CN212277161U - 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，新型边缘刻蚀反应装置包括：主体腔；位于所述主体腔内的可移动上电极和晶圆夹持平台，所述可移动上电极和所述晶圆夹持平台相对设置；位于所述主体腔内的且位于所述晶圆夹持平台侧部的射频隔离环；位于所述主体腔内的等离子体约束环，所述等离子体约束环位于所述可移动上电极的边缘区域的底部，所述等离子体约束环与所述射频隔离环之间具有间隙；所述可移动上电极与所述晶圆夹持平台和所述射频隔离环之间用于容纳晶圆。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刻蚀效率。
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，增加边缘刻蚀装置的刻蚀效率。
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：主体腔；位于所述主体腔内的可移动上电极和晶圆夹持平台，所述可移动上电极和所述晶圆夹持平台相对设置；位于所述主体腔内的且位于所述晶圆夹持平台侧部的射频隔离环；位于所述主体腔内的等离子体约束环，所述等离子体约束环位于所述可移动上电极的边缘区域的底部，所述等离子体约束环与所述射频隔离环之间具有间隙；所述可移动上电极与所述晶圆夹持平台和所述射频隔离环之间用于容纳晶圆。
可选的，所述等离子体约束环位于所述可移动上电极的边缘区域和所述射频隔离环之间区域。
可选的，所述射频隔离环包括第一隔离区域和第二隔离区域，所述第一隔离区域到晶圆夹持平台的距离大于第二隔离区到晶圆夹持平台的距离，第一隔离区至可移动上电极的距离大于或等于第二隔离区至可移动上电极的距离；当所述第一隔离区至可移动上电极的距离大于第二隔离区至可移动上电极的距离时，所述等离子体约束环还延伸至所述第二隔离区域的侧部。
可选的，所述可移动上电极朝向所述晶圆夹持平台的一侧具有贯穿可移动上电极部分厚度的凹槽；所述新型边缘刻蚀反应装置还包括:位于所述凹槽内的晶圆保护盘；所述等离子体约束环为“L”形；所述等离子体约束环包括第一约束部分和第二约束部分，所述第一约束部分位于所述晶圆保护盘外围的所述可移动上电极的边缘底部且与所述可移动上电极连接，第二约束部分位于第一约束部分的底部且与第一约束部分连接，所述第二约束部分的横向尺寸大于第一约束部分的横向尺寸，所述第二约束部分至第二隔离区的距离小于所述第一约束部分至第二隔离区域的距离。
可选的，所述可移动上电极朝向所述晶圆夹持平台的一侧具有贯穿可移动上电极部分厚度的凹槽；所述新型边缘刻蚀反应装置还包括:位于所述凹槽内的晶圆保护盘。
可选的，还包括：第一进气通道，所述第一进气通道通过所述可移动上电极且第一进气通道的出口位于所述晶圆保护盘侧部的可移动上电极的底面，所述第一进气通道用于通入刻蚀气体。
可选的，还包括：贯穿所述可移动上电极和所述晶圆保护盘的第二进气通道，所述第二进气通道用于通入缓冲气体，所述缓冲气体包括惰性气体。
可选的，还包括：贯穿所述可移动上电极和所述晶圆保护盘的透明密封件。
可选的，所述透明密封件的材料包括石英或蓝宝石。
可选的，还包括：传片监控系统；所述传片监控系统包括：位于所述透明密封件顶部且覆盖部分可移动上电极顶面的图像采集系统；定位测试晶圆，所述定位测试晶圆的中心点具有标记点；放片系统，所述放片系统用于将所述定位测试晶圆放置于晶圆夹持平台上;修正系统。
可选的，还包括：数据处理模块，所述数据处理模块与所述图像采集系统电学连接。
可选的，所述射频隔离环覆盖所述晶圆夹持平台的部分侧壁；所述新型边缘刻蚀反应装置还包括：位于所述射频隔离环的部分上表面且与所述晶圆夹持平台的部分侧部接触的晶圆加持平台保护环。
可选的，所述等离子体约束环与所述可移动上电极的边缘底部接触；所述等离子体约束环与所述可移动上电极的边缘底部有效电连接或者电绝缘连接。
