CN105097607A - 一种反应腔室及其清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种反应腔室及其清洗方法。所述反应腔室包括腔体、承载装置、第一介质窗和第一线圈，所述腔体内设置有腔室，所述腔室通过内衬隔离成上部腔室和下部腔室，承载装置设置在所述腔室内，所述第一介质窗位于下部腔室内，而且第一介质窗与承载装置相对设置，承载装置与第一介质窗形成封闭空间，第一线圈设置于封闭空间内，所述承载装置用于承载基片，第一线圈用于向所述下部腔室施加射频能量，第一介质窗用于将射频能量耦合至下部腔室。本发明提供的反应腔室利用等离子体对下部腔室进行清洗，从而使得粘附在下部腔室内壁的沉积物得到有效的清除，减少了反应腔室内沉积物的总量，提高了清洗间隔平均时间和基片的良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种反应腔室及其清洗方法。
背景技术
随着集成电路关键尺寸的减小，传统的湿法刻蚀已经不能满足半导体生产的需求，因此基于等离子技术的干法刻蚀设备成为半导体生产线的主流配置。图1为现有技术中一种反应腔室的结构示意图。如图1所示，所述反应腔室包括腔体100和承载装置101，所述腔体100内设置有腔室，所述腔室通过内衬102隔离成上部腔室110和下部腔室120，所述上部腔室110维持等离子体放电并对基片进行加工处理，所述下部腔室120无等离子体环境只对反应残气进行抽取处理。
所述上部腔室110的顶部设置有第二介质窗103，所述第二介质窗103的中部设置有气孔105，反应气体通过气孔105进入反应腔室。所述第二介质窗103上设置有第二线圈104，所述第二线圈104向所述上部腔室110施加射频能量，反应气体在射频能量的激励下产生等离子体，对放置于承载装置101上的基片进行加工处理。反应残气和气态的反应产物通过内衬102上的缝隙进入下部腔室120，最终由分子泵(图中未示出)经抽气口106排出。
为了使集成电路的运行速度更快，功耗更小，半导体芯片的密度不断增加，关键尺寸持续减小，因此对颗粒污染的容忍度也越来越小。同时为了在小尺寸下获得具有较高深宽比的垂直侧壁，就需要采用各向异性的刻蚀技术。各向刻蚀是指垂直刻蚀速度与横向刻蚀速度的比率，各向刻蚀异性即指垂直刻蚀速度必须远大于横向刻蚀速度。各向异性刻蚀通常是利用侧壁钝化技术来完成的，这种技术在刻蚀过程中将一种能够形成聚合物的物质(通常为碳氟化合物，例如CF4，CHF3，CH2F2)通入反应腔室，在刻蚀过程中形成的聚合物最好沉积在被刻蚀结构的侧壁上，从而降低基片的横向刻蚀程度，提高刻蚀的各向异性。但是，在刻蚀过程中，沉积物也可能形成于暴露在等离子体下的反应腔室的各个部件的内部表面上，例如图1所示的下部腔室120、第二介质窗103、内衬102、承载装置101的内壁上。随着时间的推移，这些沉积物可能会剥落或脱落，当这些沉积物与正在加工的基片接触时就可能形成污染，进而影响基片的良率。
为减少沉积物对基片良率的影响，通常使用的方法是对反应腔室进行周期性的维护，包括反应腔室清洗和反应腔室内各个部件的更换。然而，进行反应腔室清洗和各个部件的更换均需要一定的维护时间和恢复时间，这样就降低了机台正常的运行时间，增加了运营成本。
为解决上述问题，中国专利CN1489641A公开了一种降低颗粒污染水平的方法，对反应腔室内的部件，例如图1所示的下部腔室120、第二介质窗103、内衬102、承载装置101，设置多个等离子裸露表面，将一层涂层材料，例如陶瓷或高温聚合物，通过等离子作用喷涂到上述裸露表面上，并且形成一定的粗糙度特性。所述粗糙涂层对沉积物具有良好的附着性，降低了沉积物从反应腔室内壁上剥落或脱落的可能性，减少了反应腔室清洗和反应腔室内各个部件更换的频率，从而降低了运营成本。然而，上述方法只是增加了沉积物在腔室内壁上的粘附性，并没有减少沉积物的总量。当沉积物持续增加时，同样可能从反应腔室内壁上剥落或脱落，并污染基片，因此上述技术方案对反应腔室周期性维护的频率改善有限。
