CN1122117C - 带有沉积屏蔽板的等离子体反应器 - Google Patents

Abstract

一种反应器(20)，它包括一块防止从晶片(26)上，沿着视线路线溅射出来的材料，飞向和沉积在一个电极(32)，或将该电极(32)与该反应器(20)的反应腔连接起来的窗口(38)上的屏蔽板(50)。

Description

带有沉积屏蔽板的等离子体反应器

本案是1997年12月5日提出的、题为“带有沉积屏蔽板的等离子体反应器”的美国专利申请系列08/985730号的CIP申请。

技术领域

本发明涉及一种半导体处理反应器，具体地说，涉及一种可使材料从要处理的晶片上溅射出来的反应器。

背景技术

在包括但不限于蚀刻工艺的半导体制造工艺中，材料有从晶片上溅射出来，并沉积在反应器的包括但不限于冷却表面的各种表面上(例如反应器的壁面)的趋势。一般，电感耦合式等离子体(Inductively Coupled plasma)反应器的感应线圈形状的第一个电极，通过一般由石英制成的一个窗口，与反应器的腔连接。在这种结构中，从晶片溅射出来，并沿直视线运动的材料，可以冲击该反应器包括壁面和窗口在内的各种表面，并积累在这些表面上。由材料溅射和其他原因造成的这种材料沉积，对反应器的工作有不利影响。这些材料的积累意味着必需定期地关闭该反应器，清洁或更换反应器的各种表面。因此，需要最大限度地减小从晶片表面溅射出来，沉积在反应器壁面和窗口上的材料的影响。另外，也需要最大限度地减小由任何原因造成的沉积在反应器的壁面，窗口和其他表面上的材料的影响。

本发明是为了克服先前技术的缺点而提出的。具体地说，本发明可用于造成材料从晶片表面溅射出来的半导体晶片处理工作中。特别是，在具有通过一个能量传送窗口，与反应器腔连接的，感应线圈形状的电极的电感耦合式等离子反应器的情况下，由溅射和其他原因引起的、包括但不限于金属和其他材料的沉积，可能撞击该反应器窗口和积聚在窗口上，减小或抵消从该电感式电极感应的能量。

发明内容

因此，本发明的一个目的，是要提供一种机构，其中来自晶片的材料溅射不会减小或抵消由响应电极或任何其他电极感应的能量。

本发明的另一个目的是要提供一种可防止材料沉积在能量传送窗口或电极上的沉积屏蔽板。沉积可通过例如溅射，凝结等方式产生。

本发明还有一个目的是要提供一种可阻止从晶片表面溅射出来的材料，飞向电极和/或使电极与反应器腔连接的窗口的沉积屏蔽板。

本发明再有一个目的是要提供一种位于该晶片和电极或窗口之间的直视线或溅射路径上的沉积屏蔽板。

本发明还有一个目的是要提供一种在各次关闭维修和清洁之间的平均工作时间较长的反应器。

本发明还有一个目的是提供一种由可影响在反应器中形成的等离子体的特性的材料制成的屏蔽板。

本发明还有一个目的是要提供一种由导体和非导体，例如绝缘体中的一种材料制成的屏蔽板。

本发明还有一个目的是要提供一种可使电场穿过屏蔽板，从第一个腔延续至卡盘夹住晶片的第二个腔中的屏蔽板。

本发明还有一个目的是要提供一种(只是作为一个例子)由诸如铝，经过阳极氧化处理的铝，碳(石墨)和含有石墨的碳基化合物一类的导体制成的屏蔽板。

根据本发明的再一个目的，该屏蔽板由包括(仅作为一个例子)氧化铝、石英、聚四氟乙烯、delrin(均聚乙缩醛树脂)、尼龙、聚酰亚胺中的一种材料的绝缘体，和涂有一层有机化合物(一般为碳基化合物(塑料))的支承结构制成。

