法拉第屏蔽件及反应腔室的制作方法

本发明涉及半导体制造技术领域，具体地，涉及一种法拉第屏蔽件及反应腔室。

背景技术：

在使用电感耦合等离子体(inductivecoupledplasmaemissionspectrometer，以下简称icp)装置进行集成电路和mems器件的制造工艺的过程中，产生的等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，这些活性粒子和衬底相互作用使材料表面发生各种物理和化学反应，从而使材料表面性能获得变化。

图1为现有的icp装置的剖视图。请参阅图1，icp装置包括反应腔室1，在该反应腔室1的侧壁2上设置有介质筒3。在介质筒3的外侧环绕设置有射频线圈4，其通过上匹配器5与上射频电源6电连接，上射频电源6用于向射频线圈4加载射频功率，由射频线圈4产生的电磁场能够通过介质筒3馈入至反应腔室1中，以激发反应腔室1中的工艺气体形成等离子体。并且，在反应腔室1中还设置有基座9，其通过下匹配器7和下射频电源8电连接，下射频电源8用于向基座9加载射频负偏压，以吸引等离子体刻蚀衬底表面。此外，在介质筒3的内侧环绕设置有法拉第屏蔽件10，用于保护介质筒3不被等离子体刻蚀，同时避免自衬底表面溅射出来的残留物附着在介质筒3的内壁上，从而可以提高介质筒3的能量耦合效率，减少反应腔室1内的颗粒污染。

图2为现有的法拉第屏蔽件的结构图。请参阅图2，法拉第屏蔽件10为环体，且在该环体上形成有沿其轴向的开缝101，该开缝101在环体的上、下两个端面之间将环体完全断开，即，环体在其周向上是非连续的，从而可以避免法拉第屏蔽件10产生涡流损耗和发热。

在上述法拉第屏蔽件10的结构中，由于开缝101沿环体的轴向设置，如图3所示，这使得只有由射频线圈4产生的电磁场在环体的轴向上的磁场分量a能够穿过开缝101，而该电磁场在环体的圆周方向上的电场分量b很难穿过开缝101，从而造成磁场耦合效率较低。而较低的磁场耦合效率往往需要向射频线圈4加载更高的射频功率，才能实现等离子体启辉，维持一定的处理速率，以及使用上电极单独启辉，以在基片介质层为low-k材料时，减少对该基片介质层的损伤。但是，向射频线圈4加载较高的射频功率会使法拉第屏蔽件10因涡流损耗和离子轰击而造成温度过高，从而增大了反应腔室1颗粒污染的风险。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种法拉第屏蔽件及反应腔室，其可以提高电磁场的总耦合效率，从而可以降低需要向射频线圈加载的射频功率。

为实现本发明的目的而提供一种法拉第屏蔽件，包括导电环体，在所述导电环体上形成有开缝，所述开缝包括第一子开缝，所述第一子开缝沿所述导电环体的圆周方向设置，且与所述导电环体的轴线之间形成夹角，用以通过增加电磁场在所述导电环体的圆周方向上的电场分量的耦合效率，来增加该电磁场的总耦合效率。

