專利名稱：電感耦合等離子體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體晶片加工設(shè)備，尤其是涉及一種具有改進(jìn)氣路的電感耦合等離子體裝置。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)半導(dǎo)體晶片加工能力的要求也日益提高。在半導(dǎo)體晶片加工技術(shù)領(lǐng)域中，刻蝕(Etch)作為半導(dǎo)體制造工藝，微電子IC制造工藝以及微納制造工藝中的關(guān)鍵步驟。目前，通常采用ICPanductive Coupled Plasma Emission Spectrometer，電感耦合等離子體)設(shè)備結(jié)構(gòu)對(duì)晶片進(jìn)行刻蝕工藝。隨著刻蝕工藝技術(shù)的發(fā)展，以及新的工藝要求的提出，特別是45nm/32nm技術(shù)以后，刻蝕線條尺寸不斷縮小，越來越精細(xì)化。這些都對(duì)刻蝕工藝提出了巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。圖1為現(xiàn)有的一種ICP設(shè)備結(jié)構(gòu)100’。工藝氣體通過進(jìn)氣管路1’由固定在石英蓋板2’上的噴嘴3’進(jìn)入到反應(yīng)腔室4’。在反應(yīng)腔室4’的上方設(shè)置有線圈5’，線圈5’ 上施加有射頻電源。在施加了射頻電源的線圈5’的激發(fā)下，工藝氣體被電離成等離子體 (Plasma) 6，。在反應(yīng)腔室4，內(nèi)設(shè)置有支撐晶片(Wafer) 8，的靜電卡盤(ESC，Electrostatic Chuck) 7’。對(duì)靜電卡盤7’通入射頻，從而產(chǎn)生偏置電壓。等離子體6’在偏壓的驅(qū)動(dòng)下，對(duì)吸附在靜電卡盤7’上的晶片8，進(jìn)行沉積刻蝕。其中，等離子體轟擊晶片表面，并形成一系列物理和化學(xué)過程，使晶片8’刻出所需的圖形。刻蝕后的生成物通過分子泵(Turbo Pump)9' 和干泵10’抽走。其中，干泵10’為分子泵9’前級(jí)泵。從圖1中現(xiàn)有的ICP設(shè)備結(jié)構(gòu)，可看出該方案結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。在一步工藝結(jié)束后， 進(jìn)氣管路1’的殘余氣體繼續(xù)流入腔室4’，最終通過分子泵9’和干泵10’抽走?？涛g工藝中上步工藝氣體的殘留時(shí)間(包括不同步驟間的和工藝結(jié)束后的殘留工藝氣體)對(duì)刻蝕結(jié)果有著較為重要的影響。特別是對(duì)于柵極刻蝕中，不同步驟間所用的工藝氣體不同，對(duì)刻蝕效果的要求嚴(yán)格，通常進(jìn)氣管路較長(zhǎng)，有些甚至可以達(dá)到十幾米長(zhǎng)，進(jìn)氣管路中的上一步工藝殘余氣體需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能由分子泵和干泵完全抽走，殘余氣體在腔室中的殘留時(shí)間較長(zhǎng)。 而管路中上一步的殘余氣體會(huì)對(duì)刻蝕效果的控制有較大的影響，進(jìn)而影響芯片生產(chǎn)的良品率，不利于對(duì)工藝結(jié)果的控制。因此，為了提高芯片生產(chǎn)的良品率，需要嚴(yán)格控制上一步殘余氣體的影響。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。特別針對(duì)現(xiàn)有的電感耦合等離子體裝置，提出一種改進(jìn)的電感耦合等離子體裝置，該電感耦合等離子體裝置可避免上步工藝結(jié)束后的殘余氣體進(jìn)入反應(yīng)腔室，更快速地將殘余氣體從管路中的抽走，減少殘余氣體對(duì)刻蝕的影響。為此，本發(fā)明的一方面，提供了一種電感耦合等離子體裝置，包括反應(yīng)腔室；電感耦合線圈，所述電感耦合線圈設(shè)置在所述反應(yīng)腔室的上方；靜電卡盤，所述靜電卡盤設(shè)置在所述反應(yīng)腔室內(nèi)，用于支撐待處理晶片；氣體抽吸單元，所述氣體抽吸單元與所述反應(yīng)腔室相連接，用于對(duì)所述反應(yīng)腔室抽真空；以及氣體供給通路，所述氣體供給通路選擇性地與所述反應(yīng)腔室和所述氣體抽吸單元相連通。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電感耦合等離子體裝置，在刻蝕結(jié)束或者進(jìn)行下一步刻蝕之前，殘余的刻蝕氣體不再流入反應(yīng)腔室，且可以從管路中抽出，從而減少了上步工藝殘余氣體對(duì)刻蝕效果的影響，提高晶片生產(chǎn)的良品率。