CN107622943A - 半导体刻蚀机台 - Google Patents

Abstract

一种半导体刻蚀机台，包括刻蚀装置，所述刻蚀装置包括：侧壁，所述侧壁围成刻蚀腔；顶盖，密封设置于所述侧壁的顶部；真空泵，固定设置于所述刻蚀腔的底部；晶圆吸附盘，设置于所述刻蚀腔内；悬臂，固定连接所述晶圆吸附盘和所述侧壁，所述悬臂的高度尺寸大于所述悬臂的厚度尺寸；且从所述悬臂的顶端至所述悬臂的底端，所述悬臂的厚度先逐渐增大，后逐渐减小。因此，能够减小悬臂对气体流动的阻挡，使得从顶盖排出的反应气体和化学反应产生的杂质气体能够快速通过悬臂、流向刻蚀腔的底部，从而能够提高晶圆靠近悬臂一侧的刻蚀速度，使晶圆在各个区域具有相对均衡的刻蚀速度，保证晶圆在不同位置均具有相接近的刻蚀程度，提高产品良率。

Description

半导体刻蚀机台

技术领域

本发明涉及半导体制造设备技术领域，具体涉及一种半导体刻蚀机台。

背景技术

半导体刻蚀技术，是按照掩膜图形或设计要求对半导体衬底表面进行选择性腐蚀或者剥离的技术。半导体刻蚀一般包括干法刻蚀和湿法刻蚀。其中，干法刻蚀通常在较低真空度环境下，利用气体轰击晶圆，在晶圆表面发生化学反应，以完成对晶圆的刻蚀。但是在现有技术中，经干法刻蚀的晶圆，在晶圆不同位置处的刻蚀程度通常不一样，导致产品不良。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术中利用干法刻蚀晶圆的方法，会使得晶圆在不同位置具有不同的刻蚀程度，导致产品不良。

为解决上述问题，本发明提供一种半导体刻蚀机台，包括：

刻蚀装置，包括：侧壁，所述侧壁围成刻蚀腔；顶盖，密封设置于所述侧壁的顶部；真空泵，固定设置于所述刻蚀腔的底部；

晶圆吸附盘，设置于所述刻蚀腔内；

悬臂，固定连接所述晶圆吸附盘和所述侧壁，所述悬臂的高度尺寸大于所述悬臂的厚度尺寸；且从所述悬臂的顶端至所述悬臂的底端，所述悬臂的厚度先逐渐增大，后逐渐减小。

可选的，所述侧壁包括：固定设置的第一侧壁；

第二侧壁，所述第二侧壁适于沿所述晶圆吸附盘的径向相对所述第一侧壁运动，所述悬臂固定连接所述第二侧壁。

可选的，所述悬臂为多个，至少两个所述悬臂沿所述悬臂的厚度方向设置；和/或，至少两个所述悬臂沿所述悬臂的高度方向设置。

可选的，所述悬臂的厚度L1满足：L1≤5.0cm；和/或，沿厚度方向的相邻两个悬臂之间的距离L2满足：L2≥5.0cm。

可选的，所述悬臂具有引导孔，所述引导孔贯穿所述悬臂的轴向两端。

可选的，所述刻蚀腔为圆形刻蚀腔。

可选的，所述悬臂为多个，多个所述悬臂沿所述晶圆吸附盘的周向方向均匀设置。

可选的，所述悬臂采用铝合金材料，所述悬臂的外周壁的镀设有氧化铝薄膜。

可选的，所述悬臂设有通气孔，所述通气孔沿所述悬臂的高度方向贯穿所述悬臂。

可选的，所述悬臂垂直于轴向方向的截面为流线型形状。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

所述的半导体刻蚀机台，包括刻蚀装置、晶圆吸附盘和固定连接刻蚀装置、晶圆吸附盘的悬臂，通过使悬臂的高度尺寸大于其厚度尺寸，且使悬臂从其顶端至底端的厚度先逐渐增大、后逐渐减小。因此，能够减小悬臂对气体流动的阻挡，使得从顶盖排出的反应气体和化学反应产生的杂质气体能够快速通过悬臂、流向刻蚀腔的底部，从而能够提高晶圆靠近悬臂一侧的刻蚀速度，使晶圆在各个区域具有相对均衡的刻蚀速度，保证晶圆在不同位置均具有相接近的刻蚀程度，提高产品良率。

