CN111801784A - 利用环形沿面放电等离子装置的点状蚀刻模块以及点状蚀刻模块的蚀刻轮廓的控制方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种利用环形沿面放电等离子装置的点状蚀刻模块。利用所述环形沿面放电等离子装置的点状蚀刻模块，包括：板状的电介质；圆形电极，与所述电介质的上面接触配置；环形电极，与所述电介质的下面接触配置，并提供用于容纳气体的气体容纳空间；以及供电部，用于向所述圆形电极和环形电极之间施加高电压，施加高电压而开始放电时，从在所述环形电极的内侧面和所述电介质的下面之间向所述环形电极的中心方向展开的等离子向待处理基板的方向照射丝状等离子。

Description

利用环形沿面放电等离子装置的点状蚀刻模块以及点状蚀刻 模块的蚀刻轮廓的控制方法
技术领域
本发明涉及一种蚀刻模块，更详细而言，涉及一种可以利用环形沿面放电等离子装置照射丝状等离子的点状蚀刻模块。
背景技术
一般，在半导体的制造中，通过在晶片表面上反复进行薄膜的淀积、蚀刻及离子注入来形成具有所需的电路动作特性的半导体器件。
蚀刻工作是选择性地去除所淀积的薄膜的工作，分为利用溶液进行蚀刻的湿法蚀刻和利用反应气体进行蚀刻的干法蚀刻。
尤其，根据为了电离反应气体而产生的等离子的产生方式，干法蚀刻有等离子蚀刻(Plasma etching)、反应性离子蚀刻(Reactive ion etching)、磁增强反应离子蚀刻(Magnetically enhanced reactive ion etching)等方式。
此处，等离子蚀刻是将反应气体放入两个电极之间并形成强电场以使气体电离，然后，将电离的反应气体加速至晶片的表面而选择性地去除所淀积的薄膜的方式。
在用于这种等离子蚀刻的等离子蚀刻装置中，被流入至处理室的反应气体被在处理室上方的RF电极板和处理室下方的阴极板之间产生的等离子电离，并使电离的反应气体加速至晶片的表面而选择性地去除所淀积的薄膜的装置。
在此，为了提高蚀刻效率，被等离子电离的反应气体必须集中到晶片上，为此，现有的等离子蚀刻装置必须需要将反应气体集中在晶片上的聚焦环。因此，现有的等离子蚀刻装置存在在没有所述聚焦环的情况下难以局部蚀刻晶片表面的问题。
一方面，具有高温、高压、高频、耐辐射性、耐磨性及耐腐蚀性的碳化硅(Siliconcarbide，SiC)作为下一代半导体正在迅速发展。
尤其，SiC与Si相比共振频率(600MHz)优异，并且在生物体和高温下非常稳定，因此，不仅在汽车、船舶、航空航天工业等极端环境，还可以作为下一代RF和生物机械微机电系统(MEMS)备受瞩目。
然而，SiC具有热化学稳定性高而难以进行微细加工的问题。
发明内容
因此，本发明所要解决的课题在于，提供一种点状蚀刻模块，所述点状蚀刻模块通过环形沿面放电等离子装置产生丝状等离子，可以精密地处理待处理基板的表面。
为解决所述课题的根据本发明的一实施例的点状蚀刻模块，其中，包括：板状电介质；圆形电极，与所述电介质的上面面接触配置；环形电极，与所述电介质的下面面接触配置，提供用于容纳气体的气体容纳空间；以及供电部，用于向所述圆形电极和环形电极之间施加高电压，当施加高电压而开始放电时，从在所述环形电极的内侧面与所述电介质的下面之间向所述环形电极的中心方向展开的等离子向待处理基板的方向照射丝状等离子。
作为一实施例，所述圆形电极具有小于所述环形电极的内径的直径。
作为一实施例，所述圆形电极的直径和所述环形电极的内径的比率可为8:18以下。
作为一实施例，所述圆形电极的直径Re和所述环形电极的内径Se之差可为20mm以下。
作为一实施例，所述气体包括用于开始放电的放电气体，所述放电气体可为选自由氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)及氙(Xe)而组成的组中的至少一个。
