TW201421579A - 等離子反應器及製作半導體基片的方法 - Google Patents

等離子反應器及製作半導體基片的方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201421579A
TW201421579A TW102138750A TW102138750A TW201421579A TW 201421579 A TW201421579 A TW 201421579A TW 102138750 A TW102138750 A TW 102138750A TW 102138750 A TW102138750 A TW 102138750A TW 201421579 A TW201421579 A TW 201421579A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
baffle
plasma reactor
gas
substrate
insulating material
Prior art date
Application number
TW102138750A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI541891B (zh
Inventor
Songlin Xu
Gang Shi
Tuqiang Ni
Original Assignee
Advanced Micro Fab Equip Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Advanced Micro Fab Equip Inc filed Critical Advanced Micro Fab Equip Inc
Publication of TW201421579A publication Critical patent/TW201421579A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI541891B publication Critical patent/TWI541891B/zh

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
    • H01J37/3211Antennas, e.g. particular shapes of coils
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/32623Mechanical discharge control means
    • H01J37/32633Baffles
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
    • H01J37/32119Windows
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244Gas supply means
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244Gas supply means
    • H01J37/32449Gas control, e.g. control of the gas flow
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458Vessel
    • H01J37/32513Sealing means, e.g. sealing between different parts of the vessel
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/32623Mechanical discharge control means
    • H01J37/32642Focus rings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/32715Workpiece holder
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065Plasma etching; Reactive-ion etching
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本發明提供一種電感耦合等離子反應器,其中,包括封閉殼體,其中所述封閉殼體的至少部分頂板由絕緣材料製成的絕緣材料窗。基片支撐裝置,設置於所述封閉殼體中的所述絕緣材料窗的下方。射頻功率發射裝置位於所述絕緣材料窗上方,以發射射頻功率穿過所述絕緣材料窗進入到所述封閉殼體中。多個氣體注入器均勻分佈在所述基片支撐裝置上方,以提供處理氣體到所述封閉殼體。環形擋板,設置於所述封閉殼體內以及所述基片支撐裝置的上方和所述多個氣體注入器的下方,以引導所述處理氣體的流動。

