CN213781985U - 一种可动态调整刻蚀均匀性的等离子反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可动态调整刻蚀均匀性的等离子反应器，包括等离子反应腔以及控制系统PC，等离子反应腔内的晶圆上部设有多个上下层叠的遮挡环，每个遮挡环的中部开口，自上而下遮挡环的开口直径逐渐增大，每个遮挡环由各自独立的驱动机构带动其水平方向平移，每个驱动机构由控制系统PC内部程序来控制其工作状态。本实用新型通过多个层叠的可移动遮挡环结构设计，实现了气流通道容积可变调节，借助PC控制系统动态调整气体流动模式，进而使得在晶圆表面处的等离子的形态和自由基的状态得到动态调节，该结构可以实现不同刻蚀工艺均匀性的精确控制，令一台设备可以兼容多种刻蚀工艺需要，为提高生产效率以及降低制造成本提供了助力。

Description

一种可动态调整刻蚀均匀性的等离子反应器

技术领域

本实用新型涉及等离子反应器，具体涉及一种可动态调整刻蚀均匀性的等离子反应器。

背景技术

等离子反应器是半导体集成电路制造常用设备，该设备的等离子反应腔内被注入各种气体用于对晶圆表面进行刻蚀，要获得比较理想且均匀的刻蚀表面，就需要令反应腔内的气体均匀分布于晶圆表面。常见的等离子反应腔为电感耦合等离子腔，晶圆被放置在腔体内的静电吸附盘上，用于向腔体内注入气体的喷头通常安装在腔体侧壁和/或顶部中央，整个腔体配有真空泵进行抽真空操作。若气体注入喷头设置在腔体顶部，则大量的气体集中在晶圆中部并没有到达边缘区域，就会造成晶圆中部刻蚀速率大于边缘区域，从而令晶圆表面刻蚀不均匀。若气体注入喷头设置在腔体侧壁上，则在真空泵的抽吸作用下，气体流向向晶圆边缘汇集，很少气体到达晶圆的中部，这会造成晶圆边缘刻蚀速率大于中部区域，也会造成刻蚀的不均匀。因此，解决等离子反应器刻蚀均匀性问题就十分必要。

为了保证晶圆等离子刻蚀的均匀性，很多设备厂商在等离子反应腔内设置了能够调节气流的遮挡环(如公告号为CN103796413B的发明专利)，该遮挡环位于晶圆上部且中部开口，遮挡环中部开口直径大小以及遮挡环距离晶圆的高度设置，都与气体流动及刻蚀效果调整息息相关。例如：开口直径较小的遮挡环更易于促使气体流向晶圆中心区域，反之，开口直径越大，气体越容易流向晶圆边缘区域，因此设置遮挡环就可以用于调节晶圆刻蚀的均匀性。

但目前大多数设备中的遮挡环只有一个，且开口直径是一个固定数值，使用同一台设备进行不同种类工艺处理时，由于安装好的遮挡环并不能满足所有工艺，每次工艺调整就需要打开反应腔来更换不同口径的遮挡环，操作十分繁琐，且反应腔被打开就破坏了内部真空环境，再次使用时要重新恢复到真空状态，就会造成工艺处理时间被延长，制造成本难以下降。为了更灵活的适用于多种工艺，公布号为CN110890260A的发明专利将遮挡环通过执行器实现上下移动调节，这种结构虽然不会改变遮挡环口径的大小，但可以调节遮挡环距离晶圆的高度，仍然可以达到改变气体流向的目的。该专利公开的方案虽然可以动态调节气体流动模式，但由于遮挡环无法变径，调节程度还是受到一定的局限，并不能真正意义上实现各种工艺的自由调节控制。

实用新型内容

本实用新型公开一种可动态调整刻蚀均匀性的等离子反应器，通过组合式的可移动遮挡环结构来调整遮挡环的气流通道开口大小，并辅以自动控制系统能够实现刻蚀均匀性的自由调节。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

一种可动态调整刻蚀均匀性的等离子反应器，包括等离子反应腔以及控制系统PC，所述等离子反应腔内的晶圆上部设有多个上下层叠的遮挡环，每个遮挡环的中部开口，自上而下遮挡环的开口直径逐渐增大，每个遮挡环由各自独立的驱动机构带动其水平方向平移，每个驱动机构由控制系统PC内部程序来控制其工作状态。

