CN100376723C - 增进流场均匀性的屏蔽板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于半导体刻蚀工艺中的屏蔽板。本发明增进流场均匀性的屏蔽板，包括板体，其中所述板体呈环形，在所述板体上由中心向圆周方向呈放射状分布有若干气孔，且若干气孔从板体中心向圆周方向逐渐变大。本发明的有益效果是：本发明中，由于若干气孔在板体上由中心向圆周方向呈放射状分布，且若干气孔从板体中心向圆周方向逐渐变大，从而改变了气体在反应腔室内部的流动途径，改善了气体在反应腔室内部的分布均匀性，使得在晶片表面上各点的刻蚀速率更加相近。即使随着晶片尺寸的增大，本发明的技术方案也能很好地控制从晶片中央到边缘的刻蚀速率和均匀性。

Description

增进流场均匀性的屏蔽板

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别是一种应用于半导体刻蚀工艺中的屏蔽板。

背景技术

半导体制造技术包括金属、介质及其他半导体材料的沉积，上述材料的刻蚀，光阻掩膜层的去除等工序。在刻蚀工艺中，等离子体刻蚀技术广泛地应用于栅刻蚀、介质刻蚀以及金属刻蚀等刻蚀工艺中。一个典型的等离子刻蚀反应室包括腔室、等离子体产生与控制装置、工艺气体输送装置、用于硅片固定的硅片卡盘以及工艺组件(Process Kits，用于控制及限定气体流动和等离子体存在区域、以及避免刻蚀产物吸附沉积在不易进行拆装清洗的腔室内壁)等。

在低压下，反应气体在射频功率的激发下，产生电离形成等离子体，等离子体是由带电的电子和离子组成，反应腔体中的气体在电子的撞击下，除了转变成离子外，还能吸收能量并形成大量的活性基团。活性反应基团和被刻蚀物质表面形成化学反应并形成挥发性的反应性生生成物。反映生成物脱离被刻蚀物质表面，并被真空系统抽出腔体。

在反应腔室内部的非均匀性气体分布将导致在腔室内部的晶片表面上的刻蚀速率和均匀性有较大的变化。在半导体加工厂，进入反应腔室的工艺气体被激活产生的等离子体刻蚀晶片表面的材质。而目前晶片的尺寸从100mm增加到300mm，反应腔室的体积也相应的增大，这使得要想提供更加均匀的气体分布更加困难，因此从晶片的中央到周围的刻蚀速率与均匀性有很大的变化原因在于气体分布的非均匀性。

尽管等离子技术为半导体制造业所广泛接受，该技术的应用仍然不断地面临相当数量的挑战。值得指出的是，大量的生产/研发数据表明，在制造工艺过程中，要保证工艺气体在半导体硅片表面实现均匀分布是非常困难的，而硅片表面均匀稳定的气流分布则是实现稳定的气态等离子技术的关键要素。

如图1所示，目前半导体刻蚀设备中的下抽式刻蚀装置结构，包括反应室1和位于反应室1下方的抽气室2。其中在反应室1内装有静电卡盘，静电卡盘5上吸附有待加工的晶片，反应室1顶壁中央设有进气喷嘴3，抽气室2底壁中央设有排气口4，在反应室1和抽气室2之间设有屏蔽板6，屏蔽板6的结构包括板体，在板体上设有若干均匀分布的圆孔。屏蔽板6一方面用于防止刻蚀生产物污染反应腔室的作用，另一方面，屏蔽板6上的若干气孔也是反应气体由反应室1到抽气室2的通道。该屏蔽板6上的若干气孔是均匀分布的圆孔。在刻蚀过程中，反应室1和抽气室2内气体流动，这种圆孔使得在静电卡盘表面上变化较大，致使形成的反应基团与被刻蚀物质表面发生的化学反应速度差异较大，最终导致刻蚀速率的不均匀性。

如图2所示，目前半导体刻蚀设备中的侧抽式刻蚀装置结构，其结构与下抽式刻蚀装置结构基本相同，只是抽气室2位于反应室1侧面。Daugherty John等人在美国专利6,821,378中提出了一种采用不对称屏蔽筛的屏蔽板设计来减慢工艺气体在侧抽型刻蚀腔室内的流动速度，从而提高硅片表面工艺气体气流的均匀性。该屏蔽板设计针对侧抽型刻蚀腔室，其屏蔽筛采用圆孔、方孔、槽型孔等设计，在使用槽型孔设计时，其屏蔽筛孔隙率(孔隙率定义为屏蔽筛孔面积与屏蔽筛面积(不是整个屏蔽板面积)的比值)最大可达90％。该发明指出，屏蔽筛孔隙率越小，气体通过屏蔽筛而被真空系统抽除的通过率越低。当屏蔽筛孔隙率为57％～76％时，刻蚀均匀性有明显改善，当孔隙率为57％时，刻蚀均匀性改善最为明显，可提高50％。尽管这些结构对刻蚀均匀性改善有一定的效果，但是目前大多数的刻蚀设备仍然面临着刻蚀速率不均匀的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种可以增进反应室内气体流场均匀性的屏蔽板。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明增进流场均匀性的屏蔽板，所述屏蔽板位于反应室与抽气室之间，包括板体，其中所述板体呈环形，在所述板体上由中心向圆周方向呈放射状分布有若干气孔，且若干气孔从板体中心向圆周方向逐渐变大。

