一种气体分布扩散板、等离子体处理器制造技术

本发明专利技术提供了一种气体分布扩散板，其包括：温度控制装置，所述温度控制装置用于控制所述气体分布扩散板的温度保持稳定。稳定的表面温度使得进入反应腔内的反应气体吸附在气体分布扩散板表面的几率以及该反应气体原子活性基与气体分布扩散板表面的复合速率保持稳定，所以，通过本发明专利技术提供的气体分布扩散板，能够保证参与晶圆处理的反应气体中的气体分子和原子自由基浓度基本稳定，从而保证晶圆处理工艺的稳定性，进而提高晶圆处理的质量和性能。稳定的表面的温度可以降低工艺处理中反应副产物在扩散板表面的沉积形成固体颗粒掉落处理晶圆表面的风险，提高产品良率。本发明专利技术还提供了一种等离子体处理器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体加工设备领域，尤其涉及一种气体分布扩散板以及包括该气体分布扩散板的等离子体处理器。
技术介绍
采用远程等离子体对晶圆进行处理的工艺中，在反应腔外部产生反应气体等离子体，这些反应气体等离子体粒子(主要包含的大量气体分子及其高活性原子自由基)从反应腔顶部的等离子源喷出后经过气体分布扩散板，气体分布扩散板会对进入的气体等离子体粒子进行分配和扩散，经过扩散后的反应气体等离子体粒子从气体分布扩散板流出后，到达晶圆表面对晶圆进行处理。进入反应腔内的反应气体自由基(radical)在经过气体分布扩散板表面过程中会在扩散面板表面发生吸附以及复合反应，减少到达晶圆表面参与处理的气体分子数量特别是气体原子自由基的数量。高化学活性的气体原子自由基是参与晶圆处理的主要粒子，因而发生在气体分布扩散板表面的吸附以及复合反应会极大地影响晶圆处理工艺的效率和能力。特别是在用于光刻胶剥除工艺的等离子处理器中，通入大量氧气形成的等离子和自由基的混合气体在穿过气体分布扩散板时会有部分自由基会发生复合，影响下方晶圆的处理速度的均一性。由于在前一个刻蚀步骤中剩余的光刻胶厚度在晶圆上分布本身就不均一，又由于自由基的分布也不同，所以为了保证光刻胶被完全剥除，需要设置很长的时间余量，比如晶圆上部分区域的光刻胶10秒钟就能完成剥除，但是其他区域需要15秒以上才能完成。为了确保各种情况下所有晶圆上的光刻胶都内被完全剥除，需要设置如20秒等更长的时间。反应气体等离子体中的自由基(radical)粒子与气体分布扩散板表面的吸附率和复合几率会随气体分布扩散板表面温度的变化而变化。然而，在整个工艺过程中，气体分布扩散板表面的温度并不稳定，这就导致反应气体等离子体中的自由基与气体分布扩散板表面的吸附率和复合几率在整个工艺过程中不断变化，从而导致参与晶圆表面处理的反应气体等离子体中的自由基浓度在整个工艺过程中持续波动，进而导致晶圆处理工艺的不稳定性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的第一方面提供了一种可控温的气体分布扩散板，以提高半导体加工工艺的稳定性。基于本专利技术的第一方面，本专利技术的第二方面提供了一种等离子体处理器。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术方案：一种气体分布扩散板，包括：温度控制装置，所述温度控制装置用于控制所述气体分布扩散板的温度保持稳定，所述温度控制装置将所述气体分布扩散板的温度控制在预设温度，所述预设温度低于阈值温度，所述阈值温度为复合产物的解离速率处于极小值时的温度，所述复合产物为反应气体粒子与气体分布扩散板之间由于吸附及复合作用产生的反应产物。可选地，所述预设温度比所述阈值温度低50K。可选地，当气体分布扩散板为铝金属板，反应气体为氧气时，所述阈值温度在600±50K之间。可选地，所述温度控制装置包括设置在气体分布扩散板上的温度测量装置、加热装置和冷却装置；当所述温度测量装置测量的气体分布扩散板的温度不等于预设温度时，开启所述加热装置和/或冷却装置将所述气体分布扩散板的温度控制在预设温度。可选地，所述加热装置设置在所述气体分布扩散板的靠近边缘的区域。可选地，所述冷却装置为设置在所述气体分布扩散板内部的能够灌入冷却剂的冷却管道，所述冷却管道上设置有冷却剂的入口和出口。可选地，所述冷却管道均匀分布在气体分布扩散板内。可选地，所述加热装置均匀分布在整个气体分布扩散板内。一种等离子体处理器，所述等离子处理器内包括一个反应腔，反应腔内下部包括一个固定待处理晶圆的安装平台；等离子处理器还包括一个固定在反应腔顶部的等离子源，所述等离子源将反应气体电离形成等离子体，并通过位于反应腔顶部的开口向下流入反应腔；所述等离子体处理器还包括上述任一项所述的气体分布扩散板，所述扩散板位于所述反应腔顶部的开口和安装平台之间。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供了一种气体分布扩散板，其包括温度控制装置，所述温度控制装置用于控制所述气体分布扩散板的温度保持稳定。并且该控制控制在预设温度。