CN212136400U - 新型边缘刻蚀反应装置 - Google Patents
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Abstract
一种新型边缘刻蚀反应装置，包括：传片系统和刻蚀系统；传片系统包括:腔主体;位于腔主体中的支撑移动平台,支撑移动平台包括用于水平放置晶圆的晶圆夹持板,晶圆夹持板可围绕垂直晶圆夹持板表面的中心轴进行旋转;刻蚀系统包括:下电极;上电极;下射频隔离环;上射频隔离环,上射频隔离环和下射频隔离环之间有间隙;刻蚀系统位于传片系统的侧部,刻蚀系统和传片系统集成在一起;晶圆的边缘区域适于通过间隙延伸至射频隔离环侧部的下电极和上电极之间。所述新型边缘刻蚀反应装置能够提高边缘刻蚀区域的刻蚀精度和费效比。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体制造领域，尤其涉及一种新型边缘刻蚀反应装置。
背景技术
在半导体制造中，涉及多道工序，每道工序都是由一定的设备和工艺来完成的。其中，刻蚀工艺是半导体制造中一种重要的工艺，如等离子体刻蚀工艺。等离子体刻蚀工艺是利用反应气体在获得能量后产生等离子体，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，通过物理和化学的反应对刻蚀对象进行刻蚀。
然而，在等离子体刻蚀过程中，晶圆边缘的刻蚀条件和晶圆中心的刻蚀条件差别较大，所述刻蚀条件包括：等离子体密度分布、射频电场、温度分布等，因此导致在对晶圆中心区域进行刻蚀的过程中，会在晶圆的边缘上下表面和侧壁沉积副产聚合物。副产聚合物的沉积会随着刻蚀工艺的进行出现累积效应，当副产聚合物的厚度达到一定程度时，副产聚合物与晶圆之间的粘合力就会变差而导致副产聚合物脱落，进而导致晶圆的图形稳定性受到影响以及刻蚀腔室受到污染等一系列的问题。
鉴于此，业内引入了边缘刻蚀工艺，具体的，将晶圆放置于边缘刻蚀装置中，产生的等离子体对晶圆边缘进行刻蚀，同时对晶圆中心的刻蚀尽量避免。
然而，现有利用边缘刻蚀装置进行的边缘刻蚀工艺的过程中，对晶圆边缘区域刻蚀精度较差，且边缘刻蚀装置的刻蚀效率低。
发明内容
本实用新型解决的问题是提供一种新型边缘刻蚀反应装置，能够提高对晶圆边缘区域的刻蚀精度和费效比。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种新型边缘刻蚀反应装置，包括：传片系统和刻蚀系统；所述传片系统包括:腔主体;位于所述腔主体中的支撑移动平台,所述支撑移动平台包括用于水平放置晶圆的晶圆夹持板,所述晶圆夹持板可围绕垂直晶圆夹持板表面的中心轴进行旋转;所述刻蚀系统包括:下电极;与所述下电极相对的上电极; 位于所述下电极和所述上电极之间的射频隔离环;所述射频隔离环包括:位于所述下电极外部区域的下射频隔离环;位于所述上电极外部的上射频隔离环,所述上射频隔离环和所述下射频隔离环之间具有间隙;所述刻蚀系统位于所述传片系统的侧部,所述刻蚀系统和所述传片系统集成在一起;所述晶圆的边缘区域适于通过所述间隙延伸至所述射频隔离环侧部的下电极和上电极之间。
可选的，所述上射频隔离环的内环边缘的部分区域以及所述下射频隔离环的内环边缘的部分区域为弧形边缘，所述弧形边缘在所述晶圆表面的投影图形适于与所述晶圆的边缘形状具有相同的圆心。
可选的，所述间隙的纵向尺寸适于在对晶圆边缘进行刻蚀的过程中保持在小于等于1毫米的范围；所述晶圆的边缘区域适于延伸至所述射频隔离环侧部的下电极和上电极之间的径向尺寸为2毫米至4毫米。
可选的，还包括：贯穿所述上射频隔离环和所述上电极的边缘区域的第一进气通道，所述第一进气通道适于通入惰性气体；贯穿所述上电极中心区域的第二进气通道，所述第二进气通道适于通入刻蚀晶圆边缘的刻蚀气体。
可选的，还包括：位于所述上电极上方的位置调节部件，所述位置调节部件适于在垂直于所述上电极的上表面的方向对所述上电极的位置进行调节。
可选的，所述射频隔离环的材料为低介电常数保护材料，所述低介电常数保护材料包括反应气真空介质、石英或者陶瓷；所述上电极和所述下电极为表面喷涂Al2O3或Y2O3的铝合金构件，或所述上电极和所述下电极为硅构件、或碳化硅构件。
可选的，所述支撑移动平台包括：支撑座,所述支撑座为可移动支撑座，所述可移动支撑座适于在水平方向进行移动；位于所述支撑座上的旋转支撑柱，所述旋转支撑柱可围绕所述旋转支撑柱的中心轴进行匀速旋转；所述晶圆夹持板位于所述支撑柱上。
