TW201742100A - 電漿處理裝置及方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供了一種電漿處理裝置及在電漿處理裝置內處理基片的方法。電漿處理裝置包括反應腔，反應腔內設置上電極及下電極，本發明在下電極週邊環繞設置中空絕緣環，並在中空絕緣環內設置射頻線圈，藉由在清潔製程中向射頻線圈施加射頻功率可以提高邊緣區域清潔氣體的解離程度，進而提高邊緣區域清潔電漿的濃度；高濃度的清潔電漿有利於保證邊緣區域部件的清潔效果。在蝕刻製程中，藉由設置射頻線圈接地可以有效的避免施加到下電極上的射頻功率在射頻線圈上產生放電。

Description

電漿處理裝置及方法

本發明提供半導體製造領域，尤其提供一種電漿處理裝置內部清潔的技術領域。

電漿反應裝置廣泛應用於積體電路的製造製程中，如沉積、蝕刻等。其中，常用的電漿蝕刻反應裝置包括電容耦合型電漿反應裝置CCP和電感耦合型電漿裝置ICP，電漿反應裝置的原理主要是使用射頻功率將輸入反應裝置中的反應氣體解離成電漿，利用該電漿對放置於其內部的基片進行電漿蝕刻處理，不同基片的蝕刻製程需要不同的反應氣體，同時也會產生不同的反應副產物，某些反應副產物彼此之間發生反應，沉積在反應腔內部側壁或者其他部件上，對後續反應製程造成影響。

為了保證每片基片的製程環境穩定，當一片基片蝕刻製程完成並移出反應腔後，需要對反應腔內部進行清潔，以除去上一片基片蝕刻製程中反應副產物的沉積。對反應腔內部的清潔製程通常為，向反應腔內通入清潔氣體，對反應腔施加射頻功率，將清潔氣體解離為清潔電漿，利用清潔電漿對反應腔內的側壁及內部部件進行清潔。在清潔製程中，清潔電漿的濃度分佈是影響反應腔內清潔程度的重要因素。在電容耦合型電漿反應裝置中，由於清潔電漿的產生方式為藉由上電極和下電極之間的電場產生，由於上電極和下電極之間的電場線分佈的不均勻，導致邊緣區域產生的電漿濃度低於中心區域產生的電漿濃度，因此導致反應腔邊緣區域的部件清潔效果不佳，降低了設備的清潔效率，且難以保證每片基片的製程環境一致。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種電漿處理裝置，包括一反應腔，所述反應腔內設置一上電極以及一下電極，所述下電極上方設置一用以支撐固定基片的靜電夾盤，所述靜電夾盤週邊環繞設置一中空絕緣環，所述中空絕緣環內設置一射頻線圈，所述射頻線圈在清潔製程中與一射頻電源相連通，在蝕刻製程中接地。

進一步地，所述中空絕緣環為石英材料，所述中空絕緣環的底部與反應腔內區域保持聯通。

較佳地，所述射頻線圈包括一開口或所述射頻線圈上設置一段絕緣材料。

較佳地，所述射頻線圈與一升降驅動裝置相連，所述升降驅動裝置控制所述射頻線圈在所述中空絕緣環內上下移動。

較佳地，所述升降驅動裝置包括至少兩根升降桿以及與所述升降桿連接的控制部件。

較佳地，所述射頻線圈上設置接地結構，所述射頻線圈位置降下時所述接地結構接地。

較佳地，所述接地結構為設置在所述射頻線圈上的凹陷部或凸起部。

較佳地，所述反應腔內設置反應腔底壁，所述反應腔底壁上與所述射頻線圈的接地結構對應處設置與接地結構相配合的凸起部或凹陷部，所述接地結構降下時，所述射頻線圈上的凹陷部或凸起部與所述反應腔底壁上的凸起部或凹陷部相互嵌合，實現所述射頻線圈的接地。

較佳地，所述中空絕緣環內設置一接地元件，所述接地元件在所述中空絕緣環內上下位置可調。

較佳地，所述接地元件上升到一定位置時與所述射頻線圈接觸，實現所述射頻線圈接地。

較佳地，所述接地元件為接地的可升降觸桿。

進一步地，本發明還公開了一種電漿處理裝置內處理基片的方法，所述方法在一反應腔內進行，所述反應腔內設置一上電極以及一下電極，所述下電極上方設置一用以支撐固定待處理基片的靜電夾盤，所述靜電夾盤包括一中空絕緣環，所述中空絕緣環內設置一射頻線圈，所述方法包括下列步驟：

