CN111403256B - 半导体工艺装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种半导体工艺装置。该半导体工艺装置包括：工艺腔室、等离子体源、以及设置在工艺腔室内的调压组件及匀流组件；工艺腔室内形成有反应腔，反应腔内设置有用于承截晶圆的卡盘；调压组件设置于工艺腔室的顶板上，等离子体源通过调压组件与反应腔连通设置，用于产生等离子体；调压组件用于在等离子体源与反应腔之间形成压力梯度；匀流组件设置于反应腔顶部；匀流组件包括匀流板，匀流板设置于反应腔内且位于卡盘的上方，匀流板与卡盘之间的间距可调节设置。本申请实施例可以使等离子体气流更加均匀，不但能提高工艺均匀性和速率，也可减少本申请实施例的运行成本。

Description

半导体工艺装置

技术领域

本申请涉及半导体加工技术领域，具体而言，本申请涉及一种半导体工艺装置。

背景技术

目前，在集成电路(IC)的及半导体制造工艺中，去胶机(Stripper or Asher)通常与金属刻蚀机配合使用，晶圆在金属刻蚀机中经过刻蚀后，会进入去胶机中去除残余光刻胶。随着集成电路的发展，半导体晶圆的刻蚀和去胶速率、刻蚀和去胶的均匀性要求越来越高，以提高芯片制造效率和良品率。尤其是随着晶圆面积增大，速率和均匀性的控制就显得更加重要。

现有技术中的去腔机一般采用远程等子体源向工艺腔室的反应腔内输送等子体源，并且在反应腔内设置有匀流板(Showerhead)，等离子体在经过匀流板后速度骤减，低速状态的等离子体更容易复合，从而对化学反应产生不利影响，降低了去胶速率。另外很大部分气体从晶圆边缘被抽走也造成了中心区域相对于边缘区域去胶速率低，损失了去胶均匀性，而且也造成了工艺气体的浪费，增加了运行成本。

发明内容

本申请针对现有方式的缺点，提出一种半导体工艺装置，用以解决现有技术存在工艺均匀性较差以及工艺效率较低的技术问题。

第一个方面，本申请实施例提供了一种半导体工艺装置，用于对晶圆进行除胶工艺，包括：工艺腔室、等离子体源、以及设置在所述工艺腔室内的调压组件及匀流组件；所述工艺腔室内形成有反应腔，所述反应腔内设置有用于承截晶圆的卡盘；所述调压组件设置于所述工艺腔室的顶板上，所述等离子体源通过所述调压组件与所述反应腔连通设置，用于产生等离子体；所述调压组件用于在所述等离子体源与所述反应腔之间形成压力梯度；所述匀流组件设置于所述反应腔顶部；所述匀流组件包括匀流板，所述匀流板设置于所述反应腔内且位于所述卡盘的上方，所述匀流板与所述卡盘之间的间距可调节设置。

于本申请的一实施例中，所述匀流组件还包括有调节板，所述调节板的底部与所述匀流板的边缘连接，所述调节板的顶部与所述工艺腔室的侧壁连接，通过调整所述调节板的高度尺寸以调节所述匀流板与所述卡盘之间的间距。

于本申请的一实施例中，所述匀流组件还包括有法兰，所述法兰的内缘与所述调节板的顶部连接，并且所述法兰设置于所述工艺腔室的侧壁与顶板之间。

于本申请的一实施例中，所述匀流板与所述卡盘之间的间距的取值范围为30～100毫米。

于本申请的一实施例中，所述匀流板厚度方向上开设有多个贯穿所述匀流板、且均布的匀流孔，多个所述匀流孔的孔径由所述匀流板的中心至边缘依次递增。

于本申请的一实施例中，多个所述匀流孔包括多个第一通孔及多个第二通孔，多个所述第一通孔位于所述匀流板中部设置，且所述第一通孔的轴线与所述匀流板的轴线之间呈一夹角；所述第二通孔围绕所述第一通孔设置，且多个所述第二通孔的轴线与所述匀流板的轴线平行设置。

