CN110335802A - 预清洗腔室及其过滤装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种预清洗腔室及其过滤装置、半导加工设备。该过滤装置用于在预清洗腔室中过滤等离子体，其包括过滤组件及离子发生器组件；所述过滤组件设置于所述预清洗腔室的基座及顶盖之间，所述过滤组件厚度方向贯穿有多个通气孔，并且所述过滤组件内具有中空腔体；所述离子发生器组件设置于所述预清洗腔室的外侧，用于向所述中空腔体内输入过滤介质，用于对所述等离子体进行过滤。本申请实施例可以有效防止离子进入基片对器件的性能造成影响的问题，有效提高了工艺质量及芯片的良品率；以及可以有效提高清洗效果，从而进一步提高了基片的工艺质量及芯片的良品率。

Description

预清洗腔室及其过滤装置

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种预清洗腔室及其过滤装置。

背景技术

物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)是指利用物理方法沉积金属薄膜的工艺。在铝焊垫(Al Pad)、铜阻挡(Cu Barrier)、籽晶层(Seed)及硅穿孔(ThroughSilicon Vias，TSV)等PVD工艺设备中，需要一种预清洗腔室，该预清洗腔室是一种电感耦合等离子体发生装置，工作原理是通过射频功率的作用，将低气压的反应气体(如氩气、氦气、氢气等)激发为等离子体，等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性基团，这些活性基团与待加工的晶圆表面发生各种化学反应和物理轰击，从而将晶圆表面以及沟槽底部的残留物清除。预清洗工艺完成后的下一步工艺就是通过磁控溅射来沉积铝、铜等金属薄膜，以构成金属接触、金属互连线等。预清洗工艺作为PVD工艺的一部分，有利于后续物理气相沉积(金属薄膜沉积)的有效进行，会明显提升所沉积膜的附着力，否则晶圆表面以及沟槽底部的这些残留物会明显提高电路的电阻，从而提高电路的热损耗，降低芯片性能。

但是，采用上述现有的预清洗腔室在实际应用中不可避免地会存在以下技术问题：在半导体制造工艺由55nm、45nm微缩至32nm、28nm等以下技术代时，预清洗工艺仅需要氢自由基与基片上的沟槽或通孔内的氧化物杂质发生反应，但是，等离子体中的氢离子往往容易进入低K电介质(Low-k)材料中而降低其k值，k值是指介电常数，因而会对Low-k材料产生负面影响，从而会影响制备的器件的性能。

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其过滤装置。

为实现本发明的目的而提供一种过滤装置，用于在预清洗腔室中过滤等离子体，包括过滤组件及离子发生器组件；

所述过滤组件设置于所述预清洗腔室的基座及顶盖之间，所述过滤组件厚度方向贯穿有多个通气孔，并且所述过滤组件内具有中空腔体；

所述离子发生器组件设置于所述预清洗腔室的外侧，用于向所述中空腔体内输入过滤介质，所述过滤介质用于对所述等离子体进行过滤。

于本申请的一实施例中，所述过滤组件包括第一过滤板及至少一个第二过滤板，所述第一过滤板及所述第二过滤板层叠设置，并且任意两相邻的过滤板之间形成有所述中空腔体。

于本申请的一实施例中，所述第一过滤板及所述第二过滤板为一体式结构或者分体式结构。

于本申请的一实施例中，所述第一过滤板及所述第二过滤板上均设置有多个通气孔，并且所述第一过滤板的通气孔与所述第二过滤板的通气孔为非同心设置。

于本申请的一实施例中，所述多个通气孔的直径为6～10毫米。于本申请的一实施例中，所述多个通气孔为直通孔、阶梯孔及锥孔的任意一种或者任意两种以上的组合。

于本申请的一实施例中，所述第一过滤板为金属材料。

于本申请的一实施例中，所述中空腔体的厚度范围在0.5～10毫米。

于本申请的一实施例中，所述离子发生器组件包括电源、释放尖端、安装盒、第一管路、第二管路及电源处理器；

所述电源与释放尖端电连接以用于释放过滤介质；

所述释放尖端密封安装于所述安装盒内；所述第一管路连通所述安装盒内及所述中空腔体；

所述第二管路连通一气源以用于向所述安装盒内输送气体，所述气体用于携带所述过滤介质进入所述中空腔体；

所述电源处理器分别与所述电源及所述释放尖端电连接，用于将所述电源转换为直流负高压并施加到所述释放尖端。

于本申请的一实施例中，所述离子发生器组件还包括控制器，所述控制器设置于所述第二管路，用于控制所述第二管路内气体的流量。

第二个方面，本申请实施例提供一种预清洗腔室，所述预清洗腔室设置有如第一个方面提供的过滤装置。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：

