CN111370281B - 等离子体刻蚀装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种等离子体刻蚀装置，包括：反应室，用于容纳反应气体；介电窗，其设置与反应室顶部；边缘环，其固定于反应室和介电窗之间；介电窗和边缘环用于真空密封反应室；进气系统，其用于向反应室内通入反应气体，其包括设置在介电窗的中心区域上的第一进气通道，和环绕设置在介电窗的边缘区域上的第二进气通道，第二进气通道使得反应气体从上向下穿过介电窗，被反应室内的边缘环阻挡后向反应室内中心区域扩散。本发明解决了由于反应气体是腐蚀性气体时对设置在边缘环内部放入侧壁进气通道腐蚀产生污染物，污染物随着反应气体进入反应室内，导致反应室内的晶圆被污染的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体加工工艺，特别涉及一种等离子体刻蚀装置。
背景技术
电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma，简称ICP)刻蚀装置广泛用于等离子体刻蚀(也称干法刻蚀)等工艺。其中，等离子体刻蚀的原理为：反应气体在电场的激发下，被电离而产生等离子体，由于等离子体中包含电子、离子、以及激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，这些活性粒子可以与待刻蚀材料发生反应，从而实现对待刻蚀基板的图案化。
现有技术中的电感耦合等离子体刻蚀装置，包括反应室、介电窗和边缘环，介电窗和边缘环对反应室进行真空密封，边缘环位于介电窗和反应室之间；所述电感耦合等离子体装置还包括：进气系统，包括设置在所述介电窗的中心区域上的进气通道，设置在边缘环内部的侧壁进气通道以及设置在反应室外部的反应气体源，所述进气系统用于向反应室通入反应气体。
介电窗上方设有线圈(coil)，其外接射频电源，射频电源用于向线圈内通入射频电流，以使线圈产生变化的磁场，该变化的磁场可感应出电场，电场透过介电窗使通入反应室内部的反应气体电离而产生等离子体，进而对置于反应腔内的晶圆进行处理。
研究发现，由于边缘环使用铝合金材料，并且进行了阳极氧化处理。边缘环(liner)在使用过程中，需要通过内部设置的加热器加热到120摄氏度。如果传输的反应气体是Cl2，极易造成所述侧壁进气通道被腐蚀，产生AlCl3。AlCl3进入反应室后，又会沉积在反应室中或者静电吸盘(ESC)表面或静电吸盘上的晶圆造成污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种等离子体刻蚀装置，通过将等离子体刻蚀装置的进气系统中的侧壁进气通道设置在介电窗的边缘处，使得反应气体不经过边缘环内部，解决了由于反应气体是腐蚀性气体时对设置在边缘环内部放入侧壁进气通道腐蚀产生污染物，污染物随着反应气体进入反应室内，导致反应室内的晶圆被污染的问题。
为了解决上述问题，本发明通过以下技术方案实现：
一种等离子体刻蚀装置，包括：反应室，用于容纳反应气体；介电窗，其设置与所述反应室顶部；边缘环，其固定于所述反应室和介电窗之间；所述介电窗和边缘环用于真空密封所述反应室；进气系统，其用于向所述反应室内通入反应气体，其包括设置在所述介电窗的中心区域上的第一进气通道，和环绕设置在所述介电窗的边缘区域上的第二进气通道，所述第二进气通道使得反应气体从上向下穿过所述介电窗，被所述反应室内的边缘环阻挡后向反应室内中心区域扩散。
进一步的，还包括，用于固定待处理晶圆的静电卡盘，其位于所述反应室底部。
进一步的，所述边缘环包括：连接段和延伸段，所述连接段位于所述反应室和介电窗之间，其一端分别与所述反应室侧壁顶部和介电窗密封连接，其另一端与所述介电窗之间具有缝隙，使得通过所述第二进气通道输送的反应气体沿所述缝隙流入所述反应室内部；所述延伸段位于所述反应室内部，从连接段内侧向下延伸，围绕所述待处理晶圆上方的反应空间。
进一步的，所述边缘环采用铝合金制成，其外表面涂覆有陶瓷材料。
进一步的，所述连接段的另一端与所述介电窗之间具有向所述反应室内倾的内倾角，使得通过所述第二进气通道输送的反应气体经由所述内倾角输送至所述反应室内。
