CN1725451A - 半导体蚀刻装置 - Google Patents

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Abstract

半导体蚀刻装置包括静电卡盘，边缘环以及间隔物。静电卡盘包括环安装部分。边缘环具有外面部分和内部部分。外面部分具有大于环安装部分的高度的厚度，放置内部部分以接近环安装部分的竖直面。内部部分的上表面和下表面按照自外面部分的上下表面相同高度分别向上和向下分级。间隔物具有环形，并配置在环安装部分的水平面上，支撑边缘环构件的内部部分，并具有与边缘环构件的外面部分的下表面和内部部分的上表面之间高度相同的厚度。

Description

半导体蚀刻装置
相关申请的交叉引用
本申请根据U.S.C.35要求2004年7月20日申请的韩国专利申请2004-56176的优先权，其整个内容以引用的形式并入本文。
技术领域
本发明涉及一种通过控制晶片边缘上的蚀刻速率和活性气体流量在晶片上进行完全均一的蚀刻的半导体蚀刻装置。
背景技术
通常使用制造半导体器件的蚀刻技术来形成由形成在半导体衬底上的层材料形成的期望的图案，并需要用于上述处理的蚀刻装置。
特别地，用于形成图案的蚀刻装置可以是等离子刻蚀装置或者干法蚀刻装置，上述的蚀刻装置主要用于需要0.15μm下的设计规则的技术。
图1说明干法蚀刻装置。参照图1，处理室10包括其上安装晶片W的静电卡盘11。下电极12提供在静电卡盘11下面。上电极13提供在静电卡盘11上方预定距离处。
活性气体从提供上电极13处的处理室10的上方或一侧供给处理室。
在晶片W稳定地安装在处理室10的静电卡盘11上的状态下，活性气体供给到处理室，同时射频偏差施加到下电极12和上电极13。因此，等离子体产生在晶片W上并且等离子体与晶片W的层材料碰撞，进行蚀刻。
在使用等离子体的晶片W的蚀刻过程中，提供在静电卡盘11上的晶片W的外侧或者边缘由也通常称为顶圈的聚焦环14围绕，因此等离子体可以浓缩和集中在晶片W之上。
在上述蚀刻过程中最重要的问题是晶片蚀刻的一致性。
由一定量的活性气体和施加的RF偏压产生的等离子体通常以椭圆形状形成在晶片W上，在晶片的中心满足与晶片W碰撞的等离子体离子的垂直运动，但是碰撞角度向晶片W的边缘逐渐变小，如说明在上述的边缘部分上的等离子体碰撞的图2所示。
参照图2，其上安装晶片W的静电卡盘11的顶表面具有小于晶片W外径的外径，并向静电卡盘11的内部凹陷以便具有台阶形状。
由与晶片W相同的材料形成的边缘环15装备在静电卡盘11的台阶部分内部，并与静电卡盘11一起从下面支撑晶片W的边缘表面。
聚焦环14提供在边缘环15的外侧。聚焦环14和边缘环15安装在安装在下电极12的上表面的外周处的阴影环(shadow ring)16上。
然而，以椭圆形分布在晶片W上的等离子体变得迟缓并具有小的碰撞角，特别是在晶片W的边缘上，其引起晶片W具有如图3所示的倾斜蚀刻图案并不能同时蚀刻需要的深度，因而在晶片W的边缘部分上引起许多图案缺陷例如未开口的沟渠或者孔。
上述缺陷降低了半导体器件的产率并减小了最终器件的生产力和可靠性。
因此，希望在晶片的边缘上提供显示等离子体离子的改善垂直碰撞特性的半导体蚀刻装置以在晶片的整个表面上制造均一的蚀刻速率。而且，如果当“翻转(flipped over)”时使用装置的边缘环，从而扩展其有效期是所希望的。