美国专利US2006/0130873A1公开了一种反应腔室的清洗方法，在每个基片工艺步骤之间插入干法清洗步骤，使得每次工艺开始之前，腔壁的沉积物能够得到较为完全的清除，从而减少反应腔室内沉积物的总量。目前最常用的干法清洗方法是无需挡片参与的清洗过程，这可以使得清洗步骤能够在基片传输的过程中完成，避免影响到生产能力。因此，上述方法能够有效改善工艺稳定性和清洗间隔平均时间(MeanTimeBetweenClean，MTBC)。
上述方法可以有效清除粘附在反应腔室内各个部件表面的沉积物，但是由于内衬的阻挡作用，等离子体无法到达下部腔室，因此粘附在下部腔室内壁的沉积物无法得到有效的清洗。而粘附在下部腔室内壁的沉积物脱落后，同样可能污染基片进而影响基片的良率。
发明内容
本发明提供一种反应腔室及其清洗方法，用于解决现有技术中粘附在下部腔室内壁的沉积物无法得到有效清洗的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种反应腔室。所述反应腔室包括腔体、承载装置、第一介质窗和第一线圈，所述腔体内设置有腔室，所述腔室通过内衬隔离成上部腔室和下部腔室，所述承载装置设置在所述腔室内，所述第一介质窗位于所述下部腔室内，而且所述第一介质窗与所述承载装置相对设置，所述承载装置与所述第一介质窗形成封闭空间，所述第一线圈设置于所述封闭空间内；所述承载装置用于承载基片；所述第一线圈用于向所述下部腔室施加射频能量；所述第一介质窗用于将所述射频能量耦合至所述下部腔室。
优选的，所述下部腔室内还设置有支撑结构，所述支撑结构用于支撑所述第一介质窗。
优选的，所述第一介质窗位于所述承载装置的下方。
优选的，所述第一介质窗位于所述承载装置的侧壁。
优选的，所述第一介质窗位于所述承载装置的下方和侧壁。
优选的，所述第一介质窗与所述支撑结构之间设置有密封圈，所述密封圈用于使所述封闭空间处于密封状态。
本发明还提供一种反应腔室的清洗方法。所述反应腔室包括腔体、承载装置、第一介质窗和第一线圈，所述腔体内设置有腔室，所述腔室通过内衬隔离成上部腔室和下部腔室，所述承载装置设置在所述腔室内，所述第一介质窗位于所述下部腔室内，而且所述第一介质窗与所述承载装置相对设置，所述承载装置与所述第一介质窗形成封闭空间，所述第一线圈设置于所述封闭空间内，所述承载装置用于承载基片；所述方法包括：向所述下部腔室通入反应气体；通过所述第一线圈向所述下部腔室施加射频能量，并且通过所述第一介质窗将所述射频能量耦合至所述下部腔室，以在所述下部腔室内生成等离子体；利用所述等离子体对所述下部腔室进行清洗。
优选的，所述向所述下部腔室通入反应气体的步骤之前还包括：对所述上部腔室进行清洗。
优选的，所述向所述下部腔室通入反应气体的步骤包括：在前一个基片工艺结束之后并且后一个基片工艺开始之前，向所述下部腔室通入反应气体。
优选的，所述向所述下部腔室通入反应气体的步骤包括：将反应气体通入所述上部腔室，再通过扩散作用进入所述下部腔室。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的反应腔室及其清洗方法中，承载装置与第一介质窗形成的封闭空间内设置有第一线圈，所述第一线圈在下部腔室内生成等离子体。反应腔室利用所述等离子体对下部腔室进行清洗，从而使得粘附在下部腔室内壁的沉积物得到有效的清除，减少了反应腔室内沉积物的总量，提高了清洗间隔平均时间和基片的良率。
附图说明
图1为现有技术中一种反应腔室的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的一种反应腔室的结构示意图；
图3为本发明实施例二提供的一种反应腔室的结构示意图；
图4为本发明实施例三提供的一种反应腔室的结构示意图；
