CN109962000B - 一种可减少污染颗粒的等离子体处理装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可减少污染颗粒的等离子体处理装置及其方法，包含腔体和衬套，衬套上方设有介电窗，腔体、衬套和介电窗围绕形成反应腔，反应腔内底部包括用于放置晶圆的基座，基座下方包括用于抽出反应腔内气体维持反应腔内低压的抽真空装置；腔体内设置有遮挡在腔体侧壁上的开口和衬套侧壁上的开口之间的遮挡板，其阻挡由传输腔流向反应腔的气体中的污染颗粒；衬套的下部设有孔槽，遮挡板下方的衬套外壁和腔体内壁围绕形成的流动空间通过孔槽与衬套的内部空间相联通，使得污染颗粒被抽真空装置抽走。本发明不仅保证当前的晶片不被污染，还能改善下一传片的污染，还可通入清洁气体使污染颗粒被带离反应腔的效果更加显著，效率更高。

Description

一种可减少污染颗粒的等离子体处理装置及其方法
技术领域
本发明涉及蚀刻设备的耐腐蚀防护技术领域，特别涉及一种可减少污染颗粒的等离子体处理装置及其方法。
背景技术
现有技术中，传输腔(Transmission Machine，简称TM)与等离子处理装置1(Plasma Machine，简称PM)相互传片的过程中，由于两个腔体内的气压的不平衡，会出现腔体间的气体流动，悬浮在各腔体中的颗粒(particle)会随着气体流向另一个腔体，造成腔体的颗粒污染问题。
如图1所示是一个简化的刻蚀(ETCH)系统示意图，由传输腔2、真空阀3(slitvalve)和等离子处理装置1组成。其中，等离子处理装置1包含介电窗11(insulationwindow)、衬套12(liner)、腔体13(chamber body)、摆动式锁气阀14(pendulum valve)及涡流泵15(turbo pump)。
当传输腔2与等离子处理装置1传片时，该两腔体内因各自的压力不平衡，导致气体发生流动。假设气体是从传输腔2流向等离子处理装置1，则传输腔2的腔体内的悬浮颗粒也会随着气体流向等离子处理装置1而引起颗粒污染。这个现象可以通过控制遮挡板16(slit door shutter)开关的时间顺序来减小颗粒污染的程度。
例如，打开真空阀3后，再打开遮挡板16，让传输腔2的腔体中的带颗粒的气体冲向该遮挡板16，限制该带颗粒的气体直接冲向静电卡盘(Electrostatic chuck，简称ESC)和晶圆(Wafer，图中未示出)。这个过程对当前晶圆的保护是有效的，但是对下一片晶圆依然有隐患，因为随着传输腔2中的气体冲向PM中的遮挡板16的颗粒，会受该遮挡板16的阻挡而掉落在衬套12、遮挡板16及腔体13三者之间形成的一部分区域，该区域是一个死区，即不容易被涡流泵15立即抽走。
但是当轮到第二片晶圆传片时，传输腔2的腔体中的气体再次流向等离子处理装置1，该传输腔2中的气体再次流向等离子体处理装置1的腔体时带来的扰动会将该死区内的上次传片过程掉落的颗粒进行扰动，将该被扰动的颗粒带向静电卡盘和晶圆，从而会污染晶圆。其中，衬套12、遮挡板16和腔体13之间形成的死区，由于没有有效的气体流动的路径，使得掉落在该死区中的颗粒终将污染后续进行传片的晶圆。
发明内容
