一种反应腔装置及其工作方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种反应腔装置及其工作方法。

背景技术：

在半导体制造中，涉及多道工序，每道工序都是由一定的设备和工艺来完成的。其中，等离子体反应常被用于半导体晶圆及其它基片的化学物理沉积、刻蚀以及光刻胶灰化去除等，常用的等离子体源包括icp、ccp以及微波等产生方式。对于某些光刻胶灰化去除工艺，通常不希望等离子体中的高能离子与光刻胶进行直接作用，而是期望通过等离子体中的化学活性自由基中间体与光刻胶之间产生高温灰化反应，这种反应是一种典型的高温化学反应过程。一般地，光刻胶灰化反应腔体由等离子体产生室和反应处理室组成；为了防止光刻胶灰化去除过程中等离子体中的高能离子对晶圆产生物理轰击损伤（plasmainduceddamage），通常在等离子体产生室和反应处理室之间安装一个隔离栅网，隔离栅网为圆盘多孔结构，中性化学活性基团可自由通过，而带电粒子如离子、电子等碰到栅网后被淬灭掉（quench）。穿过隔离栅网的中性化学活性基团与高温晶圆托盘上的晶圆进行高温化学反应，去除晶圆表面的残余光刻胶。

通常灰化反应的均匀性至关重要，而这种均匀性取决于化学活性自由基中间体（简称活性基团）在晶圆上表面分布的均匀性，包括活性基团流量、压力以及组成的均匀性。一般而言，具有高浓度植入物的光刻胶去除过程常用到还原性化学反应，如h2/n2混合物作为反应气体，这种灰化反应常常表现出强烈的中心反应速度高，边缘反应速度低的趋势。究其原因为：等离子体产生的高密度h^*活性基团由于质量轻，具有非常高的迁移速度，h^*在反应室中的停留时间特别短，非常容易被真空泵抽离，造成晶圆边缘区域h^*浓度陡然下降的趋势，即晶圆中心处h^*浓度高，灰化反应快，晶圆边缘处h^*浓度低，灰化反应慢的趋势，导致整体反应均匀性较差。这种反应均匀性差的情况又会产生一种较为敏感的不对称性问题，具体来说，下述几方面因素会导致h^*活性基团在晶圆表面分布存在严重的不对称性。表现在：1）等离子体发生器以及等离子体发生室设计的不对称性使得等离子体在发生室内部分布存在不对称性；2）隔离栅网的加工与安装可能导致h^*活性基团经过隔离栅网后到达晶圆表面时存在分布不对称性；3）晶圆与隔离栅网之间垂直间距分布存在不对称性；4）反应处理室内真空抽气口存在不对称结构，使得真空泵对h^*活性基团的抽气效果不对称，从而严重影响h^*活性基团在晶圆表面，特别是晶圆边缘区域分布的对称性。

对于h2/n2还原性灰化反应过程不均匀性问题，通常采用中间稀疏、边缘密集的隔离栅网通孔分布来解决，即加强中间区域带电粒子的猝灭效果用于降低中间区域的灰化反应速率。对于另一种常用于大多数常见的光刻胶去除工艺的o2/n2混合气参与的氧化性灰化反应过程，则常常表现完全不同的灰化反应速率分布。即灰化反应速率较为均匀，甚至会出现中间反应速率慢边上反应速率快的趋势。因此隔离栅网的通孔分布几乎是均匀的，甚至需要呈现中间密集边缘稀疏的分布。基于上述分析可知，无法单纯地通过改变隔离栅网通孔分布来同步解决。

基于h2/n2和o2/n2的灰化反应速率不均匀问题，更无法解决灰化反应过程中的速率不对称问题。

技术实现要素：

本发明解决的问题是提供一种反应腔装置及其工作方法，能够提高晶圆表面反应的均匀性和对称性。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种反应腔装置，包括：反应腔主体；位于所述反应腔主体内的晶圆承载平台，所述晶圆承载平台的表面适于放置晶圆，所述晶圆承载平台沿着晶圆承载平台的上表面包括若干个间隔的温控区域，各温控区域之间具有热隔离通道。

可选的，还包括：若干个加热单元，所述加热单元适于给所述温控区域进行加热。

可选的，还包括：若干个温度测试单元，所述温度测试单元适于测试所述温控区域的温度。

可选的，所述温度测试单元包括热电偶。

可选的，所述若干个间隔的温控区域包括第一温控区域至第n温控区域，第k+1温控区域环绕第k温控区域，n为大于或等于2的整数，k为大于或等于1且小于或等于n-1的整数。

