CN103811258A

CN103811258A - 等离子体反应腔

Info

Publication number: CN103811258A
Application number: CN201210438566.3A
Authority: CN
Inventors: 聂淼
Original assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Beijing NMC Co Ltd; Beijing North Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2012-11-06
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2014-05-21

Abstract

本发明公开了一种等离子体反应腔。该等离子体反应腔包括：腔体、内衬、卡盘和进气装置，所述内衬位于所述腔体的内部，所述内衬包括底壁和侧壁，所述侧壁与所述腔体之间具有一定距离，所述底壁上设置有底壁开孔，所述侧壁上设置有侧壁开孔，所述卡盘位于所述腔体的内部且用于放置衬底，所述进气装置用于向所述腔体内部输入反应气体以产生等离子体，反应后的剩余气体及反应副产物通过所述底壁开孔和所述侧壁开孔从所述腔体内被抽出。本发明提供的等离子体反应腔增大了反应气体在衬底表面的扩散面积，提高了衬底表面气体流场分布的均匀性，从而提高了刻蚀工艺的均匀性。

Description

等离子体反应腔

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种等离子体反应腔。

背景技术

随着半导体技术的飞速发展，衬底的尺寸越来越大，由原来的200mm逐步发展到450mm，而关键尺寸却变得越来越小，为了提高产品的良率，保证各器件之间的一致性，对工艺环境的要求就更苛刻。刻蚀均匀性是衡量刻蚀工艺在整张衬底上、衬底与衬底之间或者批次与批次之间刻蚀能力的参数，也是一种衡量刻蚀设备工艺性能的重要参数。在刻蚀工艺中，气体流场的分布是影响刻蚀均匀性的一个重要参数。

目前，通常采用等离子体反应腔实现对衬底的刻蚀工艺。图1为现有技术中等离子体反应腔的结构示意图，图2为图1中内衬的俯视图，如图1和图2所示，该等离子体反应腔包括：腔体1、内衬、卡盘2、进气装置10和支架11，内衬位于腔体1的内部，内衬包括底壁3、侧壁4和边沿结构8，边沿结构8固定于腔体1的顶部以使内衬架设于腔体1内，底壁3上设置有底壁开孔5，卡盘2位于腔体1的内部，进气装置10设置于腔体1上方的支架11上。其中，卡盘2用于放置衬底7，进气装置10用于向腔体1内部输入反应气体。反应气体在腔体1内被激发为等离子体的形式，呈放射状扩散至衬底7的表面，并与衬底7发生反应。为满足刻蚀工艺均匀性的要求，可在腔体1的底部可安装抽真空装置，抽真空装置可通过底壁开孔5将反应后的剩余气体及反应副产物从腔体1内抽出，以使腔体1内的气体流场达到一个平衡状态，从而维持气体流场在衬底表面分布的均匀性。其中，反应后的剩余气体为未发生反应的反应气体。

现有技术中，由于仅在内衬的底壁上设置有底壁开孔，因此在对腔体进行抽气处理时反应后的剩余气体及反应副产物仅能从底壁开孔中被抽出，使得反应气体在衬底表面上的扩散面积较小，降低了衬底表面气体流场分布的均匀性，从而降低了刻蚀工艺的均匀性。

发明内容

本发明提供一种等离子体反应腔，用以提高衬底表面气体流场分布的均匀性，从而提高刻蚀工艺的均匀性。

为实现上述目的，本发明提供了一种等离子体反应腔，包括：腔体、内衬、卡盘和进气装置，所述内衬位于所述腔体的内部，所述内衬包括底壁和侧壁，所述侧壁与所述腔体之间具有一定距离，所述底壁上设置有底壁开孔，所述侧壁上设置有侧壁开孔，所述卡盘位于所述腔体的内部且用于放置衬底，所述进气装置用于向所述腔体内部输入反应气体以产生等离子体，反应后的剩余气体及反应副产物通过所述底壁开孔和所述侧壁开孔从所述腔体内被抽出。

可选地，所述内衬还包括：设置于所述侧壁上且向所述侧壁外侧延伸的边沿结构；

所述边沿结构设置于所述腔体的顶部，以使所述内衬架设于所述腔体上。

可选地，所述底壁、所述侧壁和所述边沿结构一体成型。

可选地，所述侧壁与所述底壁之间呈设定角度布置。

可选地，所述设定角度为90度。

可选地，所述侧壁为筒状结构。

可选地，所述设定角度大于90度且小于180度。

可选地，所述侧壁开孔的形状包括圆形或者方形。

可选地，所述侧壁开孔在所述侧壁上以多行多列的排列方式均匀排布。

可选地，所述底壁的中心部位形成一中空结构，所述底壁套在所述卡盘的外部以使所述卡盘位于所述中空结构中。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的等离子体反应腔的技术方案中，由于侧壁上设置有侧壁开孔，在对腔体进行抽气处理时侧壁方向也会对腔体内的气体进行抽气处理，因此在对腔体进行抽气处理时反应后的剩余气体及反应副产物可以从底壁开孔和侧壁开孔中被抽出，使得反应气体在衬底表面上的扩散面积增大，提高了衬底表面气体流场分布的均匀性，从而提高刻蚀工艺的均匀性。

