CN105280469A - 用以降低排气口等离子体损害的蚀刻反应系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种蚀刻反应系统，包括一蚀刻反应室、一气体输送管、一上射频电极、一下射频电极、一底座、复数真空泵、复数排气口及复数挡块。底座设置于蚀刻反应室之底部，用于放置下射频电极。待处理物(芯片)放置在下射频电极上。上射频电极设置于蚀刻反应室之上。复数个排气口位于底座四周，用以控制反应室内压力和排出反应生成物。真空泵连接排气口。挡块设置于排气口处，用以使流经芯片表面的等离子体均匀分布。

Description

用以降低排气口等离子体损害的蚀刻反应系统
技术领域
本发明涉及一种蚀刻反应系统，特别涉及一种可改善排气口等离子体传导的蚀刻反应系统。
背景技术
电感耦合等离子体(InductivelyCoupledPlasma,简称ICP)模式的干蚀刻设备，为高密度等离子体(highdensityplasma)蚀刻设备，在线宽损失(CriticalDimensionloss,CDloss)、线边角度控制(TaperControl)、高蚀刻速率(EtchRate，E/R值)、较佳的均一性控制(UniformityControl)方面均有出色表现。电感耦合等离子体模式的等离子体密度是反应性离子刻蚀模式(ReactiveIonEtching，RIE)和电容耦合等离子体模式(CapacitiveCoupledPlasma，CCP)的100倍，并因为其射频电极电感耦合(inductivecoupling)的方式，等离子体位能(Plasmapotential)及电子温度(electrontemperature)均比RIE/CCP模式低，反应室内反应生成物粒子在排气口的气流控制更加困难，导致粒子污染问题，成为产品良率的主要影响因素之一。特别是对于高分辨率产品的质量需求，等离子体反应生成物粒子在排气口的气流控制更加关键。
传统干蚀刻机台反应室的排气口为无孔设计，反应室内的等离子体气流在排气口会有扰流和离子轰击发生，对挡块产生粒子轰击损害。
有鉴于此，本发明的目的是要提供能降低排气口等离子体损害、降低粒子污染问题的蚀刻反应系统。
发明内容
鉴于以上问题，本发明的目的在于提供一种能够降低排气口等离子体损害的蚀刻反应系统。
本发明基本上采用如下所详述的特征。也就是说，本发明包括：一蚀刻反应室，具有复数个排气口；一气体输送管，连接于所述蚀刻反应室，用以将蚀刻气体输入到所述蚀刻反应室之中；一上射频电极，设置于所述蚀刻反应室内的上方；一下射频电极，设置于所述蚀刻反应室内的下方并且与所述上射频电极相对，所述蚀刻气体通过所述上射频电极及所述下射频电极的运作而转化成等离子体，待处理物(芯片)放置在下射频电极上；；一底座，设置于所述蚀刻反应室之底部，用于放置下射频电极；复数个真空泵，连接于各个所述排气口，用以将所述等离子体与待处理物的反应生成物抽离所述蚀刻反应室；以及复数个挡块，具有复数个冲孔，设置于排气口处，用以使流经芯片表面的等离子体均匀分布；其中所述复数个排气口是围绕着所述底座被设置，用以控制所数蚀刻反应室内的压力和让被排出的所述反应生成物通过。
同时，根据本发明的蚀刻反应系统，对于电感耦合等离子体模式的干蚀刻设备(也就是上射频电极是由复数个铜片组成涡卷线圈，下射频电极是由铝材形成的金属极板，以形成电感耦合等离子体)，其所述挡块具有复数个冲孔，冲孔直径一般介于6mm与12mm之间。挡块中的冲孔设计，在满足反应室内压力平稳控制的同时，实现对等离子体粒子的气流控制，降低反应室内的等离子体气流在排气口的扰流和离子轰击问题，避免等离子体气流对挡块产生损害，从而减轻反应室内不良粒子的产生以及对产品(芯片)的污染。
