CN100479111C - 等离子处理装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种膜形成装置，其可以抑制粒子的生成并减少清洁过程的工作量。具体公开了这样一种膜形成装置，其通过喷气嘴(14)将气体(13)供应到真空室(1)并且通过向高频天线(7)施加电流将气体(13)转变成等离子体以在基片(6)上形成薄膜(15)。在该膜形成装置中，布置陶瓷内圆筒(20)，以便仅仅圆筒的小面积与真空室(1)接触，用于防止膜形成成分附着到真空室(1)的内壁上。

Description

等离子处理装置

技术领域

本发明涉及在等离子处理期间抑制粒子生成的等离子处理装置。

背景技术

当前，对于半导体器件的生产而言，使用等离子CVD(化学气相沉积)装置、等离子蚀刻装置等的等离子处理方法是已知的。图7是作为传统等离子处理装置的例子的薄膜生产装置(等离子CVD装置)的示意性透视剖面侧视图。

如附图所示，等离子CVD装置是这样的装置，在所述装置中，被引入到真空室1中并且充当用于薄膜的材料的有机金属络合物或类似物的气体(源气体)13，通过从高频天线7发射的高频波被转化成等离子态10，以便通过等离子体10中的活性受激原子促进基片6的表面上的化学反应，以形成金属薄膜15或类似物。

在上述等离子CVD装置和相关膜形成方法中，应当基本上形成在基片上的金属薄膜或类似物(在下文中将被称作薄膜成分)根据膜形成步骤的重复可能附着到或沉积在室的内壁等上面。室的内壁等上面沉积的薄膜成分在膜形成步骤期间剥落，作为粒子源构成了污染基片的原因。

对膜形成装置已做了建议，其旨在改善室内气体分布和流动的均匀性，并且最终能够制备均匀的薄膜(见下面显示的专利文件1)。这种膜形成装置具有与稍后将要说明的根据本发明的薄膜生产装置的结构类似的结构。然而，对于薄膜成分易于附着到其上的诸如“环状突起(数字19)”之类的膜形成装置中的部分，没有采取针对上述薄膜成分的附着或沉积的措施。亦即，关于薄膜成分的附着或沉积的问题，因为环状突起通过焊接或类似方法固定到室的原因，环状突起等并非根本不同于室的内壁表面。

专利文件1：日本专利申请公开号2003-17477

发明内容

因此，在借助于传统等离子CVD装置形成膜的过程中，有必要周期性地执行室内部的清洁处理，从而去除已附着或沉积的薄膜成分。此外，在频繁地执行清洁处理中，这种处理已变成降低薄膜生产率的原因。

为了例如通过蚀刻执行室内部的清洁，希望加热将要清洁的部位，从而增加蚀刻速度(清洁速度)。然而，通过单独使用等离子体加热，室难以被充分加热，并且需要分开提供加热装置或类似物以便提高清洁速度。这是与蚀刻反应形成反应产物的等离子蚀刻装置一样的问题。

鉴于上述情形完成了本发明。本发明的目的是提供等离子处理装置，其抑制了作为基片污染原因的粒子的生成，以消除室内部清洁处理的必要性，或者降低清洁处理的频率，或者减少清洁处理的工作负担。

设计用来解决上述问题的根据本发明的等离子处理装置包含：

气体供应装置，用于向室内部供应包括反应性气体的气体；

压力控制装置，用于控制所述室的内部压力；

等离子体生成装置，用于在所述室的内部生成所述气体的等离子体；

基座，其安装在所述室内部的下部，用于支撑将要处理的基片；

壁表面保护部件，其形成为圆柱形形式且提供在所述室的内部，用于防止等离子处理相关产物附着到所述室的内壁表面上；

室台阶部分，其设置于所述室的内壁表面，用于从下方支撑所述壁表面保护部件，从而所述壁表面保护部件覆盖所述室的位于所述基座上方的内表面；

多个突起，所述多个突起设置在所述壁表面保护部件的外壁表面上和所述壁表面保护部件的下端部分中，用于与所述室的内壁表面及室台阶部分点接触，其中

所述壁表面保护部件通过点接触被支撑在所述室上。

但是，允许壁表面保护部件被污染，从而防止等离子处理相关产物附着或沉积到室内壁表面上。同样，布置壁表面保护部件以从室可拆卸，从而使室内清洁处理不必要。此外，使多个壁表面保护部件备用，以消除由等待壁表面保护部件的清洁处理引起的处理过程的中断，从而增加半导体器件的生产效率。