于本申请的一实施例中，所述夹角取值范围为30°～60°。

于本申请的一实施例中，多个所述第一通孔的孔径为2～5毫米，多个所述第二通孔的孔径为8～25毫米。

于本申请的一实施例中，所述调压组件包括有孔板，且所述孔板的孔径为8～12毫米；所述工艺腔室的顶板上开设有安装孔，所述孔板一体形成于所述安装孔内。

于本申请的一实施例中，所述调压组件还包括连接套筒及孔板，所述连接套筒内一体形成有所述孔板；所述工艺腔室的顶板上开设有安装孔，所述连接套筒与所述安装孔密封连接。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：

本申请实施例通过设置调压组件，使得反应腔与等离子体源之间具有不同的压力梯度，从而可以保证等离子体源持续稳定工作的同时，还确保反应腔执行工艺时的压力，从而提高本申请实施例工艺的稳定性。在反应腔内设置有匀流组件，通过调整匀流板与卡盘及晶圆之间的间距，使等离子体在经过匀流组件后速度不会骤减，最大程度降低等离子体复合率，从而使工艺气体更易发生化学反应，从而可以降低工艺气体的浪费；并且还可以优化等离子体的流场，从而使等离子体气流更加均匀，不但能提高去胶均匀性和速率，还可减少本申请实施例的运行成本。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例提供的一种半导体工艺装置的剖视示意图；

图2A为本申请实施例提供的一种匀流组件的俯视示意图；

图2B为本申请实施例提供的一种匀流组件的剖视示意图；

图3A为本申请实施例提供的一种调压组件与工艺腔室配合的剖视示意图；

图3B为本申请实施例提供的一种调压组件的立体示意图；

图4为本申请实施例提供的一种调压组件形成压力梯度的仿真结果示意图；

图5A-5C为本申请实施例提供的一种匀流板与卡盘之间不同间距的流场趋势的仿真结果示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。

本申请实施例提供了一种半导体工艺装置，该半导体工艺装置的结构示意图如图1所示，包括：工艺腔室1、等离子体源2、以及设置在工艺腔室1内的调压组件3及匀流组件4；工艺腔室1内形成有反应腔11，反应腔11内设置有用于承截晶圆的卡盘12；调压组件3设置于工艺腔室1的顶板15上，等离子体源2通过调压组件3与反应腔11连通设置，用于产生等离子体；调压组件3用于在等离子体源2与反应腔11之间形成压力梯度；匀流组件4设置于反应腔11顶部；匀流组件4包括匀流板41，匀流板41设置于反应腔11内且位于卡盘12的上方，匀流板41与卡盘12之间的间距可调节设置。

如图1所示，半导体工艺装置具体可以是去胶机，用于对晶圆执行除胶工艺。工艺腔室1内形成有反应腔11，卡盘12位于反应腔11内用于承载晶圆(图中未示出)，工艺腔室1的底板上还设置有两个对称设置抽气口13，用于在执行工艺时将反应腔11内工艺气体及工艺副产物抽出。等离子体源2可以是远程等离子体源。等离子体源2包括微源波21及输送管22，微源波21可以设置于工艺腔室1的顶部，其通过输送管22与工艺腔室1的顶板15连接，工艺腔室1的顶板15上设置有调压组件3，输送管22通过调压组件3与反应腔11连通设置，微源波21用于向反应腔11内输送等离子体。由于执行去胶工艺时反应腔11内需要具有一定的工艺压力，一般为几百mTorr(毫托，1托＝133.32帕)，而等离子体源2输送等离子体时也需要具有压力，一般为2-8Torr(托，1托＝133.32帕)，调压组件3可以使得输送管22与反应腔11内产生压力梯度，即使得输送管22与反应腔11内之间产生不同的压力差。匀流组件4设置于卡盘12的上方，匀流组件4的匀流板41与卡盘12之间的间距可调节设置，匀流板41与卡盘12及晶圆的间距可调整设置，可以得到不同的气流均匀性，实现对应不同的晶圆及工艺，通过调整上述间距可以有效提高去胶速率及去胶的均匀性。