蝕刻步驟，將一待處理基片移入反應腔內，向反應腔內通入蝕刻氣體，將至少一射頻功率施加到所述下電極上，將所述蝕刻氣體解離為蝕刻電漿，實現對待處理基片的蝕刻製程，在蝕刻步驟中，所述射頻線圈接地；

清潔步驟，移出蝕刻完成的基片，向反應腔內通入清潔氣體，分別向所述射頻線圈和所述下電極施加射頻功率，將清潔氣體解離為清潔電漿，實現對反應腔內的清潔步驟。

較佳地，將所述射頻線圈與一升降驅動裝置連接，在蝕刻步驟中，所述升降驅動裝置驅動所述射頻線圈位置下降，所述射頻線圈與反應腔內一接地元件接觸即實現所述射頻線圈的接地。

較佳地，將反應腔內一接地元件與一升降驅動裝置連接，在蝕刻步驟中，所述升降驅動裝置驅動所述接地元件位置上升，所述接地元件與所述射頻線圈接觸，實現所述射頻線圈的接地。

較佳地，將所述射頻線圈與一升降驅動裝置連接，在所述清潔步驟中，所述升降驅動裝置驅動所述射頻線圈位置在所述中空絕緣環頂部及射頻線圈尚未與反應腔內任何接地元件接觸的位置之間移動。

本發明的優點為：本發明在所述下電極週邊環繞設置一中空絕緣環，並在所述中空絕緣環內設置一射頻線圈，藉由在清潔製程中向射頻線圈施加射頻功率可以提高邊緣區域清潔氣體的解離程度，進而提高邊緣區域清潔電漿的濃度；高濃度的清潔電漿有利於保證邊緣區域部件的清潔效果。在蝕刻製程中，藉由設置射頻線圈接地可以有效的避免施加到下電極上的射頻功率在射頻線圈上產生放電。

以下結合圖式，對本發明的具體實施方式進行說明。本發明公開的技術適用於多種電漿處理裝置，尤其適用於電容耦合電漿處理裝置。

第1圖示出本發明所述方法適用的一種離子體處理裝置結構示意圖。本實施例中，電漿處理裝置為電容耦合型電漿處理裝置，電容耦合型電漿處理裝置包括反應腔100，反應腔100包括由金屬材料製成的大致為圓柱形的反應腔側壁101及反應腔底壁102，反應腔側壁101與反應腔底壁102及反應腔100上壁圍成可被抽真空的反應腔100結構，在反應腔100內部上方位置設置上電極110，上電極110同時作為向反應腔100內提供製程氣體的氣體噴淋頭，氣體供應裝置112將製程氣體藉由氣體噴淋頭均勻輸送到反應腔內。對應上電極110下方設置下電極120，射頻功率源121與下電極120連接，並在需要時將射頻功率施加到下電極120上，以在上電極110和下電極120之間形成射頻電場，輸送到反應腔100內的製程氣體在射頻電場的作用下進行解離，形成用於蝕刻製程或清潔製程的電漿20。下電極120上方設置靜電夾盤130，靜電夾盤用於在蝕刻製程中支撐固定基片10。電漿20中含有大量的電子、離子、激發態的原子、分子和自由基等活性粒子，上述活性粒子可以和待處理基片的表面發生多種物理和化學反應，使得基片表面的形貌發生改變，完成製程過程。在反應腔100下方通常設置排氣裝置150，用於對反應腔100抽真空並將製程制程中的副產物排出反應腔100內。

蝕刻製程開始前，先將基片10藉由機械手（圖中未示出）移入反應腔100並放置在靜電夾盤上，靜電夾盤內部設置的直流電極30產生靜電吸力，將基片夾持在靜電夾盤的表面。蝕刻製程開始後，氣體供應裝置112藉由氣體噴淋頭110向反應腔100內提供蝕刻反應氣體，射頻功率源121向下電極120提供射頻功率，在具體實施時，施加到下電極120上的射頻功率源121的數目大於等於一個，且射頻功率源121與下電極120之間更設置射頻匹配網路等匹配裝置，由於此特徵不屬於本發明要強調的發明點，為了描述簡潔，本發明示例性的將一個射頻功率源121施加到下電極120上。本實施例中，將上電極110接地，當在下電極120上施加射頻功率源121時，上電極110與下電極120之間形成射頻電場，經上電極110進入反應腔100的蝕刻氣體在射頻電場內解離形成蝕刻電漿20，蝕刻電漿20按照製程要求完成對基片10的蝕刻製程。