优选的，所述第一子开缝与所述导电环体的轴线之间形成的所述夹角为45°。

优选的，所述开缝还包括沿所述导电环体的轴向设置的第二子开缝。

优选的，所述第二子开缝与所述第一子开缝相互交叉。

优选的，所述第二子开缝为一个或多个，且多个所述第二子开缝沿所述第一子开缝的延伸方向间隔分布。

优选的，所述第一子开缝在所述导电环体的两个端面之间完全断开所述导电环体；

所述第二子开缝在所述导电环体的两个端面之间断开部分所述导电环体。

优选的，所述第一子开缝在所述导电环体的两个端面之间断开部分所述导电环体；

所述第二子开缝在所述导电环体的两个端面之间完全断开所述导电环体。

优选的，所述第一子开缝与所述导电环体的轴线之间形成的所述夹角为90°。

优选的，所述第一子开缝为一个或多个，且多个所述第一子开缝沿所述导电环体的轴向间隔分布。

优选的，在所述导电环体的圆周方向上划分有多个第一区域和多个第二区域，且多个所述第一区域和多个所述第二区域相间设置；

在每个所述第一区域内设置有所述第一子开缝，且所述第一子开缝为至少两个，且沿所述导电环体的轴向间隔分布；

在每个所述第二区域内设置有所述第二子开缝，且所述第二子开缝为至少两个，且沿所述导电环体的圆周方向间隔分布。

优选的，多个所述第一区域和多个所述第二区域相对于所述导电环体的圆周均匀分布；

至少两个所述第一子开缝相对于所述第一区域均匀分布；至少两个所述第二子开缝相对于所述第二区域对称分布。

优选的，所述第一区域在所述导电环体的圆周方向上的宽度为50～200mm。

优选的，所述开缝为一个或多个，且多个所述开缝沿所述导电环体的圆周方向间隔且均匀分布。

优选的，在所述导电环体上，且位于所述开缝中设置有阻挡部，所述阻挡部使所述开缝在所述导电环体的外环壁与内环壁之间形成曲折通道。

优选的，所述阻挡部为两个，分别为第一阻挡部和第二阻挡部，二者分别设置在所述导电环体的在所述开缝处的第一端面和第二端面上，其中，

所述第一阻挡部自所述第一端面朝向所述第二端面延伸，且与所述第二端面之间具有第一间隙；

所述第二阻挡部自所述第二端面朝向所述第一端面延伸，且与所述第一端面之间具有第二间隙；

所述第一阻挡部和第二阻挡部之间在所述导电环体的径向上具有第三间隙；

所述第一间隙、第二间隙和第三间隙构成所述曲折通道。

优选的，在所述开缝中填充有介质材料。

优选的，所述开缝的宽度的取值范围在2～10mm。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种反应腔室，包括介质筒、法拉第屏蔽件和射频线圈，所述射频线圈环绕设置在所述介质筒的外侧；所述法拉第屏蔽件环绕设置在所述介质筒的内侧，所述法拉第屏蔽件采用本发明提供的上述法拉第屏蔽件。

优选的，所述射频线圈为呈带状的圆柱立体式螺旋线圈；所述圆柱立体式螺旋线圈的任意一匝子线圈在其轴向上的宽度大于横截面为圆形的圆柱立体式螺旋线圈的任意一匝子线圈的直径。

优选的，所述圆柱立体式螺旋线圈的任意相邻的两匝子线圈之间的轴向间距为6-10mm。

优选的，所述反应腔室为预清洗腔室。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的法拉第屏蔽件，其包括导电环体，且在该导电环体上形成有开缝，该开缝包括第一子开缝，该第一子开缝沿导电环体的圆周方向设置，且与导电环体的轴线之间形成夹角，用以通过增加电磁场在导电环体的圆周方向上的电场分量的耦合效率，来增加该电磁场的总耦合效率，从而可以降低需要向射频线圈加载的射频功率，即，即使加载较低的射频功率，也能够实现等离子体启辉，维持一定的处理速率，以及使用上电极单独启辉，以在基片介质层为low-k材料时，减少对该基片介质层的损伤。另外，加载较低的射频功率还可以避免法拉第屏蔽件的温度过高，从而减小了反应腔室颗粒污染的风险。

本发明提供的反应腔室，其通过采用本发明提供的上述法拉第屏蔽件，可以降低需要向射频线圈加载的射频功率，从而即使加载较低的射频功率，也能够实现等离子体启辉，维持一定的处理速率，以及使用上电极单独启辉，以在基片介质层为low-k材料时，减少对该基片介质层的损伤。另外，加载较低的射频功率还可以避免法拉第屏蔽件的温度过高，从而减小了反应腔室颗粒污染的风险。

附图说明

图1为现有的icp装置的剖视图；

图2为现有的法拉第屏蔽件的结构图；

图3为现有的法拉第屏蔽件的局部结构图；

图4a为本发明第一实施例提供的法拉第屏蔽件的结构图；

图4b为本发明第一实施例提供的法拉第屏蔽件的一种局部结构图；

图4c为本发明第一实施例提供的法拉第屏蔽件的另一种局部结构图；

图4d为本发明第一实施例提供的法拉第屏蔽件的又一种局部结构图；

图4e为本发明第一实施例提供的法拉第屏蔽件的再一种局部结构图；

图5为本发明第二实施例提供的法拉第屏蔽件的局部结构图；

图6为本发明第三实施例提供的法拉第屏蔽件的侧视图；

图7a为本发明第四实施例提供的法拉第屏蔽件的径向截面图；

图7b为图7a中i区域的放大图；

图8为本发明实施例提供的反应腔室的剖视图；

图9为本发明实施例采用的一种射频线圈的结构图；

图10为本发明实施例采用的另一种射频线圈的结构图。

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法拉第屏蔽件及反应腔室进行详细描述。

请一并参阅图4a和图4b，本发明第一实施例提供的法拉第屏蔽件，其包括导电环体11，在该导电环体11上形成有开缝，该开缝包括第一子开缝111，该第一子开缝111沿导电环体的圆周方向设置，且与导电环体11的轴线之间形成夹角a。由环绕在该导电环体11周围的射频线圈13产生的电磁场可以划分为导电环体11的轴向上的磁场分量a和导电环体11的圆周方向上的电场分量b。通过采用上述第一子开缝111，导电环体11的轴向上的磁场分量a在该第一子开缝111的倾斜方向上的子分量能够通过第一子开缝111馈入反应腔室内，同时导电环体11的圆周方向上的电场分量b在该第一子开缝111的倾斜方向上的子分量能够通过第一子开缝111馈入反应腔室内。