图5为本发明实施例四提供的一种反应腔室的清洗方法的流程图。
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反应腔室及其清洗方法进行详细描述。
图2为本发明实施例一提供的一种反应腔室的结构示意图。所述反应腔室包括腔体100和承载装置101。所述腔体100内设置有腔室，内衬102将腔室隔离成上部腔室110和下部腔室120，所述承载装置101设置在所述腔室内，承载装置101用于承载基片。所述反应腔室还包括位于所述下部腔室120内的第一介质窗202，所述第一介质窗202与所述承载装置101相对设置。所述第一介质窗202用于将射频能量耦合至所述下部腔室120。所述承载装置101与第一介质窗202形成封闭空间205，所述封闭空间205内设置有第一线圈201。所述第一线圈201与射频电源(图中未示出)连接，第一线圈201用于向所述下部腔室施加射频能量。
本实施例中，所述上部腔室110的顶部设置有第二介质窗103，所述第二介质窗103的中部设置有气孔105，反应气体通过气孔105进入反应腔室，再通过泵抽和扩散作用进入下部腔室120。所述封闭空间205内设置有第一线圈201。所述第一线圈201向所述下部腔室120施加射频能量，反应气体在射频能量的激励下产生等离子体。反应腔室利用所述等离子体对下部腔室120进行清洗，从而使得粘附在下部腔室内壁的沉积物得到有效的清除，减少了反应腔室内沉积物的总量，提高了清洗间隔平均时间和基片的良率。
本实施例中，所述第一介质窗202位于所述承载装置101的下方。所述下部腔室内还设置有支撑结构203，用于支撑所述第一介质窗202。优选的，所述第一介质窗202与所述支撑结构203之间设置有密封圈204。所述密封圈204用于使所述封闭空间205处于密封状态，从而实现了封闭空间205与下部腔室120的隔离。可选的，所述支撑结构203包括支架。
本实施例提供的反应腔室中，承载装置与第一介质窗形成的封闭空间内设置有第一线圈，所述第一线圈在下部腔室内生成等离子体。反应腔室利用所述等离子体对下部腔室进行清洗，从而使得粘附在下部腔室内壁的沉积物得到有效的清除，减少了反应腔室内沉积物的总量，提高了清洗间隔平均时间和基片的良率。
图3为本发明实施例二提供的一种反应腔室的结构示意图。所述反应腔室包括腔体100和承载装置101，所述腔体100内设置有腔室，所述腔室通过内衬102隔离成上部腔室110和下部腔室120，所述承载装置101设置在所述腔室内，承载装置101用于承载基片。所述反应腔室还包括第一介质窗202，所述第一介质窗202位于所述下部腔室120内，与所述承载装置101相对设置。所述第一介质窗202用于将射频能量耦合至所述下部腔室120。所述承载装置101与所述第一介质窗202形成封闭空间205，所述封闭空间205内设置有第一线圈201。所述第一线圈201与射频电源(图中未示出)连接，第一线圈201用于向所述下部腔室施加射频能量。
本实施例中，反应气体通过设置在第二介质窗103中部的气孔105进入反应腔室，再通过泵抽和扩散作用进入下部腔室120。所述封闭空间205内设置有第一线圈201。所述第一线圈201向所述下部腔室120施加射频能量，反应气体在射频能量的激励下产生等离子体。反应腔室利用所述等离子体对下部腔室120进行清洗，从而使得粘附在下部腔室内壁的沉积物得到有效的清除，减少了反应腔室内沉积物的总量，提高了清洗间隔平均时间和基片的良率。
本实施例中，所述第一介质窗202位于所述承载装置101的侧壁。所述下部腔室内还设置有支撑结构203，用于支撑所述第一介质窗202。优选的，所述第一介质窗202与所述支撑结构203之间设置有密封圈204。所述密封圈204用于使所述封闭空间205处于密封状态，从而实现了所述封闭空间205与下部腔室120的隔离。可选的，所述支撑结构203包括支架。
