CN110491758A - 一种装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室及加工方法，属于半导体设备领域。反应腔与离子源固定腔相互连通；反应腔内的中心处设有摇摆电极，离子源固定腔内设有离子源；反应腔与离子源固定腔的连通处之间设有挡板；挡板通过外部电机驱动旋转从而移动至离子源的发射束端；反应腔的底部与分子真空泵相互连通；所述的反应腔的内壁铺贴内衬；所述的摇摆电极的外壁铺贴内衬；所述的离子源固定腔的内壁铺贴内衬。本发明提供的装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室，在刻蚀腔室内壁增设内衬结构可减少在加工过程中产生的污染，方便拆卸，易于安装。

Description

一种装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室及加工方法

技术领域

本发明涉及一种装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室及加工方法，属于半导体设备领域。

背景技术

在半导体器件及芯片等的制造工艺中，刻蚀工艺是众多工艺中最频繁被采用和出现的。IC制造的刻蚀工艺中，会部分或者全部刻蚀或者去除掉芯片上的某些材料。在所有的刻蚀工艺中，等离子体刻蚀以及离子束刻蚀（IBE）工艺越来越重要，尤其是随着芯片集成度提高，关键尺寸缩小，高选择比以及精确的图形转移等工艺需求的提高，更突显了等离子体刻蚀和离子束刻蚀的优点。

离子束刻蚀是利用具有一定能量的离子轰击材料表面，使材料原子发生溅射，从而达到刻蚀目的。把Ar，Kr或Xe之类惰性气体充入离子源放电室并使其电离形成等离子体，然后由栅极将离子呈束状引出并加速，具有一定能量的离子束进入工作室，射向固体表面撞击固体表面原子，使材料原子发生溅射，达到刻蚀目的，属纯物理过程。离子束刻蚀的优点是方向性好，各向异性，陡直度高；分辨率高，可达到0.01µm；不受刻蚀材料限制（金属和化合物，无机物和有机物，绝缘体和半导体即可）；刻蚀过程中可改变离子束入射角θ来控制图形轮廓。由于离子束刻蚀对材料无选择性，对于那些无法或者难以通过化学研磨、电介研磨难以减薄的材料，可以通过离子束来进行减薄。另外，由于离子束能逐层剥离原子层，所以具有的微分析样品能力，并且可以用来进行精密加工。

离子束系统在工作过程中，由离子源5发散出来的离子束轰击挡板的表面，主要刻蚀材料为氧化硅时，使用石墨挡板，离子束打到挡板上会产生碳颗粒的沉积遍布反应腔室内的各个地方，包括腔室，摇摆电极底部及摇臂，挡板背面，以及离子源栅网及内部的石英筒壁上，严重污染腔室的环境，同时损伤离子源灯丝及内部石英筒，表现在开腔后腔体内表面各种可见可碰的黑色颗粒，石英筒由原本透明色变成了镜面状，时间长的沉积会造成绝缘筒破裂，离子源内部短路。同时晶圆表面溅射出来的粒子也会遍布腔体内部，造成污染。

发明内容

本发明针对上述不足提供了一种装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室。

本发明采用如下技术方案：

本发明所述的装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室，该刻蚀腔室由反应腔及离子源固定腔组成；反应腔与离子源固定腔相互连通；反应腔内的中心处设有摇摆电极，离子源固定腔内设有离子源；反应腔与离子源固定腔的连通处之间设有挡板；挡板通过外部电机驱动旋转从而移动至离子源的发射束端；反应腔的底部与分子真空泵相互连通；所述的反应腔的内壁铺贴内衬；所述的摇摆电极的外壁铺贴内衬；所述的离子源固定腔的内壁铺贴内衬。

本发明所述的装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室，所述的内衬由若干块衬体拼接组装而成或与衬体整体与刻蚀腔室内壁形状相互匹配并进行整体装配；所述的衬体采用螺栓或压片式固定在刻蚀腔室的内壁上。

本发明所述的装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室，所述的内衬与离子的接触面的表面为粗糙面。

本发明所述的装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室，所述的反应腔内壁内衬与离子源固定腔内衬的接合部之间的缝隙通过耐高温耐等离子体薄膜进行填充。

本发明所述的装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室，所述的反应腔内壁的内衬与离子的接触面的表面覆盖耐高温耐等离子体薄膜；