另外，本发明还有一个目的是要提供一种保护在第二个腔中夹在卡盘上的晶片，不会产生等离子体的屏蔽板。

根据本发明，提供一种电容性耦合反应器，其能产生等离子体以便对半导体晶片进行处理，所述反应器包括：

一个电极；

一个电容性耦合反应器腔；

一个适合于夹持一块晶片的卡盘，该卡盘放置在该反应器腔中；和

一个屏蔽件，位于该电容性耦合反应器腔中，并在卡盘和电极之间的视线路径上，以减小由晶片到所述电极的材料沉积效应；

其中，所述屏蔽件是所述电极的一个整体的部件或者所述屏蔽件与所述电极相邻设置；以及

所述屏蔽件包括多个间隔开的构件，适合于在其上沉积材料。

最好是，所述屏蔽板由导体和绝缘体之一构成。

最好是，所述屏蔽件是非导体，其允许磁场继续穿过该屏蔽件。

最好是，所述屏蔽板由氧化铝、石英、和碳基化合物中的一种材料制成。

最好是，所述屏蔽板由氧化铝、石英、硅、聚四氟乙烯、delrin、尼龙、聚酰亚胺中的一种材料，和涂敷一层有机化合物的支承结构制成。

最好是，所述屏蔽板由有机化合物制成。

最好是，所述电极为第一电极；所述第二电极位于所述腔的周边周围，并形成所述腔的周边；和第三个电极与该卡盘相邻设置。

最好是，所述多个隔开的构件包括多个隔栅。

最好是，所述多个隔开的构件包括多个叠置隔栅。

最好是，所述多个隔开的构件互相重叠。

本发明还提供一种屏蔽件，用于电容性耦合反应器中，其放置在要处理的晶片和一个电极之间的视线路径上，用于阻断从所述晶片朝向所述电极的材料路径，其中所述屏蔽件是所述电极的一个部分或者所述屏蔽件与所述电极相邻设置，所述屏蔽件包括多个隔栅。

最好是，包括与所述多个隔栅重叠的另外多个隔栅。

最好是，所述屏蔽件由导体和绝缘体之一构成。

最好是，所述屏蔽件由铝，经过阳极氧化处理的铝、碳和碳基化合物中的一种材料制成。

最好是，所述屏蔽板由氧化铝、石英、硅、聚四氟乙烯、delrin、尼龙、聚酰亚胺中的一种材料，和涂敷一层有机化合物的支承结构制成。

最好是，所述屏蔽板由有机化合物制成。

本发明还提供一种电感耦合式等离子体反应器，它包括：

一个用于产生等离子体的电极；

一个反应器腔；

一个将该电极与该反应器腔屏蔽起来的窗口；

一个用于夹持一块晶片，放置在该反应器腔中的卡盘；和

一块放在该反应器腔中，在该晶片和该窗口之间的视线路线上，用于最大限度地减小从晶片溅射出的材料沉积在该窗口上的屏蔽件；和

其中，所述屏蔽件为所述窗口的一部分或者所述屏蔽件放在靠近所述窗口的地方。

根据本发明，一种等离子体反应器包括一个用于产生等离子的电极和一反应器腔。反应器包括一卡盘，适合于夹住晶片，该卡盘位于反应器腔中。该反应器还包括一块放在该反应器腔中，在该晶片和电极之间的视线路径上的沉积屏蔽板。

根据本发明的另一个方面，该沉积屏蔽板包括多个通气缝或板条。

根据本发明的又一个方面，该沉积屏蔽板包括多个阻断该晶片和该电极之间的视线路径，以便阻断用包括，但不限于溅射法从该晶片除去的材料，飞向该电极的路径的重叠的通气缝或板条。

根据本发明的再一个方面，该等离子体反应器为一种电感耦合式等离子体反应器，它包括一个将电极与反应器腔屏蔽起来的窗口。该沉积屏蔽板可防止从晶片溅射出来的材料沉积在该窗口上，从而可防止减小或抵消从通过该窗口与反应器腔连接的感应电极感应的能量。

根据本发明的另一个方面，该屏蔽板由可影响等离子体特性的材料制成。

根据本发明的再一个方面，该屏蔽板由导体和绝缘体中的一种材料制成。

根据本发明的另一个方面，该等离子体反应器为一个具有三个电极的反应器，其第一个电极位于该反应器的顶部，第二个电极位于该反应器腔周边周围，第三个电极位于该反应器腔的底部，并带有夹持晶片的卡盘。该顶部，仅作为一个例子，可以包括一个电容耦合式电极。