另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的電感耦合等離子體裝置還可以具有如下附加的技術(shù)特征所述氣體供給通路包括進(jìn)氣端；分別與所述進(jìn)氣端連接的第一出氣端和第二出氣端，所述第一出氣端連接到反應(yīng)腔室以及所述第二出氣端連接到氣體抽吸單元；第一控制閥，所述第一控制閥設(shè)置在所述第一出氣端和所述反應(yīng)腔室之間；以及第二控制閥，所述第二控制閥設(shè)置在所述第二出氣端和所述氣體抽吸單元之間。由此，在刻蝕工藝時(shí)，刻蝕氣體通過第一出氣端供給到反應(yīng)腔室中，從而不會(huì)影響到反應(yīng)腔室內(nèi)的刻蝕效果。在刻蝕結(jié)束后，通過第二出氣端對(duì)進(jìn)氣端內(nèi)的殘余氣體進(jìn)行抽吸，從而極大地減少了殘余氣體的抽吸時(shí)間，提高了生產(chǎn)的效率。所述氣體抽吸單元包括分子泵，所述分子泵與所述反應(yīng)腔室相連通；以及連接到所述分子泵的干泵，所述干泵所述干泵與所述分子泵相連，且通過殘余氣體抽吸通路與所述第二出氣端相連。由此，在進(jìn)行下一階段刻蝕氣體供給之前，殘余氣體可通過第二出氣端連接到干泵，進(jìn)而被干泵抽出，從而避免了殘余氣體對(duì)刻蝕效果的影響。所述第一控制閥和所述第二控制閥可分別為電磁控制閥。由此，第一控制閥和第二控制閥可以具有較高的控制精度和靈敏度，有利于更加精確地控制刻蝕氣體在氣體供給通路中的流向。所述進(jìn)氣通路的進(jìn)氣端設(shè)置有進(jìn)氣噴嘴，用于將刻蝕氣體噴入所述反應(yīng)腔室。由此，進(jìn)氣通路中的刻蝕氣體可順利流入反應(yīng)腔室內(nèi)。所述靜電卡盤設(shè)置在所述反應(yīng)腔室的底部且與所述分子泵相鄰。由此，分子泵與刻蝕平臺(tái)的距離更近，有利于更快速地將刻蝕工藝中的生成物從反應(yīng)腔室中抽出。所述殘余氣體抽吸通路內(nèi)的氣體壓力不大于10mT。在殘余氣體抽吸通路中的氣體壓力限定在上述范圍內(nèi)時(shí)，氣體壓力不會(huì)對(duì)干泵的正常工作造成影響。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1為現(xiàn)有的電感耦合等離子體裝置的示意圖；圖2為本發(fā)明的電感耦合等離子體裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖3為圖2中所示的電感耦合等離子體裝置的工作示意圖。
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明而不是要求本發(fā)明必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。為了更好的理解本發(fā)明，下面參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電感耦合等離子體裝置。其中，圖2為本發(fā)明的電感耦合等離子體裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為圖2中所示的電感耦合等離子體裝置的工作示意圖。如圖2、3所示，本發(fā)明實(shí)施例的電感耦合等離子體裝置包括反應(yīng)腔室4、位于反應(yīng)腔室4上方的電感耦合線圈5、設(shè)置在反應(yīng)腔室4內(nèi)的靜電卡盤7、氣體供給通路110和氣體抽吸單元120，其中，氣體供給通路110分別與反應(yīng)腔室4和氣體抽吸單元120相連通； 電感耦合線圈5設(shè)置在反應(yīng)腔室4的上方；靜電卡盤7設(shè)置在所述反應(yīng)腔室4內(nèi)，用于支撐待處理晶片8 ；所述氣體抽吸單元120與反應(yīng)腔室4相連接，用于對(duì)反應(yīng)腔室4抽真空；以及氣體供給通路110選擇性地與反應(yīng)腔室4和氣體抽吸單元120相連通。由此根據(jù)本發(fā)明的電感耦合等離子體裝置，開始刻蝕時(shí)，選擇性地將氣體供給通路110與反應(yīng)腔室4相連通，以進(jìn)行正常的刻蝕；在刻蝕結(jié)束或者進(jìn)行下一步刻蝕之前，選擇性地將氣體供給通路110和氣體抽吸單元120相連通，這樣殘余的刻蝕氣體不再流入反應(yīng)腔室4，且可以被直接地從該電感耦合等離子體裝中抽出，從而減少了上步工藝殘余氣體對(duì)刻蝕效果的影響，提高晶片生產(chǎn)的良品率。