CN116741614B - 刻蚀设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种刻蚀设备，其包括反应室、等离子体发生室、气体分流盘和隔离件，等离子体发生室包括外壳、屏蔽罩和第一电磁感应线圈，屏蔽罩设置于外壳内、且具有第二腔室，外壳设置有进气孔，进气孔与第二腔室连通；第一电磁感应线圈设置于外壳，且绕屏蔽罩的周向分布；气体分流盘设置于等离子体发生室和反应室之间，气体分流盘设置有用于使反应室的第一腔室和第二腔室连通的气孔组件；隔离件设置于第二腔室内，且隔离件分隔在进气孔和气孔组件的进气口之间，以使从进气孔进入第二腔室的气体绕隔离件流动后经过气孔组件进入第一腔室。该设备能够保证足量的等离子体和活性自由基，以便于充分地进行刻蚀反应。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种刻蚀设备。
背景技术
第三代半导体材料主要以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石、氮化铝（AlN）为代表，这类半导体材料。具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力，更适合于制作高温、高频、大功率及抗辐射器件，可广泛应用在高压、高频、高温以及高可靠性等领域，具体包括射频通信、雷达、卫星、电源管理、汽车电子、工业电力电子等。
但是，相关技术提供的刻蚀设备用于制备第三代半导体材料时，在高刻蚀速率的情况下难以保证刻蚀的均匀性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种刻蚀设备，其能够保证足量的等离子体和活性自由基，以便于充分地进行刻蚀反应，并提高刻蚀的均匀性。
本发明的实施例是这样实现的：
本发明提供一种刻蚀设备，包括：
反应室，反应室设置有第一腔室；
等离子体发生室，等离子体发生室包括外壳、屏蔽罩和第一电磁感应线圈，屏蔽罩设置于外壳内、且具有第二腔室，第二腔室与第一腔室连通；外壳设置有进气孔，进气孔与第二腔室连通；第一电磁感应线圈设置于外壳，且绕屏蔽罩的周向分布；
气体分流盘，气体分流盘设置于等离子体发生室和反应室之间，气体分流盘设置有用于使第一腔室和第二腔室连通的气孔组件；以及，
隔离件，隔离件设置于第二腔室内，且隔离件分隔在进气孔和气孔组件的进气口之间，以使从进气孔进入第二腔室的气体绕隔离件流动后经过气孔组件进入第一腔室。
在可选的实施方式中，隔离件的一端与屏蔽罩的底部或气体分流盘连接，隔离件的另一端向屏蔽罩的顶部延伸、且与屏蔽罩的顶部呈间隙分布。
在可选的实施方式中，隔离件的一端与屏蔽罩的顶部连接，隔离件的另一端向第二腔室的底部延伸、且与第二腔室的底部呈间隙分布。
在可选的实施方式中，等离子体发生室包括多个第一电磁感应线圈，多个第一电磁感应线圈沿外壳的轴线延伸方向依次分布。
在可选的实施方式中，进气孔设置于外壳的顶部或底部。
在可选的实施方式中，刻蚀设备还包括电磁感应机构，电磁感应机构设置于反应室和等离子体发生室之间，用于使等离子体解离。
在可选的实施方式中，电磁感应机构包括屏蔽盖板、第一电磁感应线圈组件和第二电磁感应线圈组件，第一电磁感应线圈组件和第二电磁感应线圈组件同心设置于屏蔽盖板，且第二电磁感应线圈组件设置于第一电磁感应线圈组件的外周；气孔组件与第一电磁感应线圈组件相对分布；其中，
第一电磁感应线圈组件包括同心且间隔分布的多个第二电磁感应线圈；第二电磁感应线圈组件包括同心且间隔分布的多个第三电磁感应线圈；多个第二电磁感应线圈的分布密度大于多个第三电磁感应线圈的分布密度。
在可选的实施方式中，第三电磁感应线圈的管径大于第二电磁感应线圈的管径。
在可选的实施方式中，第一电磁感应线圈的功率被配置为大于第二电磁感应线圈的功率，第二电磁感应线圈的功率被配置为大于或等于第三电磁感应线圈的功率。
在可选的实施方式中，气孔组件的进气口朝向第二腔室，气孔组件的出气口朝向第一腔室，进气口与出气口连通，且第二腔室中的气体能依次通过进气口和出气口进入第一腔室；其中，
出气口包括第一孔和第二孔，第一孔和第二孔均与进气口连通，第一孔的出气方向和第二孔的出气方向均与水平面呈夹角分布，且第一孔的出气方向朝向反应室的内侧壁，第二孔的出气方向朝向放置于第一腔室的晶圆的中心。