本发明的目的是提供一种可减少污染颗粒的等离子体处理装置及其方法，其通过在衬套的下部设有孔槽，同时还可在腔体的上端通入清洁气体，腔体内设置的遮挡板阻挡由传输腔流向反应腔的气体中的污染颗粒，遮挡板下方的衬套外壁和腔体内壁围绕形成的流动空间通过孔槽与衬套的内部空间相联通形成气体流动路径，使得污染颗粒通过气体流动路径被抽真空装置抽走，保证当前的晶片保护，还能改善下一传片的污染情况。
为了达到上述目的，本发明提供的一种可减少污染颗粒的等离子体处理装置，包含腔体和衬套，所述衬套上方设有介电窗，所述腔体、衬套和介电窗围绕形成反应腔，所述反应腔内底部包括用于放置晶圆的基座，基座下方包括用于抽出反应腔内气体维持反应腔内低压的抽真空装置；
所述腔体内设置有遮挡在所述腔体侧壁上的开口和衬套侧壁上的开口之间的遮挡板，其阻挡由传输腔流向所述反应腔的气体中的污染颗粒；
所述衬套的下部设有孔槽，所述遮挡板下方的衬套外壁和腔体内壁围绕形成一个流动空间，所述流动空间通过所述孔槽与衬套的内部空间相联通形成气体流动路径，使得进入所述流动空间内的污染颗粒通过所述气体流动路径被所述抽真空装置抽走。
优选地，所述等离子处理装置通过真空阀与所述传输腔连接；当所述真空阀开启时，所述传输腔内的气体流向反应腔时，所述遮挡板关闭，所述传输腔的气体中的污染颗粒直接碰撞遮挡板后向下进入所述流动空间。
优选地，所述抽真空装置为涡流泵，所述涡流泵通过摆动式锁气阀与所述腔体连接。
优选地，所述腔体上端通入清洁气体，该清洁气体沿遮挡板垂直向下流动形成气幕，经过所述遮挡板，穿越所述流动空间后通过所述气体流动路径被带离所述反应腔。
优选地，所述腔体上开设有气体管道联通到供应所述清洁气体的清洁气体源，所述清洁气体进入腔体后沿着腔体内壁与衬套外壁之间的缝隙向下流动。
优选地，所述遮挡板下方包括一个可上下移动的支持杆，以使得所述遮挡板可以在两个不同高度的位置之间移动；其中，当所述支持杆在第一高度时，所述遮挡板为关闭状态，所述遮挡板遮挡在衬套侧壁开口；当所述支持杆在第二高度时，所述遮挡板为开启状态，来自传输腔的晶圆经过衬套侧壁开口，进入反应腔内放置的基座上。
优选地，所述衬套的底端包括一个向内侧基座延伸的环形横向延展部，环形横向延展部上包括多个气体通道，使得反应腔内的包括等离子的反应气体在穿过所述环形横向延展部时，熄灭等离子。
本发明还提供了一种等离子体刻蚀系统，包含传输腔和如上文所述的可减少污染颗粒的等离子处理装置；所述等离子处理装置的衬套的下部设有孔槽；所述等离子处理装置的腔体内设有遮挡板，阻挡由传输腔流向反应腔的气体中的污染颗粒；所述遮挡板下方的衬套外壁和腔体内壁围绕形成的流动空间通过所述孔槽与衬套的内部空间相联通，形成气体流动路径，使得所述污染颗粒通过所述气体流动路径被抽真空装置抽走。
优选地，所述抽真空装置为涡流泵，所述涡流泵通过摆动式锁气阀与所述腔体连接。
优选地，所述等离子处理装置通过真空阀与所述传输腔连接；当所述真空阀开启时，所述传输腔内的气体流向反应腔时，所述遮挡板关闭，所述传输腔的气体中的污染颗粒直接碰撞遮挡板后向下进入所述流动空间。
本发明还提供了一种如上文所述的等离子体处理装置的运行方法，该方法包含：
先开启真空阀，关闭腔体内的遮挡板；
当传输腔的气体流向等离子体处理装置的反应腔时，所述遮挡板阻挡由传输腔流向所述反应腔的气体中的污染颗粒；
所述污染颗粒依次经过由遮挡板下方的衬套外壁和腔体内壁围绕形成的流动空间、衬套下部设置的孔槽后，被抽真空装置抽走；其中，所述流动空间通过所述孔槽与衬套的内部空间相联通形成气体流动路径。