坡印廷矢量(poyntingvector)是指电磁场中的能流密度矢量，表示单位时间内通过垂直单位面积的能量，单位为瓦/(米)。假设空间中某一处的电场强度为e，磁场强度为h，则该处电磁场的能流密度为s＝e×h，方向由e和h按右手螺旋定则确定。该处电磁场的能流密度的大小为|s|＝|e||h|sinθ，其中，θ为e和h的夹角。

基于上述原理，若如现有技术中开缝沿导电环体11的轴向设置，则e≈0，所以s≈0。假设上述第一子开缝111与导电环体11的轴线之间形成的夹角a为45°，则θ＝45°，代入上述公式为：|s|＝|e|cos45°×|h|sin45°×sin45°。由此可知，通过上述第一子开缝111的能流密度大于通过现有技术中沿导电环体11的轴向设置的开缝的能流密度，从而增加了电磁场的总耦合效率，从而可以降低需要向射频线圈13加载的射频功率，即，即使加载较低的射频功率，也能够实现等离子体启辉，维持一定的处理速率，以及使用上电极单独启辉，以在基片介质层为low-k材料时，减少对该基片介质层的损伤。另外，加载较低的射频功率还可以避免法拉第屏蔽件的温度过高，从而减小了反应腔室颗粒污染的风险。

优选的，该第一子开缝111与导电环体11的轴线之间形成的夹角a为45°，这可以使通过第一子开缝111的长度最大，从而能流密度最大，进而最大程度地增加了电磁场的总耦合效率。

需要说明的是，在本实施例中，第一子开缝111呈直线状，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，第一子开缝111还可以呈折线状或者弧线状等等，只要能够增加电磁场在导电环体11的圆周方向上的磁场分量的耦合效率，以达到增加该电磁场的总耦合效率的目的即可。

作为本实施例的一个优选方案，如图4c所示，上述开缝在上述第一子开缝111的基础上，还增设了第二子开缝112，该第二子开缝112沿导电环体11的轴向设置，且与第一子开缝111相互交叉，形成夹角b。借助第二子开缝112，可以进一步增加上述磁场分量a的耦合效率。

在本实施例中，第一子开缝111在导电环体11的两个端面之间完全断开导电环体11，以避免在导电环体11中产生涡流损耗和发热。而且，第二子开缝112在导电环体11的两个端面之间断开部分导电环体11，即，第二子开缝112未将导电环体11在导电环体11的两个端面之间完全断开，从而保持导电环体11的整体式结构。

为了在不影响磁场耦合效率的前提下，尽可能地避免位于法拉第屏蔽件内侧的零件(例如介质筒)在开缝处被腐蚀，该开缝的宽度h的取值范围在2～10mm，优选在5-8mm。开缝的宽度h即为上述第一子开缝111和第二子开缝112的宽度，而且第一子开缝111和第二子开缝112的宽度可以相同，或者也可以不同。

如图4d所示，为了避免位于法拉第屏蔽件内侧的零件(例如介质筒)在开缝处被腐蚀，还可以在开缝中填充介质材料12，该介质材料12例如为陶瓷。电磁场可以透过该介质材料12馈入反应腔室中。

需要说明的是，在本实施例中，第二子开缝112为一个，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，如图4e所示，上述第二子开缝112还可以为多个，且多个第二子开缝112沿第一子开缝111的延伸方向(倾斜方向)间隔分布。

还需要说明的是，在本实施例中，第二子开缝112与第一子开缝111相互交叉，但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，第二子开缝112与第一子开缝111也可以相互分离。

还需要说明的是，在实际应用中，上述开缝可以为一个或多个，且多个开缝沿导电环体11的圆周方向间隔且均匀分布，以保证工艺均匀性。容易理解，开缝的数量越多，电磁场的总耦合效率越大。

请参阅图5，本发明第二实施例提供的法拉第屏蔽件，其包括导电环体21，在该导电环体21上形成有开缝，该开缝包括两个沿导电环体21的圆周方向设置的第一子开缝212，且两个第一子开缝212沿导电环形21的轴向间隔分布，并且，第一子开缝212与导电环体21的轴线之间形成的夹角为90°，从而使导电环体21的圆周方向上的电场分量b能够通过第一子开缝212馈入反应腔室内。