进一步的，所述边缘环采用阳极氧化的铝合金制成，并且其外表面涂覆有陶瓷材料。
进一步的，所述进气系统还包括环绕设置在所述介电窗上的且靠近所述介电窗边缘的反应气体缓存腔，所述第二进气通道连通所述反应气体缓存腔和反应室。
进一步的，所述进气系统还包括反应气体源，与所述反应气体源连接的气体分离器，其用于将所述反应气体源输出的反应气体分为两路，一路通过所述第一进气通道输送至所述反应室内，另一路输送至所述反应气体缓存腔内部，通过所述第二进气通道输送至所述反应室内。
进一步的，还包括：若干个线圈，其设置于所述介电窗顶部且位于所述处理室外部，并环绕所述第一进气通道设置。
进一步的，还包括射频电源，所述射频电源外接所述线圈，所述射频电源用于向所述线圈内通入射频电流，以使所述线圈产生变化的磁场，该变化的磁场可感应出电场，电场透过所述介电窗使得通入所述反应室内部的反应气体电离产生等离子体。
进一步的，还包括，用于固定待处理晶圆的静电卡盘，其位于所述反应室底部。
本发明具有以下技术效果：
本发明通过将等离子体刻蚀装置的进气系统中的侧壁进气通道设置在介电窗的边缘处，使得反应气体不经过边缘环内部，解决了由于反应气体是腐蚀性气体时对设置在边缘环内部放入侧壁进气通道腐蚀产生污染物，污染物随着反应气体进入反应室内，导致反应室内的晶圆被污染的问题。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的等离子体刻蚀装置及其进气系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1所示，本实施例提供的一种等离子体刻蚀装置，包括：反应室300，用于容纳反应气体；需要说明的是，反应室300形状并非现定于圆筒状，例如也可以是角筒状。介电窗500，其设置与所述反应室300顶部；介电窗500采用石英玻璃、陶瓷或氧化铝(AL2O3)等构成。边缘环400，其位于所述反应室300和介电窗500之间；所述介电窗500和边缘环400用于真空密封所述反应室300；需要说明的是，不对介电窗500和边缘环400，以及边缘环400与反应室300的固定方式做限定，能够实现对反应室300的真空密封即可。进气系统，其用于向所述反应室300内通入反应气体，其包括设置在所述介电窗500的中心区域上的第一进气通道200，和环绕设置在所述介电窗500的边缘区域上的第二进气通道203。第二进气通道可以是开设在介电窗上的多个气孔。
还包括：用于固定待处理晶圆800的基座700，其位于所述反应室300底部。
所述边缘环400进一步包括：连接段401和延伸段402，所述连接段401位于所述反应室300和介电窗500之间，其一端分别与所述反应室300和介电窗500密封连接，其另一端与所述介电窗500之间具有缝隙，使得通过所述第二进气通道203输送的反应气体沿所述缝隙流入所述反应室300内部；所述延伸段402位于所述反应室300内部，靠近所述反应室300侧壁，所述延伸段位于所述反应室内部，围绕所述基座700和待处理晶圆800，用于对晶圆800边缘区域电场和气流和温度进行调节。
所述边缘环400采用铝合金和/或采用阳极氧化的铝合金制成，其外表面涂覆有陶瓷材料。所述连接段401的另一端与所述介电窗500之间具有向所述反应室300内倾的内倾角，使得通过所述第二进气通道输送的反应气体经由所述内倾角(即连接段401的另一端与所述介电窗500之间的夹角)输送至所述反应室内。此外，经过边缘环阻挡向下流动路径后，反应气体的流动方向被折向反应腔内的中心区域，使得反应气体既能在边缘区域被充分解离形成高浓度等离子，也能向中心扩散，更多等离子能够到达位于反应腔中心下方的基片，避免在边缘区域形成的等离子直接被位于反应腔底部基座周围的排气通道抽走。
本发明中由于反应气体流动过程中只会接触陶瓷材料(石英)制成的介电窗和涂覆在边缘环上表面的陶瓷材料(氧化铝、氧化钇等)，不会接触边缘环或者反应腔侧壁的金属，所以不会与这些金属反应形成污染物，污染反应腔内的基片。