优选地，所述污染颗粒经过所述气体流动路径被带离反应腔后，开启所述遮挡板，使得晶片被送入/出反应腔。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过在衬套的下部设置孔槽，同时还可在腔体的上端通入清洁气体，腔体内设置的遮挡板阻挡由传输腔流向反应腔的气体中的污染颗粒，遮挡板下方的衬套外壁和腔体内壁围绕形成的流动空间通过孔槽与衬套的内部空间相联通形成气体流动路径，使得污染颗粒通过气体流动路径被抽真空装置抽走，实现去除死区的目的，不仅保证当前的晶片不被污染，还能改善下一传片的污染情况。同时，通入清洁气体形成气幕使得污染颗粒被带离反应腔的效果更加显著，效率更高。
附图说明
图1现有技术的ETCH简化系统示意图；
图2本发明的实施例一的ETCH系统示意图；
图3本发明的实施例二的ETCH系统示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种可减少污染颗粒的等离子体处理装置及其方法，为了使本发明更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图2所示，本发明的等离子体刻蚀系统包含：等离子体处理装置1、传输腔2和真空阀3。真空阀3设置在传输腔2和等离子体处理装置1之间，分别与传输腔2和等离子体处理装置1连接。
等离子体处理装置1包含腔体13、衬套12、摆动式锁气阀14、遮挡板16和涡流泵15。其中，衬套12之上设有介电窗11，用以布置连接射频功率的感应线圈等。腔体13、衬套12和介电窗11围绕形成反应腔。反应腔内底部包括用于放置晶圆的基座，基座下方包括用于抽出反应腔内气体维持反应腔内低压的抽真空装置。该抽真空装置可以为涡流泵15，涡流泵15可通过摆动式锁气阀14与腔体13连接。
衬套12的底端包括一个向内侧基座延伸的环形横向延展部，环形横向延展部上包括多个气体通道，使得反应腔内的包括等离子的反应气体在穿过环形横向延展部时，熄灭等离子。
如图2所示，腔体13内设置有遮挡板16，遮挡板16遮挡在腔体13侧壁上的开口和衬套侧壁上的开口10之间，遮挡板16阻挡由传输腔2流向反应腔的气体中的污染颗粒。
遮挡板16下方包括一个可上下移动的支持杆，以使遮挡板16可以在两个不同高度(包含第一高度和第二高度)的位置之间移动，实现开启遮挡板16或关闭遮挡板16的作用。其中该支持杆也可以设置在遮挡板16的上方，与衬套顶部相连，也能实现遮挡板的上下移动，并且不影响气体流动路径。
当该支持杆向上移动至第一高度时，遮挡板16遮挡在衬套侧壁开口10，此时遮挡板16为关闭状态。当该支持杆向下移动至第二高度时，来自传输腔2的晶圆经过衬套侧壁开口10，进入反应腔内放置的基座上，此时遮挡板16为开启状态。其中，第一高度大于第二高度。
对于第一片晶圆传片时，先将真空阀3开启后，此时该遮挡板16关闭，则传输腔2腔体内的气体流向腔体13上端的开口，该气体中的污染颗粒直接碰撞遮挡板16后会向下进入由遮挡板16下方衬套外壁和腔体内壁围绕形成的空间，限制了该带颗粒的气体直接冲向反应腔的静电卡盘和晶圆，从而避免污染晶圆。
其中，在第一次晶片传片过程中被遮挡板16阻挡的污染颗粒会掉落在遮挡板16下方衬套外壁和腔体13围绕形成的空间，污染颗粒不容易被涡流泵15立即抽走，此时的该空间是一个死区。
其中，在结束第一片晶圆传片后及在第二片晶圆传片之前，真空阀3和遮挡板16均为关闭状态。
实施例一：
