CN105489463B - 预清洗腔室及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种预清洗腔室及半导体加工设备，其包括采用绝缘材料制成的顶盖，在顶盖下表面设置有槽部，用以阻断附着在顶盖下表面的残留物形成闭合回路；并且，在槽部下方还设置有采用绝缘材料制作的阻挡件，阻挡件用于阻挡残留物进入槽部内。本发明提供的预清洗腔室，其不仅可以避免射频能量在顶盖上产生欧姆损耗，从而可以减少清洗顶盖的频次、降低设备成本且提高设备产能，而且还可以实现金属刻蚀，从而可以扩大预清洗腔室的工艺窗口范围。

Description

预清洗腔室及半导体加工设备

技术领域

本发明涉及半导体设备制造领域，具体地，涉及一种预清洗腔室及半导体加工设备。

背景技术

等离子体预清洗工艺是制作微尺寸集成电路的常用技术，其是通过在腔室中激发出包含离子、电子、自由基等中性粒子的高密度的等离子体，然后借助等离子体中的离子溅射、轰击被加工工件的表面，从而将被加工工件表面的金属氧化物去除。同时，等离子体中的具有还原性的自由基可与金属氧化物发生化学反应，也可以将被加工工件表面的金属氧化物去除。

通常，等离子体是通过容性耦合、感性耦合或电子回旋共振等方式激发产生。其中，感性耦合激发出的等离子体密度比容性耦合激发出的等离子体密度高1-2个数量级，而且，能量耦合效率高。因此，在实际应用中，常用感性耦合方式来激发等离子体。

图1为等离子体预清洗腔室的结构简图。请参阅图1，预清洗腔室10由侧壁5、底壁9和顶盖4形成。在预清洗腔室10的底部设置有用于承载晶片的基座6(例如静电卡盘)，其依次与第一匹配器7和第一射频电源8连接；顶盖9为采用绝缘材料(如陶瓷或石英)制成的拱形顶盖，在顶盖9的上方设置有线圈3，线圈3为螺线管状的电感耦合线圈，并且线圈3依次与第二匹配器2和第二射频电源1连接。在进行预清洗的过程中，接通第二射频电源1，其通过第二匹配器2将射频功率加载至线圈3上，能量会自线圈3耦合至预清洗腔室10内部，以将预清洗腔室10内的气体激发为高密度等离子体，同时，接通第一射频电源8，其通过第一匹配器7将射频功率加载至基座6上，基座6上会产生射频自偏压，以吸引等离子体中的离子轰击晶片，从而可以 去除晶片表面及其上的沟槽底部的残留物。

上述预清洗腔室在实际应用中不可避免地存在以下问题：

其一，在预清洗过程中，自晶片表面以及沟槽底部被轰击出来的部分残留物很容易附着到顶盖9上，沉积在顶盖9上的残留物会使射频能量产生欧姆损耗，从而造成射频能量的耦合效率降低，进而影响预清洗工艺的稳定性。为此，需要经常将顶盖9拆卸下来进行清洗，但是这样不仅会降低预清洗腔室的产能，而且还加速了顶盖9的硬件损耗，从而增加了设备的使用成本。

其二，上述预清洗腔室无法持续进行金属刻蚀以清洗晶片表面的金属残留物或硅残留物。这是因为：若晶片表面的残留物为金属或硅等杂质，则被轰击出来的金属或硅杂质会在顶盖9上沉积形成金属膜或硅膜，金属膜或硅膜会起到类似金属屏蔽的作用，导致射频能量的耦合效率大大降低，从而造成大量射频能量无法进入到预清洗腔室10中，进而导致预清洗腔室无法起辉。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种预清洗腔室及半导体加工设备，其不仅可以避免射频能量在顶盖上产生欧姆损耗，从而可以减少清洗顶盖的频次、降低设备成本且提高设备产能，而且还可以实现金属刻蚀，从而可以扩大预清洗腔室的工艺窗口范围。

为实现本发明的目的而提供一种预清洗腔室，包括采用绝缘材料制成的顶盖，在所述顶盖下表面设置有槽部，用以阻断附着在所述顶盖下表面的残留物形成闭合回路；并且，在所述槽部下方还设置有采用绝缘材料制作的阻挡件，所述阻挡件用于阻挡残留物进入所述槽部内。