根据本发明的一个方面，半导体蚀刻装置包括处理室内的静电卡盘、边缘环构件和间隔物。按固定距离使静电卡盘的顶部的周围区域向下凹陷固定深度以形成下台阶环安装部分。在一个本体中边缘环构件具有外面部分和内部部分。外面部分具有大于静电卡盘的环安装部分的竖直面的高度的厚度，内部部分从外面部分的内径表面向内凸出以便接近环安装部分的竖直面。内部部分的上表面和下表面按照自外面部分的内径上下表面相同高度分别向上和向下分级。间隔物构件具有环形，配置在静电卡盘的环安装部分的水平面上，适合于支撑边缘环构件的内部部分，并具有与边缘环构件的外面部分的下表面和内部部分的上表面之间高度相同的厚度。
根据本发明的另一个方面，形成在晶片的上表面上的等离子体的形成范围贯穿边缘环构件和用于向外扩展区域的间隔物构件，同时电场或者磁场与上述等离子体接触，从而至少在晶片的边缘加快与晶片碰撞的等离子体离子的碰撞速度。
附图说明
下文给出的详细说明和仅仅通过例图的方式给出的附图将使本发明被更充分地理解，因而不是对本发明的限制，其中：
图1是说明常规蚀刻装置的侧面部分的剖视图；
图2是部分地说明在常规蚀刻装置中在晶片的边缘上等离子体离子的碰撞状态的放大剖视图；
图3是部分地说明在常规蚀刻装置中在晶片的边缘上图案缺陷例子的放大剖视图；
图4是根据第一示范性实施例的半导体蚀刻装置的主要部件的剖视图；
图5是根据第一示范性实施例的图4的主要部件的分离状态的剖视图；
图6是说明根据第一示范性实施例的分离的边缘环构件和间隔物构件的一半部分的透视图；
图7是说明根据第二示范性实施例的侧面部分的剖视图；
图8是说明根据第二示范性实施例的电磁体构件的安装结构的平面图；
图9是说明根据第三示范性实施例的侧面部分的剖视图；
图10是说明根据第三示范性实施例的磁铁构件的安装结构的平面图；
图11是根据第四示范性实施例的透视图；以及
图12是说明根据第四示范性实施例的侧面部分的剖视图。
具体实施例
以下，参照图4至12详细描述示范性实施例。本领域的技术人员能够理解本发明包含在许多不同的形式中，不局限于下面描述的实施例。下面各种实施例实质上是示范性的。
[第一示范性实施例]
图4是根据第一示范性实施例的半导体蚀刻装置的主要部件的剖视图。图5表示说明图4的主要部件的分离状态的放大剖视图，图6指明图4和5中所示边缘环构件和间隔物构件的透视图。
如图所示，根据第一示范性实施例，其上安装晶片的静电卡盘110的上部的外围区域按向其内侧的固定距离向下凹陷预定深度以形成下阶环安装部分111。可以理解静电卡盘110的上部的外围区域指接近其顶表面的静电卡盘110的外周处的区域。也就是说，如图4所示，由竖直面112限定的静电卡盘110的顶表面的外周小于由竖直面119限定的环安装部分111的下阶底部部分113的圆周。
在该配置中，静电卡盘110的上表面小于安装在静电卡盘110上的晶片W的直径。
在环安装部分111处提供边缘环构件120以便防止蚀刻静电卡盘110的边缘。更特别地，边缘环构件120和间隔物构件130安装在形成在静电卡盘110的上部的外围区域处的环安装部分11的底部部分(水平表面)113上。边缘环部件120具有在一个本体中每个是环状的并具有相互不同厚度的外面部分121和内部部分122相连接的结构。有利地，边缘环构件120包括与晶片W相同的材料。间隔物构件130支撑边缘环构件120的内部部分122的侧和底表面由此边缘环构件120总是保持预定高度。
边缘环构件120的外面部分121具有大于形成在静电卡盘110的上表面的外围区域处的环安装部分111的竖直面112的高度的厚度。外面部分121的内径等于或者大于环安装部分111的内径。形成从外面部分121的内径表面向内凸出的边缘环构件120的内部部分122以便接近环安装部分111的竖直面112。内部部分122的上表面和下表面按照自外面部分121的内径上下表面相相同的高度分别向下和向上的分级。
