TWI747323B - 電漿處理設備及包含電漿處理設備的電漿處理系統 - Google Patents

電漿處理設備及包含電漿處理設備的電漿處理系統 Download PDF

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TWI747323B
TWI747323B TW109119644A TW109119644A TWI747323B TW I747323 B TWI747323 B TW I747323B TW 109119644 A TW109119644 A TW 109119644A TW 109119644 A TW109119644 A TW 109119644A TW I747323 B TWI747323 B TW I747323B
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范德宏
左濤濤
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大陸商中微半導體設備（上海）股份有限公司
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    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching

Abstract

一種電漿處理設備及包含電漿處理設備的電漿處理系統，其中，電漿處理設備包括：基板處理腔；氣體供應單元，用於向基板處理腔內輸送反應氣體；位於基板處理腔內的基座，基座用於承載待處理基板；位於基板處理腔上的第一殼體，第一殼體具有氣體通道，氣體通道用於釋放第一殼體內的第一氣體；位於第一殼體內的電感線圈，電感線圈用於使反應氣體轉化為電漿；位於基板處理腔下方的第二殼體，氣體通道的端口朝向第二殼體；位於第二殼體內的抽真空裝置，抽真空裝置用於使基板處理腔內為真空環境；位於第二殼體下方的抽氣裝置，抽氣裝置用於將第一氣體從第二殼體周圍抽走。上述的電漿處理設備具有較好的性能。

Description

電漿處理設備及包含電漿處理設備的電漿處理系統
本發明涉及半導體製造技術領域，尤其涉及一種電漿處理設備及包含電漿處理設備的電漿處理系統。
隨著半導體器件的集成度提高，半導體器件的線寬越來越小，關鍵尺寸的控制也越來越重要，對蝕刻製程的要求也越來越高。
蝕刻製程是一種選擇性的去除待處理基板材料。蝕刻製程包括濕式蝕刻和乾式蝕刻，乾式蝕刻由於選擇性高、可控性強成為當今最常用的蝕刻製程之一。
乾式蝕刻即為電漿蝕刻，通常在基板處理腔內通入蝕刻氣體，並電離蝕刻氣體形成電漿，利用電漿對待處理基板進行蝕刻。現有的電漿蝕刻方法通常在待處理基板表面形成光刻膠圖形，以光刻膠圖形為掩膜，對待處理基板進行蝕刻。
現有的電漿處理設備包括電容耦合電漿蝕刻設備（Capacitor Coupled Plasma，CCP）和感應耦合電漿蝕刻設備（Inductive Coupled Plasma，ICP）。但是，現有的電漿處理設備的性能較差。
本發明解決上述技術問題的技術方案是提供一種電漿處理設備及包含電漿處理設備的電漿處理系統，以提高電漿處理設備的性能。
為解決上述技術問題，本發明提供一種電漿處理設備，包括：基板處理腔；氣體供應單元，用於向基板處理腔內輸送反應氣體；基座，位於基板處理腔內，基座用於承載待處理基板；第一殼體，位於基板處理腔上，第一殼體具有氣體通道，氣體通道用於釋放第一殼體內的第一氣體；電感線圈，位於第一殼體內，電感線圈用於使反應氣體轉化為電漿；第二殼體，位於基板處理腔下方，氣體通道朝向第二殼體；抽真空裝置，位於第二殼體內，抽真空裝置用於使基板處理腔內為真空環境；抽氣裝置，位於第二殼體下方，抽氣裝置用於將第一氣體從第二殼體周圍抽走。