其中，所述阻挡件包括阻挡部和连接部，其中，所述阻挡部设置在所述顶盖下方，且在所述预清洗腔室的径向截面上，所述阻挡部的正投影覆盖整个所述槽部的正投影；所述连接部的下端与所述水平部连接，所述连接部的上端延伸至所述槽部内，且与所述顶盖连接； 并且，在所述连接部与所述槽部之间具有第一间隙，用以阻断附着在所述顶盖下表面的残留物形成闭合回路。

其中，所述阻挡件包括第一分部和第二分部，所述第一分部和第二分部的上端均与所述顶盖连接，且分别位于所述槽部的两侧；所述第一分部的下端和第二分部的下端分别具有朝向靠近彼此的方向延伸的第一延伸部和第二延伸部；所述第一延伸部和第二延伸部彼此相对、且在二者之间具有第二间隙，用以阻断附着在所述顶盖下表面的残留物形成闭合回路；并且，所述第二间隙与所述槽部在所述预清洗腔室的径向截面上的正投影不重叠。

其中，所述阻挡件包括第一分部和第二分部，所述第一分部和第二分部的上端均与所述顶盖连接，且分别位于所述槽部的两侧；并且，所述第一分部的下端和第二分部的下端分别具有朝向靠近彼此的方向延伸的第一延伸部和第二延伸部；所述第一延伸部和第二延伸部彼此交错，且在二者之间具有第二间隙，用以阻断附着在所述顶盖下表面的残留物形成闭合回路。

其中，所述阻挡件包括阻挡部和连接部，其中，所述阻挡部设置在所述顶盖下方，且在所述预清洗腔室的径向截面上，所述阻挡部的正投影覆盖整个所述槽部的正投影；所述连接部的下端与所述阻挡部连接，所述连接部的上端与所述顶盖连接，且位于所述槽部的一侧。

优选的，所述槽部的数量为一个，且位于所述顶盖的中心位置处。

优选的，所述槽部的数量为两个，且相对于所述顶盖的中心对称分布；所述阻挡件的数量为两个，且一一对应地设置在所述两个槽部下方。

优选的，所述绝缘材料包括陶瓷或石英。

优选的，所述槽部的数量为多个；所述阻挡件的数量与所述槽部的数量相对应，且各个阻挡件一一对应地设置在各个槽部下方。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括预清洗腔室，在所述预清洗腔室外侧设置有电感耦合线圈以及与所述电感耦合线圈电连接的射频电源，所述预清洗腔室采用了本发明提 供的上述预清洗腔室，所述射频电源加载至所述线圈上的射频功率包括400KHz、2MHz、13.56MHz或者60MHz。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的预清洗腔室，其顶盖下表面设置有槽部，该槽部可以阻断附着在顶盖下表面的残留物形成闭合回路，并且在该槽部下方还设置有采用绝缘材料制作的阻挡件，该阻挡件用于防止残留物进入上述槽部内。这样，不仅可以避免射频能量在顶盖上产生欧姆损耗，从而可以减少清洗顶盖的频次，进而可以延长顶盖的使用寿命、降低设备成本且提高设备产能；而且还可以实现持续的金属刻蚀，从而可以扩大预清洗腔室的工艺窗口范围。

本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述预清洗腔室，不仅可以避免射频能量在顶盖上产生欧姆损耗，从而可以减少清洗顶盖的频次，进而可以延长顶盖的使用寿命、降低设备成本且提高设备产能；而且还可以实现持续的金属刻蚀，从而可以扩大预清洗腔室的工艺窗口范围。

附图说明

图1为等离子体预清洗腔室的结构简图；

图2A为本发明第一实施例提供的预清洗腔室的剖视图；

图2B为图2A中I区域的放大图；

图2C为本发明第一实施例提供的预清洗腔室所采用的顶盖的立体图；

图3A为本发明第二实施例提供的预清洗腔室的剖视图；

图3B为图3A中II区域的放大图；

图3C为本发明第二实施例提供的预清洗腔室所采用的一种顶盖的立体图；

图4为本发明第二实施例提供的预清洗腔室所采用的另一种顶盖的局部放大图；以及

图5为本发明第二实施例提供的预清洗腔室所采用的又一种顶盖的局部放大图。

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，下面结合附图来对本发明提供的预清洗腔室及半导体加工设备进行详细描述。