下面將結(jié)合圖2、3來簡(jiǎn)單描述氣體抽吸單元120的結(jié)構(gòu)。如圖2、3中所示，氣體抽吸單元120可包括分子泵9和與分子泵9連接的干泵13，其中，干泵13為分子泵9的前級(jí)泵。分子泵9與反應(yīng)腔室4相連通，將刻蝕工藝的生成物從反應(yīng)腔室4中抽出。干泵13 通過殘余氣體抽吸通路11與第二出氣端15相連。如圖3所示，在反應(yīng)腔室4的上方可設(shè)置有蓋板2，從而可使反應(yīng)腔室4內(nèi)的氣體不發(fā)生外溢。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，蓋板2的材料可為石英。當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可理解的是，蓋板2的材料不限于此。在蓋板2的上方可設(shè)置有電感耦合線圈5，并且在電感耦合線圈5上施加有射頻電源。在射頻電源的激發(fā)下，電感耦合線圈5可在反應(yīng)腔室4中產(chǎn)生電磁場(chǎng)。下面將詳細(xì)說明本發(fā)明的氣體供給通路110。氣體供給通路110包括進(jìn)氣端1 ； 分別與進(jìn)氣端1連接的第一出氣端14和第二出氣端15，第一出氣端14連接到反應(yīng)腔室4， 第二出氣端15連接到氣體抽吸單元120，具體而言該第二出氣端15連接到干泵13 ；第一控制閥10設(shè)置在第一出氣端14和反應(yīng)腔室4之間；第二控制閥12設(shè)置在第二出氣端15和干泵13之間。反應(yīng)腔室4的上端可設(shè)置有進(jìn)氣噴嘴3，并且該進(jìn)氣噴嘴3固定在蓋板2上， 并連接到第一出氣端14。在本發(fā)明中，進(jìn)氣噴嘴3的材料可為石英。當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可理解的是， 進(jìn)氣噴嘴3的材料不限于此。
下面將描述第一控制閥10和第二控制閥12的控制過程。在進(jìn)行刻蝕時(shí)、第一控制閥10開啟且所述第二控制閥12關(guān)閉，刻蝕氣體通過進(jìn)氣噴嘴3進(jìn)入反應(yīng)腔室4。當(dāng)?shù)谝豢刂崎y10關(guān)閉時(shí)，刻蝕氣體不能進(jìn)入反應(yīng)腔室4。第二控制閥12可設(shè)置在第二出氣端15 和干泵13之間。當(dāng)該階段的刻蝕氣體供給完成，在進(jìn)行下一階段的刻蝕氣體供給之前，第二控制閥12開啟且第一控制閥10關(guān)閉，進(jìn)氣端1通過管路11與干泵13相連接，從而殘余的刻蝕氣體可被干泵13進(jìn)行快速地抽吸。當(dāng)?shù)诙刂崎y12關(guān)閉時(shí)，進(jìn)氣端1不能與干泵 13直接相連通，從而停止殘余刻蝕氣體的抽吸。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一控制閥10和第二控制閥11均為電磁控制閥，具有較高的控制精度和靈敏度，有利于更加精確地控制刻蝕氣體在氣體供給通路110中的流向。在反應(yīng)腔室4內(nèi)可設(shè)置有靜電卡盤7，其上支撐有待處理晶片8。其中，靜電卡盤 7可設(shè)置在反應(yīng)腔室4的底部?？蛇x地，可以對(duì)靜電卡盤7施加射頻電源，從而可產(chǎn)生偏置電壓。下面參考圖3描述本發(fā)明實(shí)施例的電感耦合等離子體裝置的工藝流程，其中圖3 為圖2中所示的電感耦合等離子體裝置的工作示意圖。在執(zhí)行刻蝕工藝時(shí)，將刻蝕氣體從進(jìn)氣端1通入。此時(shí)，打開第一控制閥10且關(guān)閉第二控制閥12，從而可將刻蝕氣體從第一出氣端14引入反應(yīng)腔室4。并且，進(jìn)氣端1未與干泵13連通，刻蝕氣體不會(huì)被干泵13抽吸。在施加有射頻電源的電感耦合線圈5的激發(fā)下，刻蝕氣體被電離成等離子體6。等離子體6在施加有射頻電源的靜電卡盤7產(chǎn)生的偏置電壓的驅(qū)動(dòng)下，可對(duì)吸附在靜電卡盤7上的晶片8進(jìn)行沉積刻蝕。其中，沉積刻蝕過程包括由等離子體6轟擊晶片8的表面，從而在晶片8上刻蝕出需要的圖形。將刻蝕后的生成物，例如刻蝕過程中的廢氣，通過氣體抽吸單元120將反應(yīng)腔室4中抽出。在上述步刻蝕工藝結(jié)束后，關(guān)閉第一控制閥10且打開第二控制閥12，從而可將進(jìn)氣端1與干泵13連通，從而管路中的殘余刻蝕氣體可被干泵13直接抽吸。由于從進(jìn)氣端 1吹入的氣體壓力較低，一般不大于10mT，因此采用殘余氣體抽吸通路11與干泵13的連接不會(huì)對(duì)泵本身造成影響。