稳定的表面温度使得进入反应腔内的反应气体吸附在气体分布扩散板表面的几率以及该反应气体原子活性基与气体分布扩散板表面的复合速率保持稳定，所以，通过本专利技术提供的气体分布扩散板，在整个工艺过程中，能够保证参与晶圆处理的反应气体中的气体分子和原子自由基浓度基本稳定。反应气体与晶圆反应的速率在整个工艺过程中基本稳定，从而保证了晶圆处理工艺的稳定性，提高了晶圆处理的质量和性能。稳定的表面的温度可以降低工艺处理中反应副产物在扩散板表面的沉积形成固体颗粒掉落处理晶圆表面的风险，提高产品良率。附图说明为了清楚地理解本专利技术的技术方案，下面将描述本专利技术的具体实施方式时用到的附图做一简要说明。显而易见地，这些附图仅是本专利技术的部分实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以获得其它附图。图1是本专利技术实施例提供的气体分布扩散板的具体结构的平面示意图；图2是图1中沿A-A’的剖面结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的等离子体处理腔的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术效果更加清楚、完整，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述。专利技术人研究发现，现有技术中，应用在反应腔室内的气体分布扩散板通常是由整块金属板加工成型，其内部没有测温及控温装置。在反应腔室内，影响气体分布扩散板表面温度的因素主要包括：反应腔室底部用于给晶圆加热的晶圆载盘的热量以及反应腔室顶部等离子源辐射出的热量。然而，在整个工艺过程中，从机械臂将晶圆送入反应腔室开始至工艺结束晶圆传出，气体分布扩散板表面的温度都在随反应腔室门的开关、流经的工艺气体(例如，氧气、氮气)的传热过程以及等离子源的热辐射作用而时刻发生变化。而气体分布扩散板表面温度的变化会导致反应气体自由基在气体分布扩散板表面的吸附率以及复合率的变化，从而使得参与晶圆处理的反应气体中的粒子(主要包含气体分子以及高化学活性气体原子自由基)浓度也在时刻发生变化，从而影响晶圆处理工艺的稳定性。特别地，当工艺时间较长，气体扩散板温度不断升高超过阈值温度时，由于气体原子活性自由基在扩散板表面的损失率会大幅增加，使得参加晶圆处理的气体原子活性自由基浓度大幅下降，降低处理工艺效率。阈值温度的涵义如下：气体原子自由基的复合反应一般情况下都是可逆反应，以氧原子为例反应可写为如下过程：其中，M即为参与反应的接触面表面原子，因而扩散板的表面温度会对反应产生影响。根据化学平衡原理，反应产物的解离速率会影响反应方向，反应产物的解离是由其振动激发态决定的，而振动激发态的分布是分离的能量状态，既不是连续的能量态分布，表现为在若干个不同温度下会存在解离速率的极大值或极小值，在某一温度时当反应产物的解离速率有一极小值时，化学反应会正向进行，即向生成产物的方向进行，即对应气体原子的复合效率增大，因而，当气体分布扩散板的表面温度处于这一温度时，反应气体粒子的表面复合速率会大幅增加，这一温度称为阈值温度。因此，在本专利技术实施例中，阈值温度是指复合反应的复合产物的解离速率处于极小值时的温度。以应用较多的金属铝气体分布扩散板为例来说，氧原子自由基在铝和金属铝表面的复合几率远高于石英表面上的几率。更严重的问题在于氧原子自由基在金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体分布扩散板，其特征在于，包括：温度控制装置，所述温度控制装置用于控制所述气体分布扩散板的温度保持稳定，所述温度控制装置将所述气体分布扩散板的温度控制在预设温度，所述预设温度低于阈值温度，所述阈值温度为复合产物的解离速率处于极小值时的温度，所述复合产物为反应气体粒子与气体分布扩散板之间由于吸附及复合作用产生的反应产物。

【技术特征摘要】
1.一种气体分布扩散板，其特征在于，包括：温度控制装置，所述温度控制装置用于控制所述气体分布扩散板的温度保持稳定，所述温度控制装置将所述气体分布扩散板的温度控制在预设温度，所述预设温度低于阈值温度，所述阈值温度为复合产物的解离速率处于极小值时的温度，所述复合产物为反应气体粒子与气体分布扩散板之间由于吸附及复合作用产生的反应产物。2.根据权利要求1所述的气体分布扩散板，其特征在于，所述预设温度比所述阈值温度低50K。3.根据权利要求1所述的气体分布扩散板，其特征在于，当气体分布扩散板为铝金属板，反应气体为氧气时，所述阈值温度在600±50K之间。4.根据权利要求1-3任一项所述的气体分布扩散板，其特征在于，所述温度控制装置包括设置在气体分布扩散板上的温度测量装置、加热装置和冷却装置；当所述温度测量装置测量的气体分布扩散板的温度不等于预设温度时，开启所述加热装置和/或冷却装置将所述气体分布扩散板的温度控制在预设温...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘骁兵，刘志强，李坤龙，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31