CN1394351A - 用于半导体蚀刻室的内衬 - Google Patents

Abstract

提供了一种保护用于制造半导体的室内部和圆顶内部的内衬。该内衬能够保护圆顶和室不受由产生等离子体场和干蚀刻过程的副产物引起的腐蚀。另外，本发明描述的内衬在产生等离子体场所诱发的条件下有很长的使用寿命。

Description

用于半导体蚀刻室的内衬

发明领域

本发明涉及圆顶内衬和室内衬，用于涉及半导体设备干蚀刻的工艺。

发明背景

使用具有圆顶形陶瓷或铝顶盖及铝侧壁和铝底壁的室的干蚀刻工艺，部分地用于生产半导体晶片。干蚀刻工艺使用等离子体状态气体对未经保护的半导体晶片表面进行化学和物理腐蚀。使用的混合气体，以及其它变量如电功率和压力设置，将会改变侵蚀性和对半导体表面和室内部腐蚀的均匀性。室中充以气体，半导体晶片放置于室内。然后用等离子体场离子化气体，从而使气体具有活性来蚀刻室内部的晶片。等离子体场通常由气体化合物的化学活性种构成，如氟气、氧气和氯气。选择气体化合物的确切混合物以平衡各个单独气体的功能，以达到期望的蚀刻活性。蚀刻可能导致蚀刻副产物的生成，副产物如果不除去，将会最终接触和损害室内的晶片。这些副产物还可能损害蚀刻室的内壁和顶盖。

据报导一种薄壁、无缝的聚合物内衬紧贴放置于室内部，从而覆盖室的铝壁，以将蚀刻副产物从半导体设备上带走。Sakai等的日本专利申请10-150137，1999年5月16日，使用了一种薄聚合物内衬来保持蚀刻工艺中室表面温度均匀，该Sakai等的专利申请报导了通过将副产物沉积到室内部的聚合物内衬表面来将蚀刻副产物从半导体晶片上转移出去的方法。据报导该聚合物内衬很薄，厚度为2.0mm或更小，使得室内部的温度可以精确地由安置于室外部的冷却装置来调节。如Sakai等的专利申请所报导的，壁厚大于2.0mm的内衬将使室内部的物质与外部的冷却装置隔绝，从而使得室表面温度在蚀刻过程中升高。基于此原因，较高的表面温度会减少副产物在聚合物内衬表面的沉积。

Sakai等的专利申请报导了一种解决副产物从置于室内部的半导体设备上移走这一问题的方法，然而，其它与蚀刻相关的问题依然存在。室内产生的气体可以是高毒性的，并且如果室的密封性不理想的话，还可能逸出。因此需要一种能够保护室壁和顶盖不受气体损害的设备。该设备应该有较长的使用寿命，并可以经受许多小时的每项单独操作。因为室组件的移出和更换会减缓生产过程，并显著地增加生产成本。

鉴于以上叙述，开发了一种用于蚀刻半导体设备的室内部的内衬，它具有很长的使用寿命，并保护室不受腐蚀。

发明概述

在一方面，本发明涉及圆顶和室的内衬，它们可以在许多干蚀刻工艺中使用，同时保护室的顶盖和内壁。本发明的内衬由高性能树脂制备，具有大于2.0mm的壁厚，优选介于3mm到8mm。高性能树脂的特征是在高温(大于100℃)下是稳定的，抗磨损，抗等离子体和抗氧化应力，并且具有空间稳定性，即不趋向于蠕变或变形。内衬的使用寿命与内衬的厚度直接相关。本发明的圆顶内衬适于半导体生产中使用的干蚀刻设备室的内部顶盖，并且包含高性能树脂。