可选的，所述等离子体约束环与所述可移动上电极的边缘底部非接触。
可选的，所述等离子体约束环为内表面涂有氧化铝或者氧化钇的铝合金环状金属件，或所述等离子体约束环为硅环状件或碳化硅环状件、陶瓷环状件或者石英环状件。
可选的，所述等离子体约束环中具有抽气通道；所述可移动上电极的边缘区域、射频隔离环、等离子体约束环围成的区域为等离子体区域；所述抽气通道的尺寸被设计成等离子体区域的带电粒子在离开所述抽气通道时移动的最小距离大于所述带电粒子的平均自由程。
可选的，所述等离子体约束环为实体结构。
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，所述等离子体约束环位于所述可移动上电极的边缘区域的底部，所述等离子体约束环与所述射频隔离环之间具有间隙，所述等离子体约束环用于限制等离子体的分布。所述晶圆夹持平台用于夹持晶圆。射频从晶圆夹持平台馈入从而使晶圆带电。所述晶圆夹持平台和所述等离子体约束环之间的区域等离子体放电，对晶圆的边缘进行刻蚀。刻蚀气体通过可移动上电极的边缘吹向晶圆边缘附近，然后被射频电离产生等离子体，实现对晶圆边缘沉积物的刻蚀。新型的等离子体约束系统可以保证等离子体在上电极边缘导电电极-晶圆-静电卡盘三者之间均匀稳定分布，能够且仅能够对晶圆边缘区域特定尺寸范围内进行刻蚀反应，晶圆中心区域不受影响。综上，提高了对晶圆边缘区域的刻蚀精度。其次，也提高了对晶圆边缘区域的刻蚀效率。
进一步，所述可移动上电极朝向所述晶圆夹持平台的一侧具有贯穿可移动上电极部分厚度的凹槽，所述凹槽内具有晶圆保护盘。可移动上电极用于向下移动至与晶圆表面间距小于某一特定值，晶圆保护盘用于保护晶圆中心区域的表面不被刻蚀。
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是本实用新型另一实施例中新型边缘刻蚀反应装置的剖面结构示意图；
图3是本实用新型又一实施例中新型边缘刻蚀反应装置的剖面结构示意图；
图4是一种边缘刻蚀方法的流程图。
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，参考图1，包括：
主体腔；
位于所述主体腔内的可移动上电极100和晶圆夹持平台110，所述可移动上电极100和所述晶圆夹持平台110相对设置；
位于所述主体腔内且位于所述晶圆夹持平台110侧部的射频隔离环130；
位于所述主体腔内的等离子体约束环140，所述等离子体约束140环位于晶圆所述可移动上电极100的边缘区域的底部，所述等离子体约束环140与所述射频隔离环130之间具有间隙；
所述可移动上电极100与所述晶圆夹持平台110和所述射频隔离环130之间用于容纳晶圆。
本实施例中，所述可移动上电极100朝向所述晶圆夹持平台110的一侧具有贯穿可移动上电极110部分厚度的凹槽；所述新型边缘刻蚀反应装置还包括：位于所述凹槽内的晶圆保护盘120。
本实施例中，所述等离子体约束环140位于所述可移动上电极100的边缘区域和所述射频隔离环130之间。
在其他实施例中，所述等离子体约束环位于所述可移动上电极的边缘区域的底部，且所述等离子体约束环中的底部区域位于所述射频隔离环130的外侧。
本实施例中，位于所述晶圆夹持平台侧部的所述射频隔离环包括第一隔离区域和第二隔离区域，所述第一隔离区域到晶圆夹持平台的距离大于第二隔离区到晶圆夹持平台的距离，第一隔离区至可移动上电极的距离等于第二隔离区至可移动上电极的距离。
需要说明的是，所述射频隔离环还可以延伸至晶圆夹持平台的底部。所述新型边缘刻蚀反应装置还包括：第一进气通道150，所述第一进气通道150通过所述可移动上电极100且第一进气通道150的出口位于所述晶圆保护盘120侧部的可移动上电极100的底面，所述第一进气通道150用于通入刻蚀气体。
所述刻蚀气体包括O2和相关含氟气体中的任意一种或多种的组合。所述含氟气体包括碳氟基气体，所述碳氟基气体例如为CF4。