本申请实施例通过设置调压组件，使得反应腔与等离子体源之间具有不同的压力梯度，从而可以保证等离子体源持续稳定工作的同时，还确保反应腔执行工艺时的压力，从而提高本申请实施例工艺的稳定性。在反应腔内设置有匀流组件，通过调整匀流板与卡盘及晶圆之间的间距，使等离子体在经过匀流组件后速度不会骤减，最大程度降低等离子体复合率，从而使工艺气体更易发生化学反应，从而可以降低工艺气体的浪费；并且还可以优化等离子体的流场，从而使等离子体气流更加均匀，不但能提高去胶均匀性和速率，还可减少本申请实施例的运行成本。

需要说明的是，本申请实施例并不限定半导体工艺装置的具体类型，例如其可以用于对晶圆执行刻蚀工艺，只要半导体工艺装置需要与远程等离子体源均可以应用上述技术方案。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。

于本申请的一实施中，匀流组件4还包括有调节板42，调节板42的底部与匀流板41的边缘连接，调节板42的顶部与工艺腔室1的侧壁14连接，通过调整调节板42的高度尺寸以调节匀流板41与卡盘12之间的间距。可选地，匀流板41与卡盘12之间的间距的取值范围为30～100毫米。

如图1至图2B所示，匀流板41可以采用金属制成的圆形板状结构，匀流板41的周缘可以沿轴向延伸设置以形成调节板42，即调节板42可以呈圆筒形结构且与匀流板41一体成型设置，调节板42的顶部可以与工艺腔室1的侧壁14连接，使得等离子体先进入匀流组件4内，由匀流组件4对等离子体进行匀流调节后进入反应腔11内，对卡盘12上的晶圆执行工艺。调节板42设置有不同的高度，从而实现调整匀流板41与卡盘12及晶圆之间的间距。可选地，调节板与匀流板采用分体式设置，通过更换不同高度的调节板同样能实现上述调节作用。可选地，调节板与还可设置为内外套设的套筒结构，位于下方的套筒与匀流板一体设置或分体设置，内外套向之间可以采用螺纹连接，通过旋转位于下方的套筒来实现调节板的高度调节；进一步，内外套筒之间光滑接触，通过一伸缩机构来实现调节板的高度调节。采用上述设计，通过调整匀流板41与卡盘12之间的间距，例如该间距可以是30毫米、40毫米、50毫米、75毫米、90毫米或者100毫米。当匀流板41距离卡盘12较近，在对在晶圆执行工艺时，从而最大程度降低等离子体复合率，从而使工艺气体与光刻胶更易发生化学反应，从而有效提高去胶速率，并且调整间距的数值还可以优化流场，使气流更加均匀以减少工艺气体浪费。另外通过调节上述间距，还可以减少等离子体被从卡盘12边缘抽走，从而进一步降低工艺气体的浪费，进而提高了均匀性和速率。

需要说明的是，本申请实施例并不限匀流板41与调节板42的具体方式，例如两者可以为一体成型结构以使得匀流组件4结构简单，或者两者也可以采用分体式结构以便于拆装维护。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。

于本申请的一实施例中，如图1至图2B所示，匀流组件4还包括有法兰43，法兰43的内缘与在调节板42的顶部连接，并且法兰43设置于工艺腔室1的侧壁14与顶板15之间。工艺腔室1的侧壁14顶部可以设置有安装槽，法兰43一体成形于调节板42的顶部，法兰43可以嵌入侧壁14的安装槽内，法兰43通过紧固件16与侧壁14连接，工艺腔室1的顶板15盖合于匀流组件4及工艺腔室1的侧壁14上。采用上述设计，由于采用一体设置的法兰43，可以使得本申请实施例结构简单，从而可有效提高拆装维护的效率。

于本申请的一实施例中，匀流板41厚度方向上开设有多个贯穿匀流板41、且均布的匀流孔44，多个匀流孔44的孔径由匀流板41的中心至边缘依次递增。

如图2A至图2B所示，匀流板41上均匀分布多个匀流孔44，等离子体通过多个匀流孔44后进入反应腔11内。多个匀流孔44的孔径可以由匀流板41的中心至边缘依次递增，即越靠近匀流板41中心的匀流孔44的孔径越小，而越靠近匀流板41边缘的匀流孔44的孔径越大。由于匀流板41圆心区的等离子体在气流较大，因此采用上述设计，使等离子体的气流均匀的进入反应腔11，从而可以进一步提高工艺的均匀性及效率。