蝕刻製程中，蝕刻電漿20除了對基片進行作用完成蝕刻要求外，未解離的蝕刻氣體及未參與反應的蝕刻電漿20還會在反應腔100內裸露在外的部件及側壁上進行沉積反應，生成聚合物沉積，這些聚合物會在後續製程過程中發生脫落，生成顆粒污染物。因此，在兩片基片的蝕刻製程之間，需要增加一步清潔步驟，以保證每片基片的製程環境一致。

清潔製程發生在將基片移出反應腔100以後，此時，氣體供應裝置112向上電極110內輸送清潔氣體，經兼做氣體噴淋頭的上電極110將清潔氣體均勻輸送到反應腔100內，同時，射頻功率源121施加符合清潔製程要求的射頻功率至下電極120，實現將清潔氣體解離為清潔電漿20的步驟。清潔製程中，清潔電漿20的濃度分佈是影響清潔效果的重要因素。在電容耦合電漿處理裝置中，電漿20濃度的分佈規律是中心區域高於邊緣區域，因此電容耦合電漿處理裝置的反應腔中心區域的清潔效果優於邊緣區域的清潔效果。然而，在反應腔100的邊緣區域設有包括石英覆蓋環140以及反應腔側壁101等多個部件，若上述部件清潔效果不佳，會導致整體反應腔100的清潔效果大打折扣。

為了調整反應腔100內清潔電漿20的濃度分佈均勻，本發明設置一種技術手段，在電漿20濃度較低的區域增加射頻電極，藉由施加射頻功率使得清潔製程中該射頻電極額外產生電漿20，以實現清潔電漿20的均勻分佈。

第2圖示出一種中空絕緣環132垂直剖面結構示意圖，在圖示結構中，中空絕緣環132環繞設置在靜電夾盤130外邊緣，位於石英覆蓋環140下方，其底部設置開口135a，使得中空絕緣環132內部空間與反應腔100內區域保持聯通。本實施例中，中空絕緣環132選擇石英材料，藉由在一整體石英材料上切割或者藉由其他方式製作獲得。中空絕緣環132的內部空間與反應腔100內真空區域相連通，可以保證排氣裝置150在對反應腔100內抽真空時一起對中空絕緣環132的內部空間抽真空，避免中空絕緣環132內氣體滯留導致內部放電，對反應腔100結構造成破壞。在中空絕緣環132內部設置射頻線圈135，射頻線圈135連接射頻功率源122，在清潔步驟中，射頻功率源121向下電極120施加射頻功率，在反應腔100內形成中心區域濃度高邊緣區域濃度低的清潔電漿20分佈此時，同時，射頻功率源122向射頻線圈135上施加射頻功率，射頻線圈135對其上方的清潔氣體進行解離，以提高靜電夾盤130邊緣區域的清潔電漿20濃度。確保反應腔100內清潔電漿20濃度分佈均勻。清潔製程結束後，反應腔100內移入待處理基片10並放置於靜電夾盤130上方，此時，上電極110輸送蝕刻製程氣體至靜電夾盤130上方。為了避免射頻線圈135對蝕刻製程氣體進行解離，改變反應腔100內蝕刻製程的均勻性，在蝕刻製程中，停止向射頻線圈135施加射頻功率，進一步地，為了避免施加到下電極120上的射頻功率在射頻線圈135上產生放電，在蝕刻製程中將射頻線圈135接地。