换句话说，在形成边缘环构件120的外面部分121和内部部分122中，从外面部分121的内径表面向内扩展预定长度，按分别从外面部分121的上表面和底面相等的高度向下和向上减少形成的长度的厚度。也就是说，边缘环构件120的外面部分121的上表面和内部部分122的上表面之间的高度等于外面部分121的底面和内部部分122的底面之间的高度。
而且，从外面部分121的下表面到内部部分122的上表面的高度与环安装部分111的竖直面112的高度相同。同样，边缘环构件120的内部部分122具有内部部分122的内径表面接近并几乎接触静电卡盘110的环安装部分111的竖直面112的直径。
在边缘环构件120中，有利地，外面部分121的宽度在8.0～14.0mm之间，内部部分122的宽度在0.5～2.5mm之间。
在边缘圈构件120的内部部分122中，处理上表面和下表面以具有镜面抛光，在外面部分121中，通过研磨处理粗糙地处理上表面和下表面。
同时，提供在边缘环构件120的内部部分122的下表面处的间隔物构件130具有对应于边缘环构件120的外面部分121和内部部分122之间的分级高度的厚度。并具有平底以便安装在静电卡盘110的环安装部分111的底部部分113上。
以内径表面接近静电卡盘110的环安装部分111的竖直面112的上述尺寸形成间隔物构件130，并有利地间隔物构件130的宽度在0.2～2.5mm的范围。
在边缘环构件120的外侧提供聚焦环140。聚焦环140和边缘环构件120安装在安装在环安装部分111之下的部分的静电卡盘110的外周111处的阴影环150上。
[第二示范性实施例]
图7和8说明第二示范性实施例，在下面描述的示范性实施例中，同样的参考符号用于同样的部件。
如在第一示范性实施例中，其上安装晶片的静电卡盘110的上部的外围区域按向内固定距离向下凹陷预定深度以形成下阶环安装部分111。也就是说，如图4所示，由竖直面112限定的静电卡盘110的顶表面的外周小于由竖直面119限定的环安装部分111的下阶底部部分113的圆周。
在该配置中，静电卡盘110的上表面小于安装在静电卡盘110上的晶片W的直径。
在环安装部分111上提供边缘环构件120以便防止蚀刻静电卡盘110的边缘。更特别地，由边缘环构件120和间隔物构件130构成的边缘环安装在形成在静电卡盘110的上表面的外围区域处的环安装部分111，上述结构与上述的第一示范性实施例相同。
也就是说，边缘环构件120具有其中在一个本体中每个都是环状并具有相互不同厚度的外面部分121和内部部分122连接的结构，间隔物构件130支撑边缘环构件120的内部部分122的侧和下表面所以边缘环构件120总是保持预定高度。
边缘环构件120的外面部分121具有大于形成在静电卡盘110的上部的外围区域处的环安装部分111的垂直面112的高度的厚度。外面部分121的内径等于或者大于环安装部分111的内径。形成从外面部分121的内径表面向内凸出的边缘环构件120的内部部分122以便接近环安装部分111的竖直面112。内部部分122的上部和下部按照自外面部分121的内径上下表面相相同的高度分别向下和向上的分级。换句话说，边缘环构件120的外面部分121的上表面和内部部分122的上表面之间的高度等于外面部分121的底面和内部部分122的底面之间的高度。
而且，从外面部分121的下表面到内部部分122的上表面的高度等于环安装部分111的竖直面112的高度。同样，边缘环构件120的内部部分122具有内部部分122的内径表面接近并几乎接触静电卡盘110的环安装部分111的竖直面112的直径。