所述的离子源固定腔内壁的内衬离子的接触面的表面覆盖耐高温耐等离子体薄膜；

所述的摇摆电极外壁的内衬离子的接触面的表面覆盖耐高温耐等离子体薄膜。

本发明所述的装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室，所述的耐高温耐等离子体薄膜选用聚酰亚胺材料或铜箔铝箔耐高温胶带。

本发明所述的装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室，所述的内衬由不锈钢材料或铝等耐腐蚀材料制成。

本发明所述的装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室的加工方法，加工步骤如下：

步骤一、将清洁的内衬安装在刻蚀腔室内；其内衬的覆盖范围与离子源流动接触面相适应；

步骤二、放置加工晶圆，开启设备离子源通过离子束对晶圆进行蚀刻工艺；

步骤三、蚀刻结束后，取出晶圆后再取出内衬，并对内衬采用离子水进行清洗，且对刻蚀腔室内壁进行擦拭清洗；

步骤四、将清洗后清洁的内衬重新装配回刻蚀腔室内，进入下一个加工工艺。

本发明所述的装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室的加工方法，加工步骤如下：

步骤一、将耐高温耐等离子体薄膜贴敷在刻蚀腔室内；其耐高温耐等离子体薄膜覆盖范围与离子源流动接触面相适应；

步骤二、放置加工晶圆，开启设备离子源通过离子束对晶圆进行蚀刻工艺；

步骤三、蚀刻结束后，取出晶圆后，再撕去内壁上的耐高温耐等离子体薄膜，对刻蚀腔室内壁进行擦拭清洗；

步骤四、将清洗后刻蚀腔室内壁再次贴敷耐高温耐等离子体薄膜，进入下一个加工工艺。

本发明所述的装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室的加工方法，加工步骤如下：

步骤一、将清洁的内衬安装在刻蚀腔室内；其内衬的覆盖范围与离子源流动接触面相适应，在内衬表面贴敷耐高温耐等离子体薄膜；

步骤二、放置加工晶圆，开启设备离子源通过离子束对晶圆进行蚀刻工艺；

步骤三、蚀刻结束后取出晶圆，先撕去内衬表面贴敷耐高温耐等离子体薄膜，再将内衬采用离子水进行清洗，且对刻蚀腔室内壁进行擦拭清洗；

步骤四、将清洗后清洁的内衬重新装配回刻蚀腔室内并在表面贴敷耐高温耐等离子体薄膜，进入下一个加工工艺。

有益效果

本发明提供的装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室，在刻蚀腔室内壁增设内衬结构可减少在加工过程中产生的污染，方便拆卸，易于安装。

本发明提供的装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室，刻蚀腔室内壁增设内衬，其内衬朝向电极的一面需要处理成粗糙面，减少挡板等溅射出来的污染颗粒在内衬表面的沉积。

本发明提供的装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室，采用的内衬与耐高温耐等离子体薄膜配合使用，可以减少耐高温胶带对反应腔室内壁粘贴之后留下的胶粘痕迹，减小了新的可能污染物的出现。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的耐高温耐等离子体薄膜填充内衬结构示意图；

