
[0022]本发明中所述的法拉第屏蔽装置110与介电窗口 102—体设置，其通过热喷涂、丝印以及蒸镀等方法涂覆在介电窗口 102靠近射频线圈120的表面，使得法拉第屏蔽装置110能完全与介电窗口 102贴合在一体，解决了现有技术中法拉第屏蔽板受热变形导致的与介电窗口贴合不紧密，介电窗口的热量不能及时传到外部的技术问题。为了使法拉第屏蔽装置110具有良好的导热性，选用的材料为铝、铝合金、铜、铜合金等金属材料。射频线圈120上方设置一电扇150,用于降低介电窗口的温度。
[0023]图2示出本发明所述法拉第屏蔽装置剖面结构示意图，本实施例中，所述的射频通道为在法拉第屏蔽装置上贯通设置的多条径向槽112，径向槽112周围为金属板111，若干径向槽112以相同的径向角度间隔均匀地分布在法拉第屏蔽装置上，由于本发明所述的法拉第屏蔽装置是通过热喷涂、丝印以及蒸镀等方法涂覆在介电窗口 102上表面，为了设置均匀的径向槽112，在介电窗口上表面涂覆法拉第屏蔽装置时，可以将需要制作径向槽的位置设置掩膜层。
[0024]为了提高所述径向槽在法拉第屏蔽装置上的分布密度，图3示出本发明另一实施例所述的法拉第屏蔽装置结构示意图，在本实施例中，法拉第屏蔽装置包括第一长度径向槽212和第二长度径向槽213，第一长度径向槽212和第二长度径向槽213间隔设置，且第一长度径向槽212长度大于第二长度径向槽213长度。由于本发明所述的法拉第屏蔽装置大致为圆形，同时，由于所述的径向槽具有相同的径向角度，导致靠近圆形法拉第屏蔽装置中心位置处射频通道密度较大，边缘处射频通道密度较小。本实施例通过设置两组长度不同的径向槽，使得射频通道在法拉第屏蔽装置上分布均匀。
[0025]图4示出本发明另一实施例所述法拉第屏蔽装置结构示意图，本发明所述的法拉第屏蔽装置上贯通设置多条径向槽312，径向槽312周围为金属板311，在金属板311表面上方设置导热部件313，导热部件313与金属板311相贴，导热部件313内装有冷却液，导热部件313至少包括一输入接口 314以及一输出接口 315，用于输入及输出冷却液。所述冷却液通过所述导热部件313的热量传递将热量从法拉第屏蔽装置转移。具体的，所述导热部件313为一根导热管，所述导热管313在金属板311表面上呈扇叶形布置，并且所述导热管313均匀地分布于金属板311的表面上，其可以使所述法拉第屏蔽装置上的温度均匀地传递给所述导热管313，避免造成所述法拉第屏蔽装置的温度均衡而局部温度高的情况。更进一步地，在不同的变化例中，所述导热管313的布置形状也可以是不同的。通过采用本实施例所述的技术方案，可以快速的降低法拉第屏蔽装置及其下方介电窗口的温度，保证刻蚀工艺的均匀稳定。
[0026]以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种实现快速散热的法拉第屏蔽装置，所述法拉第屏蔽装置用于一电感耦合等离子体处理系统，所述等离子体处理系统包括至少一个反应腔室，所述反应腔室包括一介电窗口，所述介电窗口上方设置有射频线圈，其特征在于，所述介电窗口和所述法拉第屏蔽装置一体设置，所述法拉第屏蔽装置涂覆在所述介电窗口靠近所述射频线圈的表面。
2.根据权利要求1所述的法拉第屏蔽装置，其特征在于:所述的法拉第屏蔽装置通过喷涂或蒸镀与所述介电窗口 一体设置。
3.根据权利要求1所述的法拉第屏蔽装置，其特征在于:所述法拉第屏蔽装置上设置有至少一个射频通道，由射频线圈产生的磁场能够通过所述射频通道耦合到反应腔室内部。
4.根据权利要求1所述的法拉第屏蔽装置，其特征在于:所述射频通道的形状包括至少一个径向槽，所述径向槽以相同的径向角度间隔均匀分布于所述法拉第屏蔽装置上。
5.根据权利要求4所述的法拉第屏蔽装置，其特征在于:所述径向槽包括第一长度和第二长度，所述第一长度径向槽和第二长度径向槽间隔设置。
6.根据权利要求1所述的法拉第屏蔽装置，其特征在于:所述的射频线圈上方设置一风扇。
7.根据权利要求1所述的法拉第屏蔽装置，其特征在于:所述法拉第屏蔽装置表面设置一导热部件，所述导热部件内装有冷却液，所述导热部件至少包括一输入接口以及一输出接口，用于输入及输出冷却液。
8.如权利要求7所述的法拉第屏蔽装置，其特征在于，所述的导热部件为一导热管，所述导热管在所述法拉第屏蔽装置表面呈扇叶形均匀分布。
9.根据权利要求1-8任一权利要求所述法拉第屏蔽装置，其特征在于:所述法拉第屏蔽装置材料为金属材料，所述介电窗口为陶瓷材料。
10.一种等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体处理装置包括对被处理基板进行蚀刻的反应室，所述反应室上方设置一介电窗口，所述介电窗口上方设置一根据权利要求I至8中任一项所述的法拉第屏蔽装置。
【文档编号】H01J37/02GK104183451SQ201310193642
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年5月22日 优先权日:2013年5月22日
【发明者】左涛涛, 吴狄 申请人:中微半导体设备(上海)有限公司