进一步的，半导体刻蚀机台包括两个悬臂，两个悬臂分别固定连接晶圆吸附盘和第二侧壁。相较于仅设置一个悬臂的情形，两个悬臂中的任一个悬臂的厚度相对能够更小，减小沿垂直于高度方向的截面面积，够减小对气体流动的阻挡，使杂质气体、反应气体能够顺利的流向刻蚀腔的底部。

进一步的，悬臂垂直于轴向方向的截面的形状为流线型形状。因此，悬臂的外表面是圆滑的，没有尖锐的棱角。当气体流经悬臂时，气体在悬臂表面的流动主要是层流，而不是紊流，从而能够进一步减小气体流动阻力，提升气体流速，使晶圆在各个区域具有相对均衡的刻蚀速度，保证晶圆在不同位置均具有相接近的刻蚀程度，进一步提高产品良率。

附图说明

图1是本发明具体实施例半导体刻蚀机台的结构示意图，其中，剖切刻蚀装置以显示内部结构；

图2是图1所示半导体刻蚀机台沿A方向的结构示意图，其中，未显示顶盖；

图3是图1所示悬臂的立体结构图；

图4是图3所示悬臂沿B－B方向的剖面图；

图5是本发明第二种半导体刻蚀机台的结构示意图，其中，剖切刻蚀装置以显示内部结构；

图6是本发明第三种半导体刻蚀机台的结构示意图，其中，未显示顶盖。

具体实施方式

用于干法刻蚀的半导体刻蚀机台通常包括刻蚀腔室和固定设置于刻蚀腔室内的晶圆吸附盘。其中，刻蚀腔室具有顶盖，顶盖设有通气孔，用于刻蚀晶圆的气体能够从上述通气孔中进入刻蚀腔室内，与位于晶圆吸附盘的晶圆相接触、发生化学反应。刻蚀腔室的底部设有真空泵，真空泵用于吸收顶盖所排入的气体，以及化学反应所产生的气体。

现有技术中，晶圆吸附盘通常利用一个较大的支架固定设置于刻蚀腔室的其中一个侧壁。研究发现，晶圆靠近支架一侧的刻蚀程度通常较低，而远离支架一侧的刻蚀程度通常较高。发明人调查发现，由于支架的存在，且占有较大的空间，较大程度阻碍了气体的流动。一方面，经化学反应生成的杂质气体无法快速向下流动，积聚于晶圆表面，妨碍晶圆的正常刻蚀；另一方面，从顶盖排入的气体也被阻碍而无法快速向下流动，减慢晶圆的刻蚀速度。即，晶圆在靠近支架一侧的刻蚀速度较慢，远离支架一侧的刻蚀速度较快，导致晶圆不同位置处的刻蚀程度不一样，造成产品不良。

因此，亟待设计一种新的半导体刻蚀机台，使晶圆在不同位置的刻蚀速度能够较为接近，防止刻蚀不均衡。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参照图1、图2，一种半导体刻蚀机台100，包括刻蚀装置10和晶圆吸附盘20。其中，所述刻蚀装置10包括侧壁11、密封设置于侧壁11上方的顶盖12，固定设置于下方的真空泵13，所述侧壁11围成刻蚀腔10a；所述晶圆吸附盘20设置在所述刻蚀腔10a内，具有适于放置晶圆200的晶圆槽21。

