CN104658944A - 反应腔室及半导体加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种反应腔室及半导体加工设备，包括承载装置、进气装置和进气板，承载装置设置在反应腔室内，用于承载被加工工件；进气装置包括用于接收气体的输入口以及与反应腔室连通的至少一个输出口；进气板设置在进气装置的输出口与承载装置之间，且进气板上设置有多个通孔，自进气装置的输出口流出的工艺气体经由通孔输送至反应腔室内；根据承载装置承载的被加工工件上不同区域的刻蚀速率的差异，设定进气板上与被加工工件各个区域相对应的区域内通孔的通气面积和/或分布密度，以使被加工工件上不同区域的刻蚀速率趋于均匀。可以提高调节被加工工件刻蚀均匀性的灵活性，从而可以提高被加工工件的刻蚀均匀性，进而可以提高工艺质量。

Description

反应腔室及半导体加工设备
技术领域
本发明属于半导体设备制造领域，具体涉及一种反应腔室及半导体体加工设备。
背景技术
半导体加工设备是应用比较广泛的加工设备，主要借助等离子体对基片等的被加工工件进行镀膜、刻蚀等工艺。在刻蚀工艺中，刻蚀均匀性是影响工艺质量的重要因素。
图1为现有的半导体加工设备的反应腔室的结构示意图。图2为采用图1所示的反应腔室的被加工工件的刻蚀深度测绘图。请一并参阅图1和图2，反应腔室10包括承载装置11、进气装置12、感应线圈13和与之电连接的射频电源14。其中，承载装置11设置在反应腔室10的底部，且与设置在反应腔室10外部的偏压电源15电连接，用于采用静电引力的方式将被加工工件S吸附在其上表面上；进气装置12包括用于接收气体的输入口以及与反应腔室10连通的至少一个输出口，自进气装置的输入口进入的工艺气体经由至少一个输出口输送至反应腔室10内；感应线圈13设置在反应腔室10的顶壁上方，用以在射频电源14开启时将反应腔室10内的工艺气体激发形成等离子体16，以实现等离子体16对被加工工件S进行刻蚀工艺，且通常感应线圈13包括分别用于激发位于反应腔室10的中心区域和边缘区域内的工艺气体的内圈和外圈。
在刻蚀的工艺过程中，往往由于多种因素造成被加工工件的刻蚀均匀性不能满足实际要求，从而造成工艺质量差和良品率低。为此，目前主要通过调节感应线圈13的内圈和外圈输出的电流比、承载装置的温度等方法来改善被加工工件S的刻蚀均匀性，但由于受硬件结构的限制，使得上述调节方式适用于被加工工件的刻蚀深度测绘图为中心对称的情况，即，该调节方式不适用于单独对被加工工件的任意一个位置处进行调节。
然而，在实际应用中，由于反应腔室10中存在固定不变的不均匀的静磁场，往往会导致被加工工件S的刻蚀深度测绘图为不中心对称，如图2所示，仅存在区域17内的刻蚀深度过低，因此，现有的调节方法不能实现单独地对区域17进行调节，因而也就是不能满足被加工工件S的刻蚀均匀性的要求；从而更不能满足随着被加工工件的尺寸逐渐增大和关键尺寸（例如，晶体管尺寸）逐渐减小带来的对刻蚀要求越来越高的均匀性。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种反应腔室及半导体加工设备，可以提高调节被加工工件刻蚀均匀性的灵活性，从而可以提高被加工工件的刻蚀均匀性，进而可以提高工艺质量。
本发明提供一种反应腔室，包括承载装置和进气装置，所述承载装置设置在所述反应腔室内，用于承载被加工工件；所述进气装置包括用于接收气体的输入口以及与所述反应腔室连通的至少一个输出口，所述反应腔室还包括进气板，所述进气板设置在所述进气装置的输出口与所述承载装置之间，且所述进气板上设置有多个通孔，自所述进气装置的输出口流出的工艺气体经由所述通孔输送至所述反应腔室内；根据所述承载装置承载的被加工工件上不同区域的刻蚀速率的差异，设定所述进气板上与被加工工件各个区域相对应的区域内的通孔的通气面积和/或分布密度，以使被加工工件上不同区域的刻蚀速率趋于均匀。
其中，所述多个通孔在所述进气板的不同半径的圆周上均匀排布。
其中，所述多个通孔的直径相等，并且所述进气板所在平面包括沿其径向自内向外依次划分的中心区域、中间区域和边缘区域，其中，分别位于所述中心区域和边缘区域内的通孔的分布密度大于位于所述中间区域内的通孔的分布密度。