Description

等離子反應器及製作半導體基片的方法
本發明涉及等離子反應器,特別是涉及電感耦合反應器中的氣體均一分佈的設計。
等離子反應器或反應腔在現有技術中是公知的,並廣泛應用於半導體積體電路、平板顯示器,發光二極體(LED),太陽能電池等的製造工業內。在等離子腔中通常會施加一個射頻電源以產生並維持等離子於反應腔中。其中,有許多不同的方式施加射頻功率,每個不同方式的設計都將導致不同的特性,比如效率、等離子解離、均一性等等。其中,一種設計是電感耦合(ICP)等離子腔。
在電感耦合等離子處理腔中,一個通常是線圈狀的天線用於向反應腔內發射射頻能量。為了使來自天線的射頻功率耦合到反應腔內,在天線處放置一個絕緣材料窗口。反應腔可以處理各種基片,比如矽晶圓等,基片被固定在夾盤上,等離子在基片上方產生。因此,天線被放置在反應器頂板上方,使得反應腔頂板是由絕緣材料製成或者包括一個絕緣材料窗口。
在等離子處理腔中,各種氣體被注入到反應腔中,以使得離子和基片之間的化學反應和/或物理作用可被用於在所述基片上形成各種特徵結構,比如刻蝕、沉積等等。在許多工藝流程中,一個很重要的指數是晶圓內部的加工均一性。也就是,一個作用於基片 中心區域的工藝流程應和作用於基片邊緣區域的工藝流程相同或者高度相近。因此,例如,當執行工藝流程時,晶圓中心區域的刻蝕率應與晶圓邊緣區域的刻蝕率相同。
一個有助於獲得較好工藝均一性的參數是在反應腔內均勻分佈的處理氣體。要獲得這樣的均一性,許多反應腔設計採用安裝在晶圓上方的氣體噴淋頭,以均勻的注入處理氣體。然而,如上所述,在電感耦合(ICP)反應腔頂板必須包括一個使射頻功率從天線發射到反應腔中的絕緣窗。因此,ICP的結構中並沒有給氣體噴淋頭留出相應的空間來實現其氣體均勻注入的功能。
圖1示出了現有電感耦合反應腔設計的截面圖。ICP反應腔100包括基本呈圓筒狀的金屬側壁105和絕緣頂板107,構成可被抽真空器125抽真空的氣密空間。基座110支撐夾盤115,所述夾盤115支撐待處理的基片120。來自射頻功率源145的射頻功率被施加到呈線圈狀的天線140。來自氣源150的處理氣體通過管線155被供應到反應腔內,以點燃並維持等離子,並由此對基片120進行加工。在標準電感耦合反應腔中,氣體通過在反應腔周圍的注入器/噴頭130和中間的噴頭135之一或者兩者一同注入來供應到真空容器內的。
從圖1可知,來自外圍噴頭130的氣體被大量抽出了120的表面。因此,從外圍噴頭130注入的大量氣體可能實現對晶圓邊緣區域的處理,但是幾乎沒有能達到晶圓120的中心區域,這會導致不均一性。相反地,中心噴頭135注入的大量氣體集中在晶圓中心並沒有到達邊緣區域,也會造成不均一性。
因此,業內需要一種改進電感耦合反應腔設計,可以 優化反應腔內的氣體分佈以改進加工工藝的均一性。
本發明的發明內容只提供一個對本發明部分方面和特點的基本理解。其不是對本發明的廣泛概述,也不是用於特別指出本發明的關鍵要素或者示意發明的範圍。其唯一的目的是簡化的呈現本發明的一些概念,為後續詳細的描述本發明作鋪墊。
根據本發明的一個方面,提供了一種等離子反應器,其包括封閉殼體,絕緣窗,設置在絕緣窗上方的射頻天線,多個氣體注入器(gas injectors)向所述封閉殼體內供氣,設置於所述封閉殼體內的擋板,其用於限制或引導從氣體注入器中的氣體流動。
根據本發明的一個方面,提供了一個電感耦合等離子反應器,其中,包括封閉殼體,其中所述封閉殼體頂板的至少一部分構成一個絕緣材料窗。基片支撐裝置設置於所述封閉殼體內和所述絕緣材料窗的下方。射頻功率發射裝置設置於所述絕緣材料窗上,以發射射頻功率並使其穿過所述絕緣材料窗到封閉殼體內。多個氣體注入器均勻分佈在所述基片支撐裝置上方,以提供處理氣體到所述封閉殼體內。設置於封閉殼體內的環形擋板,其位於所述基片支撐裝置上方和多個氣體注入器下方,以引導處理氣體流動。
根據本發明的另一個方面,所述擋板可由由導體或絕緣材料製成。比如擋板可由陽極化的鋁,陶瓷,石英等製成。
根據本發明的另一個方面,擋板可為帶中心開口的環形隔板。所述擋板也可包括分佈在中心開口周圍的次級開口。所述擋板可以包括從所述中心開口處開始延伸的延伸部。所述延伸部可以是圓筒形的也可以是圓錐形的,等等。所述擋板可集成進一個射頻天線。 所述擋板可以在所述基片支撐裝置上方豎直上下移動,因而得以改變與基片之間的間隙。