所述新型边缘刻蚀反应装置还包括：贯穿所述可移动上电极100和所述晶圆保护盘120的第二进气通道160，所述第二进气通道160用于通入缓冲气体。
所述缓冲气体包括惰性气体。
所述新型边缘刻蚀反应装置还包括：贯穿所述可移动上电极100和所述晶圆保护盘120的透明密封件170。
所述透明密封件170的材料包括石英或蓝宝石。
所述新型边缘刻蚀反应装置还包括：传片监控系统。
所述传片监控系统包括：位于所述透明密封件170顶部且覆盖部分可移动上电极100顶面的图像采集系统180；定位测试晶圆，所述定位测试晶圆的中心点具有标记点；放片系统，所述放片系统用于将所述定位测试晶圆放置于晶圆夹持平台110上;修正系统。
所述新型边缘刻蚀反应装置还包括：数据处理模块190，所述数据处理模块190与所述图像采集系统180电学连接。
本实施例中，所述射频隔离环130覆盖所述晶圆夹持平台110的部分侧壁；所述新型边缘刻蚀反应装置还包括：位于所述射频隔离环130的部分上表面且与所述晶圆夹持平台110的部分侧部接触的晶圆夹持平台保护环200。
本实施例中，所述等离子体约束环140与所述可移动上电极100的边缘底部接触，具体的，所述等离子体约束环140与所述可移动上电极100的边缘底部有效电连接或者电绝缘连接。
所述等离子体约束环140与所述可移动上电极100的边缘底部有效电连接时，所述等离子体约束环140不仅可以起到在物理空间上约束等离子体的作用，还能起到电约束等离子体的作用。
当所述等离子体约束环140与所述可移动上电极100的边缘底部有效电连接时，所述等离子体约束环140为铝合金环状金属件、硅环状件或碳化硅环状件，所述等离子体约束环140和所述可移动上电极100的电位一致。
当所述等离子体约束环140与所述可移动上电极100的边缘底部电绝缘连接时，所述等离子体约束环140为陶瓷环状件或者石英环状件。
在一个实施例中，等离子体约束环与可移动上电极的边缘底部非接触，相应的，所述等离子体约束环为铝合金环状金属件、硅环状件或碳化硅环状件、陶瓷环状件或者石英环状件。
进一步，当所述等离子体约束环为铝合金环状金属件时，所述等离子体约束环的内表面具有保护层，所述保护层的材料为氧化铝或者Y2O3。所述保护层能够延长所述等离子体约束环140的使用寿命。
所述等离子体约束环140中具有抽气通道；所述晶圆保护盘侧部的可移动上电极、射频隔离环、等离子体约束环围成的区域为等离子体区域；所述抽气通道的尺寸被设计成等离子体区域的带电粒子在离开所述抽气通道时移动的最小距离大于所述带电粒子的平均自由程。
在其他实施例中，所述等离子体约束环为实体结构，刻蚀反应副产物从等离子体约束环与所述射频隔离环之间具有间隙抽出。
本实施例中，所述等离子体约束环环绕所述晶圆夹持平台，在对晶圆进行刻蚀时，所述等离子体约束环环绕晶圆。本实用新型另一实施例提供一种新型边缘刻蚀反应装置，参考图2，所述射频隔离环朝向所述可移动上电极的表面为台阶状；所述射频隔离环130a包括第一隔离区域131和第二隔离区域132，所述第一隔离区域131到晶圆夹持平台110的距离大于第二隔离区132到晶圆夹持平台110的距离，第一隔离区131至可移动上电极100的距离大于第二隔离区132至可移动上电极100的距离；所述等离子体约束环140a还延伸至所述第二隔离区132的侧部；所述间隙包括所述等离子体约束环140a和第一隔离区域131的第一间隙、以及所述等离子体约束环140a和第二隔离区域132的第二间隙。
本实用新型又一实施例提供一种新型边缘刻蚀反应装置，参考图3，所述等离子体约束环140c为“L”形；所述等离子体约束环140c包括第一约束部分1401和第二约束部分1402，所述第一约束部分1401位于所述晶圆保护盘120外围的所述可移动上电极100的边缘底部且与所述可移动上电极100连接，第二约束部分1402位于第一约束部分1401的底部且与第一约束部分1401连接，所述第二约束部分1402的横向尺寸大于第一约束部分1401的横向尺寸，所述第二约束部分1402至第二隔离区132的距离小于所述第一约束部分1401至第二隔离区域132的距离。