有利地，边缘环构件120的外面部分121的宽度在8.0～14.0mm之间，内部部分122的宽度在0.5～2.5mm之间。
处理边缘环构件120的内部部分122的上表面和下表面以具有镜面抛光，通过研磨处理粗糙地处理外面部分121的上表面和下表面。
同时，形成定速构件(pacer member)130作为待安装在静电卡盘110中的环安装部分111的水平面上的平板，具有对应于边缘环构件120的外面部分121和内部部分122之间的台阶的高度的厚度。在间隔物构件130中，形成具有足够接近静电卡盘110的竖直面112的尺寸的内径表面。有利地，间隔物构件130具有0.2～2.5mm的宽度。
在边缘环构件120的外侧提供聚焦环140。聚焦环140和边缘环构件120安装在安装在环安装部分111之下的部分的静电卡盘110的外周的阴影环150上。
提供在静电卡盘110的环安装部分111处的边缘环构件120和间隔物构件130的结构与第一示范性实施例的相同。然而，第二示范性实施例包括特别地提供在处理室100的上外壁上的电磁体构件200，通过围绕着磁性材料(例如，铁)的环形芯缠导电线卷形成电磁体构件200。
如图8所示，通过多次缠具有环状铁芯形状的电磁感应圈210获得电磁体构件200，并以围绕处理室100的外表面的形状提供。在比处理室100中的等离子体形成高度更高的位置将电磁体构件200固定到处理室100的外壁上。
当电源施加到上述的电磁体构件200以便电流在图中箭头指示的方向上流动，根据法拉第原理电场具有向下的方向，因而增加了形成在晶片W上的等离子体离子的碰撞速度。
此时，加快等离子体离子，因此不仅在中央而且在晶片W的边缘改善了蚀刻特性。
换句话说，还通过边缘环构件120增加等离子体形成范围，电场也与等离子体接触因此加速了向晶片的等离子体，从而特别地在晶片W的边缘上执行具有充分的垂直深度的蚀刻。
[第三示范性实施例]
图9和10说明本发明的第三示范性实施例的结构。
有利地，静电卡盘110、环安装部分、竖直面112、边缘环构件120(包括外面部分121和内部部分122)、间隔物构件130、聚焦环140、和阴影环150具有如上面关于第一和第二示范性实施例详细描述的相同的结构和特性。因此，这里不再重复这些元件的详细论述。
然而，在第三示范性实施例中，在比等离子体形成区域更高的位置沿着处理室100的外壁的上部提供多个磁铁构件300。
这里，每个磁铁构件300由互相对应的N和S极点形成。沿着处理室100的外壁以相同的序列排列磁铁构件300以便当磁铁沿处理室100的外壁圆周地排列时，每个磁铁的N极比靠近在前磁铁构件的N极更靠近在前磁铁的S极点。
通过产生在N和S极点之间的磁场形成具有向下方向的磁力，这些磁力与处理室100中的等离子体接触。因此，与第二示范性实施例类似，根据法拉第原理提供磁铁构件300以向晶片W加快等离子体离子。
此时，形成在处理室100的外壁的周边部分的上的磁场大于形成在处理室100的中心的磁场。因而，可以使晶片W的边缘上的等离子体比上述图2所示的例子更垂直地对准。
而且，还通过边缘环构件120扩展等离子体形成范围，当磁场与等离子体接触时，向晶片加速等离子体离子，从而执行具有垂直剖面和充分深度的蚀刻。
同时，由于初级磁场的N极和S极，初级磁场形成在每个磁铁构件300中，但是由于邻近磁铁构件300的效果也形成寄生磁场。由于邻近磁铁构件300而形成在特别的磁铁构件300中的磁场与形成在特别的磁铁构件300本身中的初级磁场具有相反的方向。因而，最渴望使磁铁构件300具有足够大的距离以减少或者除去形成在邻近磁铁构件300中的磁场的影响。