本申请实施例通过使用过滤组件对等离子体内的离子进行过滤，可以有效防止离子进入基片对器件的性能造成影响的问题，有效提高了工艺质量及芯片的良品率；另外由于过滤组件可以将离子止挡于中空腔体内，并且在中空腔体内注入过滤介质，可以有效增加离子的复合概率及利用率，可以进一步防止离子进入基片，从而可以进一步提高清洗效果，进而提高了基片的工艺质量及芯片的良品率。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种预清洗腔室的结构示意图；

图2A为本申请实施例提供的第一种过滤组件的剖视示意图；

图2B为本申请实施例提供的第二种过滤组件的剖视示意图；

图2C为本申请实施例提供的第三种过滤组件的剖视示意图；

图3A为本申请实施例提供的第一过滤板的结构示意图；

图3B为本申请实施例提供的第二过滤板的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的多个通气孔类型的结构示意图；

图5A至5D为本申请实施例提供第一过滤板及第二过滤板与通气孔配合的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的离子发生器组件的结构示意图。

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温度控制装置及应用其的反应腔室进行详细描述。

第一个方面，本申请实施例提供一种过滤装置，用于在预清洗腔室100中过滤等离子体。如图1所示，其包括过滤组件1及离子发生器组件2；过滤组件1设置于预清洗腔室100的基座101及顶盖102之间，过滤组件1厚度方向贯穿有多个通气孔13，并且过滤组件1内具有中空腔体3；离子发生器组件2设置于预清洗腔室100的外侧，用于向中空腔体3内输入过滤介质，过滤介质用于对等离子体进行过滤。

如图1所示，过滤组件1可以设置于基座101及顶盖102之间，以将预清洗腔室100分隔为两个空间。过滤组件1的上部空间可用于产生等离子体，其具体的方式可以是采用等离子体产生装置为预清洗腔室100内的气体(例如可以采用氢气)激发形成等离子体；基座101设置于过滤组件1的下部空间，用于承载基片。通气孔13用于供等离子体穿过并使得过滤组件1对等离子体进行过滤。中空腔体3位于过滤组件1的内部并且与通气孔13连通设置，用于容置等离子体及过滤介质，并且为两者提供反应空间。离子发生器组件2可以设置于预清洗腔室100的外侧，并且为中空腔体3输入过滤介质以进一步过滤等离子体。

本申请实施例的具体实施方式为，过滤组件1可以对等离子体内的氢离子进行过滤，且可以排斥氢离子向基座101扩散，而氢自由基、氢原子及氢分子可以通过通气孔13向基座扩散以对位于基座101上的基片(图中未示出)进行预清洗，基片可以采用低K电介质(Low-k)材料制成的基片。中空腔体3内的过滤介质可以对氢离子进一步的过滤反应，以形成氢原子或者氢自由基，由于氢原子或者氢自由基不受电场等因素的影响，可自由通过通气孔13向基座101扩散，从而实现了借助氢自由基对基片的表面进行预清洗的前提下，可以解决氢离子容易进入基片对器件的性能造成影响的问题，进而可以提高了工艺质量和芯片良率。需要说明的是，本申请实施例并不限定等离子体产生方式及用于产生等离子体气体的类型，本领域技术人员可以根据实际需求进行调整。

本申请实施例通过使用过滤组件对等离子体内的离子进行过滤，可以有效防止离子容易进入基片对器件的性能造成影响的问题，有效提高了工艺质量及芯片的良品率；另外由于过滤组件可以将离子止挡于中空腔体内，并且在中空腔体内注入过滤介质，可以有效增加离子的复合概率及利用率，可以进一步防止离子进入基片，从而可以进一步提高清洗效果，进而提高了基片的工艺质量及芯片的良品率。