进一步，所述驱动机构采用气缸。

进一步，所述遮挡环由多段环形片拼接而成，每段环形片各自通过独立的驱动机构带动平移。

本实用新型通过多个层叠的可移动遮挡环结构设计，实现了气流通道容积可变调节，借助PC控制系统全程动态调整等离子反应腔内的气体流动模式，进而使得在晶圆表面处的等离子的形态和自由基的状态得到动态调节，该结构可以实现不同刻蚀工艺均匀性的精确控制，令一台设备可以兼容多种刻蚀工艺需要，为提高生产效率以及降低制造成本提供了助力。

附图说明

图1为本实用新型实施例中等离子反应器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中遮挡环的俯视结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本实施例公开一种可动态调整刻蚀均匀性的等离子反应器，如图1所示，该等离子反应器包括等离子反应腔1以及控制系统PC11。等离子反应腔1内的顶部设有绝缘顶板2，绝缘顶板2上安装天线3，等离子反应腔1的两侧侧壁上部设有气体注入喷嘴(图中未画出)，绝缘顶板2的下方设有气体收集罩4，从气体注入喷嘴中被注入的气体经气体收集罩4被向下引流。等离子反应腔1的外侧设有真空泵5，等离子反应腔1内的底部设有基座6，基座6顶部设有用于支撑晶圆的静电吸附盘7，晶圆8被放置在静电吸附盘7顶部。上述给出的等离子反应腔内部结构为现有产品中的结构展示，此处仅做简单介绍，该反应腔的结构以及工作原理可参考公告号为CN103796413B的发明专利中的说明，这对于本领域技术人员而言是公知的技术，此处不过多展开说明。

下面重点介绍本实用新型技术改进处的结构：背景技术中已经介绍了晶圆表面刻蚀的均匀性与分布在晶圆表面的气体多少有关，为了调整气体流动分布情况，本实施例中也在晶圆8和气体收集罩4之间增设了遮挡环9，此处的遮挡环9是由多个遮挡环上下层叠组合而成(附图中仅以三个层叠为例加以展示，但不限于所展示的数量)，每个遮挡环9的中部开口，且每个遮挡环9的开口直径大小不一。层叠时，自上而下遮挡环的开口直径逐渐增大，这样便于将气体流向从晶圆中部逐渐向边缘区域调节，可以弥补现有设备中设置一个遮挡环或不设置遮挡环时，造成气体流向晶圆边缘区域过多的不足。为了实现组合式的遮挡环开口容积大小的可变调节，本实施例采用驱动机构来自动控制每个遮挡环9沿水平方向平移。能够实现平移的驱动机构很多，本实施例仅以气缸10为例加以展示，但并不局限于本实施例给出的这一种方式。

考虑到上述组合式的遮挡环调整的气体流通通道容积大小范围更广，本实施例将每个遮挡环都采用各自独立的驱动机构来单独控制，这样就可以根据具体晶圆表面刻蚀速率来加以调整气体流向，调整手段就更加灵活多变。进一步为了扩大可变容积调节的灵活多变性，本实施例还将每个遮挡环9通过多段环形片拼合而成(如图2所示，仅以三片拼接为例加以展示)，拼合在一起可以形成一个完整圆环，仅保留中部的气流通道口；若各自分开后，相邻环形片间也成为气体流通通道，使得整个开口容积大小调节从粗放变得细微，可以进一步精确的来控制刻蚀速率。因此，本实施例中的每段环形片各自由独立的驱动机构来控制，通过多个层叠遮挡环的交错平移，再配合各段环形片间的平移控制，可以实现不同开放容积大小的自由调节，对晶圆表面刻蚀均匀性的控制更加科学。只要事先通过工艺实验来收集各个工艺条件下，晶圆表面的刻蚀速率数据，通过分析计算好需调整的区域、开口大小以及刻蚀时间，将上述控制程序写入PC系统就可以全程自动来调节。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种可动态调整刻蚀均匀性的等离子反应器，其特征在于：包括等离子反应腔以及控制系统PC，所述等离子反应腔内的晶圆上部设有多个上下层叠的遮挡环，每个遮挡环的中部开口，自上而下遮挡环的开口直径逐渐增大，每个遮挡环由各自独立的驱动机构带动其水平方向平移，每个驱动机构由控制系统PC内部程序来控制其工作状态。

2.根据权利要求1所述的一种可动态调整刻蚀均匀性的等离子反应器，其特征在于：所述驱动机构采用气缸。

3.根据权利要求1或2所述的一种可动态调整刻蚀均匀性的等离子反应器，其特征在于：所述遮挡环由多段环形片拼接而成，每段环形片各自通过独立的驱动机构带动平移。

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