根據本發明的再一個方面,提供了一種在基片上製造半導體器件的方法,包括放置基片於等離子反應器中的基片支撐裝置上,其中等離子反應器包括封閉殼體,其包括圓柱形的側壁和頂板,其頂板的至少一部分構成一絕緣材料窗,位於所述絕緣材料窗上方的射頻發射器,其用於發射射頻功率並使其穿過所述絕緣材料窗到達所述封閉殼體內,多個在基片上方均勻分佈的氣體注入器;在封閉殼體內放置環形擋板,以使得所述擋板位於基片支撐裝置上方和多個氣體注入器的下方,從而在所述擋板和所述基片之間直接形成一個間隙;往氣體注入器提供反應氣體;施加射頻功率到射頻發射器。
100‧‧‧電感耦合反應腔(ICP反應腔)
105‧‧‧金屬側壁
107‧‧‧絕緣頂板
110‧‧‧基座
115‧‧‧夾盤
120‧‧‧基片
125‧‧‧抽真空器
130‧‧‧注入器
135‧‧‧噴頭
140‧‧‧天線
145‧‧‧射頻功率源
150‧‧‧氣源
155‧‧‧管線
200‧‧‧等離子處理裝置
205‧‧‧金屬側壁
207‧‧‧絕緣頂板
210‧‧‧基座
215‧‧‧夾盤
220‧‧‧基片
225‧‧‧抽真空泵
230‧‧‧注入器
235‧‧‧噴頭
240‧‧‧天線
245‧‧‧射頻電源
250‧‧‧氣源
255‧‧‧管線
270‧‧‧擋板
300‧‧‧等離子處理裝置
305‧‧‧金屬側壁
310‧‧‧基座
315‧‧‧夾盤
320‧‧‧基片
372‧‧‧擋板
373‧‧‧延伸部
374‧‧‧間隙
400‧‧‧等離子處理裝置
405‧‧‧金屬側壁
410‧‧‧基座
415‧‧‧夾盤
420‧‧‧基片
475‧‧‧擋板
476‧‧‧延伸部
477‧‧‧間隙
500‧‧‧等離子處理裝置
505‧‧‧金屬側壁
510‧‧‧基座
515‧‧‧夾盤
520‧‧‧基片
578‧‧‧擋板
579‧‧‧次級開口
580‧‧‧擋板
600‧‧‧等離子處理裝置
605‧‧‧金屬側壁
610‧‧‧基座
615‧‧‧夾盤
620‧‧‧基片
640‧‧‧主天線
645‧‧‧電源
647‧‧‧射頻電源
680‧‧‧擋板
682‧‧‧輔助天線
683‧‧‧導體盤
685‧‧‧陶瓷盤
690‧‧‧步進電機
700‧‧‧等離子處理裝置
705‧‧‧金屬側壁
710‧‧‧基座
715‧‧‧夾盤
720‧‧‧基片
771‧‧‧隔板
772‧‧‧擋板
773‧‧‧側壁
871‧‧‧旋轉環
874‧‧‧葉片
876‧‧‧中心孔
d‧‧‧直徑
d’‧‧‧直徑
h1‧‧‧側壁高度
h2‧‧‧側壁
φ‧‧‧夾角
附圖作為本發明說明書的一部分,例證了本發明的實施例,並與說明書一起解釋和說明本發明的原理。附圖用圖解的方式來解釋舉例實施例的主要特徵。附圖不是用於描述實際實施例所有特徵也不用於說明圖中元素間的相對尺寸,也不是按比例繪出。
圖1是現有技術的電感耦合反應腔的截面圖;圖2是本發明實施例的電感耦合反應腔的截面圖;圖3是本發明第二實施例的電感耦合反應腔的截面圖;圖4是本發明第三實施例電感耦合反應腔的截面圖;圖5是本發明第四實施例電感耦合反應腔的截面圖;圖6是本發明第五實施例電感耦合反應腔的截面圖;圖7是本發明第六實施例電感耦合反應腔的截面圖,目的在於克服徑向不對稱的問題;圖8是根據本發明一實施例中具有可變直徑開口的擋板結構示意圖。
本發明涉及電感耦合等離子體腔的實施例改進了均一性,特別是氣體分佈的均勻性。本發明實施例中的反應腔中添加了預設裝置使噴頭中流出的氣體被重新引導流動方向,以改進反應腔中的氣體分佈,從而使得晶圓上的均一性得到了改善。
下文將結合圖2對本發明的一個實施例進行詳細描述。圖2示出根據本發明一個實施例的等離子處理裝置200。除了2XX系列附圖標記外,圖2中示出的對應於圖1中的要素具有相同的附圖標記。應當理解,其中的反應腔裝置200僅僅是示例性的,所述200裝置實際上也可以包括更少或額外的部件,部件的排列也可以不同於圖2中所示出。
圖2示出了根據本發明第一實施例的ICP反應腔的截面圖,其執行了氣體受控流動的特點。ICP反應腔200包括金屬側壁205和絕緣頂板207,構成一個氣密的真空封閉殼體,並且由抽真空泵225抽真空。所述絕緣頂板207僅作為示例,也可以採用其它的頂板樣式,比如穹頂形狀的,帶有絕緣材料窗口的金屬頂板等。基座210支撐夾盤215,所述夾盤上放置著待處理的基片220。偏置功率被施加到所述夾盤215上,但是由於與揭露的本發明實施例無關,在圖2中未示出。所述射頻電源245的射頻功率被施加到天線240,該天線基本是線圈狀的。
處理氣體從氣源250經過管線225被供應到反應腔內,以點燃並維持等離子,從而對基片220進行加工。在本實施例中,氣體通過外圍注入器或噴頭230被供應到真空空間中,但是額外的氣體也可以選擇性的從中心噴頭235注入反應腔。如果氣體從注入器230 和噴頭235同時供應,每個的氣體流量都可獨立控制。任何這些用於注入氣體的設置可稱為等離子氣體注入器。在圖2中,擋板270設置於反應腔中以限制和/或引導散發自氣體噴頭230的氣體流動。根據附圖標記所示,在上述實施例中擋板基本是中間帶孔或開口的圓盤形。所述擋板位於氣體噴頭下方但是在基片所在位置上方。這樣,氣體在向下流向基片前被限制為進一步流向反應腔中間,如圖中虛線箭頭所示。
通常地,所述擋板270可由金屬材料製成,如陽極化的鋁。用金屬材料來製造擋板能夠有利於限制所述擋板上方的等離子,因為來自線圈的射頻能量被所述擋板阻擋了傳播。另一方面,所述擋板270也可以是由絕緣材料製成,比如陶瓷或石英。在採用絕緣檔板的實施例中,來自線圈的射頻(RF)能量能夠穿過所述擋板,使得等離子體能夠被維持在所述擋板下方(虛線部分顯示),其依賴於到達所述擋板下方的氣體量。
在部分應用場景下,需要進一步限制氣體流動使得氣體有更多時間位於晶圓中心位置上方,以保證在整個晶圓上方獲得足夠的等離子解離。得益于上述應用的實施例在圖3中示出。除了編號為3XX系列的附圖標記外,圖3與圖2中相同的要素具有相同的附圖標記。如圖3及圖3中附圖標記所示,本實施例的擋板372具有圓盤形的外形並具有一個環形豎直方向延伸部373,基本呈一圓筒形狀。豎直延伸部與基片間構成一個間隙374,通過該間隙氣體可以流到邊緣,比如流向腔體內超過基片週邊的區域。所述間隙374的尺寸確定了基片上方氣體的流動以及氣體流過所述基片所需的時間,以使得氣體被等離子解離。
在圖3所示的實施例中,環形開口的直徑d的尺寸可與基片直徑相同,或者大於或小於所述基片直徑。所述環形開口的直徑取決於所需的氣體流動限制。同時,因為豎直方向環形延伸部設置為與圓盤形基片呈直角,所述環形延伸部373的開口直徑與環形盤372本身的開口直徑相同。
另一方面,有時需要限制氣體從圓環向基片流出,但是一旦氣體向所述基片方向流動,有時也需要強化氣體在水準方向上向腔體週邊流動。一個得益於上述設置的設計由附圖4示出。在圖4中,擋板475由一個環型部和一個圓錐形延伸部476構成,所述圓錐形延伸部476具有上開口直徑d,其小於所述圓錐形延伸部476的下開口直徑d’,其中所述下開口靠近基片。設置了下開口以定義間隙477,氣體通過該間隙在水準方向朝反應腔側壁流動。錐形部分的側壁與環形部之間構成夾角φ,其中該夾角φ小於90度。
在上述的任一實施例中,有時可能需要讓部分氣體在到達擋板中心開口前流出。圖5示出了第四實施例是對圖2所示實施例的部分修改。如圖5所示,擋板578是帶有一個中心開口盤型結構,有些類似於圖2所示的擋板272。所述中間開口的直徑可與圖2中的相同或不同。此外,輔助/次級開口589設置在所述中心開口邊,以使得部分氣體在到達所述中心開口前下漏。所述次級開口的直徑可小於所述中心開口的直徑。所述次級開口可以應用到前述任一實施例,並且可在中心開口周圍均勻設置。比如,圖5示出了與圖3中的擋板類似的改進的擋板580,除了在延伸部周圍添加了次級開口的安排,以使得氣體在到達中心開口前下漏並流向所述延伸部。
在上述實施例中,所述擋板用於控制處理氣體的流動。 此外,所述擋板也可用於被動地控制等離子。通常,等離子可以通過所述擋板上的孔洞擴散到反應腔下部。所述孔洞越大,所述等離子濃度越高。通過改變所述孔洞的數量和位置,在反應腔中分佈的等離子濃度也可同時改變。所述擋板也可用於主動控制所述等離子。圖6示出了上述實施例。
在圖6所示的實施例中,擋板680用於主動控制等離子。如圖所示,次級天線682嵌入所述擋板680中。所述輔助天線可為線圈狀。如圖所示,所述天線可為單圈線圈的(圖中用虛線示出),但也可採用其它設計。所述輔助天線可以同主天線一樣採用電源645(虛線箭頭所示)供電,或者採用一個不同的射頻電源647供電。不管採用何電源供電,施加到所述輔助天線682上的功率幅度(amplitude)是獨立於施加到主天線640的電源功率之外來控制的。
根據上述實施例,所述擋板680是由絕緣材料製成,且所述線圈嵌入該絕緣材料。比如,擋板680可以是由燒結的陶瓷材料製成,其中金屬線圈嵌入所述陶瓷材料。如此,來自次級線圈的功率可施加于擋板上方和下方的等離子。另一方面,根據另一實施例,所述擋板680也可由一面是絕緣材料另一面是導體材料製成,以使得射頻功率只能施加到擋板的其中一面。比如,所述擋板680的上層可由導體材料製成,以便來自次級線圈682的射頻功率僅施加到所述擋板下方的等離子中。這種設計可由圖6示出,其中線圈682嵌入陶瓷盤685,使得所述線圈中產生的射頻能量可施加到所述擋板下方的等離子,但導體盤683設置於所述陶瓷盤685上方,使得來自所述線圈682的射頻能量無法施加於所述擋板上方。此外,這種設計結構也會阻擋主線圈640產生的射頻能量施加於所述擋板680下方。因此,所 述主天線640的射頻能量可被調整(如頻率,功率等)以控制所述擋板680上方的等離子,同時次級天線680的射頻能量可調整來控制所述擋板下方的等離子。
前述任何實施例都可作近一步改進,使擋板成為可移動的。這種設計由圖6示出。圖6中的步進電機690通過例如齒條和齒輪之類機構耦合到擋板680,使得所述步進電機690能夠通電並豎直地驅動所述擋板上下移動,使得所述擋板680和基片620之間的空隙可被調整。
圖7示出另一實施例的電感耦合等離子體反應腔橫截面示意圖,目的在於克服徑向不對稱問題。例如,某些設計的反應腔內部空間與待處理基片的中心軸不對稱,這會導致電荷或/和中性粒子在等離子體中分佈不對稱。儘管離子的分佈可以通過射頻電源耦合控制,但中性粒子的分佈不受射頻電源耦合影響,而是更多地依賴於反應腔內的氣流。因此,在圖7所描述的實施例中,擋板772被設計用於改變氣流以此來控制中性自由基的流動。
如圖7所示,擋板772包括一個側壁773,側壁773沿隔板(絕緣圓盤)771向上延伸,即,側壁773從隔板771開始沿著遠離待處理基片並且朝著反應腔頂板的方向延伸。反應氣體被注入到頂板和擋板772之間,使得側壁773對氣流形成一個屏障。然而,根據附圖A-C所示的例子顯示,所述的屏障徑向不對稱,能夠使得氣流在某些徑向區域高於另外一些徑向區域。除了附圖A-C所示的例子外,所述的屏障還可以有其它變化形式。可選擇地,類似圖6的實施方式,擋板772的隔板(絕緣圓盤)771還包括有射頻天線(未圖示)埋設於內,一個導體盤(未圖示)設置於擋板772的一側以阻 止射頻輻射穿過擋板772。
在附圖A描述的實施例中,側壁773不對稱。即,側壁高度h1高於其對面側壁h2的高度。當然,最小高度和最大高度並非一定位於相對立的位置。相反,在需要氣流較高的區域,所述側壁的高度較小。此外,儘管附圖A中顯示的高度是逐漸變化的,但這也不是必須的。相反,所述側壁的高度可以突然變化,例如,採用臺階式設計。
可選擇的,如附圖B所示,為控制氣流,可以在側壁773上設置若干孔。在附圖B中,孔在側壁的分佈被設置成不均勻,從而產生不均勻的氣流。特別地,在附圖B中,孔在左邊的數量多於右邊的數量。然而,可替換的或者可補充的,如附圖C所示,孔的大小或形狀可以改變,從而使得氣流分佈不均勻。
上述描述的實施例中,最終得到的氣體分佈是靜態的,即,一旦擋板被放置在反應腔內,除非擋板被拆卸並被更換,否則其提供一個特定的、不能改變的氣體分佈。然而,有時需要在不拆卸反應腔的前提下改變反應腔內的氣流特徵。因此,在本發明另外的實施例中,擋板的孔可以在不拆卸反應腔的前提下發生改變。這可以有多種方法實現。圖8示出一種實施方式。圖8所示的擋板有一個旋轉環871,旋轉環871可以藉由反應腔外部採用或手動方式或機械方式(如,採用步進馬達)而被旋轉。當旋轉環871被旋轉時,它帶動葉片或刀片874如同相機的光圈(camera iris)一樣作用以改變中心孔876的大小。
應該理解,本發明提到的處理流程和技術並不限於提到的特定裝置,也可以是實現本發明的多個部件的組合。進一步地, 各種類型的通用設備也可以在本發明技術中被採用。本發明描述了多個特定實施例,這些實施例都在各個方面說明了本發明的內容,其並不是對本發明內容的限制。本領域技術人員應當理解,除了本發明所舉例子,還有很多不同的組合可以適用本發明。
此外,本領域技術人員通過對本發明說明書的理解和對本發明的實踐,能夠容易地想到其它實現方式。本文所描述的多個實施例中各個方面和/或部件可以被單獨採用或者組合採用。需要強調的是,說明書和實施例僅作為舉例,本發明實際的範圍和思路通過下面的權利要求來定義。
200‧‧‧等離子處理裝置
205‧‧‧金屬側壁
207‧‧‧絕緣頂板
210‧‧‧基座
215‧‧‧夾盤
220‧‧‧基片
225‧‧‧抽真空泵
230‧‧‧注入器
235‧‧‧噴頭
240‧‧‧天線
245‧‧‧射頻電源
250‧‧‧氣源
255‧‧‧管線
270‧‧‧擋板