在可选的实施方式中，气孔组件包括多个出气口，多个出气口沿气体分流盘的周向依次间隔分布。
在可选的实施方式中，刻蚀设备还包括承载装置，承载装置包括基座、晶圆放置台、加热装置和驱动装置；基座与反应室的内壁连接、且与反应室的底部设置的抽气口间隔设定距离；晶圆放置台可活动地设置于基座，且用于放置晶圆；驱动装置设置于基座、且与晶圆放置台传动配合；驱动装置用于驱动晶圆放置台移动，以调节放置于晶圆放置台的晶圆的倾斜角度；加热装置设置于晶圆放置台，用于使放置于晶圆放置台的晶圆加热。
本发明实施例的刻蚀设备的有益效果包括：本发明实施例提供的刻蚀设备包括反应室和等离子体发生室；等离子体发生室包括外壳、屏蔽罩和第一电磁感应线圈，屏蔽罩设置于外壳内、且具有第二腔室，第二腔室与反应室的第一腔室连通；外壳设置有进气孔，进气孔与第二腔室连通；第一电磁感应线圈设置于外壳，且绕屏蔽罩的周向分布，在第一电磁感应线圈的作用下，能够激发形成等离子体，且形成的等离子体能够通过气体分流盘进入第一腔室，并在第一腔室进行刻蚀反应；其中，第二腔室内还设置有隔离件，隔离件分隔在进气孔和气体分流盘的气孔组件的进气口之间，以使从进气孔进入第二腔室的气体绕隔离件流动后经过气孔组件进入第一腔室。这样一来，能够利用隔离件的设置，延长从进气孔进入第二腔室的气体的流动路径，并使气体从进气孔流向气体分流盘的气孔组件形成迂回的流动路径，以在气体迂回流动的过程中利用第一电磁感应线圈可靠地激发出等离子体，保证足量的等离子体和活动自由基，进而确保反应室的第一腔室中的等离子体和活性自由基足够多，进而能够充分与第一腔室中放置的晶圆进行刻蚀，并提高刻蚀的均匀性；特别是，能在高刻蚀速率的情况下保证刻蚀的均匀性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明第一实施例中刻蚀设备的结构示意图；
图2为本发明其他实施例中刻蚀设备的结构示意图；
图3为本发明第一实施例中气体分流盘的结构示意图；
图4为本发明第二实施例中SiC晶圆刻蚀前的电镜扫描图；
图5为本发明第二实施例中SiC晶圆刻蚀后的电镜扫描图一；
图6为本发明第二实施例中SiC晶圆刻蚀后的电镜扫描图二；
图7为本发明第三实施例中使用驱动装置调整样品的水平度前的样品刻蚀Mapping图；
图8为本发明第三实施例中使用驱动装置调整样品的水平度后的Mapping图；
图9为本发明第四实施例中调整inside Source power前的样品刻蚀Mapping图；
图10为本发明第四实施例中调整inside Source power后的样品刻蚀Mapping图。
图标：010-刻蚀设备；100-反应室；110-第一腔室；200-等离子体发生室；210-外壳；211-进气孔；220-屏蔽罩；221-第二腔室；222-第一电磁感应线圈；300-气体分流盘；310-气孔组件；311-进气口；312-出气口；313-第一孔；314-第二孔；400-隔离件；500-电磁感应机构；501-屏蔽盖板；510-第一电磁感应线圈组件；511-第二电磁感应线圈；520-第二电磁感应线圈组件；521-第三电磁感应线圈；600-承载装置；610-基座；620-晶圆放置台；630-加热装置；640-驱动装置；650-循环冷却水装置。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
第一实施例
请参照图1，本实施例提供一种刻蚀设备010，其包括反应室100、等离子体发生室200、气体分流盘300和隔离件400，反应室100设置有第一腔室110；等离子体发生室200包括外壳210、屏蔽罩220和第一电磁感应线圈222，屏蔽罩220设置于外壳210内、且具有第二腔室221，第二腔室221与第一腔室110连通；外壳210设置有进气孔211，进气孔211与第二腔室221连通；第一电磁感应线圈222设置于外壳210、且绕屏蔽罩220的周向分布；气体分流盘300设置于等离子体发生室200和反应室100之间，气体分流盘300设置有用于使第一腔室110和第二腔室221连通的气孔组件310；隔离件400设置于第二腔室221内，且隔离件400分隔在进气孔211和气孔组件310的进气口311之间，以使从进气孔211进入第二腔室221的气体绕隔离件400流动后经过气孔组件310进入第一腔室110。