作为一实施例，所述气体包括用于蚀刻所述待处理基板的蚀刻气体，所述待处理基板为SiC，所述蚀刻气体可为三氟化氮(NF3)或六氟化硫(SF6)。
作为一实施例，相对于注入至所述气体容纳空间的气体的总体积，注入所述蚀刻气体可低于1％。
作为一实施例，可包括用于向所述气体容纳空间注入所述气体的气体注入部。
作为一实施例，所述气体注入部可被构成为在所述环形电极的侧面方向向所述气体容纳空间注入气体。
作为一实施例，所述气体注入部包括以围绕所述环形电极的外表面的方式设置的圆筒形气体注入构件，在所述环形电极的外表面和圆筒形气体注入构件的内表面之间具备用于将从所述气体注入构件注入的气体引导至所述气体容纳空间的气体引导通道。
作为一实施例，所述待处理基板为导电性基板，可以蚀刻所述导电性基板。
利用根据本发明的一实施例的点状蚀刻模块控制蚀刻轮廓的方法，包括相对于注入到环形电极的气体容纳空间的气体的总体积变更放电气体及蚀刻气体的供给比率的过程。
作为一实施例，通过提高所述蚀刻气体相对于所述气体的总体积的供给比率，可以蚀刻为又窄又深。
作为一实施例，通过降低所述蚀刻气体相对于所述气体的总体积的供给比率，可以蚀刻为又宽又薄。
发明效果
根据本发明的点状蚀刻模块，通过向待处理基板照射所生成的细线形丝状等离子，从而，可以对待处理基板的表面的特定区域进行集中蚀刻和局部蚀刻，因此，具有可以对待处理基板的表面进行精密地处理，尤其可容易利用于SiC的蚀刻工艺的优点。
另外，具有无需另外向待处理基板的方向集中等离子的装置，也可以对待处理基板的特定区域进行集中蚀刻及局部蚀刻的优点。
附图说明
图1是示出根据本发明的一实施例的点状蚀刻模块的结构的截面图。
图2是示出根据本发明的一实施例的点状蚀刻模块的气体注入部的示例图。
图3是在根据本发明的一实施例的点状蚀刻模块中改变NF3的供给比率来蚀刻SiC基板而显示的蚀刻轮廓的分析曲线图。
图4是在根据本发明的一实施例的点状蚀刻模块中多次往返移动SiC基板的同时进行蚀刻而显示的蚀刻轮廓的分析曲线图。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明根据本发明的实施例的点状蚀刻模块。对本发明可以实施多样的变更，并可以具有多样形态，在图中例示特定实施例并在原文中详细说明。但是，应理解这些并不是限定特定本发明的公开形态，而包含本发明的思想及技术范围内所包含的所有变更、同等物乃至代替物。在说明各图时，对类似的结构要素标注类似的参考符号。附图中，构造物的尺寸比实际放大表示以明确本发明。
第一、第二等术语可用于说明多种结构要素，但所述结构要素并不局限于所述术语。所述术语可以以从其他结构要素区分一个结构要素为目的而使用，例如在不脱离本发明的权利范围的情况下，第一结构要素可以被称为第二结构要素，类似地，第二结构要素也可以被称为第一结构要素。
在本发明中所使用的术语仅用于说明例示性的实施例，并不旨在限制本发明。只要未在文脉上明确表示其他含义，单数的表达就可包括复数的表达。在本发明中，“包括”或“具有”等的术语应理解为用于指定说明书上所记载的特征、数字、步骤、动作、结构要素、零件或它们的组合的存在，而并不预先排除1个或1个以上的其他特征或数字、步骤、动作、结构要素、零件或它们的组合的存在或附加可能性。
除非另有定义，包含技术术语及科学术语在内的使用于本说明书中的所有术语具有与本发明所属技术领域的技术人员普遍理解的含义相同的含义。在普遍使用的词典中所定义的术语应解释为具有与相关技术的文脉上所具有的含义一致的含义，并且，除非在本说明书中明确定义，则不应以理想性或过于公式化的含义来进行解释。
根据本发明的点状蚀刻模块具有环形沿面放电等离子装置的形状，并且用作蚀刻模块。即，本发明提供利用环形沿面放电等离子装置的点状蚀刻模块。下面，将详细说明利用环形沿面放电等离子装置的点状蚀刻模块。
