TWI762114B - 電漿清潔裝置 - Google Patents

Abstract

本案揭露一種電漿清潔裝置，包括腔體、射頻電極、載台、電極、氣體分散環與分隔環。所述氣體分散環透過鎖固件連接腔體，而分隔環低於氣體分散環，其中分隔環與腔體圍繞出分隔空間，而鎖固件位於分隔空間。所述分隔環還與載台界定出反應空間，而鎖固件被限制在反應空間之外。在電漿清潔裝置的清潔過程中，氬離子撞擊載台上的鋁基板，而分隔環可遮蔽鎖固件以防止部分濺鍍出來的鋁吸附在鎖固件。

Description

電漿清潔裝置

本發明係關於一種電漿清潔裝置，尤其指一種透過分隔環遮蔽鎖固件以降低髒污吸附在鎖固件的一種電漿清潔裝置。

在半導體的電漿清洗製程中，是使電漿清洗裝置產生電漿，讓氣體分散環提供氬氣且經解離後撞擊晶圓，以撞擊出晶圓表面的髒汙，達到晶圓清潔的效果。然而，部分髒汙懸浮在腔體中，且可能掉落回晶圓表面，並隨著晶圓進行後續製程，例如金屬鍍膜製程。若髒污掉落於晶圓未來的佈線區，將使導線無法導通，進而降低產品的良率。

一種改善上述問題的方法是在固定的週期以鋁基板取代晶圓受氬離子的撞擊，濺鍍出來的鋁可與殘留在腔體的髒污反應，並附著於腔體的遮板上，降低髒污掉落回晶圓表面的機率。

然而，氣體分散環通常是利用鎖固件(例如，螺絲)鎖固於腔體，透過腔體接地的螺絲易吸附金屬離子(鋁離子)，使髒污附著在螺絲表面，而髒汙可能脫落並掉落到晶圓。由於螺絲通常由不鏽鋼製成，其無法做有效的表面處理，故難以解決髒污產生的問題。

因此，為了克服習知技術的不足之處，本發明實施例提供一種電漿清潔裝置，可降低髒汙附著在鎖固件(例如，螺絲)的機率，並防止髒污剝離而掉落到晶圓表面，如此，可增加晶圓的潔淨度。

基於前述目的的至少其中之一者，本發明實施例提供的電漿清潔裝置包括腔體、射頻電極、載台、電極、氣體分散環以及分隔環。所述腔體具有容置空間與腔體頂部，而射頻電極連接腔體頂部。所述載台位於容置空間內，並用以承載至少一基板，而電極連接載台。所述氣體分散環透過至少一鎖固件連接腔體，其中氣體分散環具有複數氣孔以供製程氣體通入容置空間。所述分隔環連接氣體分散環，其中分隔環與載台界定出反應空間，而分隔環位於鎖固件與反應空間之間，以將鎖固件限制在反應空間之外，其中氣體分散環的氣孔位於反應空間。

基於前述目的的至少其中之一者，本發明實施例提供的電漿清潔裝置包括腔體、射頻電極、載台、電極、氣體分散環以及分隔環。所述腔體具有容置空間與腔體頂部，而射頻電極連接腔體頂部。所述氣體分散環透過至少一鎖固件連接腔體，其中氣體分散環具有複數氣孔以供製程氣體通入容置空間。所述分隔環低於氣體分散環，其中分隔環與腔體圍繞出分隔空間，鎖固件位於分隔空間，而氣體分散環的氣孔被限制在分隔空間之外。

可選地，所述分隔環還包括連接部、側面與底部，其中連接部連接氣體分散環，側面連接連接部，底部連接側面，而連接部與底部彼此相對。 分隔環的側面用以阻擋自鎖固件掉落的髒汙掉落到基板的表面，而底部用以盛接髒污。