于本申请的一实施例中，过滤组件1包括第一过滤板11及至少一个第二过滤板12，第一过滤板11及第二过滤板12层叠设置，并且任意两相邻的过滤板之间形成有中空腔体3。

可选地，第一过滤板11及第二过滤板12为一体式结构或者分体式结构。

如图2A及图2C所示，过滤组件1可以包括铝材质制成的第一过滤板11和第二过滤板12组成。第一过滤板11和第二过滤板12可以为加工为一体式结构，即采用焊接的方式将第一过滤板11和第二过滤板12固定连接，或者可以直接加工为一体式结构，具体可以参照如图2A所示；第一过滤板11和第二过滤板12也可加工为分体式结构，即利用螺栓将第一过滤板11与第二过滤板12固定连接，具体可以参照如图2B所示；可选地，结合参照图2C所示，第二过滤板12还可以是一个以上，并且两相邻的过滤板之间可以形成有中空腔体3。

采用上述设计，由于过滤组件采用两层以上的过滤板组成，并且在两相邻的过滤板之间形成有中空腔体，使得本申请实施例的过滤组件不仅可以提高过滤板对于等离子体的过滤效果，而且可以有效提高中空腔体内的过滤介质对于等离子体的过滤效果，并且由于结构简单还可以有效降低本申请实施例的应用及维护成本。

需要说明的是，本申请实施例并不限定第二过滤板的数量及中空腔体的数量，本领域技术人员可以根据工艺需求自行调整设置。

于本申请的一实施例中，第一过滤板11及第二过滤板12上均设置有多个通气孔13，并且第一过滤板11的多个通气孔与第二过滤板12的多个通气孔为非同心设置。

可选地，多个通气孔13的直径为0.2～10毫米。如图3A及图3B所示，第一过滤板11及第二过滤板12的外形均可以呈圆形，并且两者的厚度范围可以是5毫米-20毫米。第一过滤板11及第二过滤板12可以分别设置有多个通气孔13，并且第一过滤板11及第二过滤板12的各通气孔13可以为非同心设置，即第一过滤板11上的多个通气孔13与第二过滤板12的多个通气孔13的圆心为非对齐设置。可选地，多个通气孔13的直径可以0.2毫米、1毫米、5毫米、8毫米或者10毫米，通气孔13设置不同的直径可以满足多种不同工艺参数的需求，但是本申请实施例并不以此为限。采用上述设计，可以有效延长离子在中空腔体内的时间，从而可以进一步的提高离子的复合概率，进而可以进一步降低离子的透过率，有效提降低离子对基片的负面影响。

需要说明的是，本申请实施例并不限定第一过滤板及第二过滤板的形状及厚度，其可以根据预清室腔室的结构以及工艺需求来进行设计，因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，多个通气孔13为直通孔、阶梯孔及锥孔的任意一种或者任意两种以上的组合；以及，多个通气孔13的轴线与第一过滤板11的轴线及第二过滤板12的轴线之间具有一夹角。

如图4至图5D所示，第一过滤板11及第二过滤板12可以采用相同类型的通气孔或者不同类型的通气孔。多个通气孔13可以如图4所示的直通孔、阶梯孔及锥孔的任意一种或者任意两种以上的组合，本申请实施例对此并不进行限定。另外结合参照图5A至图5D所示，多个通气孔13的轴线可以与第一过滤板11的轴线及第二过滤板12的轴线之间具有一夹角。具体来说，通气孔13的轴线可以与第一过滤板11的轴线之间具有一夹角，该夹角可以是小于0至80度之间的任意一数值，采用该设计可以进一步延长离子在中空腔体内的时间。通气孔13与第二过滤板12的配合可以参照第一过滤板11，于此不再赘述。采用上述设计，可以使得本申请实施例可以应用于各种不同的工艺速率及均匀性，从而有效提高了本申请实施例的应用范围。

需要说明的是，本申请实施例并对于通气孔的具体实施方式并不限定，本领域技术人员可以根据应用的工艺速率及均匀性的要求，来对应调整通气孔的形状、大小、数量、排布方式及偏角，因此本申请实施例对此并不进行限定。

于本申请的一实施例中，如图2A所示，第一过滤板11为金属材料。第一过滤板11及第二过滤板12均采用金属材质制成，例如两者可以采铝材质制成，两者可以采用焊接的方式固定连接。第二过滤板12也可以为非金属材质，例如第二过滤板12可以采用塑料材质或者其它非金属材质制成，第二过滤板12可以采用螺栓连接的方式与第一过滤板11固定连接，当第二过滤板12采用金属材质制成时，为了较佳的过滤效果，第二过滤板12可以为多个。