图1是示出根据本发明的一实施例的点状蚀刻模块的结构的截面图，图2是示出根据本发明的一实施例的点状蚀刻模块的气体注入部的示例图。
参照图1，根据本发明的一实施例的点状蚀刻模块，包括电介质110、圆形电极120、环形电极130及供电部140。
电介质110以同时具有电绝缘性和介电性的陶瓷材料为基础，可以使用石英、玻璃、氧化铝、氧化钛、氧化镁、氧化硅、磷酸银、碳化硅、氧化铟、氧化镉、氧化铋、氧化锌、氧化铁、锆钛酸铅、碳纳米管等。所述电介质110形成为板状。例如，可以为圆板形。
圆形电极120与所述电介质110的上面面接触配置。圆形电极120设置成圆板形。
环形电极130为环形。环形电极130与所述电介质110的下面面接触配置。环形电极130提供用于容纳气体的气体容纳空间131。所述气体容纳空间131是环形的内侧。在所述气体容纳空间131注入用于开始放电及蚀刻的气体。
供电部140向圆形电极120和环形电极130之间施加高电压。作为一例，向圆形电极120施加高电压，并且圆形电极130可以用作接地。
一方面，具备用于将气体注入至所述气体容纳空间131的气体注入部150。气体注入部150被构成为在环形电极130的侧面方向向气体容纳空间131注入气体。
作为一实施例，气体注入部150可以包括从环形电极130的外表面向气体容纳空间131的方向贯穿的气体注入孔。
作为另一实施例，如图2所示，气体注入部150可以包括圆筒形气体注入构件151。圆筒形气体注入构件151被设置成围绕环形电极130的外表面，此时，在环形电极130的外表面与圆筒形气体注入构件151的内表面之间具备将从圆筒形气体注入构件151注入的气体引导至气体容纳空间131的气体引导通道152。
通过气体注入部150注入的气体包括用于开始放电的放电气体和用于蚀刻待处理基板160的蚀刻气体。
放电气体可以为选自由氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氙(Xe)组成的组中的至少一种。当从供电部140施加高电压时，放电气体被击穿(breakdown)而开始放电。为此，放电气体可以以高浓度注入。
蚀刻气体可以为三氟化氮(NF3)或六氟化硫(SF6)。所述蚀刻气体可以用于蚀刻由SiC材料而制成的待处理基板160。相对于被注入至气体容纳空间131的气体的总体积，蚀刻气体可以注入低于1％。
根据本发明的一实施例的点状蚀刻模块，当从供电部140向圆形电极120施加高电压时，注入到气体容纳空间131中的气体中的放电气体被击穿以开始放电，当开始放电时，等离子在环形电极130的内侧面和电介质110的下面之间朝环形电极130的中心方向展开，在环形电极130的中心部进行等离子的展开方向的终端被耦合的等离子耦合，从而，将在环形电极130的中心部向待处理基板160的方向垂直下落的丝状等离子200照射至待处理基板160的表面。照射到待处理基板160上的丝状等离子200点状蚀刻待处理基板160的表面。
此处，“点状蚀刻”是指以丝状向待处理基板160的表面的一地点照射细丝状等离子200，以点状蚀刻待处理基板160的表面。
在所述蚀刻工艺中，当丝状等离子200对待处理基板160的表面进行点状蚀刻时，优选保持预定的蚀刻图案，不脱离要蚀刻的地点，使得在要蚀刻的地点准确地进行蚀刻。为此，圆形电极120被设计成具有小于环形电极130的内径的直径。即，可以将圆形电极120的直径Re与环形电极130的内径Se之比设计为8:18以下。此处，比率8:18是圆形电极120的直径Re对环形电极120的内径Se的比。或者，可以设计成所述圆形电极的直径Re与所述环形电极的内径Se之差为20mm以下。当在这些条件下设置圆形电极120的直径与环形电极130的内径的比率时，可以将丝状等离子稳定地朝待处理基板160照射。
下面，举例说明用于确认利用根据本发明的一实施例的点状蚀刻模块蚀刻待处理基板时出现的蚀刻轮廓的实施例。
实施例
