[發(fā)明專利]一種等離子刻蝕機的激勵射頻系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110697971.6
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN115513025A
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發(fā)明（設計）人: 劉海洋;劉小波;孫宏博;郭頌;王鋮熠;張霄;胡冬冬;許開東
• 申請（專利權(quán)）人: 北京魯汶半導體科技有限公司
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32;H01L21/67
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 馬嚴龍

本發(fā)明屬于半導體芯片生產(chǎn)設備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種等離子刻蝕機的激勵射頻系統(tǒng)，等離子刻蝕機包括等離子反應腔，激勵射頻系統(tǒng)包括：介質(zhì)窗，所述介質(zhì)窗被構(gòu)造成所述等離子反應腔的頂壁；射頻線圈，所述射頻線圈設在所述介質(zhì)窗的上方；加熱元件，所述加熱元件貼合在所述介質(zhì)窗的上表面且與所述介質(zhì)窗直接接觸，加熱元件位于所述射頻線圈和所述介質(zhì)窗之間；勻溫層，所述勻溫層鋪設在所述加熱元件的上方且與所述加熱元件直接接觸。本發(fā)明可對介質(zhì)窗及進氣嘴底面進行徹底清洗，轟擊副產(chǎn)物經(jīng)底部抽氣泵組抽走，本發(fā)明加熱速率高、占用空間小，而且勻溫效果好，可以避免加熱板與介質(zhì)窗之間因氣泡的產(chǎn)生而損壞的情況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導體芯片生產(chǎn)設備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種等離子刻蝕機的激勵射頻系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前Pt、Ru、Ir、NiFe、Au等非揮發(fā)性材料主要通過電感耦合等離子體（ICP）進行干法刻蝕。電感耦合等離子通常由置于等離子體處理腔室外部與電介電窗相鄰的線圈產(chǎn)生，腔室內(nèi)的工藝氣體被點燃后形成等離子體。但是不可避免同時在某種程度上不歡迎地，射頻線圈的不同部分之間的電壓電容耦合到等離子體，雖然這種耦合促進點火和穩(wěn)定，但電容耦合部分可在整個等離子體鞘引起局部加強電壓，這可能加速離子從等離子體離開以局部的影響介電窗，導致局部濺射損害。在其他情況下，電容耦合可能導致局部沉積。濺射可在線圈的正下方區(qū)域被聚集。在晶片處理期間，濺射可能導致介電窗上的表面涂層損壞，然后顆粒可脫落并可能降落在生產(chǎn)的晶片上導致缺陷。在無晶片清潔處理以去除這樣的微粒期間，所述清潔也將是不均勻的，大部分清潔實在線圈的正下方，并且遠離線圈的的區(qū)域只是被稍微清潔，結(jié)果導致窗口清潔不均勻，仍可產(chǎn)生污染物使晶片產(chǎn)生缺陷。在對非揮發(fā)性材料的干法刻蝕工藝過程中，由于反應產(chǎn)物的蒸汽壓較低，難以被真空泵抽走，導致反應產(chǎn)物沉積在介電窗和其他等離子體處理腔室內(nèi)壁上沉積。這不僅會產(chǎn)生顆粒沾污，也會導致工藝隨時間漂移使工藝過程的重復性下降。因此需要對等離子體處理腔室進行清洗。但是在實際使用過程中，清洗將導致工藝中斷，降低等離子體處理設備的生產(chǎn)效率。

隨著近年來第三代存儲器——磁存儲器（MRAM）的不斷發(fā)展和集成度的不斷提高，對金屬柵極材料（如Model、Ta等）和高k柵介電材料（如Al2O3、HfO2和ZrO2等）等新型非揮發(fā)性材料的干法刻蝕需求不斷增加，解決非揮發(fā)性材料在干法刻蝕過程中產(chǎn)生的側(cè)壁沉積和顆粒沾污，同時提高等離子體處理腔室的清洗工藝效率是十分必要的。

通常，介質(zhì)窗加熱是減少沉積的重要手段。

目前，現(xiàn)有等離子體刻蝕機介質(zhì)窗加熱有采用風暖加熱的方式，但這種加熱方式由于暖風四散加熱效率低，而且容易使介質(zhì)窗以外的側(cè)壁也產(chǎn)生高溫，容易使操作者燙傷、元器件易損等問題，需要使用很復雜的保護裝置，成本高又不利于散熱。

如圖1為現(xiàn)有的等離子體刻蝕機介質(zhì)窗加熱技術(shù)，所示主要組成部分為，射頻線圈1，介質(zhì)窗2，金屬內(nèi)屏蔽罩3，加熱網(wǎng)4，送熱風扇5，外屏蔽罩6。射頻線圈1產(chǎn)生等離子體穿過介質(zhì)窗2進行工藝，加熱網(wǎng)4產(chǎn)生熱量，經(jīng)所述送熱風扇5按示意圖箭頭所示方向吹送至所述介質(zhì)窗2進行加熱，所述金屬內(nèi)屏蔽罩3會隨著風熱四散而溫度越來越高，易對操作者產(chǎn)生傷害，進而設置所述外屏蔽罩6進行保護。此方法的缺點為一方面風扇送熱熱量四散，加熱效率低，另一方面會同時對線圈及其他電器元件如匹配器等同時進行加熱，造成電器件高溫而易損，還會造成屏蔽罩高溫傷人，在外面設置其他屏蔽罩，結(jié)構(gòu)復雜，既占用額外空間又會增加成本。

現(xiàn)有等離子體刻蝕機介質(zhì)窗加熱還有采用在介質(zhì)窗頂部增加加熱板裝置（如圖2），加熱板7置于射頻線圈1和介質(zhì)窗2之間，加熱板7雖在加熱速率、占用空間上較上一種加熱方式優(yōu)化了很多，但是加熱板7與介質(zhì)窗2要求嚴格的貼合，不能有任何氣泡產(chǎn)生的工藝本身就是一個很大的風險點，應用過程也出現(xiàn)不同程度的加熱板及介質(zhì)窗局部氣泡導致局部過熱燒毀破損的事故。

發(fā)明內(nèi)容