TWI615882B - 電漿處理裝置及其清洗方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種電漿處理裝置，包含：反應腔室；反應腔室內的頂部設有噴淋頭，向反應腔室內引入清潔氣體；噴淋頭處設置有第一電極；反應腔室內的底部設有基座；基座處設置有第二電極；移動環，其沿反應腔室的側壁內側設置；移動環內設置有第三電極，第三電極上施加有高壓電源，在第三電極的附近區域形成局部DBD電漿，以對位於第三電極附近的部件，包括移動環的表面進行局部增強的電漿清洗。本發明還提供電漿處理裝置的清洗方法。本發明針對移動環進行局部增強的DBD電漿清洗，完全清除其上沉積的聚合物，有效提高反應腔室的穩定性。

Description

電漿處理裝置及其清洗方法

本發明提供一種電漿處理裝置及其清洗方法，具體是指一種能有效清洗移動環的電漿處理裝置及其清洗方法，屬於電漿處理領域。

電漿處理設備，藉由向真空反應腔室引入含有適當刻蝕劑或澱積源氣體的反應氣體，然後再對反應腔室施加射頻能量，以解離反應氣體生成電漿，用來對放置於反應腔室內的基片表面進行加工。

在電漿的處理過程中所產生的一些聚合物(polymers)，會附著在反應腔室內的各個裝置上。因此，通常在從反應腔室內取出完成處理的基片後，需要對反應腔室內部進行清洗以去除沉積下來的聚合物。

如第1圖所示，為習知技術中的電漿處理裝置的結構示意圖，包含反應腔室1，其由位於頂端的頂蓋，位於底端的底壁，以及連接在頂蓋和底壁之間的側壁構成，形成氣密性的內部反應空間，並在進行清洗的過程中處於真空狀態。其中，的頂蓋、底壁以及側壁均由金屬材料製成並接地。

在反應腔室1頂部用於引入清潔氣體的噴淋頭4處設置第一電極，在反應腔室1底部用於承載及吸持基片的基座6處設置第二電極。在第二電極上施加射頻功率電源9，其藉由一個匹配器連接到第二電極，從而在反應腔室1內得到激發電漿5所需的射頻能量。

基座6位於反應腔室1的底部，在基座6邊緣的外側設有絕緣環8。在絕緣環8的上方設置有聚焦環7，用於控制電漿5均一性。進一步，在絕緣環8的外側設有約束環3，用於控制反應氣體的排出。約束環3的上方還可以設置覆蓋環，用於阻擋電漿5對約束環3的侵蝕。在頂蓋的下方設有移動環2，且移動環2沿反應腔室1的側壁內側設置，並由噴淋頭4的邊緣外側延伸至約束環3的邊緣外側。移動環2採用耐電漿5腐蝕的絕緣材料(例如石英)製成，用來約束電漿5的分佈，隔離電漿5的傳輸，以將反應腔室1的金屬側壁與電漿5隔開，從而保護反應腔室1的腔壁不受電漿5的侵蝕，並減少電漿5的邊緣損失。

當對反應腔室1內部進行清洗時，需要藉由噴淋頭4向反應腔室1引入清潔氣體(例如氧氣O₂、三氟化氮氣體NF₃等)，維持一定的流量和電壓，並藉由射頻功率電源9將其解離生成清洗用的電漿5，用來對反應腔室1的腔體及內部的各個裝置進行電漿5清洗，以去除附著的聚合物，從而保持反應腔室1的穩定。

然而，由於第一電極、第二電極邊緣處的場強會受邊緣條件的影響，導致一部分電場線彎曲，造成電場邊緣部分場強不均勻，使得電漿5受電場控制在反應腔室1邊緣的密度較低，難以形成足夠的電漿5將腔室的邊緣部件(諸如上述的移動環、約束環等)清洗乾淨，殘餘的聚合物會帶來放電擊穿(arcing)影響，或形成顆粒(particle)對後續的基片處理造成潛在污染的風險。

並且，由於移動環2所具有的高阻抗特性，使得在進行電漿5清洗的過程中，其表面附近所形成的電漿5的密度較低，導致清洗效 果不佳，造成其表面聚合物的逐漸累積。而隨著移動環2表面附著的殘餘沉積聚合物的逐漸增多，會引起反應腔室1內的物理和化學特性的改變，例如會帶來放電擊穿(arcing)影響，或形成顆粒(particle)對後續的基片處理造成潛在污染的風險，從而導致電漿5刻蝕結果出現偏離。