可选的，还包括：贯穿所述腔主体顶面的探测通道；位于所述探测通道上且覆盖所述腔主体部分顶面的光学探测部件；光学反射部件，所述光学反射部件位于所述光学探测部件的下方且与所述光学探测部件相对；所述光学探测部件适于向所述光学反射部件发射探测光，所述探测光适于部分照射在放置于所述晶圆夹持板表面的晶圆的边缘区域。
可选的，一个新型边缘刻蚀反应装置中具有一个刻蚀系统和至少一个传片系统，所述传片系统的数量为一个、两个或者四个；当所述传片系统的数量为两个时，两个传片系统分别设置在所述刻蚀系统的两侧，且两个传片系统相对；当所述传片系统的数量为四个时，四个传片系统围绕所述刻蚀系统的侧部均匀分布。
可选的，所述刻蚀系统的上电极和下电极的放电模式包括大气压介质隔离放电模式或等离子体容性耦合放电模式，所述刻蚀系统的内部的压强在刻蚀晶圆边缘时为760Torr以内。
与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下有益效果：
本实用新型技术方案提供的新型边缘刻蚀反应装置，包括传片系统和刻蚀系统，所述刻蚀系统包括下电极、上电极和射频隔离环。所述下电极、上电极、下射频隔离环和所述上射频隔离环围成的空间用于进行等离子体放电。所述传片系统中的晶圆夹持板可围绕晶圆夹持板表面的中心轴进行旋转。当晶圆放置在晶圆夹持板表面时，所述晶圆的边缘区域适于通过所述间隙延伸至所述射频隔离环侧部的下电极和上电极之间，而所述下射频隔离环和所述上射频隔离环用于把位于晶圆的边缘区域径向以内的部分区域覆盖。通过对晶圆延伸至下电极和上电极之间的尺寸精确控制，就能够精确控制晶圆边缘被刻蚀的区域，所述晶圆在旋转的过程中，使得晶圆的边缘区域均被刻蚀。本实用新型采用刻蚀系统和传片系统集成在一起，能够有效的利用传片系统，而刻蚀系统主要包括下电极、上电极、下射频隔离环和上射频隔离环，刻蚀系统的体积可以设计的较小，刻蚀系统占用的空间较小，提高了费效比。
进一步，一个新型边缘刻蚀反应装置中具有一个刻蚀系统和多个的传片系统，这样能够同时对多个晶圆进行边缘刻蚀工艺，提高了边缘刻蚀反应装置的刻蚀效率。
附图说明
图1是本实用新型一实施例中新型边缘刻蚀反应装置的剖面结构示意图；
图2是本实用新型一实施例中新型边缘刻蚀反应装置的俯视图；
图3是本实用新型另一实施例中新型边缘刻蚀反应装置的俯视图；
图4是本实用新型又一实施例中新型边缘刻蚀反应装置的俯视图；
图5是本实用新型又一实施例中边缘刻蚀反应的流程图。
具体实施方式
本实用新型一实施例提供一种新型边缘刻蚀反应装置，结合参考图1和图2，包括：
传片系统10和刻蚀系统20；
所述传片系统10包括:腔主体100;位于所述腔主体100中的支撑移动平台110,所述支撑移动平台110包括用于水平放置晶圆的晶圆夹持板113,所述晶圆夹持板113可围绕垂直晶圆夹持板表面113的中心轴进行旋转;
所述刻蚀系统20包括:下电极200;与所述下电极200相对的上电极210;位于所述下电极200和所述上电极210之间的射频隔离环;
所述射频隔离环包括:位于所述下电极200外部区域的下射频隔离环220;位于所述上电极210外部区域上射频隔离环230,所述上射频隔离环230和所述下射频隔离环220之间具有间隙;
所述刻蚀系统20位于所述传片系统10的侧部,所述刻蚀系统20和所述传片系统10集成在一起;
所述晶圆30的边缘区域适于通过所述间隙延伸至所述射频隔离环侧部的下电极200和上电极210之间。
所述上射频隔离环230与所述下射频隔离环220相对设置。
本实施例中，所述传片系统10可以为装载卸载装置（loadlock），所述装载卸载装置为半导体工艺制程中常用的装置。
所述上电极210和下电极200为表面喷涂Al2O3或Y2O3的铝合金构件，或或所述上电极210和所述下电极200为硅构件、或碳化硅构件。
所述上射频隔离环230和所述下射频隔离环220为低介电常数保护层（如反应气真空介质、陶瓷或石英等。
本实施例中，下射频隔离环220位于所述下电极200外部区域，指的是：下射频隔离环220位于下电极200边缘区域的上方；上射频隔离环230位于所述上电极210外部区域，指的是：上射频隔离环230上电极210边缘区域的下方。
在一个实施例中，请参考图3和图4，所述上射频隔离环230的内环边缘的部分区域以及所述下射频隔离环220的内环边缘的部分区域为弧形边缘，所述弧形边缘在所述晶圆表面的投影图形适于与所述晶圆的边缘形状具有相同的圆心。
