CN1437224A - 感应耦合型等离子体刻蚀装置中使用的气体扩散板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种气体扩散板，其可供应工艺气体至一个感应耦合型等离子体(ICP，Inductively Coupled Plasma)刻蚀装置的反应室中。该气体扩散板包含：一个多孔板，该多孔板包含多个小球且经过挤压并紧密接合该多个小球而形成，该多孔板具有一圆形平面的形状；多个个形成于该多孔板上表面上的气流沟槽；一个气体分散板，其底部具有多个进气孔且其侧边部分具有多个进气通道，该气体分散板围绕在该多孔板的底部与侧边部分。

Description

感应耦合型等离子体刻蚀装置中使用的气体扩散板
发明领域
本发明涉及一种用来形成半导体组件的装置，更明确的说，涉及一种可使工艺气体均匀地供应到一个ICP刻蚀装置中的气体扩散板。
背景技术
半导体组件，如大规模集成电路(LSI)、内存集成电路(IC)及其它的逻辑组件，通常通过反复的沉积与刻蚀工艺来制造。近来，在刻蚀装置中，一种高密度等离子体(HDP，High Density Plasma)被用来刻蚀半导体组件，举例来说，如ICP刻蚀装置。在刻蚀装置中，如ICP刻蚀装置，施加工艺气体的方法分为两种：边缘注入型与莲蓬头型。
图1为根据现有技术的边缘注入型ICP刻蚀装置的概略图。
在如图1所示的边缘注入型ICP刻蚀装置中，ICP天线120配置在由陶瓷所构成的反应室顶盖112之上。虽然反应室顶盖112在图1中为板状，但其也可为半球型。一连接到射频(RF，Radio Frequency)电源150的夹头支架160配置于反应室100底部。夹头支架160做为ICP刻蚀装置中的阴极。一个静电夹头(ESC，Electrostatic Chuck)140配置于夹头支架160上，这样，在制造过程中，半导体晶片(未显示)通过静电力固定在静电夹头140上。同时，工艺气体由反应室侧壁110上的边缘注入器130注入反应室100中。边缘注入器130连接到设置于反应室侧壁110中的气体供应通道(未显示)，这样，工艺气体通过气体供应通道由边缘注入器130注入。
在如上所述的边缘注入型ICP刻蚀装置中，在反应室顶盖112与静电夹头140之间有足够宽的空间，使得压力在小于10毫乇(mT)之下仍可得到良好的刻蚀工艺均匀性。然而，在最近的刻蚀工艺中，尤其是刻蚀氧化层的工艺中，为了要控制刻蚀气体的解离过程，反应室顶盖112与静电夹头140之间的空间变得越来越小。
如果如图1所示的边缘注入型ICP刻蚀装置其反应室顶盖112与静电夹头140之间的空间变得更小，所施加的工艺气体在制造过程中便很难到达半导体晶片的中央部分，而且大部分所施加的工艺气体将会通过一个连接到抽气装置(未显示)的排气孔(未显示)而排出。为了要改善这些缺点，莲蓬头型ICP刻蚀装置被广泛的使用。
图2为依据现有技术的莲蓬头型ICP刻蚀装置的概略图。所有附图中相同的符号代表相同或相似的组件。
在如图2所示的莲蓬头型ICP刻蚀装置中，ICP天线120配置于由陶瓷所构成的反应室顶盖112之上。虽然反应室顶盖112在图2中为板状，但其也可为半球型。一个连接到射频电源150的夹头支架160配置在反应室100底部。夹头支架160做为ICP刻蚀装置中的阴极。一个静电夹头140配置在夹头支架160上，这样在制造过程中，半导体晶片(未显示)通过静电力固定在静电夹头140上。一个莲蓬头132配置在反应室顶盖112。
