專利名稱：等離子體蝕刻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進了的等離子體反應器，尤其涉及一種能提高蝕刻的均勻性和產(chǎn)量的反應器。
等離子體蝕刻已成為制造集成電路里的半導體器件的重要的工藝過程。任何制造半導體器件的等離子體工藝過程的關(guān)鍵要求是所造出的器件在整個晶片上的電特性必須均勻和一致。換句話說，等離子體蝕刻過程必須能使器件在厚度、大小和橫截面這些結(jié)構(gòu)方面具有高的均勻性。但是，當晶片的直徑增加，器件的尺寸減小時，要獲得這樣的均勻性的困難也就隨之增加了。等離子體蝕刻反應器必須在提高均勻性和產(chǎn)量的同時，還要降低生產(chǎn)成本。
整個晶片的器件結(jié)構(gòu)的均勻性取決這樣一些因素，如，氣體導入容器的方式和整個晶片的溫度梯度。為了使整個晶片均勻蝕刻，腐蝕氣體必須以均勻方式導入等離子體反應器中。傳統(tǒng)的作法是用許多小的導入孔將腐蝕氣體導入反應容器。這種做法，不僅導入小孔的機加工很困難，而且在晶片上還是產(chǎn)生了均勻性問題。由于導入孔是在固定位置將氣體導入到反應容器中去的，在小孔附近的氣體密度最高，因此，氣體不是勻衡地導入的，整個晶片蝕刻的均勻性隨著導孔的數(shù)量和尺寸發(fā)生明顯的變化。除了氣體輸送系統(tǒng)，晶片上的溫度梯度也會影響蝕刻的均勻性。一些像金屬蝕刻的等離子體工藝過程要求在等離子體過程中加熱晶片。為了保持整個晶片上溫度的均勻性，等離子體蝕刻系統(tǒng)必須要降低熱耗量或降低晶片處的熱傳導。一般來講，在等離子體處理中，僅僅蝕刻反應器中的晶片夾盤的上表面處于真空，而夾盤的下表面是在大氣壓力下。晶片夾盤下表面在大氣壓下引起了在夾盤下部對流所產(chǎn)生的熱損耗。在處理過程中，不僅由于對流的熱損耗降低了整個晶片的均勻性，而且由于在蝕刻之前加熱器需用較長的時間加熱晶片也使產(chǎn)量降低了。因此，為了提高蝕刻的均勻性和生產(chǎn)量，必須開發(fā)一種裝置來降低晶片夾盤下表面的熱損耗。
從廣義上來講，本發(fā)明提供了一種能增加蝕刻均勻性并提高產(chǎn)量的裝置。
本發(fā)明公開了一種將腐蝕氣體引入等離子體蝕刻系統(tǒng)的新的改進型的裝置。這種裝置不再是通過一組導入小孔將氣體導入容器，而是通過一個連續(xù)的環(huán)形間隙將氣體導入。這種間隙可使流進容器的氣體變成一種均勻并連續(xù)的薄氣層，這可消除任何對蝕刻均勻性不利的固定位置的壓差。這種連續(xù)的環(huán)形間隙提供一種放射狀的平緩的氣流梯度，這使得在晶片周圍的氣體濃度均衡分布，從而可得到很高的均勻性。
本發(fā)明還公開了一種高溫絕熱夾盤，這種夾盤可進一步提高蝕刻均勻性和晶片的產(chǎn)量。本發(fā)明中用的晶片夾盤的后表面有真空絕緣，這種絕緣使溫度有很好的一致性。因此，整個晶片具有很好的蝕刻均勻性。這種等離子體蝕刻裝置在晶片夾盤后部提供真空絕熱，而不是處于大氣壓下，這就使得整個晶片有好的溫度和蝕刻的均勻性。眾所周知，真空的高溫絕熱性特別好，因為，真空不利于熱傳導。用夾盤下面引入軟真空(soft vacuum)的方法，可減少從夾盤下表面因?qū)α髟斐傻臒岷纳?，相反熱肯定沿著罩在夾盤下面的真空罩的薄壁傳導。熱傳輸?shù)臏p少也就減少了在處理中需要保持夾盤溫度的熱能量，因此，也就節(jié)約能耗和減少將夾盤的溫差保持在允許范圍的時間。降低熱傳輸也減少了在蝕刻之前加熱晶片的時間，于是，晶片的產(chǎn)量可提高。


圖1是說明了按本發(fā)明的整體裝置的一個實施例的橫截面圖。
圖2是說明了按本發(fā)明的氣體輸送裝置的一個實施例的橫截面圖。
圖3是說明了按本發(fā)明的晶片夾盤組件的一個實施例的橫截面圖。
用圖1的橫截面圖來說明按本發(fā)明的整體裝置的一個實施例。該裝置包括一個反應容器1，這個容器是用頂部石英窗4、圓柱型容器側(cè)壁40、和晶片夾盤的形成和底盤組件42。在頂部石英窗4的底下并沿其周長是氣體輸送系統(tǒng)41。氣體導入口14提供進入容器的反應物。在反應物進入氣體導入口14后，通過U形氣體通道進入環(huán)形氣體內(nèi)腔2a。該內(nèi)腔是圖2所示的氣體輸送裝置的一部分。在圖2中，氣體從環(huán)形氣體內(nèi)腔2a通過許多縫槽2b進入環(huán)形氣體增壓器9b。氣體內(nèi)腔2a和氣體增加器9b主要是用來保持合適的壓差。氣體通過在頂部石英窗4和氣體法蘭9之間的連續(xù)環(huán)形空隙9a，從環(huán)形氣體增壓器9b流到容器1中去。結(jié)果，氣體通過在氣體法蘭9和頂部石英窗4之間的連續(xù)開口被引入容器，因此，產(chǎn)生了一種連續(xù)的氣“壁”。
圖3說明了晶片夾盤組件42的詳細情況。晶片夾盤和底盤組件42包括晶片夾盤6，加熱件7和底盤8。加熱件7是插在晶片夾盤6和底盤8之間的。容器48通過氣體設(shè)備19用真空發(fā)生器21抽成真空。因此，容器48處在真空下，任何熱傳輸都幾乎是沿著晶片夾盤6的側(cè)壁46通過熱傳導進行的。