本实施例提供的反应腔室中，承载装置与第一介质窗形成的封闭空间内设置有第一线圈，所述第一线圈在下部腔室内生成等离子体。反应腔室利用所述等离子体对下部腔室进行清洗，从而使得粘附在下部腔室内壁的沉积物得到有效的清除，减少了反应腔室内沉积物的总量，提高了清洗间隔平均时间和基片的良率。
图4为本发明实施例三提供的一种反应腔室的结构示意图。所述反应腔室包括腔体100和承载装置101，所述腔体100内设置有腔室，内衬102将腔室隔离成上部腔室110和下部腔室120，所述承载装置101设置在所述腔室内。所述反应腔室还包括位于所述下部腔室120内的第一介质窗202，所述第一介质窗202与承载装置101相对设置。所述第一介质窗202用于将射频能量耦合至所述下部腔室120。所述承载装置101与第一介质窗202形成封闭空间205，所述封闭空间205内设置有第一线圈201。所述第一线圈201与射频电源(图中未示出)连接，第一线圈201用于向所述下部腔室施加射频能量。
本实施例中，所述第一介质窗202位于所述承载装置101的下方和侧壁，从而形成两个封闭空间205。反应气体通过设置在第二介质窗103中部的气孔105进入反应腔室，再通过泵抽和扩散作用进入所述下部腔室120。所述封闭空间205内设置有第一线圈201。两套第一线圈201同时向下部腔室120施加射频能量，因此反应气体在射频能量的激励下可以产生更多的等离子体。反应腔室利用两套第一线圈201产生的等离子体对下部腔室120进行清洗，从而获得更高的清洗效率以及更好的清洗效果，减少了反应腔室内沉积物的总量，提高了清洗间隔平均时间和基片的良率。
本实施例中，所述下部腔室内还设置有支撑结构203，用于支撑所述第一介质窗202。优选的，所述第一介质窗202与所述支撑结构203之间设置有密封圈204。所述密封圈204用于使所述封闭空间205处于密封状态,从而实现了所述封闭空间205与下部腔室120的隔离。可选的，所述支撑结构203包括支架。
本实施例提供的反应腔室中，承载装置与第一介质窗形成的封闭空间内设置有第一线圈，所述第一线圈在下部腔室内生成等离子体。反应腔室利用所述等离子体对下部腔室进行清洗，从而使得粘附在下部腔室内壁的沉积物得到有效的清除，减少了反应腔室内沉积物的总量，提高了清洗间隔平均时间和基片的良率。
图5为本发明实施例四提供的一种反应腔室的清洗方法的流程图。如图5所示，所述方法包括：
步骤501、向所述下部腔室通入反应气体。
本实施例中，反应腔室的清洗方法包括上部腔室清洗和下部腔室清洗。在两个基片工艺步骤之间首先插入上部腔室清洗步骤：反应气体通过气孔105进入上部腔室，第二介质窗103上设置有第二线圈104，所述第二线圈104向上部腔室110施加射频能量，反应气体在射频能量的激励下产生等离子体。利用等离子体对上部腔室进行清洗。
步骤502、通过所述第一线圈向所述下部腔室施加射频能量，并且通过所述第一介质窗将所述射频能量耦合至所述下部腔室，以在所述下部腔室内生成等离子体。
本实施例中，上部腔室清洗结束后开始进行下部腔室的清洗步骤：反应气体由气孔105进入反应腔室，再通过泵抽和扩散作用进入下部腔室120。所述第一线圈201向下部腔室120施加射频能量，反应气体在射频能量的激励下产生等离子体。
步骤503、利用所述等离子体对所述下部腔室进行清洗。
本实施例中，反应腔室利用等离子体对下部腔室120进行清洗，从而使得粘附在下部腔室内壁的沉积物得到有效的清除，减少了反应腔室内沉积物的总量，提高了清洗间隔平均时间和基片的良率。
本实施例提供的反应腔室的清洗方法中，承载装置与第一介质窗形成的封闭空间内设置有第一线圈，所述第一线圈在下部腔室内生成等离子体。反应腔室利用所述等离子体对下部腔室进行清洗，从而使得粘附在下部腔室内壁的沉积物得到有效的清除，减少了反应腔室内沉积物的总量，提高了清洗间隔平均时间和基片的良率。