图3是本发明的耐高温耐等离子体薄膜覆盖内衬结构示意图；

图4是本发明的内衬其一结构面示意图；

图5是本发明的内衬另一结构面示意图；

图6是本发明采用内衬的加工工艺流程图；

图7是本发明采用耐高温耐等离子体薄膜的加工工艺流程图；

图8是本发明采用内衬及耐高温耐等离子体薄膜配合的加工工艺流程图。

图中1是反应腔，2是分子泵，3是摇摆电极，4是是晶片，5是离子源，6是离子源固定腔，7是挡板，8是电机，9是机械手进出口，50是内衬，60是耐高温耐等离子体薄膜。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示：一种装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室，离子束刻蚀系统包括离子束刻蚀反应腔体，可旋转的刻蚀载片台，可产生离子束的离子源，固定离子源的外部固定罩，挡板及挡板驱动装置。反应腔体为一个具有中空特征的多面体结构，在一个侧边上开有矩形孔，该开孔可供机械手承载晶圆进入反应腔室，将晶圆放置于刻蚀载片台上之后，机械手从该矩形孔中退出，关闭外部安装的门阀，使得反应腔室内部成为密闭真空状态。刻蚀载片台位于反应腔室中部，连接部呈L型，其顶部连接至反应腔室外部，通过电机或其他驱动机构使得刻蚀载片台可绕顶部连接关节轴线旋转；除了绕连接关节轴线的公转外，载片台还可以绕自身轴线的自传，由安装在载片台底部的小回转电机驱动。挡板及其驱动装置设置在反应腔室的侧壁上，挡板位于反应腔室内部，驱动装置设置在反应腔室的外部，且挡板上端的遮挡平面平行于离子源栅网，挡板可在驱动装置如电机或气缸的作用下沿着驱动轴线进行旋转，在载片台及晶圆尚未到达设定位置之前挡板挡在离子源栅格及载片台之间，对载片台及晶圆进行保护，防止它们受到离子束的损伤从而影响成品质量；当载片台及晶圆到达设定刻蚀位置之后，驱动装置带动挡板向下旋转离开离子源栅网口，离子源发射的离子束以一定的速度撞向晶圆表面，将晶圆表面未被覆盖的材料撞击出来，实现刻蚀效果。离子束刻蚀系统的工作流程为挡板在外部驱动机构的带动下达到初始位置，即可以完全遮挡住离子源栅网的位置，开启离子源，发射具有能量的离子束；电极载片绕着公转轴线旋转至设定位置，晶圆面向离子源栅网或是与其成一定角度，之后电极载片开始绕着自身轴线匀速旋转，待电极稳定后，挡板开始下落，直至离子源栅网完全暴露，对晶圆进行刻蚀。刻蚀完成之后关闭离子束，电极载片回到初始位置，机械手取出晶圆。

摇摆电极的外壁铺贴内衬50；离子源固定腔的内壁铺贴内衬50。内衬50由若干块衬体拼接组装而成或与衬体整体与刻蚀腔室内壁形状相互匹配并进行整体装配；所述的衬体采用螺栓或压片式固定在刻蚀腔室的内壁上。内衬50与离子的接触面的表面为粗糙面。

如图4、图5所示：其为内衬50的结构之一，图中针对刻蚀腔室的内壁的复杂结构，将内衬50分为衬体一501，衬体二502，衬体三503，衬体四504；

每个部分单独安装，且可以单独与腔体1内壁使用螺栓固定，每个部分与对应的腔室1内壁形状相同，可保证该部分内衬完整贴合腔体内壁。其衬体一501，衬体二502，衬体三503，衬体四504上都开设相应的设备孔及安装孔，便于整体组装。

内衬50的材质可以为不锈钢或铝等耐腐蚀材料，且可以按照其所要包裹的元素的形状来决定其自身的样式，如反应腔室1形状较为特殊，其大部分区域的形状为圆弧型，因此包裹在其内侧的内衬50也需要加工成圆弧状，且安装时该部分内衬可以与反应腔室内壁完全贴合，尽量减少两者之间的间隙，减小污染颗粒进入两者之间的可能性。内衬的固定可以采用螺栓或者是压片式，在反应腔体面上打螺纹孔，使用螺栓或压片将内衬压紧在腔室或者是其他包裹位置上。使用内衬保护时，内衬朝向电极的一面需要处理成粗糙面，减少挡板等溅射出来的污染颗粒在内衬表面的沉积。待经过一段时间的工艺实验之后，发现腔体内污染较为严重时，打开反应腔室，将各个部分包裹的内衬拆除，使用去离子水或其他溶剂单独清洗内衬即可，待清洗干净后将内衬重新安装进腔体内，保护各表面。该种方式的优点是操作方便，极大程度的减小了腔体内部件的清洗维护周期，只需要单独清洗内衬即可。

实施例二

如图2所示：反应腔室内所有暴露的表面均贴上耐高温耐等离子体薄膜，如聚酰亚胺，铜箔，铝箔，耐高温胶带等，该种薄膜的优点很多，可以耐高温，耐等离子体腐蚀，在极高的真空环境下放气量很少，且具有良好的介电性能，在实施方式一中，由于离子束刻蚀系统的腔室形状一般都较为复杂，想要加工一套可以与腔室内壁完全贴合的内衬比较困难，且两者之间的空隙较大，导致污染颗粒会通过缝隙处达到腔体内表面，污染腔体，难以清洗。相对实施方式一而言，该种实施方式可以完美的贴合反应腔室和其他可能暴露的污染的表面，且相邻的两块薄膜胶带接缝处可以重叠遮挡，保证腔体内所有暴露的表面均被遮盖住，同样如图2所示。待经过一段时间的工艺实验之后，发现腔体内污染较为严重时，打开反应腔室，将贴着的薄膜撕掉，使用去离子水或其他溶剂等擦洗掉薄膜粘贴的痕迹即可，清洗完成之后再次粘贴上耐高温耐等离子体薄膜，不留缝隙，保护内部表面不受污染，待一段时间之后再次进行撕掉清洗。该种方式的优点是操作方便，完全的保护腔体内表面不受污染，且成本很低。

