TWI635537B - 防止等離子體進入內部的氣體噴嘴、帶干涉儀的氣體噴嘴元件及其工作方法 - Google Patents

防止等離子體進入內部的氣體噴嘴、帶干涉儀的氣體噴嘴元件及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本發明公開一種防止等離子體進入內部的氣體噴嘴、帶干涉儀的氣體噴嘴元件及其工作方法。防止等離子體進入內部的氣體噴嘴，該氣體噴嘴包含：氣體噴嘴本體；噴氣孔，其設置於氣體噴嘴本體，氣路連通反應腔與反應氣體源；噴氣孔的深寬比大於等於10：1。本發明加厚氣體噴嘴底部設有噴氣孔的部分，使噴氣孔的深寬比大於等於10：1，進而阻礙等離子體進入到氣體噴嘴內部的空間，避免反應腔內的等離子體從氣體噴嘴的開口處倒進入噴嘴或者未被電離的氣體分子倒進入噴嘴內部然後被點燃，進而造成材料表面被轟擊大顆粒掉在矽片表面產生缺陷；同時保證了孔徑大小和透光率大於35%。

Description

防止等離子體進入內部的氣體噴嘴、帶干涉儀的氣體噴嘴元 件及其工作方法
本發明涉及等離子處理技術，具體涉及一種防止等離子體進入內部的氣體噴嘴、帶干涉儀的氣體噴嘴元件及其工作方法。
等離子體處理(尤其是等離子體蝕刻)中，顆粒污染必須要竭力避免。基片邊緣背面以及反應腔頂壁、側壁所累積的聚合物通常被業內技術人員認為是基片表面顆粒污染的主要來源。因而，通常採用(1)減少晶圓背面聚合物或(2)防止反應腔側壁或頂壁累積的聚合物掉落至基片的方式來降低顆粒污染。
發明人研究發現，除上述來源外，氣體噴嘴也是引起顆粒污染的另一處重要來源。
在等離子的反應設備中，干涉儀的安裝設計通常和氣體噴嘴合為一體；既要滿足氣體均勻不斷的通入反應腔，又要兼顧光通量的需求來實現干涉儀即時監控反應速度。因此，在保證光通量的情況下(透光率大於35%)，就產生了另外一個在等離子反應中常見並且關鍵的問題。那就是反應腔內的等離子體從氣體噴嘴的開口處倒進入噴嘴或者未被電離的氣體分子倒進入噴嘴內部然後被點燃，進而造成材料表面被轟擊大顆粒掉在基片表面產生缺陷。
本發明提供一種帶干涉儀的防止等離子體進入內部的氣體噴嘴及其工作方法，保證透光率情況下，防止等離子體進入噴嘴內導致轟擊大顆粒掉落基片表面，造成基片缺陷。
為實現上述目的，本發明提供一種防止等離子體進入內部的氣體噴嘴，其特點是，該氣體噴嘴包含：氣體噴嘴本體；噴氣孔，其設置於氣體噴嘴本體，氣路連通反應腔與反應氣體源；噴氣孔的深寬比大於等於10：1。
上述噴氣孔內徑的直徑範圍為3毫米至5毫米。
上述噴氣孔設置於氣體噴嘴本體位於反應腔內部分的側面和底面。
上述氣體噴嘴本體均勻分佈有7至20個噴氣孔。
上述氣體噴嘴本體採用耐等離子陶瓷製成。
上述氣體噴嘴本體的外表面設有陽極氧化層。
一種帶干涉儀的氣體噴嘴元件，其特點是，該氣體噴嘴包含：上述的防止等離子體進入內部的氣體噴嘴；干涉儀固定座，其連接氣體噴嘴本體，設有連通噴氣孔的干涉儀光路和氣體管路；干涉儀，其固定於干涉儀固定座；，干涉儀的檢測光通過干涉儀光路和噴氣孔射向反應腔內的基片，檢測光由基片反射回干涉儀檢測基片的反應厚度。
上述氣體噴嘴元件還包含反射型光學準直器，其連接干涉儀固定座，其準直光通過干涉儀固定座的干涉儀光路和噴氣孔照射基片，準直光由基片反射回反射型光學準直器，準直干涉儀的檢測光路。
上述干涉儀固定座為不銹鋼法蘭。
一種上述的帶干涉儀的氣體噴嘴元件的工作方法，其特點是，該方法包含：等離子體處理過程中，反應氣體通過噴氣孔持續通入反應腔；干涉儀通過噴氣孔向反應腔內的基片發射檢測光，基片反射檢測光後由干涉儀接收，檢測反應過程中基片的反應厚度。
本發明帶干涉儀的防止等離子體進入內部的氣體噴嘴及工作方法和習知技術相比，其優點在於，本發明加厚氣體噴嘴底部設有噴氣孔的部分，使噴氣孔的深寬比大於等於10：1，進而阻礙等離子體進入到氣體噴嘴內部的空間，避免反應腔內的等離子體從氣體噴嘴的開口處倒進入噴嘴或者未被電離的氣體分子倒進入噴嘴內部然後被點燃，進而造成材料表面被轟擊大顆粒掉在矽片表面產生缺陷；同時保證了孔徑大小和透光率大於35%；本發明氣體噴嘴採用耐等離子陶瓷加工而成，不透光，耐等離子體侵蝕，其外表面採用跟反應腔一樣的陽極氧化，防止外表面被等離子體侵蝕，提高氣體噴嘴的使用壽命；本發明採用干涉儀檢測基片反應厚度，實現對反應過程，尤其是蝕刻工藝過程的準確監控。
101‧‧‧氣體噴嘴本體
102‧‧‧噴氣孔
103‧‧‧干涉儀固定座
104‧‧‧干涉儀
105‧‧‧反射型光學準直器
106‧‧‧進氣口
107‧‧‧半透鏡
108‧‧‧鏡片
圖1為本發明一種帶干涉儀的防止等離子體進入內部的氣體噴嘴的結構示意圖。
以下結合附圖，進一步說明本發明的具體實施例。
本發明的氣體噴嘴主要可應用於等離子體處理裝置，如電感耦合等離子體處理裝置、電容耦合等離子體處理裝置，尤其是等離子體蝕刻裝置。以下以電容耦合等離子體蝕刻裝置為例。依據本發明的電容耦合等離子體處理裝置包括由多個壁(如側壁、頂壁與底壁)圍合而成的反應腔，該反應腔通常可呈圓柱形，反應腔的側壁可垂直於頂壁與底壁。反應腔的內部設置有空間，用於容納基片。反應腔可被抽真空。除進氣口、排氣口以及基片進出通道外，反應腔的其它部分在處理過程中保持密閉、與外界隔離。進氣口與外部的氣源相連，用於在處理過程中持續向反應腔供應處理氣體。排氣口與外部的泵相連，用於將處理過程中產生的廢氣排出反應腔，也用於對反應腔內的氣壓進行控制。
處理裝置還可包括平行設置的上、下電極以及與它們相連的高頻功率源(如，射頻功率源與偏置功率源)，用於激發等離子體並對等離子體的能量進行控制。通常，在上電極與下電極之間的區域為處理區域P，該處理區域P將形成高頻能量以點燃和維持等離子體。待處理的基片可設置於處理區域P的下方，該基片可以是待蝕刻或加工的半導體基片或者待加工成平板顯示器的玻璃平板等。上電極通常可設置為氣體噴淋頭的一部分，可用於將氣體引導至反應腔(尤其是處理區域P)內。下電極通常可設置於靜電夾盤內，該靜電夾盤可用於放置並固定/夾持待加工的基片。
一個或多個高頻功率源(包括射頻功率源與偏置功率源)可以被單獨地施加在下電極上或同時被施加在上電極與下電極上，用以將射頻功率輸送到下電極上或上電極與下電極上，從而在反應腔內部產生強的電場。大多數電場線被限制在上電極和下電極之間的處理區域P內，此電場對少量存在於反應腔內部的電子進行加速，使之與由氣體噴淋頭輸入的反應氣體的氣體分子碰撞。這些碰撞導致反應氣體的離子化和等離子體的激發，從而在處理腔體內產生等離子體。反應氣體的中性氣體分子在經受這些強電場時失去了電子，留下帶正電的離子。帶正電的離子向著下電極方向加速，與被處理的基片中的中性物質結合，激發基片加工，即蝕刻、澱積等。
如圖1所示，為本發明公開的一種帶干涉儀的可防止等離子體進入內部的氣體噴嘴元件，該氣體噴嘴包含：氣體噴嘴本體101、噴氣孔102、干涉儀固定座103、干涉儀104和反射型光學準直器105。
干涉儀固定座103採用不銹鋼法蘭，其中設有用於光路連通干涉儀104和反射型光學準直器105的干涉儀光路，干涉儀光路貫穿干涉儀固定座103的頂部和底部，位於頂部的一端連接用於連接干涉儀的干涉儀連介面，位於底部的一端連接至用於連接氣體噴嘴本體的氣體噴嘴本體介面。
干涉儀固定座103還設有用於氣路連通外接的反應氣體源的氣體管路，氣體管路一端連接連通外接的反應氣體源的位於干涉儀固定座103頂部的進氣口106，另一端氣路連接至氣體噴嘴本體介面。反應氣體源可以包含蝕刻氣體、沉積氣體等。
氣體噴嘴本體101連接在干涉儀固定座103底部。氣體噴嘴本體101採用耐等離子陶瓷製成，其外表面採用跟反應腔一樣的陽極氧化，形成陽極氧化層，防止其外表面被等離子體侵蝕。
氣體噴嘴本體101的下半部或整體安裝於等離子體處理設備的反應腔中，在位於反應腔內，氣體噴嘴本體101的底面和側面均勻分佈有7至20個與反應腔連通的噴氣孔102。
噴氣孔102氣路連通干涉儀固定座103的氣體噴嘴本體介面，從而通過氣體管路氣路連通外接的反應氣體源，並且通過干涉儀光路連通反射型光學準直器105和干涉儀104。
為解決反應腔內的等離子體從氣體噴嘴的開口處倒進入噴嘴或者未被電離的氣體分子倒進入噴嘴內部然後被點燃，進而造成材料表面被轟擊大顆粒掉在矽片表面產生缺陷的問題，加厚氣體噴嘴本體101下半部的底部材料厚度，使噴氣孔102的深寬比大於等於10：1。進而阻礙等離子體進入到氣體噴嘴內部的空間；並且保證了孔徑大小和通光量。這裡，深寬比中，深代表噴氣孔102徑向的長度，寬代表噴氣孔102內徑的直徑。
較佳的，噴氣孔102內徑的直徑範圍為3毫米至5毫米。
較佳的，噴氣孔102分為兩部分：第一部分和第二部分，第一部分垂直設置與氣體噴嘴本體101頂部連通，第二部分連接第一部分與氣體噴嘴本體101底部所在的反應腔連通。其中第二部分的軸向與第一部分的軸向之間設有夾角。
這裡，氣體噴嘴本體101和噴氣孔102組成一種防止等離子體進入內部的氣體噴嘴。
干涉儀104和反射型光學準直器105固定於干涉儀固定座103頂部干涉儀光路的開口處。具體的，反射型光學準直器105和干涉儀104通過一個連接件與干涉儀固定座103固定連接，連接件的上部連接干涉儀104和反射型光學準直器105，其中干涉儀104水平設置，反射型光學準直器105垂直設置，干涉儀104和反射型光學準直器105出光口的連接處設有半透鏡107，將干涉儀104的出射光折射向干涉儀光路，並且將反射型光學準直器105的出射光透過半透鏡射107向干涉儀光路。
連接件下部伸入干涉儀光路中，在連接件的底部開口處設有玻璃製成的鏡片108。
反射型光學準直器105的出光口對準連接件的鏡片108和干涉儀光路設置。反射型光學準直器105的準直光透過半透鏡107，通過干涉儀固定座103的干涉儀光路和噴氣孔102照射基片，準直光由基片反射回反射型光學準直器105，準直干涉儀104的檢測光路。
干涉儀104的出光口對準半透鏡107，用於射出檢測光(檢測光採用平行光)通過干涉儀光路和噴氣孔102射向反應腔內的基片，檢測光由基片反射回干涉儀104，檢測基片的蝕刻厚度。
本發明還公開了一種適用於上述的帶干涉儀的氣體噴嘴元件的工作方法，該工作方法包含：
S1、等離子體蝕刻過程中，外接的反應氣體通過進氣端，通過干涉儀固定座103氣路連接至噴氣孔102，通過噴氣孔102將反應氣體持續通入反應腔。
S2、反射型光學準直器105發射準直光，通過干涉儀固定座103內的干涉儀光路連接噴氣孔102。反射型光學準直器105的準直光透過半透鏡，通過干涉儀固定座103的干涉儀光路和噴氣孔102照射基片，準直光由基片反射回反射型光學準直器105，從而準直干涉儀104的檢測光路。
S3、干涉儀104的出光口對準半透鏡107，干涉儀104的檢測光通過半透鏡107折射，與反射型光學準直器105的準直光同軸或平行，並通過反射型光學準直器105將干涉器的檢測光對準基片。
干涉儀104射出檢測光(檢測光採用平行光)通過干涉儀光路和噴氣孔102射向反應腔內的基片，檢測光由基片反射回干涉儀104，從而檢測基片的蝕刻厚度。
儘管本發明的內容已經通過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。在本技術領域具有通常知識者閱讀了上述內容後，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。

Claims (9)

  1. 一種防止等離子體進入內部的氣體噴嘴，其中，該氣體噴嘴包含：一氣體噴嘴本體；以及一噴氣孔，其設置於該氣體噴嘴本體，氣路連通一反應腔與一反應氣體源；該噴氣孔的深寬比大於等於10：1；在位於該反應腔內，該氣體噴嘴本體的底面和側面設置有該噴氣孔。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的防止等離子體進入內部的氣體噴嘴，其中，該噴氣孔內徑的直徑範圍為3毫米至5毫米。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的防止等離子體進入內部的氣體噴嘴，其中，該氣體噴嘴本體均勻分佈有7至20個該噴氣孔。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的防止等離子體進入內部的氣體噴嘴，其中，該氣體噴嘴本體採用耐等離子陶瓷製成。
  5. 如申請專利範圍第1或4項所述的防止等離子體進入內部的氣體噴嘴，其中，該氣體噴嘴本體的外表面設有一陽極氧化層。
  6. 一種帶干涉儀的氣體噴嘴元件，其中，該氣體噴嘴包含：一如申請專利範圍第1至5項中任意一項所述的防止等離子體進入內部的氣體噴嘴；一干涉儀固定座，其連接該氣體噴嘴本體，設有連通該噴氣孔的一干涉儀光路和一氣體管路；以及一干涉儀，其固定於該干涉儀固定座；該干涉儀的檢測光通過該干涉儀光路和該噴氣孔射向該反應腔內的基片，檢測光由基片反射回該干涉儀檢測基片的反應厚度。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的帶干涉儀的氣體噴嘴元件，其中，該氣體噴嘴元件還包含一反射型光學準直器，其連接該干涉儀固定座，其準直光通過該干涉儀固定座的該干涉儀光路和該噴氣孔照射基片，準直光由基片反射回該反射型光學準直器，準直該干涉儀的檢測光路。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的帶干涉儀的氣體噴嘴元件，其中，該干涉儀固定座為不銹鋼法蘭。
  9. 一種如申請專利範圍第6至8項中任意一項所述的帶干涉儀的氣體噴嘴元件的工作方法，其中，該方法包含：等離子體處理過程中，反應氣體通過噴氣孔持續通入反應腔；以及干涉儀通過噴氣孔向反應腔內的基片發射檢測光，基片反射檢測光後由干涉儀接收，檢測反應過程中基片的反應厚度。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113053712B (zh) * 2019-12-26 2023-12-01 中微半导体设备(上海)股份有限公司 一种等离子体处理装置及其气体喷嘴、气体喷嘴组件
CN111081525B (zh) * 2019-12-31 2021-06-08 江苏鲁汶仪器有限公司 一种阻挡工艺腔室等离子体反流保护进气结构的装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6203620B1 (en) * 1996-07-10 2001-03-20 Cvc Products Inc Hermetically-sealed inductively-coupled plasma source structure and method of use
US20070039548A1 (en) * 2005-08-18 2007-02-22 David Johnson Optical emission interferometry for PECVD using a gas injection hole
US20070128862A1 (en) * 2005-11-04 2007-06-07 Paul Ma Apparatus and process for plasma-enhanced atomic layer deposition

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6046752B2 (ja) * 2013-01-30 2016-12-21 京セラ株式会社 ガスノズルおよびこれを用いたプラズマ装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6203620B1 (en) * 1996-07-10 2001-03-20 Cvc Products Inc Hermetically-sealed inductively-coupled plasma source structure and method of use
US20070039548A1 (en) * 2005-08-18 2007-02-22 David Johnson Optical emission interferometry for PECVD using a gas injection hole
US20070128862A1 (en) * 2005-11-04 2007-06-07 Paul Ma Apparatus and process for plasma-enhanced atomic layer deposition

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