CN102468105B - 电感耦合等离子体装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电感耦合等离子体装置，包括：反应腔室；电感耦合线圈；静电卡盘，所述静电卡盘设置在所述反应腔室内，用于支撑待处理晶片；气体抽吸单元，所述气体抽吸单元与所述反应腔室相连接，用于对所述反应腔室抽真空；以及气体供给通路，所述气体供给通路选择性地与所述反应腔室和所述气体抽吸单元相连通。本发明的电感耦合等离子体装置可以减少了上步工艺残余气体对刻蚀效果的影响，从而提高了晶片生产的良品率。

Description

电感耦合等离子体装置

技术领域

本发明涉及半导体晶片加工设备，尤其是涉及一种具有改进气路的电感耦合等离子体装置。

背景技术

随着半导体技术的不断发展，人们对半导体晶片加工能力的要求也日益提高。在半导体晶片加工技术领域中，刻蚀(Etch)作为半导体制造工艺，微电子IC制造工艺以及微纳制造工艺中的关键步骤。目前，通常采用ICP(Inductive Coupled Plasma Emission Spectrometer，电感耦合等离子体)设备结构对晶片进行刻蚀工艺。随着刻蚀工艺技术的发展，以及新的工艺要求的提出，特别是45nm/32nm技术以后，刻蚀线条尺寸不断缩小，越来越精细化。这些都对刻蚀工艺提出了巨大的技术挑战。

图1为现有的一种ICP设备结构100’。工艺气体通过进气管路1’由固定在石英盖板2’上的喷嘴3’进入到反应腔室4’。在反应腔室4’的上方设置有线圈5’，线圈5’上施加有射频电源。在施加了射频电源的线圈5’的激发下，工艺气体被电离成等离子体(Plasma)6’。在反应腔室4’内设置有支撑晶片(Wafer)8’的静电卡盘(ESC，Electrostatic Chuck)7’。对静电卡盘7’通入射频，从而产生偏置电压。等离子体6’在偏压的驱动下，对吸附在静电卡盘7’上的晶片8’进行沉积刻蚀。其中，等离子体轰击晶片表面，并形成一系列物理和化学过程，使晶片8’刻出所需的图形。刻蚀后的生成物通过分子泵(Turbo Pump)9’和干泵10’抽走。其中，干泵10’为分子泵9’前级泵。

从图1中现有的ICP设备结构，可看出该方案结构较为简单。在一步工艺结束后，进气管路1’的残余气体继续流入腔室4’，最终通过分子泵9’和干泵10’抽走。

刻蚀工艺中上步工艺气体的残留时间(包括不同步骤间的和工艺结束后的残留工艺气体)对刻蚀结果有着较为重要的影响。特别是对于栅极刻蚀中，不同步骤间所用的工艺气体不同，对刻蚀效果的要求严格，

通常进气管路较长，有些甚至可以达到十几米长，进气管路中的上一步工艺残余气体需要较长的时间才能由分子泵和干泵完全抽走，残余气体在腔室中的残留时间较长。而管路中上一步的残余气体会对刻蚀效果的控制有较大的影响，进而影响芯片生产的良品率，不利于对工艺结果的控制。因此，为了提高芯片生产的良品率，需要严格控制上一步残余气体的影响。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。特别针对现有的电感耦合等离子体装置，提出一种改进的电感耦合等离子体装置，该电感耦合等离子体装置可避免上步工艺结束后的残余气体进入反应腔室，更快速地将残余气体从管路中的抽走，减少残余气体对刻蚀的影响。

为此，本发明的一方面，提供了一种电感耦合等离子体装置，包括：反应腔室；电感耦合线圈，所述电感耦合线圈设置在所述反应腔室的上方；静电卡盘，所述静电卡盘设置在所述反应腔室内，用于支撑待处理晶片；气体抽吸单元，所述气体抽吸单元与所述反应腔室相连接，用于对所述反应腔室抽真空；以及气体供给通路，所述气体供给通路选择性地与所述反应腔室和所述气体抽吸单元相连通。

根据本发明实施例的电感耦合等离子体装置，在刻蚀结束或者进行下一步刻蚀之前，残余的刻蚀气体不再流入反应腔室，且可以从管路中抽出，从而减少了上步工艺残余气体对刻蚀效果的影响，提高晶片生产的良品率。

另外，根据本发明上述实施例的电感耦合等离子体装置还可以具有如下附加的技术特征：

所述气体供给通路包括：进气端；分别与所述进气端连接的第一出气端和第二出气端，所述第一出气端连接到反应腔室以及所述第二出气端连接到气体抽吸单元；第一控制阀，所述第一控制阀设置在所述第一出气端和所述反应腔室之间；以及第二控制阀，所述第二控制阀设置在所述第二出气端和所述气体抽吸单元之间。

由此，在刻蚀工艺时，刻蚀气体通过第一出气端供给到反应腔室中，从而不会影响到反应腔室内的刻蚀效果。在刻蚀结束后，通过第二出气端对进气端内的残余气体进行抽吸，从而极大地减少了残余气体的抽吸时间，提高了生产的效率。

所述气体抽吸单元包括：分子泵，所述分子泵与所述反应腔室相连通；以及连接到所述分子泵的干泵，所述干泵所述干泵与所述分子泵相连，且通过残余气体抽吸通路与所述第二出气端相连。由此，在进行下一阶段刻蚀气体供给之前，残余气体可通过第二出气端连接到干泵，进而被干泵抽出，从而避免了残余气体对刻蚀效果的影响。

所述第一控制阀和所述第二控制阀可分别为电磁控制阀。由此，第一控制阀和第二控制阀可以具有较高的控制精度和灵敏度，有利于更加精确地控制刻蚀气体在气体供给通路中的流向。

所述进气通路的进气端设置有进气喷嘴，用于将刻蚀气体喷入所述反应腔室。由此，进气通路中的刻蚀气体可顺利流入反应腔室内。

所述静电卡盘设置在所述反应腔室的底部且与所述分子泵相邻。由此，分子泵与刻蚀平台的距离更近，有利于更快速地将刻蚀工艺中的生成物从反应腔室中抽出。

所述残余气体抽吸通路内的气体压力不大于10mT。在残余气体抽吸通路中的气体压力限定在上述范围内时，气体压力不会对干泵的正常工作造成影响。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有的电感耦合等离子体装置的示意图；

图2为本发明的电感耦合等离子体装置的结构示意图；以及

图3为图2中所示的电感耦合等离子体装置的工作示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

为了更好的理解本发明，下面参考附图描述根据本发明实施例的电感耦合等离子体装置。其中，图2为本发明的电感耦合等离子体装置的结构示意图，图3为图2中所示的电感耦合等离子体装置的工作示意图。

如图2、3所示，本发明实施例的电感耦合等离子体装置包括反应腔室4、位于反应腔室4上方的电感耦合线圈5、设置在反应腔室4内的静电卡盘7、气体供给通路110和气体抽吸单元120，其中，气体供给通路110分别与反应腔室4和气体抽吸单元120相连通；电感耦合线圈5设置在反应腔室4的上方；静电卡盘7设置在所述反应腔室4内，用于支撑待处理晶片8；所述气体抽吸单元120与反应腔室4相连接，用于对反应腔室4抽真空；以及气体供给通路110选择性地与反应腔室4和气体抽吸单元120相连通。

由此根据本发明的电感耦合等离子体装置，开始刻蚀时，选择性地将气体供给通路110与反应腔室4相连通，以进行正常的刻蚀；在刻蚀结束或者进行下一步刻蚀之前，选择性地将气体供给通路110和气体抽吸单元120相连通，这样残余的刻蚀气体不再流入反应腔室4，且可以被直接地从该电感耦合等离子体装中抽出，从而减少了上步工艺残余气体对刻蚀效果的影响，提高晶片生产的良品率。

下面将结合图2、3来简单描述气体抽吸单元120的结构。如图2、3中所示，气体抽吸单元120可包括分子泵9和与分子泵9连接的干泵13，其中，干泵13为分子泵9的前级泵。分子泵9与反应腔室4相连通，将刻蚀工艺的生成物从反应腔室4中抽出。干泵13通过残余气体抽吸通路11与第二出气端15相连。

如图3所示，在反应腔室4的上方可设置有盖板2，从而可使反应腔室4内的气体不发生外溢。在本发明的一个实施例中，盖板2的材料可为石英。当然，本领域的技术人员可理解的是，盖板2的材料不限于此。

在盖板2的上方可设置有电感耦合线圈5，并且在电感耦合线圈5上施加有射频电源。在射频电源的激发下，电感耦合线圈5可在反应腔室4中产生电磁场。

下面将详细说明本发明的气体供给通路110。气体供给通路110包括：进气端1；分别与进气端1连接的第一出气端14和第二出气端15，第一出气端14连接到反应腔室4，第二出气端15连接到气体抽吸单元120，具体而言该第二出气端15连接到干泵13；第一控制阀10设置在第一出气端14和反应腔室4之间；第二控制阀12设置在第二出气端15和干泵13之间。反应腔室4的上端可设置有进气喷嘴3，并且该进气喷嘴3固定在盖板2上，并连接到第一出气端14。

在本发明中，进气喷嘴3的材料可为石英。当然，本领域的技术人员可理解的是，进气喷嘴3的材料不限于此。

下面将描述第一控制阀10和第二控制阀12的控制过程。在进行刻蚀时、第一控制阀10开启且所述第二控制阀12关闭，刻蚀气体通过进气喷嘴3进入反应腔室4。当第一控制阀10关闭时，刻蚀气体不能进入反应腔室4。第二控制阀12可设置在第二出气端15和干泵13之间。当该阶段的刻蚀气体供给完成，在进行下一阶段的刻蚀气体供给之前，第二控制阀12开启且第一控制阀10关闭，进气端1通过管路11与干泵13相连接，从而残余的刻蚀气体可被干泵13进行快速地抽吸。当第二控制阀12关闭时，进气端1不能与干泵13直接相连通，从而停止残余刻蚀气体的抽吸。

在本发明的一个实施例中，第一控制阀10和第二控制阀11均为电磁控制阀，具有较高的控制精度和灵敏度，有利于更加精确地控制刻蚀气体在气体供给通路110中的流向。

在反应腔室4内可设置有静电卡盘7，其上支撑有待处理晶片8。其中，静电卡盘7可设置在反应腔室4的底部。可选地，可以对静电卡盘7施加射频电源，从而可产生偏置电压。

下面参考图3描述本发明实施例的电感耦合等离子体装置的工艺流程，其中图3为图2中所示的电感耦合等离子体装置的工作示意图。

在执行刻蚀工艺时，将刻蚀气体从进气端1通入。此时，打开第一控制阀10且关闭第二控制阀12，从而可将刻蚀气体从第一出气端14引入反应腔室4。并且，进气端1未与干泵13连通，刻蚀气体不会被干泵13抽吸。在施加有射频电源的电感耦合线圈5的激发下，刻蚀气体被电离成等离子体6。等离子体6在施加有射频电源的静电卡盘7产生的偏置电压的驱动下，可对吸附在静电卡盘7上的晶片8进行沉积刻蚀。其中，沉积刻蚀过程包括：由等离子体6轰击晶片8的表面，从而在晶片8上刻蚀出需要的图形。将刻蚀后的生成物，例如：刻蚀过程中的废气，通过气体抽吸单元120将反应腔室4中抽出。

在上述步刻蚀工艺结束后，关闭第一控制阀10且打开第二控制阀12，从而可将进气端1与干泵13连通，从而管路中的残余刻蚀气体可被干泵13直接抽吸。由于从进气端1吹入的气体压力较低，一般不大于10mT，因此采用残余气体抽吸通路11与干泵13的连接不会对泵本身造成影响。

为了更快速地将刻蚀工艺中的生成物从反应腔室中抽出，可将静电卡盘7设置在与分子泵9相邻的位置。从而刻蚀工艺的生成物距离分子泵9更近，更快速的从反应腔室4内进入到分子泵9中，由分子泵9抽出。

由于关闭第一控制阀10，可使进气端1未与反应腔室4连通。从而进气端1中的残余刻蚀气体不会流入反应腔室4，进而减少残余刻蚀气体对刻蚀效果的影响，此外也提高了晶片的制造效率。

本发明实施例所提供的电感耦合等离子体装置，通过设置与反应腔室和气体抽吸单元相连通的气体抽吸通路，使得上一步刻蚀工艺的残余的刻蚀气体不流入反应腔室，且可被气体抽吸单元抽出，从而减少了上步工艺残余气体对刻蚀效果的影响，进而提高晶片生产的良品率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种电感耦合等离子体装置，包括：

反应腔室；

电感耦合线圈，所述电感耦合线圈设置在所述反应腔室的上方；

静电卡盘，所述静电卡盘设置在所述反应腔室内，用于支撑待处理晶片；

气体抽吸单元，所述气体抽吸单元与所述反应腔室相连接，用于对所述反应腔室抽真空；以及

气体供给通路，所述气体供给通路选择性地与所述反应腔室和所述气体抽吸单元相连通；

其中所述气体供给通路包括：

进气端；

分别与所述进气端连接的第一出气端和第二出气端，所述第一出气端连接到反应腔室以及所述第二出气端连接到气体抽吸单元；

第一控制阀，所述第一控制阀设置在所述第一出气端和所述反应腔室之间；以及

第二控制阀，所述第二控制阀设置在所述第二出气端和所述气体抽吸单元之间；

所述气体抽吸单元包括：

分子泵，所述分子泵与所述反应腔室相连通；以及

干泵，所述干泵与所述分子泵相连，且通过残余气体抽吸通路与所述第二出气端相连，所述残余气体抽吸通路内的气体压力不大于10mT。

2.根据权利要求1所述的电感耦合等离子体装置，其特征在于，所述第一控制阀和所述第二控制阀分别为电磁控制阀。

3.根据权利要求1所述的电感耦合等离子体装置，其特征在于，所述进气通路的进气端设置有进气喷嘴，用于将刻蚀气体喷入所述反应腔室。

4.根据权利要求1所述的电感耦合等离子体装置，其特征在于，所述静电卡盘设置在所述反应腔室的底部且与所述分子泵相邻。