所述进气系统还包括环绕设置在所述介电窗500上的且靠近所述介电窗500边缘的用于形成所述反应气体缓存腔202的反应气体缓存腔壳体201。其与介电窗表面配合组成反应气体缓存腔202，所述第二进气通道203连通所述反应气体缓存腔202和反应室300。所述进气系统还包括反应气体源，与所述反应气体源连接的气体分离器100，其用于将所述反应气体源输出的反应气体分为两路，一路通过所述第一进气通道200输送至所述反应室300内，另一路输送至所述反应气体缓存腔202内部，通过所述第二进气通道203输送至所述反应室300内。
所述等离子体刻蚀装置还包括：若干个线圈(coil)600，其设置于所述介电窗500顶部且位于所述反应室300外部，并环绕所述第一进气通道200设置，所述可以是包含若干匝多边形的形状，也可以是包含若干匝同心圆的形状。在此不做限定，能产生感应电场即可。该线圈600可采用例如铜、铝、不锈钢等的导体构成。
射频电源(图中未示出)，所述射频电源外接所述线圈600，所述射频电源用于向所述线圈600内通入射频电流，以使所述线圈600产生变化的磁场，该变化的磁场可感应出电场，电场透过所述介电窗500使得通入所述反应室300内部的反应气体电离产生等离子体。
综上所述，本发明通过将等离子体刻蚀装置的进气系统中的侧壁进气通道设置在介电窗的边缘处，使得反应气体不经过边缘环内部，解决了由于反应气体是腐蚀性气体时对设置在边缘环内部放入侧壁进气通道腐蚀产生污染物，污染物随着反应气体进入反应室内，导致反应室内的晶圆被污染的问题。
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 (10)
1.一种等离子体刻蚀装置，其特征在于，包括：
反应室，用于容纳反应气体，
介电窗，其设置与所述反应室顶部；
边缘环，其固定于所述反应室和介电窗之间；
所述介电窗和边缘环用于真空密封所述反应室；
进气系统，其用于向所述反应室内通入反应气体，其包括
设置在所述介电窗的中心区域上的第一进气通道，和环绕设置在所述介电窗的边缘区域上的第二进气通道，所述第二进气通道使得反应气体从上向下穿过所述介电窗，被所述反应室内的边缘环阻挡后向反应室内中心区域扩散；
所述边缘环包括：连接段和延伸段，所述连接段位于所述反应室和介电窗之间，其一端分别与所述反应室侧壁顶部和介电窗密封连接，所述延伸段位于所述反应室内部，从连接段内侧向下延伸。
2.如权利要求1所述的等离子体刻蚀装置，其特征在于，还包括，用于固定待处理晶圆的静电卡盘，其位于所述反应室底部。
3.如权利要求2所述的等离子体刻蚀装置，其特征在于，所述连接段的另一端与所述介电窗之间具有缝隙，使得通过所述第二进气通道输送的反应气体沿所述缝隙流入所述反应室内部；所述延伸段围绕所述待处理晶圆上方的反应空间。
4.如权利要求1或2所述的等离子体刻蚀装置，其特征在于，
所述边缘环采用铝合金制成，其外表面涂覆有陶瓷材料。
5.如权利要求3所述的等离子体刻蚀装置，其特征在于，所述连接段的另一端与所述介电窗之间具有向所述反应室内倾的内倾角。
6.如权利要求4所述的等离子体刻蚀装置，其特征在于，所述边缘环采用阳极氧化的铝合金制成，并且其外表面涂覆有陶瓷材料。
7.如权利要求1所述的等离子体刻蚀装置，其特征在于，所述进气系统还包括环绕设置在所述介电窗上的且靠近所述介电窗边缘的反应气体缓存腔，所述第二进气通道连通所述反应气体缓存腔和反应室。
8.如权利要求7所述的等离子体刻蚀装置，其特征在于，
所述进气系统还包括反应气体源，与所述反应气体源连接的气体分离器，其用于将所述反应气体源输出的反应气体分为两路，一路通过所述第一进气通道输送至所述反应室内，另一路输送至所述反应气体缓存腔内部，通过所述第二进气通道输送至所述反应室内。
9.如权利要求1所述的等离子体刻蚀装置，其特征在于，还包括：若干个线圈，其设置于所述介电窗顶部且位于所述反应室外部，并环绕所述第一进气通道设置。
10.如权利要求8所述的等离子体刻蚀装置，其特征在于，还包括射频电源，所述射频电源外接线圈，所述射频电源用于向所述线圈内通入射频电流，以使所述线圈产生变化的磁场，该变化的磁场可感应出电场，电场透过所述介电窗使得通入所述反应室内部的反应气体电离产生等离子体。
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