附图说明

图1为现有技术中等离子体反应腔的结构示意图；

图2为图1中内衬的俯视图；

图3为本发明实施例一提供的一种等离子体反应腔的结构示意图；

图4为图3中内衬的俯视图；

图5为图3中内衬的立体结构示意图；

图6为本发明中反应气体的气体流场的纵向截面图；

图7为图6中气体流场的横向截面图；

图8为本发明实施例二提供的一种等离子体反应腔的结构示意图。

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，下面结合附图对本发明提供的等离子体反应腔进行详细描述。

图3为本发明实施例一提供的一种等离子体反应腔的结构示意图，

如图3所示，该等离子体反应腔包括：腔体1、内衬、卡盘2和进气装置10，内衬位于腔体1的内部，内衬包括底壁3和侧壁4，侧壁4与腔体1之间具有一定距离，底壁3上设置有底壁开孔5，侧壁4上设置有侧壁开孔6，卡盘2位于腔体1的内部，进气装置10设置于腔体1的上方。其中，卡盘2用于放置衬底7，进气装置10用于向腔体1内部输入反应气体以产生等离子体，该反应气体在腔体1内被激发为等离子体的形式，该等离子体扩散至衬底7的表面并与衬底7发生反应以实现对衬底的刻蚀工艺，反应后的剩余气体及反应副产物可通过底壁开孔5和侧壁开孔6从腔体1内被抽出。其中，反应后的剩余气体为未发生反应的反应气体。

图4为图3中内衬的俯视图，图5为图3中内衬的立体结构示意图，如图3、图4和图5所示，底壁3的中心部位形成一中空结构9，底壁3可套在卡盘2的外部以使卡盘2位于该中空结构9中。本实施例中，卡盘2横截面的形状为圆形，为使卡盘2与中空结构9相匹配，中空结构9的形状为圆形。而底壁3的形状为环形，底壁开孔5呈放射状均匀排列于环形的底壁2上。底壁开孔5的形状优选为长方形。在内衬的结构中，侧壁4与底壁3之间呈设定角度布置。本实施例中，设定角度为90度，也就是说，侧壁4垂直于底壁3，并且侧壁4为筒状结构。优选地，侧壁4与底壁3可以一体成型。

可选地，内衬还可以包括：边沿结构8。边沿结构8设置于侧壁4上且向侧壁4外侧延伸。边沿结构8设置于腔体1的顶部，以使内衬架设于腔体1内。具体地，可以将边沿结构8固定于腔体1的顶部，底壁3和侧壁4位于腔体1的内部，从而使内衬架设于腔体1内。侧壁4上开设有多个侧壁开孔6，侧壁开孔6的形状为圆形，侧壁开孔6在侧壁4上以多行多列的排列方式均匀排布。例如：从图5中可以看出，侧壁开孔6在侧壁4上以3行多列的排列方式均匀排布。在实际应用中，侧壁开孔6的形状可根据实际需要进行设置，例如：侧壁开孔6的形状还可以为方形。同时，为保证抽真空装置能够从侧壁开孔6中抽出反应后的剩余气体及反应副产物，侧壁4与腔体1之间具有一定距离，以使侧壁4与腔体1之间形成气流通道，反应后的剩余气体及反应副产物可通过该气流通道被抽出。其中，优选地，底壁3、侧壁4和边沿结构8一体成型。

本实施例中，等离子体反应腔还包括：设置于腔体1上方的支架11。如图3所示，支架11可直接固定于边沿结构8上。进气装置10设置于支架11上，并且进气装置10位于腔体1的中心轴上。本实施例中，进气装置10采用喷嘴，由喷嘴将反应气体喷入腔体1内部。

本实施例中，腔体1的底部可设置有抽真空装置(图中未具体示出)，抽真空装置与腔体1的底部连通。抽真空装置可通过底壁开孔5和侧壁开孔6将反应后的剩余气体及反应副产物从腔体1的底部抽出。