所述侧壁11设有晶圆传输口11c，待刻蚀的晶圆200从所述晶圆传输口11c被传送至所述晶圆槽21，完成刻蚀后的晶圆200从所述晶圆传输口11c被传送至外界。

本实施例中，所述半导体刻蚀机台100还包括悬臂30，所述悬臂30的轴向一端固定连接晶圆吸附盘20，轴向另一端固定连接侧壁10，以使晶圆吸附盘20被固定设置在刻蚀腔10a内。

其中，所述悬臂30的高度尺寸H1大于厚度尺寸L1。所述悬臂的厚度方向y为垂直于悬臂高度方向z和悬臂轴向方向x的方向。并且，如图3、图4所示，所述悬臂30包括顶端aa、底端bb以及具有最大厚度位置的中间端cc，从所述顶端aa至所述中间端cc，所述悬臂30的厚度尺寸逐渐增大；从所述中间端cc至所述底端bb，所述悬臂30的厚度尺寸逐渐减小。

在晶圆刻蚀过程中，待刻蚀的晶圆200固定放置在晶圆槽21内，如图1中箭头所示，用于刻蚀晶圆的反应气体从顶盖12排入刻蚀腔10a，向底部流动接触晶圆200，并在晶圆200表面发生化学反应，以刻蚀晶圆200。

由于顶盖12密封设置于侧壁11的顶部，即顶盖12与侧壁11之间形成密封，用于刻蚀晶圆200的反应气体不会泄露至外界。位于底部的真空泵13对所述刻蚀腔10a进行抽气，以排除化学反应过程所产生的杂质气体和多余的从顶盖12排入的反应气体。

所述杂质气体、反应气体从刻蚀腔10a顶部至运动至底部的过程中，会被所述悬臂30阻挡。但是，由于本实施例中悬臂30的高度尺寸H1大于厚度尺寸L1，也就是说，悬臂30具有较小的厚度，沿垂直于高度方向z的截面具有较小的面积，从而能够减小对气体流动的阻挡，使杂质气体、反应气体能够顺利的流向刻蚀腔10a的底部，被所述真空泵13排除。

另外，悬臂30具有相对较大的高度尺寸，从而能够使悬臂30固定连接晶圆吸附盘20、侧壁11的轴向两端具有较大的面积，保证悬臂30与所述晶圆吸附盘20、侧壁11之间的连接强度，使晶圆吸附盘20不会发生晃动。

此外，从悬臂的顶端aa至中间端cc(即气体流动方向)，所述悬臂30的厚度逐渐增大。使得当气体流动至悬臂30时，气体被引导分流，减小对气体流动的阻力，加快气体通过所述悬臂30。

从悬臂的中间端cc至底端bb(气体流动方向)，所述悬臂30厚度逐渐减小，则能够使流经悬臂30的气体快速补充至悬臂30下方区域，不会造成悬臂30下方区域局部真空、或气压过小，阻碍真空泵13进行抽气。从而进一步加快气体流速，提高真空泵13的抽气效率。

相较于现有技术，本技术方案的悬臂30不会在较大程度上减缓杂质气体和反应气体的流速，从而能够提高晶圆200靠近悬臂30一侧的刻蚀速度，使晶圆200在各个区域具有相对均衡的刻蚀速度，保证晶圆200在不同位置均具有相接近的刻蚀程度，提高产品良率。

如图4所示，本实施例中，所述悬臂30垂直于轴向方向x的截面为流线型形状。具体的，所述截面由两段对称设置的弧线所围成。也就是说，所述悬臂30的外表面是圆滑的，没有尖锐的棱角。当气体流经悬臂30时，气体在悬臂表面的流动主要是层流，而不是紊流，从而进一步减小气体流动阻力，提升气体流速。

其中，从悬臂的顶端aa至中间端cc的距离为S1，从中间端cc至底端bb的距离为S2，且S1＜S2。即，从中间端cc至底端bb的过渡相对更为平滑，使得气体能够贴着悬臂30的表面流过所述悬臂30，有利于气体快速通过。