Claims (19)

  1. 一種等離子反應器,包括:封閉殼體,其包括頂板,所述頂板構成一絕緣材料窗;基片支撐裝置,設置於所述封閉殼體內的絕緣材料窗下方;射頻功率發射裝置,設置於所述絕緣材料窗上方,以發射射頻能量到所述封閉殼體內;氣體注入器,用於向所述封閉殼體內供應等離子體處理氣體,擋板,設置於所述封閉殼體內以及所述基片支撐裝置上方和所述氣體注入器下方,以徑向不均勻地限制等離子體處理氣體的流動。
  2. 根據權利要求1所述的等離子反應器,其特徵在於:所述的擋板包括一個有孔的隔板和一個沿所述隔板向所述頂板延伸的側壁。
  3. 根據權利要求2所述的等離子反應器,其特徵在於:所述的側壁在不同的徑向位置具有不同的高度。
  4. 根據權利要求2所述的等離子反應器,其特徵在於:所述側壁導致氣流不均勻地分佈。
  5. 根據權利要求4所述的等離子反應器,其特徵在於:所述側壁具有若干個徑向分佈的孔。
  6. 根據權利要求5所述的等離子反應器,其特徵在於:所述孔的分佈在徑向上不均勻。
  7. 根據權利要求5所述的等離子反應器,其特徵在於:所述孔大小不同。
  8. 根據權利要求5所述的等離子反應器,其特徵在於:所述孔形狀不同。
  9. 根據權利要求1所述的等離子反應器,其特徵在於:所述擋板包括導電材料。
  10. 根據權利要求1所述的等離子反應器,其特徵在於:所述擋板包括一埋設於其中的射頻天線。
  11. 根據權利要求10所述的等離子反應器,其特徵在於:所述擋板包括一埋設有射頻天線於內的絕緣圓盤,一個導體盤設置於所述擋板的一側以阻止射頻輻射穿過所述擋板。
  12. 根據權利要求1所述的等離子反應器,其特徵在於:所述的擋板可豎直移動。
  13. 一種等離子反應器,包括:封閉殼體,所述封閉殼體包括一圓柱形的側壁和一頂板,所述頂板至 少部分構成一絕緣材料窗;基片支撐裝置,設置於所述封閉殼體內的絕緣材料窗下方;射頻功率發射裝置,設置於所述絕緣材料窗上方,以發射射頻能量透過所述絕緣材料窗到所述封閉殼體內;若干個氣體注入器,均勻地分佈在所述基片支撐裝置上方,用於向所述封閉殼體內供應處理氣體;一圓形的擋板,設置在所述封閉殼體內,並且位於所述基片支撐裝置上方和所述若干個氣體注入器下方,以限制處理氣體的流動,所述擋板包括一個可改變直徑大小的中心孔。
  14. 根據權利要求13所述的等離子反應器,其特徵在於:所述中心孔的直徑大小可以從反應器外部改變。
  15. 根據權利要求13所述的等離子反應器,其特徵在於:所述擋板包括由陽極化的鋁、陶瓷或者石英中的一種構成。
  16. 根據權利要求14所述的等離子反應器,其特徵在於:所述擋板包括一個環和若干個葉片,所述葉片在所述環轉動下發生動作,從而改變所述中心孔的大小。
  17. 一種製作半導體基片的方法,包括:將基片放置在等離子反應器內的基片支撐裝置上,所述等離子反應器包括一個由圓柱形側壁和頂板構成的封閉殼體,至少部分所述頂板構成一絕緣材料窗,一射頻功率發射裝置,設置於所述絕緣材料窗上方, 以發射射頻能量穿過絕緣材料窗進入所述封閉殼體內;若干個氣體注入器均勻地分佈在所述基片支撐裝置上方;在所述封密閉殼體內設置一個有孔的環形擋板,以改變氣流分佈,所述擋板位於基片支撐裝置的上方和氣體注入器的下方,以此在所述基片上方限定一段間隙;提供反應氣體到所述氣體注入器;提供射頻功率到射頻功率發射裝置。
  18. 根據權利要求17所述的方法,其特徵在於:還包括改變所述孔的直徑。
  19. 根據權利要求17所述的方法,其特徵在於:所述改變氣流分佈的步驟包括生成徑向不均勻的氣流。
TW102138750A 2012-11-01 2013-10-25 A plasma reactor and a method for fabricating a semiconductor substrate TWI541891B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210431839.1A CN103796413B (zh) 2012-11-01 2012-11-01 等离子反应器及制作半导体基片的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201421579A true TW201421579A (zh) 2014-06-01
TWI541891B TWI541891B (zh) 2016-07-11