不像图1所示的边缘注入型ICP刻蚀装置，图2的莲蓬头型ICP刻蚀装置通过该莲蓬头132供应工艺气体至反应室100中。莲蓬头132位于半导体晶片(未显示)中央部分的正上方，而且其中具有多个气体注入孔(未显示)，这样，工艺气体通过该气体注入孔而由莲蓬头132注入。
近来，半导体晶片增大至直径约为300mm，且反应室顶盖112与静电夹头140之间的空间也变得越来越小。因此，虽然上述莲蓬头型ICP刻蚀装置用来使工艺气体到达半导体晶片的中央部分，但因为莲蓬头132的气体注入孔视气体注入孔的配置处而提供不同的注入气体压力，所以刻蚀过程很难达到良好的均匀性。也就是莲蓬头132的气体注入孔之间，气体的量与气体注入速度会有所不同。
发明内容
因此，本发明为一种可用在ICP刻蚀装置中的气体扩散板，其基本上可以克服一或多个因现有技术的限制或缺点所引起的问题。
为了达到本发明的优点与目的，做为例示性与说明性，本发明的原则提供了一种气体扩散板，其可供应工艺气体至ICP刻蚀装置的反应室中。该气体扩散板包含：一个包含多个小球且经过挤压并紧密接合该多个小球而形成的多孔板，该多孔板具有一圆形平面的形状；多个形成于该多孔板上表面上的气流沟槽；一个气体分散板，其底部具有多个进气孔且其侧边部分具有多个进气通道，该气体分散板围绕在该多孔板的底部与侧边部分。
根据本发明，该多个小球为陶瓷小球或工程用塑料小球(为一高分子材料)。该多个进气孔均匀地分散在该气体分散板的底部。该多个进气通道相对应于该多个气流沟槽，以便于将工艺气体通过多孔板引入反应室中。该多个小球的直径范围约从0.5到5mm。特别地，该多个小球的直径约为1mm。较有利的，该多个小球在其被挤压与紧密接合之前，其表面含有黏着剂。较有利的，该多个气流沟槽具有一对称放射的形状。
在另一个实施方式中，本发明提供了一种可供应工艺气体至一ICP刻蚀装置的反应室中的气体扩散板的制造方法。该气体扩散板的制造方法包含：准备多个个小球；通过挤压并紧密接合该多个小球而形成一个多孔板，该多孔板具有一圆形平面的形状；形成多个气流沟槽于该多孔板的上表面上；形成一个底部具有多个进气孔且侧边部分具有多个进气通道的气体分散板；且该气体分散板围绕在该多孔板的底部与侧边部分。
此处应了解前述的一般说明与接下来的详细说明皆为例示性与说明性，其是为了提供本发明更进一步的说明以主张权利。
本发明的一个优点为提供一种可达到良好工艺均匀性的气体扩散板，即使在ICP刻蚀装置中反应室顶盖与静电夹头之间的空间很小且半导体晶片的直径很大时。
本发明的另一个优点为提供一种可使供应气体具有相等压力的气体扩散板，以在ICP刻蚀装置中达到良好的工艺均匀性。
本发明的其它特征与优点将会在接下来的描述中提出，通过下述说明本发明将可更容易了解，或者可通过实行本发明而学习。本发明的目的和其它优点通过接下来的说明与权利要求及附图所指出的结构将可了解与获得。
附图简述
为了能对本发明提供更进一步的了解，本发明将配合附图并结合用来阐述本发明原则的说明来说明本发明的实施例。在这些附图中：
图1为依据现有技术的边缘注入型ICP刻蚀装置的示意图；
图2为依据现有技术的莲蓬头型ICP刻蚀装置的示意图；
图3A到3D说明依据本发明在一ICP刻蚀装置中所利用的扩散板的制造方法；及
图4为采用依据本发明气体扩散板的ICP刻蚀装置的示意图。
具体实施方式
接下来配合附图，将详细说明本发明的实施例。在本文中，所有图中相同的符号代表相同或相似的组件。
图3A到3D说明依据本发明在一ICP刻蚀装置中所利用的扩散板的制造方法。
