专利名称：等离子体反应腔清洗装置及其等离子体反应腔清洗方法
技术领域：
本发明涉及一种等离子体刻蚀设备，尤其涉及一种等离子体刻蚀设备反应腔清洗装置和方法。
背景技术：
如附图I所示，现有技术的一种等离子体刻蚀设备，其反应腔9设置有包覆内部工作空间的腔壁2，腔壁2内设置有上电极组件3、下电极组件4，上电极组件3包含设置在反应腔9顶部内壁上的加热器31、气体喷头32，以及依次设置在气体喷头32周围的顶部接地环33和可动限制环34 ;下电极组件4设置在上电极组件3下方，包含静电夹盘41、依次设置在静电夹盘41周围的聚焦环42、覆盖环43 ;在覆盖环43下方静电夹盘41周围还套置有限制环5，反应腔9外设置有排气泵6。下电极组件4与等离子体刻蚀设备的射频电源相连接，由气体喷头32输入反应腔9内的气体在上电极3与下电极4之间被电离为等离子体71，反应之后等离子体71通过限制环5后中和为气体72被排气泵6排出反应腔9外。等离子体刻蚀设备在进行刻蚀的过程中，等离子体与晶片发生反应，刻蚀反应生成的聚合物易沉积在等离子体刻蚀设备反应腔内壁上，影响刻蚀，污染晶片，因此需要对等离子体刻蚀设备反应腔进行清洗。现有技术的反应腔清洗方法通常使用干法清洗，从气体喷头32输入具有清洁能力的气体，气体被电离为等离子体7后与沉积在反应腔内壁上的聚合物8发生化学反应，从而清除掉沉积的聚合物8并使反应产物随气体排出反应腔9。现有的刻蚀设备和清洗方法存在以下问题由于覆盖环43、可动限制环34为非导电结构且位于上电极、下电极的边缘角落部位，这些位置电场比较弱，刻蚀时沉积在这些位置的聚合物8比较多，并且清洗时这些部位的等离子体密度比较低，化学反应比较弱，沉积的聚合物8比较难以清洗掉。
发明内容
本发明提供了一种等离子体反应腔清洗装置及其等离子反应腔清洗方法，能够使等离子体刻蚀设备反应腔内的等离子体形成涡流，提高等离子体与难清洁部位沉积的聚合物的反应几率，从而提高对难清洁部位沉积的聚合物的清洗能力。本发明采用以下技术方案来实现一种等离子体反应腔清洗装置，该装置的部分结构从外向内贯通等离子体刻蚀设备的反应腔壁，所述等离子体刻蚀设备反应腔壁包覆等离子体设备反应腔内部工作空间，该腔壁内设置有上电极组件、下电极组件，上电极组件包含气体喷头和依次设置在气体喷头周围的顶部接地环、可动限制环，所述下电极组件与等离子体刻蚀设备的射频电源相连接；其特点是，所述的等离子体反应腔清洗装置包含多个输气管，多个所述的输气管间隔地从外向内贯通等离子体刻蚀设备反应腔的腔壁，多个所述的输气管的延伸部分与腔壁的侧壁形成夹角；通过多个所述的输气管将具有清洁能力的气体倾斜输入反应腔，所述气体被下电极组件电离为等离子体，通过多个所述的输气管持续输入的气体搅动等离子体形成涡流，清洗反应腔。
上述的等离子体反应腔清洗装置，其特点是，多个所述的输气管水平放置。上述的等离子体反应腔清洗装置，其特点是，多个所述的输气管设置在顶部接地环上。上述的等离子体反应腔清洗装置，其特点是，多个所述的输气管设置在可动限制环上。上述的等离子体反应腔清洗装置，其特点是，多个所述的输气管设置在腔壁的侧壁上。上述的等离子体反应腔清洗装置，其特点是，所述的等离子体反应腔清洗装置还包含多个调节阀，各所述的调节阀分别设置在各输气管上。
上述的等离子体反应腔清洗装置，其特点是，所述的等离子体反应腔清洗装置至少还包含ー个快速调节阀和总输气管道，所述的快速调节阀设置在总输气管道上，各所述的输气管并接到总输气管道。一种等离子体反应腔清洗方法，用于上述的等离子体反应腔清洗装置，其特点是，所述清洗方法包含以下步骤
步骤1，通过气体喷头向等离子体反应腔内输入具有清洁能力的气体；
步骤2，通过所述等离子体反应腔清洗装置向反应腔内输入具有清洁能力的气体；
步骤3，通过步骤I和步骤2输入到反应腔内的气体被通过下电极组件的高频射频电源电离为等离子体；气体电离的同时继续不断通过所述等离子体反应腔清洗装置向反应腔内输入气体，由于所述的多个输气管的延伸部分与腔壁的侧壁形成夹角，通过多个输气管输入的气体使反应腔内的等离子体形成涡流；反应腔内混乱的等离子体涡流剧烈运动，等离子体接触到反应腔内的各个部位，与沉积的聚合物发生反应进行清洗，由于形成涡流的等离子体运动非常剧烈，反应腔内难清洗的部位也被清洗到；
