CN203787383U

CN203787383U - 一种适应性耦合等离子刻蚀机

Info

Publication number: CN203787383U
Application number: CN201420170679.4U
Authority: CN
Inventors: 张海洋; 张城龙
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2014-04-09
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2024-04-09

Abstract

本实用新型提供一种适应性耦合等离子刻蚀机，所述刻蚀机至少包括：具有反应空间并在反应空间中产生等离子体的反应腔、设置于所述反应腔中且用于支撑所述晶圆的下电极、设置于所述反应腔上部中心区域的衬套、以及从所述衬套螺旋地延伸并环绕所述衬套的线圈组件；所述衬套与一射频电源相连接；所述下电极与一直流偏压源和射频偏压源相连接；所述线圈组件、射频电源、直流偏压源以及射频偏压源均接地。本实用新型通过在下电极上除了连接射频偏压源，还连接一直流偏压源，利用直流偏压源预先对晶圆上的光刻剂层进行离子注入处理，使光刻剂层两侧光滑平整，从而使后续刻蚀形成的栅极结构两侧粗糙度降低，提高产品的产率。

Description

一种适应性耦合等离子刻蚀机

技术领域

本实用新型涉及半导体设备领域，特别是涉及一种适应性耦合等离子刻蚀机。

背景技术

一般而言，刻蚀过程，尤其是干法刻蚀过程，是使用等离子来根据半导体晶片上的光阻剂层图样或硬掩模光罩图样去除低层的预先确定部分的过程，为了使得该干法刻蚀能够进行，需要在反应腔内生成等离子。用于生成等离子的源能够分为感应耦合等离子源（InductivelyCoupled Plasma，ICP）和电容耦合等离子源（Capacitively Coupled Plasma，CCP）。

图1是常规的电容耦合等离子源的剖面示意图。如图1所示，所述电容耦合等离子源包括下电极120和上电极100，下电极120位于反应腔100中的下部，上电极110位于所述反应腔100上部且面对下电极120。上电极110和下电极120都是平板状的，利用由所述两电极所形成的电容的特性在反应腔内生成等离子。在使用这种CCP源时，尽管有高的过程再现性和高的光阻剂层刻蚀选择比的优点，但是同时具有等离子密度低从而导致高能耗的缺点。

图2是常规的感应耦合等离子源的示意图，如图2所示，所述感应耦合等离子源包括位于反应腔200中下部的下电极220和位于反应腔200上部并与所述下电极220相面对的线圈组件210。下电极220是平板状，并且能够使用由线圈组件210形成的感应器的特性在反应腔内生成等离子。使用这种ICP源的优点是刻蚀速率高且等离子密度大，能耗低。另一方面，ICP的缺点是光阻剂层刻蚀选择比和过程再现性低，并且在使用铝制圆罩时可能污染铝制圆罩。

由此看来，ICP和CCP各有优缺点，无法同时保证刻蚀选择比和刻蚀速率。现有技术中，提出了一种适应性耦合等离子刻蚀机（Adaptively Coupled Plasma，ACP），如图3所示，所述适应性耦合等离子刻蚀机包括：装配在反应腔300中下部用于承载晶圆340的下电极320，设置在反应腔300上部的衬套310和线圈组件330，其中，所述线圈组件330从所述衬套310螺旋地延伸并环绕所述衬套310，所述衬套310与射频电源360相连，所述下电极320与一射频偏压源370相连接，从而在反应腔300中形成等离子350。这种ACP刻蚀机集成有ICP和CCP的优点。但是利用这种ACP刻蚀前，发现光刻剂层的两侧粗糙不平滑，如果不对光刻剂层进行处理，最后刻蚀得到的栅极两侧也会出现粗糙不平（Line width roughness，LWR），影响器件的产率。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种适应性耦合等离子刻蚀机，用于解决现有技术中ACP不能对光刻剂层进行处导致刻蚀形成的栅极结构两侧粗糙不平滑的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种一种适应性耦合等离子刻蚀机，用于刻蚀晶圆，其特征在于，所述适应性耦合等离子刻蚀机至少包括：

具有反应空间并在反应空间中产生等离子体的反应腔、设置于所述反应腔中且用于支撑所述晶圆的下电极、设置于所述反应腔上部中心区域的衬套、以及从所述衬套螺旋地延伸并环绕所述衬套的线圈组件；

所述衬套与一射频电源相连接；所述下电极与一直流偏压源和射频偏压源相连接；所述线圈组件、射频电源、直流偏压源以及射频偏压源均接地。

作为本实用新型适应性耦合等离子刻蚀机的一种优化的结构，所述直流偏压源的直流偏压范围设置在0＜U≤1000V。

作为本实用新型适应性耦合等离子刻蚀机的一种优化的结构，所述衬套为铁板。

作为本实用新型适应性耦合等离子刻蚀机的一种优化的结构，所述下电极为铁板。

作为本实用新型适应性耦合等离子刻蚀机的一种优化的结构，所述线圈组件的材质为银、铜、铝、金或铂中的任意一种。

作为本实用新型适应性耦合等离子刻蚀机的一种优化的结构，所述衬套和下电极之间的距离可调。

作为本实用新型适应性耦合等离子刻蚀机的一种优化的结构，所述衬套和下电极之间的距离范围为2～25cm。

作为本实用新型适应性耦合等离子刻蚀机的一种优化的结构，所述射频偏压源和直流偏压源由脉冲或开关来驱动。

作为本实用新型适应性耦合等离子刻蚀机的一种优化的结构，所述下电极与一温度控制器相连接，所述温度控制器控制所述下电极的温度在0～100℃范围内。

作为本实用新型适应性耦合等离子刻蚀机的一种优化的结构，所述衬套和所述线圈组件在同一个平面内。

如上所述，本实用新型的适应性耦合等离子刻蚀机，包括结构：具有反应空间并在反应空间中产生等离子体的反应腔、设置于所述反应腔中且用于支撑所述晶圆的下电极、设置于述反应腔上部中心区域的衬套、以及从所述衬套螺旋地延伸并环绕所述衬套的线圈组件；所述衬套与一射频电源相连接；所述下电极与一直流偏压源和射频偏压源相连接；所述线圈组件、射频电源、直流偏压源以及射频偏压源均接地。本实用新型通过在下电极上除了连接射频偏压源，还连接一直流偏压源，利用直流偏压源预先对晶圆上的光刻剂层进行离子注入处理，使光刻剂层两侧光滑平整，从而使后续刻蚀形成的栅极结构两侧粗糙度降低，提高产品的产率。

附图说明

图1为现有技术中的电容耦合等离子源的示意图。

图2为现有技术中的感应耦合等离子源的示意图。

图3为现有技术中的适应性耦合等离子刻蚀机的结构示意图。

图4为本实用新型的适应性耦合等离子刻蚀机的结构剖面图。

图5为本实用新型的适应性耦合等离子刻蚀机的结构俯视图。

元件标号说明

100,200,300,400 反应腔

310,410 衬套

120,220,320,420 下电极

110 上电极

330,430,210 线圈组件

340,440 晶圆

350,450 等离子

360,460 射频电源

37,470 射频偏压源

480 直流偏压源

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图4所示，本实用新型提供一种适应性耦合等离子刻蚀机，所述适应性耦合等离子刻蚀机至少包括：反应腔400、下电极420、衬套（bushing）410、线圈组件430、射频电源460、直流偏压源480、以及射频偏压源470。

所述反应腔400具有一反应空间，在该反应空间中可以容置产生的等离子450及其他部件。所述反应腔400的上腔壁可以是石英窗口。

所述下电极420设置于所述反应腔400中的下部，但不与所述反应腔400底部接触。该下电极420用于支撑待刻蚀的晶圆440，且下电极420为导电板，比如，可以是铁板等，但并不限于此。进一步地，所述下电极420可以与一温度控制器（未予以图示）相连接，该温度控制器控制所述下电极420的温度在0～100℃范围内，通过下电极420可以间接控制晶圆450达到工艺所需的温度。

所述衬套410设置于所述反应腔400上部中心区域，即所述衬套410位于反应腔400上腔壁之上，不与上腔壁接触。所述衬套410可以是圆柱形，当然根据需要也可以是其他形状。另外，衬套410为导电板，比如，可以是铁板等，但并不限于此。

更进一步地，所述衬套410和下电极420之间的距离是可调的，该距离可以在5～25cm范围内选择，比如，可以选择为5cm、10cm、15cm、20cm或者25cm。本实施例中，所述衬套410和下电极420之间的距离为20cm。