在图3A中，多个具有约1mm直径的陶瓷小球300被使用。除了陶瓷小球300之外，也可使用多个高分子为材料的工程用塑料小球。在本发明中，陶瓷或工程用塑料小球的直径范围从0.5到5mm。在本发明中很重要的一点，当工艺气体被引入ICP刻蚀装置时，气体扩散板所用的材料不能形成污染颗粒。此外，气体扩散板所用的材料应具有可承受约200到300℃高温的耐热性，且可承受等离子体。如果金属球用来取代陶瓷或工程用塑料小球，金属球会扰乱产生ICP的磁场，所以金属球不能用于气体扩散板。
接下来在图3B中，陶瓷小球300被挤压并紧密接合而成为一个圆型平面状，通过它形成圆形多孔板310。在挤压与紧密接合陶瓷小球300而形成圆形多孔板310之前，可在陶瓷小球的表面涂上黏着剂以使陶瓷小球300互相黏着而更容易形成板。
图3C为圆形多孔板310的平面示意图且说明了形成气流沟槽320的步骤。如图所示，气流沟槽320以对称放射形状形成于多孔板310的上表面上。虽然气流沟槽320在本发明中形成对称放射状，但其也可依工艺特性被设计为不同形状。
在没有其它额外的程序下，与现有技术的莲蓬头型相比，通过上述制造过程所形成的多孔板310中可具有大量的气体供应通道(即陶瓷小球300之间的间隙)。在本发明中，穿过多孔板310而引入ICP刻蚀装置的工艺气体与多孔板310的陶瓷小球300碰撞。因此，所供应的工艺气体可均匀地分散而且气压也可平均分布。
在图3D中，一个气体分散板330围绕在多孔板310的底部与侧边部分，由此完成用于ICP刻蚀装置中的气体扩散板350。气体分散板330的底部具有多个进气孔H，而这些进气孔H均匀地分散在气体分散板330的底端。此外，气体分散板330在其侧边部分332具有进气通道334，且每一个进气通道334相对应于每一个形成于多孔板310上端部分的气流沟槽320(参看图3C)。气体分散板330强化了多孔板310而且弥补了多孔板310结构上的脆弱，因为多孔板310对于施加气体或等离子体所引起的外在压力是很脆弱的。此外，气体分散板330均匀地分散等压的工艺气体到半导体晶片上。
图4为采用依据本发明气体扩散板350的ICP刻蚀装置的示意图。
参考图4，本发明的ICP刻蚀装置有一个反应室100及一个位于反应室100顶端的反应室顶盖112。在反应室100中，一个夹头支架160配置于其底部，然后静电夹头140配置于夹头支架160上。夹头支架160连接到一射频电源150以供应电力到静电夹头140。在ICP刻蚀装置中的工艺期间，半导体晶片(未显示)被固定于静电夹头140上。ICP天线120配置于反应室顶盖112的前表面上，而图3A到3D所说明的气体扩散板350配置于反应室顶盖112的后表面上。当ICP刻蚀装置中的工艺进行时，气体扩散板350以均匀压力均匀地供应工艺气体，如此可得到良好的刻蚀工艺均匀性。
当利用图4所示的ICP刻蚀装置来进行刻蚀工艺时，工艺气体会依照接下来的顺序流动：(a)通过形成于反应室侧壁110的气体供应通道(b)通过形成于气体分散板330的侧边部分332中的进气通道334(c)通过形成于多孔板310上表面上的气流沟槽320(d)通过多孔板310的陶瓷小球300之间的间隙(e)通过形成于气体分散板330底部的进气孔H。通过本发明的气体扩散板350的工艺气体均匀地供应到半导体晶片。此外，因为工艺气体通过多孔板310的陶瓷小球300之间的间隙，因此无论工艺气体由何处供应，其均能具有均匀的压力，举例来说，由气体扩散板350的中央或周围部分所供应。因此，所供应的工艺气体可以具有均匀的分散性与压力，这样，本发明的气体扩散板350可使刻蚀工艺具有良好的均匀性。
很明显地，本领域技术人员在不离开本发明的精神与范围内，当可对本发明进行各种修改与变化。因此所有与所附权利要求意义相等的变化均应包含于本发明之中。