Family

ID=50547641

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102138750A TWI541891B (zh) 2012-11-01 2013-10-25 A plasma reactor and a method for fabricating a semiconductor substrate

Country Status (5)

Country Link
US (2) US9431216B2 (zh)
JP (1) JP5782090B2 (zh)
KR (1) KR101488243B1 (zh)
CN (1) CN103796413B (zh)
TW (1) TWI541891B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI575556B (zh) * 2014-08-22 2017-03-21 Electrolyte processing device
CN108493089A (zh) * 2018-05-23 2018-09-04 武汉华星光电技术有限公司 气流分配装置及干刻蚀设备
TWI707398B (zh) * 2015-12-16 2020-10-11 日商東京威力科創股份有限公司 電漿處理裝置
TWI817045B (zh) * 2019-10-25 2023-10-01 大陸商中微半導體設備(上海)股份有限公司 等離子體隔離環、等離子體處理裝置與基片處理方法

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107306473B (zh) * 2016-04-25 2019-04-30 中微半导体设备(上海)股份有限公司 一种半导体处理装置及处理基片的方法
CN108690965B (zh) * 2017-03-31 2020-06-30 芝浦机械电子装置株式会社 等离子体处理装置
CN107633991B (zh) * 2017-09-20 2019-10-11 武汉华星光电半导体显示技术有限公司 一种干法刻蚀设备
CN108103480A (zh) * 2018-01-11 2018-06-01 宁波晶钻工业科技有限公司 一种化学气相沉积炉
CN110299276B (zh) * 2018-03-21 2022-11-25 北京北方华创微电子装备有限公司 电感耦合等离子体产生装置及半导体加工设备
JP7190894B2 (ja) * 2018-12-21 2022-12-16 昭和電工株式会社 SiC化学気相成長装置
KR102078364B1 (ko) * 2019-04-25 2020-02-17 주식회사 기가레인 배출흐름조절부 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치
US20220235465A1 (en) * 2019-06-06 2022-07-28 Picosun Oy Substrate processing methods and apparatus
WO2021247175A1 (en) * 2020-06-01 2021-12-09 Lam Research Corporation Mid-chamber flow optimizer
TW202230442A (zh) * 2020-10-09 2022-08-01 美商蘭姆研究公司 無面板噴淋頭
US20240188208A1 (en) * 2021-04-01 2024-06-06 Universiteit Gent A Device and Method For Generating A Plasma Jet
KR102490264B1 (ko) * 2022-10-24 2023-01-18 김무환 가스의 흐름이 개선된 수평형 플라즈마 챔버 구조
KR102497734B1 (ko) * 2022-11-25 2023-02-07 김무환 가스의 흐름 및 플라즈마 시인성이 개선된 수평형 플라즈마 챔버 구조
CN116779412B (zh) * 2023-08-25 2023-11-24 江苏鲁汶仪器股份有限公司 离子源挡板装置和离子束刻蚀机