实施例三

如图3所示：在反应腔室内所有暴露的表面上包裹内衬50之外，在相邻两块内衬的接缝处粘贴耐高温耐等离子体薄膜60，如聚酰亚胺，铜箔，铝箔，耐高温胶带等，如图6所示，内衬50的材质可以为不锈钢或铝等耐腐蚀材料，且可以按照其所要包裹的元素的形状来决定其自身的样式，如实施方式一中所述。在内衬接缝处粘贴耐高温耐等离子体薄膜60可以保证腔室内内部暴露的所有表面均被保护，不会暴露在污染环境之下，同时内衬的结构可以减少耐高温胶带对反应腔室内壁粘贴之后留下的胶粘痕迹，减小了新的可能污染物的出现。待经过一段时间的工艺实验之后，发现腔体内污染较为严重时，打开反应腔室，撕掉内衬接缝处的耐高温胶带，拿出内衬，单独使用去离子水或者其他溶剂清洗内衬内外表面，待清洗干净后，将内衬重新装上，包裹各个表面，在接缝处再次粘贴耐高温胶带，保护缝隙。该种方式的优点是在保护了腔体内暴露表面不受污染之外，还能够保护各表面的完整性和原始性，减小了新的污染物出现的可能性。

实施例四

如图4所示：在反应腔室内所有暴露的表面上包裹内衬50之外，在内衬50的外部再完全粘贴一层耐高温耐等离子体薄膜60，如聚酰亚胺，铜箔，铝箔，耐高温胶带等，如图7所示。内衬50的材质可以为不锈钢或铝等耐腐蚀材料，且可以按照其所要包裹的元素的形状来决定其自身的样式，如实施方式一中所述。耐高温薄膜60完全包裹住内衬50的表面，在保护了腔体内各表面不会暴露在污染物中之外，还可以保护内衬表面污染颗粒物的沉积。待经过一段时间的工艺实验之后，发现腔体内污染较为严重时，打开反应腔室，将内衬50拿出，撕掉表面的耐高温耐等离子体薄膜60，此时只需要清洗内衬表面上耐高温薄膜粘贴留下的黏胶痕迹即可，对于内衬的清洗更加方便快捷，减少了内衬报废的频率，在实现彻底的保护腔体内不受污染的前提下也保护了内衬，极大程度的提高了离子束刻蚀系统的维护效率，降低了维护清洗的时间，同时从长远情形来看降低了频繁更换内衬的成本。