上述等离子处理装置特征在于，所述壁表面保护部件是覆盖位于所述基座之上的所述室的内壁表面的内圆筒。

大多数的粒子源归因于附着到位于基座(基片)之上的室内壁表面的等离子处理相关产物。这样一来，遍及室内部周围覆盖相关部位的内圆筒用作壁表面保护部件，由此就有效地抑制了粒子的生成。

等离子处理装置特征还在于，所述壁表面保护部件通过点接触支撑在所述室上。

表述“通过点接触支撑”是指例如下述事实：壁表面保护部件经由室的内壁表面上或壁表面保护部件上提供的多个小突起安装在壁上，亦即，以壁表面保护部件和室之间的接触面积小的方式安装壁表面保护部件。

使壁表面保护部件和室之间的接触面积尽可能地小(能够支撑壁表面保护部件的最小面积)，由此抑制从等离子体加热的壁表面保护部件的传热。壁表面保护部件保持在高温下，由此使附着到壁表面保护部件的等离子处理相关产物以高度均匀性和附着力(剥落减少)的方式附着。如果用等离子体的加热弱，则可以向壁表面保护部件提供加热器用于温度控制。

等离子处理装置特征还在于，所述壁表面保护部件由陶瓷制成。

由于用于壁表面保护部件的材料是陶瓷，所以增强了耐等离子性，并且确保了长寿命。同样，能够实现具有等离子体生成装置的类型的等离子处理装置，所述等离子体生成装置为围绕室侧壁表面的外面缠绕的盘绕天线。

等离子处理装置特征还在于，所述壁表面保护部件由金属制成。

等离子处理装置特征还在于，所述金属为铝。

使用于壁表面保护部件的材料为铝，由此部件在耐久性方面改善，并且使重量轻，以减轻置换工作的负担。

等离子处理装置特征还在于，所述壁表面保护部件具有被氧化的表面。

通过氧化壁表面保护部件的表面，改善了它的耐蚀性和耐磨性。

等离子处理装置特征还在于，所述壁表面保护部件具有被粗糙化的表面。

例如喷砂法被选定为粗糙法。通过执行这种处理，改善了附着产物的粘附性，并且防止附着产物剥落以污染基片。

等离子处理装置特征还在于，安装所述气体供应装置以使其穿过所述壁表面保护部件中提供的孔。

引入反应性气体的部位的附近，亦即，气体供应装置的喷嘴头(喷气嘴)的附近，特别易于充当粒子源的等离子处理相关产物的附着。因此，如果喷气嘴的管道暴露于膜形成隔室的内部，则等离子处理相关产物附着到暴露的部分，变成粒子源，或者使分开的清洁处理成为必要。这样一来，就布置喷气嘴使其穿过壁表面保护部件中提供的通孔，由此缩短暴露于等离子处理隔室的内部的气体管道的部分以解决这样的问题。

等离子处理装置特征还在于，在所述壁表面保护部件和所述室之间提供热绝缘体。

在壁表面保护部件和室之间提供热绝缘体以抑制等离子体加热的壁表面保护部件的热损耗。同样，壁表面保护部件通过热绝缘体支撑在真空室的内壁表面上，以消除由直接接触引起的传热。

等离子处理装置特征还在于具有加热装置，用于加热所述室的壁表面。

等离子处理装置特征还在于，所述加热装置将所述室的壁表面加热到100℃或更高。

通过将室自身加热到100℃或更高，稳定了壁表面保护部件的温度。

根据本发明的等离子处理装置是包括以下的等离子处理装置：

气体供应装置，用于向室内部供应包括反应性气体的气体；

压力控制装置，用于控制所述室的内部压力；

等离子体生成装置，用于在所述室的内部生成所述气体的等离子体；以及

基座，其安装在所述室内部的下部，用于支撑将要处理的基片，并且

进一步包括壁表面保护部件，其提供在所述室的内部，用于防止等离子处理相关产物附着到所述室的内壁表面上。

这样一来，就能够防止等离子处理相关产物附着或沉积到室内壁表面上。同样，布置壁表面保护部件以从室可拆卸，由此能够使室内清洁处理不必要。此外，使多个壁表面保护部件备用，以便消除由等待壁表面保护部件的清洁处理引起的处理过程的中断，由此能够增加半导体器件的生产效率。

