[发明专利]一种反应腔装置及其工作方法

说明书

一种反应腔装置及其工作方法，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夹持平台，所述晶圆夹持平台的表面适于放置晶圆；贯穿所述晶圆夹持平台的若干位移孔；分别位于所述位移孔中的顶针，所述顶针的顶头设置有测温探头，所述顶针适于在所述位移孔中往复移动，使所述顶针的顶头在高于所述晶圆夹持平台的上表面的位置至低于所述晶圆夹持平台的上表面的位置之间变化。所述反应腔装置能够对H₂混合气还原灰化反应中的晶圆的温度进行有效的控制和调节。

技术领域

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。对于光刻胶灰化去除工艺，通常经过下述几个过程：1）将光刻胶旋涂到半导体衬底上；2）有针对性地将光刻胶层暴露在光线中进行显影，在半导体衬底的顶部形成特定的光刻胶图案，即部分待处理的半导体衬底暴露出来；3）刻蚀或者高剂量离子注入到半导体衬底的暴露部分；4）去除刻蚀或者高剂量离子注入过程中起到掩膜作用的光刻胶，即我们说的光刻胶灰化去除工艺。典型地，光刻胶灰化去除工艺包括两种类型：刻蚀过程结束后的光刻胶掩膜去除；高剂量离子注入过程结束后的光刻胶掩膜去除。

对于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化学反应。典型地，对于刻蚀过程结束后的光刻胶掩膜去除，常采用包含O₂的混合气作为等离子体反应气产生高密度等离子体，氧自由基经隔离栅网过滤到达晶圆表面进行高温氧化灰化反应，晶圆的高温环境是由晶圆托盘加热产生，通常反应温度可以达到接近300℃。

对于高剂量离子注入过程结束后的光刻胶掩膜去除，由于高剂量离子注入会使残余的光刻胶掩膜上表面发生变性硬化形成一层“硬壳”，相当于对半导体衬底以及光刻胶掩膜“硬壳”以下部分形成密封作用；为了防止“硬壳”下某些残余添加剂受热膨胀出现爆孔（popping）现象，通常这种灰化反应的温度不能过高，一般在100~200℃下完成；另外，高剂量离子注入工艺阶段对衬底掺杂多晶硅的损失比较敏感，而通常氧气灰化反应会在半导体衬底表面形成一层氧化物膜，造成掺杂多晶硅的不可控损失，所以常采用包含H₂的混合气作为等离子体反应气产生高密度等离子体，氢自由基经隔离栅网过滤到达晶圆表面进行相对低温还原灰化反应。

晶圆托盘由于热容量较大，无法做到快速由高温（如280℃）向相对低温（100~200℃）的切换，使得单纯通过晶圆托盘控温改变晶圆温度来实现上述两种灰化反应变得不现实。通常采用的方法是用腔内顶针系统把晶圆顶到特定位置，使晶圆在脱离托盘的状态下进行H₂混合气还原灰化反应，此时晶圆温度由两个因素决定：一是氢活性自由基对晶圆表面加热；二是高温晶圆托盘（~300℃）对晶圆的辐射和气体传导加热。但是这种反应模式存在一个问题，即晶圆离开托盘后的温度以及H₂混合气还原灰化反应过程中的温度无法测量，使得H₂混合气还原灰化反应效果没办法有效控制和调节。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种反应腔装置及其工作方法，能够对H₂混合气还原灰化反应中的晶圆的温度进行有效的控制和调节。

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夹持平台，所述晶圆夹持平台的表面适于放置晶圆；贯穿所述晶圆夹持平台的若干位移孔；分别位于所述位移孔中的顶针，所述顶针的顶头设置有测温探头，所述顶针适于在所述位移孔中往复移动，使所述顶针的顶头在高于所述晶圆夹持平台的上表面的位置至低于所述晶圆夹持平台的上表面的位置之间变化。

可选的，所述顶针包括顶杆主体和与所述顶杆主体连接的测温探头。