CN100399505C - 气流分布均匀的刻蚀装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体晶片加工中的刻蚀装置。本发明气流分布均匀的刻蚀装置包括反应室和下电极支撑装置，其中下电极支撑装置由偶数个对称布置的连接套管组成。本发明的积极效果是：由于连接套管是对称布置的，所以气流受到的阻碍也是对称的，于是在晶片上方的气流也具有良好的对称性；另外由于连接套管安装在静电卡盘的下端部位置，气流受阻碍的位置在静电卡盘侧壁与反应室侧壁形成的环形区域内，而在静电卡盘上表面边缘位置处几乎不受到阻碍气流的影响，所以在晶片上方的气流也几乎不会受到影响，这就使得在晶片上方的气流分布非常均匀，这样对等离子体形成均匀场有很好的促成作用，使化学反应速度、刻蚀速率具有较好的均匀性。

Description

气流分布均匀的刻蚀装置

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别是半导体晶片加工中的刻蚀装置。

背景技术

等离子体刻蚀机主要是利用等离子体对晶片的物理及化学反应而工作的。晶片刻蚀的均匀性是刻蚀工艺的一个及其重要的指标，而与该指标密切相关的是化学气体进入反应腔室后形成的气流场。该气流场相对于晶片中心的对称是刻蚀工艺的必然要求，也是刻蚀机反应腔体整体设计必须考虑的关键技术。气流场主要是与气体喷入装置、下电极装置、抽气装置(分子泵)有关。相关技术术语的解释：气流场：由于等离子体刻蚀机需要维持一定的真空度，所以需要增加抽气装置(分子泵)。故当喷气装置向反应腔室喷入气体时，气体会被抽气装置抽走，形成气流场，同时气体会被射频耦合器激发成等离子体态。气体喷入装置：向反应腔室喷入工艺气体的装置。下电极装置：在反应腔室承载被刻蚀晶片的装置。抽气装置(分子泵)：对反应腔室抽真空的装置。

如图1所示，目前应用较为普遍的刻蚀装置结构包括反应室6和与反应室6侧壁连通的抽气室。在反应室6的顶壁中央设有进气装置2，在抽气室底壁设有抽气装置5。反应室6内中央位置装有静电卡盘，静电卡盘上吸附有待加工的晶片1，静电卡盘下面设有下电极装置3。由于进气装置2与抽气装置5是偏移布置的，因此反应气体进入反应腔室后在晶片1表面上方的分布不具有轴对称性，会因为抽气装置(分子泵)5相对于晶片1固有的非对称性，从而造成工艺气流在其行程中的非对称性，这样不利于等离子体的均匀，进而影响晶片1的刻蚀均匀性。

如图2和图3所示，该种刻蚀装置结构中抽气装置5位于反应室6的正下方，即位于下电极装置3的正下方，其中的下电极装置3通过固定在反应室6一侧的下电极支撑臂3a支撑。反应室内晶片上方的气流分布有所改善。但是，由于支撑手臂3a有一定的强度要求以及内腔要通过多种电气、机械管路如下电极电极棒3b、下电极管路3c等，故体积较大。如图3所示，下电极支撑臂3a的宽度较大，不可避免地对气流产生了阻碍作用，在气流流动的路径上形成了一道屏障，从而影响了气流流动的对称性，图2中，气流在气流4a处遭遇屏障，但是在气流4b处气流流动很顺畅，该两处气流不均匀，而且气流在靠近晶片1边缘位置流动就不均匀，从而不利于等离子体的均匀性。

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，提供一种提高在反应室内、静电卡盘正上方气体分布均匀性的气流分布均匀的刻蚀装置。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明气流分布均匀的刻蚀装置，包括反应室、由下电极射频棒和下电极管路组成的下电极装置、下电极支撑装置，其特征在于所述下电极支撑装置由偶数个对称布置的连接套管组成，所述下电极射频棒和下电极管路分别设置在连接套管内。

