一种用于等离子体处理腔室的约束环及腔室清洁方法

摘要

本发明提供了一种用于等离子体处理腔室的约束环及腔室清洁方法，所述约束环为可移动的，以在所述基座和所述约束环之间能够产生一开口，使得清洁用的等离子体能够通过该开口进入所述排气区域。本发明能够有效清洁约束环下面产生的聚合物污染。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种用于等离子体处理腔室 的约束环及腔室清洁方法。

背景技术

等离子体处理装置利用真空反应室的工作原理进行半导体基片和 等离子平板的基片的加工。真空反应室的工作原理是在真空反应室中通 入含有适当刻蚀剂或淀积源气体的反应气体，然后再对该真空反应室进 行射频能量输入，以激活反应气体，来点燃和维持等离子体，以便分别 刻蚀基片表面上的材料层或在基片表面上淀积材料层，进而对半导体基 片和等离子体平板进行加工。

等离子体是扩散性的，虽然大部分等离子体会停留在一对电极之间 的处理区域中，但部分等离子体可能充满整个工作室。举例来说，等离 子体可能充满真空反应室下方的处理区域外面的区域。若等离子体到达 这些区域，则这些区域可能随之发生腐蚀、淀积或者侵蚀，这会造成反 应室内部的颗粒玷污，进而降低等离子处理装置的重复使用性能，并可 能会缩短反应室或反应室零部件的工作寿命。如果不将等离子体约束在 一定的工作区域内，带电粒子将撞击未被保护的区域，进而导致半导体 基片表面杂质和污染。

由此，业内一般还在等离子体处理装置中设置了约束环 （confinement ring）,用以控制用过的反应气体的排出并且当反应气体 中的带电粒子通过该约束环时将它们电中和，从而将放电基本约束在处 理区域以内，以防止等离子处理装置使用过程中可能造成的腔体污染问 题。

例如，在电感耦合型等离子处理腔室中，一个通常是线圈状的天线 用于向反应腔内发射射频能量。然而，在电感耦合型等离子体处理腔室 的一些制程中，例如Bosch制程，聚合物还是会在约束环的下面产生， 例如CxFy或CxHyFz等自由基能够通过约束环进入腔室底部，从而产 生污染。

这些不希望出现的沉积物积聚会在反应腔内产生附着聚集物，例如 粉末、杂质等，并可能会从附着表面上剥落开来，随着反应气体的气流 在反应腔内到处扩散，最后会落在被处理的基片上，而造成基片产生缺 陷或失效，同时还会造成反应腔的污染，并对下一次工艺质量产生坏的 影响。因而，在经过一段时间的制程工艺后，必须停止制程，专门实施 一个反应腔清洁过程来将这些附着在气体输送装置上的附着聚集物清 除掉。所述清洁过程包括专门向腔室内部通入一清洁气体，并激发该清 洁气体产生清洁等离子体，以利用该等离子体对腔室的污染进行清洁。 然而，由于在现有技术中，等离子体处理腔室的底部是封闭的，这是由 于约束环一般是用螺丝等固定方式固定于腔室侧壁和机台之间，因此， 即使执行情节制程，等离子体由于约束环的限制也无法进入底部，从而 无法对其中的聚合物进行清洁。

如果必须对等离子体处理腔室的底部（约束环以下的区域）进行清 洁，那么就需要将整个机台拆卸，松开固定约束环和机台以及腔室内壁 的螺丝，再采用人工的方式进行。然而，等离子体处理机台在制程中必 须保持真空的环境，反复拆卸机台会对机台的内部环境带来影响，甚至 引入不必要的其他污染。

因此，业内需要一种清洁机制，能够有效地清洁腔室底部约束环以 下的区域。

发明内容

针对背景技术中的上述问题，本发明提出了一种用于等离子体处理 腔室的约束环及腔室清洁方法。

本发明第一方面提供了一种用于等离子体处理腔室的约束环，其 中，所述等离子体处理腔室包括等离子制程区域和排气区域，所述约束 环位于所述等离子处理腔室的等离子制程区域和排气区域之间，具有多 个气体通道，在所述等离子体处理腔室的下部设置有一基座，所述约束 环为可移动的，以在所述基座和所述约束环之间能够产生一开口，使得 清洁用的等离子体能够通过该开口进入所述排气区域，其中，所述等离 子体处理腔室还包括一驱动装置，所述驱动装置用于带动所述约束环移 动。

