一种线性ICP等离子体处理装置的制作方法

一种线性icp等离子体处理装置
技术领域
1.本实用新型属于等离子体处理技术领域，涉及一种icp等离子体处理装置，尤其涉及一种线性icp等离子体处理装置。


背景技术：

2.在半导体制造行业，电感耦合等离子体(icp)处理装置是较为常见的设备，技术人员通常利用其生成引入气体的电感耦合等离子体在基片上沉积功能薄膜层或对材料表面进行改性处理。此外，等离子体处理装置还可用于等离子体消毒、清洗及刻蚀，废气处理或材料合成等其他领域。
3.cn114503239a公开了一种等离子体处理系统和等离子体处理方法，所述处理系统具有用于对至少一个基板进行动态或静态处理的处理室，电感耦接等离子体源icp源包括至少一个电感器、供气装置和气体引导布置；所述至少一个电感器沿所述icp源的纵向方向延伸；所述供气装置用于一种或多种处理气体；所述气体引导布置沿所述icp源的所述纵向方向延伸并且部分地围绕所述至少一个电感器。然而，所述处理系统中用于工艺的等离子体在电感线圈结构的外部产生，磁力线的发散导致等离子体的不均匀以及能量密度的下降。此外，其中用于绝缘的石英套管直接暴露于等离子体中，无法避免严重的寄生沉积，导致石英套管的使用寿命及维护周期变短，从而影响产能且成本高昂。
4.cn104704142a公开了一种等离子体处理装置及用于处理至少一块基片的方法，所述等离子体处理装置具有：等离子体处理腔，在该腔中可产生供处理该基片用的等离子体；至少一个通入该等离子体处理腔中的进气口，用于导入至少一种过程气体；真空泵装置，其经出气口与该等离子体处理腔呈流动连接，该真空泵装置在2-50pa的压力范围内按分子氮计且标准化到该等离子体处理腔的内表面的有效抽吸能力为至少1500m3/h每平方米等离子体处理腔内表面。
5.cn101789354a公开了一种带扩散解离区域的等离子体处理装置，包含真空的处理腔室；设置在处理腔室的顶板上方且与处理腔室贯通连接的进气通道；进气通道上设置有第一线圈；进气通道的内部包含一第一扩散解离区域，其中生成有引入气体的电感耦合等离子体；处理腔室的顶板上设置有第二线圈。
6.在上述发明所公开的等离子体处理装置中，等离子体沿着电感线圈的轴线喷射出来，其作用面积受限于线圈直径的尺寸而无法扩大。同时，即便线圈的面积足够大，能够满足等离子体处理面积的需求，等离子体的分布状态也会因为沿着线圈半径的方向迅速变化而导致不均匀。
7.由此可见，如何提供一种等离子体处理装置，提升等离子体的分布均匀性，避免绝缘介质出现寄生沉积的现象，延长使用寿命和维护周期，降低处理成本，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。


技术实现要素：

8.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种线性icp等离子体处理装置，所述处理装置提升了等离子体的分布均匀性，避免了绝缘介质出现寄生沉积的现象，延长了使用寿命和维护周期，降低了处理成本。
9.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
10.本实用新型提供一种线性icp等离子体处理装置，所述线性icp等离子体处理装置包括腔室、进气单元、真空单元、加热单元、承载单元、等离子体源、供电单元和阻抗匹配单元。
11.所述进气单元和真空单元分别独立地贯穿设置于所述腔室的表面。
12.所述加热单元设置于所述腔室的内部或外部。
13.所述承载单元和等离子体源分别独立地设置于所述腔室的内部。
14.所述供电单元和阻抗匹配单元设置于所述腔室的外部。
15.所述等离子体源包括嵌套组合的绝缘介质管和电感线圈。
16.所述绝缘介质管的表面设置有进气孔和等离子体喷射孔。
17.所述电感线圈的两端连接于所述供电单元和阻抗匹配单元。