為了更快速地將刻蝕工藝中的生成物從反應(yīng)腔室中抽出，可將靜電卡盤7設(shè)置在與分子泵9相鄰的位置。從而刻蝕工藝的生成物距離分子泵9更近，更快速的從反應(yīng)腔室 4內(nèi)進(jìn)入到分子泵9中，由分子泵9抽出。由于關(guān)閉第一控制閥10，可使進(jìn)氣端1未與反應(yīng)腔室4連通。從而進(jìn)氣端1中的殘余刻蝕氣體不會(huì)流入反應(yīng)腔室4，進(jìn)而減少殘余刻蝕氣體對(duì)刻蝕效果的影響，此外也提高了晶片的制造效率。本發(fā)明實(shí)施例所提供的電感耦合等離子體裝置，通過設(shè)置與反應(yīng)腔室和氣體抽吸單元相連通的氣體抽吸通路，使得上一步刻蝕工藝的殘余的刻蝕氣體不流入反應(yīng)腔室，且可被氣體抽吸單元抽出，從而減少了上步工藝殘余氣體對(duì)刻蝕效果的影響，進(jìn)而提高晶片生產(chǎn)的良品率。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。 盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可理解在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種電感耦合等離子體裝置，包括 反應(yīng)腔室；電感耦合線圈，所述電感耦合線圈設(shè)置在所述反應(yīng)腔室的上方； 靜電卡盤，所述靜電卡盤設(shè)置在所述反應(yīng)腔室內(nèi)，用于支撐待處理晶片； 氣體抽吸單元，所述氣體抽吸單元與所述反應(yīng)腔室相連接，用于對(duì)所述反應(yīng)腔室抽真空；以及氣體供給通路，所述氣體供給通路選擇性地與所述反應(yīng)腔室和所述氣體抽吸單元相連ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感耦合等離子體裝置，其特征在于，所述氣體供給通路包括進(jìn)氣端；分別與所述進(jìn)氣端連接的第一出氣端和第二出氣端，所述第一出氣端連接到反應(yīng)腔室以及所述第二出氣端連接到氣體抽吸單元；第一控制閥，所述第一控制閥設(shè)置在所述第一出氣端和所述反應(yīng)腔室之間；以及第二控制閥，所述第二控制閥設(shè)置在所述第二出氣端和所述氣體抽吸單元之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電感耦合等離子體裝置，其特征在于，所述氣體抽吸單元包括分子泵，所述分子泵與所述反應(yīng)腔室相連通；以及干泵，所述干泵與所述分子泵相連，且通過殘余氣體抽吸通路與所述第二出氣端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電感耦合等離子體裝置，其特征在于，所述第一控制閥和所述第二控制閥分別為電磁控制閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電感耦合等離子體裝置，其特征在于，所述進(jìn)氣通路的進(jìn)氣端設(shè)置有進(jìn)氣噴嘴，用于將刻蝕氣體噴入所述反應(yīng)腔室。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電感耦合等離子體裝置，其特征在于，所述靜電卡盤設(shè)置在所述反應(yīng)腔室的底部且與所述分子泵相鄰。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電感耦合等離子體裝置，其特征在于，所述殘余氣體抽吸通路內(nèi)的氣體壓力不大于IOmT。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電感耦合等離子體裝置，包括反應(yīng)腔室；電感耦合線圈；靜電卡盤，所述靜電卡盤設(shè)置在所述反應(yīng)腔室內(nèi)，用于支撐待處理晶片；氣體抽吸單元，所述氣體抽吸單元與所述反應(yīng)腔室相連接，用于對(duì)所述反應(yīng)腔室抽真空；以及氣體供給通路，所述氣體供給通路選擇性地與所述反應(yīng)腔室和所述氣體抽吸單元相連通。本發(fā)明的電感耦合等離子體裝置可以減少了上步工藝殘余氣體對(duì)刻蝕效果的影響，從而提高了晶片生產(chǎn)的良品率。
文檔編號(hào)H01J37/32GK102468105SQ20101053281
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月1日
發(fā)明者蔣中偉 申請(qǐng)人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司