冲孔设计大小的说明：挡板是绝缘不导电的；等离子体中，电子的质量远小于离子，因此大量轻的、活动激烈的电子会在挡板上冲突、附着而使挡板带负电荷；挡板呈负电位后，带负电荷的电子会受到挡板的排斥而无法接近，而带正电荷则被吸引，但因为离子质量大，移动距离很小，因此最终挡板周围几乎没有电子，只有很多带正电荷的离子存在，形成像刀鞘一样的鞘层。如果挡板有开孔，孔洞边缘也将产生此鞘层。挡板-鞘层-等离子体，将存在负电位到正点位的变化，促使带电离子运动加速，当鞘层厚度接近孔洞大小(孔径)的一半以上时，因为对带电离子的作用力发生互相干涉，从而实现了控制等离子体气流的移动，并且鞘层的存在减轻了挡板受到的粒子轰击。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例并配合附图做详细说明。
附图说明
图1显示本发明的等离子体蚀刻反应系统的剖面示意图；以及
图2显示本发明的冲孔挡板，其孔洞边缘鞘层的示意图；以及
图3显示本发明的等离子体在冲孔挡板中的示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
本发明通过对反应室排气口(processchamberexhaustport)中的排气挡板(vaccumbaffle)的冲孔设计，经过德拜长度(Debyelength)及鞘层厚度(sheaththickness)的计算，设计出合理的孔径(holesize)，达到控制等离子体气流移动的目的。以改善干蚀刻机台排气口等离子体损害及粒子污染产生的良率问题，以提升生产效益。
请参阅图1，本实施例的蚀刻反应系统主要包括一蚀刻反应室100、一气体输送管160、一陶瓷盘110、一上射频电极120、一下射频电极130、一底座190、复数真空泵180、复数排气口170及复数挡块150。
蚀刻反应室100具有复数个排气口170。真空泵180位于蚀刻反应室100的外部，并且真空泵180连接于排气口170。
气体输送管160连接于蚀刻反应室100，其可用来将蚀刻气体输入至蚀刻反应室100之中。
上射频电极120设置于蚀刻反应室100之上部。在此，陶瓷盘110设置于蚀刻反应室100与上射频电极130之间，其主要是用来确保蚀刻反应室100的真空密死循环境。
下射频电极130设置于蚀刻反应室100之下部，放置在反应室底部的底座190上。并且下射频电极130与上射频电极120相对。
待处理的芯片140放置在下射频电极130上。
挡块150设置于排气口170之上，挡块190上具有复数个冲孔。
挡块150的冲孔设计可如图2所示。在图2中，挡块150具有4个冲孔151等间距设置，但其他设置方式亦可行。本实施例的冲孔个数为4，但不为本发明的限制。各所述冲孔151的直径介于6mm至12mm之间，不为本发明的限制。
接下来说明以蚀刻反应系统110进行芯片表面蚀刻处理的运作方式。
仍如图1所示，在将表面成形有光阻(图未示)的芯片140放置于下射频电极130之上后，蚀刻气体会经由气体输送管160均匀地输送至蚀刻反应室100之中。此时，上射频电极120及下射频电极130就会运作，在蚀刻反应室100中产生电离效应。因此反应室100中的蚀刻气体会因电离反应而产生解离，因而形成等离子体。接着，等离子体就可以将芯片140上未经光阻覆盖的区域以物理或化学反应的方式刻蚀掉，并因此在芯片上产生各种线路。另一方面，含有反应生成物的等离子体可经由排气口170而被真空泵180抽出至蚀刻反应室100之外。