在上述等离子处理装置中，壁表面保护部件是覆盖位于基座之上的室内壁表面的内圆筒。

这样一来，考虑到大多数的粒子源归因于附着到位于基座(基片)之上的室内壁表面的等离子处理相关产物的事实，能够有效地抑制粒子的生成。

在等离子处理装置中，壁表面保护部件通过点接触支撑在室上。

这样一来，使壁表面保护部件和室之间的接触面积小，由此就能够抑制从等离子体加热的壁表面保护部件的传热。亦即，壁表面保护部件保持在高温下，由此使附着到壁表面保护部件的等离子处理相关产物以高度均匀性和附着力(剥落减少)的方式附着。

在等离子处理装置中，壁表面保护部件由陶瓷制成。

这样一来，就增强了耐等离子性，并且确保了长寿命。同样，能够提供具有等离子体生成装置的类型的等离子处理装置，所述等离子体生成装置为围绕室侧壁表面的外面缠绕的盘绕天线。

在等离子处理装置中，壁表面保护部件由金属、具体地即铝制成。

这样一来，部件就能够在耐久性方面改善，并且使重量轻，以减轻置换工作的负担。

在等离子处理装置中，壁表面保护部件具有被氧化的表面。这样一来，就能够改善它的耐蚀性和耐磨性。

在等离子处理装置中，壁表面保护部件具有被粗糙化的表面。

这样一来，就能够改善已附着的等离子处理相关产物的粘附性，并且能够防止附着产物剥落以污染基片。结果，能够降低清洁处理的频率。

在等离子处理装置中，安装气体供应装置以使其穿过壁表面保护部件中提供的孔。

这样一来，就能够消除暴露于等离子处理隔室内部的气体管道的部分，使得可以解决这样的传统问题：等离子处理相关产物附着到管道的暴露部分，变成粒子源，或者使分开的清洁处理成为必要。

在等离子处理装置中，在壁表面保护部件和室之间提供热绝缘体。

这样一来，就能够抑制等离子体加热的壁表面保护部件的热损耗。同样，壁表面保护部件通过热绝缘体支撑在真空室的内壁表面上，所以能够消除由直接接触引起的传热。

等离子处理装置还装备有用于加热室的壁表面的加热装置，具体地即用于将室的壁表面加热到100℃或更高的加热装置。这样一来，就能够稳定壁表面保护部件的温度。

附图说明

图1是根据第一实施例的薄膜生产装置的示意性透视剖面侧视图；

图2(a)是图1中的部分A的放大图，图2(b)是当从真空室的内部来看时的内圆筒的部分的示意性轮廓图；

图3是根据第二实施例的薄膜生产装置的围绕内圆筒的部分的剖面放大图；

图4是根据第三实施例的薄膜生产装置的围绕内圆筒的部分的剖面放大图；

图5是根据第四实施例的薄膜生产装置的围绕内圆筒的部分的剖面放大图；

图6是根据第五实施例的薄膜生产装置的围绕内圆筒的部分的剖面放大图；

图7是传统薄膜生产装置的例子的示意性透视剖面侧视图。

数字说明：1真空室，2膜形成隔室，3顶板，4基座，6基片，7高频天线，8匹配仪，9高频电源，10等离子体，13气体，14喷气嘴，14a室壁内气体管道，15薄膜，20内圆筒，20a内圆筒体，20b突起，20c突起，20d孔部分，21室台阶部分，22间隔，23热绝缘体，24喷气嘴，24a喷嘴头部分，24b室壁内气体管道，25喷气嘴，25a喷嘴头部分，25b室壁内气体管道，26喷气嘴，26a喷嘴头部分，26b室壁内气体管道。