可選地，所述分隔環的底部的一端到腔體的側壁之間具有第一距離，而鎖固件到腔體的側壁之間具有第二距離，其中第一距離小於第二距離。

可選地，所述氣體分散環的表面還包括複數凸部，相鄰反應空間，用以附著腔體的髒汙。

可選地，所述氣體分散環的表面受到粗化處理與非導電處理，使表面形成非平整面，以附著腔體的髒汙。

可選地，所述粗化處理為化學粗化處理、機械粗化處理或有機溶劑粗化處理。所述非導電處理為陽極處理。。

可選地，所述氣體分散環的表面的表面粗糙度(Ra)為8~12微米(μm)。

可選地，所述電漿清潔裝置還包括真空抽氣系統，連接腔體的容置空間，用以抽出容置空間內的流體。

可選地，所述電漿清潔裝置還包括第一遮板，位於容置空間內且相鄰腔體頂部，且第一遮板具有複數第一開口以形成非平整底面。

簡言之，本發明實施例提供的電漿清潔裝置是透過分隔環來遮蔽氣體分散環與腔體間的鎖固件，以降低髒污附著於鎖固件的機率，再者，分隔環也可盛接自鎖固件掉落的髒污，如此，可增加晶圓的潔淨度，故於對電漿清洗裝置及製程有需求的市場(例如，半導體)具有優勢。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，配合所附圖示，做詳細說明如下。

1:電漿清潔裝置

11:腔體

111:腔體頂部

113:真空抽氣系統

13:載台

131:冷卻管線

15:氣體分散環

151:鎖固件

153:凸部

155:氣孔

17、27、37:分隔環

171、271、371:連接部

173、273、373:側面

175、275、375:底部

177:分隔環鎖固件

19:第一遮板

191:第一開口

193:第一封閉部

195:凹槽

d1:第一距離

d2:第二距離

E1:射頻電極

E2:電極

L1:垂直延伸線

L2、L3:水平延伸線

S:容置空間

S1:反應空間

S2:分隔空間

W:基板

圖1是本發明實施例的電漿清潔裝置的示意圖。

圖2是本發明實施例的電漿清潔裝置的局部示意圖。

圖3是本發明另一實施例的電漿清潔裝置的局部示意圖。

圖4是本發明又一實施例的電漿清潔裝置的局部示意圖。

圖5是本發明再一實施例的電漿清潔裝置的局部的示意圖。

圖6是本發明再一實施例的電漿清潔裝置的局部示意圖。

圖7是本發明再一實施例的氣體分散環的仰視局部示意圖。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後。

首先，請參照圖1與圖2，圖1是本發明實施例的電漿清潔裝置的示意圖，圖2是本發明實施例的電漿清潔裝置的局部示意圖。本發明提供的電漿清潔裝置1包括腔體11、射頻電極E1、載台13、電極E2、氣體分散環15、分隔環17與第一遮板19。所述腔體11具有腔體頂部111與容置空間S，而腔體頂部111的材質例如但不限制為陶瓷。

所述腔體11的容置空間S內設置有載台13，而載台13用以承載至少一基板W。所述電漿清潔裝置1還可設有冷卻管線131，冷卻管線131連接載台13(例如，設置於載台13的內部)，以調節基板W的溫度。

在半導體的預清潔製程中(pre-clean process)，基板W為晶圓。晶圓上的髒污可在預清潔製程中被電漿轟擊出來，而髒污及副產物(例如，三氧化二鋁、二氧化矽、氮化矽、炭、有機化合物、汙染氣體等)則附著或懸浮在腔體11中。當對電漿清潔裝置1進行清潔時，是以金屬基板(例如，鋁基板)作為基板W，而鋁可被電漿濺鍍出來，並與髒污及副產物反應或使髒污及副產物附著在濺鍍出來的鋁上。

具體而言，載台13與電極E2相連接，而電極E2位於載台13的上方，使載台13透過電極E2承載基板W。腔體頂部111連接射頻電極E1，而射頻電極E1與電極E2可在腔體11的容置空間S內產生電位差。

