CN104995723B - 气相蚀刻装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种气相蚀刻装置。根据本发明一实施例的气相蚀刻装置包括：处理腔室，其设置有内部空间，所述内部空间由上侧开放的腔室主体和与腔室主体的上侧能够装卸地结合，并且下侧开放的圆顶形状的上部圆顶形成；基板支撑座，其设置在内部空间，利用驱动部向上向下移动；环板，其设置在基板支撑座上，覆盖基板支撑座和处理腔室的外壁之间，以使内部空间划分为基板支撑座的上部的处理区域和基板支撑座的下部的排气区域；由环板划分的处理区域被上部圆顶包围，排气区域被腔室主体包围。

Description

气相蚀刻装置
技术领域
本发明涉及在腔室内进行利用气体对膜进行蚀刻的处理的气相蚀刻装置。
背景技术
一般情况下，在半导体的制造工序中，对作为基板使用的硅晶片可以反复进行一连串的处理工序，由此可在所述基板上形成各种各样的集成电路元件。例如，在半导体制造工序中，为了形成图形而需要进行去除特定区域的材料的处理，即蚀刻(etching)处理。蚀刻处理包括利用适当的蚀刻液去除材料的湿式蚀刻处理和在气相(vapor)状态下去除材料的干式蚀刻处理。
干式蚀刻可大致分为离子蚀刻和反应蚀刻。离子蚀刻是利用高能离子与材料表面发生冲撞时材料表面部的原子被脱离的现象即溅射现象，使化学反应最小化，通过物理反应使材料蚀刻的方法，也被称为离子束蚀刻、离子束铣削、溅射蚀刻等。
反应蚀刻包括仅利用反应性气体的化学反应的反应蚀刻，和在反应性气体上形成等离子而同时利用化学反应和溅射来提高各向异性刻蚀特性及蚀刻速度的等离子蚀刻。
如上所述的大部分干式蚀刻处理均在真空腔室内进行，尤其在使用氯(CL2)气之类的腐蚀性较强的气体的情况下，因高反应性的氯气与腔室、输气管等其他腐蚀性零部件相互反应而发生腐蚀及污染的现象。这是污染和粒子源产生的原因。
因此，处理一般的干式蚀刻工序的干式蚀刻设备在进行处理时，腔室内壁被腐蚀而污染晶片和产生粒子源，所以频繁发生处理不良等工程事故，这成为导致因设备的预防性维护(PM:preventive maintenance)而设备停止等所带来的损失增加，使生产率下降的原因。
发明内容
发明要解决的问题
本发明的实施例提供一种抗反应性气体的气相蚀刻装置。
另外，本发明的实施例还提供一种能够防止处理腔室腐蚀的气相蚀刻装置。
本发明的目的不限于此，本领域技术人员可根据以下记载能够清楚地理解未提及的本发明的其他目的。
用于解决问题的手段
本发明提供的一种气相蚀刻装置，包括：处理腔室，其设置有内部空间，所述内部空间由上侧开放的腔室主体和与所述腔室主体的上侧能够装卸地结合且下侧开放的圆顶形状的上部圆顶形成；基板支撑座，其设置在所述内部空间内，利用驱动部向上向下移动；环板，其设置在所述基板支撑座上，覆盖所述基板支撑座和所述处理腔室的外壁之间，以使所述内部空间划分为所述基板支撑座的上部的处理区域和所述基板支撑座的下部的排气区域；由所述环板划分的所述处理区域被所述上部圆顶包围，所述排气区域被所述腔室主体包围。
此外，还包括：气体喷射部，其与所述基板支撑座相对地设置在所述上部圆顶上，从气体供给装置接受反应性气体的供给并向所述处理区域供给。
此外，所述气体喷射部包括：圆形气体导入板，其由石英材料构成，在所述圆形气体导入板的上部中央连接有气体供给管，使反应性气体向下侧扩散；淋板，其由石英材料构成，所与所述圆形气体导入板的下侧结合，多个喷射孔垂直贯通所述淋板，使经由所述圆形气体导入板供给到的反应性气体向下方喷射。
此外，所述环板还可以包括多个排气孔。
此外，所述上部圆顶可以由石英材料构成。
此外，所述基板支撑座、所述环板和包围所述处理区域的所述上部圆顶可以由石英材料构成。
此外，所述处理腔室还可以包括：基板出入部，其设置在所述腔室主体的一侧，用于提供将基板向所述处理腔室的内部空间导入和导出的通道；所述环板还可以包括：盖部，其从所述环板的边缘部向垂直方向延伸，与所述基板支撑座的向上向下移动动作联动而开闭所述通道，以将所述基板出入部的通道划分为与所述处理腔室的内部空间独立的空间。