继续参照图2，所述刻蚀腔10a具体为圆形刻蚀腔。从而能够在最大程度上保证进入刻蚀腔10a的反应气体能够均匀的分布于刻蚀腔10a的各个位置，在各个位置具有均匀的流速。从而使晶圆200在各个区域具有相对均衡的刻蚀速度，提高产品品质。

本实施例中，所述侧壁11包括第一侧壁11a和第二侧壁11b。其中，第一侧壁11a固定设置，第二侧壁11b能够沿刻蚀腔10a的径向相对所述第一侧壁11a运动，且所述悬臂30的轴向一端固定连接所述第二侧壁11b。

具体的，所述悬臂30沿刻蚀腔10a的径向方向延伸，即，所述第二侧壁11b能够沿悬臂的轴向方向x运动。

在晶圆刻蚀过程中，使第二侧壁11b沿轴向方向x运动至与所述第一侧壁11a形成圆形刻蚀腔10a。此时，第一侧壁11a、第二侧壁11b之间密封，用于刻蚀晶圆的反应气体从顶盖12排入至刻蚀腔10a内，以刻蚀晶圆200，反应气体和化学反应生成的杂质气体不会泄露至外界。

但是，在经过多次的晶圆刻蚀过程后，反应气体、杂质气体有可能粘附于侧壁11的内周面，此时需要对侧壁11的内周面进行清理。若第二侧壁11b无法相对第一侧壁11a沿轴向方向x运动，则晶圆吸附盘20的存在则会干涉对侧壁11内周面的清理。

另外，半导体刻蚀机台100在使用一段时间后，需要定时对晶圆吸附盘20进行维护和修理。若第二侧壁11b无法沿轴向方向x运动，使晶圆吸附盘20暴露在外，则所述第一侧壁11a、第二侧壁11b会阻碍对晶圆吸附盘20的正常维护和修理。

因此，使第二侧壁11b能够相对第一侧壁11a沿轴向方向x运动。能够方便对所述第一侧壁11a、第二侧壁11b的内周面进行清理，同时，有利于晶圆吸附盘20的正常维护和修理。

继续参照图2，本实施例中，所述半导体刻蚀机台100包括两个悬臂30，两个所述悬臂30分别固定连接晶圆吸附盘20和第二侧壁11b，且两个悬臂30沿所述厚度方向y依次设置。

相较于仅设置一个悬臂30的情形，通过设置两个悬臂30，使晶圆吸附盘20能够更牢固被设置于第二侧壁11b，防止晶圆吸附盘发生晃动。

同时，每个悬臂30的厚度相对能够更小，使沿垂直于高度方向z的截面面积更小，从而能够减小对气体流动的阻挡，使杂质气体、反应气体能够顺利的流向刻蚀腔10a的底部，进一步使晶圆200在各个区域具有相对均衡的刻蚀速度，提高产品良率。

具体的，两个所述悬臂30的厚度L1均满足：L1≤5.0cm，以防止悬臂30在较大程度上阻挡气体流动。并且，两个所述悬臂30之间沿厚度方向y的距离L2满足：L2≥5.0cm，以防止两个悬臂30过于接近，导致杂质气体、反应气体无法较好的从两个悬臂30之间穿过。

需要说明的是，在其他变形例中，如图5所示，两个所述悬臂30也可以沿所述高度方向z依次设置。此时，每个悬臂30的厚度相对能够更小，且沿高度方向z，位于下方的悬臂30能够被上方的悬臂30所遮挡，有效减小了沿垂直于高度方向z的截面面积，更有利于杂质气体、反应气体顺利的流向刻蚀腔10a的底部。

具体的，使位于下方的悬臂30的厚度尺寸不大于位于上方的悬臂30的厚度尺寸，以使位于下方的悬臂30能够完全被上方悬臂30所遮挡。

在其他变形例中，所述半导体刻蚀机台100还可以包括三个以上的悬臂30，使多个悬臂30沿所述厚度方向y依次设置；或者，使多个悬臂30沿所述高度方向z依次设置；或者，使其中一部分悬臂30沿所述厚度方向y依次设置，另一部分悬臂30沿所述高度方向z依次设置。

