專利名稱：等離子體反應腔清洗裝置及其等離子體反應腔清洗方法
技術領域：
本發明涉及一種等離子體刻蝕設備，尤其涉及一種等離子體刻蝕設備反應腔清洗裝置和方法。
背景技術：
如附圖I所示，現有技術的一種等離子體刻蝕設備，其反應腔9設置有包覆內部工作空間的腔壁2，腔壁2內設置有上電極組件3、下電極組件4，上電極組件3包含設置在反應腔9頂部內壁上的加熱器31、氣體噴頭32，以及依次設置在氣體噴頭32周圍的頂部接地環33和可動限制環34 ;下電極組件4設置在上電極組件3下方，包含靜電夾盤41、依次設置在靜電夾盤41周圍的聚焦環42、覆蓋環43 ;在覆蓋環43下方靜電夾盤41周圍還套置有限制環5，反應腔9外設置有排氣泵6。下電極組件4與等離子體刻蝕設備的射頻電源相連接，由氣體噴頭32輸入反應腔9內的氣體在上電極3與下電極4之間被電離為等離子體71，反應之后等離子體71通過限制環5后中和為氣體72被排氣泵6排出反應腔9外。等離子體刻蝕設備在進行刻蝕的過程中，等離子體與晶片發生反應，刻蝕反應生成的聚合物易沉積在等離子體刻蝕設備反應腔內壁上，影響刻蝕，污染晶片，因此需要對等離子體刻蝕設備反應腔進行清洗。現有技術的反應腔清洗方法通常使用干法清洗，從氣體噴頭32輸入具有清潔能力的氣體，氣體被電離為等離子體7后與沉積在反應腔內壁上的聚合物8發生化學反應，從而清除掉沉積的聚合物8并使反應產物隨氣體排出反應腔9。現有的刻蝕設備和清洗方法存在以下問題由于覆蓋環43、可動限制環34為非導電結構且位于上電極、下電極的邊緣角落部位，這些位置電場比較弱，刻蝕時沉積在這些位置的聚合物8比較多，并且清洗時這些部位的等離子體密度比較低，化學反應比較弱，沉積的聚合物8比較難以清洗掉。

發明內容
本發明提供了一種等離子體反應腔清洗裝置及其等離子反應腔清洗方法，能夠使等離子體刻蝕設備反應腔內的等離子體形成渦流，提高等離子體與難清潔部位沉積的聚合物的反應幾率，從而提高對難清潔部位沉積的聚合物的清洗能力。本發明采用以下技術方案來實現一種等離子體反應腔清洗裝置，該裝置的部分結構從外向內貫通等離子體刻蝕設備的反應腔壁，所述等離子體刻蝕設備反應腔壁包覆等離子體設備反應腔內部工作空間，該腔壁內設置有上電極組件、下電極組件，上電極組件包含氣體噴頭和依次設置在氣體噴頭周圍的頂部接地環、可動限制環，所述下電極組件與等離子體刻蝕設備的射頻電源相連接；其特點是，所述的等離子體反應腔清洗裝置包含多個輸氣管，多個所述的輸氣管間隔地從外向內貫通等離子體刻蝕設備反應腔的腔壁，多個所述的輸氣管的延伸部分與腔壁的側壁形成夾角；通過多個所述的輸氣管將具有清潔能力的氣體傾斜輸入反應腔，所述氣體被下電極組件電離為等離子體，通過多個所述的輸氣管持續輸入的氣體攪動等離子體形成渦流，清洗反應腔。
上述的等離子體反應腔清洗裝置，其特點是，多個所述的輸氣管水平放置。上述的等離子體反應腔清洗裝置，其特點是，多個所述的輸氣管設置在頂部接地環上。上述的等離子體反應腔清洗裝置，其特點是，多個所述的輸氣管設置在可動限制環上。上述的等離子體反應腔清洗裝置，其特點是，多個所述的輸氣管設置在腔壁的側壁上。上述的等離子體反應腔清洗裝置，其特點是，所述的等離子體反應腔清洗裝置還包含多個調節閥，各所述的調節閥分別設置在各輸氣管上。