此外，所述气相蚀刻装置还可以包括：净化气体供给部，其用于向所述基板出入部的通道供给惰性气体；所述基板出入部可以包括：气体供给孔，其将经由所述净化气体供给部供给的惰性气体向所述通道供给。
此外，所述腔室主体由哈氏合金(Hastelloy)材料构成，对表面进行电解研磨处理或复合电解研磨处理。
发明效果
根据本发明实施例，能够使向处理区域供给的反应性气体不与石英材料以外的其他金属接触，因此能够防止因反应性气体和金属反应而产生污染。
附图说明
图1是本发明一实施例的基板处理装置的剖面图。
图2是示出在图1中基板支撑座处于向下移动的状态的剖面图。
图3是示出图1所示的基板处理装置的俯视剖面图。
图4是示出利用盖部关闭的基板出入部的图。
图5是示出利用盖部开放的基板出入部的图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的优选实施例的气相蚀刻装置。
在本发明的说明中，如果判断为对相关的公知结构或功能的具体说明影响本发明的宗旨时，则省略其详细的说明。
图1是本发明一实施例的基板处理装置的剖面图。
在本实施例中举例说明利用蚀刻气体蚀刻基板表面的气相蚀刻(gas phaseetcher；GPE)处理的装置。但是，本发明的技术思想不限于此，也可以适用于不使用等离子而只利用反应性气体和热能仅去除多晶硅(poly-si)的一部分并在其上生成其他膜的处理装置。
蚀刻处理的对象即基板可以是任何基板，例如LCD面板用玻璃基板、太阳能电池元件用基板、LED晶片、半导体晶片、有源矩阵有机发光二极体面板(Amoled)基板等。
参照图1，本发明的气相蚀刻装置10包括处理腔室100、气体喷射部130、基板支撑座140、环板150及基板出入部180。
处理腔室(process chamber)100提供密闭的内部空间，以对基板S进行蚀刻处理。处理腔室100包括上侧开放的腔室主体110和可装卸地与腔室主体110结合的上部圆顶120。
腔室主体110呈上侧开放的形状，包括大致与地面平行的腔室基座112和大致与腔室基座112垂直地设置的侧壁114。侧壁114在其上端设置有用于与上部圆顶120紧固的第一凸缘114a。在腔室主体110的侧壁114上设置有与真空泵连接的真空吸口(vacuum suctionport)116。
上部圆顶120为经由密封构件与腔室主体110的上侧结合而与腔室主体110一同形成密闭内部空间的结构，可形成为下侧开放的圆顶形状。上部圆顶120包括：与在腔室主体110的侧壁114上设置的第一凸缘114a结合的第二凸缘121、从形成有第二凸缘121的位置向下延伸的延伸部122。延伸部122以部分与腔室主体110重叠的方式位于腔室主体110的侧壁114内侧。
另外，上部圆顶120可以由耐蚀性强的石英材料构成，以便包括氯(Cl)或氟(F)的反应性气体注入而进行蚀刻处理。此外，由于需要在腔室主体110上设置排气口116和基板出入部180等，所以难以由加工性较差的石英来制造。因此，腔室主体110的材料可在耐化学性强且加工性和焊接性较好的哈氏合金(hastelloy)、陶瓷、钨、钨合金、铝、铝合金材料中选择，对表面可进行电解研磨处理或者复合电解研磨处理。
气体喷射部130设置在与基板支撑座140相对的上部圆顶120的上表面上以便进行蚀刻处理。气体喷射部130从气体供给装置(未图示)接受蚀刻气体的供给并向处理空间供给，根据处理和气体供给方式的不同，其可形成为多种结构。
更具体地说，气体喷射部130包括圆形气体导入板132和淋板136，在圆形气体导入板132和淋板136之间设置有扩散空间135。
圆形气体导入板132由石英材料构成。圆形气体导入板132在其上部中央具有与气体供给管(未图示)连接的连接口134，经由连接口134供给的反应性气体在圆形气体导入板的下侧(扩散空间135)扩散后供给至淋板136。圆形气体导入板132的边缘部使用多个螺栓之类的紧固构件固定在上部圆顶120上。