于本申请的一实施例中，多个匀流孔44包括多个第一通孔441及多个第二通孔442，多个第一通孔441位于匀流板41中部设置，且第一通孔441的轴线与匀流板41的轴线之间呈一夹角；第二通孔442围绕第一通孔441设置，且多个第二通孔442的轴线与匀流板41的轴线平行设置。可选地，夹角取值范围为30°至60°。

如图2A至2B所示，多个第一通孔441圈绕匀流板41圆心呈圆周状设置，并且第一通孔441的轴线与匀流板41的轴线呈一夹角。具体来说，第一通孔441上部靠近匀流板41的圆心设置，而下部可以远离匀流板41的圆心设置，第一通孔441的轴线与匀流板41的轴线之间的夹角可以是30至60度之间的任意一数值。采用该设计可以将等离子体气流从匀流板41的中心导引至四周运动，从而进一步提高气流的均匀性。多个第二通孔442采用直孔，即第二通孔442的轴线与匀流板41的轴线平行设置，采用该设计可以进一步提高等离子体气流速度及均匀性，从而进一步降低等离子体复合率，进而进一步提高工艺的效率及均匀性。

于本申请的一实施例中，多个第一通孔441的孔径为2～5毫米，多个第二通孔442的孔径为8～25毫米。多个第一通孔441的孔径可以是2毫米、3毫米、4毫米、5毫米的任意一个或组合；而多个第二通孔442的孔径可以是8毫米、13毫米、16毫米、19毫米、21毫米、25毫米的任意一个或组合。第一通孔441及第二通孔442设置不同的孔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，可以有效缩短等离子体在匀流组件4内的时间，从而可以进一步的降低等离子体的复合概率，进而可以进一步提高等离子体的透过率，有效提高工艺的均匀性及效率。

于本申请的一实施例中，如图1所示，调压组件3包括有孔板31，且孔板的孔径为8～12毫米；工艺腔室1的顶板15上开设有安装孔17，孔板31一体形成于安装孔17内。采用上述设计，由于孔板31一体形成于工艺腔室1的顶板15，可以使得本申请实施例结构更加简单，从而有效降低生产及维护成本。孔板31的孔径可以是8～12毫米之间的任意一个，当等离子体经过孔板31时，会产生气流阻力，即在孔板31的上下会形成压力梯度。结合参照图4所示，经过相关模拟计算和实际测试，孔板31配合匀流组件4可形成等离子体源2和工艺腔室1之间的不同压力梯度，即当工艺腔室压力范围为500-1000mTorr时，调压组件可使等离子体源内的压力范围在2-8Torr内，由此等离子体源2和工艺腔室1之间的压力梯度形成。

于本申请的一实施中，如图3A及图3B所，调压组件3还包括连接套筒32及孔板31，连接套筒32内一体形成有孔板31；工艺腔室1的顶板15上开设有安装孔17，连接套筒32与安装孔17密封连接。连接套筒32为中空结构，孔板31可以一体形成于连接套筒32内，连接套筒32的纵向剖示图中可以呈“T”字结构，连接套筒32可以卡合设置于顶板15的安装孔17内，输送管22与顶板15之间可以安装有密封环(图中未示出)在实现密封连接的同时，还可以避免调压组件3轴向移动。采用上述设计，调压组件3一体成型设计，可以使得本申请实施例结构简单，并且可以提高拆装维护效率，进一步的还降低调压组件的制造成本。

如图1、图5A至图5C所示，匀流板41和卡盘12及晶圆之间的距离是非常重要的一个参数。本申请实施中的间距可通过更换不同高度的调节板42得以调节。如果使用相同容积的工艺腔室1、相同的调压组件3、相同孔径和孔分布的匀流组件4，通过调节匀流板41与卡盘12之间的不同间距，会在卡盘12和晶圆表面获得不同的气流速率和气流分布。图5A至图5C中示出为在不同间距值状态下的气流仿真结果，具体间距值的变化趋势为由图5A至图5C逐渐变大。通过仿真结果可知，随着间距值的增大，越来越多的工艺气体被从边缘抽走，但晶圆上工艺气体的速度差异越来越小。但间距超过某个值时，随着间距值的增大，晶圆上的气体速度差异又会越来越大，具体来说，图5A中所示气流速度范围约为0.1-2m/s(米/秒)，图5B所示气流速度范围约为0.2-1.6m/s，图5C所示气流速度范围约为0.3-1.2m/s。通过对各相关参数的模拟计算，可优化出合适的气流速率和均匀性。