射頻線圈135接地的方式有多種，一種可行的實施方式為藉由射頻線圈135在中空絕緣環132內的位置變化實現其與射頻電源連接或是與地連接。具體的，將射頻線圈135與升降驅動裝置131連接，藉由升降驅動裝置131驅動射頻線圈135在中空絕緣環132內上升或下降，在清潔製程步驟中，升降驅動裝置131驅動射頻線圈135位置上升到靠近中空絕緣環132上方的位置，此時射頻功率源122對射頻線圈135施加射頻功率，使得射頻線圈135解離清潔氣體；在蝕刻製程步驟中，升降驅動裝置131驅動射頻線圈135位置下降，在射頻線圈135上設置一接地結構133，當射頻線圈135的位置降下時，射頻線圈135上的接地結構133與反應腔100內某一接地元器件接觸使得射頻線圈135接地。避免射頻線圈135在中空絕緣環132內放電。升降驅動裝置131包括至少一升降桿1311以及與升降桿1311相連的控制裝置1312，為了保證射頻線圈135的平穩移動，升降驅動裝置131包括兩個或兩個以上的升降1311桿。由於射頻線圈135不能為閉合線圈，因此，藉由在射頻線圈135上設置一段開口135a或者在射頻線圈135的某一個位置設置段絕緣材料，實現射頻線圈135的正常工作。在第3圖示出的實施例中，射頻線圈135上設置段開口135a，開口135a的兩側分別設置升降桿1311及與升降桿1311相連的控制裝置1312，在射頻線圈135的另外區域平均設置兩個升降桿1311及與升降桿1311相連的控制裝置1312，以保證射頻線圈135的平穩移動。

第4圖示出一種射頻線圈135的結構示意圖，在第4圖所示的實施例中，接地結構133為設置在射頻線圈135底部的至少一凹陷部，對應的，在反應腔100內接地元件的上表面對應設置凸起部，當射頻線圈135降下時，射頻線圈135的凹陷部與接地元件的凸起部嵌合接觸，使得射頻線圈135接地。可變通的，射頻線圈135的接地結構133也可以設置為至少一凸起部，而在反應腔100內接地元件的上表面對應設置凹陷部，當射頻線圈135降下時，射頻線圈135的凸起部與接地元件的凹進部嵌合接觸，也使得射頻線圈135接地。本發明的接地元件可以為反應腔底壁102，由於反應腔底壁102始終接地，且在反應腔底壁102上設置凸起部或凹陷部結構簡單，易於製作。

在本發明的技術手段中，在清潔製程時，射頻線圈135的位置可以在中空絕緣環132頂部及尚未與反應腔100內任何接地元件接觸之間的位置上下移動。當射頻線圈135位於中空絕緣環132內頂部時，射頻線圈135距離反應腔100內清潔氣體最近，此時，射頻線圈135輻射到的面積較小，清潔氣體被解離的面積也較小，因此，對中空絕緣環132上方的部件如石英覆蓋環140的清潔效果較好，而對更為邊緣的部件，如反應腔側壁101的清潔效果則略差。控制升降驅動裝置131降低射頻線圈135在中空絕緣環132的位置，隨著射頻線圈135位置降低，射頻線圈135輻射到的區域面積增大，因此，能夠解離的清潔氣體面積隨之增大，以實現對反應腔100內更為邊緣區域的部件的清潔。需要注意的是，在升降射頻線圈135時，要避免射頻線圈135與接地元器件接觸導致射頻線圈135的接地。

在另外的實施例中，也可以設置射頻線圈135位置不變，藉由設置接地的可升降觸桿在中空絕緣環132內的升降實現對射頻線圈135的接地。本實施例中接地元件與射頻線圈135接地的方式可以參照上文描述。

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。在本發明所屬技術領域中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權利要求來限定。

10‧‧‧基片
20‧‧‧電漿
30‧‧‧直流電極
100‧‧‧反應腔
101‧‧‧反應腔側壁
102‧‧‧反應腔底壁
110‧‧‧上電極
112‧‧‧氣體供應裝置
120‧‧‧下電極
121‧‧‧射頻功率源
122‧‧‧射頻功率源
130‧‧‧靜電夾盤
131‧‧‧升降驅動裝置
1311‧‧‧升降桿
1312‧‧‧控制裝置
132‧‧‧中空絕緣環
133‧‧‧接地結構
135‧‧‧射頻線圈
135a‧‧‧開口
140‧‧‧石英覆蓋環
150‧‧‧排氣裝置

