CN104347337B - 刻蚀机和利用刻蚀机刻蚀晶片的方法 - Google Patents

刻蚀机和利用刻蚀机刻蚀晶片的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种刻蚀机，该刻蚀机包括具有刻蚀腔的刻蚀机本体，其中，所述刻蚀机还包括紫外光发生装置，该紫外光发生装置中产生的紫外光能够射入所述刻蚀腔内，照射该刻蚀腔内的光刻胶。本发明还提供一种利用刻蚀机对晶片进行刻蚀的方法。与利用等离子对光刻胶进行处理的方法相比，利用紫外光可以更加充分地破坏光刻胶的分子结构中的“C=O”键，而且造成光刻胶损失较小。

Description

刻蚀机和利用刻蚀机刻蚀晶片的方法
技术领域
本发明涉及半导体设备制造领域，具体地，涉及一种刻蚀机和一种利用该刻蚀机刻蚀晶片的方法。
背景技术
微电子器件的制造包含许多不同的阶段，每一阶段又包含各种不同的制程，刻蚀是其中重要的制程之一。刻蚀过程主要包含将等离子体引到晶片(待刻蚀材料，如硅)表面，通过物理和化学作用腐蚀基材表面，进而形成所需要的各种线条、孔洞、沟槽或其他形状。
等离子体刻蚀设备通常用于实现上述刻蚀过程。图1展示了现有技术中用于等离子刻蚀的刻蚀机的结构图，如图1所示，所述刻蚀机包括刻蚀机本体10，该刻蚀机本体10内形成有刻蚀腔11，待刻蚀材料设置在刻蚀腔11内，并且待刻蚀材料上涂敷有光刻胶。
在等离子刻蚀中，刻蚀图形的形貌与光刻胶的形貌直接相关。
在光刻胶的曝光过程中，光刻胶的图形边缘会出现凹凸起伏，这些不平整的起伏会在后续的等离子体刻蚀中传递到下层材料中去，形成线条边缘粗糙度(Line EdgeRoughness，LER)，同时也造成线条尺寸的不一致，称为线条尺寸粗糙度(Line WidthRoughness，LWR)，LWR的定义如图2所示。CD1、CD2、CD3……CDi，CDn为光刻胶线条各个部分的宽度，线条尺寸粗糙度
线条宽度是影响集成电路器件的性能至关重要的参数之一，特别是栅极的尺寸直接影响器件的速度。随着集成电路技术逐渐进入22nm及以上的技术代，光刻技术逐渐采用193nm浸没式光刻技术，其光刻胶的分子结构如下所示：
由于较多的“C＝O”键的存在，造成光刻胶长链分子链扭曲现象比较严重，LWR对于集成电路器件稳定性和一致性的影响也更加严重，必须采取手段尽可能减少LWR现象。目前常采用的降低LWR现象的手段是向刻蚀腔11内通入HBr等离子体，但是这种方法效果并不是很好，通常，利用HBr等离子处理光刻胶后，光刻胶的密集线条的LWR为4nm，孤立线条的LWR为5nm。而且由于HBr等离子体中有离子的存在，从而会造成光刻胶损失。
因此，如何有效地减少线条的LWR和LER现象成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种刻蚀机和一种利用该刻蚀机刻蚀晶片的方法，利用所述刻蚀机对待刻蚀材料进行刻蚀时，可以有效地降低线条的LWR和LER现象。
为实现本发明的目的而提供一种刻蚀机，该刻蚀机包括具有刻蚀腔的刻蚀机本体，其中，所述刻蚀机还包括紫外光发生装置，该紫外光发生装置中产生的紫外光能够射入所述刻蚀腔内，照射该刻蚀腔内的光刻胶。
优选地，所述刻蚀机本体的侧壁上设置有导光通孔，该导光通孔内设置有紫外透镜组，所述紫外光发生装置中产生的紫外光能够通过所述紫外透镜组射入所述刻蚀腔内，且所述紫外透镜组能够将所述紫外光发生装置中产生的紫外光分散。
优选地，所述紫外光发生装置包括设置有紫外光发生腔的紫外光发生本体、缠绕在所述紫外光发生本体外部的第一射频线圈和用于提供气体的气体源，所述紫外光发生腔通过所述导光通孔和所述紫外透镜组与所述刻蚀腔光路相通，且所述紫外光发生腔与所述气体源流体相通。
优选地，所述气体源能够提供H2、HBr、NH3和He中的任意一种。
优选地，所述紫外光发生装置还包括与所述紫外光发生腔流体相通的抽真空泵。
优选地，所述气体源与所述刻蚀腔选择性地流体相通。
优选地，所述紫外光发生装置还包括第一屏蔽壳体，该第一屏蔽壳体罩在所述第一射频线圈外部。
为实现本发明的目的还提供一种利用刻蚀机刻蚀光晶片的方法，其中，所述刻蚀机包括具有刻蚀腔的刻蚀机本体，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤100、光刻胶处理：利用紫外光对所述刻蚀腔内的曝光后的光刻胶进行照射；
步骤200、刻蚀：将所述刻蚀腔内照射过紫外光的光刻胶的图形转印到晶片上。
优选地，所述刻蚀机还包括紫外光发生装置，所述刻蚀机本体的侧壁上设置有导光通孔，该导光通孔内设置有紫外透镜组，所述步骤100包括：
步骤110、利用所述紫外光发生装置产生所述紫外光；
步骤120、通过所述导光通孔内的所述紫外透镜组将所述紫外光导入所述刻蚀腔内。
优选地，所述紫外光发生装置包括设置有紫外光发生腔的紫外光发生本体、缠绕在所述紫外光发生本体外部的第一射频线圈和用于提供气体的气体源，所述紫外光发生腔通过所述导光通孔和所述紫外透镜组与所述刻蚀腔光路相通，且所述紫外光发生腔与所述气体源流体相通，在进行所述步骤110时，所述紫外光发生腔内的气压为2mT至100mT。
优选地，在进行所述步骤110时，所述紫外光发生腔内的气压为2mT至20mT。
优选地，所述气体源能够提供H2、HBr、NH3和He中的任意一种，在所述步骤110时，所述紫外光发生腔内，所述气体源提供的气体的流量为50sccm至300sccm。
优选地，在所述步骤110时，所述紫外光发生腔内，所述气体源提供的气体的流量为100sccm至200sccm。
优选地，在进行所述步骤110时，所述第一射频线圈产生的射频频率为500W至1500W。
优选地，在进行所述步骤110时，所述第一射频线圈产生的射频频率为800W至1200W。
优选地，所述步骤100持续的时间为20s至200s。
优选地，所述步骤100持续的时间为50s至150s。
在利用本发明所提供的刻蚀机刻蚀晶片时，在对刻蚀腔内的待刻蚀材料进行刻蚀之前，利用紫外光发生装置产生的紫外光照射刻蚀腔内的光刻胶，从而打断光刻胶的分子结构中的“C＝O”键，降低“C＝O”键的比例，进而使光刻胶的长链分子链断裂，减少光刻胶的分子链的扭曲程度，以达到降低线条的LER和LWR的目的。与利用等离子对光刻胶进行处理的方法相比，利用紫外光可以更加充分地破坏光刻胶的分子结构中的“C＝O”键，而且造成光刻胶损失较小。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是现有的刻蚀机的结构示意图；
图2是光刻胶线条的俯视图；
图3是本发明所提供的刻蚀机的结构示意图；
图4是图3中所示的刻蚀机的刻蚀机本体的示意图；
图5是本发明提供的利用刻蚀机刻蚀晶片的方法的流程图。
附图标记说明
10：刻蚀机本体 11：刻蚀腔
12：导光通孔 13：介质板
14：第二射频线圈 15：第二屏蔽壳体
16：气体喷嘴 17：输气管
18：气体控制器 20：紫外光发生装置
21：紫外光发生本体 22：紫外光发生腔
23：第一射频线圈 24：气体源
25：抽真空泵 26：第一屏蔽壳体
30：紫外透镜组 19a：第二匹配器
19b：第二射频电源 27a：第一匹配器
27b：第一射频电源
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图3和图4所示，本发明的刻蚀机包括具有刻蚀腔11的刻蚀机本体10，其中，所述刻蚀机还可以包括紫外光发生装置20，该紫外光发生装置20中产生的紫外光能够射入刻蚀腔11内，照射该刻蚀腔11内的光刻胶。应当理解的是，紫外光发生装置20中发出的紫外光应当可以破坏所述刻蚀腔内的光刻胶的分子结构中的C＝O键。
在将光刻胶的图形转印到晶片上之前，利用紫外光发生装置20产生的紫外光照射刻蚀腔11内的光刻胶，从而打断光刻胶的分子结构中的“C＝O”键，降低“C＝O”键的比例，从而使光刻胶的长链分子链断裂，减少光刻胶的分子链的扭曲程度，从而可以达到降低线条的LER和LWR的目的。与利用等离子对光刻胶进行处理的方法相比，利用紫外光可以更加充分地破坏光刻胶的分子结构中的“C＝O”键，而且造成光刻胶损失较小。
在本发明中，对刻蚀机的具体结构并没有特殊的限定，只要紫外光发生装置20中产生的紫外光能够射入刻蚀腔11内、并照射至刻蚀腔11内的光刻胶即可。
例如，紫外光发生装置20可以设置在刻蚀腔11内，直接对刻蚀腔11内的光刻胶进行照射。
或者，如图3所示，可以将紫外光发生装置20设置在刻蚀腔11外部，在刻蚀机本体10的侧壁上设置有导光通孔12，该导光通孔12中设置有紫外透镜组30。在本发明所提供的刻蚀机中，紫外光发生装置20产生的紫外光可以通过紫外透镜组30射入刻蚀腔11内，并对刻蚀腔11内的光刻胶进行照射。
在本发明中对导光通孔12的具体位置并没有限定。例如，在图3中所示的实施方式中，导光通孔12设置在刻蚀机本体10的侧壁上，容易理解的是，导光通孔12也可以设置在刻蚀机本体10顶壁上。
特别地，紫外透镜组30设置为可以将所述紫外光发生装置20中产生的紫外光分散，以确保紫外光发生装置20中产生的紫外光可以充满整个刻蚀腔11。
容易理解的是，紫外透镜组30由具有高紫外光透过率的材料(例如，KF、MgF2等)制成。通常，紫外透镜组30可以为多个凸透镜和多个凹透镜的组合。
在本发明中，对紫外光发生装置20的具体结构并不做特殊限定，只要可以产生能够破坏光刻胶的分子结构中的“C＝O”键即可。在本发明所提供的实施方式中，紫外光发生装置20包括设置有紫外光发生腔22的紫外光发生本体21、缠绕在所述紫外光发生本体21外部的第一射频线圈23和用于提供气体的气体源24，紫外光发生腔22通过导光通孔12和紫外透镜组30与刻蚀腔11光路相通，且紫外光发生腔22与气体源24流体相通。在本发明中，可以利用陶瓷或石英制造紫外光发生本体21。
第一射频线圈23与第一匹配器27a电连接，该第一匹配器27a与第一射频电源27b电连接，以通过第一射频线圈23向紫外光发生腔22内提供射频能量。气体源24向紫外光发生腔22内充入气体，第一射频线圈23产生的射频能量可以激发气体产生紫外光。
优选地，气体源24可以提供H2、HBr、NH3和He中的任意一种。
在利用气体源24向紫外光发生腔22通入气体之前，应当对紫外光发生腔22进行抽真空，因此，紫外光发生装置20还可以包括与紫外光发生腔22流体相通的抽真空泵25。
第一射频线圈23产生射频能量时，会向周围环境中辐射该射频能量。为了确保操作人员的人身安全，优选地，紫外光发生装置20还可以包括第一屏蔽壳体26，该第一屏蔽壳体26罩在所述第一射频线圈23外部。第一屏蔽壳体26可以防止第一射频线圈23产生的射频能量辐射至周围环境，从而不会对操作人员造成辐射损伤。
在本发明所提供的实施方式中，刻蚀机本体10包括设置在刻蚀腔11顶部的介质板13、设置在该介质板13上方的第二射频线圈14、罩在第二射频线圈14上的第二屏蔽壳体15和设置在介质板13上的气体喷嘴16，该气体喷嘴16与气体源相连。通常，可以利用陶瓷或石英制造介质板13。
容易理解的是，刻蚀机本体还包括设置在刻蚀腔11下方的卡盘，该卡盘用于固定支撑待刻蚀的晶片。
在具有上述结构的刻蚀机中，紫外透镜组30将导光通孔密封，以防止刻蚀腔11内的气体与紫外光发生腔22发生互串。
对光刻胶进行紫外线照射处理后，需要利用等离子对晶片进行刻蚀。如上所述，刻蚀机本体10包括第二射频线圈14和气体喷嘴16，通过气体喷嘴16向刻蚀腔11内提供气体，通过第二射频线圈14产生的射频能量使刻蚀腔11内的气体形成等离子，从而对晶片表面进行刻蚀。同样地，所述刻蚀机本体10可以包括与第二射频线圈14电连接的第二匹配器19a和与该第二匹配器19a电连接的第二射频电源19b。第二屏蔽壳体15的作用与第一屏蔽壳体26的作用相同，这里不再赘述。
在本发明中，产生紫外光的气体可以与通入刻蚀腔内的气体相同，即，紫外光发生装置20可以与刻蚀腔11共用同一个气体源。换言之，气体源24与刻蚀腔11选择性地流体相通。此处，气体源24与刻蚀腔11选择性地流体相通的意思是，当利用紫外光处理光刻胶时，气体源24与刻蚀腔11之间没有流体相通，当利用紫外光对光刻胶进行处理完毕后，对待刻蚀材料(即，晶片)进行刻蚀时，将气体源24与刻蚀腔11连通。
如图3所示，气体喷嘴16通过输气管17与气体源24相连。在本发明中，可以通过多种方式控制气体源24与刻蚀腔11选择性地流体连通。例如，可以在连接刻蚀腔11和气体源24的输气管17上设置开关阀。在对待刻蚀材料(即，晶片)进行刻蚀时，将开关阀打开，以使气体源24与刻蚀腔11流体连通，以向刻蚀腔11内提供气体；在不对待刻蚀材料(即，晶片)进行刻蚀时，将开关阀关闭，避免气体源24与刻蚀腔11流体连通。
如图3所示，作为本发明的一种实施方式，输气管17上靠近刻蚀机本体10的一端设置有气体控制器18。该气体控制器18用于调节气体喷嘴16的喷气量和气体源24与刻蚀腔11之间的通断，将气体控制器18设置在输气管17上靠近刻蚀机本体10的一端有利于减少气体过渡时间，降低气体损耗。
为了控制刻蚀腔11内各部分的气体量，优选地，气体喷嘴16可以为多个，该多个气体喷嘴16的喷气方向各不相同。
作为本发明的另一个方面，提供一种利用刻蚀机刻蚀晶片的方法，所述刻蚀机包括具有刻蚀腔11的刻蚀机本体10，其中，如图5所示，所述方法可以包括以下步骤：
步骤100、光刻胶处理：利用紫外光对刻蚀腔11内的曝光后的光刻胶进行照射；
步骤200、刻蚀：将刻蚀腔11内照射过紫外光的光刻胶的图形转印到晶片上。
在步骤100中，利用紫外光对刻蚀腔11内的曝光后的光刻胶进行照射后，可以打断光刻胶的分子结构中的“C＝O”键，降低“C＝O”键的比例，从而使光刻胶的长链分子链断裂，减少光刻胶的分子链的扭曲程度，从而可以达到降低线条的LER和线条的LWR的目的。
在本发明中，可以通过多种方式提供紫外光，作为本发明的一种实施方式，所述刻蚀机还可以包括紫外光发生装置20，刻蚀机本体10的侧壁上设置有导光通孔12，该导光通孔12内设置有紫外透镜组30，所述步骤100包括：
步骤110、利用紫外光发生装置20产生所述紫外光；
步骤120、通过导光通孔12内的所述紫外透镜组30将所述紫外光导入所述刻蚀腔11内。
具体地，紫外光发生装置20可以包括设置有紫外光发生腔22的紫外光发生本体21、缠绕在紫外光发生本体21外部的第一射频线圈23和用于提供气体的气体源24，紫外光发生腔22通过导光通孔12和所述紫外透镜组30与所述刻蚀腔11光路相通，且紫外光发生腔22与气体源24流体相通，在进行步骤110时，紫外光发生腔22内的气压为2mT至100mT。
优选地，在进行所述步骤110时，紫外光发生腔22内的气压为2mT至20mT。
在本发明中，气体源24可以提供H2、HBr、NH3和He中的任意一种，在步骤110时，紫外光发生腔22内，气体源24提供的气体的流量可以为50sccm至300sccm。
进一步优选地，在步骤110时，紫外光发生腔22内，气体源24提供的气体的流量为100sccm至200sccm。
优选地，在进行步骤110时，第一射频线圈23产生的射频频率可以为500W至1500W。
进一步优选地，在进行所述步骤110时，第一射频线圈23产生的射频频率为800W至1200W。
当紫外光发生腔22内H2的气压为5mT、第一射频线圈23产生的射频频率为1000W、H2流量为200sccm的条件下产生的紫外光对光刻胶处理紫外照射120s后，曝光后光刻胶中，密集线条的LWR为3nm，孤立线条的LWR为4nm。
而通过背景技术中的描述可知，利用HBr等离子处理光刻胶后，光刻胶的密集线条的LWR为4nm，孤立线条的LWR为5nm。因此，利用本发明所提供的刻蚀机和方法对降低光刻胶LWR的结果更为理想
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种刻蚀机，该刻蚀机包括具有刻蚀腔的刻蚀机本体，其特征在于，所述刻蚀机还包括紫外光发生装置，该紫外光发生装置设置在所述刻蚀腔外部，该紫外光发生装置中产生的紫外光能够射入所述刻蚀腔内，照射所述刻蚀腔内的光刻胶，以打断所述光刻胶的分子结构中的“C＝O”键，降低“C＝O”键的比例；所述刻蚀机本体的侧壁上设置有导光通孔，该导光通孔内设置有紫外透镜组，所述紫外光发生装置包括设置有紫外光发生腔的紫外光发生本体和用于提供气体的气体源，所述紫外透镜组将导光通孔密封，以防止刻蚀腔内的气体与紫外光发生腔发生互串；所述紫外光发生腔通过所述导光通孔和所述紫外透镜组与所述刻蚀腔光路相通，所述紫外光发生腔与所述气体源流体相通；所述气体源与所述刻蚀腔选择性地流体相通。
2.根据权利要求1所述的刻蚀机，其特征在于，所述紫外光发生装置中产生的紫外光能够通过所述紫外透镜组射入所述刻蚀腔内，且所述紫外透镜组能够将所述紫外光发生装置中产生的紫外光分散。
3.根据权利要求2所述的刻蚀机，其特征在于，所述紫外光发生装置还包括缠绕在所述紫外光发生本体外部的第一射频线圈。
4.根据权利要求3所述的刻蚀机，其特征在于，所述气体源能够提供H2、HBr、NH3和He中的任意一种。
5.根据权利要求3所述的刻蚀机，其特征在于，所述紫外光发生装置还包括与所述紫外光发生腔流体相通的抽真空泵。
6.根据权利要求3至5中任意一项所述的刻蚀机，其特征在于，所述紫外光发生装置还包括第一屏蔽壳体，该第一屏蔽壳体罩在所述第一射频线圈外部。
7.一种利用刻蚀机刻蚀晶片的方法，其特征在于，所述刻蚀机包括具有刻蚀腔的刻蚀机本体，所述刻蚀机还包括紫外光发生装置，所述刻蚀机本体的侧壁上设置有导光通孔，该导光通孔内设置有紫外透镜组，所述紫外光发生装置包括设置有紫外光发生腔的紫外光发生本体和用于提供气体的气体源，紫外透镜组将导光通孔密封，以防止刻蚀腔内的气体与紫外光发生腔发生互串；所述紫外光发生腔通过所述导光通孔和所述紫外透镜组与所述刻蚀腔光路相通，所述紫外光发生腔与所述气体源流体相通；所述气体源与所述刻蚀腔选择性地流体相通，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤100、光刻胶处理：利用所述刻蚀腔外部的紫外光对所述刻蚀腔内的曝光后的光刻胶进行照射，以打断所述光刻胶的分子结构中的“C＝O”键，降低“C＝O”键的比例；
步骤200、刻蚀：将所述刻蚀腔内照射过紫外光的光刻胶的图形转印到晶片上。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤100包括：
步骤110、利用所述紫外光发生装置产生所述紫外光；
步骤120、通过所述导光通孔内的所述紫外透镜组将所述紫外光导入所述刻蚀腔内。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述紫外光发生装置还包括缠绕在所述紫外光发生本体外部的第一射频线圈，在进行所述步骤110时，所述紫外光发生腔内的气压为2mT至100mT。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在进行所述步骤110时，所述紫外光发生腔内的气压为2mT至20mT。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述气体源能够提供H2、HBr、NH3和He中的任意一种，在所述步骤110时，所述紫外光发生腔内，所述气体源提供的气体的流量为50sccm至300sccm。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述步骤110时，所述紫外光发生腔内，所述气体源提供的气体的流量为100sccm至200sccm。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在进行所述步骤110时，所述第一射频线圈产生的射频频率为500W至1500W。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在进行所述步骤110时，所述第一射频线圈产生的射频频率为800W至1200W。
15.根据权利要求7至14中任意一项所述的方法，其特征在于，所述步骤100持续的时间为20s至200s。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述步骤100持续的时间为50s至150s。
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