CN103964686B - 一种用于等离子处理腔室的石英组件及等离子体处理设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于等离子处理腔室的石英组件，其特征在于，所述石英组件由氧化硅基材料制成，其中，所述氧化硅基材料包括：氧化硅材料，所述氧化硅材料所占的比例大于或等于总组分的50％；掺杂剂，所述掺杂剂包括导电性掺杂剂以及抗性掺杂剂，其中，所述导电性掺杂剂用以加强所述氧化硅材料的导电性，其所占比例小于总组分的20％，所述抗性掺杂剂用以加强所述氧化硅材料的等离子阻抗。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制程领域，具体地，涉及一种用于等离子处理腔室的石英组件及等离子体处理设备。
背景技术
传统的石英材料被广泛用于等离子体处理设备中，石英材料的两个最大的优点是可靠性高，成本低。高可靠性是指石英材料将不带金属的污染，它是由氧化硅(SiO2)制成。此外，比起常用于等离子体处理腔室内的其他材料(如硅和碳化硅等)，石英材料成本低得多。而石英材料的主要缺点在于其等离子阻抗较低，因此很容易在等离子体处理过程中被侵蚀。进而限制了其在等离子体处理腔室内的应用。
目前也有一些提高氧化硅材料的等离子阻抗的材料及方法。如专利号为US7718559B2的美国专利，将钇材料掺杂加入石英材料中，以加强其抗腐蚀性。也有将铝掺杂加入的石英材料中加强抗腐蚀性的方法。然而，这些材料的缺点是其导电性较低，从而影响了射频耦合的效果，不利于等离子体的刻蚀。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于等离子处理腔室的石英组件及等离子体处理设备。
根据本发明的一个方面，提供一种用于等离子处理腔室的石英组件，其特征在于，所述石英组件由氧化硅基材料制成，其中，所述氧化硅基材料包括：氧化硅材料，所述氧化硅材料所占的比例大于或等于总组分的50％；掺杂剂，所述掺杂剂包括导电性掺杂剂以及抗性掺杂剂，其中，所述导电性掺杂剂用以加强所述氧化硅材料的导电性，其所占比例小于总组分的20％，所述抗性掺杂剂用以加强所述氧化硅材料的等离子阻抗。
优选地，所述石英组件包括如下部件中的至少一个：聚焦环；以及保护环。
优选地，所述导电性掺杂剂由铟(In)、锡(Sn)中的任一种或多种组成。
优选地，所述抗性掺杂剂由钇(Y)、铝(Al)、铒(Er)、钬(Ho)、镝(Dy)、铪(Hf)、氟(F)中的任一种或多种组成。
优选地，所述掺杂剂为金属、合金或氧化物中的任一种。
优选地，所述氧化硅材料所占比例为总组分的50％，所述导电性掺杂剂所占比例为总组分的10％，所述抗性掺杂剂所占比例为总组分的40％。
优选地，所述氧化硅材料所占比例为总组分的50％，所述导电性掺杂剂所占比例为总组分的15％，所述抗性掺杂剂所占比例为总组分的35％。
优选地，所述氧化硅材料所占比例为总组分的60％，所述导电性掺杂剂所占比例为总组分的5％，所述抗性掺杂剂所占比例为总组分的35％。
根据本发明的另一个方面，还提供一种石英组件的制备方法，其包括如下步骤：a.将所述氧化硅材料、抗性掺杂剂以及导电性掺杂剂进行熔化混合；b.对混合后的材料进行冷凝形成石英组件。
优选地，所述步骤a还包括如下步骤：a1.对所述氧化硅材料进行热处理，使其熔化；a2.在等温条件下，加入所述抗性掺杂剂以及导电性掺杂剂。
优选地，所述步骤a还包括如下步骤：a1′.将所述氧化硅材料、抗性掺杂剂以及导电性掺杂剂同时进行热处理，使其全部熔化。
优选地，所述热处理的温度较所述氧化硅材料、抗性掺杂剂以及导电性掺杂剂中最高的熔点温度高100～200℃。
根据本发明的又一个方面，还提供一种等离子体处理设备，其包括：处理腔室；静电卡盘；所述静电卡盘位于所述处理腔室内，用于放置代加工晶片；其特征在于，还包括上述的石英组件，所述石英组件安装于所述静电卡盘的外侧。
本发明通过提供一种用于等离子体腔室内的石英组件，所述石英组件由一种等离子阻抗良好且导电性可调的氧化硅基材料制成。所述氧化硅基材料在原先氧化硅材料中掺杂钇(Y)，铒(Er)，镝(Dy)，钬(Ho)，锡(Sn)，铪(Hf)等元素。其中一些添加物提高了等离子刻蚀环境中各个部件的等离子阻抗。一个典型的例子是加入了钇，钇和含氟等离子体反应，形成厚的保护层。其它添加物增加了各组合物的导电性。从而使整个材料减少了被侵蚀比率，提高了使用寿命，加强了材料的导电性能。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出根据本发明的第一实施例的等离子体处理设备的结构示意图；以及
