一種適應(yīng)性耦合等離子刻蝕的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)，其至少包括：具有反應(yīng)空間并在反應(yīng)空間中產(chǎn)生等離子體的反應(yīng)腔、設(shè)置于所述反應(yīng)腔中且用于支撐所述晶圓的下電極、設(shè)置于所述反應(yīng)腔上部中心區(qū)域的襯套、以及從所述襯套螺旋地延伸形成的凸面線圈組件；所述襯套與一射頻電源相連接；所述下電極與至少一個射頻偏壓源相連接；所述襯套和下電極均由同步脈沖控制。本實用新型提供的適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)中的襯套和下電極均由同步脈沖控制，實現(xiàn)同時開關(guān)的功能，可以降低反應(yīng)腔內(nèi)的電子溫度；并且凸面的線圈組件可以調(diào)節(jié)反應(yīng)腔中的電子溫度，使電子溫度更加均勻。另外，與下電極連接射頻電源可以不止一個，當(dāng)連接高頻射頻時，可以進(jìn)行硅刻蝕；當(dāng)連接中頻或低頻射頻時，可以進(jìn)行電介質(zhì)刻蝕。
【專利說明】一種適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域，特別是涉及一種適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002] -般而言，刻蝕過程，尤其是干法刻蝕過程，是使用等離子來根據(jù)半導(dǎo)體晶片上 的光阻劑層圖樣或硬掩模光罩圖樣去除低層的預(yù)先確定部分的過程，為了使得該干法刻 蝕能夠進(jìn)行，需要在反應(yīng)腔內(nèi)生成等離子。用于生成等離子的源能夠分為感應(yīng)耦合等離 子源（Inductively Coupled Plasma，ICP)和電容稱合等離子源（Capacitively Coupled Plasma, CCP)。
[0003] 圖1是常規(guī)的電容耦合等離子源的剖面示意圖。如圖1所示，所述電容耦合等離 子源包括下電極120和上電極100,下電極120位于反應(yīng)腔100中的下部，上電極110位于 所述反應(yīng)腔100上部且面對下電極120。上電極110和下電極120都是平板狀的，利用由所 述兩電極所形成的電容的特性在反應(yīng)腔內(nèi)生成等離子。在使用這種CCP源時，盡管有高的 過程再現(xiàn)性和高的光阻劑層刻蝕選擇比的優(yōu)點，但是同時具有等離子密度低從而導(dǎo)致高能 耗的缺點。
[0004] 圖2是常規(guī)的感應(yīng)耦合等離子源的示意圖，如圖2所示，所述感應(yīng)耦合等離子源包 括位于反應(yīng)腔200中下部的下電極220和位于反應(yīng)腔200上部并與所述下電極220相面對 的線圈組件210。下電極220是平板狀，并且能夠使用由線圈組件210形成的感應(yīng)器的特 性在反應(yīng)腔內(nèi)生成等離子。使用這種ICP源的優(yōu)點是刻蝕速率高且等離子密度大，能耗低。 另一方面，ICP的缺點是光阻劑層刻蝕選擇比和過程再現(xiàn)性低，并且在使用鋁制圓罩時可能 污染鋁制圓罩。
[0005] 由此看來，ICP和CCP各有優(yōu)缺點，無法同時保證刻蝕選擇比和刻蝕速率。現(xiàn)有技 術(shù)中，提出了一種適應(yīng)性f禹合等離子刻蝕機(jī)（Adaptively Coupled Plasma, ACP)，如圖3所 示，所述適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)包括：裝配在反應(yīng)腔300中下部用于承載晶圓340的下電 極320,設(shè)置在反應(yīng)腔300上部的襯套310和線圈組件330,其中，所述線圈組件330從所述 襯套310螺旋地延伸并環(huán)繞所述襯套310,所述襯套310與射頻電源360相連，所述下電極 320與一射頻偏壓源370相連接，從而在反應(yīng)腔300中形成等離子350。這種ACP刻蝕機(jī)集 成有ICP和CCP的優(yōu)點。但是，該刻蝕機(jī)中的一般僅連接一個射頻偏壓源，不能同時對硅和 電介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，并且這種刻蝕機(jī)產(chǎn)生的電子溫度很高，容易損傷晶圓。 實用新型內(nèi)容
[0006] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本實用新型的目的在于提供一種適應(yīng)性耦合等離 子刻蝕機(jī)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中ACP反應(yīng)腔內(nèi)不能同時對硅和介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，并且反應(yīng) 腔內(nèi)電子溫度高的問題。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本實用新型提供一種適應(yīng)性耦合等離子刻蝕 機(jī)，用于刻蝕晶圓，其特征在于，所述適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)至少包括：
[0008] 具有反應(yīng)空間并在反應(yīng)空間中產(chǎn)生等離子體的反應(yīng)腔、設(shè)置于所述反應(yīng)腔中且用 于支撐所述晶圓的下電極、設(shè)置于所述反應(yīng)腔上部中心區(qū)域的襯套、以及從所述襯套螺旋 地延伸形成的凸面線圈組件；
[0009] 所述襯套與一射頻電源相連接；所述下電極與至少一個射頻偏壓源相連接；所述 襯套和下電極均由同步脈沖控制。
[0010] 作為本實用新型適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)的一種優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，所述襯套為可旋轉(zhuǎn) 型襯套，其旋轉(zhuǎn)軸與反應(yīng)腔的上壁垂直。
[0011] 作為本實用新型適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)的一種優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，所述襯套和下電極 均為鐵板。
[0012] 作為本實用新型適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)的一種優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，所述線圈組件的材 質(zhì)為銀、銅、鋁、金或鉬中的任意一種。