如图2所示，在实施例一中，衬套12的下部设有孔槽B，遮挡板16下方衬套外壁和腔体内壁围绕形成的流动空间通过孔槽B与衬套12的内部空间相联通，形成有效的气体流动路径。
当结束第一片晶圆传片后及在第二片晶圆传片之前，腔体13上开设有气体管道联通到供应清洁气体A的清洁气体源，清洁气体A(例如氩气Ar等)进入腔体13后，沿着遮挡板16垂直向下流动会形成气幕，即沿着腔体内壁与衬套外壁之间的缝隙从上向下流动，会穿越遮挡板16下方衬套外壁和腔体围绕形成的流动空间，再经过孔槽B，并在涡流泵15的牵引下使得污染颗粒被涡流泵15抽走，将上一次传片过程中掉落的污染颗粒带离反应腔，从而消除原来的死区，达到控制污染的目的，即改善了在下一片晶圆传片时因掉落在死区的颗粒受气体将其扰动而污染晶圆的问题。
当污染颗粒经过气体流动路径被带离反应腔后，则开启遮挡板16，使得下一片晶片被送入/出反应腔。
实施例二：
如图3所示，在实施例二中，衬套12的下部设有孔槽B，遮挡板16下方衬套外壁和腔体内壁围绕形成的流动空间通过孔槽B与衬套12的内部空间相联通，形成有效的气体流动路径。
在实施例二中未在腔体13上开设有气体管道联通到供应清洁气体的清洁气体源，即腔体13上端未通入清洁气体，仅仅将气体流动路径与涡流泵15进行联通。
当结束第一片晶圆传片后及在第二片晶圆传片之前，当开启涡流泵15时，上一次传片过程掉落在遮挡板16下方衬套外壁和腔体13围绕形成的空间中的污染颗粒受到涡流泵15的牵引力后，此时遮挡板16下方衬套外壁和腔体内壁围绕形成的空间为流动空间，污染颗粒在牵引力作用下穿越该流动空间后，再经过孔槽B被涡流泵15抽走，形成完整有效的气体流动路径，将污染颗粒带离反应腔，从而消除原来死区，达到控制污染的目的，即改善了在下一片晶圆传片时因掉落在死区的颗粒受气体将其扰动而污染晶圆的问题。
当污染颗粒经过气体流动路径被带离反应腔后，则开启遮挡板16，使得下一片晶片被送入/出反应腔。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (11)

1.一种可减少污染颗粒的等离子体处理装置(1)，其特征在于，包含腔体(13)和衬套(12)，所述衬套(12)上方设有介电窗(11)，所述腔体(13)、衬套(12)和介电窗(11)围绕形成反应腔，所述反应腔内底部包括用于放置晶圆的基座，基座下方包括用于抽出反应腔内气体维持反应腔内低压的抽真空装置；
所述腔体(13)内设置有遮挡在所述腔体(13)侧壁上的开口和衬套侧壁上的开口(10)之间的遮挡板(16)，其阻挡由传输腔(2)流向所述反应腔的气体中的污染颗粒；
所述衬套侧壁开口(10)的下部设有孔槽(B)，所述遮挡板(16)下方的衬套外壁和腔体内壁围绕形成一个流动空间，所述流动空间通过所述孔槽(B)与衬套(12)的内部空间相联通形成气体流动路径，使得进入所述流动空间内的污染颗粒通过所述气体流动路径被所述抽真空装置抽走；所述腔体(13)上端通入清洁气体(A)，该清洁气体(A)沿遮挡板(16)垂直向下流动形成气幕，经过所述遮挡板(16)，穿越所述流动空间后通过所述气体流动路径被带离所述反应腔。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置(1)，其特征在于，
所述等离子体 处理装置(1)通过真空阀(3)与所述传输腔(2)连接；