所述氣體分散環15連接腔體11，以使製程氣體(例如，氬氣)透過氣體分散環15的複數氣孔155進入到腔體11的容置空間S內。

當對電漿清潔裝置1進行清潔時，射頻電極E1與電極E2使腔體11內產生電位差，並使電子具有能量。當電子撞擊通入腔體11內的氬氣時，可使氬氣解離為氬離子，而使腔體11內產生高密度電漿。腔體11內的電漿經加速後，使氬離子撞擊鋁基板並使鋁被濺鍍出來，以與髒污及副產物反應或使髒污及副產物附著在濺鍍出來的鋁上，並可被第一遮板19捕捉。

所述第一遮板19位於容置空間S內且相鄰腔體頂部111，第一遮板19具有複數第一開口191以形成非平整底面，而附著在鋁上面的髒汙可被第一遮 板19的非平整底面捕捉，以降低懸浮在腔體11的容置空間S內的機率。具體而言，第一遮板19具有複數第一開口191與複數第一封閉部193，而第一封閉部193相鄰腔體頂部111且與第一開口191彼此相對，以在第一遮板19形成複數凹槽195。所述凹槽195的第一開口191朝向基板W的方向，以容納濺鍍出來並攜帶髒污的鋁。

由於第一遮板19具有非平整底面，其表面積大於平整底面的表面積，即，吸附髒污的表面積較大，因此可降低更換第一遮板19的頻率，如此，可延長電漿清潔裝置1的清潔週期。所述第一遮板19的材質可以是石英、陶瓷、碳化矽或氧化鋁，但本發明不以此為限制。

第一遮板19的非平整底面或凹槽195可塗布有化學材料，其中化學材料可以是氧化釔、氧化鋁或陶瓷。在非平整底面或凹槽195塗布化學材料的目的在於創造不平整表面(例如，凹凸面)，以增加非平整底面或凹槽195的表面積，如此，可更容易捕捉或卡住攜帶髒污的鋁。

所述氣體分散環15透過至少一鎖固件151連接腔體11，而鎖固件151例如但不限制為螺絲。在一個實施例中，氣體分散環15透過鎖固件151鎖固於腔體頂部111。在其他實施例中，氣體分散環15透過鎖固件151鎖固於腔體11的側壁。

所述分隔環17連接氣體分散環15，並透過分隔環鎖固件177將分隔環17鎖固於腔體11。具體而言，分隔環17為環形圈體並低於氣體分散環15。以分隔環17的最小直徑的垂直延伸線L1為界，並以載台13的頂部的水平延伸線L2為界，使分隔環17與載台13界定出反應空間S1。再者，以分隔環17的底部175 的水平延伸線L3為界，並以腔體11的側壁為界，使分隔環17與腔體11圍繞出分隔空間S2。

所述分隔環17與鎖固件151的頂表面位於氣體分散環15的同一側(例如，在圖1中，分隔環17與鎖固件151的頂表面位於氣體分散環15的下側)，以透過分隔環17遮蔽鎖固件151，減少反應空間S1中的髒污附著在鎖固件151的機率。

具體而言，分隔環17位於鎖固件151與反應空間S1之間，以將鎖固件151限制在反應空間S1之外，而氣體分散環15的氣孔155也位於反應空間S1，以提供製程氣體到反應空間S1。即，鎖固件151位於分隔空間S2，而氣體分散環15的氣孔155被限制在分隔空間S2之外。

在一個實施例中，分隔環17還包括連接部171、側面173與底部175，其中連接部171連接氣體分散環15，側面173連接連接部171，底部175連接側面173，而連接部171與底部175彼此相對，而側面173與腔體11的側壁垂直，並可用以阻擋反應空間S1中的髒污附著在鎖固件151。再者，當少量髒污附著於鎖固件151時，分隔環17的側面173還可用以阻擋自鎖固件151掉落的髒汙掉落到基板W的表面，而分隔環17的底部175則可用以盛接髒污。

