CN214313126U - 一种等离子体处理装置 - Google Patents

Abstract

一种等离子体处理装置，包括：反应腔主体，所述反应腔主体的顶部设置有等离子体通道板，所述等离子体通道板包括：等离子体通道板主体；环绕所述等离子体通道板主体的侧部的通道板定位件；位于所述通道板定位件和所述反应腔主体的顶壁之间的导电导热环；位于所述等离子体通道板主体上方的等离子体发生单元。所述等离子体处理装置能够避免等离子体通道板在高温条件下损伤以及等离子体通道板接地不良的问题。

Description

一种等离子体处理装置

技术领域

本实用新型涉及半导体制造领域，尤其涉及一种等离子体处理装置。

背景技术

在半导体制造中，涉及多道工序，每道工序都是由一定的设备和工艺来完成的。其中，等离子体反应常被用于半导体晶圆及其它基片的化学物理沉积、刻蚀以及光刻胶灰化去除等，常用的等离子体源包括ICP、CCP以及微波等产生方式。对于光刻胶灰化去除工艺，通常经过下述几个过程：1）将光刻胶旋涂到半导体衬底上；2）有针对性地将光刻胶层暴露在光线中进行显影，在半导体衬底的顶部形成特定的光刻胶图案，即部分待处理的半导体衬底暴露出来；3）刻蚀或者高剂量离子注入到半导体衬底的暴露部分；4）去除刻蚀或者高剂量离子注入过程中起到掩膜作用的光刻胶，即我们说的光刻胶灰化去除工艺。典型地，光刻胶灰化去除工艺包括两种类型：刻蚀过程结束后的光刻胶掩膜去除；高剂量离子注入过程结束后的光刻胶掩膜去除。对于光刻胶灰化去除工艺，通常不希望等离子体中的高能离子与光刻胶进行直接作用，而是期望通过等离子体中的化学活性自由基中间体与光刻胶之间产生高温化学反应。

一般地，光刻胶灰化反应腔体由等离子体产生室和晶圆处理室组成；为了防止光刻胶灰化去除过程中，等离子体中的高能离子对晶圆产生不可逆的物理轰击损伤（PlasmaInduced Damage），通常在等离子体产生室和晶圆处理室之间安装一个等离子体通道板：等离子体通道板为圆盘多孔结构，中性化学活性基团可自由通过，而带电离子碰到栅网后被淬灭掉（Quench）；穿过等离子体通道板的中性化学活性基团与高温晶圆托盘上的晶圆进行高温化学反应，去除晶圆表面的残余光刻胶。

然而，现有技术中的等离子体通道板在高温条件下容易损伤。

发明内容

本实用新型解决的问题是提供一种等离子体处理装置，能够避免等离子体通道板在高温条件下损伤以及等离子体通道板接地不良的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种等离子体处理装置，包括：反应腔主体，所述反应腔主体的顶部设置有等离子体通道板，所述等离子体通道板包括：等离子体通道板主体；环绕所述等离子体通道板主体的侧部的通道板定位件；位于所述通道板定位件和所述反应腔主体的顶壁之间的导电导热环；位于所述等离子体通道板主体上方的等离子体发生单元。

可选的，所述导电导热环的表面硬度小于所述通道板定位件的硬度。

可选的，所述导电导热环的材料为石墨导电导热环。

可选的，所述导电导热环包括导电导热环主体、位于所述导电导热环主体顶部的第一膜层、位于导电导热环主体底部的第二膜层；第一膜层、导电导热环主体以及第二膜层沿着导电导热环主体的中心轴排布；所述第一膜层与所述通道板定位件接触，所述第二膜层与反应腔主体的顶壁接触；所述导电导热环主体的硬度大于第一膜层和第二膜层的硬度，第一膜层和第二膜层的硬度小于所述通道板定位件的硬度。

可选的，所述导电导热环主体为铝导电导热环主体，所述第一膜层和第二膜层的材料为石墨膜层。

可选的，所述导电导热环的厚度为0.08毫米~0.15毫米。

可选的，所述导电导热环的电阻率小于或等于1×10^-5Ω*m；所述导电导热环的导热率大于或等于100W/(m*K)。

可选的，所述导电导热环接地。

可选的，还包括：冷却系统，所述冷却系统包括：冷源；位于所述反应腔主体的顶壁中的通道，所述通道与所述冷源通过管道连通。

可选的，所述通道板定位件中具有贯穿所述通道板定位件的若干第一定位孔；所述导电导热环中具有贯穿所述导电导热环的若干第二定位孔，第一定位孔和第二定位孔贯通；所述等离子体处理装置还包括：紧固件，所述紧固件紧固所述通道板定位件和导电导热环至所述反应腔主体的顶壁，所述紧固件位于第一定位孔和第二定位孔中。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下有益效果：