18.本实用新型提供的等离子体处理装置将等离子体源设置为电感线圈和绝缘介质管的嵌套组合，直接在电感线圈的内部产生高密度等离子体，同时在垂直于电感线圈的轴线方向上进行布气进气，并采用向下喷射等离子体的方式，提升了等离子体在线圈轴线方向上的分布均匀性和处理的有效面积，避免了绝缘介质和电感线圈直接暴露于等离子体中形成严重的寄生沉积，延长了使用寿命和维护周期，降低了处理成本，实现了等离子体快速、均匀、大面积且连续地处理基片。
19.此外，所述等离子体处理装置中的等离子体源可以按比例放大或缩小，以适应不同尺寸基片或产能需求，故本实用新型并不对其具体尺寸做特别限定。
20.本实用新型中，所述等离子体源包括嵌套组合的绝缘介质管和电感线圈，既可以是电感线圈围绕于绝缘介质管的外表面，也可以是电感线圈嵌套于绝缘介质管的内表面，只要两者是嵌套组合在一起即可，故在此不对其具体位置做特别限定。
21.优选地，所述进气单元贯穿设置于所述腔室的上部，所述真空单元贯穿设置于所述腔室的下部。
22.优选地，所述绝缘介质管包括石英玻璃管。
23.优选地，所述进气孔和等离子体喷射孔分别独立地设置于所述电感线圈的匝缝中。
24.本实用新型中，反应气体通过腔室表面的进气单元进入腔室内部，再通过绝缘介质管表面的进气孔进入电感线圈内部，在高频电感耦合作用下产生等离子体，进而经等离子体喷射孔沉积至承载单元的基片表面。
25.优选地，所述进气孔和等离子体喷射孔分别独立地为至少2个开孔，例如可以是2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
26.优选地，所述进气孔的开孔形状包括圆孔或狭缝。
27.优选地，所述等离子体喷射孔的开孔形状包括狭缝。
28.本实用新型将等离子体喷射孔的开孔形状具体限定为狭缝，可以使得喷射出来的各狭缝等离子体在线圈轴线方向或垂直于基片前进方向上，形成相互的首尾连接，从而保障全部狭缝等离子体能够均匀且连续地处理基片。
29.优选地，所述电感线圈包括铜管。
30.本实用新型中，所述铜管的内部流通有冷却流体，用于实时对电感线圈进行冷却降温，从而提升基片处理的安全性。
31.优选地，所述绝缘介质管上靠近等离子体喷射孔的同一侧设置有防护板罩。
32.优选地，所述防护板罩设置于绝缘介质管和电感线圈的外表面。
33.本实用新型中，所述防护板罩的材质包括石英。
34.本实用新型通过在绝缘介质管和电感线圈的外表面设置防护板罩，避免了电感线圈尤其是靠近等离子体喷射孔附近的部分线圈被离子轰击或高温辐射而释放金属杂质，同时等离子体源与沉积区域相互隔离，防止了两者之间相互影响，进一步延长了使用寿命和维护周期，降低了处理成本。
35.本实用新型中，所述供电单元的电源回路部分进行单独或整体接地，以提升装置的用电安全性。
36.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
37.本实用新型提供的等离子体处理装置将等离子体源设置为电感线圈和绝缘介质管的嵌套组合，直接在电感线圈的内部产生高密度等离子体，同时在垂直于电感线圈的轴线方向上进行布气进气，并采用向下喷射等离子体的方式，提升了等离子体在线圈轴线方向上的分布均匀性和处理的有效面积，避免了绝缘介质和电感线圈直接暴露于等离子体中形成严重的寄生沉积，延长了使用寿命和维护周期，降低了处理成本，实现了等离子体快速、均匀、大面积且连续地处理基片。
附图说明
38.图1是本实用新型提供的线性icp等离子体处理装置结构示意图；
39.图2是本实用新型提供的线性icp等离子体处理装置中等离子体源结构示意图；
40.图3是本实用新型提供的线性icp等离子体处理装置中等离子体源顶部进气孔示意图；
41.图4是本实用新型提供的线性icp等离子体处理装置中等离子体源底部等离子体喷射孔示意图；
42.图5是本实用新型提供的线性icp等离子体处理装置中防护板罩示意图；
43.图6是本实用新型提供的线性icp等离子体处理装置中等离子体源内部匀气进气流程示意图；
44.图7是本实用新型提供的线性icp等离子体处理装置在处理基片时所产生首尾连接的等离子体示意图。