權(quán)利要求
1.一種處理半導體晶片的等離子體反應器，包括一個等離子體反應容器，一個用來固定被處理的晶片的夾盤；和一個通過環(huán)形連續(xù)間隙將氣體導入所述的容器的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體反應器，其中，所述間隙是可調(diào)的。
3.如權(quán)利要求1所述的等離子體反應器，其中，所述用來導入氣體的裝置由多個氣體增壓器組成，通過該增壓器可保持適當?shù)膲翰睢?br> 4.一種處理半導體晶片的等離子體反應器，包括一個等離子體反應容器；一個用來固定被處理的晶片的夾盤；和一個通過環(huán)形連續(xù)間隙將氣體導入所述容器的氣體輸送系統(tǒng)。
5.如權(quán)利要求4所述的等離子體反應器，其中，所述的間隙是可調(diào)的。
6.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述的氣體傳導系統(tǒng)由多個氣體增壓器組成，通過該增壓器可保持適當?shù)膲翰睢?br> 7.一種等離子反應器，包括一個等離子體反應容器；一個用來固定被處理的晶片的夾盤；用來加熱所述夾盤的裝置；和用來在所述夾盤周圍產(chǎn)生真空的設(shè)備。
8.一種等離子體反應器包括一個等離子體反應容器；一個用來固定被處理的晶片的夾盤；用來加熱所述夾盤的裝置；和一個用來包容夾盤周圍的真空的外殼。
9.一種用來處理半導體晶片的等離子體反應器，包括一個反應容器和一個用來將氣體導入所述容器的環(huán)形空隙。
10.如權(quán)利要求9所述的反應器，其中所述的反應容器有一個環(huán)形周邊壁；所述的環(huán)形空隙緊貼在所述的環(huán)形周邊壁上。
11.如權(quán)利要求9所述的反應器，包括一種用來固定被處理的晶片的裝置和固定在所述的裝置上方的所述的環(huán)形間隙。
12.如權(quán)利要求9所述的反應器，其中所述環(huán)形間隙結(jié)構(gòu)是為了產(chǎn)生連續(xù)氣層進入所述的容器。
13.如權(quán)利要求9所述的反應器，包括所述的反應容器有一個環(huán)形周邊壁；所述的環(huán)形間隙緊貼在所述的環(huán)形周邊壁上；用來固定被處理晶片的裝置；所述的環(huán)形間隙固定在所述的裝置上方；和所述環(huán)形間隙結(jié)構(gòu)是為了產(chǎn)生通過所述裝置的氣層。
14.如權(quán)利要求9所述的反應器，包括一個用來固定住有一個周邊壁的晶片的裝置；和所述的環(huán)形間隙，當晶片被固定在所述的裝置上時，它固定在晶片周邊壁的周圍。
15.如權(quán)利要求9所述的反應器，其中所述的反應器有頂部和緊靠著頂部的周邊法蘭；和所述的環(huán)形間隙固定在所述的頂部和所述的周邊法蘭之間。
16.如權(quán)利要求9所述的反應器，其中所述的環(huán)形間隙是連續(xù)的。
17.如權(quán)利要求11所述的反應器，其中所述的裝置是夾盤。
18.一種反應器，包括一個反應容器；一個用來固定被處理晶片的夾盤；和能在所述的夾盤周圍產(chǎn)生真空環(huán)境的發(fā)生器，所述夾盤可從所述的反應容器上分離開。
19.一種反應器，包括一個反應容器；一個用來固定被處理晶片的夾盤；和固定在所述的夾盤外的外殼，所述的外殼是用來維持所述夾盤周圍的真空的。
20.一種反應器，包括一個反應容器；一個用來固定被處理晶片的裝置，所述的裝置有后部，后部容器緊靠著所述裝置的所述的后部而固定；所述的后部容器可維持真空。
21.如權(quán)利要求21所述的反應器，其中所述裝置是夾盤。
22.如權(quán)利要求21所述的反應器，包括所述的夾盤包括一個夾盤的加熱器。
23.一種用來處理半導體晶片的反應器，包括一個反應容器；一個用來固定晶片的裝置；和一個用來導引進行處理的氣流的裝置，以便使夾盤周圍的進行處理的氣體濃度均衡分布。
24.如權(quán)利要求23所述的反應器，其中；所述的導引裝置產(chǎn)生一種徑向梯度的氣流。
25.如權(quán)利要求23所述的反應器，其中所述的導引裝置產(chǎn)生一種能減小晶片上局部壓力差的氣流。
全文摘要
本發(fā)明涉及一等離子體體反應器設(shè)備(1)，其改善了蝕刻均勻性并提高了刻蝕的產(chǎn)量。通過采用新型的氣體輸送機構(gòu)(9a)和絕熱的晶片吸盤(42)實現(xiàn)了更好的蝕刻均勻性。真空絕熱的吸盤(42)還使得能量消耗低、及產(chǎn)量高。
文檔編號H01J37/32GK1239587SQ96194041
公開日1999年12月22日 申請日期1996年3月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月25日
發(fā)明者弗拉蒂米爾·E·萊博維克, 馬丁·L·朱克 申請人:泰格爾公司