第一实施例

图2A为本发明第一实施例提供的预清洗腔室的剖视图。请参阅图2A，本实施例提供的预清洗腔室由侧壁21和顶盖26形成。在预清洗腔室的底部设置有用于承载晶片的基座22，其依次与第一匹配器27和第一射频电源28连接；顶盖26呈穹顶状、且采用绝缘材料(如陶瓷或石英)制成，所谓穹顶状，是指顶盖26在预清洗腔室轴向截面上的正投影形状为拱形。而且，在顶盖26的上方设置有线圈23，线圈23为螺线管状的电感耦合线圈，并且线圈23依次与第二匹配器24和第二射频电源25连接。在进行预清洗的过程中，接通第二射频电源25，其通过第二匹配器24将射频功率加载至线圈23上，从而产生射频能量，该射频能量会自线圈23耦合至预清洗腔室内部，以将预清洗腔室内的气体激发为高密度等离子体，同时，接通第一射频电源28，其通过第一匹配器27将射频功率加载至基座22上，基座22上会产生射频自偏压，以吸引等离子体中的离子轰击晶片，从而可以去除晶片表面及其上的沟槽底部的残留物。

图2B为图2A中I区域的放大图。图2C为本发明第一实施例提供的预清洗腔室所采用的顶盖的立体图。请一并参阅图2B和图2C，在本实施例中，在顶盖26下表面设置有槽部261，该槽部261在顶盖26上形成一个狭长的沟道，从而可以阻断附着在顶盖26下表面的残留物形成闭合回路。而且，为了防止自晶片表面及其沟槽底部被轰击出来的部分残留物进入槽部261内，而使槽部261的阻断作用失效，在槽部261下方还设置有采用绝缘材料(如陶瓷或石英)制作的阻挡件29，用以阻挡残留物进入槽部261内，同时，该阻挡件29的结构同样能够阻断附着在顶盖26下表面的残留物形成闭合回路，也就是说，阻挡件29在阻挡残留物进入槽部261内的同时，还要保 证其结构不会使得附着在阻挡件29表面上的残留物与顶盖26下表面上的残留物接触形成闭合回路。

为了满足上述要求，如图2B所示，阻挡件29包括阻挡部291和连接部292，其中，阻挡部291呈矩形板状、且设置在顶盖26下方，阻挡部291的上表面为与顶盖26下表面相对的弧面，并且在预清洗腔室的径向截面(即，与置于基座上的晶片表面相平行的平面)上，阻挡部291的正投影覆盖整个槽部261的正投影，从而可以阻挡残留物进入槽部261内。具体来说，阻挡部291的上表面的宽度应大于槽部261的宽度，而二者之间的差值只要能够保证残留物不会绕过阻挡部291进入槽部261内即可。阻挡部291的上表面的长度应不小于槽部261的长度。而且，阻挡部291上表面与顶盖26下表面之间具有间隙D，该间隙D用于防止附着在阻挡件29表面上的残留物与顶盖26下表面上的残留物接触形成闭合回路。

连接部292的下端与阻挡部291的靠近中部的位置连接，连接部292的上端延伸至槽部261内，且与顶盖26连接，从而可以将阻挡部291固定在槽部261下方；并且，在连接部292与槽部261之间具有两个第一间隙d，二者的作用与槽部261的阻断作用相同。也就是说，连接部292的宽度小于槽部261的宽度，同时该连接部292将槽部261分隔形成两个槽，从而即使连接部292位于槽部261内，也不会使槽部261的阻断作用失效。两个第一间隙d的宽度由连接部292的厚度B以及槽部261的宽度来决定。容易理解，射频能量只能自槽部261透过顶盖26进入预清洗腔室，因此，该槽部261的宽度的设计应考虑是否能够有足够的射频能量进入预清洗腔室。

进一步说，连接部292呈狭长的板状结构，且与阻挡部29相垂直，并且连接部292的长度与槽部261的长度相适配，且连接部292可以在长度方向上的两端处与顶盖261焊接在一起。当然，在实际应用中，也可以使连接部紧靠槽部的一侧，从而在连接部与槽部之间仅形成一个第一间隙。在这种情况下，连接部与顶盖的固定方式以及固定位置可以根据具体情况作适应性设计，而不必局限于本实施例所采用的方式。