具体实施方式

<第一实施例>

为了直观起见基于附图现在来说明本发明的实施例。图1是根据本发明第一实施例的薄膜生产装置的示意性透视剖面侧视图。

如附图中所示，在圆柱形真空室1之内限定膜形成隔室2，并且在真空室1的顶部提供圆形顶板3。在膜形成隔室2的中心设置用于支撑基片6的基座4，并且半导体基片6例如通过静电卡盘被静电吸引并且保持在基座4的上表面上。

被成形为例如圆环一样的高频天线7布置在顶板3上，并且高频电源9经由匹配仪8连接到高频天线7。电能被供应给高频天线7，以将电磁波发射到真空室1的膜形成隔室2中(等离子体生成装置)。

提供作为气体供应装置的喷气嘴14以在低于顶板3但是高于基座4的位置处将气体13引入到膜形成隔室2之内。为了升高真空室1外面外围的自由度，喷气嘴14固定在真空室1的侧壁部分的较低部位处，并且在膜形成隔室2之内向上延伸，由此使喷嘴头(注气口)的位置低于顶板3但是高于基座4。

引入到膜形成隔室2中的气体13通过发射到膜形成隔室2中的电磁波被离子化，以呈现等离子态。气体13是包含变成用于薄膜15的材料的元素成分的气体，例如有机金属络合物的气体。在变成等离子态之后，气体例如被吸附到基片6以形成薄膜15。例如，从有机金属络合物的气体中形成金属薄膜，并且从氨气和乙硼烷气体的组合中形成氮化硼膜。通过改变气体的类型，能够形成各种类型的薄膜15。

作为装置控制的细节，膜形成隔室2的内部例如通过作为压力控制装置的真空泵(未显示)被调节到预定压力，并且从喷气嘴14以预定流速引入气体13。从高频电源9经由匹配仪8将高频功率(1MHz到100MHz，1kW到10kW)施加到高频天线7，由此气体13在膜形成隔室2之内受激而转变成等离子态，从而在基片6上形成薄膜15。此时，通过例如作为温度控制装置的加热器(未显示)，将基片6的温度设置在200℃到450℃。

为了在这个时候薄膜成分不附着到真空室1的内壁表面，在本实施例中提供了由陶瓷制成的内圆筒20作为壁表面保护部件。内圆筒20是圆柱形部件，其覆盖位于基座4之上的真空室1的内壁表面。

图2(a)是图1中的部分A的放大图，并且是用于详细显示真空室1之内提供的内圆筒20的示图。如这个附图中显示的那样，内圆筒20由内圆筒体20a和突起20b、20c组成。内圆筒体20a处于这样的圆筒形状，其可插入到圆柱形真空室1的内部，并且具有比真空室1的直径小的直径。

真空室1装备有室台阶部分21，其能够遍及其圆周从下面支撑内圆筒20。室台阶部分21从下面支撑内圆筒20的下端部分中提供的突起20b，由此限制内圆筒20在真空室1之内向下移动。同样，内圆筒20的外壁表面上提供的突起20c接触真空室1的内壁表面，从而防止内圆筒20在真空室1之内横向位移。

图2(b)是当从真空室1的内部来看时的内圆筒20的部分的示意性轮廓图。如附图所示，沿着圆柱形的内圆筒体20a的下端部分的圆周间断地并且突出地提供突起20b。突起20b的数目可以是这样的数目或更大：能够在室台阶部分21上支撑内圆筒体20a。在内圆筒体20a的外壁表面上，如突起20b那样，沿着圆筒的圆周间断地并且突出地提供突起20c。突起20c的数目可以是2或3或更多。从稍后将要详细说明的内圆筒20的保持热量的观点出发，较少数目的突起20b和20c更好。

此外，喷气嘴14被布置以在真空室1内部向上延伸，以便经由室壁内气体管道14a将气体13水平地供应到膜形成隔室2中，所述室壁内气体管道14a是在真空室1中的内圆筒20之下从室1的外面笔直地向里面提供的。膜形成过程期间薄膜成分附着到室内壁特别地易于发生在供应气体13的高度，亦即喷气嘴14的喷嘴头的高度。因此，如图2(a)所示，提供内圆筒20以到达这样的高度，以便充分地将真空室1的内壁表面和喷气嘴14的喷嘴头彼此切断。

通过提供内圆筒20，内圆筒20的内壁表面被薄膜成分污染。这样一来，就能够执行膜形成过程而不会污染真空室1的内壁表面。因此，当要清洁室内时，可以从真空室1拆卸内圆筒20，并且可以执行清洁。结果，清洁处理变得容易。同样，使多个内圆筒20备用，从而使得可以连续地制备薄膜而不降低生产率。

在膜形成过程期间，内圆筒20通过膜形成隔室2之内生成的等离子体10被加热到大约200℃到400℃。结果，附着到内圆筒20壁表面的薄膜成分为改善的膜质量的高度粘附的薄膜成分，并且例如即使它被沉积它的剥落也最低限度地发生。这样一来，与附着到传统真空室的薄膜成分相比，附着到内圆筒20的薄膜成分就很难变成污染基片6的粒子源。

原因是，内圆筒20与真空室1相比，因为内圆筒20的厚度(小至大约3到5mm)、它的材料等等而更容易被加热，并且内圆筒20通过突起20b、20c支撑在真空室1上，可谓通过点接触支撑；因此，从内圆筒20向真空室1传导的热量轻微地是由两个部件之间的接触引起的传热，而主要地限于经由间隔22传导的辐射热。

在本实施例中，如上所述，将内圆筒20的温度维持在高温下同样是重要的。因此，如果内圆筒20的温度不稳定，那么就希望安装加热装置，诸如加热器之类，用于加热真空室1的侧壁部分，以便稳定内圆筒20的温度。加热温度希望为100℃或更高。

如上所述，能够使附着到内圆筒20的壁表面的薄膜成分最低限度地剥落。结果，能够一举形成的膜的膜厚度能够增加(传统上大约1μm，本实施例中大约10μm)，并且能够降低清洁附着到内圆筒20的薄膜成分的频率。

进而，能够通过用等离子体加热使内圆筒20的温度高达200℃到400℃。这样一来，如果以内圆筒20安装在室之内的方式执行清洁处理(使用等离子体通过蚀刻清洁)，则能够提高蚀刻速度，亦即清洁速度。这是下述传统问题的解决方案：当清洁真空室的内壁表面时，真空室1难以加热，这样一来单独使用等离子体加热就不足，导致低的清洁速度。这还是下述问题的解决方案：需要独立的提供用于提高室温度的加热装置或类似物，以便增加清洁速度。

在下文中，将说明作为第一实施例的修改的第二到第五实施例。

<第二实施例>

图3是根据本发明第二实施例的薄膜生产装置的围绕内圆筒的部分(对应于图1中的部分A)的剖面放大图。在本实施例中，如附图中所示，热绝缘体23夹在内圆筒20和真空室1之间(对应于图2中的间隔22)。夹在中间的热绝缘体23被压缩，并且起将内圆筒20支撑在真空室1上的作用。

这样一来，本实施例中的内圆筒20就不需要装备第一实施例中的突起20b和20c，并且仍然可以完全消除通过点接触从内圆筒20向真空室1的热传导。此外，通过安装热绝缘体23能够抑制内圆筒20的热损耗。

特氟隆(teflon)(注册商标)和聚酰亚胺被选定为热绝缘体。

<第三实施例>

图4是根据本发明第三实施例的薄膜生产装置的围绕内圆筒的部分(对应于图1中的部分A)的剖面放大图。在本实施例中，如附图中所示，内圆筒20装备有孔部分20d，用于允许喷气嘴24从那里穿过。喷气嘴24被布置，以从真空室1的外面馈送气体13，并且经由室壁内气体管道24b将气体13从喷嘴头部分24a水平地供应到膜形成隔室2中，所述喷嘴头部分24a构成真空室1里面的喷嘴头，并且被安装以穿过孔部分20d，所述室壁内气体管道24b被提供，以从内圆筒20之下的真空室1中的部位开始，在真空室1的壁之内向上延伸，并且水平地与真空室1的内部(膜形成隔室2)相联系。

在第一实施例中，喷气嘴布置在内圆筒的进一步向内的真空室之内(在室中向上延伸的部分)。亦即，存在暴露于室内的气体管道。这样一来，薄膜成分就附着到这个管道部分，需要分开清洁。但是，在第三实施例中，暴露于膜形成隔室2的内部的喷气嘴24的部分仅仅是最少部分，亦即喷嘴头部分24a，这样一来就消除了分开清洁的需要。

喷嘴头部分24a可从喷气嘴体拆卸。这样一来，当要从真空室1去除内圆筒20时，在横向方向上拆卸喷嘴头部分24a，然后向上拆卸内圆筒20。

<第四实施例>

图5显示了第四实施例，其为上述第三实施例的修改。在本实施例中，对应于图4中的室壁内气体管道24b的管道部分布置在内圆筒20和真空室1之间的间隔22中，亦即室壁的外面，并且真空室1的壁之内形成的管道部分仅仅是室壁内气体管道25b。

在本实施例的情况下，真空室1中形成的管道可以仅仅是直的室壁内气体管道25b，与图4中显示的室壁内气体管道24b相比，能够使其简单。此外，暴露于室内的管道部分仅仅是喷嘴头部分25a，如图4中显示的第三实施例中那样。因此，同样地，能够使分开清洁不必要。

<第五实施例>

图6显示了第五实施例，其为前述第三实施例的修改(见图4)。在本实施例中，对应于图4中的室壁内气体管道24b的管道部分是直的室壁内气体管道26b。

在本实施例的情况下，真空室1外面的供应气体13的高度几乎与室内的引入气体13的高度相同。由于提供了该气体供应装置，所以真空室1侧壁外面外围的自由度低。然而，如果存在少数的围绕真空室1侧壁外面安装的部件，例如，如没有作为等离子体生成装置的围绕室提供的盘绕天线的类型的装置中那样，则通过采用图6中显示的喷气嘴结构，能够提供更简单的喷气嘴。

本发明并不限于上述实施例。例如，除了陶瓷之外的铝等被选定为用于内圆筒的材料。在由铝制成内圆筒的情况下，它的表面的氧化能够增强耐蚀性和耐磨性。进而，内圆筒表面的诸如喷砂法之类的粗糙化处理能够增强薄膜成分的粘附性，而不管用于内圆筒的材料。此外，内圆筒20上提供的突起20b、20c可以在真空室1上提供。

根据本发明的等离子处理装置是这样的装置，所述装置消除了室内部清洁处理的必要性，或者降低了清洁处理的频率，或者减少了清洁处理的工作负担。因此，这种装置能够适用于需要高生产率的膜形成操作。

Claims (9)

1.一种等离子处理装置，包括：

气体供应装置，用于向室内部供应包括反应性气体的气体；

压力控制装置，用于控制所述室的内部压力；

等离子体生成装置，用于在所述室的内部生成所述气体的等离子体；

基座，其安装在所述室内部的下部，用于支撑将要处理的基片；

壁表面保护部件，其形成为圆柱形形式且提供在所述室的内部，用于防止等离子处理相关产物附着到所述室的内壁表面上；

室台阶部分，其设置于所述室的内壁表面，用于从下方支撑所述壁表面保护部件，从而所述壁表面保护部件覆盖所述室的位于所述基座上方的内表面；

多个突起，所述多个突起设置在所述壁表面保护部件的外壁表面上和所述壁表面保护部件的下端部分中，用于与所述室的内壁表面及室台阶部分点接触，其中

所述壁表面保护部件通过点接触被支撑在所述室上。

2.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，所述壁表面保护部件由陶瓷制成。

3.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，所述壁表面保护部件由金属制成。

4.根据权利要求3所述的等离子处理装置，其特征在于，所述金属为铝。

5.根据权利要求3或4所述的等离子处理装置，其特征在于，所述壁表面保护部件具有被氧化的表面。

6.根据权利要求1到4中任何一项所述的等离子处理装置，其特征在于，所述壁表面保护部件具有被粗糙化的表面。

7.根据权利要求1到4中任何一项所述的等离子处理装置，其特征在于，安装所述气体供应装置以使其穿过所述壁表面保护部件中提供的孔。

8.根据权利要求1到4中任何一项所述的等离子处理装置，进一步包括加热装置，用于加热所述室的壁表面。

9.根据权利要求8所述的等离子处理装置，其特征在于，所述加热装置将所述室的壁表面加热到100℃或更高。

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