較佳地，第一殼體包括：第一側壁、貫穿第一側壁的氣體孔以及磁屏蔽罩，磁屏蔽罩與第一側壁之間構成氣體通道，氣體通道與氣體孔連通。
較佳地，電漿處理設備進一步包括：第一鼓風裝置，第一鼓風裝置用於向第一殼體內輸送冷卻氣體，冷卻氣體用於對第一殼體內進行降溫形成第一氣體。
較佳地，電漿處理設備進一步包括：位於第一殼體內的絕緣窗口，絕緣窗口位於基板處理腔的頂部，電感線圈位於絕緣窗口上。
較佳地，第一殼體的材料包括導磁材料。
較佳地，第二殼體進一步包括散熱孔；電漿處理設備進一步包括：位於第二殼體內的第二鼓風裝置，第二鼓風裝置用於向第二殼體內輸送冷卻氣體，冷卻氣體用於對第二殼體內進行降溫形成第二氣體；抽氣裝置用於將第二氣體抽出。
較佳地，氣體供應單元包括：與基板處理腔連通的複數個進氣管路和複數個氣體控制器，且一根進氣管路與一個氣體控制器相連。
較佳地，抽真空裝置包括相互連接的第一抽真空器件和第二抽真空器件，第一抽真空器件使基板處理腔內的壓力降低後，第二抽真空器件用於使基板處理腔內為真空環境。
較佳地，電漿處理設備進一步包括：位於第二殼體內的第一節流閥，第一節流閥與第一抽真空器件連接，第一節流閥用於控制第一抽真空器件所抽反應氣體的流量大小；位於第二殼體內的第二節流閥，第二節流閥與第二抽真空器件連接，第二節流閥用於控制第二抽真空器件所抽反應氣體的流量大小。
較佳地，電漿處理設備進一步包括：位於第二殼體內的第一加熱器，第一加熱器用於對抽真空裝置進行加熱。
較佳地，電漿處理設備進一步包括：第三殼體，第三殼體包圍基板處理腔。
較佳地，第三殼體的材料包括：導磁材料。
較佳地，電漿處理設備進一步包括：環形內襯，環形內襯包括側壁保護環及將側壁保護環固定在基板處理腔側壁的承載環。
較佳地，電漿處理設備進一步包括：第二加熱器，用於對處理腔和環形內襯進行加熱。
本發明進一步提供一種包含電漿處理設備的電漿處理系統，包括：一個或者複數個上述電漿處理設備；傳輸腔，當電漿處理設備的個數為複數個時，複數個電漿處理設備環繞傳輸腔。
較佳地，抽氣裝置位於第二殼體下方。
較佳地，抽氣裝置位於傳輸腔下方。
較佳地，電漿處理系統進一步包括：位於傳輸腔與基板處理腔之間的傳輸門，傳輸門用於實現待處理基板在傳輸腔和基板處理腔之間的傳遞；傳輸腔、基板處理腔與傳輸門之間構成開口，開口與氣體通道連通，第一氣體經氣體通道和開口流出後，向第二殼體周圍流動。
與現有技術相比，本發明實施例的技術方案具有以下有益效果：
本發明的技術方案提供的電漿處理設備中，第一殼體內具有電感線圈，電感線圈用於使反應氣體轉化為電漿。電感線圈在工作的過程中易產生熱量，使得第一殼體內的溫度較高。第一殼體的氣體通道用於釋放第一殼體內的第一氣體。由於第一殼體的氣體通道端口朝向第二殼體，使第一氣體將流動至第二殼體周圍，而第一氣體的溫度較高，使得第一氣體對第二殼體內溫度的影響較大。但是，第二殼體下方具有抽氣裝置，抽氣裝置能夠將第一氣體從第二殼體周圍抽走，因此，有利於降低第一氣體流動至第二殼體周圍使第二殼體內的溫度過高，進而有利於提高第二殼體內器件的使用壽命。
此外，第二殼體進一步包括散熱孔，電漿處理設備進一步包括位於第二殼體內的第二鼓風裝置，第二鼓風裝置用於向第二殼體內輸送冷卻氣體，冷卻氣體用於對第二殼體內進行降溫形成第二氣體。抽氣裝置能夠進一步將第二氣體抽出，使得第二殼體內的溫度不至於過高，因此，有利於提高第二殼體內器件的使用壽命。
正如先前技術所述，現有電漿處理設備的性能較差，以下進行詳細說明：
第1圖為一種電漿處理設備的結構示意圖。