根据本发明的再一个方面，特别是对于电感耦合式的等离子体反应器，设有一个防止该通过上述窗口与反应器腔连接的该电感式电极发出的能量减小或被抵消的装置。

根据本发明的另一个方面，该沉积屏蔽板可使ICP(电感耦合式等离子体)系统和ECR(电子回旋共振)系统有效地工作。

本发明的其他方面，目的和优点，从阅读下面的说明和附图中将会清楚。

附图说明

图1a，1b和1c表示一个包括有本发明的沉积屏蔽板实施例的，有代表性的电感耦合式等离子体反应器；

图2表示本发明的沉积屏蔽板的另一个实施例；

图3a和3b表示本发明的沉积屏蔽板的又一个实施例；

图4a，4b，4c和4d表示本发明的沉积屏蔽板的再一个实施例。

具体实施方式

图1a，1b和1c表示本发明的等离子体反应器20。这个具体实施例的等离子体反应器是电感耦合式等离子反应器。应当理解，本发明的精神也可用其他形式的反应器来实现，例如：ECR(电子回旋共振)，Helicon和其他ICP(电感耦合式等离子体)反应器以及电容耦合式反应器。因此，本发明可适用于能够进行多种工作，和使从晶片表面溅射出的材料，沉积至其他表面(例如，能量传送窗口)上的各种各样的反应器。本实施例的反应器20用于进行蚀刻处理。该反应器20包括一个壳体22和一个反应腔或蚀刻腔24。

晶片26放在带有底部电极28的一个卡盘上。该蚀刻腔24还包括一个侧面周边电极30，该电极30可以接地或由于在该腔24中产生的等离子体的作用，建立一个浮动电位。该反应器20包括一个上部电极32，在本实施例中，该上部电极包括一个感应线圈。

最好，该反应器20包括二个交流电源。第一个电源34与上部电极32连接，第二个电源36与底部电极28连接。上述二种连接的线路可以形成匹配的网络。另外，控制器40控制该第一个电源34和第二个电源36的工作顺序。在本实施例中，第一个电源34在兆赫范围内工作。虽然本发明也可以使用MHz和千兆赫(GHz)的其他频率，但最好是在大约13.56MHz下工作。第二个电源36最好在kHz范围内工作，最优的工作频率为大约450kHz，而一般是在小于大约500kHz的范围内工作。然而，第二个电源也可以在MHz范围内工作。另外，可以理解，离子能量是向着kHz范围增加的，而离子密度是向着MHz范围增加的。另外，加在晶片电极上的电能是从混合频率的电源来的，例如频率在kHz和MHz范围的电源，或者频率在kHz和GHz范围内的电源。本实施例还包括一个处理气体输入口42，和一个处理气体输出口44。虽然图1a，1b和1c所示的反应器的蚀刻腔顶部有泵送系统，但可以理解，本发明也可适用于在该反应器的其他不同位置上，具有处理气体输入口和输出口(包括但不限于在底部电极上的口)的其他反应器系统。

在邻近上述电感式上部电极32处，放置着一个能量传送窗口38。一般，该窗口38由石英或任何其他材料制成，以使通过上部电极32的感应线圈传输的能量与反应器的蚀刻腔24连接。

本发明还包括一块屏蔽板50，在本实施例中，该屏蔽板50包括多个与晶片26和底部电极28成一个斜交角放置的通气缝或板条52。该屏蔽板可防止从晶片溅射出的材料沉积在该能量传送窗口38上，因此，该上部电极32通过该窗口送出的能量不会减小或被抵消。从晶片上出来的材料的沉积可以由多个原因引起，例如：溅射、冷凝等。虽然，下面将讨论溅射的屏蔽问题，但这种屏蔽板可以防止由上述多种原因中的任何一种原因引起的材料沉积。