[第四示范性实施例]
图11和12说明第四示范性实施例的结构。
有利地，静电卡盘110、环安装部分、竖直面112、边缘环构件120(包括外面部分121和内部部分122)、间隔物构件130、聚焦环140、和阴影环150具有如上面关于第一和第二示范性实施例所述的相同的结构和特性。因此，这里不再重复这些元件的详细论述。
然而，第四示范性实施例包括具有沿着集中于等离子体形成区域的处理室100外壁提供的长方形形状的多个电磁体构件400。
通过将电磁感应圈缠到长方形环形铁芯上形成电磁体构件400，沿着处理室100的外壁装备上述的电磁体构件400以便将电磁体构件400的中间高度部分定位在处理室100的等离子体形成区域。
当电源施加到长方形形状的电磁体构件400时，电场经电磁体构件400与等离子体的外侧接触，并向晶片W加速等离子体离子。
也就是说，当等离子体离子加速并在晶片W的边缘与晶片W碰撞时，蚀刻图案的垂直度得到改善，图案形成充分的深度。
根据上面描述的示范性实施例，边缘环的结构改进可以扩展形成在晶片W上的等离子体的形成范围，以便晶片W的边缘上的等离子体的碰撞角度具有几乎垂直性质，从而依次改善蚀刻图案的垂直状态并至少在晶片的边缘同时地加快等离子体的碰撞速度从而获得垂直性质需要的充分的蚀刻深度以防止误差，例如非开口问题。
如上所述，根据示范性实施例，由与晶片W相同的材料形成的边缘环构件还扩展到晶片外侧，因而形成在晶片W上的等离子体的形成范围也扩展，从而经等离子体离子增加碰撞角度垂直性并同时通过向下电场或者磁场与等离子体离子之间的接触至少在晶片W的边缘加快等离子体离子的碰撞速度。因此，改善了形成在晶片W的边缘处的图案的垂直性，同时执行蚀刻以具有精确图案的要求深度。
因此，获得晶片W上的完全均一蚀刻效率并且生产量增加，增强具有经济优点的产品的可靠性。
在不背离本发明的精神或者范围的情况下可以对本发明进行修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。因而，本发明覆盖归入附加要求和他们的等效范围之内的本发明的任何上述修改和变化。因此，看出这些及其他改变和修改都在如附加权利要求所定义本发明的真正的范围之内。

Claims (19)

1.一种半导体蚀刻装置，包括：
处理室内的静电卡盘，按固定距离向下凹陷固定深度以形成下台阶环安装部分的静电卡盘的顶部的周围区域；
在一个本体中具有外面部分和内部部分的边缘环构件，外面部分具有大于静电卡盘的环安装部分的竖直面的高度的厚度，内部部分从外面部分的内径表面向内凸出以便接近环安装部分的竖直面，内部部分的上表面和下表面按照自外面部分的内径上下表面相同高度分别向上和向下分级；以及
具有环形并配置在静电卡盘的环安装部分的水平面上的间隔物构件，间隔物构件适合于支撑边缘环构件的内部部分的下表面，并具有与边缘环构件的外面部分的下表面和内部部分的上表面之间高度相同的厚度。
2.权利要求1的装置，其中从边缘环构件的外面部分的下表面到内部部分的上表面的高度与环安装部分的垂直表面的高度相同。
3.权利要求1的装置，其中使间隔物构件的内径表面适合接近静电卡盘的环安装部分的垂直表面。
4.权利要求1的装置，还包括配置在边缘环构件的外周的外侧的聚焦环。
5.一种半导体蚀刻装置，包括：
处理室内的静电卡盘，按固定距离向下凹陷固定深度以形成下台阶环安装部分的静电卡盘的顶部的周围区域；
在一个本体中具有外面部分和内部部分的边缘环构件，外面部分具有大于静电卡盘的环安装部分的竖直面的高度的厚度，内部部分从外面部分的内径表面向内凸出以便接近环安装部分的竖直面，内部部分的上表面和下表面按照自外面部分的内径上下表面相同高度分别向上和向下分级；