其中所述各个连接套管相对于水平面的夹角相同。

其中所述连接套管的一端连接在静电卡盘下端部侧面，另一端连接在反应室下端部侧壁上。

其中所述连接套管的一端连接在静电卡盘底端面上，另一端连接在反应室底壁上。

其中所述连接套管的截面形状为圆形、椭圆形、矩形、梯形、三角形或顶边为弧形其余三边为直线的四边形。

其中所述连接套管的截面形状为四边形，其中两个相对边为直线，另两相对边中靠近反应室中心的边为直线，靠近反应室侧壁的边为弧形。

其中所述连接套管的弧形边的弧度与静电卡盘的弧度相同，且该弧形边的外沿与静电卡盘的外沿平齐或位于静电卡盘外沿的以内。

(三)有益效果

本发明的气流分布均匀的刻蚀装置的优点和积极效果在于：由于连接套管是对称布置的，气流在连接套管上方受到阻碍，所以气流受到的阻碍也是对称的，即气流的流通路径相对晶片是成中心对称的，于是在晶片上方的气流也具有良好的对称性；另外由于连接套管安装在静电卡盘的下端部位置，所以气流受阻碍的位置在静电卡盘侧壁与反应室侧壁形成的环形区域内，而在静电卡盘上表面边缘位置处几乎不受到阻碍气流的影响，所以在晶片上方的气流也几乎不会受到影响，这就使得在晶片上方的气流分布非常均匀，这样对等离子体形成均匀场有很好的促成作用，致使形成的反应基团与被刻蚀晶片表面发生的化学反应速度差异较小，使刻蚀速率具有较好的均匀性。

附图说明

图1是现有的侧抽气式刻蚀装置的结构示意图；

图2是现有的下抽气式刻蚀装置的结构示意图；

图3是图2所示结构中的下电极支撑臂的结构示意图；

图4是本发明的气流分布均匀的刻蚀装置的第一种实施例的结构示意图；

图5是图4所示结构中的一种连接套管的立体图；

图6是图4所示结构中的另一种连接套管的立体图；

图7是本发明的气流分布均匀的刻蚀装置的第二种实施例的结构示意图；

图8是图7所示结构中的连接套管的立体图。

图中：1.晶片；2.进气装置；3.下电极装置；3a.下电极支撑臂；3b.下电极射频棒；3c.下电极管路；5.抽气装置；6.反应室；7.连接套管。

具体实施方式

下面结合附图，进一步详细说明本发明气流分布均匀的刻蚀装置的具体实施方式，但不用来限制本发明的保护范围。

参见图4、图5和图6。本发明的气流分布均匀的刻蚀装置的第一种实施例的结构，反应室6和位于反应室6正下方的抽气室。在反应室6的顶壁中央设有进气装置2，在抽气室底壁设有抽气装置，即分子泵5。反应室6内中央位置装有静电卡盘，静电卡盘上吸附有待加工的晶片1，静电卡盘下面设有下电极装置3，下电极装置3包括下电极射频棒3b和下电极管路3c等。所述下电极支撑装置由两个对称布置的连接套管7组成。下电极射频棒3b和下电极管路3c由下电极支撑装置安装在刻蚀装置中。下电极射频棒3b和下电极管路3c分别设置在该两个连接套管7中。由于是对称布置的，反应室内的气流对称地受到障碍，所以在静电卡盘上方，气体分布具有良好的对称性，利于减小化学反应速度差异，使刻蚀速率具有较好的均匀性。两个连接套管7相对于水平面的夹角相同，进一步加强气体流动的对称性。连接套管7的截面形状可以是为圆形、椭圆形、矩形(如图5)、梯形或三角形，顶边为弧形其余三边为直线的四边形(如图6)，这样其上端面形成的圆弧状对气流4具有最小的影响。连接套管7的体积应该尽量小，这样对气流的顺畅流动有好处，当然也可以设计成其他形状。连接套管7的一端连接在静电卡盘下端部侧面，另一端连接在反应室6下端部侧壁上。连接套管7的个数不限于两个，还可以是四个、六个等，具体根据反应室的大小等因素而定。但连接套管7的个数一定为偶数个，以保持对称性。

