CN203800029U - 刻蚀反应腔 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭露了一种刻蚀反应腔，包括静电吸附卡盘，设置于静电吸附卡盘边缘部分的边缘环和底座环，其中还包括了一气垫系统，所述气垫系统包括设置于底座环下方的气垫环和气动控制系统；所述气垫环在气动控制系统的控制下控制气垫环上方的底座环和边缘环的上下浮动。这样在晶圆吸附在静电吸附卡盘上后调整边缘环和底座环的高度，使得边缘环与晶圆背面贴合，有效减少能有效减少由于晶圆边缘尖端放电现象引起的缺陷，提高产品的良率和器件的可靠性。

Description

刻蚀反应腔

技术领域

本实用新型涉及集成电路制造领域，尤其涉及一种刻蚀反应腔。

背景技术

在半导体集成电路制造工艺中，刻蚀是其中重要的一道工序，其中等离子刻蚀是常用的刻蚀方式之一，通常刻蚀发生在真空反应腔室（chamber）内。通常真空反应腔室内包括静电吸附卡盘（ESC，ElectroStatic Chuck），用于承载吸附晶圆、BIAS RF负载以及冷却晶圆等作用。在等离子刻蚀系统中，等离子刻蚀过程是在高真空中进行，上下极板之间有空隙，由于电极并不能设计成比晶圆大，等离子体在真空系统的作用下，靠近晶圆外缘的等离子体会有部分无法到达，这样，在晶圆外缘能量会小于理论的工艺参数值，影响刻蚀效果。为了解决这个问题，通常在电极外设置附件的圆环，用于增大下电极表面积。通常，业内将加装在静电吸附卡盘外缘，用于增大下电极表面积的环都称为聚焦环（focus ring）。其中边缘环（edge ring）是聚焦环重要的一部分，在晶圆边缘处会接受到较大的等离子体能量，靠近晶圆边缘的部分会被刻蚀损耗掉。如果将聚焦环设置成一个整体的话，当聚焦环损耗到无法使用时，需要更换整个聚焦环，这样成本太高。因此在晶圆边缘部分的设置了消耗性的边缘环，便于更换和使用。

参照图1，为现有的真空反应腔室的结构示意图，图示了包括静电吸附卡盘等部件，所述静电吸附卡盘101由呈圆柱形的第一部分和第二部分组成，第一部分和第二部分组成共轴且第一部分的面积小于第二部分，边缘环和底座环嵌套在第一部分上，在静电吸附卡盘101边缘设置有底座环（base ring）102和边缘环（edge ring）103。现有的系统在实际生产中，受工艺精度和使用时数的影响，晶圆104在吸附在静电吸附卡盘101上后，不可避免的与边缘环103间存在间隙，随着RF时数的增加，边缘环103被刻蚀掉越多，晶圆104与边缘环103之间的间隙越大，越容易在晶圆104边缘产生尖端放电现象（wafer edgearcing），形成缺陷。

为了减少这些缺陷的产生，通常可以缩短底座环102和边缘环103的RF时数，或者，参照附图2，在底座环102下设置抗腐蚀绝缘薄膜105，垫高边缘环103以减小晶圆104与边缘环103之间的缝隙。但是这样的方式都只是治标不治本的临时措施，并不能解决这一问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种刻蚀反应腔，以解决晶圆边缘产生尖端放电现象产生缺陷的问题。

为解决上述问题，本实用新型提供一种刻蚀反应腔，包括静电吸附卡盘，卡盘由呈圆柱形的第一部分和第二部分组成，第一部分和第二部分组成共轴且第一部分的面积小于第二部分，边缘环和底座环嵌套在第一部分上，还包括气垫系统，所述气垫系统包括设置于底座环与第二部分之间的气垫环，及气动控制系统；所述气垫环在气动控制系统的控制下控制气垫环上方的底座环和边缘环的上下浮动。

可选的，所述气动控制系统包括：气源、压力控制系统、压力表、气动阀和限流器。

可选的，所述气源、压力控制系统、压力表、气动阀以及限流器皆通过管路与气垫环连接。

可选的，所述气动控制系统的气源使用成独立于刻蚀工艺中使用的气源。

可选的，所述气动控制系统的气源与刻蚀工艺中使用的惰性气体使用相同气源。

可选的，所述压力控制系统控制气垫环的气压值在G₂/S与(G₁+G₂)/S之间，其中G₁为将晶圆在静电吸附卡盘上时能接受向上的力的阈值，G₂为气垫环承受的部件的重力，S为气垫环的上表面面积。

可选的，所述气垫系统的各部件为可拆卸的部件，利用紧固件固定于静电吸附卡盘上。

可选的，所述气垫系统集成于刻蚀反应腔的静电吸附卡盘内。

与现有技术相比，本实用新型提供的刻蚀反应腔，在边缘环下方包括一气垫系统，在晶圆吸附在静电吸附卡盘上后调整边缘环和底座环的高度，使边缘环与晶圆背面贴合，有效减少能有效减少由于晶圆边缘尖端放电现象引起的缺陷，提高产品的良率和器件的可靠性。