請參考第1圖，電漿處理設備包括：基板處理腔100；氣體供應單元（圖中未示出），用於向基板處理腔100內輸送反應氣體；位於基板處理腔100內的基座101，基座101用於承載待處理基板；位於基板處理腔100頂部的絕緣窗口102和位於絕緣窗口102上的電感線圈103；抽真空裝置106，抽真空裝置106用於使基板處理腔100內為真空環境。
上述電漿處理設備中，為了降低外界磁場對電感線圈103的影響，在電感線圈103的外面增設殼體104。殼體104包括側壁104a、貫穿側壁104a的氣體孔104b以及磁屏蔽罩104c，磁屏蔽罩104c與側壁104a之間構成氣體通道105，氣體通道105與氣體孔104b連通，氣體通道105用於釋放殼體104內的氣體。
然而，氣體通道105端口朝向基板處理腔100下方，使得殼體104內的氣體易被輸送至基板處理腔100下方，而殼體104內氣體的溫度較高，使得氣體對基板處理腔100下方器件的影響較大，使得基板處理腔100下方器件的使用壽命較短。
為了解決上述技術問題，本發明的技術方案提供一種電漿處理設備及包含電漿處理設備的電漿處理系統，其中，電漿處理設備包括：基板處理腔；氣體供應單元，用於向基板處理腔內輸送反應氣體；位於基板處理腔內的基座，基座用於承載待處理基板；位於基板處理腔上的第一殼體，第一殼體具有氣體通道，氣體通道用於釋放第一殼體內的第一氣體；位於第一殼體內的電感線圈，電感線圈用於使反應氣體轉化為電漿；位於基板處理腔底部的第二殼體，氣體通道朝向第二殼體；位於第二殼體內的抽真空裝置，抽真空裝置用於使基板處理腔內為真空環境；位於第二殼體底部的抽氣裝置，抽氣裝置用於將第一氣體從第二殼體周圍抽走。電漿處理設備的性能較好。
為使本發明的上述目的、特徵和有益效果能夠更為明顯易懂，下面將結合附圖對本發明的具體實施例做詳細的說明。
第2圖和第3圖是本發明的一種電漿處理設備的結構示意圖，第3圖為沿第2圖的線A-A1的剖面結構示意圖。
請參考第2圖和第3圖，基板處理腔211；氣體供應單元（圖中未示出），用於向基板處理腔211內輸送反應氣體；位於基板處理腔211內的基座212，基座212用於承載待處理基板；位於基板處理腔211上的第一殼體205，第一殼體205具有氣體通道213，氣體通道213用於釋放第一殼體205內的第一氣體；位於第一殼體205內的電感線圈215，電感線圈215用於使反應氣體轉化為電漿；位於基板處理腔211下方的第二殼體201，氣體通道213端口朝向第二殼體201；位於第二殼體201內的抽真空裝置220，抽真空裝置220用於使基板處理腔211內為真空環境；位於第二殼體201下方的抽氣裝置208，抽氣裝置208用於將第一氣體從第二殼體201周圍抽走。
在本實施例中，電漿處理設備為電感耦合電漿蝕刻設備。
氣體供應單元用於向基板處理腔211內輸送反應氣體。電感耦合電漿蝕刻設備進一步包括：射頻功率源216和射頻偏置源221，射頻功率源216與電感線圈215相連，使反應氣體離子化形成電漿，射頻偏置源221施加於基座212上，使電漿向基座212運動，基座212用於承載待處理基板，因此，有利於對待處理基板表面進行電漿處理。
氣體供應單元包括：與基板處理腔211連通的複數個進氣管路（圖中未示出）和複數個氣體控制器（圖中未示出），且一根進氣管路與一個氣體控制器（Mass Flow Controller，MFC）相連。透過氣體控制器控制通入基板處理腔211內的反應氣體和反應氣體的流量。
在本實施例中，電漿處理設備進一步包括：環形內襯（圖中未示出），環形內襯包括側壁保護環及將側壁保護環固定在基板處理腔211側壁的承載環。
在本實施例中，電漿處理設備進一步包括：設置於基板處理腔211外圍的第三殼體210，第三殼體210的材料包括：導磁材料。第三殼體210用於減少外界磁場對基板處理腔211內的影響。
