CN203013674U - 等离子体刻蚀处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种等离子体刻蚀处理装置，所述等离子体刻蚀处理装置包括：等离子体工艺腔室、聚焦环及聚焦环冷却系统。其中，所述聚焦环及聚焦环冷却系统均设置于所述等离子体工艺腔室中，所述聚焦环冷却系统能够控制聚焦环的温度。本实用新型提供的等离子体刻蚀处理装置采用聚焦环冷却系统控制聚焦环的温度，聚焦环的温度不会影响半导体晶圆边缘的刻蚀速度，半导体晶圆边缘刻蚀的均匀性得到了提高。
Description
技术领域
本实用新型涉及集成电路设备技术领域，特别涉及一种等离子体刻蚀处理装置。
背景技术
在半导体晶圆的制造工序中普遍使用等离子体刻蚀工艺，等离子体刻蚀工艺是反应气体获得能量后产生等离子体，等离子体中包含离子、电子等带电粒子以及具有高度化学活性的中性原子、分子及自由基，等离子体中的阳离子和自由基与刻蚀对象进行物理和化学的反应，刻蚀对象的表面被刻蚀，得到所需的图形，反应产生的挥发性的生成物通过管道由排气系统抽走。化学反应是激活的自由基吸附在刻蚀对象表面，并与刻蚀对象反应产生挥发性生成物。物理反应是因电场产生的高速离子冲击刻蚀对象表面，产生挥发性生成物。在半导体晶圆的制造工序，刻蚀使用的反应气体一般都含氟元素，比如常用的反应气体SF6，反应气体选用SF6是因为SF6在电离时产生的F自由基比较多，刻蚀速度比较快。
如图1所示，等离子体刻蚀处理装置一般包括聚焦环1，晶圆冷却系统2、顶环3和等离子体工艺腔室4。聚焦环1为一圆环，圆环的内圈比外圈低，半导体晶圆搭载在聚焦环1的内圈上。启动等离子体刻蚀处理装置，等离子体刻蚀工艺腔室4会产生等离子体5。在刻蚀过程中，聚焦环1和半导体晶圆都受到离子冲击，导致聚焦环1和半导体晶圆的温度上升。半导体晶圆的一侧设置有晶圆冷却系统2，可以通入氦气或其他传热介质控制半导体晶圆的温度。使用上述等离子体刻蚀处理装置进行刻蚀，发现半导体晶圆边缘刻蚀得很不均匀。
基此，如何提高半导体晶圆边缘的刻蚀均匀性成为本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种等离子体刻蚀处理装置以解决现有技术中半导体晶圆边缘的刻蚀均匀性差的问题。
为解决上述问题，本实用新型提供一种等离子体刻蚀处理装置，包括：
等离子体工艺腔室、聚焦环及聚焦环冷却系统；
其中，所述聚焦环及聚焦环冷却系统均设置于所述等离子体工艺腔室中；
所述聚焦环冷却系统能够控制所述聚焦环的温度。
优选的，在所述的等离子体刻蚀处理装置中，所述聚焦环具有一环形凹槽，所述聚焦环冷却系统设置于所述环形凹槽内。
优选的，在所述的等离子体刻蚀处理装置中，所述聚焦环包括顺次连接的第一圆环、第二圆环和第三圆环组成，其中，所述第二圆环的厚度比第一圆环和第三圆环都厚。
优选的，在所述的等离子体刻蚀处理装置中，所述聚焦环冷却系统输送冷却剂到聚焦环，所述冷却剂为气体。
优选的，在所述的等离子体刻蚀处理装置中，所述聚焦环冷却系统中使用的冷却剂是氦气。
优选的，所述的等离子体刻蚀处理装置还包括晶圆冷却系统，所述晶圆冷却系统设置于所述等离子体工艺腔室中，所述聚焦环冷却系统与晶圆冷却系统合用同一个冷却剂供应源。
优选的，在所述的等离子体刻蚀处理装置中，所述聚焦环冷却系统包括两路管路，一路管路连接聚焦环，另一路管路连接流量计。
优选的，所述的等离子体刻蚀处理装置还包括一顶环，所述顶环压在所述聚焦环上。
综上所述，本实用新型提供的等离子体刻蚀处理装置采用聚焦环冷却系统控制聚焦环的温度，聚焦环的温度不会影响半导体晶圆边缘的刻蚀速度，半导体晶圆边缘刻蚀的均匀性得到了提高。
附图说明
图1是现有技术中一种等离子体刻蚀处理装置的结构示意图；
图2是本实用新型实施例的一种等离子体刻蚀处理装置的结构示意图；