所述间隙的纵向尺寸适于在对晶圆边缘进行刻蚀的过程中保持在小于等于1毫米的范围，如0.5毫米。
所述新型边缘刻蚀反应装置还包括：贯穿所述上射频隔离环230和所述上电极210的边缘区域的第一进气通道261，所述第一进气通道261适于通入惰性气体；贯穿所述上电极210中心区域的第二进气通道262，所述第二进气通道262适于通入刻蚀晶圆边缘的刻蚀气体。
所述惰性气体包括Ar和He。
所述刻蚀气体包括O2和含氟气体中的一种或者多种的结合。所述含氟气体例如为碳氟基气体，所述碳氟基气体包括CF4。
所述新型边缘刻蚀反应装置还包括：贯穿所述腔主体10的排气通道。
所述新型边缘刻蚀反应装置还包括：位于所述上电极210上方的位置调节部件240，所述位置调节部件240适于在垂直于所述上电极210的上表面的方向对所述上电极210的位置进行调节。
所述位置调节部件240包括弹簧。
所述晶圆的边缘区域适于延伸至所述射频隔离环侧部的下电极200和上电极210之间的径向尺寸为2毫米至4毫米。
所述支撑移动平台110包括：支撑座111；位于所述支撑座111上的旋转支撑柱112，所述旋转支撑柱112可围绕所述旋转支撑柱112的中心轴进行匀速旋转；所述晶圆夹持板113位于所述支撑柱112上。
所述支撑座111为可移动支撑座，所述可移动支撑座111适于在水平方向进行移动。
所述新型边缘刻蚀反应装置还包括：贯穿所述腔主体100顶面的探测通道140；位于所述探测通道140上且覆盖所述腔主体100部分顶面的光学探测部件120；光学反射部件130，所述光学反射部件130位于所述光学探测部件130的下方且与所述光学探测部件120相对。
所述光学探测部件120适于向所述光学反射部件130发射探测光，所述探测光适于部分照射在放置于所述晶圆夹持板113表面的晶圆30的边缘区域。
一个新型边缘刻蚀反应装置中具有一个刻蚀系统和至少一个传片系统，所述传片系统的数量为一个、两个或者四个。
当所述传片系统的数量为两个时，两个传片系统10分别设置在所述刻蚀系统20的两侧，且两个传片系统10相对；当所述传片系统10的数量为四个时（参考图4），四个传片系统10围绕所述刻蚀系统20的侧部均匀分布。
所述刻蚀系统20的上电极210和下电极200的放电模式包括大气压介质隔离放电模式或等离子体容性耦合放电模式，所述刻蚀系统的内部的压强在刻蚀晶圆边缘时为760Torr以内，如600Torr、400Torr、200Torr、100Torr、50Torr、20Torr、10Torr或100mTorr。
其次，还提供一种边缘刻蚀方法，采用上述的新型边缘刻蚀反应装置，请参考图5，包括：
将晶圆30放置在所述晶圆夹持板113上，并使所述晶圆30的边缘区域通过所述间隙延伸至所述射频隔环侧部的下电极200和上电极210之间，所述射频隔离环覆盖晶圆的部分中心区域；
所述晶圆30的边缘区域延伸至所述射频隔离环侧部的下电极200和上电极210之间之后，调节所述上电极210和下电极200之间的距离，使所述间隙的纵向尺寸设置在阈值范围内；
调节所述上电极210和下电极200之间的距离之后，所述晶圆夹持板113驱动所述晶圆30围绕晶圆30的中心轴旋转，在所述晶圆夹持板113驱动所述晶圆围绕晶圆的中心轴旋转的过程中，所述刻蚀系统20在上电极210和下电极200之间的区域进行等离子体放电以对所述晶圆30的边缘进行刻蚀。
所述晶圆夹持板113驱动所述晶圆30围绕晶圆的中心轴匀速旋转，使得等离子体等概率对晶圆边缘进行刻蚀。
所述边缘刻蚀方法还包括：将晶圆30传输至所述晶圆夹持板113上之后且在调节所述上电极210和下电极200之间的距离之前，采用光学探测部件120和所述光学反射部件130对所述晶圆30进行定位。
在刻蚀过程中，通过所述第一进气通道261通入惰性气体，通过所述第二进气通道262通入刻蚀气体。这样的好处是：第二进气通道262通入刻蚀气体对晶圆的边缘区域进行刻蚀，而第一进气通道261通入的惰性气体一部分进入等离子体产生区a，进入等离子体产生区a的惰性气体和刻蚀气体混合，有助于等离子体放电的过程，其次，部分惰性气体沿着晶圆的径向方向进入主体腔，这样可以阻挡等离子体向外运动。
所述惰性气体包括Ar和He;所述刻蚀气体包括O2和含氟气体中的一种或者多种的结合。
所述下电极、上电极、下射频隔离环和所述上射频隔离环围成的空间用于进行等离子体放电。等离子体产生区a内部的压强在刻蚀晶圆时为760Torr以内。所述刻蚀系统20的上电极210和下电极200的放电模式包括大气压介质隔离放电模式或等离子体容性耦合放电模式。所述大气压介质隔离放电模式和等离子体容性耦合放电模式选择射频源为10kHz-100MHz。