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 (10)
1.一种反应腔室，其特征在于，包括：腔体、承载装置、第一介质窗和第一线圈，所述腔体内设置有腔室，所述腔室通过内衬隔离成上部腔室和下部腔室，所述承载装置设置在所述腔室内，所述第一介质窗位于所述下部腔室内，而且所述第一介质窗与所述承载装置相对设置，所述承载装置与所述第一介质窗形成封闭空间，所述第一线圈设置于所述封闭空间内；
所述承载装置用于承载基片；
所述第一线圈用于向所述下部腔室施加射频能量；
所述第一介质窗用于将所述射频能量耦合至所述下部腔室。
2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述下部腔室内还设置有支撑结构，所述支撑结构用于支撑所述第一介质窗。
3.根据权利要求1或2所述的反应腔室，其特征在于，所述第一介质窗位于所述承载装置的下方。
4.根据权利要求1或2所述的反应腔室，其特征在于，所述第一介质窗位于所述承载装置的侧壁。
5.根据权利要求1或2所述的反应腔室，其特征在于，所述第一介质窗位于所述承载装置的下方和侧壁。
6.根据权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，所述第一介质窗与所述支撑结构之间设置有密封圈，所述密封圈用于使所述封闭空间处于密封状态。
7.一种反应腔室的清洗方法，其特征在于，所述反应腔室包括腔体、承载装置、第一介质窗和第一线圈，所述腔体内设置有腔室，所述腔室通过内衬隔离成上部腔室和下部腔室，所述承载装置设置在所述腔室内，所述第一介质窗位于所述下部腔室内，而且所述第一介质窗与所述承载装置相对设置，所述承载装置与所述第一介质窗形成封闭空间，所述第一线圈设置于所述封闭空间内，所述承载装置用于承载基片；
所述方法包括：
向所述下部腔室通入反应气体；
通过所述第一线圈向所述下部腔室施加射频能量，并且通过所述第一介质窗将所述射频能量耦合至所述下部腔室，以在所述下部腔室内生成等离子体；
利用所述等离子体对所述下部腔室进行清洗。
8.根据权利要求7所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，所述向所述下部腔室通入反应气体的步骤之前还包括：
对所述上部腔室进行清洗。
9.根据权利要求7所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，所述向所述下部腔室通入反应气体的步骤包括：
在前一个基片工艺结束之后并且后一个基片工艺开始之前，向所述下部腔室通入反应气体。
10.根据权利要求7所述的反应腔室的清洗方法，其特征在于，所述向所述下部腔室通入反应气体的步骤包括：
将反应气体通入所述上部腔室，再通过扩散作用进入所述下部腔室。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100176 Beijing economic and Technological Development Zone, Wenchang Road, No. 8, No. Applicant after: Beijing North China microelectronics equipment Co Ltd Address before: 100176 Beijing economic and Technological Development Zone, Wenchang Road, No. 8, No. Applicant before: Beifang Microelectronic Base Equipment Proces Research Center Co., Ltd., Beijing |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |