TW201501196A - 用於感應耦合等離子體腔室的氣體注入裝置 - Google Patents

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一種用於感應耦合等離子體腔室的氣體注入裝置，該氣體注入裝置設置在感應耦合等離子體腔頂部，該氣體注入裝置包含射頻窗以及設置在射頻窗下表面的氣孔陣列，該氣體注入裝置還包含設置在射頻窗上表面的一個與所述氣孔陣列聯通的氣體擴散空間，利用氣密板氣體擴散空間進行密封，氣體源通過輸氣管道穿過所述氣密板向所述氣體擴散空間供應反應氣體，該氣孔陣列包含若干氣孔。本發明省略了氣體注入器，直接在射頻窗上開氣孔，氣體輸送區域更寬，氣體輸送更均勻，獲得了更好的清洗效果，且無需使用金屬屏蔽層，節省了工序，降低了成本。

Description

用於感應耦合等離子體腔室的氣體注入裝置
本發明涉及半導體刻蝕技術領域，尤其涉及一種用於感應耦合等離子體腔室的氣體注入裝置。
在半導體刻蝕製程中，會使用等離子體對晶元進行處理，而ICP(inductively couple plasma)感應耦合等離子體處理是一種比較常用的方法，圖1是通常的感應耦合等離子體腔室的結構示意圖。
線圈2連接高頻電源4，真空泵5排氣使反應腔100成為真空腔，氣體源3通過輸氣管道104將反應氣體輸送給氣體注入器102，氣體注入器102嵌設在陶瓷的射頻窗(RF window)101內，氣體注入器102上開設若干聯通輸氣管道104的氣孔103，反應氣體通過氣孔103注入反應腔100，高頻電源4對線圈2施加高頻電壓，反應腔內的反應氣體發生離子化，產生等離子體，對放置在載片台6上的晶元1進行處理。
在等離子環境中，為了隔離氣體注入器102，需要在氣體注入器102的四周設置金屬屏蔽層105，而氣體注入器102本身的尺寸大小，也限制了氣體輸送區域的大小，容易造成氣體輸送不均勻。
本發明提供的一種用於感應耦合等離子體腔室的氣體注入裝置，氣體輸送區域更寬，氣體輸送更均勻，獲得了更好的清洗效果，且 無需使用金屬屏蔽層，節省了工序，降低了成本。
為了達到上述目的，本發明提供一種用於感應耦合等離子體腔室的氣體注入裝置，該氣體注入裝置設置在感應耦合等離子體腔室頂部，該感應耦合等離子體腔室包含反應腔和設置在反應腔頂部的氣體注入裝置，該氣體注入裝置通過輸氣管道連接氣體源，反應腔內設置有載片台。
載片台用於放置待處理的晶元，反應腔連接真空泵，該感應耦合等離子體腔室上方或側壁還設置線圈，以及連接線圈的高頻電源，該氣體注入裝置包含射頻窗以及設置在射頻窗下表面的第一氣孔陣列。
該氣體注入裝置還包含設置在射頻窗上表面的一個與所述第一氣孔陣列聯通的第一氣體擴散空間，利用第一氣密闆對第一氣體擴散空間進行密封，氣體源通過輸氣管道穿過所述第一氣密板向所述第一氣體擴散空間供應反應氣體，該第一氣孔陣列包含若干氣孔。
如上述實施例所述的射頻窗為平面圓盤形，或者為桶形，或者為穹頂形。
如上述實施例所述的用於感應耦合等離子體腔室的氣體注入裝置，其特徵在於，所述射頻窗的下表面還包括圍繞所述第一氣孔陣列的第二氣孔陣列，相應的在射頻窗上表面包括一個第二氣體擴散空間和第二氣密板，氣體源通過輸氣管道穿過所述第二氣密板向第二氣體擴散空間供應反應氣體。
如上述實施例所述的氣孔陣列的排布是多層環狀排列，或者是無序自由排列。
所述的氣孔的噴氣方向與下方載片台平面呈20°~180°。
氣孔陣列中每個氣的直徑相同，或者不相同，同一個氣孔，沿其長度方向，從上至下的直徑相同，或者不相同。
本發明還提供一種具有氣體注入裝置的感應耦合等離子體腔室，該感應耦合等離子體腔室包含反應腔和設置在反應腔頂部的氣體注入裝置，該氣體注入裝置通過輸氣管道連接氣體源，反應腔內設置有載片台，載片台用於放置待處理的晶元，反應腔連接真空泵，該感應耦合等離子體腔室上方或側壁還設置線圈，以及連接線圈的高頻電源。
該氣體注入裝置包含射頻窗以及設置在射頻窗下表面的氣孔陣列組，該氣體注入裝置還包含設置在射頻窗上表面的一個與所述氣孔陣列組聯通的氣體擴散空間，利用氣密板對氣體擴散空間進行密封，氣體源通過輸氣管道穿過所述氣密板向所述氣體擴散空間供應反應氣體，該氣孔陣列組包含若干氣孔陣列，該氣孔陣列包含若干氣孔。
如上述實施例所述的射頻窗為平面圓盤形，或者為桶形，或者為穹頂形。
如上述實施例所述的氣孔陣列組的分佈範圍為整個射頻窗的面積區域，所述的氣孔陣列組的排布為單一氣孔陣列單區分佈，或者為多個氣孔陣列多區分佈。
如上述實施例所述的氣孔陣列的排布是多層環狀排列，或者是無序自由排列。
如上述實施例所述的氣孔的噴氣方向與下方載片台平面呈20°~180°。
如上述實施例氣孔陣列中每個氣孔的直徑相同，或者不相 同，同一個氣孔，沿其長度方向，從上至下的直徑相同，或者不相同。
本發明省略了氣體注入器，直接在射頻窗上開氣孔，氣體輸送區域更寬，氣體輸送更均勻，獲得了更好的清洗效果，且無需使用金屬遮罩層，節省了工序，降低了成本。
1‧‧‧晶元
2‧‧‧線圈
3‧‧‧氣體源
4‧‧‧高頻電源
5‧‧‧真空泵
6‧‧‧載片台
100‧‧‧反應腔
101‧‧‧射頻窗
102‧‧‧氣體注入器
103‧‧‧氣孔
104‧‧‧輸氣管道
105‧‧‧金屬遮罩層
106‧‧‧氣密板
107‧‧‧氣體擴散空間
第1圖，習知技術中感應耦合等離子體腔室的結構示意圖。
第2-4圖，本發明提供的用於感應耦合等離子體腔室的氣體注入裝置的結構示意圖。
第5-11圖，是本發明提供的用於感應耦合等離子體腔室的氣體注入裝置的仰視圖。
為使 貴審查委員能清楚了解本創作之內容，僅以下列說明搭配圖式，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。
以下根據圖2~圖11，具體說明本發明的較佳實施例。
請參閱第2~4圖，本發明提供一種用於感應耦合等離子體腔室的氣體注入裝置，該氣體注入裝置設置在感應耦合等離子體腔室頂部，該感應耦合等離子體腔室包含反應腔100和設置在反應腔100頂部的氣體注入裝置，該氣體注入裝置通過輸氣管道104連接氣體源3，反應腔100內設置有載片台6，載片台6用於放置待處理的晶元，反應腔100連接真空泵5，該感應耦合等離子體腔室上方和側壁還設置線圈2，以及連接線圈2的高頻 電源4。其中，反應腔側壁採用鋁等金屬材料，並且電接地以遮罩反應腔內的射頻電磁場。
該氣體注入裝置包含射頻窗101以及設置在射頻窗下表面的氣孔陣列組，該氣體注入裝置還包含設置在射頻窗上表面的一個與所述氣孔陣列組聯通的氣體擴散空間107，利用氣密板106對氣體擴散空間107進行密封，氣體源3通過輸氣管道104穿過所述氣密板106向所述氣體擴散空間107供應反應氣體，該氣孔陣列組包含若干氣孔陣列，該氣孔陣列包含若干氣孔103。
其中，射頻窗101採用陶瓷材料如氧化鋁或者氧化矽，在密封反應腔的同時使射頻電磁場能夠穿透射頻窗進入反應腔，進而使通入反應腔的反應氣體電離形成等離子體，氣密板106採用與射頻窗類似的絕緣陶瓷材料，或者聚合物絕緣材料在實現氣密的同時不會影響射頻電磁場能量饋入反應腔室。
在其中一種實施例中，所述的射頻窗101為平面圓盤形(如圖2所示)，或者為具有不同高度的桶形(如圖3所示)，或者為穹頂形(如圖4所示)。
在其中一種實施例中，所述的氣孔陣列組的分佈範圍為整個射頻窗101的面積區域。
在其中一種實施例中，所述的氣孔陣列組的排布可以為單一氣孔陣列單區分佈，也可以為多個氣孔陣列多區分佈。
在其中一種實施例中，氣孔陣列的排布可以是多層環狀排列，也可以是無序自由排列。
在其中一種實施例中，所述的氣孔103與水準方向的角度範圍為20°~180°。
在其中一種實施例中，所述的氣孔103的直徑範圍在幾個毫米到幾個釐米之間。
在其中一種實施例中，氣孔陣列中每個氣孔103的直徑可以相同，也可以不相同，可以每個氣孔103相互之間的直徑都不相同，也可以按照區域劃分，每個區域之間的氣孔直徑不同，例如，如果氣孔陣列是按照多層環狀排列，則每層環狀氣孔之間的直徑可以相同，環狀層與環狀層之間的氣孔直徑可以不相同。
在其中一種實施例中，同一個氣孔103，沿其長度方向，從上至下的直徑可以相同，即，該氣孔103的剖面呈矩形。
在其中一種實施例中，同一個氣孔103，沿其長度方向，從上至下的直徑可以不相同，可以從上至下直徑逐漸變大，即，剖面呈梯形，或者可以從上至下直徑逐漸變下，即，剖面呈倒梯形，或者可以呈其他直徑變化方式。
本發明直接在射頻窗上開孔形成氣孔陣列，而沒有使用氣體注入器102，也就避免了使用金屬遮罩層105，節省了成本
本發明的氣孔陣列設置的範圍比使用氣體注入器102更寬廣，整個射頻窗的面積區域範圍上都可開設氣孔103，在使用時，可根據實際需要，將暫時不需要的氣孔103堵塞，待以後需要時，再將該氣孔103疏通。
在其中一種實施例中，通過在射頻窗上合理分佈具有不同直徑和傾斜角度的氣孔103，可以方便的調節進氣流量，獲得更為均勻的氣體分佈。
在其中一種實施例中，線圈2連接高頻電源4，真空泵5排氣使反應腔100成為真空腔，氣體源3通過輸氣管道104將反應氣體輸送給設置在射頻窗上的氣孔103，反應氣體通過氣孔103注入反應腔100，高頻電源4對線圈2施加高頻電壓，反應腔內的反應氣體發生離子化，產生等離子體，對放置在載片台6上的晶元1進行處理。
如圖5所示，在其中一種實施例中，氣孔陣列組的排布為單一氣孔陣列單區分佈，氣孔陣列為多層環狀排列，該氣孔陣列的中心軸處設置氣孔103，所述的氣孔陣列以中心軸為中心，同軸同心環狀排列，所述的氣孔103的剖面呈矩形，每一環的氣孔直徑相同，氣孔103與水準方向的角度為45°，90°和135°。
如圖6所示，在其中一種實施例中，氣孔陣列組為多區分佈，該氣孔陣列組包含兩個氣孔陣列，每個氣孔陣列為多層環狀排列，每個氣孔陣列的中心軸處設置氣孔103，每個氣孔陣列以中心軸為中心，同軸同心環狀排列，所述的氣孔103的剖面呈矩形，每一環的氣孔直徑相同，氣孔103與水準方向的角度為45°，90°和135°。
如圖7所示，在其中一種實施例中，是本發明的第三實施例，其中，氣孔陣列組的排布為單一氣孔陣列單區分佈，氣孔陣列為多層環狀排列，該氣孔陣列的中心軸處設置氣孔103，所述的氣孔陣列偏心環狀排列，所述的氣孔103的剖面呈梯形，每一環的氣孔直徑相同，氣孔103與水準方 向的角度為20°，60°，90°，120°和150°。
如圖8所示，在其中一種實施例中，氣孔陣列組的排布為單一氣孔陣列單區分佈，氣孔陣列為多層環狀排列，該氣孔陣列的中心軸處未設置氣孔，所述的氣孔陣列偏心環狀排列，所述的氣孔103的剖面呈矩形，每一環的氣孔直徑相同，氣孔103與水準方向的角度為45°，90°和135°。
如圖9所示，在其中一種實施例中，氣孔陣列組的排布為單一氣孔陣列單區分佈，氣孔陣列為多層環狀排列，該氣孔陣列的中心軸處設置氣孔103，所述的氣孔陣列以中心軸為中心，同軸同心環狀排列，所述的氣孔103的剖面呈梯形，每一環的氣孔直徑不相同，氣孔103與水準方向的角度為30°，60°，90°，120°和150°。
如圖10所示，在其中一種實施例中，氣孔陣列組的排布為單一氣孔陣列單區分佈，氣孔陣列為無序排列，所述的氣孔103的剖面呈梯形，氣孔之間的直徑不相同，氣孔103與水準方向的角度為20°，60°，90°，120°和160°。
如圖11所示，在其中一種實施例中，氣孔陣列組為多區分佈，該氣孔陣列組包含三個氣孔陣列，每個氣孔陣列為無序排列，所述的氣孔103的剖面呈梯形，氣孔之間的直徑不相同，氣孔103與水準方向的角度為20°，60°，90°，120°和160°。
唯，以上所述者，僅為本創作之較佳實施例而已，並非用以限定本創作實施之範圍，故該所屬技術領域中具有通常知識者，或是熟悉此技術所作出等效或輕易的變化者，在不脫離本創作之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本創作之專利範圍內。
1‧‧‧晶元
2‧‧‧線圈
3‧‧‧氣體源
4‧‧‧高頻電源
5‧‧‧真空泵
6‧‧‧載片台
100‧‧‧反應腔
101‧‧‧射頻窗
102‧‧‧氣體注入器
103‧‧‧氣孔
104‧‧‧輸氣管道
105‧‧‧金屬遮罩層
106‧‧‧氣密板
107‧‧‧氣體擴散空間

Claims (12)

  1. 一種用於感應耦合等離子體腔室的氣體注入裝置，該氣體注入裝置設置在感應耦合等離子體腔室頂部，該感應耦合等離子體腔室包含反應腔和設置在反應腔頂部的氣體注入裝置，該氣體注入裝置通過輸氣管道連接氣體源，反應腔內設置有載片台，載片台用於放置待處理的晶元，反應腔連接真空泵，該感應耦合等離子體腔室上方或側壁還設置線圈，以及連接線圈的高頻電源，其特徵在於：該氣體注入裝置包含射頻窗以及設置在射頻窗下表面的第一氣孔陣列，該氣體注入裝置還包含設置在射頻窗上表面的一個與該第一氣孔陣列聯通的第一氣體擴散空間，利用第一氣密板對第一氣體擴散空間進行密封，氣體源通過輸氣管道穿過該第一氣密板向該第一氣體擴散空間供應反應氣體，該第一氣孔陣列包含若干氣孔。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的用於感應耦合等離子體腔室的氣體注入裝置，其中，該射頻窗為平面圓盤形，或者為桶形，或者為穹頂形。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的用於感應耦合等離子體腔室的氣體注入裝置，其中，該射頻窗的下表面還包括圍繞該第一氣孔陣列的第二氣孔陣列，相應的在射頻窗上表面包括一個第二氣體擴散空間和第二氣密板，氣體源通過輸氣管道穿過該第二氣密板向第二氣體擴散空間供應反應氣體。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的用於感應耦合等離子體腔室的氣體注入裝置，其中，該氣孔陣列的排布是多層環狀排列，或者是無序自由排列。
  5. 如申請專利範圍第1-4項中任意一個所述的用於感應耦合等離子體腔室 的氣體注入裝置，其中，該氣孔的噴氣方向與下方載片台平面呈20°~180°。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的用於感應耦合等離子體腔室的氣體注入裝置，其中，氣孔陣列中每個氣孔的直徑相同，或者不相同，同一個氣孔，沿其長度方向，從上至下的直徑相同，或者不相同。
  7. 一種具有氣體注入裝置的感應耦合等離子體腔室，其特徵在於，該感應耦合等離子體腔室包含反應腔和設置在反應腔頂部的氣體注入裝置，該氣體注入裝置通過輸氣管道連接氣體源，反應腔內設置有載片台，載片台用於放置待處理的晶元，反應腔連接真空泵，該感應耦合等離子體腔室上方或側壁還設置線圈，以及連接線圈的高頻電源；該氣體注入裝置包含射頻窗以及設置在射頻窗下表面的氣孔陣列組，該氣體注入裝置還包含設置在射頻窗上表面的一個與該氣孔陣列組聯通的氣體擴散空間，利用氣密板對氣體擴散空間進行密封，氣體源通過輸氣管道穿過該氣密板向該氣體擴散空間供應反應氣體，該氣孔陣列組包含若干氣孔陣列，該氣孔陣列包含若干氣孔。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的具有氣體注入裝置的感應耦合等離子體腔室，其中，該射頻窗為平面圓盤形，或者為桶形，或者為穹頂形。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的具有氣體注入裝置的感應耦合等離子體腔室，其中，該氣孔陣列組的分佈範圍為整個射頻窗的面積區域，該氣孔陣列組的排佈為單一氣孔陣列單區分佈，或者為多個氣孔陣列多區分佈。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的具有氣體注入裝置的感應耦合等離子體 腔室，其中，該氣孔陣列的排布是多層環狀排列，或者是無序自由排列。
  11. 如申請專利範圍第7-10項中任意一個所述的具有氣體注入裝置的感應耦合等離子體腔室，其中，該氣孔的噴氣方向與下方載片台平面呈20°~180°。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的具有氣體注入裝置的感應耦合等離子體腔室，其中，氣孔陣列中每個氣孔的直徑相同，或者不相同，同一個氣孔，沿其長度方向，從上至下的直徑相同，或者不相同。
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