CN103151235B - 一种提高刻蚀均匀性的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高刻蚀均匀性的装置，所述整流护套设置在刻蚀腔内部，整流护套是一个下部为空心圆柱状支撑结构和上部为套设在支撑结构上的具有一定厚度的耐腐蚀的环形平面结构；整流护套将整个刻蚀腔体反应腔室分为上部的晶圆片刻蚀区和下部的真空排气区；整流护套将等离子体限制在上部晶圆片附近的关键区域，使等离子控制区域减小，均匀性更易控制；在更小的空间里，等离子浓度提高，从而可以得到更快的刻蚀速率；整流护套上均匀设置有若干通孔，使得上部气体被均匀分流后，经过分子泵通过不对称的两个气体排出口被抽走，新型整流护套起到排气的缓冲作用，减小了分子泵抽气对刻蚀均匀性的影响。

Description

一种提高刻蚀均匀性的装置

技术领域

本发明涉及一种刻蚀装置，尤其涉及一种提高刻蚀均匀性的装置。

背景技术

随着集成电路的发展，半导体器件的集成度提高，半导体器件的线宽越来越小，关键尺寸的控制也越来越重要，对刻蚀工艺的要求亦越来越高。目前经常采用的刻蚀技术是干法刻蚀，干法刻蚀即为等离子刻蚀。干法刻蚀中，均匀性是不同刻蚀位置的刻蚀速率差异的重要指标，较好的均匀性会得到较佳的良率，尤其是当刻蚀晶圆的面积增大时，均匀性的控制就显得更加重要。

然而，如E-max（AppliedMaterials（简称：AMAT）公司生产的等离子刻蚀设备的一种型号）等离子刻蚀设备，工艺气体从腔体顶部的气体喷射（Gasinject）进入腔体后，在高频电场和磁场的作用下，工艺气体被激化成为等离子体。由于E-max等离子刻蚀设备的腔体容积较大，为了满足工艺所需要的等离子体的浓度，需要使用较多气体以产生足够多的等离子体，同时需要提高电场和磁场的强度。但仅有部分等离子体作用于晶圆片（wafer）表面。这样导致晶圆片表面关键区域的等离子体均匀性较难控制。同时为了维持工艺低压的要求，需要使用高抽气速率的分子泵，但是过高的抽气速率会影响工艺气体的均匀性和等离子体的均匀性。因此，E-max等离子刻蚀设备使用2个不对称的分子泵（从2个不对称的方向抽气）以减小影响。这样，E-max等离子刻蚀设备的腔体同一平面内各处受排气的影响并不相同，对刻蚀均匀性有不良影响，尤其是在需要大流量气体的工艺条件下，均匀性明显变差。

中国专利（申请号：200510126293.9）公开了一种提高刻蚀均匀性等离子体刻蚀装置，在反应腔体上方设置一个具有多个进气孔的石英盖，进气孔一个在石英盖中心位置，其余的均匀分布在四周。使得工艺气体通过进气孔进入反应腔体，从而提高反应腔室内气体的均匀性。

虽然如上述那样可以提高进入腔体气体的均匀性，但是在工艺条件需要较大量气体的情况下，通过进气孔来激发气体，会仅有部分气体被离子化，部分等离子体作用于晶圆片表面，这样导致晶圆片表面关键区域的等离子体均匀性较难控制；并且无法减小由于过高的抽气速率影响工艺气体的均匀性和刻蚀均匀性的影响。

中国专利（申请号：201120564198.8）公开了一种提高干法刻蚀薄膜均匀性的托盘，托盘上均匀分布多个通孔，刻蚀玻璃基板固定于凸起锥形的托盘上并压紧，刻蚀过程中通孔通入冷却媒介气体；解决了由于通入冷却媒介气体使玻璃基板凸起而引起的刻蚀不均匀的问题。

虽然如上述那样可以解决由于冷却媒介气体造成的玻璃基板凸起而引起刻蚀不均匀的问题，但是，在工艺条件需要大量气体的情况下，仅有部分等离子体作用于晶圆片表面，导致晶圆片表面关键区域的等离子体均匀性较难控制，并且也无法减小由于过高的抽气速率影响工艺气体的均匀性和刻蚀均匀性的影响。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供一种提高刻蚀均匀性的装置，以改善现有等离子刻蚀过程中均匀性难控制的问题。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种提高刻蚀均匀性的装置，应用于刻蚀工艺中，包括一刻蚀腔体，所述刻蚀腔体包括腔体侧壁和阴极衬垫，且所述阴极衬垫的侧壁上固定设置有一缓冲环，其特征在于，