本实施例中，侧壁4与腔体1的内壁之间具有一定距离，即：侧壁4与腔体1的内壁之间留有一定空间，该空间形成一气流通道。与现有技术相比，本实施例中的等离子体反应腔在腔体1、进气装置10和卡盘2等部件均保持不变的前提下，对内衬进行改进，具体地在内衬的侧壁4上开设侧壁开孔6。这样当抽真空装置对腔体1进行抽真空处理时，反应后的剩余气体及反应副产物在从底壁开孔5中被抽出的同时还会从侧壁4上的侧壁开孔6中被抽出，因此反应气体从进气装置10进入腔体1后会呈放射状到达衬底7的表面，与现有技术相比，反应气体在衬底7的表面上扩散面积更大，气体流场的均匀性更好，提高了衬底7表面气体流场分布的均匀性，从而提高了刻蚀工艺的均匀性，进而提高了产品的良率。

下面通过图6和图7对本发明中等离子体反应腔内反应气体的气体流程进行详细描述。图6为本发明中反应气体的气体流场的纵向截面图，图7为图6中气体流场的横向截面图，如图1、图6和图7所示，进气装置10将反应气体喷入腔体1内部后，在抽真空装置的作用下反应气体在腔体1内部形成气体流场。如图6所示，该气体流场呈放射状，反应气体从进气装置10中喷出后的扩散角为α，由于本发明可从侧壁开孔6处抽气，因此扩散角α得到提高。如图7所示，在进气装置10与衬底7表面位置之间的距离H保持不变的前提下，衬底7表面位置处气体流场的半径R也增大，在半径为R的流场范围内，越靠近中心位置气体流场的分布越均匀，因此本发明通过从侧壁开孔6中抽气以增大流场半径R的范围，从而使得衬底7表面位置处的流场均匀性得到提高。

本实施例提供的等离子体反应腔的技术方案中，由于侧壁上设置有侧壁开孔，在对腔体进行抽气处理时侧壁方向也会对腔体内的气体进行抽气处理，因此在对腔体进行抽气处理时反应后的剩余气体及反应副产物可以从底壁开孔和侧壁开孔中被抽出，使得反应气体在衬底表面上的扩散面积增大，提高了衬底表面气体流场分布的均匀性，从而提高刻蚀工艺的均匀性。本实施例中的等离子体反应腔仅需改变内衬的结构即可达到提高衬底表面气体流场分布均匀性的目的，方案简单，易于实现。

图8为本发明实施例二提供的一种等离子体反应腔的结构示意图，如图8所示，本实施例中的等离子体反应腔与实施例一的区别在于：设定角度大于90度且小于180度。从图8中可以看出，底壁3水平设置，侧壁4并非竖直设置而是倾斜设置，从而侧壁4与底壁3之间的设定角度为大于90度且小于180度。优选地，设定角度可以采用135度。

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。

Claims

1.一种等离子体反应腔，其特征在于，包括：腔体、内衬、卡盘和进气装置，所述内衬位于所述腔体的内部，所述内衬包括底壁和侧壁，所述侧壁与所述腔体之间具有一定距离，所述底壁上设置有底壁开孔，所述侧壁上设置有侧壁开孔，所述卡盘位于所述腔体的内部且用于放置衬底，所述进气装置用于向所述腔体内部输入反应气体以产生等离子体，反应后的剩余气体及反应副产物通过所述底壁开孔和所述侧壁开孔从所述腔体内被抽出。

2.根据权利要求1所述的等离子体反应腔，其特征在于，所述内衬还包括：设置于所述侧壁上且向所述侧壁外侧延伸的边沿结构；

3.根据权利要求1所述的等离子体反应腔，其特征在于，所述底壁、所述侧壁和所述边沿结构一体成型。

4.根据权利要求1所述的等离子体反应腔，其特征在于，所述侧壁与所述底壁之间呈设定角度布置。

5.根据权利要求4所述的等离子体反应腔，其特征在于，所述设定角度为90度。

6.根据权利要求5所述的等离子体反应腔，其特征在于，所述侧壁为筒状结构。

7.根据权利要求4所述的等离子体反应腔，其特征在于，所述设定角度大于90度且小于180度。

8.根据权利要求1所述的等离子体反应腔，其特征在于，所述侧壁开孔的形状包括圆形或者方形。

9.根据权利要求8所述的等离子体反应腔，其特征在于，所述侧壁开孔在所述侧壁上以多行多列的排列方式均匀排布。

10.根据权利要求1所述的等离子体反应腔，其特征在于，所述底壁的中心部位形成一中空结构，所述底壁套在所述卡盘的外部以使所述卡盘位于所述中空结构中。