请参阅图3，等离子体接触到腔壁、电极、挡板，接触接口会呈现出被称作是鞘层(sheath)或离子鞘层(ionsheath)的薄层155围住腔壁、电极、挡板150等。档块150的表面是绝缘的，在那里大量轻的、活动激烈的电子在冲突、附着而带负电。因此负的电子在这里因排斥而无法接近，而正电荷(从干蚀刻反应生成的，带正电荷的粒子，即副产物的粒子)被吸引。最后，挡块150周围几乎没有电子，只有很多正离子的幅带形成鞘层155。等离子体内部呈正电位，挡板150因为电子附着是负电位。从等离子体到鞘层155、到挡板150，有正电位到负电位的电位变化。因此通过对排气口170上方的挡块150的冲孔151，在满足蚀刻反应室100压力平稳控制的同时，对等离子体气流中的带电粒子路径进行改善；如果鞘层155的厚度ds接近冲孔150孔径的一半以上的话，因为对带电粒子的作用力发生互相干涉，从而实现控制粒子的移动。
因此，本发明的冲孔设计能减低蚀刻反应室100内的等离子体气流在排气口170的扰流和离子轰击，避免对挡块150产生粒子损害，以及所导致的寿命短、蚀刻反应室100内粒子过多污染产品等问题。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种蚀刻反应系统，其特征在于，包括：
一蚀刻反应室，具有复数个排气口；
一气体输送管，连接于所述蚀刻反应室，用以将蚀刻气体输入到所述蚀刻反应室之中；
一上射频电极，设置于所述蚀刻反应室内的上方；
一下射频电极，设置于所述蚀刻反应室内的下方并且与所述上射频电极相对，所述蚀刻气体通过所述上射频电极及所述下射频电极的运作而转化成一等离子体，待处理物是被放置在所述下射频电极上；
一底座，设置于所述蚀刻反应室之底部，所述下射频电极是设置于所述底座；
复数个真空泵，连接于各个所述排气口，用以将所述等离子体与待处理物的反应生成物抽离所述蚀刻反应室；以及复数个挡块，具有复数个冲孔，设置于排气口处，用以使流经芯片表面的等离子体均匀分布；
其中所述复数个排气口是围绕着所述底座被设置，用以控制所数蚀刻反应室内的压力和让被排出的所述反应生成物通过。
2.如权利要求1所述的蚀刻反应系统，其特征在于，所述上射频电极是由复数个铜片所组成的一涡卷线圈，以便与所述下射频电极形成电感耦合等离子体。
3.如权利要求1所述的蚀刻反应系统，其特征在于，所述下射频电极是由铝材所形成的一金属极板，以便与所述上射频电极形成电感耦合等离子体。
4.如权利要求1所述的蚀刻反应系统，其特征在于，所述复数个冲孔等间距设置于所述挡块上。
5.如权利要求1所述的蚀刻反应系统，其特征在于，所述复数个冲孔个别的直径介于6mm与12mm之间。
6.一种蚀刻反应系统，其特征在于，包括：
一蚀刻反应室，具有复数个排气口；
一气体输送管，连接于所述蚀刻反应室，用以将蚀刻气体输入到所述蚀刻反应室之中；
一上射频电极，设置于所述蚀刻反应室内的上方；
一下射频电极，设置于所述蚀刻反应室内的下方并且与所述上射频电极相对，所述蚀刻气体通过所述上射频电极及所述下射频电极的运作而转化成一等离子体，待处理物(芯片)是被放置在所述下射频电极上；
一底座，设置于所述蚀刻反应室之底部，用于放置所述下射频电极；
复数个真空泵，连接于各个所述排气口，用以将所述等离子体与待处理物的反应生成物抽离所述蚀刻反应室；以及
复数个挡块，具有复数个冲孔，设置于排气口处，用以使流经芯片表面的等离子体均匀分布；
其中所述复数个冲孔等间距设置于所述挡块上。
7.如权利要求6所述的蚀刻反应系统，其特征在于，所述上射频电极是由复数个铜片所组成的一涡卷线圈，以便与所述下射频电极形成电感耦合等离子体。
8.如权利要求6所述的蚀刻反应系统，其特征在于，所述下射频电极是由铝材所形成的一金属极板，以便与所述上射频电极形成电感耦合等离子体。
9.如权利要求6所述的蚀刻反应系统，其特征在于，所述复数个排气口是围绕着所述底座被设置，用以控制所数蚀刻反应室内的压力和让被排出的所述反应生成物通过。
10.如权利要求6所述的蚀刻反应系统，其特征在于，所述复数个冲孔个别的直径介于6mm与12mm之间。
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