淋板136与圆形气体导入板132同样地由石英材料构成。淋板136与圆形气体导入板132的下侧结合，多个喷射孔138垂直贯通淋板136，使经由圆形气体导入板132供给的反应性气体向下方喷射。喷射孔138与扩散空间135连通。作为一例，多个喷射孔138在同心圆周上以隔开规定间隔的方式形成，以便能够均匀地喷射气体。反应性气体经过圆形气体导入板132在扩散空间135扩散之后，经由形成在淋板136的喷射孔138向放置在基板支撑座140上的基板S喷射。
另外，根据蚀刻对象的材料选择用于蚀刻处理的反应性气体，其可以使用多种气体，可以使用由非单一气体的多种气体混合而成的混合气体。作为反应性气体的一例可包括氯或氟。作为反应性气体的其他例可以是NF3、C2F6、CF4、CHF3、SF6、Cl2、BCl3、C2HF5等，可以包括上述气体中的全部或一部分。此外，反应性气体还可包括上述气体以外的惰性气体、H2和O2中的全部或一部分。
基板支撑座140由石英材料构成，设置在处理腔室100的内部空间。在基板支撑座140上放置随着基板出入部180的开放而由机器人投放的基板S。
基板支撑座140为了使蚀刻处理能够圆滑地进行而支撑基板S，根据设计条件和处理条件可形成为多种结构。作为一例，基板支撑座140可包括以固定基板S的方式构成的静电卡盘。此外，基板支撑座140可包括在蚀刻处理中使基板S的温度上升的加热器。
基板支撑座140利用基座驱动部148向上向下移动。基板处理工序在如图1所示的基板支撑座140处于向上(up)移动的状态下进行，基板的导入和导出在如图2所示的基板支撑座140处于向下移动的状态下进行。
在基板支撑座140上设置有环板150。环板150由石英材料构成，形成为能够覆盖基板支撑座140和处理腔室100的外壁之间。环板150的上表面可以设置成与基板支撑座140的上表面几乎同一高度。环板150在基板支撑座140移动至上部位置时位于上部圆顶120的延伸部122内，在基板支撑座140移动至下部位置时位于腔室主体110内。
处理腔室100的内部空间由基板支撑座140和环板150划分为基板支撑座140的上部的处理区域A和基板支撑座140的下部的排气区域B。环板150具有多个排气孔152，以使气体从处理区域A流向排气区域B。
如上所述，由环板150划分的处理区域A被上部圆顶120和气体喷射部130包围，排气区域B被腔室主体110包围。更具体地说，处理区域A由气体喷射部130、上部圆顶120、基板支撑座140和环板150包围，包围处理区域A的结构都由石英材料构成，因此，反应性气体向处理区域A供给并与基板进行反应的期间，与石英材料以外的其他金属的接触被隔断，从而能够防止因反应性气体与金属反应而污染腔室和基板。
真空排气部190用于使处理腔室100的内部形成为真空状态，排出在进行蚀刻处理期间所产生的反应副产物等，可包括真空泵192和与形成在腔室主体的侧壁114上的真空吸口116连接的真空管194。在连接处理腔室100和真空泵192的真空管194上设置有各种阀(未图示)，以开闭真空管194，通过调节开闭程度来调节真空程度。
基板出入部180设置在与真空吸口116相对的腔室主体110的侧壁114上。基板出入部180包括将基板向处理腔室100的内部空间导入和导出的通道182。处理腔室100经由基板出入部180与装载锁腔室20连通，在基板出入部180和装载锁腔室20之间设置有闸阀30。在基板出入部180的通道上设置有气体供给孔188。
惰性气体经由气体供给孔188向基板出入部180的通道182供给。惰性气体利用净化气体供给部189来供给。基板出入部180的一端与处理腔室100的内部空间连通，另一端与闸阀30连通。利用盖部156开闭基板出入部180的一端。
盖部156形成为从环板150的边缘部沿垂直方向延伸。盖部156与基板支撑座140的向上向下移动动作联动来开闭基板出入部180的通道182。即，盖部156开闭通道182，以将基板出入部180的通道182划分成相对处理腔室100的内部空间独立的空间。
以下说明具备上述结构的基板处理装置的蚀刻处理。