图1a所示的本实施例中，该屏蔽板50阻断了在从晶片26溅射出的材料，和该窗口38与上部电极32的感应线圈之间的、沿视线方向的溅射路径。该溅射屏蔽板50包括多个重叠的，用以阻挡从晶片26上溅射出的材料的通气缝52。在一个优选实施例中，该溅射屏蔽板50可由石英、陶瓷或适用于该反应器蚀刻腔的其他绝缘材料制成。该屏蔽板也可用导体制成。事实上，该溅射屏蔽板50类似于一组部分打开的软百叶帘。该溅射屏蔽板50可防止材料，具体说是金属薄膜的金属，从半导体晶片26上溅射出来和沉积在上述窗口38上。这种沉积的金属可以减少或抵消该上部电极32的感应线圈和该反应器蚀刻腔24之间的能量耦合。

从图1a中可看出，在这个优选实施例中，该屏蔽板50放置在贯穿该反应器蚀刻腔24的中间，以便形成一个产生等离子体的上腔51，和放置晶片与进行半导体处理的下腔53。

这样，可以看出，如图1a那样放置的基本上将该反应器的蚀刻腔分为一个上腔和一个下腔的屏蔽板，使该反应器工作起来很象是一个下游的反应器(downstream reactor)。这就是说，该屏蔽板在防止材料从晶片上溅射出来，并沉积在上述能量传送窗口38上的同时，该屏蔽板还可保护该晶片不受可能损坏该晶片的等离子体的一些负面因素的影响。

图1b表示图1a所示的本发明的另一个实施例。在这个实施例中，沉积屏蔽板放在该窗口38附近。在这个实施例中，该屏蔽板50放在通常形成等离子体的腔的上面，因此，不会妨碍等离子体的形成。另外，该屏蔽板可防止或大大减少从晶片溅射出的材料，沉积在该窗口38上，而这种材料的沉积会减少或抵消该上部电极通过该窗口发出的能量。从图1b可看出，该屏蔽板50包括多个通气缝57，59。通气缝57，从上部电极32的感应线圈中心，向左倾斜；而通气缝59则从该上部电极32的感应线圈的中心，向右倾斜。

图1c表示本发明的又一个实施例。在这个实施例中，该沉积屏蔽板50与该窗口38结合在一起。当该窗口由石英制成，并且沉积屏蔽作用是通过直接在该窗口38上作出多个槽来实现，而且这些槽的方向与图1b所示的通气缝57和59之间的空气方向相同时，就可将上述屏蔽板放置在上述窗口中。另外，还可以直接将该沉积屏蔽板沉积在该窗口38上，形成一个与图1c所示的上述槽直接作在该窗口38的材料上的结构很相似的结构。另外，仅作为一个例子，该石英制的窗口38上可以沉积一层氧化铝，形成(例如)可起沉积屏蔽板作用的多个微型的通气缝。另外，应当理解，在该窗口上可以沉积其他的图形，以形成该沉积屏蔽板，而这些都包括在本发明的精神和范围内。这些图形会使该窗口38的一些部分，不在从晶体26上溅射出来的材料视线方向上。

本发明的沉积屏蔽板的另一个实施例55表示在图2中。该沉积屏蔽板55分别包括多个单个通气缝或板条58和60的第一个分布路径54和第二个分布路径56。该板条的第一和第二个分布路径54，56与晶片26平行。第一个分布路径54上的板条58，与第二个分布路径56上的板条60的末端重叠。屏蔽板的这种结构，可以防止沿着视线方向溅射出来的，或由其他原因造成的飞出的材料，撞击该窗口38和沉积在该窗口38上；或者，在电容耦合式的等离子体反应器情况下，撞击上部电极和沉积在上部电极上。图2所示的屏蔽板实施例，可放置在图1a，1b和1c所示的三个位置中的任何一个位置上。

图3a和3b表示本发明的屏蔽板的又一个实施例70。该屏蔽板分别包括上述通气缝或板条76、78的第一种分布路径72和第二个分布路径74。该第一种分布路径72包括多个互相平行和相对于晶片26在一个方向上倾斜的通气缝或板条76。该第二种分布路径74包括多个互相平行，和相对于半导体晶片26，在另一个方向倾斜的通气缝或板条78。在图3a所示的优选实施例中，上述板条的第一种分布路径72，倾斜大约45°的一个锐角；而第二种分布路径74则倾斜大约135°一个钝角。板条76，78的末端互相重叠。