附图说明

图1～2为现有的刻蚀反应腔的结构示意图；

图3为本申请实施例的刻蚀反应腔的结构示意图；

图4为本申请实施例的刻蚀反应腔的气垫系统的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心思想在于，提供一种刻蚀反应腔，所述刻蚀反应腔，在所述刻蚀反应腔内的静电吸附卡盘边缘部分的边缘环和底座环下设置气垫环，气垫环由气动控制系统控制，调整边缘环和底座环的高度，使晶圆与边缘环贴合，能有效减少由于晶圆边缘尖端放电现象引起的缺陷。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的刻蚀反应腔作进一步详细说明。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。

参考附图3，图3为本实施例的刻蚀反应腔的结构图。所述刻蚀反应腔包括，静电吸附卡盘101，设置于静电吸附卡盘101边缘部分的边缘环103和底座环102，还包括气垫系统，所述气垫系统包括设置于底座环下方的气垫环107和气动控制系统；所述气垫环107在气动控制系统的控制下控制气垫环107上方的底座环102和边缘环103的上下浮动。在晶圆104吸附在静电吸附卡盘101上后，气垫环107在气动控制系统的控制下充气，使得底座环102和边缘环103向上浮动，使边缘环103与晶圆104贴合，防止晶圆104边缘尖端放电现象引起的缺陷。

具体的，参照附图4，所述气动控制系统包括：气源、压力控制系统201、压力表205、气动阀202、气动阀203和限流器204。所述气源可以是独立的气源，也可以使用刻蚀反应腔的惰性气体气源，例如氦气（He）气源。所述气动控制系统通过管路将气源、压力控制系统201、压力表205、气动阀203、气动阀202以及限流器204与气垫环107连接，通过压力控制系统201、气动阀和限流器204控制气垫环107的气压值在G₂/S与(G₁+G₂)/S之间，其中G₁为将晶圆在静电吸附卡盘上时能接受向上的力的阈值，当晶圆受到向上的力小于G₁时认为晶圆是安全的；G₂为气垫环107上承受的部件的重力，包括边缘环103和底座环102以及其他对气垫环107施加重力的部件；S为气垫环107的上表面面积。这样，可以保证晶圆104在静电吸附卡盘101上的安全的前提下确保边缘环103与晶圆104背面贴合，从而确保消除或减小由于晶圆边缘的尖端放电现象形成的缺陷。本实施例中，所述气垫系统集成于刻蚀反应腔的静电吸附卡盘内，减少额外空间的占用和对工艺的影响，气源可以使用刻蚀反应腔的惰性气体气源。当然在本发明的其他实施例中也可将气垫系统的各部件设置为可拆卸的部件，利用紧固件固定于静电吸附卡盘上，气源使用独立于刻蚀工艺中使用的气源，便于灵活拆卸使用。

工作时，控制程序逻辑控制压力控制系统以及气动阀控制气垫环的工作。在晶圆吸附在静电吸附卡盘后对气垫环107充气，使得气垫环的气压值达到前述气压范围，边缘环与晶圆贴合；在工序结束后静电吸附卡盘在释放晶圆前，释放气垫环的内的气体，边缘环与晶圆分离，使得晶圆能被安全取下。

综上所述，本实用新型提供了一种刻蚀反应腔，所述刻蚀反应腔的静电吸附卡盘边缘部分的边缘环和底座环下设置有气垫环，气垫环由气动控制系统控制，调整边缘环和底座环的高度，使晶圆与边缘环贴合，能有效减少由于晶圆边缘尖端放电现象引起的缺陷。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种刻蚀反应腔，包括静电吸附卡盘，所述静电吸附卡盘由呈圆柱形的第一部分和第二部分组成，第一部分和第二部分组成共轴且第一部分的面积小于第二部分，边缘环和底座环嵌套在第一部分上，其特征在于，还包括气垫系统，所述气垫系统包括设置于底座环与第二部分之间的气垫环，及气动控制系统；所述气垫环在气动控制系统的控制下控制气垫环上方的底座环和边缘环的上下浮动。 

2.如权利要求1所述的刻蚀反应腔，其特征在于，所述气动控制系统包括：气源、压力控制系统、压力表、气动阀和限流器。 

3.如权利要求2所述的刻蚀反应腔，其特征在于，所述气源、压力控制系统、压力表、气动阀以及限流器皆通过管路与气垫环连接。 

4.如权利要求2所述的刻蚀反应腔，其特征在于，所述气动控制系统的气源使用成独立于刻蚀工艺中使用的气源。 

5.如权利要求2所述的刻蚀反应腔，其特征在于，所述气动控制系统的气源与刻蚀工艺中使用的惰性气体使用相同气源。 

6.如权利要求2所述的刻蚀反应腔，其特征在于，所述压力控制系统控制气垫环的气压值在G₂/S与(G₁+G₂)/S之间，其中G₁为将晶圆在静电吸附卡盘上时能接受向上的力的阈值，G₂为气垫环承受的部件的重力，S为气垫环的上表面面积。 

7.如权利要求1所述的刻蚀反应腔，其特征在于，所述气垫系统的各部件为可拆卸的部件，利用紧固件固定于静电吸附卡盘上。 

8.如权利要求1所述的刻蚀反应腔，其特征在于，所述气垫系统集成于刻蚀反应腔的静电吸附卡盘内。