需要说明的是，由于顶盖呈穹顶状，自晶片表面及其沟槽底部被轰击出来的部分残留物主要附着在顶盖26下表面的面朝下倾斜的区域，因而槽部261在其长度方向上的两端只要延伸至面朝下倾斜区域的边界附近，就可以起到隔断在槽部261两侧的残留物的作用，如图2C所示。

优选的，槽部261的数量为一个，且位于顶盖26的中心位置处，以保证腔室结构的对称性，从而有利于提高腔室环境的均匀性。当然，在实际应用中，槽部的数量还可以为两个、三个或四个以上，在这种情况下，多个槽部可以相对于顶盖26的中心对称分布，或者也可以根据具体情况采用其他任意的排布方式，并且阻挡件的数量为与槽部的数量相同，且一一对应地设置在两个槽部下方。

需要说明的是，在本实施例中，顶盖26呈穹顶状，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，顶盖也可以呈平板状，或者其他任意形状。

第二实施例

图3A为本发明第二实施例提供的预清洗腔室的剖视图。图3B为图3A中II区域的放大图。图3C为本发明第二实施例提供的预清洗腔室所采用的一种顶盖的立体图。请一并参阅图3A-3C，本实施例提供的预清洗腔室与上述第一实施例相比，其区别仅在于：阻挡件的结构不同。

具体地，在本实施例中，阻挡件29’包括第一分部293(图3B中位于右侧的部分)和第二分部295(图3B中位于左侧的部分)。其中，第一分部293和第二分部295的上端均与顶盖26连接，且分别位于槽部261的两侧；第一分部293的下端和第二分部295的下端分别具有朝向靠近彼此的方向延伸的第一延伸部294和第二延伸部296；第一延伸部294和第二延伸部296彼此相对、且在二者之间具有第二间隙L，用以阻断附着在顶盖26下表面的残留物形成闭合回路，并且，第二间隙L与槽部261在预清洗腔室的径向截面上的正投影不重叠，即，第二间隙L与槽部261在竖直方向不在一条直线上，从而可以阻挡残留物进入槽部261内。第二间隙L的宽度可以具体情况设定，只要能够保证第二间隙L不会被残留物封堵即可。

作为一个对第二实施例中的阻挡件直接改进的示例，图4为本发明第二实施例提供的预清洗腔室所采用的另一种顶盖的局部放大图。如图4所示，第一延伸部294和第二延伸部296也可以彼此交错，即，第一延伸部294位于第二延伸部296的上方，且二者间隔设置。而且，第二间隙为由第一延伸部294与第二分部295之间的水平间隙以及第一延伸部294与第二延伸部296之间的竖直间隙组成的迷宫式通道。这同样可以阻断附着在顶盖26下表面的残留物形成闭合回路，同时阻挡残留物进入槽部261内的效果更好。

作为另一个对第二实施例中的阻挡件直接改进的示例，图5为本发明第二实施例提供的预清洗腔室所采用的又一种顶盖的局部放大图。如图5所示，阻挡件29’包括阻挡部294和连接部293，其中，阻挡部294相当于上述第二实施例中的延伸部，且在预清洗腔室的径向截面上，阻挡部294的正投影覆盖整个槽部261的正投影，以阻挡残留物进入槽部261内。并且阻挡部294与顶盖26下表面之间具有第一间隙，用以阻断附着在顶盖26下表面的残留物形成闭合回路。连接部293相当于上述第二实施例中的一个分部，且其下端与阻挡部294连接，连接部293的上端与顶盖26连接，且位于槽部261的一侧，从而将阻挡部294固定在槽部261下方。

综上所述，本发明上述各个实施例提供的预清洗腔室，其顶盖下表面设置有槽部，该槽部可以阻断附着在顶盖下表面的残留物形成闭合回路，并且在该槽部下方还设置有采用绝缘材料制作的阻挡件，该阻挡件用于防止残留物进入上述槽部内。这样，不仅可以避免射频能量在顶盖上产生欧姆损耗，从而可以减少清洗顶盖的频次，进而可以延长顶盖的使用寿命、降低设备成本且提高设备产能；而且还可以实现金属刻蚀，从而可以扩大预清洗腔室的工艺窗口范围。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，其包括预清洗腔室，在该预清洗腔室外侧设置有电感耦合线圈以及与该电感耦合线圈电连接的射频电源，其中，该预清洗腔室采用了本发明上述各实施例提供的预清洗腔室。