刻蚀设备010在使用时，在第一电磁感应线圈222的作用下，能够激发形成等离子体，且形成的等离子体能够通过气体分流盘300进入第一腔室110，并在第一腔室110进行刻蚀反应；其中，利用隔离件400的设置，能够延长从进气孔211进入第二腔室221的气体的流动路径，并使气体从进气孔211流向气体分流盘300的气孔组件310形成迂回的流动路径，以在气体迂回流动的过程中利用第一电磁感应线圈222可靠地激发出等离子体，保证足量的等离子体和活动自由基，进而确保反应室100的第一腔室110中的等离子体和活性自由基足够多，进而能够充分与第一腔室110中放置的晶圆进行刻蚀，并提高刻蚀的均匀性。
外壳210设置的进气孔211的位置、以及隔离件400的具体设置方式均可以根据需要选择；本实施例中，进气孔211设置于外壳210的底部、且贯穿屏蔽罩220，以使气体能够通入第二腔室221内；隔离件400的一端与气体分流盘300连接，且隔离件400的另一端向屏蔽罩220的顶部延伸、且与屏蔽罩220的顶部呈间隙分布。这样一来，从外壳210底部设置的进气孔211通入第二腔室221的气体先沿隔离件400的长度延伸方向朝向屏蔽罩220的顶部（即第二腔室221的顶部）流动，之后再从屏蔽罩220的顶壁处折返、再次沿隔离件400的长度延伸方向朝向气体分流盘300（即第二腔室221的底部）流动，即可使从进气孔211进入第二腔室221的气体流向气体分流盘300的气孔组件310的路径增长，并形成迂回的流动路径，以利用围绕在第二腔室221外侧的第一电磁感应线圈222将气体可靠地解离，进而保证具有足量的等离子体和活性自由基进入第一腔室110，进而保证刻蚀的效率，并提高刻蚀的均匀性。
当然，在其他实施例中，请参照图2，隔离件400的一端还可以与屏蔽罩220的底部连接，且隔离件400的另一端向屏蔽罩220的顶部延伸、且与屏蔽罩220的顶部呈间隙分布。或者，在其他实施例中，进气孔211设置于外壳210的顶部、且贯穿屏蔽罩220，以使气体能够通入第二腔室221内；第二腔室221中设置有与气体分流盘300连接的隔离件400，还设置有与屏蔽罩220的顶部连接的隔离件400，且与屏蔽罩220的顶部连接的隔离件400的另一端向屏蔽罩220的底部（即第二腔室221的底部）延伸、并与屏蔽罩220的底部（即第二腔室221的底部）呈间隙分布，其中，与屏蔽罩220的顶部连接的隔离件400相比于与气体分流盘300连接的隔离件400靠近第二腔室221的中轴线；从进气孔211进入第二腔室221的气体先沿与屏蔽罩220的顶部连接的隔离件400朝向第二腔室221的底部流动，再从靠近第二腔室221的底部的位置折返从两个隔离件400之间的空隙流向屏蔽罩220的顶部，并在与气体分流盘300连接的隔离件400靠近第二腔室221顶部的位置折返、且流动至气体分流盘300连接的隔离件400背离屏蔽罩220连接的隔离件400的一侧，之后再沿与气体分流盘300连接的隔离件400朝向第二腔室221的底部流动、并通过气体分流盘300进入第一腔室110。
需要说明的是，隔离件400与气体分流盘300或屏蔽罩220的连接方式包括但不限于螺纹连接、通过螺栓等紧固件连接、一体成型。
还需要说明的是，相关技术提供的刻蚀设备010，通过增加第二腔室221的轴向尺寸来增大气体在第二腔室221内的移动路程，这就会形成远程等离子体，远程等离子体在进入第一腔室110、达到晶圆衬底的表面时，离子的动能及分子的活性都有所降低，导致刻蚀速率降低；而本实施例通过在第二腔室221内设置隔离件400，以使气体在第二腔室221内绕隔离件400迂回流动，来增大气体在第二腔室221内的流通路劲，则不再形成如相关技术提供的远程等离子体，等离子体进入第一腔室110、达到晶圆衬底的表面时，离子的动能及分子的活性仍然足够高，能够确保足够快地刻蚀速率。
请参照图1，为了提高第一电磁感应线圈222对于等离子体激发的可靠性，进而提高等离子体和活性自由基的量；等离子体发生室200包括多个第一电磁感应线圈222，多个第一电磁感应线圈222沿外壳210的轴线延伸方向依次分布。如此设置，能够使多个第一电磁感应线圈222沿第二腔室221的轴向遍布，有利于使整个第二腔室221分布于第一电磁感应线圈222的电磁感应范围内，进而有助于进入第二腔室221的气体可靠、充分地解离，且解离后充斥着电子、分子、原子、以及活性自由基原子。