如图2所示，基板S随着基板支撑座140的向下移动而处于下降的状态，在该状态下，经由基板出入部180的通道182向处理腔室100导入并放置在基板支撑座140上。当基板装载结束时，如图1和图4所示，基板支撑座140通过向上移动动作而上升，这时，基板出入部180的通道182被盖部156关闭。即，基板出入部180的通道182因盖部156而设置成与处理腔室100的内部空间相对独立的空间，在所述通道182中填充惰性气体(作为一例，氮气)。另外，反应性气体向由气体喷射部130、上部圆顶120、基板支撑座140和环板150包围而形成的处理区域A供给，并与基板进行反应，在进行蚀刻处理期间，反应性气体与石英材料以外的其他金属之间的接触被隔断，从而能够防止因反应性气体和金属反应而污染腔室和基板。此外，在进行蚀刻处理期间，持续地向基板出入部180的通道182供给惰性气体。
参照图2和图5，在蚀刻处理结束后，为了导出基板而开放闸阀30，基板支撑座140通过向下移动动作而下降。这时，被封闭在基板出入部180的通道182内的惰性气体向处理腔室100侧排出，从而能够防止残留在处理腔室100的内部空间的蚀刻气体经由基板出入部180混入装载锁腔室20。
尤其是通过维持装载锁腔室20的压力比处理腔室100的压力高，在进行基板的导入和导出动作时防止混入残留蚀刻气体。
以上仅仅示意性地说明了本发明的技术思想，对本领域技术人员而言，在不脱离本发明本质上的特征范围内可作出多种修改和变形。因此，本发明的实施例只是为了说明本发明，而不是为了限定本发明的技术思想，本发明的技术思想的范围不因这些实施例而被限定。本发明的保护范围应当基于权利要求书来解释，与其同等范围内的所有技术思想都落入本发明的权利保护范围内。

Claims (8)

1.一种气相蚀刻装置，其特征在于，包括：
处理腔室，设置有内部空间，所述内部空间由上侧开放的腔室主体和与所述腔室主体的上侧能够装卸地结合且下侧开放的圆顶形状的上部圆顶形成，
基板支撑座，设置在所述内部空间内，利用驱动部向上向下移动，
环板，设置在所述基板支撑座上，覆盖所述基板支撑座和所述处理腔室的外壁之间，以使所述内部空间划分为所述基板支撑座的上部的处理区域和所述基板支撑座的下部的排气区域；
由所述环板划分出的所述处理区域被所述上部圆顶包围，所述排气区域被所述腔室主体包围，
所述处理腔室还包括：
基板出入部，设置在所述腔室主体的一侧，用于提供将基板向所述处理腔室的内部空间导入和导出的通道；
所述环板还包括：
盖部，从所述环板的边缘部向垂直方向延伸，与所述基板支撑座的向上向下移动动作联动而开闭所述通道，以将所述基板出入部的所述通道划分为与所述处理腔室的内部空间相对独立的空间。
2.根据权利要求1所述的气相蚀刻装置，其特征在于，还包括：
气体喷射部，与所述基板支撑座相对地设置在所述上部圆顶上，从气体供给装置接受反应性气体的供给并向所述处理区域供给。
3.根据权利要求2所述的气相蚀刻装置，其特征在于，
所述气体喷射部包括：
圆形气体导入板，由石英材料构成，在所述圆形气体导入板的上部中央连接有气体供给管，使反应性气体向下侧扩散；
淋板，由石英材料构成，与所述圆形气体导入板的下侧结合，多个喷射孔垂直贯通所述淋板，使经由所述圆形气体导入板供给到的反应性气体向下方喷射。
4.根据权利要求1或3所述的气相蚀刻装置，其特征在于，
所述环板包括多个排气孔。
5.根据权利要求1或3所述的气相蚀刻装置，其特征在于，
所述上部圆顶由石英材料构成。
6.根据权利要求1或3所述的气相蚀刻装置，其特征在于，
所述基板支撑座、所述环板和包围所述处理区域的所述上部圆顶由石英材料构成。
7.根据权利要求1或3所述的气相蚀刻装置，其特征在于，
所述气相蚀刻装置还包括：
净化气体供给部，用于向所述基板出入部的通道供给惰性气体；
所述基板出入部包括：
气体供给孔，将经由所述净化气体供给部供给到的惰性气体向所述通道供给。
8.根据权利要求1所述的气相蚀刻装置，其特征在于，
所述腔室主体由哈氏合金材料构成，对表面进行电解研磨处理或复合电解研磨处理。
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