上述的等離子體反應腔清洗裝置，其特點是，所述的等離子體反應腔清洗裝置至少還包含ー個快速調節閥和總輸氣管道，所述的快速調節閥設置在總輸氣管道上，各所述的輸氣管并接到總輸氣管道。一種等離子體反應腔清洗方法，用于上述的等離子體反應腔清洗裝置，其特點是，所述清洗方法包含以下步驟
步驟1，通過氣體噴頭向等離子體反應腔內輸入具有清潔能力的氣體；
步驟2，通過所述等離子體反應腔清洗裝置向反應腔內輸入具有清潔能力的氣體；
步驟3，通過步驟I和步驟2輸入到反應腔內的氣體被通過下電極組件的高頻射頻電源電離為等離子體；氣體電離的同時繼續不斷通過所述等離子體反應腔清洗裝置向反應腔內輸入氣體，由于所述的多個輸氣管的延伸部分與腔壁的側壁形成夾角，通過多個輸氣管輸入的氣體使反應腔內的等離子體形成渦流；反應腔內混亂的等離子體渦流劇烈運動，等離子體接觸到反應腔內的各個部位，與沉積的聚合物發生反應進行清洗，由于形成渦流的等離子體運動非常劇烈，反應腔內難清洗的部位也被清洗到；
步驟4，所述的多個輸氣管上設置有快速調節閥，調節快速調節閥控制氣流輸入，產生氣體脈沖，使反應腔內的等離子體渦流更劇烈；反應腔內混亂的等離子體渦流更劇烈地運動，等離子體更好地接觸到反應腔內的各個部位，與沉積的聚合物發生反應進行清洗，由于形成渦流的等離子體運動非常劇烈，反應腔內難清洗的部位被更好地清洗；
步驟5，清洗過程結束后，反應腔內的等離子體中和為氣體，通過反應腔外部的排氣泵排出。上述的等離子體反應腔清洗方法，其特點是，所述步驟3氣體電離、持續輸入氣體和步驟4調節快速調節閥控制氣流輸入為同時進行。上述的等離子體反應腔清潔方法，其特點是，所述等離子體反應腔清洗時間常規設為20-120秒。與現有技術相比，本發明具有如下有益效果
I)本發明由于設置了多個輸氣管，且多個輸氣管傾斜延伸入等離子體刻蝕設備反應腔內，傾斜輸入的氣體攪動反應腔內的具有清潔能力的等離子體形成渦流劇烈運動，增加了等離子體與反應腔內難清潔部位沉積的聚合物接觸并發生反應的幾率，從而提高了對反應腔的清洗能力。2)本發明由于設置了快速調節閥，可以調節通過多個輸氣管輸入到反應腔內的氣體的流量大小，可以向反應腔內輸入氣體脈沖，從而使反應腔內形成的等離子體渦流更劇烈，進一步提高了對反應腔的清洗能力。


圖I為現有技術等離子體刻蝕設備的反應腔結構示意 圖2為本發明等離子體反應腔清洗裝置實施例之一的結構示意 圖3為本發明等離子體反應腔清洗裝置實施例之二的結構示意 圖4為本發明等離子體反應腔清洗裝置延伸入等離子體 刻蝕設備的反應腔里的俯視
圖5為本發明等離子體反應腔清洗裝置輸氣管上設置了快速調節閥的結構示意 圖6為本發明等離子體反應腔清洗裝置輸入周期性變化的氣體曲線 圖7為本發明等離子體反應腔清洗方法的流程示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖，對本發明做進一步闡述。如附圖2和附圖3所示，一種等離子體刻蝕設備，其反應腔9設置有包覆內部工作空間的腔壁2，腔壁2內設置有上電極組件3、下電極組件4，上電極組件3包含設置在反應腔9頂部內壁上的加熱器31、氣體噴頭32，以及依次設置在氣體噴頭32周圍的頂部接地環33和可動限制環34 ；下電極組件4設置在上電極組件3下方，包含靜電夾盤41、依次設置在靜電夾盤41周圍的聚焦環42、覆蓋環43 ;在覆蓋環43下方靜電夾盤41周圍還套置有限制環5，反應腔9外設置有排氣泵6。