45.其中：1-绝缘介质管；2-电感线圈；3-进气孔；4-等离子体喷射孔；5-基片；6-等离子体；7-供电单元；8-阻抗匹配单元；9-等离子体源；10-承载单元；11-加热单元；12-腔室；13-进气单元；14-真空单元；15-防护板罩；16-防护板罩上对应于等离子体喷射孔处的开孔。
具体实施方式
46.需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
47.需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
48.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
49.实施例1
50.本实施例提供一种线性icp等离子体处理装置，如图1所示，所述线性icp等离子体处理装置包括腔室12、进气单元13、真空单元14、加热单元11、承载单元10、等离子体源9、供电单元7和阻抗匹配单元8。
51.本实施例中，所述进气单元13包括气源及其配套部件(流量计及其控制阀、匀气进气管)；所述真空单元14包括真空泵及其配套部件(真空规管、真空计、控制阀)；所述加热单元11包括电热阻丝及其配套部件；所述承载单元10包括载板，用于承载待处理基片；所述供电单元7包括高频电源及其配套部件，且电源回路部分进行整体接地；所述阻抗匹配单元8包括阻抗匹配器及其配套部件。
52.本实施例中，所述进气单元13贯穿设置于所述腔室12的上部，所述真空单元14贯穿设置于所述腔室12的下部；所述加热单元11、承载单元10和等离子体源9分别独立地设置于所述腔室12的内部；所述供电单元7和阻抗匹配单元8设置于所述腔室12的外部；所述等离子体源9包括绝缘介质管1和围绕于所述绝缘介质管1外表面的电感线圈2；所述绝缘介质管1的表面设置有进气孔3和等离子体喷射孔4(见图2)；所述电感线圈2的两端连接于所述供电单元7和阻抗匹配单元8。
53.本实施例中，所述绝缘介质管1为石英玻璃管，其上的进气孔3和等离子体喷射孔4分别独立地设置于所述电感线圈2的匝缝中；所述进气孔3和等离子体喷射孔4分别独立地为10个开孔，且进气孔3的开孔形状为圆孔(见图3)，等离子体喷射孔4的开孔形状为狭缝(见图4)；所述电感线圈2为铜管，且所述铜管的内部流通有冷却水。所述绝缘介质管1上靠近等离子体喷射孔4的同一侧设置有石英材质的防护板罩15，且所述防护板罩15设置于绝缘介质管1和电感线圈2的外表面(见图5)。
54.本实施例中，反应气体通过进气单元13的匀气进气管进入腔室12内部，再经过石英管进入绝缘介质管1表面的进气孔3，继而进入电感线圈2内部，在高频电感耦合作用下产生等离子体，进而经等离子体喷射孔4沉积至承载单元10的基片5表面，上述匀气进气流程见图6。
55.如图7所示，本实施例将等离子体喷射孔4的开孔形状设定为狭缝，可以使得喷射出来的各狭缝等离子体6在线圈轴线方向或垂直于基片5前进方向上，形成相互的首尾连
接，从而保障全部狭缝等离子体6能够均匀且连续地处理基片5。
56.实施例2
57.本实施例提供一种线性icp等离子体处理装置，除了将加热单元11设置于腔室12的外部，并通过在承载单元10下方的石英窗口设置电热阻丝的方式对基片5进行加热，其余结构及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
58.实施例3
59.本实施例提供一种线性icp等离子体处理装置，除了将进气孔3和等离子体喷射孔4的开孔个数分别独立地改为20个，其余结构及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
60.实施例4
61.本实施例提供一种线性icp等离子体处理装置，除了将进气孔3的开孔形状改为狭缝，其余结构及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