在另一方面，本发明涉及室的内衬，它们适于半导体生产中使用的干蚀刻设备室的内壁，所述内衬包含高性能树脂，并且具有大于2.0mm的壁厚。

本发明还涉及一种包含本发明圆顶内衬的干蚀刻设备的室。该圆顶内衬适于室的内部顶盖。该室还可以包括本发明的室内衬。

就本发明而言，在此使用下述术语：

“圆顶内衬”指的是一种覆盖物，用于覆盖室顶盖的内部部分。

“室内衬”指的是一种覆盖物，用于覆盖室的内部侧壁。

用于干蚀刻室顶盖内部部分的内衬可以由一种高性能树脂制备。用于干蚀刻室内部侧壁的内衬可以由一种高性能树脂制备，并具有大于2.0mm的壁厚。

附图简述

图1显示了本发明的一种圆顶内衬。

图2显示了本发明的一种室内衬。

图3显示了本发明圆顶内衬和室内衬的变体的俯视图。

图4显示了图3中绘出的圆顶内衬和室内衬的侧视图。

图5显示了图4中绘出的圆顶内衬和室内衬之间的接头。

发明详述

本发明的圆顶内衬和室内衬由高性能聚合物树脂制备，优选高性能热塑性树脂。适合的树脂包括：聚苯并咪唑、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚芳醚酮、聚碳酸酯、聚芳酯、聚醚砜、芳香族聚酰胺、四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物(FEP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)和乙烯/四氟乙烯共聚物(ETFE)。优选高性能树脂不含卤素原子。

本发明中使用的高性能树脂可以很容易地用工业上通常使用的方法和加工设备来加工以形成高性能聚合物。用于形成圆顶内衬和室内衬的典型方法包括：喷涂、机械加工、注射模塑、压缩模塑、等离子体涂布、旋转模塑、strip bending和焊接。生产令人满意的制品所需要的成型条件取决于若干工艺变量，例如模具的复杂性和尺度、板厚度以及聚合物变量，例如熔体粘度和玻璃化转变温度(Tg)。这些条件可以用本领域技术人员通常使用的技术确定。

如附图1所示，圆顶内衬优选具有对应于干蚀刻工艺中使用的陶瓷室顶盖形状的圆顶形状。然而，圆顶内衬可以被模铸成任何对应于干蚀刻工艺中使用的室顶盖的形状。

本发明的圆顶内衬和室内衬优选具有大于2.0mm的壁厚，最优选3mm到8mm。圆顶内衬的使用寿命与圆顶内衬的厚度直接相关。

如附图2所示，室内衬优选具有室的形状。

典型的室内衬为圆柱形，外直径34.5cm，高10.2cm。室内衬的上面是圆顶内衬，其具有圆顶的形状，外直径34.5cm，深10.2cm。优选地，圆顶内衬和圆顶之间的空隙小于0.8mm，以防止在圆顶和圆顶内衬之间产生等离子体。类似地，室内衬和室之间的空隙优选小于0.8mm，以防止在室和室内衬之间产生等离子体。同样优选地，圆顶内衬非机械地与圆顶相连。

使用圆顶内衬时，将圆顶内衬放置于圆顶的内部，使得圆顶内衬的凸面与室内部凹陷部分并置。使用室内衬时，将室内衬放置于室的内部，使得具有最大半径的室内衬环面与室内部径向表面并置。本发明的圆顶内衬和室内衬具有5mm的厚度，在常规的干蚀刻工艺中可以使用至少1000RF(射频)小时。圆顶内衬和室内衬可以单独使用，也可以彼此联合使用。

附图3所示的圆顶内衬在圆顶顶部有开口。该开口圆顶内衬为圆顶提供保护，其中等离子体产生室的圆顶顶部不参与等离子体的产生，并且不与等离子体产生工艺中的有害副产物相接触。

附图4所示的圆顶内衬显示了圆顶内衬1放置于室内衬3上面的情况。如附图5所示以及下面描述的 圆顶内衬2和室内衬1，圆顶内衬可以具有一种凹槽系统，包含圆顶内衬上的凹槽5，它与室内衬上的凹槽7互补。这个凹槽系统在圆顶内衬1需要安置于室内衬3上方时，将会帮助圆顶内衬1与室内衬3配合。

实施例

圆顶内衬1

1400g一种无定形、芳香族热塑性、Tg为239℃的聚酰亚胺树脂放置于一个43.2cm×43.2cm平板模具中。将平板模具的上板加上，该模具放置于一个预热的(296℃)压板为61cm×61cm大小的印压机中。将热电偶插入到平板模具中，然后在不加压下加热平板模具到288℃。在此时施加3.44×10⁶Pa的压力。一分钟后起动压机上的冷却循环系统，并在加压下使平板模具冷却至室温。冷却后，将5mm厚的压缩模塑板从模具中移出。

利用标准工业热成型器对该板进行真空热成型，该热成型器装有陶瓷加热器和测定处于烘箱中的板表面温度的遥控高温计。采用大约95kPa的真空度，介于246℃到275℃的模具温度和介于250℃到275℃的压片成型温度，将该压缩模塑板成型为外直径为34.5cm、深冲压为10.2cm、最小厚度为2.5mm的圆顶，除去模塑过程中形成的圆顶凸缘，得到最终制品。该圆顶表现出良好的模具表面复制性。然后用常规铣床将圆顶修整成预想的最终部件。