下電極組件4與等離子體刻蝕設備的射頻電源相連接，由氣體噴頭32輸入反應腔9內的氣體在上電極3與下電極4之間被電離為等離子體71，反應之后等離子體71通過限制環5后中和為氣體72被排氣泵6排出反應腔9外。圖中箭頭表示氣體的流動方向。參閱附圖4所示，本發明一種等離子體反應腔清洗裝置1，包含多個輸氣管11，多個輸氣管11間隔地從外向內貫通等離子體刻蝕設備反應腔9的腔壁2，輸氣管11的延伸部分水平放置，并與腔壁2的側壁形成夾角，從而使得多個輸氣管11的延伸部分與反應腔9的徑向形成夾角。圖4中箭頭表示氣體的流動方向。輸氣管11的數量可以根據反應腔容積、反應腔內氣壓等各種因素進行設置。氣體通過多個輸氣管11的延伸部分傾斜送入反應腔9內，多股在同一水平面上傾斜輸入的氣體攪動反應腔內的等離子體71，使等離子體71形成渦流。配合參閱附圖2和附圖3，混亂的等離子體渦流劇烈運動，接觸到反應腔9內難清洗到的部位的幾率增加，增加了難清洗部位表面沉積的聚合物與等離子體反應的幾率。各輸氣管11的延伸方向以及與腔壁2的側壁之間的角度可以隨機設置，并且相互之間可以不一致，以使輸入到反應腔9內的氣體更混亂，對反應腔9內的等離子體71的攪動更劇烈，產生的等離子體渦流更激烈。本發明有多種實施例，多個輸氣管11從等離子體設備反應腔9外部貫通反應腔壁2，輸氣管11可以設置在位于限制環5以上的除氣體噴頭31外的任意位置。參閱附圖2所示，其中第一種實施例，多個輸氣管11設置在頂部接地環33上。參閱附圖3所示，其中第二種實施例，多個輸氣管設置11在可動限制環34上。其中第三種實施例，多個輸氣管11設置在位于限制環2以上的腔壁2的側壁上。參閱附圖2和附圖3所示，可動限制環8可以上下移動，當可動限制環8上移，多個輸氣管11可以設置在腔壁2的側壁上，輸入氣體對上電極組件3和下電極組件4之間的等離子體71發生作用。參閱附圖5所示，輸氣管11上還可以設置快速調節閥12。對于調節閥12的設置，本發明有兩種實施例。其中第一種實施例，等離子體反應腔清洗裝置I還包含多個調節閥12，各調節閥12分別設置在各輸氣管11上，獨立控制各個輸氣管11的氣體輸入。其中第ニ種實施例，等離子體反應腔清洗裝置I至少還包含ー個快速調節閥12和總輸氣管道，快速調節閥12設置在總輸氣管道上，各輸氣管11并接到總輸氣管道，通過條件總輸氣管道上的快速調節閥12統ー控制多個輸氣管11的氣體輸入。通過有規律的或者隨機的調節快速調節閥12的開啟和關閉或開度大小，產生大小隨機變化的或者有規律變化的氣體脈沖，使通過輸氣管11輸入反應腔9的氣體對反應腔9內的等離子體的攪動更加劇烈，從而使反應腔9內形成的更加激烈的等離子體渦流和小旋風。參閱附圖6由快速調節閥控制氣體流量隨時間變化的曲線所示，在本實施例中，以2秒為ー個周期周期性的輸入氣流量變化的0-100sccm/0-200sccm的氣體，使反應腔9內的 等離子體產生了劇烈的渦流。參閱附圖7所示，一種等離子體反應腔清洗方法，用于上述的等離子體反應腔清洗裝置I，該清洗方法包含以下步驟
步驟1，通過氣體噴頭32向等離子體反應腔9內輸入具有清潔能力的氣體，使反應腔9內氣壓大于200mT。該氣體通常使用氧氣或氮氣等對聚合物具有清潔能力的氣體；
步驟2，通過本發明等離子體反應腔清洗裝置I向反應腔9內輸入與步驟I相同的具有清潔能力的氣體，氣體流量常規設為100-200sCCm ；