当所述真空阀(3)开启时，所述传输腔(2)内的气体流向反应腔时，所述遮挡板(16)关闭，所述传输腔(2)的气体中的污染颗粒直接碰撞遮挡板(16)后向下进入所述流动空间。
3.如权利要求1所述的等离子体处理装置(1)，其特征在于，
所述抽真空装置为涡流泵(15)，所述涡流泵(15)通过摆动式锁气阀(14)与所述腔体(13)连接。
4.如权利要求1所述的等离子体处理装置(1)，其特征在于，
所述腔体(13)上开设有气体管道联通到供应所述清洁气体(A)的清洁气体源，所述清洁气体(A)进入腔体(13)后沿着腔体内壁与衬套外壁之间的缝隙向下流动。
5.如权利要求1所述的等离子体处理装置(1)，其特征在于，
所述遮挡板(16)下方包括一个可上下移动的支持杆，以使得所述遮挡板(16)可以在两个不同高度的位置之间移动；
其中，当所述支持杆在第一高度时，所述遮挡板(16)为关闭状态，所述遮挡板(16)遮挡在衬套侧壁开口(10)；
当所述支持杆在第二高度时，所述遮挡板(16)为开启状态，来自传输腔(2)的晶圆经过衬套侧壁开口(10)，进入反应腔内放置的基座上。
6.如权利要求1所述的等离子体处理装置(1)，其特征在于，
所述衬套(12)的底端包括一个向内侧基座延伸的环形横向延展部，环形横向延展部上包括多个气体通道，使得反应腔内的包括等离子的反应气体在穿过所述环形横向延展部时，熄灭等离子。
7.一种等离子体刻蚀系统，其特征在于，包含传输腔(2)和如权利要求1-6任意一项所述的可减少污染颗粒的等离子体 处理装置(1)；所述等离子体 处理装置(1)的衬套侧壁开口(10)的下部设有孔槽(B)；所述等离子体 处理装置(1)的腔体(13)内设有遮挡板(16)，阻挡由传输腔(2)流向反应腔的气体中的污染颗粒；所述遮挡板(16)下方的衬套外壁和腔体内壁围绕形成的流动空间通过所述孔槽(B)与衬套(12)的内部空间相联通，形成气体流动路径，使得所述污染颗粒通过所述气体流动路径被抽真空装置抽走。
8.如权利要求7所述的等离子体刻蚀系统，其特征在于，
所述抽真空装置为涡流泵(15)，所述涡流泵(15)通过摆动式锁气阀(14)与所述腔体(13)连接。
9.如权利要求7所述的等离子体刻蚀系统，其特征在于，
所述等离子体 处理装置(1)通过真空阀(3)与所述传输腔(2)连接；
当所述真空阀(3)开启时，所述传输腔(2)内的气体流向反应腔时，所述遮挡板(16)关闭，所述传输腔(2)的气体中的污染颗粒直接碰撞遮挡板(16)后向下进入所述流动空间。
10.一种如权利要求1-6任意一项所述的等离子体处理装置(1)的运行方法，其特征在于，该方法包含：
先开启真空阀(3)，关闭腔体(13)内的遮挡板(16)；
当传输腔(2)的气体流向等离子体处理装置(1)的反应腔时，所述遮挡板(16)阻挡由传输腔(2)流向所述反应腔的气体中的污染颗粒；
所述污染颗粒依次经过由遮挡板(16)下方的衬套外壁和腔体内壁围绕形成的流动空间、衬套侧壁开口(10)下部设置的孔槽(B)后，被抽真空装置抽走；其中，所述流动空间通过所述孔槽(B)与衬套(12)的内部空间相联通形成气体流动路径。
11.如权利要求10所述的一种等离子体处理装置(1)的运行方法，其特征在于，
所述污染颗粒经过所述气体流动路径被带离反应腔后，开启所述遮挡板(16)，使得晶片被送入/出反应腔。
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