可选的，所述若干个间隔的温控区域包括第一温控区域至第n温控区域，n为大于或等于3的整数，第二温控区域至第n温控区域整体环绕第一温控区域，第二温控区域至第n温控区域沿着所述第一温控区域的周向进行排布。

可选的，所述若干个间隔的温控区域包括第一温控区域至第n温控区域，n为大于或等于2的整数，第一温控区域至第n温控区域沿着所述晶圆承载平台的周向排布。

可选的，还包括：位于所述反应腔主体上方的感性耦合射频单元；所述反应腔主体的顶部设置有隔离栅网；所述感性耦合射频单元位于所述隔离栅网的上方；贯穿所述反应腔主体的底壁的出气口。

本发明还提供一种反应腔装置的工作方法，包括：调节各温控区域的温度；完成调节各温控区域的温度后，将晶圆放置在所述晶圆承载平台的表面之后，进行第一工艺反应；通过各温控区域温度的不同调节第一工艺反应过程中各温控区域表面的反应速率。

可选的，所述反应腔装置还包括：若干个加热单元；所述反应腔装置的工作方法还包括：采用所述加热单元给所述温控区域进行加热。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明技术方案提供的反应腔装置，包括位于所述反应腔主体内的晶圆承载平台，所述晶圆承载平台的表面适于放置晶圆；所述晶圆承载平台沿着晶圆承载平台的上表面包括若干个间隔的温控区域，各温控区域之间具有热隔离通道。通过调节温控区域的温度补偿反应粒子在各温控区域表面的浓度分布的差异，这样使得各温控区域表面的反应速率最终的一致性提高，晶圆表面的反应的均匀性和对称性均能够得到提高。

本发明技术方案提供的反应腔装置的工作方法，调节各温控区域的温度；完成调节各温控区域的温度后，将晶圆放置在所述晶圆承载平台的表面之后，进行第一工艺反应；通过各温控区域温度的不同调节各温控区域表面的反应速率。通过调节温控区域的温度补偿反应离子在各温控区域表面的浓度分布的差异，这样使得各温控区域表面的反应速率最终的一致性提高，晶圆表面的反应的均匀性和对称性均能够得到提高。

附图说明

图1为本发明一实施例中反应腔装置的剖面结构示意图；

图2为本发明一实施例中晶圆承载平台的俯视图；

图3为本发明一实施例中图2中的晶圆承载平台的俯视图；

图4为本发明另一实施例中晶圆承载平台的俯视图；

图5为本发明另一实施例中晶圆承载平台的俯视图。

具体实施方式

本发明一实施例提供一种反应腔装置，请参考图1和图2，包括：

反应腔主体13；

位于所述反应腔主体13内的晶圆承载平台110，所述晶圆承载平台110的表面适于放置晶圆8，所述晶圆承载平台110沿着晶圆承载平台110的上表面包括若干个间隔的温控区域，各温控区域之间具有热隔离通道7。

本实施例中，所述晶圆承载平台110中具有贯穿所述晶圆承载平台110的若干热隔离通道7；位于部分所述热隔离通道7中的顶针（未图示），所述顶针适于支撑晶圆8，通过顶针在位移孔中向下运动，使得晶圆8放置在所述晶圆承载平台110的表面。

本实施例中，反应腔装置为等离子体反应装置。所述反应腔装置可以进行灰化反应。

所述反应腔装置还包括：位于所述反应腔主体13上方的感性耦合射频单元；所述感性耦合射频单元包括：反应室介质管11；分布于所述反应室介质管11侧部的射频天线10。所述反应室介质管11中的顶部具有进气口12。

所述反应腔装置还包括：贯穿所述反应腔主体13的底壁的出气口14。

所述反应腔主体13的顶部设置有隔离栅网9；所述感性耦合射频单元位于所述隔离栅网9的上方。所述隔离栅网9中具有贯穿所述述隔离栅网9的若干均匀分别的孔。

所述若干个间隔的温控区域包括第一温控区域至第n温控区域，第k+1温控区域环绕第k温控区域，n为大于或等于2的整数，k为大于或等于1且小于或等于n-1的整数。

图2中以n等于2为示例进行说明，所述若干个间隔的温控区域包括第一温控区域z1和第二温控区域z2，第二温控区域z2环绕第一温控区域z1。第二温控区域z2的中心与第一温控区域z1的中心重合。

所述反应腔装置还包括：若干个加热单元，所述加热单元适于给所述温控区域进行加热。当n=2时，若干个加热单元包括第一加热单元2和第二加热单元5，第一加热单元2适于给所述第一温控区域z1进行加热，第二加热单元5适于给所述第二温控区域z2进行加热。