当然，在其他实施方式中，第一电磁感应线圈222还可以绕外壳210成螺旋、缠绕分布，也可以形成沿外壳210的轴线延伸方向分布的状态，以使第二腔室221内的气体可靠地、稳定地解离。
需要说明的是，第一电磁感应线圈222的电磁感应作用可以被配置为周期变化的，更加有助于激发出等离子体的解离。
请参照图1，本实施例的刻蚀设备010还包括电磁感应机构500，电磁感应机构500设置于反应室100和等离子体发生室200之间，用于使等离子体解离。如此设置，可以利用电磁感应机构500形成二次解离，以提高进入第一腔室110的等离子体的浓度，进而提高刻蚀效率；具体地，电磁感应机构500重叠设置于气体分流盘300的下方，且电磁感应机构500设置有用于使气体穿过、并进入第一腔室110的空隙，当进入第二腔室221的气体经过气体分流盘300和电磁感应机构500进入第一腔室110后，在电磁感应机构500的电磁作用下，气体中的电子进一步撞击分子或原子，激发形成等离子体，等离子体中的电子促进形成更多的二次电子，即可提高第一腔室110中的等离子体的浓度。应当理解，在其他实施方式中，电磁感应机构500设置有安装孔，气体分流盘300可以嵌设于安装孔中，且气体分流盘300的两端分别露出于第一腔室110和第二腔室221，进入第二腔室221的气体能够经过气体分流盘300进入第一腔室110。
进一步地，电磁感应机构500包括屏蔽盖板501、第一电磁感应线圈组件510和第二电磁感应线圈组件520，第一电磁感应线圈组件510和第二电磁感应线圈组件520同心设置于屏蔽盖板501，且第二电磁感应线圈组件520设置于第一电磁感应线圈组件510的外周；气孔组件310与第一电磁感应线圈组件510相对分布；其中，第一电磁感应线圈组件510包括多个同心且间隔分布的多个第二电磁感应线圈511；第二电磁感应线圈组件520包括多个同心且间隔分布的多个第三电磁感应线圈521；多个第二电磁感应线圈511的分布密度大于多个第三电磁感应线圈521的分布密度。
如此设置，能够使屏蔽盖板501上设置有多个呈同心分布的电磁感应线圈，以保证可靠地解离，进而确保第一腔室110中具有足够的等离子体，以提高刻蚀效率；而且，在屏蔽盖板501设置多个呈同心分布的电磁感应线圈，可以确保靠近第一腔室110的中心轴的位置以及靠近第一腔室110的侧壁的位置均具有电磁感应线圈，有利于使靠近第一腔室110的中心轴和靠近第一腔室110的侧壁的位置均有足量的等离子体，进而有利于使各种尺寸的晶圆（例如：尺寸为6寸的晶圆、或尺寸为8寸的晶圆、或尺寸为12寸的晶圆等）都能够在第一腔室110内被高效、均匀的刻蚀；再者，第一电磁感应线圈组件510相比于第二电磁感应线圈组件520靠近气体分流盘300的气孔组件310，即在第一电磁感应线圈组件510的位置具有更多从第二腔室221进入第一腔室110的气体，将第一电磁感应线圈组件510的多个第二电磁感应线圈511的分布配置的更加密，有利于保证二次解离，而确保第一腔室110内具有足够的等离子体，并提高刻蚀效率。
再进一步地，第三电磁感应线圈521的管径大于第二电磁感应线圈511的管径；其中，第一电磁感应线圈222、第二电磁感应线圈511和第三电磁感应线圈521均可以是铜线圈。靠近第一腔室110的腔壁处的等离子体的无序运动受限，为了保证此处的等离子体的充分解离，可以施加更高的射频能量，而管径更大的第三电磁感应线圈521可以承载更大的功率负载，进而将管径更大的第三电磁感应线圈521相比于管径更小的第二电磁感应线圈511的外周，即可利用第三电磁感应线圈521发出更大的射频功率，使得靠近第一腔室110的腔壁的等离子体充分解离；与此同时，靠近第一腔室110中轴位置的等离子体只需要施加较小的射频能力，即可促使等离子体二次解离，将靠近第一腔室110的中轴的第二电磁感应线圈511配置成管径较小的铜线圈，即可施加较小的射频能力，满足靠近第一腔室110的中轴的等离子体的二次解离需求。
需要说明的是，采用同心设置第二电磁感应线圈组件520和第三电磁感应线圈521组件的方式，不仅可以有效促使等离子体机理，提高等离子体的均匀性，还可以降低刻蚀过程中的微负载效应，提高刻蚀的均匀性。
还需要说明的是，屏蔽罩220和屏蔽盖板501的材质可以是石英等具有电磁屏蔽作用的材料，在此不作具体限定。而且，采用石英材料制备屏蔽罩220，还可以起到保温的作用，以提高等离子内电子的跃迁、促使解离。