其中所述气孔的横截面呈多边形，且多边形的边数是3的倍数；优选为正多边形，最优选为正六边形

其中所述气孔的横截面呈四边形，且每个四边形孔内，沿四边形的两条对角线各自设置一块隔板，将所述四边形分隔成四个三角形。

其中所述气孔的纵截面呈锥形。

(三)有益效果

本发明的增进流场均匀性的屏蔽板的优点和积极效果在于：本发明中，由于若干气孔在板体上由中心向圆周方向呈放射状分布，且若干气孔从板体中心向圆周方向逐渐变大，从而改变了气体在反应腔室内部的流动途径，改善了气体在反应腔室内部的分布均匀性，从而使得在晶片表面上各点的刻蚀速率更加相近。即使随着晶片尺寸的增大，本发明的技术方案也能很好地控制从晶片中央到边缘的刻蚀速率和均匀性。具体效果见根据仿真计算得到的晶片表面1毫米处不同压力场对比图，即图6、图7和图8。从以上三张图中明显可以看出，采用具有三角形孔和六边形孔的屏蔽板后，晶片表面压力场明显比圆形屏蔽板压力场不仅对称而且压差也有明显减小，这表明，采用具有三角形孔和六边形孔的屏蔽板后，晶片表面流场均匀性有明显改善。

附图说明

图1是现有的下抽式半导体刻蚀装置的结构示意图；

图2是现有的侧抽式半导体刻蚀装置的结构示意图；

图3是本发明的增进流场均匀性的屏蔽板的第一种实施例的俯视图；

图4是图3的局部放大图；

图5是本发明的增进流场均匀性的屏蔽板的第二种实施例的俯视图；

图6是图5的局部放大图；

图7是使用现有的具有圆形气孔的屏蔽板时，晶片表面压力场图；

图8是使用本发明的具有三角形气孔的屏蔽板时，晶片表面压力场图；

图9是使用本发明的具有六边形气孔的屏蔽板时，晶片表面压力场图。

图中：1.反应室；2.抽气室；3.进气喷嘴；4.排气口；5.静电卡盘；6.屏蔽板；10.板体；20.气孔。

具体实施方式

下面结合附图，进一步详细说明本发明增进流场均匀性的屏蔽板的具体实施方式，但不用来限制本发明的保护范围。

参见图3和图4。本发明的增进流场均匀性的屏蔽板的第一种实施例结构，包括呈环形的板体1，在板体1上由中心向圆周方向呈放射状分布有若干气孔，且若干气孔从板体1中心向圆周方向逐渐变大。气孔的横截面形状为四边形，且每个四边形孔内，沿四边形的两条对角线各自设置一块隔板，将所述四边形气孔分隔成四个三角形气孔，每个三角形气孔的纵截面呈锥形。

参见图5和图6。本发明的增进流场均匀性的屏蔽板的第二种实施例结构，包括呈环形的板体1，在板体1上由中心向圆周方向呈放射状分布有若干气孔，且若干气孔从板体1中心向圆周方向逐渐变大。所述各个气孔的横截面为正六边形，也可以是正三角形或正九边形等正多边形，也可以不必是正多边形，不等边的多边也可以，但要保证多边形的边数是3的倍数。每个气孔的纵截面为锥形，也可以是圆形等其他形状。

屏蔽板上的气孔相对于反应腔室出口的距离有远近之分，从而使得距离出口远的气孔处气体流导大于距离出口近的气孔处气体流导。流导小的地方可以使气体更加容易的流出反应腔室出口，而流导大的地方气体将不易流出反应腔室出口。通过改变屏蔽板上气孔的分布位置或者气孔尺寸可以使得反应腔室内部不同地方的气体流导相近，从而获得更加均匀的气体分布。本发明中，在屏蔽板体上加工许多三角形以及六边形气孔供反应气体的流动通过。这些气孔呈放射状分布在静电卡盘周围，所以在靠近静电卡盘位置分布得较密集，在远离静电卡盘位置分布得较稀疏，同时，在靠近静电卡盘位置气孔较小，在远离静电卡盘位置孔较大。本发明通过改变分布在屏蔽板上气孔的疏密程度以及屏蔽板上气孔的大小尺寸：气孔稀疏的地方对应在离气体出口近的位置以增加气体的流导；气孔稠密的地方对应在离气体出口远的位置以减小气体流导；气孔尺寸小的地方对应在离气体出口近的位置以增加气体的流导；气孔尺寸大的地方对应在离气体出口远的位置以减小气体的流导。这两种方式均可以改善反应腔室内气体的流导，使得气体的分布更加均匀。

以上为本发明的最佳实施方式，依据本发明公开的内容，本领域的普通技术人员能够显而易见地想到的一些雷同、替代方案，均应落入本发明保护的范围。

Claims (6)

1.增进流场均匀性的屏蔽板，所述屏蔽板位于反应室与抽气室之间，包括板体(1)，其特征在于所述板体(1)呈环形，在所述板体(1)上由中心向圆周方向呈放射状分布有若干气孔，且若干气孔从板体(1)中心向圆周方向逐渐变大。

2.根据权利要求1所述的增进流场均匀性的屏蔽板，其特征在于所述气孔的横截面呈多边形，且多边形的边数是3的倍数。

3.根据权利要求1所述的增进流场均匀性的屏蔽板，其特征在于所述气孔的横截面呈四边形，且每个四边形孔内，沿四边形的两条对角线各自设置一块隔板，将所述四边形分隔成四个三角形。

4.根据权利要求1所述的增进流场均匀性的屏蔽板，其特征在于所述气孔的纵截面呈锥形。

5.根据权利要求2所述的增进流场均匀性的屏蔽板，其特征在于所述气孔的横截面呈正多边形。

6.根据权利要求5所述的增进流场均匀性的屏蔽板，其特征在于所述气孔的横截面呈正六边形。

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