第三殼體210內進一步包括第二加熱器，第二加熱器用於對環形內襯和基板處理腔211進行加熱，防止電漿在環形內襯和基板處理腔211表面附著形成顆粒，有利於防止待處理基板進行電漿處理時顆粒造成的影響。
在本實施例中，電漿處理設備進一步包括：位於第一殼體205內的絕緣窗口214，絕緣窗口214位於基板處理腔211的頂部，電感線圈215位於絕緣窗口214的頂部。
電感線圈215在工作的過程中易發熱，使得第一殼體205內的初始第一流體溫度較高。
為了降低第一殼體205內的溫度，電漿處理設備進一步設置有第一鼓風裝置217，第一鼓風裝置217用於向第一殼體205內輸送冷卻氣體，冷卻氣體用於對第一殼體205內進行降溫形成第一氣體，第一氣體透過氣體通道213釋放。由於氣體通道213端口朝向第二殼體201，使得第一氣體易被輸送至第二殼體201周圍。儘管第一氣體的溫度仍較高，但是，第二殼體201下方的抽氣裝置208能夠將第一氣體從第二殼體201周圍抽走，使得第一氣體不易在第二殼體201周圍停留，則第一氣體對第二殼體201內溫度的影響較小，有利於提高第二殼體201內器件的使用壽命。
在本實施例中，電漿處理設備進一步包括：設備板200，第二殼體201位於設備板200上。抽氣裝置208位於設備板200內，使得第一氣體被抽入設備板200內，使得電漿處理設備周圍的溫度不至於過高，有利於工作人員在此作業。
第一殼體205的材料包括：導磁材料。第一殼體205用於防止外界磁場對電漿分佈的影響。
抽真空裝置220包括：相互連接的第一抽真空器件（圖中未示出）和第二抽真空器件（圖中未示出），第一抽真空器件使基板處理腔211內的壓力降低後，關閉第一抽真空器件，開啟第二抽真空器件，使基板處理腔211內為真空環境。
在本實施例中，電漿處理設備進一步包括：位於第二殼體201內的第一節流閥（圖中未示出），第一節流閥與第一抽真空器件連接，第一節流閥用於控制第一抽真空器件所抽反應氣體的流量大小；位於第二殼體201內的第二節流閥，第二節流閥與第二抽真空器件連接，第二節流閥用於控制第二抽真空器件所抽反應氣體的流量大小。
在對待處理基板進行電漿處理的過程中，抽真空裝置220、第一節流閥和第二節流閥均易發熱，使得第二殼體201內的溫度較高。
第二殼體201進一步具有散熱孔202；電漿處理設備進一步包括：位於第二殼體201內的第二鼓風裝置（圖中未示出），第二鼓風裝置用於向第二殼體201內輸送冷卻氣體，冷卻氣體用於對第二殼體201內進行降溫形成第二氣體。抽氣裝置208在將第一氣體從第二殼體201周圍抽走的過程中，也能夠將第二氣體抽走，使得第二殼體201內的溫度不至於過高，有利於提高第二殼體201內器件的使用壽命。同時，抽氣裝置208位於設備板200內，使得第一氣體被抽入設備板200內，使得電漿處理設備周圍的溫度不至於過高，有利於工作人員在此作業。
在本實施例中，電漿處理設備進一步包括：位於第二殼體201內的第一加熱器（圖中未示出），第一加熱器用於對抽真空裝置220進行加熱，防止抽真空裝置220在對基板處理腔211內進行抽真空處理時，反應氣體因抽真空裝置220的溫度過低而產生顆粒堆積在抽真空裝置的內壁，造成抽真空裝置220內部的堵塞。
以下將對第一殼體205的結構進行詳細說明。
第4圖是本發明的第一殼體的結構示意圖。
請參考第4圖，第一殼體205包括第一側壁A、貫穿第一側壁A的流體孔205a、以及磁屏蔽罩205b，磁屏蔽罩205b與第一側壁A之間構成氣體通道213，氣體通道213與流體孔205a連通。
電感線圈215與射頻功率源216相連，使得電感線圈215易產生熱量，使得第一殼體205內的溫度較高。第一鼓風裝置217用於向第一殼體205內輸送冷卻氣體，冷卻氣體用於對第一殼體205內進行降溫形成第一氣體。