在其他变形例中，如图6所示，还可以使多个悬臂30沿晶圆吸附盘20的周向方向均匀设置，悬臂30的轴向一端固定连接晶圆吸附盘20，轴向另一端固定连接侧壁11的内周面。反应气体和杂质气体能够均匀的分布于刻蚀腔10a的各个位置，在各个位置具有相对较为均匀的流速。

但是，此时的第二侧壁11b与所述第一侧壁11a相固定，第二侧壁11b无法沿轴向方向x相对第一侧壁11a滑动。

继续参照图3、图4，所述悬臂30还具有引导孔31，所述引导孔31贯穿所述悬臂30的轴向两端。引导孔31适于容纳用于连接晶圆吸附盘20的气体软管、射频铜杆和电导线。

悬臂30需要具有较大的刚性和合适的成本，一般由金属或合金材料制成。本实施例中，所述悬臂30具体采用铝合金材料。但是为了防止反应气体、杂质气体直接与铝合金接触，腐蚀铝合金材料，具体的，在所述悬臂30的外周壁还镀设有氧化铝薄膜，氧化铝薄膜具有较为稳定的化学性能，能够较好的保护悬臂30不被腐蚀。

本实施例中，为了避免所述悬臂30阻挡气体从上至下流动，还可以在所述悬臂30设置通气孔(图中未示出)，使所述通气孔沿所述高度方向z贯穿所述悬臂30。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种半导体刻蚀机台，其特征在于，包括：

刻蚀装置，包括：

侧壁，所述侧壁围成刻蚀腔；

顶盖，密封设置于所述侧壁的顶部；

真空泵，固定设置于所述刻蚀腔的底部；

晶圆吸附盘，设置于所述刻蚀腔内；

悬臂，固定连接所述晶圆吸附盘和所述侧壁，所述悬臂的高度尺寸大于所述悬臂的厚度尺寸；且从所述悬臂的顶端至所述悬臂的底端，所述悬臂的厚度先逐渐增大，后逐渐减小。

2.如权利要求1所述的半导体刻蚀机台，其特征在于，所述侧壁包括：

固定设置的第一侧壁；

第二侧壁，所述第二侧壁适于沿所述晶圆吸附盘的径向相对所述第一侧壁运动，所述悬臂固定连接所述第二侧壁。

3.如权利要求2所述的半导体刻蚀机台，其特征在于，所述悬臂为多个，至少两个所述悬臂沿所述悬臂的厚度方向设置；和/或，至少两个所述悬臂沿所述悬臂的高度方向设置。

4.如权利要求3所述的半导体刻蚀机台，其特征在于，所述悬臂的厚度L1满足：L1≤5.0cm；和/或，沿厚度方向的相邻两个悬臂之间的距离L2满足：L2≥5.0cm。

5.如权利要求2所述的半导体刻蚀机台，其特征在于，所述悬臂具有引导孔，所述引导孔贯穿所述悬臂的轴向两端。

6.如权利要求1所述的半导体刻蚀机台，其特征在于，所述刻蚀腔为圆形刻蚀腔。

7.如权利要求1所述的半导体刻蚀机台，其特征在于，所述悬臂为多个，多个所述悬臂沿所述晶圆吸附盘的周向方向均匀设置。

8.如权利要求1－7任一项所述的半导体刻蚀机台，其特征在于，所述悬臂采用铝合金材料，所述悬臂的外周壁的镀设有氧化铝薄膜。

9.如权利要求1－7任一项所述的半导体刻蚀机台，其特征在于，所述悬臂设有通气孔，所述通气孔沿所述悬臂的高度方向贯穿所述悬臂。

10.如权利要求1－7任一项所述的半导体刻蚀机台，其特征在于，所述悬臂垂直于轴向方向的截面为流线型形状。