本發明的目的在於提供一種電漿處理裝置及其清洗方法，針對移動環進行局部增強的DBD電漿清洗，完全清除其上沉積的聚合物，有效提高反應腔室的穩定性。

為了達到上述目的，本發明的技術手段是提供一種電漿處理裝置，包含：反應腔室；反應腔室內的頂部設有噴淋頭，向反應腔室內引入清潔氣體；噴淋頭處設置有第一電極；反應腔室內的底部設有基座；基座處設置有第二電極；移動環，其沿反應腔室的側壁內側設置；移動環內設置有第三電極，第三電極上施加有高壓電源，在第三電極的附近區域形成局部DBD電漿，以對位於第三電極附近的部件，包括移動環的表面進行局部增強的電漿清洗。

較佳地，高壓電源的輸出電壓的幅值為100V~20kV，頻率為1kHz~50kHz。

較佳地，第三電極沿移動環的圓周方向設置，呈環狀。

較佳地，第三電極的截面形狀與移動環面向反應腔室內部的表面形狀相匹配。

較佳地，第三電極與高壓電源之間，還藉由電路連接設置高壓繼電器，控制高壓電源是否施加至第三電極。

較佳地，第三電極與高壓繼電器之間，還藉由電路連接設置低通濾波器，其藉由高壓同軸電纜與第三電極連接。

較佳地，第一電極接地，第二電極上施加射頻功率電源，在基座和噴淋頭之間形成主電漿，對反應腔室內的部件進行清洗。

較佳地，反應腔室由位於頂端的頂蓋，位於底端的底壁，以及連接在頂蓋和底壁之間的側壁構成；其中，頂蓋、底壁以及側壁均由金屬材料製成並接地。

較佳地，反應腔室內進一步包含：絕緣環，位於基座邊緣的外側；聚焦環，位於絕緣環的上方；約束環，位於絕緣環的外側；覆蓋環，位於約束環的上方。

本發明還提供一種電漿清洗方法，在晶圓刻蝕結束並移出反應腔室後進行，清洗整個反應腔室內的部件，包含：第一步驟，施加射頻功率電源至反應腔室內底部基座處的第二電極，對反應腔室內頂部噴淋頭引入的清潔氣體進行激發，在基座與噴淋頭之間形成主電漿，以對反應腔室內的部件進行清洗；第二步驟，施加高壓電源至移動環內的第三電極，對反應腔室內頂部噴淋頭引入的清潔氣體進行激發，在第三電極的附近區域形成局部DBD電漿，以對位於第三電極附近的部件，包括移動環的表面進行局部增強的電漿清洗；第一步驟和第二步驟同時進行或者單獨進行。

高壓電源的輸出電壓的幅值為100V~20kV，頻率為1kHz~50kHz。

第三電極沿移動環的圓周方向設置，呈環狀。

第三電極的截面形狀與移動環面向反應腔室內部的表面形狀相匹配。

第三電極與高壓電源之間，還藉由電路連接設置高壓繼電器，藉由接通高壓繼電器，施加高壓電源至第三電極。

第三電極與高壓繼電器之間，還藉由電路連接設置低通濾波器，其藉由高壓同軸電纜與第三電極連接。

本發明提供的電漿處理裝置及其清洗方法，具有以下優點和有益效果：

1、藉由對埋設在移動環內的第三電極施加高壓電源，以在第三電極附近區域形成局部DBD電漿，對位於第三電極附近的部件，尤其是移動環達到局部增強的清洗效果。

2、由於所形成的局部DBD電漿會產生大量化學活性粒子或基團，因此其對第三電極附近的部件，尤其是移動環的表面進行的是化學清洗，並且對各部件表面的損傷較小。

3、可單獨用於對第三電極附近的部件，尤其是移動環進行局部增強的DBD電漿清洗，也可結合現有的射頻電漿清洗技術同時對整個反應腔室內部進行清洗。

1‧‧‧反應腔室

2‧‧‧移動環

3‧‧‧約束環

4‧‧‧噴淋頭

5‧‧‧電漿

6‧‧‧基座

7‧‧‧聚焦環

8‧‧‧絕緣環

9‧‧‧射頻功率電源

10‧‧‧第三電極

11‧‧‧低通濾波器

12‧‧‧高壓繼電器

13‧‧‧高壓電源

14‧‧‧局部DBD電漿

第1圖是習知技術中的電漿處理裝置的結構示意圖。

第2圖是本發明中的電漿處理裝置的結構示意圖。

以下結合圖式對本發明的具體實施方式進行說明。

如第2圖所示，在本發明提供的電漿5處理裝置中，包含反應腔室1，其由位於頂端的頂蓋，位於底端的底壁，以及連接在頂蓋和底壁之間的側壁構成，形成氣密性的內部反應空間，並在進行電漿5清洗的過程中處於真空狀態。其中，頂蓋、底壁以及側壁均由金屬材料製成並接地。

在反應腔室1的頂部(頂蓋的下方)設有噴淋頭4，用於將進行清洗的清潔氣體(例如氧氣O₂、三氟化氮氣體NF₃等)引入反應腔室1內，並維持一定的流量；噴淋頭4處設置有第一電極並且接地。在反應腔室1內的底部設有承載及吸持基片的基座6，基座6處設置有第二電極，第二電極上施加有射頻功率電源9，其藉由一個匹配器連接到第二電極。射頻功率電源9在反應腔室1內形成射頻電場，將反應腔室1內的清潔氣體解離，並在基座6與噴淋頭4之間的區域形成清洗用的主電漿5，對反應腔室1內的各個部件進行清洗，以去除表面附著的聚合物，從而保持反應腔室1的穩定。

在基座6邊緣的外側設有絕緣環8(Insulator Ring)。在絕緣環8的上方設置有聚焦環7(Focus Ring)，用於控制電漿5的均一性。 在絕緣環8的外側設有約束環3(Confinement Ring)，用於控制清潔氣體的排出。約束環3的上方還可以設置覆蓋環(Cover Ring，圖中未示)，用於阻擋電漿5對約束環3的侵蝕。

在頂蓋的下方設有移動環2(Moving Ring)，且移動環2沿反應腔室1的側壁內側設置，並由噴淋頭4的邊緣外側向下延伸至約束環3的外側邊緣。移動環2採用耐電漿5腐蝕的絕緣材料(例如石英)製成， 用來約束電漿5的分佈，隔離電漿5的傳輸，以將反應腔室1的金屬側壁與電漿5隔開，從而保護反應腔室1的腔壁不受電漿5的侵蝕，並減少電漿5的邊緣損失。

在移動環2內設置有金屬製成的第三電極10，其沿移動環2的圓周方向設置，呈環狀。在第三電極10上施加高壓電源13，以在靠近第三電極10的附近區域(包括由移動環2、約束環3或覆蓋環、絕緣環8、聚焦環7所限定的區域)形成局部DBD(Dielectric barrier discharge，介質阻擋放電)電漿14。由於將第三電極10設置在移動環2的內部，其外部包覆了製成移動環2的絕緣材料，從而確保第三電極10不會直接暴露在局部DBD電漿14中。

第三電極10的截面形狀與移動環2面向反應腔室1內部的表面形狀相匹配。

高壓電源13的輸出電壓的幅值為100V~20kV，頻率為1kHz~50kHz。的高壓電源13的輸出電壓的波形為任意形狀。在一個較佳實施例中，高壓電源13的輸出電壓的波形為正弦波。本發明選擇在第三電極10上施加一高壓電源13且高壓電源13的頻率不超過50kHz，原因在於，頻率過高的射頻功率源會使得電漿5密度較高，有持續鞘層存在，導致電漿5和位於第三電極10附近的各部件表面的相互作用包含離子的物理轟擊和活性離子的化學反應，對各部件表面的物理損傷較大。而本發明選擇的高壓電源13頻率為kHz量級，產生的為非連續放電的電漿5，且電漿5密度較低，鞘層效應較弱，使電漿5和位於第三電極10附近的各部件表面的相互作用以活性粒子的化學反應為主，對各部件表面的物理 損傷小。此外，本發明選用頻率較低的高壓電源13的目的還在於：施加到第三電極10上的功率源的頻率較低，對應的波長相對較長，所產生的電漿5的對稱性受射頻饋入點的影響較小，所以不存在電漿5圓周分佈對稱性不佳的問題，使得位於第三電極10附近的各部件表面清洗均勻性得以保證。

反應腔室1的側壁上還設置有用於基片移入移出的基片進出口，反應腔室1內的基片在完成電漿5刻蝕處理後，可上移移動環2，從而露出基片進出口，進而可藉由機械手將基片由基片進出口處移出。然後下移移動環2，將基片進出口遮蓋。此時，就可利用本發明對反應腔室1內部進行清洗。完成清洗後，再藉由移開移動環2，將下一個處理過程中的待處理基片從基片進出口移入反應腔室1內。

進一步，在第三電極10與高壓電源13之間，還藉由電路連接設置有高壓繼電器12，其用於控制高壓電源13是否施加在第三電極10上。

在第三電極10與高壓繼電器12之間，還藉由電路連接設置有低通濾波器11，其藉由高壓同軸電纜與第三電極10連接，對頻率大於1MHz的射頻電流有高阻抗，即用於濾除頻率大於1MHz的射頻電流。

利用本發明所提供的電漿5處理裝置進行清洗工藝的方法，可單獨用於清洗反應腔室1內的位於第三電極10附近的部件，尤其針對移動環2，包含：接通高壓繼電器12，施加高壓電源13至移動環2內的第三電極10，對反應腔室1內頂部噴淋頭4引入的清潔氣體進行激發，在第三電極10的附近區域(包括由移動環2、約束環3或覆蓋環、絕緣環8、 聚焦環7所限定的區域)形成局部DBD電漿14，以特別針對移動環2的表面進行清洗，並可同時對位於反應腔室1內第三電極10附近的其他部件進行清洗，包括約束環3或覆蓋環的頂部表面，以及絕緣環8和聚焦環7的外側表面。

由於局部DBD電漿14是在電壓相對較高，頻率相對較低的高壓電源13的作用下產生的，因此其壽命較短，不能維持連續放電，導致空間傳播距離有限，只能在靠近第三電極10的局部小範圍區域內形成電漿5。也就是說，局部DBD電漿14只能局限於對靠近第三電極10的部件進行清洗，從而實現特別針對因具有高阻抗特性而表面更容易沉積聚合物的移動環2的局部DBD電漿14清洗，以局部增強並明顯改善習知技術中對移動環2的清洗效果。並且，局部DBD電漿14還能夠同時對其他一些位於第三電極10附近的部件進行清洗，包括約束環3、覆蓋環、絕緣環8以及聚焦環7等，由於這些部件位於反應腔室1的邊緣區域，習知技術的清洗過程可能仍不足以完全將這些部件表面的聚合物清洗乾淨，因此進一步進行局部DBD電漿14清洗，能全面有效的清除沉積聚合物，使得反應腔室1的穩定性得到有效提高。

由於局部DBD電漿14具有非連續性的特點，因此其不能維持電漿5鞘層電壓，但是卻能產生大量化學活性粒子或基團，能對移動環2以及其他邊緣部件的表面進行化學清洗，並且損傷較小。在高壓電源13的電壓幅值的取值範圍內，當電壓越大時，所產生的局部DBD電漿14對移動環2以及其他邊緣部件的清洗過程就會相對越快。

利用本發明所提供的電漿5處理裝置進行清洗工藝的方法，也可對整個反應腔室1內部的部件進行清洗，包含：施加射頻功率電源9至反應腔室1內底部基座6處的第二電極，對反應腔室1內頂部噴淋頭4引入的清潔氣體進行激發，在基座6與噴淋頭4之間形成主電漿5，以對反應腔室1內的部件進行清洗；同時接通高壓繼電器12，施加高壓電源13至移動環2內的第三電極10，對反應腔室1內頂部噴淋頭4引入的清潔氣體進行激發，在第三電極10的附近區域(包括由移動環2、約束環3或覆蓋環、絕緣環8、聚焦環7所限定的區域)形成局部DBD電漿14，以特別針對移動環2的表面進行清洗，並可同時對位於反應腔室1內第三電極10附近的其他部件進行清洗，包括約束環3或覆蓋環的頂部表面，以及絕緣環8和聚焦環7的外側表面。

綜上所述，本發明提供的電漿5處理裝置及其清洗方法，藉由對埋設在移動環2內的第三電極10施加高壓電源13，以形成局部DBD電漿14，對位於第三電極10附近的部件，尤其是移動環2達到局部增強的清洗效果，並且對所清洗部件的表面損傷較小。清洗方法可單獨用於對第三電極10附近的部件進行局部DBD電漿14清洗，也可結合現有的射頻電漿5清洗技術同時對反應腔室1進行清洗。

儘管本發明的內容已經藉由上述較佳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權利要求來限定。

1‧‧‧反應腔室

2‧‧‧移動環

3‧‧‧約束環

4‧‧‧噴淋頭

5‧‧‧主電漿

6‧‧‧基座

7‧‧‧聚焦環

8‧‧‧絕緣環

9‧‧‧電源

Claims (13)

1. 一種電漿處理裝置，包含：一反應腔室(1)；該反應腔室(1)內的頂部設有一噴淋頭(4)，向該反應腔室(1)內引入清潔氣體；該噴淋頭(4)處設置有一第一電極；該反應腔室(1)內的底部設有一基座(6)；該基座(6)處設置有一第二電極；其中該電漿處理裝置更包含：一移動環(2)，其沿該反應腔室(1)的側壁內側設置；該移動環(2)內設置有一環狀第三電極(10)，該第三電極(10)上施加有一高壓電源(13)，在該第三電極(10)的附近區域形成一局部DBD電漿(14)，以對位於該第三電極(10)附近的部件，包括一移動環(2)的表面進行局部增強的電漿清洗。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理裝置，其中該高壓電源(13)的輸出電壓的幅值為100V~20kV，頻率為1kHz~50kHz。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理裝置，其中該第三電極(10)沿該移動環(2)的圓周方向設置。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電漿處理裝置，其中該第三電極(10)的截面形狀與該移動環(2)面向該反應腔室(1)內部的表面形狀相匹配。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理裝置，其中該第三電極(10)與該高壓電源(13)之間，還藉由一電路連接設置一高壓繼電器(12)，控制該高壓電源(13)是否施加至該第三電極(10)。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電漿處理裝置，其中該第三電極(10)與該高壓繼電器(12)之間，還藉由該電路連接設置一低通濾波器(11)，其藉由一高壓同軸電纜與該第三電極(10)連接。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理裝置，其中該第一電極接地，該第二電極上施加一射頻功率電源(9)，在該基座和該噴淋頭之間形成一主電漿(5)，對該反應腔室(1)內的部件進行清洗。
8. 一種電漿清洗方法，該方法用於晶圓刻蝕結束並移出一反應腔室(1)後進行，其中清洗整個該反應腔室(1)內的部件，包含：一第一步驟，施加一射頻功率電源(9)至該反應腔室(1)內底部一基座(6)處的一第二電極，對該反應腔室(1)內頂部一噴淋頭(4)引入的清潔氣體進行激發，在該基座(6) 與該噴淋頭(4)之間形成一主電漿(5)，以對該反應腔室(1)內的部件進行清洗；一第二步驟，施加一高壓電源(13)至一移動環(2)內的一環狀第三電極(10)，對該反應腔室(1)內頂部該噴淋頭(4)引入的清潔氣體進行激發，在該第三電極(10)的附近區域形成一局部DBD電漿(14)，以對位於該第三電極(10)附近的部件，包括該移動環(2)的表面進行局部增強的該電漿清洗；其中，該第一步驟和該第二步驟同時進行或者單獨進行。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電漿清洗方法，其中該高壓電源(13)的輸出電壓的幅值為100V~20kV，頻率為1kHz~50kHz。
10. 如申請專利範圍第8項所述之電漿清洗方法，其中該第三電極沿該移動環的圓周方向設置。
11. 如申請專利範圍第10項所述之電漿清洗方法，其中該第三電極(10)的截面形狀與該移動環(2)面向該反應腔室(1)內部的表面形狀相匹配。
12. 如申請專利範圍第8項所述之電漿清洗方法，其中該第三電極(10)與該高壓電源(13)之間，還藉由一電路連接設置一高壓繼電器(12)，藉由該接通該高壓繼電器(12)，施加一高壓電源(13)至該第三電極(10)。
13. 如申請專利範圍第12項所述之電漿清洗方法，其中該第三電極(10)與該高壓繼電器(12)之間，還藉由該電路連接設置一低通濾波器(11)，其藉由一高壓同軸電纜與該第三電極(10)連接。