本发明根据不同实施例的采用不同的加工工艺；

图6所示：（1）采用单独内衬结构的加工步骤如下：

步骤一、将清洁的内衬安装在刻蚀腔室内；其内衬的覆盖范围与离子源流动接触面相适应；

步骤二、放置加工晶圆，开启设备离子源通过离子束对晶圆进行蚀刻工艺；

步骤三、蚀刻结束后，取出晶圆后再取出内衬，并对内衬采用离子水进行清洗，且对刻蚀腔室内壁进行擦拭清洗；

步骤四、将清洗后清洁的内衬重新装配回刻蚀腔室内，进入下一个加工工艺。

图7所示：（2）采用耐高温耐等离子体薄膜的加工步骤如下：

步骤一、将耐高温耐等离子体薄膜贴敷在刻蚀腔室内；其耐高温耐等离子体薄膜覆盖范围与离子源流动接触面相适应；

步骤二、放置加工晶圆，开启设备离子源通过离子束对晶圆进行蚀刻工艺；

步骤三、蚀刻结束后，取出晶圆后，再撕去内壁上的耐高温耐等离子体薄膜，对刻蚀腔室内壁进行擦拭清洗；

步骤四、将清洗后刻蚀腔室内壁再次贴敷耐高温耐等离子体薄膜，进入下一个加工工艺。

图8所示：（3）采用内衬及耐高温耐等离子体薄膜的加工步骤如下：

步骤一、将清洁的内衬安装在刻蚀腔室内；其内衬的覆盖范围与离子源流动接触面相适应，在内衬表面贴敷耐高温耐等离子体薄膜；

步骤二、放置加工晶圆，开启设备离子源通过离子束对晶圆进行蚀刻工艺；

步骤三、蚀刻结束后取出晶圆，先撕去内衬表面贴敷耐高温耐等离子体薄膜，再将内衬采用离子水进行清洗，且对刻蚀腔室内壁进行擦拭清洗；

步骤四、将清洗后清洁的内衬重新装配回刻蚀腔室内并在表面贴敷耐高温耐等离子体薄膜，进入下一个加工工艺。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室，该刻蚀腔室由反应腔及离子源固定腔组成；反应腔与离子源固定腔相互连通；反应腔内的中心处设有摇摆电极，离子源固定腔内设有离子源；反应腔与离子源固定腔的连通处之间设有挡板；挡板通过外部电机驱动旋转从而移动至离子源的发射束端；反应腔的底部与分子真空泵相互连通；其特征在于：所述的反应腔的内壁铺贴内衬；所述的摇摆电极的外壁铺贴内衬；所述的离子源固定腔的内壁铺贴内衬。

2.根据权利要求1所述的装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室，其特征在于：所述的内衬由若干块衬体拼接组装而成或与衬体整体与刻蚀腔室内壁形状相互匹配并进行整体装配；所述的衬体采用螺栓或压片式固定在刻蚀腔室的内壁上。

3.根据权利要求1或2所述的装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室，其特征在于：所述的内衬与离子的接触面的表面为粗糙面。

4.根据权利要求2所述的装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室，其特征在于：所述的反应腔内壁内衬与离子源固定腔内壁内衬的接合部之间的缝隙通过耐高温耐等离子体薄膜进行填充。

5.根据权利要求1所述的装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室，其特征在于：所述的反应腔内壁的内衬与离子的接触面的表面覆盖耐高温耐等离子体薄膜；

所述的离子源固定腔内壁的内衬离子的接触面的表面覆盖耐高温耐等离子体薄膜；

所述的摇摆电极外壁的内衬离子的接触面的表面覆盖耐高温耐等离子体薄膜。

6.根据权利要求5所述的装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室，其特征在于：所述的耐高温耐等离子体薄膜选用聚酰亚胺材料或铜箔铝箔耐高温胶带。

7.根据权利要求5所述的装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室，其特征在于：所述的内衬由不锈钢材料或铝等耐腐蚀材料制成。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室的加工方法，其特征在于：加工步骤如下：

步骤一、将清洁的内衬安装在刻蚀腔室内；其内衬的覆盖范围与离子源流动接触面相适应；

步骤二、放置加工晶圆，开启设备离子源通过离子束对晶圆进行蚀刻工艺；

步骤三、蚀刻结束后，取出晶圆后再取出内衬，并对内衬采用离子水进行清洗，且对刻蚀腔室内壁进行擦拭清洗；

步骤四、将清洗后清洁的内衬重新装配回刻蚀腔室内，进入下一个加工工艺。

9.根据权利要求1至7任意一项所述的装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室的加工方法，其特征在于：加工步骤如下：

步骤一、将耐高温耐等离子体薄膜贴敷在刻蚀腔室内；其耐高温耐等离子体薄膜覆盖范围与离子源流动接触面相适应；

步骤二、放置加工晶圆，开启设备离子源通过离子束对晶圆进行蚀刻工艺；

步骤三、蚀刻结束后，取出晶圆后，再撕去内壁上的耐高温耐等离子体薄膜，对刻蚀腔室内壁进行擦拭清洗；

步骤四、将清洗后刻蚀腔室内壁再次贴敷耐高温耐等离子体薄膜，进入下一个加工工艺。

10.根据权利要求1至7任意一项所述的装配清洗内衬的离子束刻蚀腔室的加工方法，其特征在于：加工步骤如下：

步骤一、将清洁的内衬安装在刻蚀腔室内；其内衬的覆盖范围与离子源流动接触面相适应，在内衬表面贴敷耐高温耐等离子体薄膜；

步骤二、放置加工晶圆，开启设备离子源通过离子束对晶圆进行蚀刻工艺；

步骤三、蚀刻结束后取出晶圆，先撕去内衬表面贴敷耐高温耐等离子体薄膜，再将内衬采用离子水进行清洗，且对刻蚀腔室内壁进行擦拭清洗；

步骤四、将清洗后清洁的内衬重新装配回刻蚀腔室内并在表面贴敷耐高温耐等离子体薄膜，进入下一个加工工艺。