步驟3，通過步驟I和步驟2輸入到反應腔9內的氣體被通過下電極組件4的高頻射頻電源電離為等離子體71 ;氣體電離的同時繼續不斷通過所述等離子體反應腔清洗裝置I向反應腔9內輸入氣體，由于所述的多個輸氣管11的延伸部分與腔壁2的側壁形成夾角，通過多個輸氣管11輸入的氣體使反應腔9內的等離子體71形成渦流；反應腔9內混亂的等離子體渦流劇烈運動，等離子體71接觸到反應腔9內的各個部位，與沉積的聚合物發生反應進行清洗，由于形成渦流的等離子體71運動非常劇烈，反應腔9內難清洗的部位也被清洗到；
步驟4，所述的多個輸氣管11上設置有快速調節閥12，調節快速調節閥12的開啟和關閉以及開度大小，控制氣流輸入，產生大小隨機變化的或者有規律變化的氣體脈沖，使反應腔9內的等離子體渦流更劇烈；反應腔9內混亂的等離子體渦流更劇烈地運動，等離子體71更好地接觸到反應腔9內的各個部位，與沉積的聚合物發生反應進行清洗，由于形成渦流的等離子體71運動非常劇烈，反應腔9內難清洗的部位被更好地清洗；
步驟5，清洗過程結束后，反應腔9內的等離子體71通過限制環5后中和為氣體72，被排氣泵6排出反應腔9外。步驟3氣體電離、持續輸入氣體與步驟4調節快速調節閥控制氣流輸入為同時進行。等離子體反應腔清洗時間根據反應腔內聚合物沉積的狀況進行設置，常規設為20-120 秒。綜上所述，本發明由于設置了多個輸氣管，且多個輸氣管傾斜延伸入等離子體刻蝕設備反應腔內，傾斜輸入的氣體攪動反應腔內的具有清潔能力的等離子體形成渦流劇烈運動，增加了等離子體與反應腔內難清潔部位沉積的聚合物接觸并發生反應的幾率，從而提高了對反應腔的清洗能力。由于設置了快速調節閥，可以調節通過多個輸氣管輸入到反應腔內的氣體的流量大小，可以向反應腔內輸入氣體脈沖，從而使反應腔內形成的等離子體渦流更劇烈，進一步提高了對反應腔的清洗能力。
盡管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種等離子體反應腔清洗裝置(1)，該裝置的部分結構從外向內貫通等離子體刻蝕設備的反應腔壁(2)，所述等離子體刻蝕設備反應腔壁(2)包覆等離子體設備反應腔(9)內部工作空間，該腔壁(2 )內設置有上電極組件(3 )、下電極組件(4 )，上電極組件(3 )包含氣體噴頭(32 )和依次設置在氣體噴頭(32 )周圍的頂部接地環(33 )、可動限制環(34 )，所述下電極組件(4)與等離子體刻蝕設備的射頻電源相連接；其特征在于，所述的等離子體反應腔清洗裝置(I)包含多個輸氣管(11)，多個所述的輸氣管(11)間隔地從外向內貫通等離子體刻蝕設備反應腔(9)的腔壁(2)，多個所述的輸氣管(11)的延伸部分與腔壁(2)的側壁形成夾角；通過多個所述的輸氣管(11)將具有清潔能力的氣體傾斜輸入反應腔(9)，所述氣體被下電極組件(4)電離為等離子體(71)，通過多個所述的輸氣管(11)持續輸入的氣體攪動等離子體(71)形成渦流，清洗反應腔(9)。
2.如權利要求I所述的等離子體反應腔清洗裝置(I)，其特征在于，多個所述的輸氣管 (11)水平放置。
3.如權利要求I所述的等離子體反應腔清洗裝置(I)，其特征在于，多個所述的輸氣管(11)設置在頂部接地環(33)上。
4.如權利要求I所述的等離子體反應腔清洗裝置(I)，其特征在于，多個所述的輸氣管(11)設置在可動限制環(34 )上。
5.如權利要求I所述的等離子體反應腔清洗裝置(I)，其特征在于，多個所述的輸氣管(11)設置在腔壁(2)的側壁上。