将内径18mm的环形电极130与电介质110的下面面接触配置，并将直径10mm的圆形电极120与电介质110的上面面接触配置。在所述圆形电极120连接供电部140以施加高电压，并且环形电极130用作接地。在环形电极130的下面配置待处理基板160。所述待处理基板160配置SiC基板来作为导电基板。
在所述实施例的结构中，为了蚀刻所述SiC基板，将混合有放电气体和蚀刻气体的气体通过气体注入部150注入至通过环形电极130提供的气体容纳空间131中。此时，注入氦(He)作为放电气体，注入三氟化氮(NF3)作为蚀刻气体。
在蚀刻过程中，所述氦供应1lpm，改变所述三氟化氮(NF3)的供应比率，根据三氟化氮(NF3)的供应比率分析蚀刻轮廓。并且，以0ccm、0.5ccm、1ccm、2ccm的顺序逐渐增加三氟化氮(NF3)的供应比率的同时，分析蚀刻轮廓。根据三氟化氮(NF3)的供应比率分别蚀刻5分钟。将通过蚀刻轮廓的控制过程分析的蚀刻轮廓显示在图3的曲线图中。
图3是在根据本发明的一实施例的点状蚀刻模块中改变三氟化氮(NF3)的供给比率来蚀刻SiC基板时显示的蚀刻轮廓的分析曲线图。在图3的曲线图中，“F0，0.37um”表示三氟化氮(NF3)的供给比率为0ccm，蚀刻深度为0.37μm，“F0.5，1.3um”表示三氟化氮(NF3)的供给比率为0.5ccm，而蚀刻深度为1.3μm，“F1，2.88um”表示三氟化氮(NF3)的供给比率为1ccm，蚀刻深度为2.88μm，“F2，3.64um”表示三氟化氮(NF3)的供给比率为2ccm，蚀刻深度为3.64μm。
如图3的曲线图所示，可以确认，随着三氟化氮(NF3)的供给比率逐渐增加，待处理基板160的蚀刻深度变深且变窄，反之，随着三氟化氮(NF3)的供给比率降低，待处理基板160的蚀刻深度变浅且变宽。
一方面，为了确认丝状等离子的稳定性，根据在将待处理基板160向左右方向往返移动多次的同时蚀刻待处理基板160的结果来分析蚀刻轮廓。此时，分析在以下每个条件下蚀刻的结果的蚀刻轮廓。
1)以1lpm供给氦，并且以0.5ccm供给三氟化氮(NF3)，将待处理基板160向左右方向往返移动40次。2)以1lpm供给氦，并且以1ccm供给三氟化氮(NF3)，将待处理基板160向左右方向往返移动80次。3)以1lpm供给氦，并且以1ccm供给三氟化氮(NF3)，将待处理基板160向左右方向往返移动160次。
所述条件1)至3)的每个条件分别蚀刻5分钟，并在每个条件下的蚀刻轮廓的分析结果示于图4的曲线图中。图4是在根据本发明的一实施例的点状蚀刻模块中多次往返移动SiC基板进行蚀刻时显示的蚀刻轮廓的分析曲线图。在图4的曲线图中，“#40”表示待处理基板往返移动40次，“#80”表示待处理基板往返移动80次，“#160”表示待处理基板往返移动160次
如图4的曲线图所示，可以确认，在1)至3)的蚀刻条件下，每个蚀刻轮廓的形状均恒定，根据三氟化氮(NF3)的供给比率只有深度发生变化。这证明了即使使待处理基板160往返移动多次进行蚀刻，丝状等离子也无晃动稳定地照射至待处理基板160。
根据本发明的一实施例的点状蚀刻模块具有环形沿面放电等离子装置的形状。即，可以通过与电介质110的下面面接触配置的环形电极130和配置在电介质110的上面的圆形电极120的配置结构来实现环形沿面放电等离子装置的结构。通过环形沿面放电等离子装置的结构，由环形电极130提供气体容纳空间131，并且向所提供的气体容纳空间131注入氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氙(Xe)等击穿电压较低的放电气体，在大气压环境下开始放电，并在电介质110的下面及环形电极130的内侧面之间展开沿面放电等离子。另外，通过沿面放电等离子向环形电极130的中心方向展开，展开后的沿面放电等离子在环形电极130的中心部耦合，从而实现产生丝状等离子，丝状等离子向待处理基板160的方向照射的点状蚀刻模块。