而且，上述开缝还包括沿导电环体21的轴向设置的第二子开缝211，该第二子开缝211与第一子开缝212相互交叉。由于第二子开缝211沿导电环体21的轴向设置，其能够将导电环体11的轴向上的磁场分量a馈入反应腔室内。

由上可知，借助上述第一子开缝212和第二子开缝211，可以分别将上述电场分量b和磁场分量a馈入反应腔室内，这与现有技术只能馈入磁场分量a相比，增加了该电磁场的总耦合效率，从而可以降低需要向射频线圈加载的射频功率，即，即使加载较低的射频功率，也能够实现等离子体启辉，维持一定的处理速率，以及使用上电极单独启辉，以在基片介质层为low-k材料时，减少对该基片介质层的损伤。另外，加载较低的射频功率还可以避免法拉第屏蔽件的温度过高，从而减小了反应腔室颗粒污染的风险。

在本实施例中，第二子开缝211在导电环体21的两个端面之间完全断开导电环体，以避免在导电环体11中产生涡流损耗和发热。而且，每个第一子开缝212在导电环体21的两个端面之间断开部分导电环体21，即，第一子开缝212在导电环体21的两个端面之间未完全断开导电环体21，从而保持导电环体11的整体式结构。

在本实施例中，第一子开缝212为两个，但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，第一子开缝212也可以为一个，或者三个以上，并且多个第一子开缝212与导电环体21的轴线之间形成的夹角可以相同，或者也可以不同。

请参阅图6，本发明第三实施例提供的法拉第屏蔽件，其包括导电环体41，且在导电环体41的圆周方向上划分有多个第一区域411和多个第二区域412，且多个第一区域411和多个第二区域412相间设置。并且，在每个第一区域411内设置有第一子开缝42，且第一子开缝42为至少两个，且沿导电环体41的轴向(即，图6中示出的y方向)间隔分布；在每个第二区域412内设置有第二子开缝43，且第二子开缝43为至少两个，且沿导电环体41的圆周方向(即，图6中示出的x方向)间隔分布。这同样可以实现分别将上述电场分量b和磁场分量a馈入反应腔室内，从而增加了该电磁场的总耦合效率，进而可以降低需要向射频线圈加载的射频功率。

为了保证工艺均匀性，优选的，多个第一区域411和多个第二区域412相对于导电环体41的圆周均匀分布。并且，至少两个第一子开缝42相对于第一区域411均匀分布；至少两个第二子开缝43相对于第二区域412对称分布。

优选的，第一区域411在导电环体41的圆周方向上的宽度为50～200mm，以最大限度地降低涡流。

请一并参阅图7a和图7b，本发明第四实施例提供的法拉第屏蔽件，其在上述第一～第三实施例的基础上作了改进。具体地，在导电环体31上，且位于开缝中设置有阻挡部，该阻挡部使开缝在导电环体31的外环壁与内环壁之间形成曲折通道34。该曲折通道可以在不影响磁场耦合效率的前提下，进一步避免位于法拉第屏蔽件内侧的零件(例如介质筒)在开缝处被腐蚀。

在本实施例中，上述阻挡部为两个，分别为第一阻挡部32和第二阻挡部33，二者分别设置在导电环体31的在开缝处的第一端面331和第二端面312上，第一端面331和第二端面312即为导电环体31被开缝断开、且彼此相对的两个断面。其中，第一阻挡部32自第一端面311朝向第二端面312延伸，且与第二端面312之间具有第一间隙321。第一阻挡部32的延伸方向优选为导电环体31的周向。第二阻挡部33自第二端面312朝向第一端面331延伸，且与第一端面331之间具有第二间隙331。第一阻挡部32和第二阻挡部33之间在导电环体31的径向上具有第三间隙341。第一间隙321、第二间隙331和第三间隙341构成上述曲折通道34。

在实际应用中，上述阻挡部还可以采用其他任意结构，只要能够在导电环体31的径向上形成迷宫式的曲折通道，即可避免位于法拉第屏蔽件内侧的零件在开缝处被腐蚀。

综上所述，本发明上述各个实施例提供的法拉第屏蔽件，其包括导电环体，且在该导电环体上形成有开缝，该开缝包括第一子开缝，该第一子开缝沿导电环体的圆周方向设置，且与导电环体的轴线之间形成夹角，用以通过增加电磁场在导电环体的圆周方向上的磁场分量的耦合效率，来增加该电磁场的总耦合效率，从而可以降低需要向射频线圈加载的射频功率，即，即使加载较低的射频功率，也能够实现等离子体启辉，维持一定的处理速率，以及使用上电极单独启辉，以在基片介质层为low-k材料时，减少对该基片介质层的损伤。另外，加载较低的射频功率还可以避免法拉第屏蔽件的温度过高，从而减小了反应腔室颗粒污染的风险。