步骤4，所述的多个输气管上设置有快速调节阀，调节快速调节阀控制气流输入，产生气体脉冲，使反应腔内的等离子体涡流更剧烈；反应腔内混乱的等离子体涡流更剧烈地运动，等离子体更好地接触到反应腔内的各个部位，与沉积的聚合物发生反应进行清洗，由于形成涡流的等离子体运动非常剧烈，反应腔内难清洗的部位被更好地清洗；
步骤5，清洗过程结束后，反应腔内的等离子体中和为气体，通过反应腔外部的排气泵排出。上述的等离子体反应腔清洗方法，其特点是，所述步骤3气体电离、持续输入气体和步骤4调节快速调节阀控制气流输入为同时进行。上述的等离子体反应腔清洁方法，其特点是，所述等离子体反应腔清洗时间常规设为20-120秒。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果
I)本发明由于设置了多个输气管，且多个输气管倾斜延伸入等离子体刻蚀设备反应腔内，倾斜输入的气体搅动反应腔内的具有清洁能力的等离子体形成涡流剧烈运动，增加了等离子体与反应腔内难清洁部位沉积的聚合物接触并发生反应的几率，从而提高了对反应腔的清洗能力。2)本发明由于设置了快速调节阀，可以调节通过多个输气管输入到反应腔内的气体的流量大小，可以向反应腔内输入气体脉冲，从而使反应腔内形成的等离子体涡流更剧烈，进一步提高了对反应腔的清洗能力。
图I为现有技术等离子体刻蚀设备的反应腔结构示意 图2为本发明等离子体反应腔清洗装置实施例之一的结构示意 图3为本发明等离子体反应腔清洗装置实施例之二的结构示意 图4为本发明等离子体反应腔清洗装置延伸入等离子体 刻蚀设备的反应腔里的俯视
图5为本发明等离子体反应腔清洗装置输气管上设置了快速调节阀的结构示意 图6为本发明等离子体反应腔清洗装置输入周期性变化的气体曲线 图7为本发明等离子体反应腔清洗方法的流程示意图。
具体实施例方式以下结合附图，对本发明做进一步阐述。如附图2和附图3所示，一种等离子体刻蚀设备，其反应腔9设置有包覆内部工作空间的腔壁2，腔壁2内设置有上电极组件3、下电极组件4，上电极组件3包含设置在反应腔9顶部内壁上的加热器31、气体喷头32，以及依次设置在气体喷头32周围的顶部接地环33和可动限制环34 ；下电极组件4设置在上电极组件3下方，包含静电夹盘41、依次设置在静电夹盘41周围的聚焦环42、覆盖环43 ;在覆盖环43下方静电夹盘41周围还套置有限制环5，反应腔9外设置有排气泵6。下电极组件4与等离子体刻蚀设备的射频电源相连接，由气体喷头32输入反应腔9内的气体在上电极3与下电极4之间被电离为等离子体71，反应之后等离子体71通过限制环5后中和为气体72被排气泵6排出反应腔9外。图中箭头表示气体的流动方向。参阅附图4所示，本发明一种等离子体反应腔清洗装置1，包含多个输气管11，多个输气管11间隔地从外向内贯通等离子体刻蚀设备反应腔9的腔壁2，输气管11的延伸部分水平放置，并与腔壁2的侧壁形成夹角，从而使得多个输气管11的延伸部分与反应腔9的径向形成夹角。图4中箭头表示气体的流动方向。输气管11的数量可以根据反应腔容积、反应腔内气压等各种因素进行设置。气体通过多个输气管11的延伸部分倾斜送入反应腔9内，多股在同一水平面上倾斜输入的气体搅动反应腔内的等离子体71，使等离子体71形成涡流。配合参阅附图2和附图3，混乱的等离子体涡流剧烈运动，接触到反应腔9内难清洗到的部位的几率增加，增加了难清洗部位表面沉积的聚合物与等离子体反应的几率。各输气管11的延伸方向以及与腔壁2的侧壁之间的角度可以随机设置，并且相互之间可以不一致，以使输入到反应腔9内的气体更混乱，对反应腔9内的等离子体71的搅动更剧烈，产生的等离子体涡流更激烈。本发明有多种实施例，多个输气管11从等离子体设备反应腔9外部贯通反应腔壁2，输气管11可以设置在位于限制环5以上的除气体喷头31外的任意位置。参阅附图2所示，其中第一种实施例，多个输气管11设置在顶部接地环33上。参阅附图3所示，其中第二种实施例，多个输气管设置11在可动限制环34上。其中第三种实施例，多个输气管11设置在位于限制环2以上的腔壁2的侧壁上。参阅附图2和附图3所示，可动限制环8可以上下移动，当可动限制环8上移，多个输气管11可以设置在腔壁2的侧壁上，输入气体对上电极组件3和下电极组件4之间的等离子体71发生作用。