本实用新型技术方案提供的等离子体处理装置，包括：位于所述通道板定位件和所述反应腔主体的顶壁之间的导电导热环。由于所述导电导热环的硬度小于所述通道板定位件的硬度，因此所述导电导热环相对于所述通道板定位件表现出柔性，当通道板定位件和导电导热环与反应腔主体的顶壁紧固之后，通道板定位件与反应腔主体的顶壁之间能够较好的接触，通道板定位件与反应腔主体的顶壁的接触面积增大，因此提升了通道板定位件与反应腔主体的顶壁之间的导热效果。因此当所述等离子体通道板在高温条件下，所述等离子体通道板主体的热能能够通过通道板定位件和导电导热环传导至反应腔主体的顶壁，避免等离子体通道板主体在高温下发生较大的应力，从而保证等离子体通道板主体的良好平整度，避免等离子体通道板损伤。其次，由于通道板定位件与反应腔主体的顶壁的接触面积增大，因此通道板定位件与反应腔主体的顶壁之间的接触电阻降低，这样使得通道板定位件与反应腔主体之间的导电效果增强，且通道板定位件与反应腔主体之间的接触电容增大，这样使得射频电流能够更加通畅地由等离子体通道板主体进入反应腔主体进而到地端，增强了等离子体通道板的接地效果，使得等离子体通道板主体对等离子体中带电粒子的猝灭速度提高，提高了等离子体通道板主体的过滤效果。

附图说明

图1是一种等离子体处理装置的剖面结构示意图；

图2为图1中通道板定位件与晶圆处理室的顶壁之间的接触面示意图；

图3是本实用新型一实施例中等离子体处理装置的剖面结构示意图；

图4为图3中通道板定位件与反应腔主体的顶壁的接触面的示意图；

图5是本实用新型一实施例中的等离子体通道板组件的俯视图。

具体实施方式

正如背景技术所述，现有技术中的等离子体通道板在高温条件下容易损伤且等离子体通道板发生接地不良的问题。

典型的结构如图1所示，等离子体处理装置包括：晶圆处理室3；晶圆托盘1；晶圆2；等离子体通道板主体4；通道板定位件5；等离子体通道板固定螺钉6；等离子体发生器7；等离子体产生室8；进气口9；出气口10。

通常，等离子体通道板主体4和通道板定位件5为一体结构，通道板定位件5通过等离子体通道板固定螺钉6固定到晶圆处理室3的腔体顶壁，并保持接地（以Al材料为例）。等离子体通道板主体4通常的材料可以是导电材料，如Al，也可以是绝缘材料，如陶瓷等。然而，为了增加等离子体通道板主体4对等离子体中带电粒子的过滤效果，常采用等离子体通道板主体4和通道板定位件5的材料为导电材料并接地。

经过研究发现，这种安装固定方式存在以下问题：

1.等离子体通道板主体4高温热形变应力释放问题，具体的，等离子体发生器7中的高密度等离子体会持续对等离子体通道板主体4进行加热，由于通道板定位件5的硬度较大，因此通道板定位件5与晶圆处理室3的顶壁之间难以充分的接触，参考图2，通道板定位件5与晶圆处理室3的顶壁之间的接触面积较小（微观上呈现点接触），因此等离子体通道板主体4无法将热量及时传递至晶圆处理室3的上腔体，那么等离子体通道板主体4内部会因高温产生热形变应力。通常等离子体通道板主体4顶面出现拉应力，等离子体通道板主体4底面出现压应力，结果导致等离子体通道板主体4中心面朝向等离子体发生器7弯曲。当等离子体通道板主体4的温度由20℃被等离子体加热至200℃时，等离子体通道板主体4的径向膨胀量达到约2mm水平；为了释放这一膨胀量，等离子体通道板主体4的栅网面向等离子体方向的弯曲量将达到2mm水平。等离子体通道板主体4的通道板中心在“低温-高温-低温-高温-…”的循环膨胀-收缩过程中，可能会出现等离子体通道板主体4的中心微小的破裂损伤产生碎屑。进而导致晶圆的颗粒污染问题。