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，参考图4，包括以下步骤：
S01：将晶圆放置在晶圆夹持平台上，晶圆被晶圆夹持平台固定，所述晶圆的边缘呈悬空状态；
S02：将晶圆放置在晶圆夹持平台上之后，将所述可移动上电极向下移动直至可移动上电极中心区域的下表面至晶圆的上表面之间的距离小于阈值；
S03：将刻蚀气体通入至可移动上电极的边缘区域的底部；
S04：采用所述晶圆夹持平台馈入射频，激发所述刻蚀气体等离子体放电，以对所述晶圆的边缘进行刻蚀。
本实施例中，刻蚀气体通过第一进气通道通入。
所述边缘刻蚀方法还包括：在通入刻蚀气体的过程中，采用第二进气通道通入缓冲气体。
本实施例中，还包括：采用放片系统将定位测试晶圆放置在所述晶圆夹持平台上；采用所述传片监控系统获取定位测试晶圆的图像信息；通过在所述图像信息中获取标记点图形和校准基线图形之间的相对位置来判断测试晶圆是否存在异常放片的情况;若存在异常放片的情况,将标记点图形和校准基线图形之间的相对位置差别反馈至修正系统中;所述修正系统根据所述相对位置差别对所述放片系统进行修正。
本实施例中，通过在特定的时间间隔内，利用测试晶圆对边缘刻蚀反应装置的长期稳定性进行在线监控，例如，利用传片监控系统对腔室的稳定性进行检测，若传片监控系统采集的测试晶圆的图像信息正常，则对N片晶圆进行边缘刻蚀，之后，利用传片监控系统对腔室的稳定性进行检测，若传片监控系统采集的测试晶圆的图像信息正常，则对M片晶圆进行边缘刻蚀。以此来保证传片的稳定性。
当传片监控系统采集的测试晶圆的图像异常，即测试晶圆的中心点落出阈值区域时，报警，需修正系统对所述放片系统进行修正。
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 (17)
1.一种新型边缘刻蚀反应装置，其特征在于，包括：
主体腔；
位于所述主体腔内的可移动上电极和晶圆夹持平台，所述可移动上电极和所述晶圆夹持平台相对设置；
位于所述主体腔内的且位于所述晶圆夹持平台侧部的射频隔离环；
位于所述主体腔内的等离子体约束环，所述等离子体约束环位于所述可移动上电极的边缘区域的底部，所述等离子体约束环与所述射频隔离环之间具有间隙；
所述可移动上电极与所述晶圆夹持平台和所述射频隔离环之间用于容纳晶圆。
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，所述等离子体约束环位于所述可移动上电极的边缘区域和所述射频隔离环之间区域。
3.根据权利要求2所述的新型边缘刻蚀反应装置，其特征在于，所述射频隔离环包括第一隔离区域和第二隔离区域，所述第一隔离区域到晶圆夹持平台的距离大于第二隔离区到晶圆夹持平台的距离，第一隔离区至可移动上电极的距离大于或等于第二隔离区至可移动上电极的距离；
当所述第一隔离区至可移动上电极的距离大于第二隔离区至可移动上电极的距离时，所述等离子体约束环还延伸至所述第二隔离区域的侧部。
4.根据权利要求3所述的新型边缘刻蚀反应装置，其特征在于，所述可移动上电极朝向所述晶圆夹持平台的一侧具有贯穿可移动上电极部分厚度的凹槽；所述新型边缘刻蚀反应装置还包括:位于所述凹槽内的晶圆保护盘；所述等离子体约束环为“L”形；所述等离子体约束环包括第一约束部分和第二约束部分，所述第一约束部分位于所述晶圆保护盘外围的所述可移动上电极的边缘底部且与所述可移动上电极连接，第二约束部分位于第一约束部分的底部且与第一约束部分连接，所述第二约束部分的横向尺寸大于第一约束部分的横向尺寸，所述第二约束部分至第二隔离区的距离小于所述第一约束部分至第二隔离区域的距离。