請參照圖3，圖3是本發明另一實施例的電漿清潔裝置的局部示意圖。如圖3所示，分隔環17的底部175的一端到腔體11的側壁之間具有第一距離d1，而鎖固件151到側壁之間具有第二距離d2，其中第一距離d1小於第二距離d2，以使分隔環17對鎖固件151的分隔效果更佳，且使分隔環17更容易盛接從鎖 固件151剝落的髒污。在其他實施例中，第一距離d1也可以等於第二距離d2。在其他實施例中，第一距離d1也可以為0，使分隔空間S2幾乎形成封閉空間。

在其他實施例中，分隔環17的側面173也可以不與腔體11的側壁垂直。請參照圖4，圖4是本發明又一實施例的電漿清潔裝置的局部示意圖。如圖4所示，分隔環27的側面273為弧形。具體而言，分隔環27具有連接部271、側面273與底部275，其中連接部271連接氣體分散環15，側面273連接連接部271，底部275連接側面273，而連接部271與底部275彼此相對。同樣地，分隔環27的側面273可用以阻擋反應空間S1中的髒污附著在鎖固件151。當少量髒污附著於鎖固件151時，分隔環27的側面273還可用以阻擋自鎖固件151掉落的髒汙掉落到基板W的表面，而分隔環27的底部275則可用以盛接髒污。

在其他實施例中，分隔環17也可以不與氣體分散環15連接。請參照圖5，圖5是本發明再一實施例的電漿清潔裝置的局部的示意圖。如圖5所示，分隔環37透過分隔環鎖固件177與腔體11的側壁連接，而氣體分散環15則透過鎖固件151與腔體11的腔體頂部連接。具體而言，分隔環37具有連接部371、側面373與底部375，其中連接部371連接腔體11的側壁，側面373與連接部371彼此相對，底部375則連接側面373與連接部371。同樣地，分隔環37的側面373可用以阻擋反應空間S1中的髒污附著在鎖固件151。當少量髒污附著於鎖固件151時，分隔環37的側面373還可用以阻擋自鎖固件151掉落的髒汙掉落到基板W的表面，而分隔環37的底部375則可用以盛接髒污。

與前述實施例不同的是，分隔環37是以側面373的垂直延伸線L1及底部375為界，並以腔體11的側壁為界，使分隔環37與腔體11圍繞出分隔空間S2。

在一個實施例中，氣體分散環15透過鎖固件151與腔體11的腔體頂部直接或間接連接。在其他實施例中，氣體分散環15也可以不與腔體11的腔體頂部連接。請參照圖6，圖6是本發明再一實施例的電漿清潔裝置的局部示意圖。如圖6所示，氣體分散環15是透過鎖固件151與腔體11的側壁連接。

接著，請參照圖1、圖2與圖7，圖7是本發明再一實施例的氣體分散環的仰視局部示意圖。如圖1、圖2與圖7所示，氣體分散環15為環形圈體，而氣體分散環15的表面還包括複數凸部153，相鄰反應空間S1。所述複數凸部153使氣體分散環15的相鄰反應空間S1的表面不平整，以加強附著腔體11的髒汙的能力。

所述氣體分散環15的表面還可受到粗化處理與非導電處理，使表面形成非平整面，以更加強附著腔體11的髒汙的能力，其中粗化處理可以是化學粗化處理、機械粗化處理或有機溶劑粗化處理，以及非導電處理可以是陽極處理，以使氣體分散環15的表面的表面粗糙度(Ra)為8~12微米(μm)。