应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：

本申请实施例通过设置调压组件，使得反应腔与等离子体源之间具有不同的压力梯度，从而可以保证等离子体源持续稳定工作的同时，还确保反应腔执行工艺时的压力，从而提高本申请实施例工艺的稳定性。在反应腔内设置有匀流组件，通过调整匀流板与卡盘及晶圆之间的间距，使等离子体在经过匀流组件后速度不会骤减，最大程度降低等离子体复合率，从而使工艺气体更易发生化学反应，从而可以降低工艺气体的浪费；并且还可以优化等离子体的流场，从而使等离子体气流更加均匀，不但能提高去胶均匀性和速率，还可减少本申请实施例的运行成本。

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。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种半导体工艺装置，用于对晶圆进行除胶工艺，其特征在于，包括：工艺腔室、等离子体源、以及设置在所述工艺腔室内的调压组件及匀流组件；

所述工艺腔室内形成有反应腔，所述反应腔内设置有用于承截晶圆的卡盘；

所述调压组件设置于所述工艺腔室的顶板上，所述等离子体源通过所述调压组件与所述反应腔连通设置，用于产生等离子体；所述调压组件用于在所述等离子体源与所述反应腔之间形成压力梯度；

所述匀流组件设置于所述反应腔顶部；所述匀流组件包括匀流板，所述匀流板设置于所述反应腔内且位于所述卡盘的上方，所述匀流板与所述卡盘之间的间距可调节设置。

2.如权利要求1所述的半导体工艺装置，其特征在于，所述匀流组件还包括有调节板，所述调节板的底部与所述匀流板的边缘连接，所述调节板的顶部与所述工艺腔室的侧壁连接，通过调整所述调节板的高度尺寸以调节所述匀流板与所述卡盘之间的间距。

3.如权利要求2所述的半导体工艺装置，其特征在于，所述匀流组件还包括有法兰，所述法兰的内缘与所述调节板的顶部连接，并且所述法兰设置于所述工艺腔室的侧壁与顶板之间。

4.如权利要求2所述的半导体工艺装置，其特征在于，所述匀流板与所述卡盘之间的间距的取值范围为30～100毫米。

5.如权利要求1所述的半导体工艺装置，其特征在于，所述匀流板厚度方向上开设有多个贯穿所述匀流板、且均布的匀流孔，多个所述匀流孔的孔径由所述匀流板的中心至边缘依次递增。

6.如权利要求5所述的半导体工艺装置，其特征在于，多个所述匀流孔包括多个第一通孔及多个第二通孔，多个所述第一通孔位于所述匀流板中部设置，且所述第一通孔的轴线与所述匀流板的轴线之间呈一夹角；所述第二通孔围绕所述第一通孔设置，且多个所述第二通孔的轴线与所述匀流板的轴线平行设置。

7.如权利要求6所述的半导体工艺装置，其特征在于，所述夹角取值范围为30°～60°。

8.如权利要求6所述的半导体工艺装置，其特征在于，多个所述第一通孔的孔径为2～5毫米，多个所述第二通孔的孔径为8～25毫米。

9.如权利要求1至8的任一所述的半导体工艺装置，其特征在于，所述调压组件包括有孔板，且所述孔板的孔径为8～12毫米；所述工艺腔室的顶板上开设有安装孔，所述孔板一体形成于所述安装孔内。

10.如权利要求1至8的任一所述的半导体工艺装置，其特征在于，所述调压组件还包括连接套筒及孔板，所述连接套筒内一体形成有所述孔板；所述工艺腔室的顶板上开设有安装孔，所述连接套筒与所述安装孔密封连接。

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