优选的，上述第一、第二射频电源加载至线圈23上的射频功率包括400KHz、2MHz、13.56MHz或者60MHz。

本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的上述预清洗腔室，不仅可以避免射频能量在顶盖上产生欧姆损耗，从而可以减少清洗顶盖的频次，进而可以延长顶盖的使用寿命、降低设备成本且提高设备产能；而且还可以实现金属刻蚀，从而可以扩大预清洗腔室的工艺窗口范围。

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)

1.一种预清洗腔室，包括采用绝缘材料制成的顶盖，其特征在于，在所述顶盖下表面设置有槽部，用以阻断附着在所述顶盖下表面的残留物形成闭合回路；并且，在所述槽部下方还设置有采用绝缘材料制作的阻挡件，所述阻挡件用于阻挡残留物进入所述槽部内。

2.根据权利要求1所述的预清洗腔室，其特征在于，所述阻挡件包括阻挡部和连接部，其中，

所述阻挡部设置在所述顶盖下方，且在所述预清洗腔室的径向截面上，所述阻挡部的正投影覆盖整个所述槽部的正投影；

所述连接部的下端与所述阻挡部连接，所述连接部的上端延伸至所述槽部内，且与所述顶盖连接；并且，在所述连接部与所述槽部之间具有第一间隙，用以阻断附着在所述顶盖下表面的残留物形成闭合回路。

3.根据权利要求1所述的预清洗腔室，其特征在于，所述阻挡件包括第一分部和第二分部，所述第一分部和第二分部的上端均与所述顶盖连接，且分别位于所述槽部的两侧；所述第一分部的下端和第二分部的下端分别具有朝向靠近彼此的方向延伸的第一延伸部和第二延伸部；

所述第一延伸部和第二延伸部彼此相对、且在二者之间具有第二间隙，用以阻断附着在所述顶盖下表面的残留物形成闭合回路；并且，所述第二间隙与所述槽部在所述预清洗腔室的径向截面上的正投影不重叠。

4.根据权利要求1所述的预清洗腔室，其特征在于，所述阻挡件包括第一分部和第二分部，所述第一分部和第二分部的上端均与所述顶盖连接，且分别位于所述槽部的两侧；并且，所述第一分部的下端和第二分部的下端分别具有朝向靠近彼此的方向延伸的第一延伸部和第二延伸部；

所述第一延伸部和第二延伸部彼此交错，且在二者之间具有第二间隙，用以阻断附着在所述顶盖下表面的残留物形成闭合回路。

5.根据权利要求1所述的预清洗腔室，其特征在于，所述阻挡件包括阻挡部和连接部，其中，

所述阻挡部设置在所述顶盖下方，且在所述预清洗腔室的径向截面上，所述阻挡部的正投影覆盖整个所述槽部的正投影；

所述连接部的下端与所述阻挡部连接，所述连接部的上端与所述顶盖连接，且位于所述槽部的一侧。

6.根据权利要求1所述的预清洗腔室，其特征在于，所述槽部的数量为一个，且位于所述顶盖的中心位置处。

7.根据权利要求1所述的预清洗腔室，其特征在于，所述槽部的数量为两个，且相对于所述顶盖的中心对称分布；

所述阻挡件的数量为两个，且一一对应地设置在所述两个槽部下方。

8.根据权利要求1所述的预清洗腔室，其特征在于，所述绝缘材料包括陶瓷或石英。

9.根据权利要求1所述的预清洗腔室，其特征在于，所述槽部的数量为多个；

所述阻挡件的数量与所述槽部的数量相对应，且各个阻挡件一一对应地设置在各个槽部下方。

10.一种半导体加工设备，包括预清洗腔室，在所述预清洗腔室外侧设置有电感耦合线圈以及与所述电感耦合线圈电连接的射频电源，其特征在于，所述预清洗腔室采用权利要求1-9任一项所述预清洗腔室，所述射频电源加载至所述线圈上的射频功率包括400KHz、2MHz、13.56MHz或者60MHz。