所述電漿清潔裝置1還可包括真空抽氣系統113，連接腔體11的容置空間S，並用以抽出容置空間S內的流體，其中流體例如但不限制為清潔製程前腔體11內所包含的空氣。

綜合以上所述，相較於習知技術，本發明實施例所述之電漿清潔裝置之技術效果，係說明如下。

習知技術中，在晶圓的預清潔製程中，部分髒汙會附著在氣體分散環與腔體間的鎖固件，並可能掉落回晶圓表面，甚至掉落於晶圓未來的佈線區，這將使導線無法導通，進而降低產品的良率。然而，由於鎖固件通常為不鏽鋼螺絲，而難以對其做有效的表面處理，故難以解決髒污產生的問題。反觀本發明所述之電漿清潔裝置，可透過分隔環遮蔽鎖固件，並可進一步盛接自鎖固件掉落的髒污，以降低晶圓汙損的機率。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，上述實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與前述實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。

1:電漿清潔裝置

11:腔體

111:腔體頂部

113:真空抽氣系統

13:載台

131:冷卻管線

15:氣體分散環

151:鎖固件

17:分隔環

19:第一遮板

E1:射頻電極

E2:電極

L1:垂直延伸線

L2、L3:水平延伸線

S:容置空間

S1:反應空間

W:基板

Claims (10)

1. 一種電漿清潔裝置，包括：一腔體，具有一容置空間與一腔體頂部；一射頻電極，連接該腔體頂部；一載台，位於該容置空間內，並用以承載至少一基板；一電極，連接該載台；一氣體分散環，透過至少一鎖固件連接該腔體，該氣體分散環具有複數氣孔以供一製程氣體通入該容置空間；及一分隔環，連接該氣體分散環，其中該分隔環與該載台界定出一反應空間，而該分隔環位於該鎖固件與該反應空間之間，以將該鎖固件限制在該反應空間之外，其中該氣體分散環的該氣孔位於該反應空間。
2. 一種電漿清潔裝置，包括：一腔體，具有一容置空間與一腔體頂部；一射頻電極，連接該腔體頂部；一載台，位於該容置空間內，並用以承載至少一基板；一電極，連接該載台；一氣體分散環，透過至少一鎖固件連接該腔體，該氣體分散環具有複數氣孔以供一製程氣體通入該容置空間；及一分隔環，低於該氣體分散環，其中該分隔環與該腔體圍繞一分隔空間，該鎖固件位於該分隔空間，而該氣體分散環的該氣孔被限制在該分隔空間之外。
3. 如請求項1或2所述之電漿清潔裝置，其中該分隔環還包括一連接部、一側面與一底部，該連接部連接該氣體分散環，該側面連接該連接部，該底部連接該側面，而該連接部與該底部彼此相對，其中該側面用以阻擋自該鎖固件掉落的一髒汙掉落到該基板的一表面，而該底部用以盛接該髒污。
4. 如請求項3所述之電漿清潔裝置，其中該底部的一端到該腔體的一側壁之間具有一第一距離，而該鎖固件到該側壁之間具有一第二距離，其中該第一距離小於該第二距離。
5. 如請求項1所述之電漿清潔裝置，其中該氣體分散環的一表面還包括複數凸部，相鄰該反應空間，用以附著該腔體的一髒汙。
6. 如請求項1或2所述之電漿清潔裝置，其中該氣體分散環的一表面受到粗化處理與非導電處理，使該表面形成一非平整面，以附著該腔體的一髒汙。
7. 如請求項6所述之電漿清潔裝置，其中該粗化處理為化學粗化處理、機械粗化處理或有機溶劑粗化處理，以及該非導電處理為陽極處理。
8. 如請求項6所述之電漿清潔裝置，其中該氣體分散環的該表面的表面粗糙度(Ra)為8~12微米(μm)。
9. 如請求項1所述之電漿清潔裝置，還包括一真空抽氣系統，連接該腔體的該容置空間，用以抽出該容置空間內的一流體。
10. 如請求項1所述之電漿清潔裝置，還包括一第一遮板，位於該容置空間內且相鄰該腔體頂部，且該第一遮板具有複數第一開口以形成一非平整底面。

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