工作中，由进气装置2进入反应室内的工艺气体，沿着图中箭头所示方向流动，最后由分子泵5抽出。其中气流在连接套管7上方受到阻碍，由于两个连接套管7是对称布置的，所以气流受到的阻碍也是对称的，即气流的流通路径相对晶片是成中心对称的，于是在晶片1上方的气流也具有良好的对称性；另外由于连接套管7安装在静电卡盘的下端部位置，所以气流受阻碍的位置4d在静电卡盘侧壁与反应室侧壁形成的环形区域内，而在静电卡盘上表面边缘位置4c处几乎不受到阻碍气流的影响，所以在晶片上方的气流也几乎不会受到影响，这就使得在晶片上方的气流分布非常均匀，这样对等离子体形成均匀场有很好的促成作用。

参见图7和图8。本发明的气流分布均匀的刻蚀装置的第二种实施例结构与第一种实施例结构基本相同。不同之处仅在于连接套管7是竖直安装的，即连接套管7的一端连接在静电卡盘底端面上，另一端连接在反应室6底壁上。这种竖直安装方式减小了连接套管7对气流的阻碍作用，使反应室内的气体不仅对称，还更加均匀。另外，本实施例中，连接套管7的截面形状为四边形，其中两个相对边为直线，另两相对边中靠近反应室6中心的边为直线，靠近反应室6侧壁的边为弧形，该弧形边的弧度与静电卡盘的弧度相同，且该弧形边的外沿与静电卡盘的外沿平齐或位于静电卡盘的外沿以内，主要是为了最大限度地减小连接套管7对气流的阻碍作用，使反应室内的气体分布更加均匀。

本实施例中，连接套管7几乎不对气流产生阻碍作用，只是反应室6侧壁向内凸起部分在4e位置处产生一定的阻碍作用，但该4e位置距离晶片1更远，更加利于在晶片1上方形成中心对称、均匀的气流，这样对等离子体形成均匀场有很好的促成作用。

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 (7)

1.气流分布均匀的刻蚀装置，包括反应室(6)、由下电极射频棒(3b)和下电极管路(3c)组成的下电极装置(3)、下电极支撑装置，其特征在于所述下电极支撑装置由偶数个对称布置的连接套管(7)组成，所述下电极射频棒(3b)和下电极管路(3c)分别设置在连接套管(7)内。

2.根据权利要求1所述的气流分布均匀的刻蚀装置，其特征在于所述各个连接套管(7)相对于水平面的夹角相同。

3.根据权利要求1所述的气流分布均匀的刻蚀装置，其特征在于所述连接套管(7)的一端连接在静电卡盘下端部侧面，另一端连接在反应室(6)下端部侧壁上。

4.根据权利要求1所述的气流分布均匀的刻蚀装置，其特征在于所述连接套管(7)的一端连接在静电卡盘底端面上，另一端连接在反应室(6)底壁上。

5.根据权利要求3所述的气流分布均匀的刻蚀装置，其特征在于所述连接套管(7)的截面形状为圆形、椭圆形、矩形、梯形、三角形或顶边为弧形其余三边为直线的四边形。

6.根据权利要求4所述的气流分布均匀的刻蚀装置，其特征在于所述连接套管(7)的截面形状为四边形，其中两个相对边为直线，另两相对边中靠近反应室(6)中心的边为直线，靠近反应室(6)侧壁的边为弧形。

7.根据权利要求6所述的气流分布均匀的刻蚀装置，其特征在于所述连接套管(7)的弧形边的弧度与静电卡盘的弧度相同，且该弧形边的外沿与静电卡盘的外沿平齐或位于静电卡盘外沿的以内。

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