本实施例中，第一电磁感应线圈222被配置为连接源功率（Top power），第二电磁感应线圈511被配置为连接内源功率（inside source power），第三电磁感应线被配置为连接外源功率（outside source power）；其中，第一电磁感应线圈222的功率可以小于或等于1500w，第二电磁感应线圈511的功率可以小于或等于2000w，第三电磁感应线圈521的功率可以小于或等于2000w。
在较佳的实施方式中，第一电磁感应线圈222的功率被配置为大于第二电磁感应线圈511的功率，第二电磁感应线圈511的功率被配置为大于或等于第三电磁感应线圈521的功率。这样一来，能够确保等离子体可靠地解离，并确保均匀性，有利于提高刻蚀的效率和均匀性。
本实施例中，请参照图1和图3，气孔组件310的进气口311朝向第二腔室221，气孔组件310的出气口312朝向第一腔室110，且进气口311与出气口312连通，第二腔室221中的气体能依次通过进气口311和出气口312进入第一腔室110。为了提高从第二腔室221进入第一腔室110的气体分布的均匀性；出气口312包括第一孔313和第二孔314，第一孔313和第二孔314均与进气口311连通，第一孔313的出气方向和第二孔314的出气方向均与水平面呈夹角分布，第一孔313的出气方向与第二孔314的出气方向呈夹角分布，且第一孔313的出气方向朝向反应室100的内侧壁，即第一孔313的出气方向朝向第一腔室110的腔壁，第二孔314的出气方向朝向放置于第一腔室110的晶圆的中心。这样一来，能够使从出气口312输出的气体朝向不同的方向流动，进而提高气体分布地均匀程度。
进一步地，气孔组件310包括多个出气口312，多个出气口312沿气体分流盘300的周向依次间隔分布，每个出气口312均位于气体分流盘300的直径上。如此设置，有利于确保气体进入第一腔室110的均匀性。
出气口312的数量可以根据需要选择，例如：5个、6个、7个、12个等，其中，用于厚度为150mm、直径为6寸的晶圆的气体分流盘300的出气口312的数量可以是5个，或者用于厚度为200mm、直径为8寸的晶圆的气体分流盘300的出气口312的数量可以是7个；在此不作具体限定。
可选地，出气孔的数量可以根据气体分流盘300的半径r计算得出，其中，N=2×（1.15~1.65）×H×R/（100×r），H为第一腔室110中用于承载晶圆的晶圆放置台620距离屏蔽盖板501的距离（mm），R为晶圆的半径（mm），N为圆环上设置的出气口312数量。
需要说明的是，第一孔313的出气方向与水平面的夹角角度、第二孔314的出气方向与水平面的夹角角度、以及第一孔313的出气方向和第二孔314的出气方向的夹角角度均可以根据需要选择，例如：30°、45°、60°、90°等。其中，第一孔313的出气方向和第二孔314的出气方向均可以根据待刻蚀的晶圆的尺寸配置，例如：待刻蚀的晶圆的尺寸为6寸，第一孔313的出气方向与水平面的夹角可以为45°，第二孔314的出气方向与水平面的夹角可以为60°，第一孔313的出气方向和第二孔314的出气方向的夹角角度可以是75°，或者待刻蚀的晶圆的尺寸为8寸，第一孔313的出气方向与水平面的夹角可以为30°，第二孔314的出气方向与水平面的夹角可以为90°，第一孔313的出气方向和第二孔314的出气方向的夹角角度可以是60°，或者，待刻蚀的晶圆的尺寸为12寸，第一孔313的出气方向与水平面的夹角可以为45°，第二孔314的出气方向与水平面的夹角可以为45°，第一孔313的出气方向和第二孔314的出气方向的夹角角度可以是90°。
还需要说明的是，气体分流盘300设置的进气口311的数量可以根据需要选择，例如：一个、两个、三个等，在此不作具体限定。其中，在一些实施方式中，每个进气口311均可以与多个出气口312连通，或者在另一些实施方式中，多个进气口311与多个出气口312一一对应地连通，在此不作具体限定。
请参照图1，本实施例的刻蚀设备010还包括设置于第一腔室110内的承载装置600，承载装置600包括基座610、晶圆放置台620、加热装置630和驱动装置640。