其中，在分别位于所述中心区域和边缘区域内的通孔中，任意相邻的两个通孔之间的中心距的范围在3～7mm。
其中，在位于所述中间区域的通孔中，任意相邻的两个通孔之间的中心距的范围在8～12mm。
其中，每个所述通孔的通气截面的轮廓形状包括圆形、椭圆形、方形、三角形或者多边形。
其中，所述进气板采用绝缘材料制成。
其中，所述绝缘材料包括石英或者陶瓷。
其中，还包括感应线圈和与之电连接的射频电源，所述感应线圈设置在所述反应腔室的顶壁上方，用以在所述射频电源开启时将所述反应腔室内的工艺气体激发形成等离子体。
本发明还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，所述反应腔室采用本发明提供的反应腔室。
本发明具有下述有益效果：
本发明提供的反应腔室，其通过在进气装置的输出口与承载装置之间设置具有多个通孔的进气板，并根据承载装置承载的被加工工件上不同区域的刻蚀速率的差异，设定进气板上与被加工工件各个区域相对应的区域内的通孔的通气面积和/或分布密度，以使被加工工件上不同区域的刻蚀速率趋于均匀，可以实现单独对被加工工件的任意一个区域进行调节，这与现有技术相比，可以提高调节被加工工件刻蚀均匀性的灵活性，从而可以提高被加工工件的刻蚀均匀性，进而可以提高工艺质量。
本发明提供的半导体加工设备，其采用本发明提供的反应腔室，可以提高被加工工件的刻蚀均匀性，从而可以提高工艺质量。
附图说明
图1为现有的半导体加工设备的反应腔室的结构示意图；
图2为采用图1所示的反应腔室的被加工工件的刻蚀深度测绘图；
图3为本发明提供的反应腔室的结构示意图；以及
图4为图3中进气板的俯视图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的反应腔室及半导体加工设备进行详细描述。
图3为本发明提供的反应腔室的结构示意图。图4为图3中进气板的俯视图。请一并参阅图3和图4，本实施例提供的反应腔室20包括承载装置21、进气装置22和进气板23。其中，承载装置21设置在反应腔室20内，且位于反应腔室20的底部，用于承载被加工工件S；进气装置22包括用于接收气体的输入口22a以及与反应腔室20连通的至少一个输出口22b，具体地，如图3所示，进气装置22设置在反应腔室20的顶壁上，进气装置22的输入口22a与设置在反应腔室20外部的工艺气源（图中未示出）相连通，进气装置22的输出口22b贯穿反应腔室20的顶壁与反应腔室20相连通，工艺气源提供的工艺气体自输入端22a进入并经由至少一个输出口22b输送至反应腔室20内，工艺气体包括CxHxFx、HBr、卤族、NF3、SF6、氮气、氩气等气体。
进气板23设置在进气装置22的输出口22b与承载装置21之间，且进气板23上设置有多个通孔231，自进气装置22的输出口22b流出的工艺气体经由通孔231输送至反应腔室20内，进气板23采用诸如石英、陶瓷等的绝缘材料制成，每个通孔231的通气截面的轮廓形状包括圆形、椭圆形、方形、三角形或者多边形等任意形状。在本实施例中，该进气板23的外周璧固定在反应腔室20的内周璧上，且与反应腔室20的顶壁形成一个匀流空间232，在这种情况下，自进气装置22的输出口22b流出的工艺气体预先输送至匀流空间232内，再经由进气板23上的多个通孔231向反应腔室20内输送。
在本实施例中，优选地，多个通孔231在进气板23的不同半径的圆周上均匀排布，这使得工艺气体经由该多个通孔231均匀地向反应腔室20内输送，从而可以进一步提高被加工工件S的刻蚀均匀性。
在本实施例中，进气装置22的输出口22b相对于被加工工件S的中心位置设置，这就需要借助工艺气体自身的扩散至被加工工件S的边缘区域，但由于随着工艺气体的扩散其浓度逐渐减小，这使得工艺气体在被加工工件S的径向上分布不均匀。因此，进一步优选地，多个通孔231的直径相等，并且，进气板23所在平面包括沿其径向自内向外依次划分的中心区域23a、中间区域23b和边缘区域23c，其中，分别位于中心区域23a和边缘区域23c内的通孔231的分布密度大于位于中间区域23b内的通孔231的分布密度，这可以补偿工艺气体自被加工工件S的中心区域向边缘区域扩散的过程中浓度逐渐降低，从而可以更进一步提高工艺气体在被加工工件S径向上分布的均匀性。具体地，在本实施例中，在分别位于中心区域23a和边缘区域23c内的通孔231中，任意相邻的两个通孔231之间的中心距L的范围在3～7mm；在位于中间区域23b的通孔231中，任意相邻的两个通孔231之间的中心距L的范围在8～12mm。