在一个实施例中，所述加热单元延伸至所述晶圆承载平台110中，第一加热单元2延伸至所述第一温控区域z1中，第二加热单元5延伸至所述第二温控区域z2中。需要说明的是，在其他实施例中，所述加热单元可以不延伸至所述晶圆承载平台110中，只要加热单元能提供给所述温控区域进行加热的作用即可。

所述反应腔装置还包括：若干个温度测试单元，所述温度测试单元适于测试所述温控区域的温度，所述温度测试单元延伸至所述晶圆承载平台110中。需要说明的是，在其他实施例中，所述温度测试单元可以不延伸至所述晶圆承载平台110中，只要温度测试单元能提供给所述温控区域进行温度测试的作用即可。所述温度测试单元包括热电偶。当n=2时，若干个温度测试单元包括第一温度测试单元3和第二温度测试单元6，第一温度测试单元3适于测试所述第一温控区域z1的温度，第一温度测试单元3延伸至所述第一温控区域z1中，第二温度测试单元6适于测试所述第二温控区域z2的温度，第二温度测试单元6延伸至所述第二温控区域z2中。

在其他实施例中，n等于3，例如图3中，所述若干个间隔的温控区域包括第一温控区域z1、第二温控区域z2和第三温控区域z3，第二温控区域z2环绕第一温控区域z1，第三温控区域z3环绕第二温控区域z2。第二温控区域z2的中心、第一温控区域z1的中心和第三温控区域z3的中心重合。

当n=3时，若干个加热单元包括第一加热单元、第二加热单元和第三加热单元，第一加热单元适于给所述第一温控区域z1进行加热，第一加热单元延伸至所述第一温控区域z1中，第二加热单元适于给所述第二温控区域z2进行加热，第二加热单元延伸至所述第二温控区域z2中，第三加热单元适于给所述第三温控区域z3进行加热，第三加热单元延伸至所述第三温控区域z3中。

当n=3时，若干个温度测试单元包括第一温度测试单元、第二温度测试单元和第三温度测试单元，第一温度测试单元适于测试所述第一温控区域z1的温度，第一温度测试单元延伸至所述第一温控区域z1中，第二温度测试单元适于测试所述第二温控区域z2的温度，第二温度测试单元延伸至所述第二温控区域z2中，第三温度测试单元适于测试所述第三温控区域z3的温度，第三温度测试单元延伸至所述第三温控区域z3中。

需要说明的是，第k+1温控区域环绕第k温控区域的情况下，n可以取值为大于等于4的整数。

所述射频天线10激发通入反应室介质管11中的气体产生等离子体，等离子体内的带电粒子（包括离子）会被隔离栅网9过滤掉，等离子体内的化学活性基团会自由通过隔离栅网9进入反应腔主体13到达晶圆8表面，进而与晶圆8表面的光刻胶进行高温灰化反应。完成高温灰化反应后的晶圆8被顶针调节至传片位置后传出。

对于具有高浓度植入物的光刻胶在去除过程常用到还原性化学反应，如采用h2/n2混合物作为反应气体，等离子体产生的高密度h^*活性基团由于质量轻具有非常高的迁移速度。h^*活性基团在晶圆的上表面的的分布呈现中间浓度高边缘浓度低的趋势。在第k+1温控区域环绕第k温控区域的情况下，可以设置第k+1温控区域的温度大于第k温控区域的温度。晶圆温度越高，灰化反应速率越快，利用不同温控区域的温度高低对h^*活性基团浓度高低进行补偿。

对于o^*活性基团的氧化反应，o^*活性基团在晶圆表面的分布较为均匀，因此在第k+1温控区域环绕第k温控区域的情况下，设置第k+1温控区域的温度等于第k温控区域的温度。

综上，对于晶圆承载平台110表面的反应粒子分布不均匀的情况，当第k+1温控区域环绕第k温控区域时，反应粒子浓度高的温控区域，设置对应的温控区域的温度较低。

相应的，本发明一实施例还提供一种反应腔装置的工作方法，包括以下步骤：调节各温控区域的温度；完成调节各温控区域的温度后，将晶圆8放置在所述晶圆承载平台110的表面；将晶圆8放置在所述晶圆承载平台110的表面之后，进行第一工艺反应；通过各温控区域温度的不同调节第一工艺反应过程中各温控区域表面的反应速率。