作为另一个技术方案，如图8所示，本发明实施例还提供一种反应腔室201，在该反应腔室201的侧壁202中设置有介质筒203。在介质筒203的外侧环绕设置有射频线圈204，其通过上匹配器205与上射频电源206电连接，上射频电源206用于向射频线圈204加载射频功率，由射频线圈204产生的电磁场能够通过介质筒203馈入至反应腔室201中，以激发反应腔室201中的工艺气体形成等离子体。并且，在反应腔室201中还设置有基座209，其通过下匹配器207和下射频电源208电连接，下射频电源208用于向基座209加载射频负偏压，以吸引等离子体刻蚀衬底表面。此外，在介质筒203的内侧环绕设置有法拉第屏蔽件210，用于保护介质筒203不被等离子体刻蚀，同时避免自衬底表面溅射出来的残留物附着在介质筒203的内壁上，从而可以提高介质筒203的能量耦合效率，减少反应腔室201内的颗粒污染。该法拉第屏蔽件210可以接地，或者也可以电位悬浮。

上述法拉第屏蔽件201采用本发明上述各个实施例提供的法拉第屏蔽件。

如图9所示，在本实施例中，射频线圈204为圆柱立体式螺旋线圈，且该圆柱立体式螺旋线圈的横截面为圆形。但是，本发明并不局限于此，还可以采用其他横截面形状的圆柱立体式螺旋线圈，优选的，如图10所示，射频线圈204’为采用呈带状的圆柱立体式螺旋线圈。所谓带状的圆柱立体式螺旋线圈，是指带状线体螺旋缠绕形成的线圈。并且，圆柱立体式螺旋线圈的任意一匝子线圈在其轴向上的宽度w大于横截面为圆形的圆柱立体式线圈(即，图9中示出的线圈结构)的任意一匝子线圈的直径，从而可以使带状的圆柱立体式螺旋线圈的横截面面积大于横截面为圆形的圆柱立体式螺旋线圈的横截面积。

圆柱立体式螺旋线圈与法拉第屏蔽件之间的寄生电容的大小与该圆柱立体式螺旋线圈的横截面积成正比。而且，该寄生电容越小，则容性耦合越弱，从而馈入到的反应腔室中的电场强度越弱；反之，寄生电容越大，则容性耦合越强，从而馈入到的反应腔室中的电场强度越强，从而使电场强度足够实现等离子体电场启辉。基于该理论，通过将射频线圈204’采用呈带状的圆柱立体式螺旋线圈，且使带状的圆柱立体式螺旋线圈的横截面面积大于横截面为圆形的圆柱立体式螺旋线圈的横截面积，可以增加上述寄生电容，从而可以增强容性耦合，进而可以增强馈入到的反应腔室内的电场强度。

优选的，带状的圆柱立体式螺旋线圈的任意相邻的两匝子线圈之间的轴向间距d为6-10mm，这可以防止相邻的两匝子线圈之间因存在电位差而出现打火现象。

在实际应用中，带状的圆柱立体式螺旋线圈在其径向上的厚度为2-4mm。而且，带状的圆柱立体式螺旋线圈的高度h不能超过介质筒203的高度，即，带状的圆柱立体式螺旋线圈的上端低于介质筒203的上端，带状的圆柱立体式螺旋线圈的下端，高于介质筒203的下端。

在实际应用中，上述反应腔室201可以为预清洗腔室。在这种情况下，向上述射频线圈204加载的射频功率的频率可以为2mhz、13.56mhz或者60mhz等等。或者，也可以加载脉冲形成的射频功率。向上述基座209加载的射频功率的频率可以为400khz、2mhz、13.56mhz或者60mhz等等。或者，也可以加载脉冲形成的射频功率。或者，也可以不向上述基座209加载的射频功率。

本发明实施例提供的反应腔室，其通过采用本发明上述各个实施例提供的上述法拉第屏蔽件，可以降低需要向射频线圈加载的射频功率，从而即使加载较低的射频功率，也能够实现等离子体启辉，维持一定的处理速率，以及使用上电极单独启辉，以在基片介质层为low-k材料时，减少对该基片介质层的损伤。另外，加载较低的射频功率还可以避免法拉第屏蔽件的温度过高，从而减小了反应腔室颗粒污染的风险。

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。