而且，根据承载装置21承载的被加工工件S上不同区域的刻蚀速率的差异，设定进气板23上与被加工工件S各个区域相对应的区域内的通孔231的通气面积和/或分布密度，以使被加工工件S上不同区域的刻蚀速率趋于均匀。具体地，当被加工工件S的任意一个区域的刻蚀速率相对平均刻蚀速率过高（或者过低）时，应该具体设定进气板23上与被加工工件S的该区域相对应的区域内的通孔231的通气面积和/或分布密度减小（或者增大）。容易理解，通过设定进气板23相应区域内的通孔231的通气面积和/或分布密度减小（或者增大），可以使得自该区域内的通孔231向反应腔室20内输送的工艺气体减少（或者增多），因而可以使得被加工工件S的与该区域相对应的区域的刻蚀速率减小（或者增大），从而可以减小被加工工件S上不同区域的刻蚀速率的差异，进而可以提高被加工工件S的刻蚀均匀性。
下面结合图2和图4详细地描述采用本实施例提供的反应腔室如何实现被加工工件S上的不同区域的刻蚀速率区域均匀：如图2所示，被加工工件S的区域17内的刻蚀深度与被加工工件S平均刻蚀深度相比偏小，且其相对其他区域的偏差相比偏差最大，换言之，在刻蚀过程中，被加工工件S的区域17内的刻蚀速率小于被加工工件S的平均刻蚀速率，且该区域17内的刻蚀速率与平均刻蚀速率之间的偏差最大。为此，对应地，在本实施例中，如图4所示，为图3中进气板的俯视图，设定进气板23的与被加工工件S的区域17相对应的区域233内的通孔231的分布密度增大，例如，进气板23的区域233内的任意相邻的两个通孔231之间的中心距L由10mm变为5mm，因而可以增大被加工工件S区域17内的刻蚀速率，从而可以提供被加工工件的刻蚀均匀性。
在本实施例中，反应腔室20还包括感应线圈24和与之电连接的射频电源25，感应线圈24设置在反应腔室20的顶壁上方，用以在射频电源25开启时将反应腔室20内的工艺气体激发形成等离子体，以实现等离子体对被加工工件进行刻蚀、镀膜等工艺。
需要说明的是，通常由于反应腔室20的硬件等固有因素造成的被加工工件S的测绘图为不中心对称（如图2所示），而且在其他工艺参数不变的情况下，被加工工件S上与平均刻蚀速率存在偏差的区域的位置固定不变，因此，在实际应用中，对于用于完成特定工艺的反应腔室20可以仅需要设置一种进气板23即可满足需求。
综上所述，本实施例提供的反应腔室，其通过在进气装置22的输出口22b与承载装置21之间设置具有多个通孔231的进气板23，并根据承载装置21承载的被加工工件S上不同区域的刻蚀速率的差异，设定进气板23上与被加工工件S各个区域相对应的区域内的通孔231的通气面积和/或分布密度，以使被加工工件上不同区域的刻蚀速率趋于均匀，可以实现单独对被加工工件S的任意一个区域进行调节，这与现有技术相比，可以提高调节被加工工件刻蚀均匀性的灵活性，从而可以提高被加工工件的刻蚀均匀性，进而可以提高工艺质量。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室20，反应腔室20采用上述实施例提供的反应腔室。
其中，半导体加工设备包括刻蚀设备、PVD设备等。
本实施例提供的半导体加工设备，其采用上述实施例提供的反应腔室，可以提高被加工工件的刻蚀均匀性，从而可以提高工艺质量。
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，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，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 (10)