进一步地，在所述基座的静电夹盘以下的所述基座外围以及所述腔 室内壁分别设置有第一支撑装置和第二支撑装置，所述约束环的第一端 和第二端分别与第一支撑装置和第二支撑装置接触。

进一步地，所述约束环包括若干个可分离的扇形子环，所述子环能 够分别以其靠近所述腔室侧壁的第二端为支点向上掀起。

进一步地，所述子环能够分别以其靠近所述腔室侧壁的第二端为支 点向上掀起0~90度。

进一步地，所述约束环的所述第二端固定于所述第二支撑装置上。

进一步地，所述驱动装置包括第一驱动装置，其中，若干个所述子 环还分别连接有一第一驱动装置，其分别用于驱动所述子环以其靠近所 述腔室侧壁的第二端为支点向上掀起。

进一步地，所述约束环能够相对于所述基座上下移动。

进一步地，所述约束环能够相对于所述基座上下移动的距离最多至 达到所述腔室上方的气体注入器的下表面。

进一步地，所述驱动装置包括第二驱动装置，其中，所述约束环下 方还设置有一呈环状结构的移动装置，在所述移动装置连接有至少一个 第二驱动装置，其用于驱动所述移动装置上下移动以带动所述约束环相 对于所述基座上下移动。

进一步地，所述第二驱动装置包括气缸或步进马达。

进一步地，所述驱动装置包括第二驱动装置，所述约束环连接有若 干个第二驱动装置，所述第二驱动装置共同驱动所述约束环相对于所述 基座上下移动。

进一步地，所述第二驱动装置包括气缸或步进马达。

本发明第二方面提供了一种等离子体处理腔室的清洁方法，其中， 所述等离子体处理腔室包括本发明第一方面所述的约束环，其中，所述 清洁方法包括如下步骤：

步骤(a)，向腔室内部提供清洁气体，并激发清洁气体产生等离子体；

步骤(b)，移动所述约束环，以在所述基座和所述约束环之间产生一 开口，使得清洁用的等离子体能够通过该开口进入所述排气区域；

步骤(c)，利用所述等离子体处理腔室的真空泵将清洁冗余排出腔室 以外。

进一步地，所述清洁气体包括O₂和CF₄。

进一步地，所述步骤(b)还包括，相对于所述基座上下移动所述约束 环，以在所述基座和所述约束环之间产生一开口，使得清洁用的等离子 体能够通过该开口进入所述排气区域。

进一步地，所述约束环包括若干个可分离的扇形子环，其中，所述 步骤(b)还包括，分别将所述子环以其靠近所述腔室侧壁的第二端为支点 向上掀起0~90度，以在所述基座和所述约束环之间产生一开口，使得 清洁用的等离子体能够通过该开口进入所述排气区域。

本发明的等离子体处理腔室提供了可移动的约束环，其可以在约束 环和机台之间提供一开口，以使得清洁用的等离子体能够通过该开口进 入腔室的排气开口，从而对在制程过程中沉积于基台侧壁和腔室侧壁等 的聚合物进行有效清洁。

附图说明

图1是现有技术的等离子体处理腔室的结构示意图；

图2是根据本发明的一个具体实施例的等离子体处理腔室的结构示 意图；

图3是根据本发明的一个具体实施例的等离子体处理腔室的约束环 的结构示意图；

图4是根据本发明的一个具体实施例的等离子体处理腔室的约束环 掀起的示意图；

图5是根据本发明另一具体实施例的等离子体处理腔室的结构示意 图；

图6是根据本发明另一具体实施例的等离子体处理腔室的约束环上 下移动的示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方式进行说明。

图1是现有技术的等离子体处理腔室的结构示意图，其中，所述等 离子处理腔室典型地电感耦合型等离子处理腔室，进一步地，其特别地 为电感耦合型等离子体刻蚀腔室。如图1所示，电感耦合型等离子体刻 蚀腔室100包括一腔室102，其顶部设置了一绝缘窗口，在绝缘窗口上 设置了若干射频天线106。在腔室下部设置了一基座108，在基座上方 设置有用于夹持基片的静电夹盘110。在腔室顶部和基座108之间的区 域是制程区域P1。在基座108和腔室侧壁之间设置了约束环112，在约 束环112以下的区域是排气区域S1。然而，在电感耦合型等离子体处理 腔室的一些制程中，例如Bosch制程，聚合物还是会在约束环112的下 面产生，例如CxFy或CxHyFz等自由基能够通过约束环112的空隙进 入腔室底部，从而产生污染。