第1圖示出本發明一種電漿處理裝置結構示意圖。

第2圖示出一種中空絕緣環垂直剖面結構示意圖。

第3圖示出射頻線圈及其升降驅動裝置的立體結構示意圖。

第4圖示出射頻線圈的結構示意圖。

10‧‧‧基片

20‧‧‧電漿

30‧‧‧直流電極

100‧‧‧反應腔

101‧‧‧反應腔側壁

110‧‧‧上電極

112‧‧‧氣體供應裝置

120‧‧‧下電極

121‧‧‧射頻功率源

130‧‧‧靜電夾盤

131‧‧‧升降驅動裝置

1312‧‧‧控制裝置

132‧‧‧中空絕緣環

135‧‧‧射頻線圈

140‧‧‧石英覆蓋環

150‧‧‧排氣裝置

Claims (15)

1. 一種電漿處理裝置，包括： 一反應腔，該反應腔內設置一上電極及一下電極，該下電極上方設置用以支撐固定一基片的一靜電夾盤，其中該靜電夾盤週邊環繞設置一中空絕緣環，該中空絕緣環內設置一射頻線圈，該射頻線圈在清潔製程中與一射頻電源相連通，在蝕刻製程中接地。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理裝置，其中該中空絕緣環為石英材料，該中空絕緣環的底部與該反應腔內區域保持聯通。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理裝置，其中該射頻線圈包括一開口或該射頻線圈上設置一段絕緣材料。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理裝置，其中該射頻線圈與一升降驅動裝置相連，該升降驅動裝置控制該射頻線圈在該中空絕緣環內上下移動。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電漿處理裝置，其中該升降驅動裝置包括至少兩根升降桿以及與該升降桿連接的一控制裝置。
6. 如申請專利範圍第4項所述之電漿處理裝置，其中該射頻線圈上設置一接地結構，該射頻線圈位置降下時該接地結構接地。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電漿處理裝置，其中該接地結構為設置在該射頻線圈上的一凹陷部或一凸起部。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電漿處理裝置，其中該反應腔內設置一反應腔底壁，該反應腔底壁上與該射頻線圈的該接地結構對應處設置與該接地結構相配合的該凸起部或該凹陷部，該接地結構降下時，該射頻線圈上的該凹陷部或該凸起部與該反應腔底壁上的該凸起部或該凹陷部相互嵌合，實現該射頻線圈的接地。
9. 如申請專利範圍第2項所述之電漿處理裝置，其中該中空絕緣環內設置一接地元件，該接地元件在該中空絕緣環內上下位置可調。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電漿處理裝置，其中該接地元件上升到一定位置時與該射頻線圈接觸，實現該射頻線圈接地。
11. 如申請專利範圍第9項所述之電漿處理裝置，其中該接地元件為接地的可升降觸桿。
12. 一種電漿處理裝置內處理基片的方法，該方法在一反應腔內進行，該反應腔內設置一上電極以及一下電極，該下電極上方設置用以支撐固定一待處理基片的一靜電夾盤，該靜電夾盤包括一中空絕緣環，該中空絕緣環內設置一射頻線圈，其中該方法包括下列步驟： 蝕刻步驟，將該待處理基片移入該反應腔內，向該反應腔內通入一蝕刻氣體，將至少一射頻功率施加到該下電極上，將該蝕刻氣體解離為蝕刻電漿，實現對該待處理基片的蝕刻製程，在蝕刻步驟中，該射頻線圈接地； 清潔步驟，移出蝕刻完成的基片，向該反應腔內通入一清潔氣體，分別向該射頻線圈和該下電極施加射頻功率，將該清潔氣體解離為清潔電漿，實現對該反應腔內的清潔步驟。
13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中將該射頻線圈與一升降驅動裝置連接，在蝕刻步驟中，該升降驅動裝置驅動該射頻線圈位置下降，該射頻線圈與該反應腔內一接地元件接觸即實現該射頻線圈的接地。
14. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中將該反應腔內一接地元件與一升降驅動裝置連接，在蝕刻步驟中，該升降驅動裝置驅動該接地元件位置上升，該接地元件與該射頻線圈接觸，實現該射頻線圈的接地。
15. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中將該射頻線圈與一升降驅動裝置連接，在所述清潔步驟中，該升降驅動裝置驅動該射頻線圈位置在該中空絕緣環頂部及該射頻線圈尚未與該反應腔內任何接地元件接觸的位置之間移動。