在本實施例中，以第一鼓風裝置217的個數為一個為例進行說明。在其他實施例中，第一鼓風裝置的個數可以大於一個。
相應的，本發明進一步提供一種包含電漿處理設備的電漿處理系統，請參考第5圖，包括：一個或者複數個電漿處理設備1；傳輸腔207，當電漿處理設備1的個數為複數個時，複數個電漿處理設備1環繞傳輸腔207。
在本實施例中，以電漿處理設備1的個數為一個進行說明。在其他實施例中，電漿處理設備的個數可以大於一個。
為了提高電漿處理系統的集成度，電漿處理設備1與傳輸腔207之間的距離較小，且相鄰電漿處理設備1之間的距離也較小。
第6圖是本發明的電漿處理系統的俯視圖。
基板處理腔211與傳輸腔207之間具有傳輸門300，傳輸門300用於實現待處理基板在傳輸腔207與基板處理腔211之間的傳遞。傳輸腔207、基板處理腔211與傳輸門300構成開口301，開口301與氣體通道213連通，使得第一氣體經過氣體通道213和開口301流出後，向第二殼體201周圍流動。但是，第二殼體201下方的抽氣裝置208能夠將第一氣體從第二殼體201周圍抽走，使得第一氣體不易在第二殼體201周圍停留，則第一氣體對第二殼體201內溫度的影響較小，有利於提高第二殼體201內器件的使用壽命。
在本實施例中，以電漿處理設備1的個數為六個進行說明。
在其他實施例中，電漿處理設備的個數可以為其他值。
為了提高電漿處理系統的集成度，電漿處理設備1與傳輸腔207之間的距離、以及相鄰電漿處理設備1之間的距離均較小。而各電漿處理設備1在工作時均易產生熱量，若不及時將熱量抽走，電漿處理系統的溫度過高，不利於工作人員在此作業。
在本實施例中，抽氣裝置208位於傳輸腔207下方的設備板200內。
在其他實施例中，抽氣裝置位於第二殼體下方的設備板內。
第二殼體201內的溫度不超過攝氏四十度，有利於提高第二殼體201內器件的使用壽命；第一殼體205內的溫度不超過攝氏四十度，有利於提高第一殼體205內器件的使用壽命。
雖然本發明揭露如上，但本發明並非限定於此。對於任何本領域具有通常知識者而言，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應當以申請專利範圍所限定的範圍為準。
1:電漿處理設備 100,211:基板處理腔 101,212:基座 102,214:絕緣窗口 103:電感線圈 104:殼體 104a:側壁 104b:氣體孔 104c,205b:磁屏蔽罩 105,213:氣體通道 106,220:抽真空裝置 200:設備板 201:第二殼體 202:散熱孔 205:第一殼體 205a:流體孔 207:傳輸腔 208:抽氣裝置 210:第三殼體 215:電感線圈 216:射頻功率源 217:第一鼓風裝置 220:抽真空裝置 221:射頻偏置源 300:傳輸門 301:開口 A:第一側壁
第1圖為一種電漿處理設備的結構示意圖； 第2圖和第3圖是本發明的一種電漿處理設備的結構示意圖； 第4圖是本發明的第一殼體的結構示意圖； 第5圖是本發明的包含電漿處理設備的電漿處理系統的結構示意圖； 第6圖是本發明的電漿處理系統的俯視圖。
1:電漿處理設備
207:傳輸腔
300:傳輸門
301:開口

Claims (18)

  1. 一種電漿處理設備，包括： 一基板處理腔； 一氣體供應單元，用於向該基板處理腔內輸送一反應氣體； 一基座，位於該基板處理腔內，該基座用於承載待處理基板； 一第一殼體，位於該基板處理腔上方，該第一殼體具有一氣體通道，該氣體通道用於釋放該第一殼體內的一第一氣體； 一電感線圈，位於該第一殼體內，該電感線圈用於使該反應氣體轉化為電漿； 一第二殼體，位於該基板處理腔下方，該氣體通道的端口朝向該第二殼體； 一抽真空裝置，位於該第二殼體內，該抽真空裝置用於使該基板處理腔內為真空環境； 一抽氣裝置，位於該第二殼體下方，該抽氣裝置用於將該第一氣體從該第二殼體周圍抽走。