所述适应性耦合等离子刻蚀机还包括线圈组件430，如图4和5所示，所述线圈组件430从所述衬套410螺旋地延伸并环绕所述衬套410。该线圈组件430的材质采用银、铜、铝、金或铂中一种。本实施例中，所述线圈组件430暂选为铜线圈。更进一步地，所述衬套410和线圈组件430处于同一个平面内，共同作为等离子产生源。

另外，所述衬套410与一射频电源460相连接，功率通过衬套410从射频电源460传输至线圈组件430。所述下电极420与一直流偏压源480和一射频偏压源470相连接；所述线圈组件430、射频电源460、直流偏压源480以及射频偏压源470均接地。

需要说明的是，所述直流偏压源480的直流偏压U的范围设置在0＜U≤1000V范围内，通过接通直流偏压源480和连接至衬套410的射频电源460，产生等离子体，此过程为等离子掺杂，目的是在刻蚀前对所述光刻剂层进行处理，使光刻剂层两侧光滑不粗糙。开启直流偏压源480的方式可以是脉冲驱动也可以是开关驱动，在此不限。

再需要说明的是，接通射偏压源470和连接至衬套410的射频电源460，产生等离子体，此过程为等离子刻蚀，目的是对晶圆440进行刻蚀形成所需要的电路结构。刻蚀过程中的等离子与上述掺杂过程中的等离子种类不同，根据需要选择。开启射频偏压源470的方式可以是脉冲驱动也可以是开关驱动，在此不限。

在实际应用中，以形成栅极结构为例说明使用本实用新型提供的适应性耦合等离子刻蚀机的步骤：

首先，将覆盖有光刻剂层的待刻蚀的晶圆440放置在反应腔400中的下电极420上，开启射频电源460和直流偏压源480对光刻剂层进行处理；

之后，断开直流偏压源480，开启连接在下电极420上的射频偏压源470，进行晶圆400刻蚀，根据晶圆上沉积材料的顺序，先依次刻蚀底部抗反射层、第一电介质抗反射层、非定型碳层、第二电介质抗反射层；最后刻蚀栅极材料，形成栅极。

综上所述，本实用新型提供的适应性耦合等离子刻蚀机至少包括：具有反应空间并在反应空间中产生等离子体的反应腔、设置于所述反应腔中且用于支撑所述晶圆的下电极、设置于所述反应腔上部中心区域的衬套、以及从所述衬套螺旋地延伸并环绕所述衬套的线圈组件；所述衬套与一射频电源相连接；所述下电极与一直流偏压源和射频偏压源相连接；所述线圈组件、射频电源、直流偏压源以及射频偏压源均接地。本实用新型通过在下电极上除了连接射频偏压源，还连接一直流偏压源，利用直流偏压源预先对晶圆上的光刻剂层进行离子注入处理，使光刻剂层两侧光滑平整，从而使后续刻蚀形成的栅极结构两侧粗糙度降低，提高产品的产率。

所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种适应性耦合等离子刻蚀机，用于刻蚀晶圆，其特征在于，所述适应性耦合等离子刻蚀机至少包括：

2.根据权利要求1所述的适应性耦合等离子刻蚀机，其特征在于：所述直流偏压源的直流偏压范围设置在0＜U≤1000V。

3.根据权利要求1所述的适应性耦合等离子刻蚀机，其特征在于：所述衬套为铁板。

4.根据权利要求1所述的适应性耦合等离子刻蚀机，其特征在于：所述下电极为铁板。

5.根据权利要求1所述的适应性耦合等离子刻蚀机，其特征在于：所述线圈组件的材质为银、铜、铝、金或铂中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的适应性耦合等离子刻蚀机，其特征在于：所述衬套和下电极之间的距离可调。

7.根据权利要求6所述的适应性耦合等离子刻蚀机，其特征在于：所述衬套和下电极之间的距离范围为2～25cm。

8.根据权利要求1所述的适应性耦合等离子刻蚀机，其特征在于：所述射频偏压源和直流偏压源由脉冲或开关来驱动。

9.根据权利要求1所述的适应性耦合等离子刻蚀机，其特征在于：所述下电极与一温度控制器相连接，所述温度控制器控制所述下电极的温度在0～100℃范围内。

10.根据权利要求1所述的适应性耦合等离子刻蚀机，其特征在于：所述衬套和所述线圈组件在同一个平面内。