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出一种等离子体刻蚀处理装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
经过研究发现，半导体晶圆边缘的刻蚀不均匀性的原因是高温状态的聚焦环与等离子体中的F自由基反应，导致刻蚀速度下降，造成半导体晶圆边缘刻蚀不均匀。目前聚焦环一般采用硅材料，而等离子体刻蚀使用的反应气体一般都含氟元素，硅材料在高温状态会与等离子体中F自由基反应，吸收氟元素。聚焦环在刻蚀过程中受到离子冲击温度上升，处于高温状态的聚焦环与聚焦环周围的F自由基发生反应，导致半导体晶圆边缘的F自由基浓度降低，影响半导体晶圆边缘的刻蚀速度，使得半导体晶圆边缘的刻蚀均匀性变差。为此，本申请提出了如下方案：
请参考图2，其为本实用新型实施例的一种等离子体刻蚀处理装置的结构示意图。如图2所示，所述等离子体刻蚀处理装置100包括：
等离子体工艺腔室10、聚焦环11及聚焦环冷却系统12；
其中，所述聚焦环11及聚焦环冷却系统12均设置于所述等离子体工艺腔室10中；
所述聚焦环冷却系统12能够控制聚焦环11的温度。
其中，等离子体工艺腔室10包括特气供给系统、RF发生器和排气系统，反应气体通过特气供给系统供给到等离子体工艺腔室10内，利用RF发生器产生等离子体15。本实施例中，使用的反应气体是SF6。使用等离子体刻蚀处理装置100对半导体晶圆进行刻蚀时，反应气体SF6通过特气供给系统的管道进入在等离子体刻蚀工艺腔室10，在等离子体刻蚀工艺腔室10发生电离产生等离子体15。等离子体中的F自由基吸附在半导体晶圆表面，与半导体晶圆进行化学反应产生挥发性生成物SiF4。同时因电场产生的高速离子冲击半导体晶圆，物理反应同样产生挥发性生成物SiF4。半导体晶圆的表面被刻蚀，形成所需的图形，同时，刻蚀过程中产生的挥发性生成物通过管道由排气系统抽走。
在刻蚀过程中时，半导体晶圆搭载聚焦环11上。半导体晶圆受到高速离子的冲击，聚焦环11也同样受到高速离子的冲击，半导体晶圆和聚焦环11的温度都会上升，其中，聚焦环11的温度受到聚焦环冷却系统12的控制。具体的，聚焦环11的形状为圆环形，聚焦环11包括顺次连接的第一圆环、第二圆环和第三圆环组成，第二圆环在第一圆环和第三圆环的中间，中间第二圆环的厚度比内侧的第一圆环和外侧的第三圆环都要厚。等离子体刻蚀处理装置100还包括一顶环13，顶环13设置在聚焦环11外侧，压在聚焦环11的第三圆环上面。半导体晶圆搭载在聚焦环11内侧的第一圆环上，同时，聚焦环11远离搭载半导体晶圆的一侧具有一环形凹槽20，聚焦环冷却系统12设置于所述环形凹槽20内。环形凹槽20的位置可以在第二圆环上，也可以在第一和第三圆环上。
聚焦环冷却系统12与聚焦环11的环形凹槽20连接。聚焦环冷却系统12输送气态的冷却剂到达聚焦环11的环形凹槽20。因此，聚焦环11会受到一定的气体压力。顶环13压在聚焦环11上，可以平衡聚焦环11所受到的气体压力。
本实施例中，聚焦环冷却系统12中使用的冷却剂是氦气。当聚焦环冷却系统12的管路开启，氦气通过聚焦环冷却系统12的管路到达聚焦环11的环形凹槽20处。由此，聚焦环11的环形凹槽20内充满氦气，氦气与聚焦环11进行传热，对聚焦环11进行降温。聚焦环冷却系统12能够确保聚焦环11的温度不会过高，聚焦环11不会与等离子体15的F自由基产生反应，不会吸收等离子体15中氟元素。也就是说，半导体晶圆边缘F自由基的浓度不会降低，半导体晶圆边缘刻蚀速度不会受到影响。由此，半导体晶圆边缘的刻蚀速度和半导体晶圆其他区域的刻蚀速度不会产生明显差异，半导体晶圆边缘也能够刻蚀得非常均匀。
等离子体刻蚀处理装置100还包括晶圆冷却系统14，晶圆冷却系统14设置于等离子体工艺腔室10中，与半导体晶圆连接，能够控制半导体晶圆的温度。晶圆冷却系统14中使用的冷却剂是氦气。本实施例中聚焦环冷却系统12使用的冷却剂也是氦气，和晶圆冷却系统14使用的冷却剂相同。聚焦环冷却系统12设有独立的冷却剂供应源，也可以和晶圆冷却系统14合用同一个冷却剂供应源。