如图1所示，制程产生的聚合物一般沉积于基台108的表面108a 上，以及腔室侧壁102a上。然而，在现有技术中，约束环112一般通 过螺丝等固定连接于腔室侧壁，因此上述聚合物污染一般难以清理。如 果要清理，只能将固定约束环112和腔室之间的螺丝松开。

为了解决现有技术的上述缺陷，提出本发明。

本发明第一方面提供一种用于等离子体处理腔室的约束环，其中， 所述等离子体处理腔室包括等离子制程区域和排气区域，所述约束环位 于所述等离子处理腔室的等离子制程区域和排气区域之间，具有多个气 体通道使来自制程区域的气体流过所述等离子约束腔室进入排气区域 时被中和，在所述等离子体处理腔室的下部设置有一基座，其中，所述 约束环为可移动的，以在所述基座和所述约束环之间能够产生一开口， 使得清洁用的等离子体能够通过该开口进入所述排气区域，其中，所述 等离子体处理腔室还包括一驱动装置，所述驱动装置用于带动所述约束 环移动。

其中，所述等离子处理腔室典型地电感耦合型等离子处理腔室，进 一步地，其特别地为电感耦合型等离子体刻蚀腔室。

本领域技术人员应当理解，虽然本文将结合电感耦合型等离子体刻 蚀腔室对本发明进行描述，但是本发明不限于此，本发明也可以应用于 电容耦合性等离子体处理腔室等。

进一步地，在所述基座的静电夹盘以下的所述基座外围以及所述腔 室内壁分别设置有第一支撑装置和第二支撑装置，所述约束环的第一端 和第二端分别与第一支撑装置和第二支撑装置接触。

图2是根据本发明的一个具体实施例的等离子体处理腔室的结构示 意图。如图所示的电感耦合型等离子体刻蚀腔室200具有一个处理腔体， 处理腔体基本上为柱形，且处理腔体侧壁基本上垂直。电感耦合型等离 子体刻蚀腔室200包括基本呈圆筒状的金属侧壁和绝缘顶板204，构成 可被抽真空器（未示出）抽真空的气密空间。基座208支撑静电夹盘210， 所述静电夹盘210支撑待处理的基片。来自射频功率源的射频功率被施 加到呈线圈状的天线206。来自气源的处理气体通过管线被供应到反应 腔内，以点燃并维持等离子，并由此对基片进行加工。在标准电感耦合 型等离子体刻蚀腔室中，气体通过在反应腔周围的注入器/喷头和中间的 喷头之一或者两者一同注入来供应到真空容器内的。在腔室顶部和基座 108之间的区域是制程区域P2。在基座208和腔室侧壁之间设置了约束 环212，在约束环212以下的区域是排气区域S2。

图3是根据本发明的一个具体实施例的等离子体处理腔室的约束环 的结构示意图。如图3所示，所述约束环212包括若干个可分离的扇形 子环，分别是第一子环212a、第二子环212b、第三子环212c和第四子 环212d。上述第一子环212a、第二子环212b、第三子环212c和第四子 环212d能够分别以其靠近所述腔室侧壁的第二端A1为支点向上掀起。 图3中的箭头示出了第一子环212a、第二子环212b、第三子环212c和 第四子环212d的掀起方向。

图4是根据本发明的一个具体实施例的等离子体处理腔室的约束环 掀起的示意图，如图4所示，进一步地，所述第一子环212a、第二子环 212b、第三子环212c和第四子环212d能够分别以其靠近所述腔室侧壁 的第二端A1为支点向上掀起0~90度。图中箭头方向示出了约束环212 的掀起方向，其图示的是掀起90度的情况。

因此，在基座208和约束环212之间设置了一开口，使得清洁用的 清洁等离子体能够通过该空隙进入腔室下方，从而对位于基座侧面208a 和腔室侧壁表面202a的聚合物执行清洁。