图3b表示屏蔽板70的另一个实施例。该屏蔽板70包括与图1b所示的通气缝或板条有些相似的通气缝或板条的第一种分布路径72和第二种分布路径74。即：第一种分布路径72包括方向向左的通气缝76和方向向右的通气缝77的二种通气缝或板条76和77。第二种分布图线74包括方向向右的通气缝78和方向向左的通气缝79二种通气缝或板条78和79。

在图4a，4b，4c和4d所示的本发明的又一个实施例中，屏蔽板80分别包括通气缝或板条86和88的第一种分布路径82和第二种分布路径84。从侧视图看的图8a所示的分布路径与图1所示的分布路径相似，它由多个与底部电极28倾斜一个锐角的平行的通气缝或板条组成。再从图4b和4c可看出，通气缝的形状比较特殊，在一些区域上材料去掉了，形成在通气缝86上的多个小舌片90和在通气缝88上的多个小舌片92。在小舌片90之间形成空间94，空间94被另一些通气缝88的小舌片92堵塞或屏蔽起来。同样，在小舌片92之间形成空间96，这些空间96被上述通气缝86的小舌片90屏蔽。因此，图4a，4b，4c表示了一种沉积屏蔽板，该屏蔽板具有多个可使蚀刻剂和其他处理气体，从图1a所示的反应器上腔扩散至下腔去的通道，这样，这些蚀刻剂和其他处理气体可与晶体产生反应。

再参见图4d，该屏蔽板包括通气缝或板条的第一种分布路径82和第二种分布路径84。第一种分布路径82包括板条86，87；而第二种分布路径84包括板条88，89。如同图1b所示的实施例一样，板条86的方向向左，而板条87的方向向右。另外，板条88的方向向左，板条89的方向向右。这种结构对防止溅射出的材料沉积在能量传送窗口38上是有利的。

为了不妨碍在其下面的反应器腔中的等离子体的形成，和保护该窗口，不致减小或抵消通过该窗口的能量耦合，图4a和4b所示的屏蔽板80可放置在靠近该窗口的地方，或放入该窗口中。

上述图1～图4d表示了本发明的屏蔽板的不同形式。应该知道，该屏蔽板会磨损，因此要设计成可更换的，如同反应器的一个或多个电极一样。

在上述所有实施例中，屏蔽板(例如屏蔽板50)可由不同的材料制成，例如导体和非导体(例如绝缘体)，以便形成等离子体。当屏蔽板50由导体制成时，由反应器电极产生的电场不穿透该屏蔽板，因此，只在图1a所示的反应器的上腔51中，而不在下腔53中形成电场。调节二个腔中的压力和温度，以及电极相对于反应器下腔的频率，可以影响所形成的等离子体。

图1a所示的屏蔽板可将上腔51中产生的等离子体隔离起来。使用这种屏蔽板可阻止在反应器上腔产生的带电离子和紫外线辐射，损坏夹在反应器的下腔中的卡盘中的晶片。该屏蔽板可使在反应器上腔51中产生的等离子体，不参与在反应器下腔53中进行的蚀刻工作。这种结构与下游式蚀刻反应器(downstream etch reactor)相似，在这种下游式蚀刻反应器中，所产生的等离子体离实际的蚀刻场所很远，以便避免带电离子和诸如紫外线辐射一类的辐射损坏晶片。

采用放置在邻近上述窗口38处的由导体制成的屏蔽板50(图1b)时，等离子体在该沉积屏蔽板50下面的一个主腔57中产生。因为等离子体是在屏蔽板下面形成的，因此，该屏蔽板不会妨碍等离子体的形成。这样，晶片26上的等离子体密度不会减小。

导电的屏蔽板，作为一个例子，可由诸如铝、经过阳极氧化处理的铝一类金属，或碳(石墨)，或含有石墨的碳基化合物，或任何其他不会污染晶片的导体制成。

另外，图1a所示的屏蔽板可由将该反应器的下腔与等离子体屏蔽起来的绝缘体制成。这种绝缘的屏蔽板使该反应器的工作，如同一个下游式蚀刻器一样。

另外，图1b和1c所示的屏蔽板也可由绝缘材料制成。又，放在邻近上述能量传送窗口处的绝缘屏蔽板(如图1b所示)，可以结合在该窗口中，如图1c所示。

该绝缘屏蔽板可由诸如，氧化铝、石英、硅、聚四氟乙烯、delrin、尼龙、聚酰亚胺和碳基化合物(塑料)一类材料，及其他有机材料制成。此外，为了形成屏蔽板，可用有机材料覆盖在一个无机材料制成的支承结构上。