请继续参考图2，聚焦环冷却系统12的包括两路管路，一路管路连接聚焦环11，另一路管路连接流量计。一旦发现流量计的读数比规定值小，说明连接聚焦环11的冷却剂有泄露，需要进行检修。这样的管路设计，能够保证等离子体刻蚀处理装置100得到及时检修，提高了等离子体刻蚀处理装置100的安全性。
综上可见，本实用新型等离子体刻蚀处理装置通过聚焦环冷却系统控制聚焦环温度，确保聚焦环温度不会处于高温状态，限制了聚焦环与等离子体发生反应，提高了半导体晶圆边缘的刻蚀速度，使得等离子体刻蚀的面内均匀性得到提高。
上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (8)
1.一种等离子体刻蚀处理装置，其特征在于，包括：等离子体工艺腔室、聚焦环及聚焦环冷却系统；
其中，所述聚焦环及聚焦环冷却系统均设置于所述等离子体工艺腔室中；
所述聚焦环冷却系统能够控制所述聚焦环的温度。
2.如权利要求1所述的等离子体刻蚀处理装置，其特征在于，所述聚焦环具有一环形凹槽，所述聚焦环冷却系统设置于所述环形凹槽内。
3.如权利要求1所述的等离子体刻蚀处理装置，其特征在于，所述聚焦环包括顺次连接的第一圆环、第二圆环和第三圆环组成，其中，所述第二圆环的厚度比第一圆环和第三圆环都厚。
4.如权利要求1所述的等离子体刻蚀处理装置，其特征在于，所述聚焦环冷却系统输送冷却剂到聚焦环，所述冷却剂为气体。
5.如权利要求4所述的等离子体刻蚀处理装置，其特征在于，所述聚焦环冷却系统中使用的冷却剂是氦气。
6.如权利要求1所述的等离子体刻蚀处理装置，其特征在于，还包括晶圆冷却系统，所述晶圆冷却系统设置于所述等离子体工艺腔室中，所述聚焦环冷却系统与晶圆冷却系统各有独立的冷却剂供应源，或者合用同一个冷却剂供应源。
7.如权利要求1所述的等离子体刻蚀处理装置，其特征在于，所述聚焦环冷却系统包括两路管路，一路管路连接聚焦环，另一路管路连接流量计。
8.如权利要求1所述的等离子体刻蚀处理装置，其特征在于，还包括一顶环，所述顶环压在所述聚焦环上。
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| CN 201220747252 CN203013674U (zh) | 2012-12-31 | 2012-12-31 | 等离子体刻蚀处理装置 |
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Publications (1)
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| CN (1) | CN203013674U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108242382A (zh) * | 2016-12-23 | 2018-07-03 | 三星电子株式会社 | 等离子体处理装置 |
| CN111211078A (zh) * | 2020-01-14 | 2020-05-29 | 长江存储科技有限责任公司 | 一种晶圆校准装置和方法及一种晶圆边缘刻蚀设备和方法 |
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2012
- 2012-12-31 CN CN 201220747252 patent/CN203013674U/zh not_active Expired - Fee Related
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