圆顶内衬2和室内衬1

在此实施例中，圆顶的最上端没有提供内衬材料，这是由于大多数显著的圆顶腐蚀在引发等离子体的射频线圈下会立即出现在圆顶的周边。将两个50.8mm厚的均苯四甲酸二酐4，4’-二氨基二苯基醚聚酰亚胺(如DuPont VespelSP1零件和型材中所用的)圆盘，其外直径为360mm，内直径为196mm，加工组装在一起为室圆顶下部的100mm加衬。

下面的板被加工成圆柱形，外直径为345mm，壁厚为3mm。从壁中间切至外直径，在上表面切出配合凹槽。

上部位置覆盖圆顶曲面的所有关键区域。外表面在车床中车削成配合具体圆顶表面形状的形状。在车削内表面时，将内衬的厚度设置成5mm。在下表面沿着外直径周围留出一块额外的接头部分，用来与下面的板相互连接。当在室内上面加工过的板放置在下面加工过的板上时，上面加工过的板以直接位于其上面和周围的圆顶的重力和约束来固定位置。

室内衬2

制备了一种圆顶内衬1类型的圆顶。未修整的部件随后用切削工具修整其顶部和底部，形成一个5.1cm高，3mm厚，外直径为345mm的无缝环。该室内衬然后被加工成一致的厚度。

室内衬3

制备了一种圆顶内衬1类型的板。该板尺寸为740mm×740mm×450mm。将该板放入干燥烘箱中在200℃下干燥48小时。将干燥后的板用标准工业热成型器进行真空热成型，该热成型器装有陶瓷加热器和测定处于烘箱中的板表面温度的遥控高温计。采用大约95kPa的真空度，介于215℃到238℃的模具温度以及275℃的压片成型温度，将该压缩模塑板成型为外直径60.8cm和深冲压12.7cm的圆顶。

开口未修整的圆顶端随后用切削工具修整其顶部和底部，形成一个11.4cm高，外直径为60.8cm，最小壁厚为4.85mm的无缝环。该室内衬然后被加工成一致的厚度。

Claims (22)

1.一种内衬，用于干蚀刻室顶盖内部，包含一种高性能树脂。

2.根据权利要求1的内衬，其具有圆顶的形状。

3.根据权利要求1的内衬，其顶部有开口。

4.根据权利要求1的内衬，其具有大于2.0mm的壁厚。

5.根据权利要求1的内衬，其具有大于3.0mm，小于8.0mm的壁厚。

6.根据权利要求1的内衬，其中的高性能树脂为热塑性树脂。

7.根据权利要求1的内衬，其中的高性能树脂选自聚苯并咪唑、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚芳醚酮、聚碳酸酯、聚芳酯、聚醚砜、芳香族聚酰胺、四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物(FEP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)和乙烯/四氟乙烯共聚物(ETFE)。

8.根据权利要求1的内衬，其中的高性能树脂为聚酰亚胺或聚醚酰亚胺。

9.根据权利要求1的内衬，其中的高性能树脂不含卤素原子。

10.一种内衬，用于干蚀刻室侧壁内部，包含一种高性能树脂，并且具有大于2.0mm的壁厚。

11.根据权利要求10的内衬，其具有圆柱形状。

12.根据权利要求10的内衬，其具有大于3.0mm，小于8.0mm的壁厚。

13.根据权利要求10的内衬，其中的高性能树脂为热塑性树脂。

14.根据权利要求10的内衬，其中的高性能树脂选自聚苯并咪唑、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚芳醚酮、聚碳酸酯、聚芳酯、聚醚砜、芳香族聚酰胺、四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物(FEP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)和乙烯/四氟乙烯共聚物(ETFE)。

15.根据权利要求10的内衬，其中的高性能树脂为聚酰亚胺或聚醚酰亚胺。

16.根据权利要求10的内衬，其中的高性能树脂不含卤素原子。

17.一种包含权利要求1的内衬的干蚀刻室。

18.一种包含权利要求10的内衬的干蚀刻室。

19.根据权利要求17的干蚀刻室，其进一步包含权利要求10的内衬。

20.根据权利要求17的干蚀刻室，其中的内衬和室顶盖之间的空隙小于0.8mm。

21.根据权利要求18的干蚀刻室，其中的内衬和室侧壁之间的空隙小于0.8mm。

22.根据权利要求17的干蚀刻室，其中的内衬非机械地与室顶盖相连。

Images