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS512147B1 (zh) * 1970-08-19 1976-01-23
JPS62146268A (ja) * 1985-12-20 1987-06-30 Anelva Corp 薄膜製造装置
JPH05102147A (ja) * 1991-10-07 1993-04-23 Sony Corp アモルフアス金属の形成方法及びアモルフアス金属膜を有する半導体装置
JP3344429B2 (ja) * 1993-03-15 2002-11-11 富士写真光機株式会社 絞り装置
JPH0729890A (ja) * 1993-07-08 1995-01-31 Kokusai Electric Co Ltd プラズマ発生装置
JP2638443B2 (ja) * 1993-08-31 1997-08-06 日本電気株式会社 ドライエッチング方法およびドライエッチング装置
US5885358A (en) 1996-07-09 1999-03-23 Applied Materials, Inc. Gas injection slit nozzle for a plasma process reactor
JPH1064893A (ja) * 1996-08-16 1998-03-06 Tokyo Electron Ltd 熱処理炉のシャッタ−装置
CN1228810C (zh) * 1997-04-21 2005-11-23 东京电子亚利桑那公司 物理汽相沉积的方法和设备
KR20010024504A (ko) * 1997-10-15 2001-03-26 히가시 데쓰로 플라즈마의 밀도분포를 조정하기 위한 장치 및 방법
WO2000017906A2 (en) * 1998-09-22 2000-03-30 Applied Materials, Inc. Rf plasma etch reactor with internal inductive coil antenna and electrically conductive chamber walls
US6132805A (en) * 1998-10-20 2000-10-17 Cvc Products, Inc. Shutter for thin-film processing equipment
JP4388627B2 (ja) * 1999-07-05 2009-12-24 東京エレクトロン株式会社 処理装置
US20030047536A1 (en) * 2002-10-02 2003-03-13 Johnson Wayne L. Method and apparatus for distributing gas within high density plasma process chamber to ensure uniform plasma
JP4450407B2 (ja) * 2003-03-27 2010-04-14 キヤノンアネルバ株式会社 プラズマ処理装置及び処理方法
KR100752622B1 (ko) * 2006-02-17 2007-08-30 한양대학교 산학협력단 원거리 플라즈마 발생장치
KR100864111B1 (ko) 2006-05-22 2008-10-16 최대규 유도 결합 플라즈마 반응기
US7919722B2 (en) * 2006-10-30 2011-04-05 Applied Materials, Inc. Method for fabricating plasma reactor parts
US7909961B2 (en) * 2006-10-30 2011-03-22 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for photomask plasma etching
JP6097471B2 (ja) * 2007-04-27 2017-03-15 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated 環状のバッフル
WO2011067820A1 (ja) * 2009-12-04 2011-06-09 キヤノンアネルバ株式会社 スパッタリング装置、及び電子デバイスの製造方法
JP2011190530A (ja) * 2010-02-16 2011-09-29 Canon Anelva Corp シャッター装置及び真空処理装置
CN105977126B (zh) * 2011-05-31 2018-12-07 应用材料公司 用于等离子体蚀刻腔室的孔部件
CN102355792B (zh) * 2011-10-19 2016-04-06 中微半导体设备(上海)有限公司 改进等离子均匀性和效率的电感耦合等离子装置
CN102395243A (zh) * 2011-10-19 2012-03-28 中微半导体设备(上海)有限公司 改进等离子均匀性和效率的电感耦合等离子装置
US9095038B2 (en) * 2011-10-19 2015-07-28 Advanced Micro-Fabrication Equipment, Inc. Asia ICP source design for plasma uniformity and efficiency enhancement

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI575556B (zh) * 2014-08-22 2017-03-21 Electrolyte processing device
TWI707398B (zh) * 2015-12-16 2020-10-11 日商東京威力科創股份有限公司 電漿處理裝置
CN108493089A (zh) * 2018-05-23 2018-09-04 武汉华星光电技术有限公司 气流分配装置及干刻蚀设备
TWI817045B (zh) * 2019-10-25 2023-10-01 大陸商中微半導體設備(上海)股份有限公司 等離子體隔離環、等離子體處理裝置與基片處理方法

Also Published As

Publication number Publication date
US9431216B2 (en) 2016-08-30
JP5782090B2 (ja) 2015-09-24
KR101488243B1 (ko) 2015-01-30
KR20140056084A (ko) 2014-05-09
TWI541891B (zh) 2016-07-11
CN103796413A (zh) 2014-05-14
CN103796413B (zh) 2017-05-03
US20140120731A1 (en) 2014-05-01
JP2014130803A (ja) 2014-07-10
US20160322205A1 (en) 2016-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI541891B (zh) A plasma reactor and a method for fabricating a semiconductor substrate
US9095038B2 (en) ICP source design for plasma uniformity and efficiency enhancement
TWI543253B (zh) 用於製造半導體裝置之注入元件及包含它之電漿加工設備
KR100768019B1 (ko) 플라즈마 처리 시스템 및 그 방법
TWI556308B (zh) A plasma reactor with improved gas distribution
JP6936884B2 (ja) 改良されたフロー均一性/ガスコンダクタンスを備えた可変処理容積に対処するための対称チャンバ本体設計アーキテクチャ
WO2015085882A1 (zh) 下电极装置以及等离子体加工设备
US20100307684A1 (en) Plasma processing apparatus
KR102664176B1 (ko) 플라즈마 처리 장치
JP4093212B2 (ja) プラズマ処理装置
KR20160134908A (ko) 기판 처리 장치
TW201318063A (zh) 改進等離子均勻性和效率的電感耦合等離子裝置
KR102449791B1 (ko) 기판 처리장치
KR101232200B1 (ko) 배플, 기판 처리 장치 및 그 처리 방법
JP2021511667A (ja) 遠隔プラズマ酸化チャンバ用ドッグボーン入口錐体輪郭
KR101547319B1 (ko) 플라즈마 식각 장치
TWI633811B (zh) Plasma processing device and method for processing semiconductor substrate
KR102522687B1 (ko) 박막 제조 장치
KR101777729B1 (ko) 플라즈마 처리 장치 및 그 처리 가스 공급 구조체
KR102293135B1 (ko) 기판 처리장치
KR102215639B1 (ko) 가스 분배 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치
TW202110288A (zh) 改善氣體均一分佈的電漿反應裝置
JP2008205327A (ja) 基板処理装置