Claims (20)

1.一种气体扩散板，其可供应工艺气体至一个感应耦合型等离子体(ICP，Inductively Coupled Plasma)刻蚀装置的反应室中，其特征在于：该气体扩散板包括：
一个多孔板，包含多个小球且经过挤压并紧密接合该多个小球而形成，该多孔板具有一圆形平面的形状；
多个气流沟槽，形成于该多孔板的上表面上；
一个气体分散板，其底部具有多个进气孔且其侧边部分具有多个进气通道，该气体分散板围绕在该多孔板的底部与侧边部分。
2.如权利要求1所述的气体扩散板，其特征在于：该多个小球为陶瓷小球。
3.如权利要求1所述的气体扩散板，其特征在于：该多个小球为工程用塑料小球。
4.如权利要求3所述的气体扩散板，其特征在于：该工程用塑料小球为一高分子材料。
5.如权利要求1所述的气体扩散板，其特征在于：该多个进气孔均匀地分散在该气体分散板的底部。
6.如权利要求1所述的气体扩散板，其特征在于：该多个进气通道相对应于该多个气流沟槽，以便于将工艺气体通过多孔板引入反应室中。
7.如权利要求1所述的气体扩散板，其特征在于：该多个小球的直径范围约从0.5到5mm。
8.如权利要求7所述的气体扩散板，其特征在于：该多个小球的直径约为1mm。
9.如权利要求1所述的气体扩散板，其特征在于：该多个小球在其被挤压与紧密接合之前，其表面含有黏着剂。
10.如权利要求1所述的气体扩散板，其特征在于：该多个气流沟槽具有一对称放射的形状。
11.一种可供应工艺气体至一ICP刻蚀装置的反应室中的气体扩散板的制造方法，其特征在于：包括：
准备多个小球；
经过挤压并紧密接合该多个小球而形成一多孔板，该多孔板具有一圆形平面的形状；
形成多个气流沟槽于该多孔板的上表面上；
形成一底部具有多个进气孔且侧边部分具有多个进气通道的气体分散板；
将该气体分散板围绕在该多孔板的底部与侧边部分。
12.如权利要求11所述的可供应工艺气体至一ICP刻蚀装置的反应室中的气体扩散板的制造方法，其特征在于：该多个小球为陶瓷小球。
13.如权利要求11所述的可供应工艺气体至一ICP刻蚀装置的反应室中的气体扩散板的制造方法，其特征在于：该多个小球为工程用塑料小球。
14.如权利要求13所述的可供应工艺气体至一ICP刻蚀装置的反应室中的气体扩散板的制造方法，其特征在于：该工程用塑料小球为一高分子材料。
15.如权利要求11所述的可供应工艺气体至一ICP刻蚀装置的反应室中的气体扩散板的制造方法，其特征在于：该多个进气孔均匀地分散在该气体分散板的底部。
16.如权利要求11所述的可供应工艺气体至一ICP刻蚀装置的反应室中的气体扩散板的制造方法，其特征在于：该多个进气通道相对应于该多个气流沟槽，以便于将工艺气体通过多孔板引入反应室中。
17.如权利要求11所述的可供应工艺气体至一ICP刻蚀装置的反应室中的气体扩散板的制造方法，其特征在于：该多个小球的直径范围约从0.5到5mm。
18.如权利要求17所述的可供应工艺气体至一ICP刻蚀装置的反应室中的气体扩散板的制造方法，其特征在于：该多个小球的直径约为1mm。
19.如权利要求11所述的可供应工艺气体至一ICP刻蚀装置的反应室中的气体扩散板的制造方法，其特征在于：更包含在形成该多孔板之前，在该多个小球的表面涂上黏着剂的步骤。
20.如权利要求11所述的可供应工艺气体至一ICP刻蚀装置的反应室中的气体扩散板的制造方法，其特征在于：该多个气流沟槽具有一对称放射的形状。
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