进一步地，所述约束环的所述第二端固定于所述第二支撑装置（未 示出）上。

进一步地，若干个所述第一子环212a、第二子环212b、第三子环 212c和第四子环212d还分别连接有一第一驱动装置218，其分别用于 驱动所述第一子环212a、第二子环212b、第三子环212c和第四子环212d 以其靠近所述腔室侧壁的第二端A1为支点向上掀起。

本领域技术人员应当理解，所述第一驱动装置218可以以硬件、软 件以及软硬件结合的方式实现。在现有技术中，其已有成熟的技术支持， 为简明起见，不再赘述。

图5是根据本发明另一具体实施例的等离子体处理腔室的结构示意 图。如图所示的电感耦合型等离子体刻蚀腔室200具有一个处理腔体， 处理腔体基本上为柱形，且处理腔体侧壁基本上垂直。电感耦合型等离 子体刻蚀腔室200包括基本呈圆筒状的金属侧壁和绝缘顶板204，构成 可被抽真空器（未示出）抽真空的气密空间。基座208支撑静电夹盘210， 所述静电夹盘210支撑待处理的基片。来自射频功率源的射频功率被施 加到呈线圈状的天线206。来自气源的处理气体通过管线被供应到反应 腔内，以点燃并维持等离子，并由此对基片进行加工。在标准电感耦合 型等离子体刻蚀腔室中，气体通过在反应腔周围的注入器/喷头和中间的 喷头之一或者两者一同注入来供应到真空容器内的。在腔室顶部和基座 108之间的区域是制程区域P2。在基座208和腔室侧壁之间设置了约束 环212，在约束环212以下的区域是排气区域S2。

图6是根据本发明另一具体实施例的等离子体处理腔室的约束环上 下移动的示意图，如图6所示，所述约束环212能够相对于所述基座208 上下移动。其中，虚线示出的约束环指示了约束环的原始位置，实线示 出的约束环指示了约束环移动至的位置，因此，约束环212移动至基座 208上方，在基座208和约束环212之间设置了一开口，使得清洁用的 清洁等离子体能够通过该空隙进入腔室下方，从而对位于基座侧面208a 和腔室侧壁表面202a的聚合物执行清洁。

进一步地，所述约束环212能够相对于所述基座208上下移动的距 离最多至达到所述腔室上方的气体注入器的下表面。其中，在图6中用 附图标记d指示约束环212能够移动的距离。

参见图5，所述约束环212下方还设置有一呈环状结构的移动装置 218，其中，所述移动装置218与约束环212平行设置，其可以托起约 束环212上下移动。在所述移动装置218还连接有至少一个第二驱动装 置214，其用于驱动所述移动装置218上下移动以带动所述约束环212 相对于所述基座上下移动。

特别地，所述第二驱动装置包括气缸或步进马达。

可选地，所述约束环212还可以直接连接于若干个第二驱动装置， 所述第二驱动装置共同驱动所述约束环相对于所述基座上下移动。进一 步地，所述第二驱动装置包括气缸或步进马达。其中，在本实施例中， 所述约束环212连接有3个第二驱动装置，第二驱动装置直接作用于所 述约束环，并共同作用于约束环212以带动其均匀地上下移动。

本发明第二方面还提供了一种等离子体处理腔室200的清洁方法， 其中，所述等离子体处理腔室前文所述的约束环212，其中，所述清洁 方法包括如下步骤：

步骤(a)，向腔室内部提供清洁气体，并激发清洁气体产生等离子体；

步骤(b)，移动所述约束环，以在所述基座和所述约束环之间产生一 开口，使得清洁用的等离子体能够通过该开口进入所述排气区域；

步骤(c)，利用所述等离子体处理腔室的真空泵将清洁冗余排出腔室 以外。

具体地，所述清洁气体包括O₂和CF₄。

进一步地，所述步骤(b)还包括，相对于所述基座208上下移动所述 约束环212’，以在所述基座208和所述约束环212’之间产生一开口，使 得清洁用的等离子体能够通过该开口进入所述排气区域S2。

进一步地，所述约束环212包括若干个可分离的扇形子环212a~d， 其中，所述步骤(b)还包括，分别将所述子环212a~d以其靠近所述腔室 侧壁的第二端A1为支点向上掀起0~90度，以在所述基座208和所述约 束环212之间产生一开口，使得清洁用的等离子体能够通过该开口进入 所述排气区域S2。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当 认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅 读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因 此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。