传片系统的传片模式为单片模式、双片模式或者多片模式。
所述光学探测部件120发射的探测光的光斑尺寸为10um量级。
当晶圆未放置在晶圆夹持板113上时，所述光学探测部件120接受到光学反射部件130的反射光的光强为OS，单位为坎德拉。
当晶圆放置在晶圆夹持板113上时，通过光学探测部件120和光学反射部件130的探测将接受到的光强度反馈给支撑移动平台，支撑移动平台根据反馈对晶圆的位置进行水平面上的调整，之后最终达到接受到的光强度为OS的（50±5）%，单位为坎德拉。
所述晶圆夹持板113对晶圆的夹持方式可以为：对晶圆夹持板113施加直流偏压实现对晶圆的夹持；或者，在晶圆夹持板113上安装密封环形圈，抽气进行负压夹持。
虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (10)
1.一种新型边缘刻蚀反应装置，其特征在于，包括：
传片系统和刻蚀系统；
所述传片系统包括:腔主体;位于所述腔主体中的支撑移动平台,所述支撑移动平台包括用于水平放置晶圆的晶圆夹持板,所述晶圆夹持板可围绕垂直晶圆夹持板表面的中心轴进行旋转;
所述刻蚀系统包括:下电极;与所述下电极相对的上电极;位于所述下电极和所述上电极之间的射频隔离环;
所述射频隔离环包括:位于所述下电极外部区域的下射频隔离环;位于所述上电极外部区域的上射频隔离环,所述上射频隔离环和所述下射频隔离环之间具有间隙;
所述刻蚀系统位于所述传片系统的侧部,所述刻蚀系统和所述传片系统集成在一起;
所述晶圆的边缘区域适于通过所述间隙延伸至所述射频隔离环侧部的下电极和上电极之间。
2.根据权利要求1所述的新型边缘刻蚀反应装置，其特征在于，所述上射频隔离环的内环边缘的部分区域以及所述下射频隔离环的内环边缘的部分区域为弧形边缘，所述弧形边缘在所述晶圆表面的投影图形适于与所述晶圆的边缘形状具有相同的圆心。
3.根据权利要求1所述的新型边缘刻蚀反应装置，其特征在于，所述间隙的纵向尺寸适于在对晶圆边缘进行刻蚀的过程中保持在小于等于1毫米的范围；所述晶圆的边缘区域适于延伸至所述射频隔离环侧部的下电极和上电极之间的径向尺寸为2毫米至4毫米。
4.根据权利要求1所述的新型边缘刻蚀反应装置，其特征在于，还包括：贯穿所述上射频隔离环和所述上电极的边缘区域的第一进气通道，所述第一进气通道适于通入惰性气体；贯穿所述上电极中心区域的第二进气通道，所述第二进气通道适于通入刻蚀晶圆边缘的刻蚀气体。
5.根据权利要求1所述的新型边缘刻蚀反应装置，其特征在于，还包括：位于所述上电极上方的位置调节部件，所述位置调节部件适于在垂直于所述上电极的上表面的方向对所述上电极的位置进行调节。
6.根据权利要求1所述的新型边缘刻蚀反应装置，其特征在于，所述射频隔离环的材料为低介电常数保护材料，所述低介电常数保护材料包括反应气真空介质、石英或者陶瓷；所述上电极和所述下电极为表面喷涂Al2O3或Y2O3的铝合金构件，或所述上电极和所述下电极为硅构件、或碳化硅构件。
7.根据权利要求1所述的新型边缘刻蚀反应装置，其特征在于，所述支撑移动平台包括：支撑座,所述支撑座为可移动支撑座，所述可移动支撑座适于在水平方向进行移动；位于所述支撑座上的旋转支撑柱，所述旋转支撑柱可围绕所述旋转支撑柱的中心轴进行匀速旋转；所述晶圆夹持板位于所述支撑柱上。
8.根据权利要求1所述的新型边缘刻蚀反应装置，其特征在于,还包括：贯穿所述腔主体顶面的探测通道；位于所述探测通道上且覆盖所述腔主体部分顶面的光学探测部件；光学反射部件，所述光学反射部件位于所述光学探测部件的下方且与所述光学探测部件相对；
所述光学探测部件适于向所述光学反射部件发射探测光，所述探测光适于部分照射在放置于所述晶圆夹持板表面的晶圆的边缘区域。
9.根据权利要求1所述的新型边缘刻蚀反应装置，其特征在于,一个新型边缘刻蚀反应装置中具有一个刻蚀系统和至少一个传片系统，所述传片系统的数量为一个、两个或者四个；
当所述传片系统的数量为两个时，两个传片系统分别设置在所述刻蚀系统的两侧，且两个传片系统相对；
当所述传片系统的数量为四个时，四个传片系统围绕所述刻蚀系统的侧部均匀分布。
10.根据权利要求1所述的新型边缘刻蚀反应装置，其特征在于,所述刻蚀系统的上电极和下电极的放电模式包括大气压介质隔离放电模式或者等离子体容性耦合放电模式，所述刻蚀系统的内部的压强在刻蚀晶圆边缘时为760Torr以内。