图2示出根据本发明的第一实施例的石英组件以及静电卡盘的横截面结构示意图；
图3示出根据本发明的一个实施例的石英组件的制备方法的流程图；以及
图4示出根据本发明的另一个实施例的石英组件的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术内容进行进一步地说明：
本发明提供一种石英组件，该石英组件用于半导体刻蚀，更具体地，其应用于等离子体处理设备的处理腔室中。
图1示出了根据本发明的第一实施例的等离子体处理设备的结构示意图。具体地，如图1所示，等离子体处理设备100包括处理腔室110、静电卡盘120、石英组件130以及代加工晶片140。其中，处理腔室用于通入反应气体后生成等离子体对代加工晶片140进行加工。静电卡盘120位于处理腔室110内部的下方，其用于承载代加工晶片140。石英组件130则安装于静电卡盘120的外侧。
进一步地，图2示出了根据本发明的第一实施例的石英组件以及静电卡盘的横截面结构示意图。具体地，如图2所示，石英组件130优选地包括聚焦环131以及保护环132，保护环132位于聚焦环131的外侧，聚焦环131则位于静电卡盘120的外侧。其中，聚焦环131以及保护环132优选地均由一种氧化硅基材料制成。
进一步地，所述氧化硅基材料包括氧化硅材料以及掺杂剂。其中，氧化硅材料为基础材料，所占的比例大于或等于总组分的50％。所述掺杂剂所占比例小于总组分的50％，其包括导电性掺杂剂以及抗性掺杂剂。所述导电性掺杂剂用于加强氧化硅基材料的导电性，所占比例小于总组分的20％。所述抗性掺杂剂用以加强氧化硅基材料的等离子阻抗。
更具体地，所述导电性掺杂剂由铟(In)、锡(Sn)中的任一种或多种组成。所述抗性掺杂剂由钇(Y)、铝(Al)、铒(Er)、钬(Ho)、镝(Dy)、铪(Hf)、氟(F)中的任一种或多种组成。
更具体地，所述掺杂剂为金属、合金或氧化物中的任一种。例如钇(Y)元素可以是钇及/或含钇材料，例如钇(Y)金属、钇氧化物(Y2O3)、钇合金及诸如此类，此处不予赘述。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述氧化硅基材料由氧化硅材料、氧化钇以及氧化锡组成。其中，氧化硅材料所占比例为总组分的50％；氧化锡为导电性掺杂剂，其所占比例为总组分的10％；氧化钇为抗性掺杂剂，其所占比例为总组分的40％。
而在本发明的另一个实施例中，所述氧化硅基材料也可以由氧化硅材料、氧化铟以及氧化铒组成。其中，氧化硅材料所占比例为总组分的50％；氧化锡为导电性掺杂剂，其所占比例为总组分的15％；氧化钇为抗性掺杂剂，其所占比例为总组分的35％。
在本发明的又一个实施例中，所述氧化硅基材料也可以由氧化硅材料、氧化铟、氧化锡、氧化钬以及氧化镝组成。其中，氧化硅材料所占比例为总组分的60％；氧化锡和氧化铟共同组成导电性掺杂剂，二者总和所占比例为总组分的5％；氧化钬和氧化镝共同组成抗性掺杂剂，二者总和所占比例为总组分的35％。
更为进一步地，本领域技术人员理解，当所述氧化硅材料中加入所述抗性掺杂剂后，所述抗性掺杂剂会与含氟的等离子进行反应，从而形成一个厚的保护层防止在等离子体处理过程中可能发生的侵蚀等问题。而加入所述导电性掺杂剂后，可以加强导电性。例如等离子鞘的形状可以通过聚焦环的电性能(电导率和介电常数)改变。因此，电场的方向和离子轨迹可以通过调整各部分的导电性从而发生转变，获得优化的等离子体的分布。其中所述导电性掺杂剂的比例在小于总组分的20％的范围内取决于等离子体处理过程中对材料导电性能的实际需求，此处不予赘述。
更进一步地，本领域技术人员理解，在一个变化例中，聚焦环131由氧化硅基材料制成，而保护环132可以由氧化硅、硅或碳化硅等其他材料制成。在另一个变化例中，保护环132由氧化硅基材料制成，而聚焦环131可以由氧化硅、硅或碳化硅等其他材料制成。这些变化例均可以予以实现，此处不予赘述。
更为进一步地，在此实施例中，所述石英组件由氧化硅基材料制成。而本领域技术人员理解，在一些变化例中，所述氧化硅基材料也可以应用于等离子体处理腔室中的其他部件，此处不予赘述。
本发明还提供上述石英组件的制备方法。