当任何一种屏蔽板磨损时，都可用新的屏蔽板更换该屏蔽板。

本发明的目的是要提供一种可保证从晶片溅射出来的材料的沉积，不会降低或抵消与一个电极连用的能量传送窗口的有效性，和/或广义地说，该反应器的有效性的屏蔽板。该电极可用于(例如)在反应器中形成等离子体。

本发明的其他特点、方面和目的从附图中可以知道。

应当理解，在本发明的精神和范围内，本发明还可以有其他的实施例。

Claims (17)

1.一种电容性耦合反应器，其能产生等离子体以便对半导体晶片进行处理，所述反应器包括：

一个电极；

一个电容性耦合反应器腔；

一个适合于夹持一块晶片的卡盘，该卡盘放置在该反应器腔中；和

一个屏蔽件，位于该电容性耦合反应器腔中，并在卡盘和电极之间的视线路径上，以减小由晶片到所述电极的材料沉积效应；

其中，所述屏蔽件是所述电极的一个整体的部件或者所述屏蔽件与所述电极相邻设置；以及

所述屏蔽件包括多个间隔开的构件，适合于在其上沉积材料。

2.如权利要求1所述的反应器，其中，所述屏蔽板由导体和绝缘体之一构成。

3.如权利要求1所述的反应器，其中，所述屏蔽件是非导体，其允许磁场继续穿过该屏蔽件。

4.如权利要求3所述的反应器，其中，所述屏蔽板由氧化铝、石英、和碳基化合物中的一种材料制成。

5.如权利要求1所述的反应器，其中，所述屏蔽板由氧化铝、石英、硅、聚四氟乙烯、delrin、尼龙、聚酰亚胺中的一种材料，和涂敷一层有机化合物的支承结构制成。

6.如权利要求1所述的反应器，其中，所述屏蔽板由有机化合物制成。

7.如权利要求1所述的反应器，其中，

所述电极为第一电极；

所述第二电极位于所述腔的周边周围，并形成所述腔的周边；和

第三个电极与该卡盘相邻设置。

8.如权利要求1所述的反应器，其中，所述多个隔开的构件包括多个隔栅。

9.如权利要求1所述的反应器，其中，所述多个隔开的构件包括多个叠置隔栅。

10.如权利要求1所述的反应器，其中，所述多个隔开的构件互相重叠。

11.一种屏蔽件，用于电容性耦合反应器中，其放置在要处理的晶片和一个电极之间的视线路径上，用于阻断从所述晶片朝向所述电极的材料路径，其中所述屏蔽件是所述电极的一个部分或者所述屏蔽件与所述电极相邻设置，所述屏蔽件包括多个隔栅。

12.如权利要求11所述的屏蔽件，其中，包括与所述多个隔栅重叠的另外多个隔栅。

13.如权利要求11所述的屏蔽件，其中，所述屏蔽件由导体和绝缘体之一构成。

14.如权利要求11所述的屏蔽件，其中，所述屏蔽件由铝，经过阳极氧化处理的铝、碳和碳基化合物中的一种材料制成。

15.如权利要求11所述的屏蔽件，其中，所述屏蔽板由氧化铝、石英、硅、聚四氟乙烯、delrin、尼龙、聚酰亚胺中的一种材料，和涂敷一层有机化合物的支承结构制成。

16.如权利要求11所述的屏蔽件，其中，所述屏蔽板由有机化合物制成。

17.一种等离子体反应器，它包括：

一个用于产生等离子体的电极；

一个反应器腔；

一个将该电极与该反应器腔屏蔽起来的窗口；

一个用于夹持一块晶片，放置在该反应器腔中的卡盘；和

一块放在该反应器腔中，在该晶片和该窗口之间的视线路线上，用于最大限度地减小从晶片溅射出的材料沉积在该窗口上的屏蔽件；和

其中，所述屏蔽件为所述窗口的一部分或者所述屏蔽件放在靠近所述窗口的地方。

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