采用所述加热单元给所述温控区域进行加热。

具体的，提供晶圆，晶圆表面具有光刻胶层；晶圆承载平台110对所述晶圆进行加热，具体的，各温控区域分别对晶圆进行加热，晶圆不同区域的温度具有差异，调节各温控区域的温度；完成调节各温控区域的温度后，将所述晶圆放置在所述晶圆承载平台110的表面之后；与此同时，所述射频天线激发通入反应室介质管中的气体产生等离子体，等离子体内的带电粒子（包括离子）会被隔离栅网过滤掉，等离子体内的化学活性基团会自由通过隔离栅网进入反应腔主体到达晶圆表面与晶圆表面的光刻胶进行高温灰化反应；完成特定时间的高温灰化反应后，晶圆被顶针调节至传片位置后传出。

通过调节温控区域的温度补偿反应粒子在各温控区域表面的浓度分布的差异，这样使得各温控区域表面的反应速率最终的一致性提高，晶圆表面的反应的均匀性和对称性均能够得到提高。

本发明另一实施例还提供一种反应腔装置，本实施例的反应腔装置与前一实施例的反应腔装置的区别在于：参考图4，若干个间隔的温控区域包括第一温控区域至第n温控区域，n为大于或等于3的整数，第二温控区域至第n温控区域整体环绕第一温控区域，第二温控区域至第n温控区域沿着所述第一温控区域的周向进行排布。

本实施例中，以n等于5为示例进行说明。相应的，若干个间隔的温控区域包括第一温控区域z1a、第二温控区域z2a、第三温控区域z3a、第四温控区域z4和第五温控区域z5，第二温控区域z2a、第三温控区域z3a、第四温控区域z4和第五温控区域z5沿着第一温控区域z1a的周向进行排布。

当n=5时，若干个加热单元包括第一加热单元、第二加热单元、第三加热单元、第四加热单元和第五加热单元，第一加热单元适于给所述第一温控区域z1a进行加热，第二加热单元适于给所述第二温控区域z2a进行加热，第三加热单元适于给所述第三温控区域z3a进行加热，第四加热单元适于给所述第四温控区域z4进行加热，第五加热单元适于给所述第五温控区域z5进行加热。

在一个实施例中，第一加热单元延伸至所述第一温控区域z1a中，第二加热单元延伸至所述第二温控区域z2a中，第三加热单元延伸至所述第三温控区域z3a中，第四加热单元延伸至所述第四温控区域z4中，第五加热单元延伸至所述第五温控区域z5中。在其他实施例中，各加热单元可以不延伸至对应的温控区域，只要能起到对各对应的温控区域进行加热的功能即可。

当n=5时，若干个温度测试单元包括第一温度测试单元、第二温度测试单元、第三温度测试单元、第四温度测试单元和第五温度测试单元，第一温度测试单元适于测试所述第一温控区域z1a的温度，第一温度测试单元延伸至所述第一温控区域z1a中，第二温度测试单元适于测试所述第二温控区域z2a的温度，第二温度测试单元延伸至所述第二温控区域z2a中，第三温度测试单元适于测试所述第三温控区域z3a的温度，第三温度测试单元延伸至所述第三温控区域z3a中，第四温度测试单元适于测试所述第四温控区域z4的温度，第四温度测试单元延伸至所述第四温控区域z4中，第五温度测试单元适于测试所述第五温控区域z5的温度，第五温度测试单元延伸至所述第五温控区域z5中。需要说明的是，在其他实施例中，所述温度测试单元可以不延伸至所述晶圆承载平台110中，只要温度测试单元能提供给所述温控区域进行温度测试的作用即可。

需要说明的是，在其他实施例中，n为大于等于6的整数，或者小于5且大于等于3的整数。

相应的，本实施例的反应腔装置的工作方法参照前述实施例，不再详述。

本发明另一实施例还提供一种反应腔装置，本实施例的反应腔装置与前一实施例的反应腔装置的区别在于：参考图5，若干个间隔的温控区域包括第一温控区域至第n温控区域，n为大于或等于2的整数，第一温控区域至第n温控区域沿着所述晶圆承载平台的周向排布。

本实施例中，以n等于4为示例进行说明。若干个间隔的温控区域包括第一温控区域z1b、第二温控区域z2b、第三温控区域z3b和第四温控区域z4b，第一温控区域z1b、第二温控区域z2b、第三温控区域z3b和第四温控区域z4b沿着所述晶圆承载平台的周向排布。需要说明的是，在其他实施例中，n为2、3或者大于等于5的整数。

相应的，本实施例的反应腔装置的工作方法参照前述实施例，不再详述。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。