  2. 如請求項1所述的電漿處理設備，其中該第一殼體包括：一第一側壁、貫穿該第一側壁的一氣體孔以及一磁屏蔽罩，該磁屏蔽罩與該第一側壁之間構成該氣體通道，該氣體通道與該氣體孔連通。
  3. 如請求項1所述的電漿處理設備，其進一步包括：一第一鼓風裝置，該第一鼓風裝置用於向該第一殼體內輸送一冷卻氣體，該冷卻氣體用於對該第一殼體內進行降溫形成該第一氣體。
  4. 如請求項1所述的電漿處理設備，其進一步包括：位於該第一殼體內的一絕緣窗口，該絕緣窗口位於該基板處理腔的頂部，該電感線圈位於該絕緣窗口上。
  5. 如請求項1所述的電漿處理設備，其中該第一殼體的材料包括導磁材料。
  6. 如請求項1所述的電漿處理設備，其中該第二殼體進一步包括一散熱孔；該電漿處理設備進一步包括：位於該第二殼體內的一第二鼓風裝置，該第二鼓風裝置用於向該第二殼體內輸送一冷卻氣體，該冷卻氣體用於對該第二殼體內進行降溫形成一第二氣體；該抽氣裝置用於將該第二氣體抽出。
  7. 如請求項1所述的電漿處理設備，其中該氣體供應單元包括：與該基板處理腔連通的複數個進氣管路和複數個氣體控制器，且一根該進氣管路與一個該氣體控制器相連。
  8. 如請求項1所述的電漿處理設備，其中該抽真空裝置包括相互連接的一第一抽真空器件和一第二抽真空器件，該第一抽真空器件用於使該基板處理腔內的壓力降低，該第二抽真空器件用於使該基板處理腔內為真空環境。
  9. 如請求項8所述的電漿處理設備，其進一步包括：位於該第二殼體內的一第一節流閥，該第一節流閥與該第一抽真空器件連接，該第一節流閥用於控制該第一抽真空器件所抽該反應氣體的流量大小；位於該第二殼體內的一第二節流閥，該第二節流閥與該第二抽真空器件連接，該第二節流閥用於控制該第二抽真空器件所抽該反應氣體的流量大小。
  10. 如請求項1所述的電漿處理設備，其進一步包括：位於該第二殼體內的一第一加熱器，該第一加熱器用於對該抽真空裝置進行加熱。
  11. 如請求項1所述的電漿處理設備，其進一步包括：一第三殼體，該第三殼體包圍該基板處理腔。
  12. 如請求項11所述的電漿處理設備，其中該第三殼體的材料包括：導磁材料。
  13. 如請求項1所述的電漿處理設備，其進一步包括：一環形內襯，該環形內襯包括一側壁保護環及將該側壁保護環固定在該基板處理腔的側壁的一承載環。
  14. 如請求項13所述的電漿處理設備，其進一步包括：一第二加熱器，用於對該基板處理腔和該環形內襯進行加熱。
  15. 一種包含電漿處理設備的電漿處理系統，包括： 一個或者複數個如請求項1至請求項14所述的電漿處理設備； 一傳輸腔，當該電漿處理設備的個數為複數個時，該複數個電漿處理設備環繞該傳輸腔。
  16. 如請求項15所述的電漿處理系統，其中該抽氣裝置位於該第二殼體下方。
  17. 如請求項15所述的電漿處理系統，其中該抽氣裝置位於該傳輸腔下方。
  18. 如請求項15所述的電漿處理系統，其進一步包括：位於該傳輸腔與該基板處理腔之間的一傳輸門，該傳輸門用於實現待處理基板在該傳輸腔和該基板處理腔之間的傳遞；該傳輸腔、該基板處理腔與該傳輸門之間構成一開口，該開口與該氣體通道連通，該第一氣體經該氣體通道和該開口流出後，向該第二殼體周圍流動。
TW109119644A 2019-06-20 2020-06-11 電漿處理設備及包含電漿處理設備的電漿處理系統 TWI747323B (zh)

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