在实际应用时，当等离子体到达过滤组件1处时，一部分氢离子会与第一过滤板11发生碰撞而获得电子后形成氢原子或氢自由基；但同时会存在一部分氢离子穿过第一过滤板而进入中空腔体3，而此时中空腔体3内已经通入了一定数量的过滤介质，该过滤介质可以是由离子发生器组件2产生的自由电子，使得穿过第一过滤板11的氢离子被“捕获”而形成氢原子或氢自由基。即便仍存在一定数量的氢离子未被“捕获”，其将继续向下运动并与第二过滤板发生碰撞，进一步增加氢离子的复合几率，从而使得氢离子难以通过该过滤组件1。而氢原子与氢自由基则不受电场、电子的影响可自由通过，同时在氢离子通过过滤组件1的过程中，会形成一定数量的氢自由基，使得清洗效果得到有效提升。

采用上述设计，不仅可以有效提升本申请实施例的过滤效果，进而还可以有效提高清洗效果，有效提高了等离子体的利用率。另外方面由于采用不同的设置方式，可以使得本申请实施的应用范围更加广泛，并且当第二过滤板采用非金属材料时还可以有效节省成本。

于本申请的一实施例中，如图2A所示，中空腔体3的厚度范围在0.5～10毫米。采用上述设计，可以有效延长离子停留在中空腔体3内的时间，从而使得过滤介质、第一过滤板11及第二过滤板12可以较好的与离子进行反应，可以进一步的提高本申请实施例的清洗效果以及等离子体的利用率。需要说明的是，本申请对于中空腔体的厚度范围并不进行限定，其也可以是0.6毫米、0.8毫米或者0.9毫米等数值，具体可以根据工艺需求由本领域技术人员自行调整设置，本申请并不以为限。

于本申请的一实施例中，离子发生器组件2包括电源21、释放尖端22、安装盒23、第一管路24、第二管路25及电源处理器27；电源21与释放尖端22与电源21电连接以用于释放过滤介质；释放尖端22密封安装于安装盒23内；第一管路24连通安装盒23内及中空腔体3；第二管路25连通一气源以用于向安装盒23内输送气体，气体用于携带过滤介质进入中空腔体3；电源处理器27分别与电源21及释放尖端22电连接，用于为释放尖端22施加直流负高压。如图1及图6所示，电源21可以采用直流电源，而释放尖端22则可以是采用金属或碳元素制作的释放尖端。电源21与释放尖端22电连接后，释放尖端22可以释放出大量的自由电子(即过滤介质)。当过滤介质进入中空腔体2内后，过滤介质可以使得穿过第一过滤板11的氢离子被“捕获”而形成氢原子或氢自由基，从而可以实现对等离子体进行过滤，由于过滤介质不仅可以防止氢离子穿过过滤组件2，而且其还可以与氢离子进行反应以形成氢原子或者氢自由基，其不仅有效提高了本申请实施例的清洗效果，进而可以有效提高生产效率，另外还可以有效提高等离子体的利用率。

需说明的是，本申请实施例并不限定电源及释放尖端的具体实施方式，例如电源也可以采用交流电源配合整流器来实现输出直流电源；而释放尖端则可以采用导电性能良好的导体制成，因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据需求自行调整设置。

如图6所示，安装盒23可以采用金属材质制成，并且其可以通过第一管路24与中空腔体3连通设置。第一管路24可以采用塑料或者橡胶材质制成，其直径可以为6～10毫米。释放尖端22可以密封的安装于安装盒23的内部，释放尖端22可以在电源21电源后产生过滤介质，过滤介质可以通过第一管路24进入中空腔体3内。采用上述设计，使得本申请实施例的结构简单易用，在降低成本的同时还可以有效降低本申请实施例的故障率。

需要说明的是，本申请实施例并不限定安装盒及第一管路的具体实施方式，安装盒也可以采用其它非金属材质制成，第一管路的直径同样可以根据不同的工艺需求调整设置，因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设计。

如图1及图6所示，第一管路24及第二管路25可以分别设置于安装盒23的两侧，第二管路25的另一端可以与一气源连通设置，并且在需要时气源可以通过第二管路25向安装盒23内输送气体，该气体可以携带过滤介质进入中空腔体3。采用上述设置，由于过滤介质可以在气体的压力下快速进入中空腔体，从而使得本申请实施例的生产效率可以得到大幅提升，进而可以有效提高设备的产能。