具有环形并配置在静电卡盘的环安装部分的水平面上的间隔物构件，间隔物构件适合于支撑边缘环构件的内部部分的下表面，并具有与边缘环构件的外面部分的下表面和内部部分的上表面之间高度相同的厚度；以及
在高于等离子体形成区的位置提供围绕处理室的外壁的电磁构件，电磁构件包括围绕磁性材料的环形芯缠绕的导电线圈。
6.权利要求5的装置，其中从边缘环构件的外面部分的下表面到内部部分的上表面的高度与环安装部分的垂直表面的高度相同。
7.权利要求5的装置，其中使间隔物构件的内径表面适合接近静电卡盘的环安装部分的垂直表面。
8.权利要求5的装置，其中当电流施加到电磁构件上时，使其适合在处理室中提供具有向下方向的电场。
9.权利要求5的装置，还包括配置在边缘环构件的外围的外侧的聚焦环。
10.一种半导体蚀刻装置，包括：
处理室内的静电卡盘，按固定距离向下凹陷固定深度以形成下台阶环安装部分的静电卡盘的顶部的周围区域；
在一个本体中具有外面部分和内部部分的边缘环构件，外面部分具有大于静电卡盘的环安装部分的竖直面的高度的厚度，内部部分从外面部分的内径表面向内凸出以便接近环安装部分的竖直面，内部部分的上表面和下表面按照自外面部分的内径上下表面相同高度分别向上和向下分级；
具有环形并配置在静电卡盘的环安装部分的水平面上的间隔物构件，间隔物构件适合于支撑边缘环构件的内部部分，并具有与边缘环构件的外面部分的下表面和内部部分的上表面之间高度相同的厚度；以及
在高于等离子体形成区的位置提供围绕处理室的外壁的多个磁铁构件，磁铁构件具有与围绕处理室的外壁排列的每个其他的相同的极性以便每个磁铁构件的N极设置的比靠近邻近磁铁构件的N极更靠近邻近磁铁构件的S极。
11.权利要求10的装置，其中从边缘环构件的外面部分的下表面到内部部分的上表面的高度与环安装部分的垂直表面的高度相同。
12.权利要求10的装置，其中使间隔物构件的内径表面适合接近静电卡盘的环安装部分的垂直表面。
13.权利要求10的装置，其中定向磁铁部件以便在具有向下方向的处理室内提供磁场。
14.权利要求10的装置，还包括配置在边缘环构件的外围的外侧的聚焦环。
15.一种半导体蚀刻装置，包括：
处理室内的静电卡盘，按固定距离向下凹陷固定深度以形成下台阶环安装部分的静电卡盘的顶部的周围区域；
在一个本体中具有外面部分和内部部分的边缘环构件，外面部分具有大于静电卡盘的环安装部分的竖直面的高度的厚度，内部部分从外面部分的内径表面向内凸出以便接近环安装部分的竖直面，内部部分的上表面和下表面按照自外面部分的内径上下表面相同高度分别向上和向下分级；
具有环形并配置在静电卡盘的环安装部分的水平面上的间隔物构件，间隔物构件适合于支撑边缘环构件的内部部分，并具有与边缘环构件的外面部分的下表面和内部部分的上表面之间高度相同的厚度；以及
沿外壁提供多个电磁构件，每个电磁构件包括围绕磁性材料芯缠绕的导电芯并被修改以便对应于处理室内的等离子体形成区定位电磁构件中心。
16.权利要求15的装置，其中从边缘环构件的外面部分的下表面到内部部分的上表面的高度与环安装部分的垂直表面的高度相同。
17.权利要求15的装置，其中使间隔物构件的内径表面适合接近静电卡盘的环安装部分的垂直表面。
18.权利要求15的装置，其中当电流施加到电磁构件上时，使其适合在处理室中提供具有向下方向的电场。
19.权利要求15的装置，还包括配置在边缘环构件的外围的外侧的聚焦环。
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