图3示出了根据本发明的一个实施例的石英组件的制备方法的流程图。具体地，如图3所示，所述石英组件的制备方法包括步骤310：对所述氧化硅材料进行热处理，使其熔化；步骤320：在等温条件下，加入所述抗性掺杂剂以及导电性掺杂剂，其中，所述导电性掺杂剂由In、Sn中的任一种或多种组成，所述抗性掺杂剂由Y、Al、Er、Ho、Dy、Hf、F中的任一种或多种组成；步骤330：对混合后的材料进行冷凝，形成石英组件。在此实施例中，该制备方法是将所述氧化硅材料溶化后在等温的条件下，将抗性掺杂剂以及导电性掺杂剂加入，最后冷凝形成本发明所述的石英组件。
图4示出了根据本发明的另一个实施例的石英组件的制备方法的流程图。具体地，如图4所示，在此实施例中，所述氧化硅基材料的制备方法包括步骤410：将所述氧化硅材料、抗性掺杂剂以及导电性掺杂剂同时进行热处理，使其全部熔化；步骤420：对混合后的材料进行冷凝，形成石英组件。在此实施例中，将氧化硅材料、抗性掺杂剂以及导电性掺杂剂一起进行热处理，使其全部熔化混合后，再冷凝形成本发明所述的石英组件。
根据图3以及图4所示实施例，更具体地，所述热处理的温度优选地较所述氧化硅材料、抗性掺杂剂以及导电性掺杂剂中最高的熔点温度高100～200℃，从而更加有利于石英组件的制备，此处不予赘述。
更为进一步地，本领域技术人员理解，本发明通过提供一种用于等离子体腔室内的石英组件，所述石英组件由一种等离子阻抗良好且导电性可调的氧化硅基材料制成，其在原先的氧化硅材料中掺杂Y，Er，Dy，Ho，Sn，Hf等元素。不仅加强了石英组件的等离子阻抗，而且还增加了石英组件的导电性。从而使整个石英组件减少了被侵蚀比率，提高了使用寿命，加强了材料的导电性能，且该石英组件所使用的氧化硅基材料较硅和碳化硅材料在成本上具有明显的优势。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (13)
1.一种用于等离子处理腔室的石英组件，其特征在于，所述石英组件由氧化硅基材料制成，其中，所述氧化硅基材料包括：
氧化硅材料，所述氧化硅材料所占的比例大于或等于总组分的50％；
掺杂剂，所述掺杂剂包括导电性掺杂剂以及抗性掺杂剂，其中，所述导电性掺杂剂用以加强所述氧化硅材料的导电性，其所占比例小于总组分的20％，所述抗性掺杂剂用以加强所述氧化硅材料的等离子阻抗。
2.根据权利要求1所述的石英组件，其特征在于，所述石英组件包括如下部件中的至少一个：
聚焦环；以及
保护环。
3.根据权利要求1所述的石英组件，其特征在于，所述导电性掺杂剂由铟(In)、锡(Sn)中的任一种或多种组成。
4.根据权利要求1所述的石英组件，其特征在于，所述抗性掺杂剂由钇(Y)、铝(A1)、铒(Er)、钬(Ho)、镝(Dy)、铪(Hf)、氟(F)中的任一种或多种组成。
5.根据权利要求1所述的石英组件，其特征在于，所述掺杂剂为金属、合金或氧化物中的任一种。
6.根据权利要求1所述的石英组件，其特征在于，所述氧化硅材料所占比例为总组分的50％，所述导电性掺杂剂所占比例为总组分的10％，所述抗性掺杂剂所占比例为总组分的40％。
7.根据权利要求1所述的石英组件，其特征在于，所述氧化硅材料所占比例为总组分的50％，所述导电性掺杂剂所占比例为总组分的15％，所述抗性掺杂剂所占比例为总组分的35％。
8.根据权利要求1所述的石英组件，其特征在于，所述氧化硅材料所占比例为总组分的60％，所述导电性掺杂剂所占比例为总组分的5％，所述抗性掺杂剂所占比例为总组分的35％。
9.一种如权利要求1至8中任一项所述的石英组件的制备方法，其包括如下步骤：
a.将氧化硅材料、抗性掺杂剂以及导电性掺杂剂进行熔化混合；
b.对混合后的材料进行冷凝形成石英组件。
10.根据权利要求9所述的石英组件的制备方法，其特征在于，所述步骤a包括如下步骤：
a1.对所述氧化硅材料进行热处理，使其熔化；
a2.在等温条件下，加入所述抗性掺杂剂以及导电性掺杂剂。
11.根据权利要求9所述的石英组件的制备方法，其特征在于，所述步骤a包括如下步骤：
al′.将所述氧化硅材料、抗性掺杂剂以及导电性掺杂剂同时进行热处理，使其全部熔化。
12.根据权利要求10或11所述的石英组件的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度较所述氧化硅材料、抗性掺杂剂以及导电性掺杂剂中最高的熔点温度高100～200℃。
13.一种等离子体处理设备，其包括：
处理腔室；
静电卡盘；所述静电卡盘位于所述处理腔室内，用于放置代加工晶片；
其特征在于，还包括根据权利要求1至7中任一项所述的石英组件，所述石英组件安装于所述静电卡盘的外侧。
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