TW202025220A - 電漿蝕刻裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明公開了一種電漿蝕刻裝置，包括：反應室，用於容納反應氣體；介電窗，其設置於反應室頂部；邊緣環，其固定於反應室和介電窗之間；介電窗和邊緣環用於真空密封反應室；進氣系統，其用於向反應室內通入反應氣體，其包括設置在介電窗的中心區域上的第一進氣通道，和環繞設置在介電窗的邊緣區域上的第二進氣通道，第二進氣通道使得反應氣體從上向下穿過介電窗，被反應室內的邊緣環阻擋後向反應室內中心區域擴散。本發明解決了由於反應氣體是腐蝕性氣體時對設置在邊緣環內部放入側壁進氣通道腐蝕產生污染物，污染物隨著反應氣體進入反應室內，導致反應室內的晶圓被污染的問題。

Description

電漿蝕刻裝置
本發明涉及半導體加工製程，特別涉及一種電漿蝕刻裝置。
電感耦合電漿( Inductively Coupled Plasma，簡稱ICP )蝕刻裝置廣泛用於電漿蝕刻(也稱乾式蝕刻)等製程。其中，電漿蝕刻的原理為：反應氣體在電場的激發下，被電離而產生電漿，由於電漿中包含電子、離子、以及激發態的原子、分子和自由基等活性粒子，這些活性粒子可以與待蝕刻材料發生反應，從而實現對待蝕刻基板的圖案化。
現有技術中的電感耦合電漿蝕刻裝置，包括反應室、介電窗和邊緣環，介電窗和邊緣環對反應室進行真空密封，邊緣環位於介電窗和反應室之間；該電感耦合電漿裝置還包括：進氣系統，包括設置在該介電窗的中心區域上的進氣通道，設置在邊緣環內部的側壁進氣通道以及設置在反應室外部的反應氣體源，該進氣系統用於向反應室通入反應氣體。
介電窗上方設有線圈(coil)，其外接射頻電源，射頻電源用於向線圈內通入射頻電流，以使線圈產生變化的磁場，該變化的磁場可感應出電場，電場透過介電窗使通入反應室內部的反應氣體電離而產生電漿，進而對置於反應腔內的晶圓進行處理。
研究發現，由於邊緣環使用鋁合金材料，並且進行了陽極氧化處理。邊緣環(liner)在使用過程中，需要通過內部設置的加熱器加熱到攝氏120度。如果傳輸的反應氣體是Cl2 ，極易造成該側壁進氣通道被腐蝕，產生AlCl3 。 AlCl3 進入反應室後，又會沉積在反應室中、靜電吸盤（ESC）表面或靜電吸盤上的晶圓造成污染。
本發明的目的是提供一種電漿蝕刻裝置，通過將電漿蝕刻裝置的進氣系統中的側壁進氣通道設置在介電窗的邊緣處，使得反應氣體不經過邊緣環內部，解決了由於反應氣體是腐蝕性氣體時對設置在邊緣環內部放入側壁進氣通道腐蝕產生污染物，污染物隨著反應氣體進入反應室內，導致反應室內的晶圓被污染的問題。
為了解決上述問題，本發明通過以下技術方案實現：
一種電漿蝕刻裝置，包括：反應室，用於容納反應氣體；介電窗，其設置於反應室頂部；邊緣環，其固定於反應室和介電窗之間；介電窗和邊緣環用於真空密封反應室；進氣系統，其用於向反應室內通入反應氣體，其包括設置在介電窗的中心區域上的第一進氣通道，和環繞設置在介電窗的邊緣區域上的第二進氣通道，第二進氣通道使得反應氣體從上向下穿過介電窗，被反應室內的邊緣環阻擋後向反應室內中心區域擴散。
進一步的，還包括，用於固定待處理晶圓的靜電卡盤，其位於反應室底部。
進一步的，邊緣環包括：連接段和延伸段，連接段位於反應室和介電窗之間，其一端分別與反應室側壁頂部和介電窗密封連接，其另一端與介電窗之間具有縫隙，使得通過第二進氣通道輸送的反應氣體沿縫隙流入反應室內部；延伸段位於反應室內部，從連接段內側向下延伸，圍繞待處理晶圓上方的反應空間。
進一步的，邊緣環採用鋁合金製成，其外表面塗覆有陶瓷材料。
進一步的，連接段的另一端與介電窗之間具有向反應室內傾的內傾角，使得通過第二進氣通道輸送的反應氣體經由內傾角輸送至反應室內。
進一步的，邊緣環採用陽極氧化的鋁合金製成，並且其外表面塗覆有陶瓷材料。
進一步的，進氣系統還包括環繞設置在介電窗上的且靠近介電窗邊緣的反應氣體緩存腔，第二進氣通道連通反應氣體緩存腔和反應室。
進一步的，進氣系統還包括反應氣體源，以及與反應氣體源連接的氣體分離器，其用於將反應氣體源輸出的反應氣體分為兩路，一路通過第一進氣通道輸送至反應室內，另一路輸送至反應氣體緩存腔內部，通過第二進氣通道輸送至反應室內。
進一步的，還包括：若干個線圈，其設置於介電窗頂部且位於反應室外部，並環繞第一進氣通道設置。
進一步的，還包括射頻電源，射頻電源外接線圈，射頻電源用於向線圈內通入射頻電流，以使線圈產生變化的磁場，該變化的磁場可感應出電場，電場透過介電窗使得通入反應室內部的反應氣體電離產生電漿。
進一步的，還包括，用於固定待處理晶圓的靜電卡盤，其位於反應室底部。
本發明具有以下技術效果：
本發明通過將電漿蝕刻裝置的進氣系統中的側壁進氣通道設置在介電窗的邊緣處，使得反應氣體不經過邊緣環內部，解決了由於反應氣體是腐蝕性氣體時對設置在邊緣環內部放入側壁進氣通道腐蝕產生污染物，污染物隨著反應氣體進入反應室內，導致反應室內的晶圓被污染的問題。
以下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發明做進一步闡述。
如第1圖所示，本實施例提供的一種電漿蝕刻裝置，包括：反應室300，用於容納反應氣體；需要說明的是，反應室300形狀並非限定於圓筒狀，例如也可以是角筒狀。介電窗500，其設置於反應室300頂部；介電窗500 採用石英玻璃、陶瓷或氧化鋁（AL2 O3 ）等構成。邊緣環400，其位於反應室300和介電窗500之間；介電窗500和邊緣環400用於真空密封反應室300；需要說明的是，不對介電窗500和邊緣環400，以及邊緣環400與反應室300的固定方式做限定，能夠實現對反應室300的真空密封即可。進氣系統，其用於向反應室300內通入反應氣體，其包括設置在介電窗500的中心區域上的第一進氣通道200，和環繞設置在介電窗500的邊緣區域上的第二進氣通道203。第二進氣通道可以是開設在介電窗上的多個氣孔。
還包括：用於固定待處理晶圓800的基座700，其位於反應室300底部。
邊緣環400進一步包括：連接段401和延伸段402，連接段401位於反應室300和介電窗500之間，其一端分別與反應室300和介電窗500密封連接，其另一端與介電窗500之間具有縫隙，使得通過第二進氣通道203輸送的反應氣體沿該縫隙流入反應室300內部；延伸段402位於反應室300內部，靠近反應室300側壁，延伸段402位於反應室300內部，圍繞基座700和待處理晶圓800，用於對晶圓800邊緣區域電場和氣流和溫度進行調節。
邊緣環400採用鋁合金和/或採用陽極氧化的鋁合金製成，其外表面塗覆有陶瓷材料。連接段401的另一端與介電窗500之間具有向反應室300內傾的內傾角，使得通過第二進氣通道203輸送的反應氣體經由該內傾角（即連接段401的另一端與介電窗500之間的夾角）輸送至反應室300內。此外，經過邊緣環400阻擋向下流動路徑後，反應氣體的流動方向被折向反應腔內的中心區域，使得反應氣體既能在邊緣區域被充分解離形成高濃度等離子，也能向中心擴散，更多等離子能夠到達位於反應腔中心下方的基片，避免在邊緣區域形成的等離子直接被位於反應腔底部基座周圍的排氣通道抽走。
本發明中由於反應氣體流動過程中只會接觸陶瓷材料（石英）製成的介電窗和塗覆在邊緣環400上表面的陶瓷材料（氧化鋁、氧化釔等），不會接觸邊緣環400或者反應腔側壁的金屬，所以不會與這些金屬反應形成污染物，污染反應腔內的基片。
該進氣系統還包括環繞設置在介電窗500上的且靠近介電窗500邊緣的用於形成反應氣體緩存腔202的反應氣體緩存腔殼體201。其與介電窗表面配合組成反應氣體緩存腔202，第二進氣通道203連通反應氣體緩存腔202和反應室300。該進氣系統還包括反應氣體源，與該反應氣體源連接的氣體分離器100，其用於將該反應氣體源輸出的反應氣體分為兩路，一路通過第一進氣通道200輸送至反應室300內，另一路輸送至反應氣體緩存腔202內部，通過第二進氣通道203輸送至反應室300內。
該電漿蝕刻裝置還包括：若干個線圈（coil）600，其設置於介電窗500頂部且位於反應室300外部，並環繞第一進氣通道200設置，線圈600可以是包含若干匝多邊形的形狀，也可以是包含若干匝同心圓的形狀。在此不做限定，能產生感應電場即可。線圈600可採用例如銅、鋁、不銹鋼等的導體構成。
射頻電源（圖中未示出），該射頻電源外接線圈600，該射頻電源用於向線圈600內通入射頻電流，以使線圈600產生變化的磁場，該變化的磁場可感應出電場，電場透過介電窗500使得通入反應室300內部的反應氣體電離產生電漿。
綜上所述，本發明通過將電漿蝕刻裝置的進氣系統中的側壁進氣通道設置在介電窗的邊緣處，使得反應氣體不經過邊緣環內部，解決了由於反應氣體是腐蝕性氣體時對設置在邊緣環內部放入側壁進氣通道腐蝕產生污染物，污染物隨著反應氣體進入反應室內，導致反應室內的晶圓被污染的問題。
儘管本發明的內容已經通過上述較佳的實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。
100:氣體分離器 200:第一進氣通道 201:反應氣體緩存腔殼體 202:反應氣體緩存腔 203:第二進氣通道 300:反應室 400:邊緣環 401:連接段 402:延伸段 500:介電窗 600:線圈 700:基座 800:晶圓
第1圖為本發明一實施例提供的電漿蝕刻裝置及其進氣系統的結構示意圖。
100:氣體分離器
200:第一進氣通道
201:反應氣體緩存腔殼體
202:反應氣體緩存腔
203:第二進氣通道
300:反應室
400:邊緣環
401:連接段
402:延伸段
500:介電窗
600:線圈
700:基座
800:晶圓

Claims (10)

  1. 一種電漿蝕刻裝置，包括： 一反應室，用於容納一反應氣體； 一介電窗，設置於該反應室頂部； 一邊緣環，固定於該反應室和該介電窗之間，該介電窗和該邊緣環用於真空密封該反應室；以及 一進氣系統，用於向該反應室內通入該反應氣體，該進氣系統包括： 一第一進氣通道，設置在該介電窗的中心區域上；以及 一第二進氣通道，環繞設置在該介電窗的邊緣區域上，該第二進氣通道使得該反應氣體從上向下穿過該介電窗，被該反應室內的該邊緣環阻擋後向該反應室內中心區域擴散。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電漿蝕刻裝置，進一步包括用於固定一待處理晶圓的一靜電卡盤，該靜電卡盤位於該反應室底部。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的電漿蝕刻裝置，其中該邊緣環包括一連接段和一延伸段，該連接段位於該反應室和該介電窗之間，其一端分別與該反應室側壁頂部和該介電窗密封連接，其另一端與該介電窗之間具有一縫隙，使得通過該第二進氣通道輸送的該反應氣體沿該縫隙流入該反應室內部；該延伸段位於該反應室內部，從該連接段內側向下延伸，圍繞該待處理晶圓上方的反應空間。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述的電漿蝕刻裝置，其中該邊緣環採用鋁合金製成，其外表面塗覆有陶瓷材料。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的電漿蝕刻裝置，其中該連接段的另一端與該介電窗之間具有向該反應室內傾的一內傾角。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的電漿蝕刻裝置，其中該邊緣環採用陽極氧化的鋁合金製成，並且其外表面塗覆有陶瓷材料。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的電漿蝕刻裝置，其中該進氣系統還包括環繞設置在該介電窗上的且靠近該介電窗邊緣的一反應氣體緩存腔，該第二進氣通道連通該反應氣體緩存腔和該反應室。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的電漿蝕刻裝置，其中該進氣系統還包括一反應氣體源，以及與該反應氣體源連接的一氣體分離器，其用於將該反應氣體源輸出的一反應氣體分為兩路，一路通過該第一進氣通道輸送至該反應室內，另一路輸送至該反應氣體緩存腔內部，通過該第二進氣通道輸送至該反應室內。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的電漿蝕刻裝置，進一步包括若干個線圈，其設置於該介電窗頂部且位於該反應室外部，並環繞該第一進氣通道設置。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的電漿蝕刻裝置，進一步包括射頻電源，該射頻電源外接該若干個線圈，該射頻電源用於向該若干個線圈內通入射頻電流，以使該若干個線圈產生一變化的磁場，該變化的磁場可感應出一電場，該電場透過該介電窗使得通入該反應室內部的該反應氣體電離產生電漿。
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