需要说明的是，本申请实施例并不限定气体的类型。气体应当为惰性气体，以避免与等离子体或基片发生反应。例如气体可以是氮气或氩气等惰性气体，但是本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据需求自行调整设置。

如图6所示，电源处理器27具体可以采用一变流器或者整流器，其可以将电源21的交流电变换为纯净的直流负高压电，将该直流负高压电施加到金属或碳元素制作的释放尖端22，利用释放尖端22直流高压产生高电晕，高速的放出大量的自由电子。采用上述设计，使得本申请实施例可以直接与市电连接，以提高本申请实施例的适用范围，从而有效扩展了本申请实施例的应用范围，还可以进一步降低应用及维护成本。需要说明的是，本申请实施例并不限定变流器的类型及规格，本领域技术人员可以根据需求自行调整设置。

于本申请的一实施例中，离子发生器组件2还包括控制器26，控制器26设置于第二管路25，用于控制第二管路25内气体的质量流量。

如图6所示，控制器26具体可以采用质量流量控制器。控制器26可以连通设置于第二管路25上，其可以控制第二管路25内的气体质量流量。可选地，控制器26还可以与释放尖端22协同配合，通过调整气体的质量流量，以实现对过滤介质流量及在速度进行控制，从而可以实现满足工艺需求的最佳配比。控制器可以采用多种类型的质量流量控制器，例如其可以采用电磁流量计、超声流量计及涡轮流量计等类型，因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据需求自行调整设置。

根据相同的构思，第二个方面，本申请实施例提供一种预清洗腔室，预清洗腔室设置有如第一个方面提供的过滤装置。

应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：

本申请实施例通过使用过滤组件对等离子体内的离子进行过滤，可以有效防止离子容易进入基片对器件的性能造成影响的问题，有效提高了工艺质量及芯片的良品率；另外由于过滤组件可以将离子止挡于中空腔体内，并且在中空腔体内注入过滤介质，可以有效增加离子的复合概率及利用率，可以进一步防止离子进入基片，从而可以进一步提高清洗效果，进而提高了基片的工艺质量及芯片的良品率。

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 (11)

1.一种过滤装置，用于在预清洗腔室中过滤等离子体，其特征在于，包括过滤组件及离子发生器组件；

所述过滤组件设置于所述预清洗腔室的基座及顶盖之间，所述过滤组件厚度方向贯穿有多个通气孔，并且所述过滤组件内具有中空腔体；

所述离子发生器组件设置于所述预清洗腔室的外侧，用于向所述中空腔体内输入过滤介质，所述过滤介质用于对所述等离子体进行过滤。

2.如权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，所述过滤组件包括第一过滤板及至少一个第二过滤板，所述第一过滤板及所述第二过滤板层叠设置，并且任意两相邻的过滤板之间形成有所述中空腔体。

3.如权利要求2所述的过滤装置，其特征在于，所述第一过滤板及所述第二过滤板为一体式结构或者分体式结构。

4.如权利要求2所述的过滤装置，其特征在于，所述第一过滤板及所述第二过滤板上均设置有多个通气孔，并且所述第一过滤板的通气孔与所述第二过滤板的通气孔为非同心设置。

5.如权利要求4所述的过滤装置，其特征在于，所述通气孔的直径为0.2～10毫米。

6.如权利要求4所述的过滤装置，其特征在于，所述通气孔为直通孔、阶梯孔及锥孔的任意一种或者任意两种以上的组合。

7.如权利要求2所述的过滤装置，其特征在于，所述第一过滤板为金属材料。

8.如权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，所述中空腔体的厚度范围在0.5～10毫米。

9.如权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，所述离子发生器组件包括电源、释放尖端、安装盒、第一管路、第二管路及电源处理器；

所述电源与释放尖端电连接以用于释放过滤介质；

所述释放尖端密封安装于所述安装盒内；所述第一管路连通所述安装盒及所述中空腔体；

所述第二管路连通一气源以用于向所述安装盒内输送气体，所述气体用于携带所述过滤介质进入所述中空腔体；

所述电源处理器分别与所述电源及所述释放尖端电连接，用于将所述电源转换为直流负高压并施加到所述释放尖端。

10.如权利要求9所述的过滤装置，其特征在于，所述离子发生器组件还包括控制器，所述控制器设置于所述第二管路，用于控制所述第二管路内气体的流量。

11.一种预清洗腔室，其特征在于，所述预清洗腔室设置有如权利要求1至10的任意一项所述的过滤装置。