其中，基座610与反应室100的内壁连接、且与反应室100的底部设置的抽气口间隔设定距离；基座610还与抽气口沿上下方向相对分布，且两者均大致分布于第一腔室110的中轴线上。如此设置，可以使基座610相对于第一腔室110的底部呈悬空的状态，而反应室100的抽气口又设置于底部；当气流从第一腔室110上部的位置流入第一腔室110时，有大量的气体从第一腔室110上部的中间流入，在第一腔室110的底部中间位置设置用于抽气的抽气口，即可使进入第一腔室110的气体能从第一腔室110底部的中间位置流出，这样即可使气体在流经放置于第一腔室110的晶圆时，形成从晶圆的中心向外周流动的趋势，以形成类似“同心圆”状的刻蚀速率分布，即晶圆的刻蚀速率可以从中心向外周呈增大或减小的分布趋势；而且，如此设置能够使进入第一腔室110的气体均匀、可靠地流经晶圆，提高了气体分布的均匀性，并确保晶圆刻蚀的均匀性，而不至于因抽气口设置于靠近第一腔室110的腔壁的位置，导致气体流经晶圆的外周时流动速率太快而无法与晶圆的周边充分反应、或者使晶圆边缘进行刻蚀反应产生的挥发物质被快速地抽走，而导致刻蚀不均匀的问题。
需要说明的是，基座610可以通过支架连接于反应室100的内壁，即基座610可以通过支架连接于第一腔室110的腔壁，连接方式包括但不限于一体成型、用螺栓等紧固件连接。
还需要说明的是，基座610还可以被配置为连接偏置电压发生器，用于提供偏置功率（bias power），偏置功率可以小于或等于1000w。
晶圆放置台620可活动地设置于基座610，且用于放置晶圆；驱动装置640设置于基座610、且与晶圆放置台620传动配合；驱动装置640用于驱动晶圆放置台620移动，以调节放置于晶圆放置台620的晶圆的倾斜角度。在对放置于晶圆放置台620上的晶圆进行刻蚀时，容易因晶圆放置的水平度达不到水平要求而造成晶圆的不同位置的刻蚀速率不同的问题，在基座610设置驱动装置640以驱动晶圆放置台620移动，来调节放置于晶圆放置台620的晶圆的倾斜度，即可在刻蚀过程中，检测到刻蚀不均匀时，通过调整晶圆的水平度来提高刻蚀的均匀性。
驱动装置640的结构与相关技术提供的水平度调整装置类似，在此不作具体限定；例如：驱动装置640包括四个驱动件，四个驱动件呈阵列设置于基座610，且均与晶圆放置台620传动配合，当利用其中一个或两个或三个驱动件降低或升高对应的晶圆放置台620的位置时，即可使晶圆放置台620相应的发生倾斜，以实现晶圆放置台620和放置于晶圆放置台620上的晶圆的水平度；驱动件包括但不限于顶轴、电推杆。
加热装置630设置于晶圆放置台620，用于使放置于晶圆放置台620的晶圆加热；可选地，加热装置630设置于晶圆放置台620的内部，不与放置于晶圆放置台620的晶圆接触。加热装置630包括但不限于陶瓷加热件、电阻加热件。加热装置630可以用于提高放置于晶圆放置台620的晶圆的温度，以利用较高的温度形成催化作用，进而提高晶圆发生的化学反应、物理反应和沉积反应等，即利用加热装置630提供的较高的温度可以加快晶圆表面的气体分子运动，温度越高，分子间的运动越快，并且有助于发生相应反应；同时升高温度，也可以促使等离子体的解离，进一步确保刻蚀效率的提高。
可选地，刻蚀设备010还包括设置于反应室100的循环冷却水装置650，其用于使晶圆放置台620降温。
本实施例的刻蚀设备010在使用时，可以将待刻蚀的晶圆放置于晶圆放置台620上；气体从进气孔211通入第二腔室221，经过第一电磁感应线圈222激发一次电离后，经过气体分流盘300进入第一腔室110，并能经过电磁感应机构500二次电离；进入第一腔室110的气体能对晶圆进行刻蚀。
第二实施例
第一步：将SiC晶圆放置在第一实施例的刻蚀设备010的反应室100中；在等离子体发生室200解离产生带氩等离子体的气体，以使带氩等离子体的气体进入第一腔室110，以使用带氩等离子体的气体处理10min，以去除衬底表面的任何残留污染物；该步骤中，工艺参数为：Top Power 1200w，inside Source power 750W，outside source power 600w，bias power 50w，第一腔室110和第二腔室221的腔室压力为5mtorr，通入第二腔室221的Ar气体流量为200sccm，加热装置630的温度为180℃，放置于晶圆放置台620的晶圆表面距离第一腔室110的顶部的屏蔽盖板501的距离为12.75cm，刻蚀时间为10s。其中，由于偏置电压较低，可以减少基板清洁过程中高能离子对蚀刻表面的损伤。