2. 等离子体通道板主体4接地不充分问题，具体的，由于通道板定位件5与晶圆处理室3的顶壁之间的接触面积较小，通道板定位件5与晶圆处理室3的顶壁之间接触电阻较大且接触电容较小，即等离子体通道板主体4的接地效果不够理想，使得等离子体通道板主体4对等离子体中带电粒子的猝灭速度不够充分。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种等离子体处理装置，包括：反应腔主体，所述反应腔主体的顶部设置有等离子体通道板，所述等离子体通道板包括：等离子体通道板主体；环绕所述等离子体通道板主体的侧部的通道板定位件；位于所述通道板定位件和所述反应腔主体的顶壁之间的导电导热环；位于所述等离子体通道板主体上方的等离子体发生单元。所述等离子体处理装置能够避免等离子体通道板在高温条件下损伤以及等离子体通道板接地不良的问题。

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细的说明。

本实用新型一实施例提供一种等离子体处理装置，结合参考图3至图5，包括：反应腔主体30，所述反应腔主体30的顶部设置有等离子体通道板；所述等离子体通道板包括：等离子体通道板主体40；位于等离子体通道板主体40侧部的通道板定位件50，位于所述通道板定位件50和所述反应腔主体30的顶壁之间的导电导热环60；位于所述等离子体通道板主体40上方的等离子体发生单元。

所述导电导热环60的表面硬度小于所述通道板定位件50的硬度。

在一个实施例中，所述导电导热环60为石墨导电导热环，使得导电导热环60较好的导电能力和导热能力。

在另一个实施例中，所述导电导热环60包括导电导热环主体、位于所述导电导热环主体顶部的第一膜层、位于导电导热环主体底部的第二膜层；第一膜层、导电导热环主体以及第二膜层沿着导电导热环主体的中心轴排布；所述第一膜层与所述通道板定位件接触，所述第二膜层与反应腔主体的顶壁接触。所述导电导热环主体的硬度大于第一膜层和第二膜层。具体的，所述导电导热环主体为铝导电导热环主体，所述第一膜层和第二膜层的材料为石墨膜层。

由于所述导电导热环主体的硬度大于第一膜层和第二膜层，所述导电导热环60主体的硬度较大，因此使得导电导热环60不易在被固定时发生自身脆裂的问题。由于第一膜层和第二膜层的硬度较小，第一膜层和第二膜层的硬度小于通道板定位件50的硬度，这样使得第一膜层和通道板定位件50的接触面积较大，第二膜层与反应腔主体30的顶壁之间的接触面积较大。

在一个具体的实施例中，所述导电导热环60的厚度为0.08毫米~0.15毫米。

所述导电导热环60的电阻率小于或等于1×10^-5Ω*m。所述导电导热环60的导热率大于或等于100W/(m*K)。

本实施例中，所述导电导热环60接地。具体的，所述反应腔主体30接地，与所述导电导热环60接触的反应腔主体30的材料为金属，如铝，导电导热环60通过与反应腔主体30电学连接，使得导电导热环60接地。

所述等离子体通道板主体40为圆盘多孔结构。

本实施例中，所述通道板定位件50和等离子体通道板主体40的材料为金属，如铝。

所述等离子体通道板主体40和通道板定位件50为一体结构。

所述等离子体处理装置还包括：冷却系统，所述冷却系统包括：冷源；位于所述反应腔主体的顶壁中的通道，所述通道与所述冷源通过管道连通。具体的，所述通道具有进液口60和出液口13。

本实施例中，所述通道板定位件50中具有贯穿所述通道板定位件50的若干第一定位孔51；所述导电导热环60中具有贯穿所述导电导热环60的若干第二定位孔61，第一定位孔和第二定位孔贯通。

所述等离子体处理装置还包括：紧固件70，所述紧固件70紧固所述通道板定位件50和导电导热环60至所述反应腔主体30的顶壁，所述紧固件70位于第一定位孔和第二定位孔中。所述紧固件70例如可以为螺丝。

所述等离子体处理装置还包括：位于所述反应腔主体30内的晶圆夹持平台14，所述晶圆夹持平台14的表面适于放置晶圆20；所述等离子体通道板主体40的中心轴和所述晶圆夹持平台14的中心轴重合。