62.实施例5
63.本实施例提供一种线性icp等离子体处理装置，除了将电感线圈2改为不锈钢管，其余结构及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
64.实施例6
65.本实施例提供一种线性icp等离子体处理装置，除了去除绝缘介质管1上的防护板罩15，其余结构及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
66.实施例7
67.本实施例提供一种线性icp等离子体处理装置，除了将连接匀气进气管和进气孔3的石英管改为不锈钢管，其余结构及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
68.应用例1
69.本应用例采用实施例1提供的线性icp等离子体处理装置进行基片的处理，具体包括以下步骤：
70.(1)将待处理n型单晶硅片清洗后放置于承载单元10的表面并送入腔室12，进行预热和抽真空；
71.(2)保持所述腔室12内部温度和气压稳定(10pa)，利用等离子体源9(电源频率为13.56mhz)对硅片进行化学气相沉积，即在硅片表面制备得到与用途相适应的2层薄膜层；
72.(3)在通入氮气的过程中对步骤(2)所得硅片依次进行退火处理和降温处理，充入气体后将硅片送出腔室12，即得到处理后的硅片。
73.应用例2
74.本应用例采用实施例2提供的线性icp等离子体处理装置进行基片的处理，具体处理步骤与应用例1相同，故在此不做赘述。
75.应用例3
76.本应用例采用实施例3提供的线性icp等离子体处理装置进行基片的处理，具体处理步骤与应用例1相同，故在此不做赘述。
77.应用例4
78.本应用例采用实施例4提供的线性icp等离子体处理装置进行基片的处理，具体处理步骤与应用例1相同，故在此不做赘述。
79.应用例5
80.本应用例采用实施例5提供的线性icp等离子体处理装置进行基片的处理，具体处理步骤与应用例1相同，故在此不做赘述。
81.应用例6
82.本应用例采用实施例6提供的线性icp等离子体处理装置进行基片的处理，具体处理步骤与应用例1相同，故在此不做赘述。
83.应用例7
84.本应用例采用实施例7提供的线性icp等离子体处理装置进行基片的处理，具体处理步骤与应用例1相同，故在此不做赘述。
85.对比应用例1
86.本对比应用例采用cn101789354a中实施例1公开的等离子体处理装置进行基片的处理，具体处理方法与所述发明公开的方法相同，故在此不做赘述。
87.相较于应用例1，本对比应用例中的等离子体并非从电感线圈的侧面喷射出来，而是沿着电感线圈的轴线进行喷射，包括其中的第二线圈，采用的是类似于蚊香盘形状的平面螺旋状结构，导致反应气体的进入与等离子体的喷出均是沿着圆盘状电感线圈的中心轴线进行，从而使得等离子体在喷射均匀性上不及应用例1，最终影响了基片上薄膜的沉积质量。
88.对比应用例2
89.本对比应用例采用cn114503239a中具体实施方式公开的等离子体处理装置进行基片的处理，具体处理方法与所述发明公开的方法相同，故在此不做赘述。
90.相较于应用例1，本对比应用例中绝缘介质直接暴露于等离子体中，容易形成严重的寄生沉积现象，从而缩短了使用寿命和维护周期。
91.由此可见，本实用新型提供的等离子体处理装置将等离子体源设置为电感线圈和绝缘介质管的嵌套组合，直接在电感线圈的内部产生高密度等离子体，同时在垂直于电感线圈的轴线方向上进行布气进气，并采用向下喷射等离子体的方式，提升了等离子体在线圈轴线方向上的分布均匀性和处理的有效面积，避免了绝缘介质和电感线圈直接暴露于等离子体中形成严重的寄生沉积，延长了使用寿命和维护周期，降低了处理成本，实现了等离子体快速、均匀、大面积且连续地处理基片。
92.申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。