因此，根据本发明的一实施例的点状蚀刻模块，将所生成的细线形丝状等离子照射至待处理基板160上，从而，可以集中蚀刻及局部蚀刻待处理基板160的表面的特定区域，由此，具有可以精密地处理待处理基板160的表面，尤其，可容易用于SiC的蚀刻工艺的优点。
另外，具有无需用于向待处理基板的方向集中等离子的装置，也可以对待处理基板的特定区域进行集中蚀刻和局部蚀刻的优点。
提供对所述的实施例的说明以使本发明所属领域的普通技术人员可以利用或实施本发明。对这些实施例的各种变形是对本技术领域的普通技术人员来说是显而易见的，并且，在不脱离本发明的范围的情况下，本文中定义的一般原理可以应用于其他实施例中。因此，本发明不限于在此提出的实施例，而应在与在此提出的原理和新颖特征相一致的最宽范围内解释。

Claims (14)

1.一种利用环形沿面放电等离子装置的点状蚀刻模块，其特征在于，包括：
板状电介质；
圆形电极，与所述电介质的上面面接触配置；
环形电极，与所述电介质的下面面接触配置，提供用于容纳气体的气体容纳空间；以及
供电部，用于向所述圆形电极和环形电极之间施加高电压，
当施加高电压而开始放电时，从在所述环形电极的内侧面与所述电介质的下面之间向所述环形电极的中心方向展开的等离子向待处理基板的方向照射丝状等离子。
2.根据权利要求1所述的利用环形沿面放电等离子装置的点状蚀刻模块，其特征在于，所述圆形电极具有小于所述环形电极的内径的直径。
3.根据权利要求1所述的利用环形沿面放电等离子装置的点状蚀刻模块，其特征在于，所述圆形电极的直径(Re)和所述环形电极的内径(Se)的比率为8:18以下。
4.根据权利要求1所述的利用环形沿面放电等离子装置的点状蚀刻模块，其特征在于，所述圆形电极的直径和所述环形电极的内径之差为20mm以下。
5.根据权利要求1所述的利用环形沿面放电等离子装置的点状蚀刻模块，其特征在于，所述气体包括用于开始放电的放电气体，
所述放电气体为选自由氦、氖、氩及氙而组成的组中的至少一个。
6.根据权利要求5所述的利用环形沿面放电等离子装置的点状蚀刻模块，其特征在于，所述气体包括用于蚀刻所述待处理基板的蚀刻气体，
所述待处理基板为SiC，
所述蚀刻气体为三氟化氮或六氟化硫。
7.根据权利要求6所述的利用环形沿面放电等离子装置的点状蚀刻模块，其特征在于，相对于注入至所述气体容纳空间的气体的总体积，注入所述蚀刻气体低于1％。
8.根据权利要求1所述的利用环形沿面放电等离子装置的点状蚀刻模块，其特征在于，包括用于向所述气体容纳空间注入所述气体的气体注入部。
9.根据权利要求8所述的利用环形沿面放电等离子装置的点状蚀刻模块，其特征在于，所述气体注入部被构成为在所述环形电极的侧面方向向所述气体容纳空间注入气体。
10.根据权利要求8所述的利用环形沿面放电等离子装置的点状蚀刻模块，其特征在于，所述气体注入部包括以围绕所述环形电极的外表面的方式设置的圆筒形气体注入构件，
在所述环形电极的外表面和圆筒形气体注入构件的内表面之间具备用于将从所述气体注入构件注入的气体引导至所述气体容纳空间的气体引导通道。
11.根据权利要求1所述的利用环形沿面放电等离子装置的点状蚀刻模块，其特征在于，所述待处理基板为导电性基板，蚀刻所述导电性基板。
12.一种蚀刻轮廓的控制方法，其特征在于，包括利用权利要求1所述的装置，相对于注入到环形电极的气体容纳空间的气体的总体积变更放电气体及蚀刻气体的供给比率的过程。
13.根据权利要求12所述的蚀刻轮廓的控制方法，其特征在于，通过提高所述蚀刻气体相对于所述气体的总体积的供给比率，可以蚀刻为又窄又深。
14.根据权利要求12所述的蚀刻轮廓的控制方法，其特征在于，通过降低所述蚀刻气体相对于所述气体的总体积的供给比率，可以蚀刻为又宽又薄。
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