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Country Status (1)
| Country | Link |
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| CN (1) | CN212136400U (zh) |
-
2020
- 2020-07-01 CN CN202021249590.9U patent/CN212136400U/zh active Active
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 201508 Room 12638, Building 2, No. 293, Weichang Road, Jinshan District, Shanghai Patentee after: Shanghai Bangxin Semiconductor Technology Co.,Ltd. Address before: 201500 room 12638, building 2, 293 Weichang Road, Jinshan District, Shanghai Patentee before: Shanghai Bangxin Semiconductor Equipment Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Shanghai Lingang Financial Leasing Co.,Ltd. Assignor: Shanghai Bangxin Semiconductor Technology Co.,Ltd. Contract record no.: X2022980020105 Denomination of utility model: A New Edge Etching Reaction Device Granted publication date: 20201211 License type: Exclusive License Record date: 20221028 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of utility model: A New Edge Etching Reaction Device Effective date of registration: 20221101 Granted publication date: 20201211 Pledgee: Shanghai Lingang Financial Leasing Co.,Ltd. Pledgor: Shanghai Bangxin Semiconductor Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2022980020311 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Shanghai Lingang Financial Leasing Co.,Ltd. Assignor: Shanghai Bangxin Semiconductor Technology Co.,Ltd. Contract record no.: X2022980020105 Date of cancellation: 20231027 |
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| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20231027 Granted publication date: 20201211 Pledgee: Shanghai Lingang Financial Leasing Co.,Ltd. Pledgor: Shanghai Bangxin Semiconductor Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2022980020311 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |