TWI653660B - Plasma etching photoresist device - Google Patents

Abstract

本發明公開了一種電漿蝕刻光阻裝置，包括反應腔及設置在反應腔上方的反應氣體源。所述反應腔內設置基座用以支撐基板，所述基板上方設置至少一氣體分佈板用以實現反應氣體均勻分佈至基板表面，所述氣體分佈板包括鋁或鋁合金主體及包覆在所述主體外部的保護層。藉由在鋁或鋁合金主體外設置了一層厚度合適的保護層，使得本發明設置在反應腔內的氣體分佈板既可以有效的吸附電漿中的帶電粒子，又能避免氣體分佈板對氧自由基的消耗，因此可以在維持反應腔內保持較高氧自由基濃度的同時，降低帶電粒子在基板表面的累積，減小基板表面的電流。從而實現基板光阻的蝕刻速率維持在較高水平。

Description

電漿蝕刻光阻裝置

本發明涉及一種電漿蝕刻光阻裝置及其內部元件的設計。

在半導體晶片製造過程中，光阻用於將遮罩版上的圖形轉移到晶片上，以實現按照遮罩版上的設計蝕刻基板的目的，當基板蝕刻製程結束後，通常需要將光阻從晶片表面剝除，以便進行下一製程。

習知技術中，用於去除光阻的電漿處理裝置通常包括一反應腔，以及設置在反應腔上方的反應氣體源，反應氣體源中的反應氣體主要包括氧氣，藉由將氧氣解離為電漿，利用電漿中的氧自由基可以有效去除基板表面的光阻。 為了保證氧氣解離的電漿及未解離的反應氣體能均勻到達基板表面，對基板進行均勻蝕刻，反應腔內還包括至少一個氣體分佈板，所述氣體分佈板上設置氣體擴散孔，實現對反應氣體的均勻分佈。基板的光阻去除作業除了對參與反應的電漿分佈均勻與否有要求外，對電漿的濃度也有要求，反應腔內參與反應的氧自由基濃度越高，基板的蝕刻速率越快。

習知技術中，氣體分佈板的材料是一個影響電漿分佈和濃度大小的重要因素，如果氣體分佈板不能吸附電漿中的帶電粒子，帶電粒子就會在基板表面聚集，使得基板表面存在較大電流，降低了蝕刻速率；如果氣體分佈板既能吸附帶電粒子又吸附了中性自由基，則反應腔內參與蝕刻反應的原材料濃度降低，導致基板的光阻蝕刻作業速率降低。

本發明提供一種電漿蝕刻光阻裝置，包括一反應腔及一設置在反應腔上方的電漿解離通道，所述反應腔內設置一基座用以支撐基板，所述基板上方設置至少一氣體分佈板用以實現反應氣體均勻分佈至基板表面，所述氣體分佈板包括一鋁或鋁合金主體及包覆在所述主體外部的保護層。

較佳地，所述保護層材料為可以進行鍍膜的工程塑料。

較佳地，所述保護層為特氟龍、陶瓷、POM、PEEK、ULTEM中的一種。

較佳地，所述保護層材料不含金屬元素。

較佳地，所述的保護層藉由電鍍、噴塗、蒸發或浸泡的方式設置在所述鋁或鋁合金主體的外表面。

較佳地，所述保護層的厚度小於0.1mm。

較佳地，所述反應腔內包括靠近所述電漿解離通道的第一氣體分佈板及靠近所述基板的第二氣體分佈板，所述第一氣體分佈板和第二氣體分佈板之間設置一定距離，所述第一氣體分佈板對反應氣體進行一級氣體分佈，所述第二氣體分佈板對反應氣體進行二級氣體分佈。

較佳地，所述第一氣體分佈板和所述第二氣體分佈板上設置多個氣體擴散孔，所述第二氣體分佈板上的氣體擴散孔均勻分佈。

較佳地，所述第一氣體分佈板和所述第二氣體分佈板上的氣體擴散孔在基板表面的投影不重疊。

較佳地，所述反應腔包括腔體側壁及設置在所述腔體側壁上的上蓋，所述上蓋上設置開口用於容許電漿解離通道中的電漿及反應氣體通過，所 述上蓋下方設置自所述開口開始內徑逐漸變大的導流筒，引導所述電漿及反應氣體至所述氣體擴散板。

本發明的優點在於：藉由在鋁或鋁合金主體外設置了一層厚度合適的保護層，使得本發明設置在反應腔內的氣體分佈板既可以有效的吸附電漿中的帶電粒子，又能避免反應腔內的氧自由基與鋁或鋁合金發生反應，減少氣體分佈板對氧自由基的消耗，因此可以在維持反應腔內保持較高氧自由基濃度的同時，降低帶電粒子在基板表面的累積，減小基板表面的電流。從而實現基板光阻的蝕刻速率維持在較高水平。

1‧‧‧腔體

2‧‧‧上蓋

3‧‧‧導流筒

4‧‧‧密封板

5‧‧‧基座

6‧‧‧限流環

7‧‧‧氣體分佈板

71‧‧‧主體

72‧‧‧保護層

7a‧‧‧第一氣體分佈板

7b‧‧‧第二氣體分佈板

9‧‧‧晶片

10‧‧‧反應氣體源

11‧‧‧電漿解離通道

20‧‧‧處理區域

第1圖示出本發明所述的電漿處理裝置結構示意圖。

第2圖示出電漿處理裝置內氣體分佈板的結構示意圖。

第3圖示出另一個實施例的結構示意圖。

第4圖示出第1圖所示反應腔內氣體流向示意圖。

為了對本發明進行詳細描述，以下結合圖式對本發明的即時方式進行描述。

第1圖示出本發明所述的一種電漿蝕刻光阻裝置，所述裝置包括圍成反應腔的腔體1，腔體1的上部設置導流筒3用於引導氣體流動，腔體1的下部設置密封板4，密封板上設置排氣口及與排氣口相連的排氣裝置(圖中未示出)，用以將反應副產物排出反應腔，並調節反應腔內的氣壓。一上蓋2設置在導流筒3上部，晶片9設置在腔體1內部的基座5上，限流環6設置在基座週邊，與導流筒3密封連接，反應腔外部設置一反應氣體源10，反應氣體源中的 氣體進入電漿解離通道11內被解離為電漿。上蓋2和導流筒3上設置開口與電漿解離通道11相連，電漿解離通道11中的電漿及未解離的反應氣體進入反應腔內參與光阻的蝕刻作業。由於反應氣體在電漿解離通道11內並未百分之百電離，本發明下文描述過程中提到的氣流實際包括未電離的反應氣體和電離的電漿的混合物，電漿中包含中性自由基，中性自由基為蝕刻光阻的主要反應物。

反應氣體源中的反應氣體主要包括氧氣，藉由將氧氣解離為電漿， 利用電漿中的氧自由基可以有效蝕刻基板表面的光阻。本發明中，反應腔內還包括至少一個氣體分佈板7，所述氣體分佈板上設置氣體擴散孔，以實現對反應氣體的均勻分佈，保證氧氣解離的電漿及未解離的反應氣體能均勻到達基板表面，對基板進行均勻蝕刻。

光阻的蝕刻作業希望維持較高的蝕刻速率，並且基板上各個區域的蝕刻均勻性要得到保障。即基板的光阻蝕刻作業除了對參與反應的電漿分佈均勻與否有要求外，對電漿的濃度也有要求，反應腔內參與反應的氧自由基濃度越高，基板的蝕刻速率越快。

氣體分佈板7在對電漿進行均勻分佈的同時，其材料的不同也能影響電漿在反應腔內的濃度分佈。當氣體分佈板7採用石英等絕緣材料時，由於絕緣材料不能吸附電漿中的帶電粒子，帶電粒子就會穿過氣體分佈板的氣體擴散孔到達基板表面，在基板表面聚集，使得基板表面存在較大電流，容易對基板造成損傷，影響基板的壽命。如果氣體分佈板選用金屬材料，則氣體分佈板不僅會吸附帶電粒子也會消耗參與蝕刻反應的中性自由基，導致反應腔內參與蝕刻反應的原材料濃度降低，使得基板的光阻蝕刻作業速率降低。

為了改善上述問題，保證基板的光阻蝕刻速率，本發明選擇第2圖所示的氣體分佈板，所述氣體分佈板選擇鋁或鋁合金的主體71，在本發明所述的反應腔內，反應腔內的外壁及若干元件都是用鋁或鋁合金材料，因此，本發明選擇鋁或鋁合金材料作為氣體分佈板的主體材料可以有效避免引入污染。 由於鋁或鋁合金在空氣中很容易在表面形成氧化鋁膜，如果直接將帶有氧化鋁膜的氣體分佈板放入電漿蝕刻光阻裝置的反應腔內，反應腔內的氧自由基會與氧化鋁膜中的氧發生置換反應，生成不能參與基板蝕刻的物質，進而降低了光阻蝕刻速率。本發明藉由在主體71外包覆一層的保護層72。實現主體71材料與氧自由基的隔離，避免二者進行反應，從而可以有效的維持反應腔內氧自由基的濃度。保護層72優選耐電漿腐蝕的材料，本實施例中選擇特氟龍材料，在其他實施例中，也可以選擇其他工程塑料如POM(聚甲醛樹脂)，PEEK(聚醚醚酮)，ULTEM(聚醚醯亞胺)等。保護層72可以藉由電鍍、噴塗、蒸發及浸泡等方式塗覆設置在鋁或鋁合金主體的外表面。本發明選擇噴塗的方式，在其他實施例中也可以選擇電鍍的方式，將設置氣體擴散孔的鋁或鋁合金主體71放置在電鍍溶液中，以在鋁或鋁合金主體71外表面及氣體擴散孔內形成保護層72。保護層72的厚度不能太厚，保護層72厚度太大會導致氣體分佈板對電漿中的帶電粒子的吸附能力減弱，造成基板表面的電流變大，降低基板表面的光阻的蝕刻速率，較佳地，本發明選擇保護層72的厚度小於0.1mm。

由於在鋁或鋁合金主體外設置了一層厚度合適的保護層，使得本發明設置在反應腔內的氣體分佈板既可以有效的吸附電漿中的帶電粒子，又能避免氣體分佈板對氧自由基的消耗，因此可以在維持反應腔內保持較高氧自由基濃度的同時，降低帶電粒子在基板表面的累積，減小基板表面的電流。從而實現基板光阻的蝕刻速率維持在較高水平。

為了更好的實現反應氣體的擴散，第3圖示出一種設有雙氣體分佈板的電漿處理裝置，在第3圖所示的實施例中，所述反應腔內包括靠近所述反應氣體源的第一氣體分佈板7a及靠近所述基板的第二氣體分佈板7b，第一氣體分佈板7a和第二氣體分佈板7b之間設置一定距離。第一氣體分佈板7a用於對反應氣體進行一級氣體分佈，第二氣體分佈板7b用於對反應氣體進行二級氣體分佈。藉由第一氣體分佈板7a和第二氣體分佈板7b進行的兩級氣體分佈後， 可以得到更為均勻的氣體分佈。所述第一氣體分佈板和所述第二氣體分佈板上設置多個氣體擴散孔，所述第二氣體分佈板上的氣體擴散孔均勻分佈。

雙氣體分佈板除了能提高基板表面的電漿分佈均勻性外，還可以保護基板表面的光阻。原因在於：反應氣體源中的氣體在電漿解離通道11內解離成電漿的過程中會發出很強的紫外線，紫外線如果直接照射到基板表面上會對光阻造成損傷，使得基板表面的光阻蝕刻不均勻。本實施例中，藉由設置第一氣體分佈板7a和第二氣體分佈板7b上的氣體擴散孔在基板表面的投影不重疊。 保證紫外線不照射到基板表面的光阻上，實現對基板的保護。

第4圖具體說明了反應氣體在腔體1中的流向和分佈。按照箭頭所示，反應氣體源10中的氣體在電漿解離通道11內被電離成電漿，電漿及未電離的氣體在導流筒3的引導下進入處理區域20，並到達氣體分佈板上方，氣流通過氣體分佈板7上的通孔，到達晶片表面，並從基座週邊經過限流環，最後藉由排氣裝置排出腔體外部，氣流中的帶電粒子在流經氣體分佈板時被氣體分步板吸附，使得到達基板表面的物質主要包括未電離的氣體及電漿中的中性自由基。本發明所述的氣體分佈板可以獲得空間內均勻的氣體分佈，藉由將鋁或鋁合金主體外設置一保護層，既可以避免帶電電漿在基板表面聚集，造成基板表面電流過大，又能避免氣體分佈板降低氧自由基的濃度，保證基板維持在較高的蝕刻速率。

本發明既避免了氣體電離產生的紫外線照射到晶片表面，又優化了晶片表面的氣體流量，獲得均勻的氣體分佈，從而實現對晶片表面的均勻蝕刻速率。

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申請專利範圍來限定。

Claims (9)

1. 一種電漿蝕刻光阻裝置，包括一反應腔及設置在該反應腔上方的一反應氣體源，該反應氣體源中的氣體進入一電漿解離通道內被解離為電漿，該反應腔內設置一基座用以支撐一基板，其中，該基板與該電漿解離通道之間設置至少一氣體分佈板用以實現反應氣體均勻分佈至該基板表面，該氣體分佈板包括一鋁或鋁合金主體以及包覆在該主體外部的一保護層，該保護層用以保護該鋁或鋁合金主體不與該反應腔內的反應氣體發生反應，及吸附電漿中的帶電粒子；其中該保護層的厚度小於0.1mm。
2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該保護層材料為可以進行鍍膜的工程塑料。
3. 如申請專利範圍第2項所述之裝置，其中該工程塑料包括特氟龍、POM、PEEK或ULTEM。
4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該保護層材料不含金屬元素。
5. 如申請專利範圍第2項所述之裝置，其中該保護層藉由電鍍、噴塗、蒸發或浸泡的方式設置在該鋁或鋁合金主體的外表面。
6. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該反應腔內包括靠近該反應氣體源的一第一氣體分佈板及靠近該基板的一第二氣體分佈板，該第一氣體分佈板和該第二氣體分佈板之間設置一定距離，該第一氣體分佈板對反應氣體進行一級氣體分佈，該第二氣體分佈板對反應氣體進行二級氣體分佈。
7. 如申請專利範圍第6項所述之裝置，其中該第一氣體分佈板和該第二氣體分佈板上設置複數個氣體擴散孔，該第二氣體分佈板上的該氣體擴散孔均勻分佈。
8. 如申請專利範圍第7項所述之裝置，其中該第一氣體分佈板和該第二氣體分佈板上的該氣體擴散孔在基板表面的投影不重疊。
9. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該反應腔包括一腔體側壁及設置在該腔體側壁上的一上蓋，該上蓋上設置一開口用於容許電漿解離通道中的電漿及反應氣體通過，該上蓋下方設置自該開口開始內徑逐漸變大的一導流筒，引導電漿及反應氣體至該氣體擴散板。