所述刻蚀腔体的内部设置有一整流护套，所述整流护套套设在所述阴极衬垫上，并与所述缓冲环固定连接，以将所述刻蚀腔体的反应腔室隔离为上部刻蚀区和下部排气区；

所述整流护套上设置有多个通孔，所述上部刻蚀区与所述下部排气区通过所述多个通孔贯通；所述通孔为圆形孔或矩形孔或网状孔的任一种或者多种。

上述的提高刻蚀均匀性的装置，其特征在于，所述整流护套包括环形平面结构和空心圆柱状支撑结构，所述环形平面结构固定套设在所述空心圆柱状支撑结构的外表面的侧壁上；所述环形平面结构和空心圆柱状支撑结构可以是连接的不可拆分的结构，也可以是可拆分的结构。

上述的提高刻蚀均匀性的装置，其特征在于，所述空心圆柱状支撑结构套设在所述阴极衬垫的外表面侧壁上，且该空心圆柱状支撑结构的支撑面与所述缓冲环的上表面相接。

上述的提高刻蚀均匀性的装置，其特征在于，所述多个通孔均匀设置在所述环形平面结构上，且通孔的多少和孔径的大小可以确保上部刻蚀区的等离子体可以均匀平缓的流入到下部抽气区。

上述的提高刻蚀均匀性的装置，其特征在于，所述环形平面结构的外侧壁紧贴于所述腔体内侧壁上。

上述的提高刻蚀均匀性的装置，其特征在于，所述环形平面结构的上表面距离所述刻蚀腔体的底部的高度小于所述阴极衬垫的顶部表面距离所述刻蚀腔体的底部的高度；所述环形平面结构有一定的厚度，可以使得上部刻蚀区的等离子体在通过通孔进入下部抽气区时，在通孔里的流程较长，从而使得等离子体可以被隔离在刻蚀区且不影响等离子体的排出。

上述的提高刻蚀均匀性的装置，其特征在于，所述整流护套的材料为金属或陶瓷。

上述的提高刻蚀均匀性的装置，其特征在于，所述整流护套的材料为铝。

上述的提高刻蚀均匀性的装置，其特征在于，所述整流护套的表面上设置有抗腐蚀层，所述抗腐蚀层的材质为氧化铝或三氧化二钇。

上述的提高刻蚀均匀性的装置，其特征在于，所述刻蚀腔体为E-max等离子刻蚀设备中的刻蚀腔体。

上述技术方案具有如下优点或者有益效果：

通过在E-max等离子刻蚀设备内部加入一个整流护套，工艺气体从刻蚀腔体顶部的Gasinject进入刻蚀腔体，在高频电场和磁场的作用下，被激化产生等离子体，由于整流护套上均匀分布若干通孔，将等离子体一定作用的限制在上部刻蚀腔体的内部，等离子体被聚集在靠近晶圆片的区域，均匀性更容易掌控；另外，在更小的空间里，等离子浓度提高，从而可以在刻蚀过程中得到更快的刻蚀速率；更进一步的，由于等离子体通过整流护套上的通孔均匀分流，经过分子泵的作用，等离子体被抽走，整流护套起到排气的缓冲作用，这样减少了下部的分子泵抽气对刻蚀均匀性的影响。

附图说明

图1是现有技术中E-max等离子刻蚀设备的刻蚀腔体的结构示意图；

图2是本发明实施例中整流护套上表面与阴极衬垫上表面的高度对比示意图；

图3是本发明实施例中应用整流护套的E-max等离子刻蚀设备的刻蚀腔体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。

图1是现有技术中E-max等离子刻蚀设备的刻蚀腔体的结构示意图；如图1所示。E-max的刻蚀腔体1包括阴极衬垫（CathodeLiner）2、分子泵气体排出口5和分子泵气体排出口6；阴极衬垫2设置在E-max的刻蚀腔体1的内部，晶圆片3放置在阴极衬垫2上，分子泵气体排出口5和分子泵气体排出口6设置在E-max的刻蚀腔体1的底部，并且不对称；阴极衬垫2包括一个缓冲环(buffer)4；当工艺气体从顶部的Gasinject进入腔体后，在高频电场和磁场的作用下，工艺气体被激化成为等离子体。由于E-max等离子刻蚀设备的刻蚀腔体1的容积较大，为了满足工艺所需要的等离子体的浓度，需要使用较多气体以产生足够多的等离子体，同时需要提高电场和磁场的强度。但仅有部分等离子体作用于晶圆片3表面。这样导致晶圆片3表面关键区域的等离子体均匀性较难控制。同时为了维持工艺低压的要求，需要使用高抽气速率的分子泵，但是过高的抽气速率会影响工艺气体的均匀性和等离子体的均匀性。因此，E-max等离子刻蚀设备的刻蚀腔体3使用2个不对称的分子泵经过气体排出口5和6抽出气体以减小影响。这样，E-max等离子刻蚀设备的刻蚀腔体3同一平面内各处受排气的影响并不相同，对刻蚀均匀性有不良影响，尤其是在需要大流量气体的工艺条件下，均匀性明显变差。

图2是本发明实施例中整流护套上表面与阴极衬垫上表面的高度对比示意图；如图2所示，整流护套7的上表面与刻蚀腔体1的底部的距离为h1，阴极衬垫2的上表面与刻蚀腔体1的底部的距离为h2，h1小于h2，即整流护套7的上表面低于阴极衬垫2的上表面，可以将等离子体控制在晶圆片附近，使得晶圆片附近的等离子体均匀分布，从而提高刻蚀均匀性。

图3是本发明实施例中应用整流护套的E-max等离子刻蚀设备的刻蚀腔体结构示意图；如图3所示，整流护套7包括空心圆柱状的支撑结构和套设在空心圆柱状支撑结构上的环形平面结构，环形平面结构上均匀分布若干通孔8；整流护套7套设在阴极衬垫2上，空心圆柱状支撑结构的下方与缓冲环4相接，环形平面结构的外侧壁紧贴于E-max等离子刻蚀设备的刻蚀腔体1的内侧壁；工艺气体从刻蚀腔体顶部的Gasinject进入E-max等离子刻蚀设备的刻蚀腔体1，在高频电场和磁场的作用下，被激化产生等离子体，由于整流护套7上均匀分布若干通孔8，将等离子体一定作用的限制在上部刻蚀区，等离子体被聚集在靠近晶圆片3的区域，均匀性更容易掌控；另外，在更小的空间里，等离子浓度提高，从而可以在刻蚀过程中得到更快的刻蚀速率；更进一步的，由于等离子体通过整流护套7上的通孔8均匀分流，经过分子泵的作用，通过分子泵气体排出口5和分子泵气体排出口6，等离子体被抽走，整流护套7起到排气的缓冲作用，这样减少了下部的分子泵抽气对刻蚀均匀性的影响。

对比图1和图3，本发明通过在现有的等离子刻蚀设备的刻蚀腔体内，加入整流护套，将整个刻蚀腔体的反应腔室分为上下两个部分，其中上部为晶圆片刻蚀区，下部为真空排气区；整流护套将等离子体限制在上部晶圆片附近的关键区域，使等离子体控制区域减小，均匀性更容易控制；在更小的空间里，等离子浓度提高，从而可以在刻蚀过程中得到更快的刻蚀速率；整流护套上均匀设置有通孔，使得上部气体被均匀分流后，经过分子泵的作用通过不对称的两个气体排出口被抽走，整流护套起到排气的缓冲作用，减小了分子泵抽气对刻蚀均匀性的影响。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的申请专利范围，所以凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等效变化，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种提高刻蚀均匀性的装置，应用于刻蚀工艺中，包括一刻蚀腔体，所述刻蚀腔体包括腔体侧壁和阴极衬垫，且所述阴极衬垫的侧壁上固定设置有一缓冲环，其特征在于，

所述刻蚀腔体的内部设置有一整流护套，所述整流护套套设在所述阴极衬垫上，并与所述缓冲环固定连接，以将所述刻蚀腔体的反应腔室隔离为上部刻蚀区和下部排气区；

所述整流护套上包括环形平面结构和空心圆柱状支撑结构，所述环形平面结构固定套设在所述空心圆柱状支撑结构的外表面的侧壁上，所述环形平面结构上均匀设置有多个通孔；

所述环形平面结构的上表面距离所述刻蚀腔体的底部的高度小于所述阴极衬垫的顶部表面距离所述刻蚀腔体的底部的高度。

2.如权利要求1所述的提高刻蚀均匀性的装置，其特征在于，所述空心圆柱状支撑结构套设在所述阴极衬垫的外表面侧壁上，且该空心圆柱状支撑结构的支撑面与所述缓冲环的上表面相接。

3.如权利要求1所述的提高刻蚀均匀性的装置，其特征在于，所述环形平面结构的外侧壁紧贴于所述腔体内侧壁上。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的提高刻蚀均匀性的装置，其特征在于，所述整流护套的材料为金属或陶瓷。

5.如权利要求4所述的提高刻蚀均匀性的装置，其特征在于，所述整流护套的材料为铝。

6.如权利要求1-3中任意一项所述的提高刻蚀均匀性的装置，其特征在于，所述整流护套的表面上设置有抗腐蚀层，所述抗腐蚀层的材质为氧化铝或三氧化二钇。

7.如权利要求1-3中任意一项所述的提高刻蚀均匀性的装置，其特征在于，所述刻蚀腔体为E-max等离子刻蚀设备中的刻蚀腔体。