參阅附图5所示，输气管11上还可以设置快速调节阀12。对于调节阀12的设置，本发明有两种实施例。其中第一种实施例，等离子体反应腔清洗装置I还包含多个调节阀12，各调节阀12分别设置在各输气管11上，独立控制各个输气管11的气体输入。其中第ニ种实施例，等离子体反应腔清洗装置I至少还包含ー个快速调节阀12和总输气管道，快速调节阀12设置在总输气管道上，各输气管11并接到总输气管道，通过条件总输气管道上的快速调节阀12统ー控制多个输气管11的气体输入。通过有规律的或者随机的调节快速调节阀12的开启和关闭或开度大小，产生大小随机变化的或者有规律变化的气体脉冲，使通过输气管11输入反应腔9的气体对反应腔9内的等离子体的搅动更加剧烈，从而使反应腔9内形成的更加激烈的等离子体涡流和小旋风。參阅附图6由快速调节阀控制气体流量随时间变化的曲线所示，在本实施例中，以2秒为ー个周期周期性的输入气流量变化的0-100sccm/0-200sccm的气体，使反应腔9内的 等离子体产生了剧烈的涡流。參阅附图7所示，一种等离子体反应腔清洗方法，用于上述的等离子体反应腔清洗装置I，该清洗方法包含以下步骤
步骤1，通过气体喷头32向等离子体反应腔9内输入具有清洁能力的气体，使反应腔9内气压大于200mT。该气体通常使用氧气或氮气等对聚合物具有清洁能力的气体；
步骤2，通过本发明等离子体反应腔清洗装置I向反应腔9内输入与步骤I相同的具有清洁能力的气体，气体流量常规设为100-200sCCm ；
步骤3，通过步骤I和步骤2输入到反应腔9内的气体被通过下电极组件4的高频射频电源电离为等离子体71 ;气体电离的同时继续不断通过所述等离子体反应腔清洗装置I向反应腔9内输入气体，由于所述的多个输气管11的延伸部分与腔壁2的侧壁形成夹角，通过多个输气管11输入的气体使反应腔9内的等离子体71形成涡流；反应腔9内混乱的等离子体涡流剧烈运动，等离子体71接触到反应腔9内的各个部位，与沉积的聚合物发生反应进行清洗，由于形成涡流的等离子体71运动非常剧烈，反应腔9内难清洗的部位也被清洗到；
步骤4，所述的多个输气管11上设置有快速调节阀12，调节快速调节阀12的开启和关闭以及开度大小，控制气流输入，产生大小随机变化的或者有规律变化的气体脉冲，使反应腔9内的等离子体涡流更剧烈；反应腔9内混乱的等离子体涡流更剧烈地运动，等离子体71更好地接触到反应腔9内的各个部位，与沉积的聚合物发生反应进行清洗，由于形成涡流的等离子体71运动非常剧烈，反应腔9内难清洗的部位被更好地清洗；
步骤5，清洗过程结束后，反应腔9内的等离子体71通过限制环5后中和为气体72，被排气泵6排出反应腔9外。步骤3气体电离、持续输入气体与步骤4调节快速调节阀控制气流输入为同时进行。等离子体反应腔清洗时间根据反应腔内聚合物沉积的状况进行设置，常规设为20-120 秒。综上所述，本发明由于设置了多个输气管，且多个输气管倾斜延伸入等离子体刻蚀设备反应腔内，倾斜输入的气体搅动反应腔内的具有清洁能力的等离子体形成涡流剧烈运动，增加了等离子体与反应腔内难清洁部位沉积的聚合物接触并发生反应的几率，从而提高了对反应腔的清洗能力。由于设置了快速调节阀，可以调节通过多个输气管输入到反应腔内的气体的流量大小，可以向反应腔内输入气体脉冲，从而使反应腔内形成的等离子体涡流更剧烈，进一步提高了对反应腔的清洗能力。
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。
权利要求
1.一种等离子体反应腔清洗装置(1)，该装置的部分结构从外向内贯通等离子体刻蚀设备的反应腔壁(2)，所述等离子体刻蚀设备反应腔壁(2)包覆等离子体设备反应腔(9)内部工作空间，该腔壁(2 )内设置有上电极组件(3 )、下电极组件(4 )，上电极组件(3 )包含气体喷头(32 )和依次设置在气体喷头(32 )周围的顶部接地环(33 )、可动限制环(34 )，所述下电极组件(4)与等离子体刻蚀设备的射频电源相连接；其特征在于，所述的等离子体反应腔清洗装置(I)包含多个输气管(11)，多个所述的输气管(11)间隔地从外向内贯通等离子体刻蚀设备反应腔(9)的腔壁(2)，多个所述的输气管(11)的延伸部分与腔壁(2)的侧壁形成夹角；通过多个所述的输气管(11)将具有清洁能力的气体倾斜输入反应腔(9)，所述气体被下电极组件(4)电离为等离子体(71)，通过多个所述的输气管(11)持续输入的气体搅动等离子体(71)形成涡流，清洗反应腔(9)。