所述等离子体发生单元包括：反应室介质管90和位于所述反应室介质管90侧壁的射频天线80。所述反应室介质管90中的顶部具有进气口15。所述反应腔主体30底部还具有出气口11。

所述射频天线80激发通入反应室介质管90中的气体产生等离子体，等离子体内的带电粒子（包括离子和电子）会被等离子体通道板主体40过滤掉，带电离子碰到等离子体通道板主体40的表壁后被淬灭掉，等离子体内的中性化学活性基团会自由通过等离子体通道板主体40进入反应腔主体30到达晶圆20表面，穿过等离子体通道板主体40的中性化学活性基团与晶圆夹持平台14上的晶圆20进行反应，具体的，进行高温化学反应，例如可以去除晶圆20表面的残余光刻胶。

本实施例提供的等离子体处理装置包括：位于所述通道板定位件和所述反应腔主体的顶壁之间的导电导热环。由于所述导电导热环的硬度小于所述通道板定位件的硬度，因此所述导电导热环相对于所述通道板定位件表现出柔性，当通道板定位件和导电导热环与反应腔主体的顶壁紧固之后，通道板定位件与反应腔主体的顶壁之间能够较好的接触，参考图4，通道板定位件与反应腔主体的顶壁的接触面积增大，因此提升了通道板定位件与反应腔主体的顶壁之间的导热效果，因而提升了通道板定位件与反应腔主体的顶壁之间的导热效果。因此当所述等离子体通道板在高温条件下，所述等离子体通道板主体的热能能够通过通道板定位件和导电导热环传导至反应腔主体的顶壁，避免等离子体通道板主体在高温下发生较大的应力，从而保证等离子体通道板主体的良好平整度，避免等离子体通道板损伤。其次，由于通道板定位件与反应腔主体的顶壁的接触面积增大，因此通道板定位件与反应腔主体的顶壁之间的接触电阻降低，这样使得通道板定位件与反应腔主体之间的导电效果增强，且通道板定位件与反应腔主体之间的接触电容增大，这样使得射频电流能够更加通畅地由等离子体通道板主体进入反应腔主体进而到地端，增强了等离子体通道板的接地效果，使得等离子体通道板主体对等离子体中带电粒子的猝灭速度提高，提高了等离子体通道板主体的过滤效果。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：

反应腔主体，所述反应腔主体的顶部设置有等离子体通道板，所述等离子体通道板包括：等离子体通道板主体；环绕所述等离子体通道板主体的侧部的通道板定位件；

位于所述通道板定位件和所述反应腔主体的顶壁之间的导电导热环；

位于所述等离子体通道板主体上方的等离子体发生单元。

2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述导电导热环的表面硬度小于所述通道板定位件的硬度。

3.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述导电导热环为石墨导电导热环。

4.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述导电导热环包括导电导热环主体、位于所述导电导热环主体顶部的第一膜层、位于导电导热环主体底部的第二膜层；第一膜层、导电导热环主体以及第二膜层沿着导电导热环主体的中心轴排布；所述第一膜层与所述通道板定位件接触，所述第二膜层与反应腔主体的顶壁接触；所述导电导热环主体的硬度大于第一膜层和第二膜层的硬度，第一膜层和第二膜层的硬度小于所述通道板定位件的硬度。

5.根据权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述导电导热环主体为铝导电导热环主体，所述第一膜层和第二膜层的材料为石墨膜层。

6.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述导电导热环的厚度为0.08毫米~0.15毫米。

7.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述导电导热环的电阻率小于或等于1×10^-5Ω*m；所述导电导热环的导热率大于或等于100W/(m*K)。

8.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述导电导热环接地。

9.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，还包括：冷却系统，所述冷却系统包括：冷源；位于所述反应腔主体的顶壁中的通道，所述通道与所述冷源通过管道连通。

10.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述通道板定位件中具有贯穿所述通道板定位件的若干第一定位孔；所述导电导热环中具有贯穿所述导电导热环的若干第二定位孔，第一定位孔和第二定位孔贯通；

所述等离子体处理装置还包括：紧固件，所述紧固件紧固所述通道板定位件和导电导热环至所述反应腔主体的顶壁，所述紧固件位于第一定位孔和第二定位孔中。

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