[发明专利]一种等离子体产生腔及半导体加工设备

说明书

本发明提出了一种等离子体产生腔及半导体加工设备。所述等离子产生腔包括：陶瓷筒以及环绕所述陶瓷筒并且与所述陶瓷筒之间形成流道的控温套筒，其特征在于，还包括：温度调节部件，其设置在所述陶瓷筒与所述控温套筒之间；通过向所述温度调节部件内通入介质，调节所述陶瓷筒的温度变化速率。本发明通过向温度调节部件内通入介质，保证了陶瓷筒周围温度环境没有骤变，调节立体线圈等离子体源陶瓷筒的温度变化速率，从而降低了温度变化对工艺均匀性的影响，并且能够对陶瓷筒周围温度进行实时调控。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，具体地，涉及一种等离子体产生腔及半导体加工设备。

背景技术

近年来，MEMS器件及系统在汽车和消费电子领域应用越来越广泛，并且，TSV通孔刻蚀(Through-Silicon Etch)技术在未来封装领域也具有广阔的应用前景。由于干法等离子体深硅刻蚀工艺应用越来越多，逐渐成为了MEMS加工领域及TSV技术中最炙手可热的工艺之一。

干法刻蚀设备中一般都集成有等离子体系统，包括等离子源系统和下偏压系统。等离子源负责在真空腔室内产生高密度的等离子体，下偏压系统则给等离子体的离子运动以方向，引导带电粒子轰击晶片，从而产生物理刻蚀，等离子环境中的活性自由基和气体本身的化学活性对晶片产生化学刻蚀作用。等离子源系统是刻蚀设备中至关重要的一部分。

随着三维叠层封装、MEMS封装、垂直集成传感器阵列以及台面MOS功率器件倒装焊接技术的开发，硅通孔(TSV)互连技术正在受到越来越广泛的重视和研究。为了实现较高的刻蚀选择比及刻蚀速率，往往采用远程高密度等离子体(remote high density plasma，Remote HDP)，此时基片位于等离子体下游，自由基浓度高，离子密度低，可以减少离子轰击导致的掩膜层的损失，因此可以兼顾实现高刻蚀速率及选择比。

在施加功率的射频线圈作用下，等离子体产生腔(因其材质多是陶瓷，结构呈筒状，故以下简称“陶瓷筒”)内部产生等离子体。随着高刻蚀速率的需求，等离子体功率密度也随之增高，立体线圈的使用成为必然。立体线圈等离子体产生腔在高等离子体功率密度下，其温度很高(例如，对应于3400W具有460℃的高温)，其产生的热辐射可能导致晶片(Wafer)糊胶。另外，高功率下的立体线圈等离子体产生腔温度较高，导致超过O型圈(O-ring)使用温度，使之失效。

刻蚀设备的等离子源分为平面和立体两大类别。立体等离子源能产生更高密度的等离子，从而能够得到更快的刻蚀速率，而平面等离子源则能更好的控制晶片刻蚀的均匀性和刻蚀形貌。

常见的立体等离子源的半导体加工设备的结构如图1所示，其中，射频线圈5、陶瓷筒4、金属腔体8、进气盖板2、腔室盖板7、卡盘9构成一个封闭空间，与真空装置10(分子泵等)连接，将该空间制造成真空环境。工艺气体由进气盖板4上的进气孔进入该空间，陶瓷筒2周边的射频线圈5通以射频能量，在等离子体产生腔中形成等离子体，对卡盘9上的晶片进行刻蚀，反应生成物通过真空装置10被抽走。

如图1所示，冷却气体从线圈盒3底部的进气孔进入，从控温套筒11底部的进气口进入由控温套筒11与陶瓷筒4之间的流道内部，从温控套筒11顶部出口，经导流罩12，并由水冷散热器6冷却后由冷却风扇1吹入厂务排风系统。

气流由顶部吸出，这样强制对流方向与自然对流流向相同，降低了对流的阻力，加快了空气对流，提高了系统的散热能力。增加的控温套筒既把热气流与其他器件隔离开又使冷却气流与陶瓷筒充分接触，增强换热效果。导流罩约束并控制气流从排风口排出，不会滞流。

水冷散热器6的具体结构如图2所示，其一端与导流罩连接，另一端接风扇，冷却水在管道内循环，高温热气流经过管道及散热片冷却后由风扇排到厂务排风中或直接排入室内。