2.如权利要求I所述的等离子体反应腔清洗装置(I)，其特征在于，多个所述的输气管 (11)水平放置。
3.如权利要求I所述的等离子体反应腔清洗装置(I)，其特征在于，多个所述的输气管(11)设置在顶部接地环(33)上。
4.如权利要求I所述的等离子体反应腔清洗装置(I)，其特征在于，多个所述的输气管(11)设置在可动限制环(34 )上。
5.如权利要求I所述的等离子体反应腔清洗装置(I)，其特征在于，多个所述的输气管(11)设置在腔壁(2)的侧壁上。
6.如权利要求I所述的等离子体反应腔清洗装置(I)，其特征在于，所述的等离子体反应腔清洗装置(I)还包含多个调节阀(12)，各个所述的调节阀(12)分别设置在各输气管(11)上。
7.如权利要求I所述的等离子体反应腔清洗装置(I)，其特征在于，所述的等离子体反应腔清洗装置(I)至少还包含一个快速调节阀(12)和总输气管道，所述的快速调节阀(12)设置在总输气管道上，各所述的输气管(11)并接到总输气管道。
8.一种等离子体反应腔清洗方法，用于权利要求I所述的等离子体反应腔清洗装置(1)，其特征在于，所述清洗方法包含以下步骤 步骤1，通过气体喷头(32)向等离子体反应腔(9)内输入具有清洁能力的气体； 步骤2，通过所述等离子体反应腔清洗装置(I)向反应腔(9 )内输入具有清洁能力的气体； 步骤3，通过步骤I和步骤2输入到反应腔(9)内的气体被通过下电极组件(4)的高频射频电源电离为等离子体(71);气体电离的同时继续不断通过所述等离子体反应腔清洗装置(I)向反应腔(9)内输入气体，由于所述的多个输气管(11)的延伸部分与腔壁(2)的侧壁形成夹角，通过多个输气管(11)输入的气体使反应腔(9)内的等离子体(71)形成涡流；反应腔(9)内混乱的等离子体涡流剧烈运动，等离子体(71)接触到反应腔(9)内的各个部位，与沉积的聚合物发生反应进行清洗，由于形成涡流的等离子体(71)运动非常剧烈，反应腔(9)内难清洗的部位也被清洗到； 步骤4，所述的多个输气管(11)上设置有快速调节阀(12)，调节快速调节阀(12)控制气流输入，产生气体脉冲，使反应腔(9)内的等离子体涡流更剧烈；反应腔(9)内混乱的等离子体涡流更剧烈地运动，等离子体(71)更好地接触到反应腔(9)内的各个部位，与沉积的聚合物发生反应进行清洗，由于形成涡流的等离子体(71)运动非常剧烈，反应腔(9)内难清洗的部位被更好地清洗； 步骤5，清洗过程结束后，反应腔(9)内的等离子体(71)中和为气体(72)，通过反应腔(9)外部的排气泵排出。
9.如权利要求8所述的等离子体反应腔清洗方法，其特征在于，所述步骤3气体电离、持续输入气体和步骤4调节快速调节阀控制气流输入为同时进行。
10.如权利要求8所述的等离子体反应腔清洗方法，其特征在于，所述等离子体反应腔清洗时间常规设为20-120秒。
全文摘要
本发明公开了一种等离子体反应腔清洗装置，包含多个输气管，间隔的贯通等离子体反应腔壁，其延伸部分与腔壁的侧壁形成夹角；输气管上还可以设置快速调节阀，控制输入反应腔内的气体流量。一种用于上述装置的等离子体反应腔清洗方法，先通过气体喷头向反应腔内输入具有清洁能力的气体，然后通过本发明装置向反应腔内输入气体，气体电离为等离子体，继续通过本发明装置向反应腔内输入气体搅动等离子体形成涡流，等离子体涡流剧烈运动与反应腔内沉积的聚合物发生反应，清洗结束后将气体排出。本发明能够使等离子形成涡流剧烈运动，提高了等离子体与难清洁部位沉积的聚合物的反应几率，从而提高对难清洁部位沉积的聚合物的清洗能力。
文档编号C23F4/00GK102856150SQ20121037196
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者吴紫阳, 苏兴才, 文秉述 申请人:中微半导体设备(上海)有限公司