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，所述可移动上电极朝向所述晶圆夹持平台的一侧具有贯穿可移动上电极部分厚度的凹槽；所述新型边缘刻蚀反应装置还包括:位于所述凹槽内的晶圆保护盘。
6.根据权利要求5所述的新型边缘刻蚀反应装置，其特征在于，还包括：第一进气通道，所述第一进气通道通过所述可移动上电极且第一进气通道的出口位于所述晶圆保护盘侧部的可移动上电极的底面，所述第一进气通道用于通入刻蚀气体。
7.根据权利要求5所述的新型边缘刻蚀反应装置，其特征在于，还包括：贯穿所述可移动上电极和所述晶圆保护盘的第二进气通道，所述第二进气通道用于通入缓冲气体，所述缓冲气体包括惰性气体。
8.根据权利要求5所述的新型边缘刻蚀反应装置，其特征在于，还包括：贯穿所述可移动上电极和所述晶圆保护盘的透明密封件。
9.根据权利要求8所述的新型边缘刻蚀反应装置，其特征在于，所述透明密封件的材料包括石英或蓝宝石。
10.根据权利要求8所述的新型边缘刻蚀反应装置，其特征在于，还包括：传片监控系统；
所述传片监控系统包括：位于所述透明密封件顶部且覆盖部分可移动上电极顶面的图像采集系统；定位测试晶圆，所述定位测试晶圆的中心点具有标记点；放片系统，所述放片系统用于将所述定位测试晶圆放置于晶圆夹持平台上;修正系统。
11.根据权利要求10所述的新型边缘刻蚀反应装置，其特征在于，还包括：数据处理模块，所述数据处理模块与所述图像采集系统电学连接。
12.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，所述射频隔离环覆盖所述晶圆夹持平台的部分侧壁；
所述新型边缘刻蚀反应装置还包括：位于所述射频隔离环的部分上表面且与所述晶圆夹持平台的部分侧部接触的晶圆加持平台保护环。
13.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，所述等离子体约束环与所述可移动上电极的边缘底部接触；所述等离子体约束环与所述可移动上电极的边缘底部有效电连接或者电绝缘连接。
14.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，所述等离子体约束环与所述可移动上电极的边缘底部非接触。
15.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，所述等离子体约束环为内表面涂有氧化铝或者氧化钇的铝合金环状金属件，或所述等离子体约束环为硅环状件或碳化硅环状件、陶瓷环状件或者石英环状件。
16.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，所述等离子体约束环中具有抽气通道；所述可移动上电极的边缘区域、射频隔离环、等离子体约束环围成的区域为等离子体区域；所述抽气通道的尺寸被设计成等离子体区域的带电粒子在离开所述抽气通道时移动的最小距离大于所述带电粒子的平均自由程。
17.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，所述等离子体约束环为实体结构。
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Applications Claiming Priority (1)
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| CN202021249584.3U Active CN212277161U (zh) | 2020-07-01 | 2020-07-01 | 新型边缘刻蚀反应装置 |
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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