1.一种反应腔室，包括承载装置和进气装置，所述承载装置设置在所述反应腔室内，用于承载被加工工件；所述进气装置包括用于接收气体的输入口以及与所述反应腔室连通的至少一个输出口，其特征在于，所述反应腔室还包括进气板，所述进气板设置在所述进气装置的输出口与所述承载装置之间，且所述进气板上设置有多个通孔，自所述进气装置的输出口流出的工艺气体经由所述通孔输送至所述反应腔室内；
根据所述承载装置承载的被加工工件上不同区域的刻蚀速率的差异，设定所述进气板上与被加工工件各个区域相对应的区域内的通孔的通气面积和/或分布密度，以使被加工工件上不同区域的刻蚀速率趋于均匀。
2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述多个通孔在所述进气板的不同半径的圆周上均匀排布。
3.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述多个通孔的直径相等，并且所述进气板所在平面包括沿其径向自内向外依次划分的中心区域、中间区域和边缘区域，其中，分别位于所述中心区域和边缘区域内的通孔的分布密度大于位于所述中间区域内的通孔的分布密度。
4.根据权利要求3所述的反应腔室，其特征在于，在分别位于所述中心区域和边缘区域内的通孔中，任意相邻的两个通孔之间的中心距的范围在3～7mm。
5.根据权利要求3所述的反应腔室，其特征在于，在位于所述中间区域的通孔中，任意相邻的两个通孔之间的中心距的范围在8～12mm。
6.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，每个所述通孔的通气截面的轮廓形状包括圆形、椭圆形、方形、三角形或者多边形。
7.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述进气板采用绝缘材料制成。
8.根据权利要求7所述的反应腔室，其特征在于，所述绝缘材料包括石英或者陶瓷。
9.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，还包括感应线圈和与之电连接的射频电源，所述感应线圈设置在所述反应腔室的顶壁上方，用以在所述射频电源开启时将所述反应腔室内的工艺气体激发形成等离子体。
10.一种半导体加工设备，包括反应腔室，其特征在于，所述反应腔室采用权利要求1-9任意一项所述的反应腔室。
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Address after: 100176 No. 8 Wenchang Avenue, Beijing economic and Technological Development Zone

Applicant after: Beijing North China microelectronics equipment Co Ltd

Address before: 100176 Beijing economic and Technological Development Zone, Wenchang Road, No. 8, No.

Applicant before: Beifang Microelectronic Base Equipment Proces Research Center Co., Ltd., Beijing

RJ01 Rejection of invention patent application after publication
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