6.如權利要求I所述的等離子體反應腔清洗裝置(I)，其特征在于，所述的等離子體反應腔清洗裝置(I)還包含多個調節閥(12)，各個所述的調節閥(12)分別設置在各輸氣管(11)上。
7.如權利要求I所述的等離子體反應腔清洗裝置(I)，其特征在于，所述的等離子體反應腔清洗裝置(I)至少還包含一個快速調節閥(12)和總輸氣管道，所述的快速調節閥(12)設置在總輸氣管道上，各所述的輸氣管(11)并接到總輸氣管道。
8.一種等離子體反應腔清洗方法，用于權利要求I所述的等離子體反應腔清洗裝置(1)，其特征在于，所述清洗方法包含以下步驟 步驟1，通過氣體噴頭(32)向等離子體反應腔(9)內輸入具有清潔能力的氣體； 步驟2，通過所述等離子體反應腔清洗裝置(I)向反應腔(9 )內輸入具有清潔能力的氣體； 步驟3，通過步驟I和步驟2輸入到反應腔(9)內的氣體被通過下電極組件(4)的高頻射頻電源電離為等離子體(71);氣體電離的同時繼續不斷通過所述等離子體反應腔清洗裝置(I)向反應腔(9)內輸入氣體，由于所述的多個輸氣管(11)的延伸部分與腔壁(2)的側壁形成夾角，通過多個輸氣管(11)輸入的氣體使反應腔(9)內的等離子體(71)形成渦流；反應腔(9)內混亂的等離子體渦流劇烈運動，等離子體(71)接觸到反應腔(9)內的各個部位，與沉積的聚合物發生反應進行清洗，由于形成渦流的等離子體(71)運動非常劇烈，反應腔(9)內難清洗的部位也被清洗到； 步驟4，所述的多個輸氣管(11)上設置有快速調節閥(12)，調節快速調節閥(12)控制氣流輸入，產生氣體脈沖，使反應腔(9)內的等離子體渦流更劇烈；反應腔(9)內混亂的等離子體渦流更劇烈地運動，等離子體(71)更好地接觸到反應腔(9)內的各個部位，與沉積的聚合物發生反應進行清洗，由于形成渦流的等離子體(71)運動非常劇烈，反應腔(9)內難清洗的部位被更好地清洗； 步驟5，清洗過程結束后，反應腔(9)內的等離子體(71)中和為氣體(72)，通過反應腔(9)外部的排氣泵排出。
9.如權利要求8所述的等離子體反應腔清洗方法，其特征在于，所述步驟3氣體電離、持續輸入氣體和步驟4調節快速調節閥控制氣流輸入為同時進行。
10.如權利要求8所述的等離子體反應腔清洗方法，其特征在于，所述等離子體反應腔清洗時間常規設為20-120秒。
全文摘要
本發明公開了一種等離子體反應腔清洗裝置，包含多個輸氣管，間隔的貫通等離子體反應腔壁，其延伸部分與腔壁的側壁形成夾角；輸氣管上還可以設置快速調節閥，控制輸入反應腔內的氣體流量。一種用于上述裝置的等離子體反應腔清洗方法，先通過氣體噴頭向反應腔內輸入具有清潔能力的氣體，然后通過本發明裝置向反應腔內輸入氣體，氣體電離為等離子體，繼續通過本發明裝置向反應腔內輸入氣體攪動等離子體形成渦流，等離子體渦流劇烈運動與反應腔內沉積的聚合物發生反應，清洗結束后將氣體排出。本發明能夠使等離子形成渦流劇烈運動，提高了等離子體與難清潔部位沉積的聚合物的反應幾率，從而提高對難清潔部位沉積的聚合物的清洗能力。
文檔編號C23F4/00GK102856150SQ20121037196
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月29日 優先權日2012年9月29日
發明者吳紫陽, 蘇興才, 文秉述 申請人:中微半導體設備(上海)有限公司