第二步：刻蚀SiC表面，去除衬底表层及亚表层的损伤层。该步骤中，涉及到偏轰击的物理反应以及参与反应挥发性生成物的化学反应，其中工艺参数为：Top Power 1200w，inside Source power 1000W，outside source power 800w，bias power 100w，第一腔室110和第二腔室221的腔室压力选择15mtorr；通入第二腔室221的SF6气体流量为120sccm，Ar气体流量为200sccm；加热装置630的温度为180℃，放置于晶圆放置台620的晶圆表面距离第一腔室110的顶部的屏蔽盖板501的距离为14.75cm，刻蚀时间为280s。刻蚀后使用原子显微镜AFM量测刻蚀前后的粗糙度，如下图4-6所示，刻蚀前粗糙度为0.429nm，刻蚀后粗糙度为0.141nm。
对比例，采用现有技术的刻蚀装置（即非第一实施例的刻蚀设备010），在相似工艺下，刻蚀前粗糙度为0.441nm，刻蚀后粗糙度为0.215nm。
显然，采用本发明的刻蚀设备010，能够提高刻蚀均匀性，进而有效地降低粗糙度。
第三实施例
使用SiO为膜层的SiC薄片为样品进行刻蚀速率测试，将样品放置在第一实施例的刻蚀设备010的反应室100中，配置工艺参数为：Top Power 800w，inside Source power750W，outside source power 750w，bias power 50w，第一腔室110和第二腔室221的腔室压力为10mtorr，向第二腔室221通入CF4气体流量为120sccm、Ar气体流量为100sccm，加热装置630的温度为180℃，晶圆放置台620的样品表面距离第一腔室110的顶部的屏蔽盖板501的距离为14.75cm，刻蚀时间为30s，刻蚀后的刻蚀速率分布图（Mapping）呈现在平边的对立面右上角速率较慢（如图7所示），通过驱动装置640驱动晶圆放置台620移动，以调整样品的水平度，使得样品的刻蚀速率偏慢侧距离第一腔室110的顶部的屏蔽盖板501的距离缩小，左下角速率偏快的位置侧距离第一腔室110的顶部的屏蔽盖板501距离增大。根据图8所示的刻蚀速率分布图（Mapping）可以看出调整后的刻蚀速率均匀性有极大的改善。
第四实施例
使用SiO为膜层的SiC薄片为样品进行刻蚀速率测试，将样品放置在第一实施例的刻蚀设备010的反应室100中，配置工艺参数为：Top Power 800w，inside Source power750W，outside source power 750w，bias power 50w，第一腔室110和第二腔室221的腔室压力选择15mtorr，向第二腔室221通入CF4气体流量为150sccm，加热装置630的温度为180℃，晶圆放置台620的样品表面距离第一腔室110的顶部的屏蔽盖板501的距离为14.75cm，刻蚀时间为30s，刻蚀后的刻蚀速率分布图（Mapping）呈现在中间刻蚀速率较慢（如图9所示），通过调整inside Source power从750w增大到900w，根据图10的刻蚀速率分布图（Mapping）可以看出调整后的刻蚀速率均匀性有极大的改善。
综上所述，本发明的刻蚀设备010能够保证足量的等离子体和活性自由基，以便于充分地进行刻蚀反应，并提高刻蚀的均匀性。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种刻蚀设备，其特征在于，包括：
反应室（100），所述反应室（100）设置有第一腔室（110）；
等离子体发生室（200），所述等离子体发生室（200）包括外壳（210）、屏蔽罩（220）和第一电磁感应线圈（222），所述屏蔽罩（220）设置于所述外壳（210）内、且具有第二腔室（221），所述第二腔室（221）与所述第一腔室（110）连通；所述外壳（210）设置有进气孔（211），所述进气孔（211）与所述第二腔室（221）连通；所述第一电磁感应线圈（222）设置于所述外壳（210），且绕所述屏蔽罩（220）的周向分布；
气体分流盘（300），所述气体分流盘（300）设置于所述等离子体发生室（200）和所述反应室（100）之间，所述气体分流盘（300）设置有用于使所述第一腔室（110）和所述第二腔室（221）连通的气孔组件（310）；以及，
隔离件（400），所述隔离件（400）设置于所述第二腔室（221）内，且所述隔离件（400）分隔在所述进气孔（211）和所述气孔组件（310）的进气口（311）之间，以使从所述进气孔（211）进入所述第二腔室（221）的气体绕所述隔离件（400）流动后经过所述气孔组件（310）进入所述第一腔室（110）；
所述刻蚀设备还包括电磁感应机构（500），所述电磁感应机构（500）设置于所述反应室（100）和所述等离子体发生室（200）之间，用于使等离子体解离；
所述电磁感应机构（500）包括屏蔽盖板（501）、第一电磁感应线圈组件（510）和第二电磁感应线圈组件（520），所述第一电磁感应线圈组件（510）和所述第二电磁感应线圈组件（520）同心设置于所述屏蔽盖板（501），且所述第二电磁感应线圈组件（520）设置于所述第一电磁感应线圈组件（510）的外周；所述气孔组件（310）与所述第一电磁感应线圈组件（510）相对分布；其中，
所述第一电磁感应线圈组件（510）包括同心且间隔分布的多个第二电磁感应线圈（511）；所述第二电磁感应线圈组件（520）包括同心且间隔分布的多个第三电磁感应线圈（521）；多个所述第二电磁感应线圈（511）的分布密度大于多个所述第三电磁感应线圈（521）的分布密度；
所述第三电磁感应线圈（521）的管径大于所述第二电磁感应线圈（511）的管径；
所述第一电磁感应线圈（222）的功率被配置为大于所述第二电磁感应线圈（511）的功率，所述第二电磁感应线圈（511）的功率被配置为大于或等于所述第三电磁感应线圈（521）的功率。
2.根据权利要求1所述的刻蚀设备，其特征在于，所述隔离件（400）的一端与所述屏蔽罩（220）的底部或所述气体分流盘（300）连接，所述隔离件（400）的另一端向所述屏蔽罩（220）的顶部延伸、且与所述屏蔽罩（220）的顶部呈间隙分布。
3.根据权利要求1所述的刻蚀设备，其特征在于，所述隔离件（400）的一端与所述屏蔽罩（220）的顶部连接，所述隔离件（400）的另一端向所述第二腔室（221）的底部延伸、且与所述第二腔室（221）的底部呈间隙分布。
4.根据权利要求1所述的刻蚀设备，其特征在于，所述等离子体发生室（200）包括多个所述第一电磁感应线圈（222），多个所述第一电磁感应线圈（222）沿所述外壳（210）的轴线延伸方向依次分布。
5.根据权利要求1所述的刻蚀设备，其特征在于，所述进气孔（211）设置于所述外壳（210）的顶部或底部。
6.根据权利要求1所述的刻蚀设备，其特征在于，所述气孔组件（310）的进气口（311）朝向所述第二腔室（221），所述气孔组件（310）的出气口（312）朝向第一腔室（110），所述进气口（311）与所述出气口（312）连通，且所述第二腔室（221）中的气体能依次通过所述进气口（311）和所述出气口（312）进入所述第一腔室（110）；其中，
所述出气口（312）包括第一孔（313）和第二孔（314），所述第一孔（313）和所述第二孔（314）均与所述进气口（311）连通，所述第一孔（313）的出气方向和所述第二孔（314）的出气方向均与水平面呈夹角分布，且所述第一孔（313）的出气方向朝向所述反应室（100）的内侧壁，所述第二孔（314）的出气方向朝向放置于所述第一腔室（110）的晶圆的中心。
7.根据权利要求6所述的刻蚀设备，其特征在于，所述气孔组件（310）包括多个所述出气口（312），多个所述出气口（312）沿所述气体分流盘（300）的周向依次间隔分布。
8.根据权利要求1所述的刻蚀设备，其特征在于，所述刻蚀设备还包括承载装置（600），所述承载装置（600）包括基座（610）、晶圆放置台（620）、加热装置（630）和驱动装置（640）；所述基座（610）与所述反应室（100）的内壁连接、且与所述反应室（100）的底部设置的抽气口间隔设定距离；所述晶圆放置台（620）设置于所述基座（610），且用于放置晶圆；所述驱动装置（640）设置于所述基座（610）、且与所述晶圆放置台（620）传动配合；所述驱动装置（640）用于驱动所述晶圆放置台（620）移动，以调节放置于所述晶圆放置台（620）的晶圆的倾斜角度；所述加热装置（630）设置于所述晶圆放置台（620），用于使放置于所述晶圆放置台（620）的晶圆加热。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
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