[0013] 作為本實用新型適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)的一種優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，所述襯套和下電極 之間的距離可調(diào)。
[0014] 作為本實用新型適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)的一種優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，所述襯套和下電極 之間的距離范圍為2?25cm。
[0015] 作為本實用新型適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)的一種優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，所述下電極與一溫 度控制器相連接，所述溫度控制器控制所述下電極的溫度在0?l〇〇°C范圍內(nèi)。
[0016] 如上所述，本實用新型的適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)，包括結(jié)構(gòu)：具有反應(yīng)空間并在 反應(yīng)空間中產(chǎn)生等離子體的反應(yīng)腔、設(shè)置于所述反應(yīng)腔中且用于支撐所述晶圓的下電極、 設(shè)置于所述反應(yīng)腔上部中心區(qū)域的襯套、以及從所述襯套螺旋地延伸形成的凸面線圈組 件；所述襯套與一射頻電源相連接；所述下電極與至少一個射頻偏壓源相連接；所述襯套 和下電極均由同步脈沖控制。本實用新型的適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)中的襯套和下電極 均由同步脈沖控制，實現(xiàn)同時開關(guān)的功能，可以降低反應(yīng)腔內(nèi)的電子溫度，另外，與下電極 連接射頻電源可以不止一個，當(dāng)連接高頻射頻時，可以進(jìn)行硅刻蝕；當(dāng)連接中頻或低頻射頻 時，可以進(jìn)行電介質(zhì)刻蝕。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的電容耦合等離子源的示意圖。
[0018] 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的感應(yīng)耦合等離子源的示意圖。
[0019] 圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖4為本實用新型的適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)的結(jié)構(gòu)剖面圖。
[0021] 圖5為本實用新型的適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)的結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0022] 元件標(biāo)號說明
[0023] 100, 200, 300, 400 反應(yīng)腔
[0024] 310,410 襯套
[0025] 120, 220, 320, 420 下電極
[0026] 110 上電極
[0027] 210, 330,430, 線圈組件
[0028] 340,440 晶圓
[0029] 450 石英窗口
[0030] 460 射頻偏壓源

【具體實施方式】
[0031] 以下由特定的具體實施例說明本實用新型的實施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本 說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實用新型的其他優(yōu)點及功效。
[0032] 請參閱附圖。須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配 合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本實用新型可 實施的限定條件，故不具技術(shù)上的實質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào) 整，在不影響本實用新型所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本實用新型所 揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時，本說明書中所引用的如"上"、"下"、"左"、"右"、 "中間"及"一"等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本實用新型可實施的范圍， 其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本實用新型可實施的范疇。
[0033] 如圖4所示，本實用新型體提供一種適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)，所述適應(yīng)性等離 子刻蝕機(jī)至少包括：反應(yīng)腔400、下電極420、襯套（bushing)410、線圈組件430、以及射頻偏 壓源460。
[0034] 所述反應(yīng)腔400具有一反應(yīng)空間，在該反應(yīng)空間中可以容置產(chǎn)生的等離子及其他 部件。所述反應(yīng)腔400的上腔壁可以是石英窗口 450。
[0035] 所述下電極420設(shè)置于所述反應(yīng)腔400中的下部，但不與所述反應(yīng)腔400底部接 觸。該下電極420用于支撐待刻蝕的晶圓440,且下電極420為導(dǎo)電板，比如，可以是鐵板 等，但并不限于此。進(jìn)一步地，所述下電極420可以與一溫度控制器(未予以圖示）相連接， 該溫度控制器控制所述下電極420的溫度在0?100°C范圍內(nèi)，通過下電極420可以間接控 制晶圓450達(dá)到工藝所需的溫度。
[0036] 所述襯套410設(shè)置于所述反應(yīng)腔400上部中心區(qū)域，即所述襯套410位于反應(yīng)腔 400上腔壁之上，不與上腔壁接觸。所述襯套410可以是圓柱形，當(dāng)然根據(jù)需要也可以是其 他形狀。另外，襯套410為導(dǎo)電板，比如，可以是鐵板等，但并不限于此。
[0037] 進(jìn)一步地，所述襯套410為可旋轉(zhuǎn)型襯套，其旋轉(zhuǎn)軸與反應(yīng)腔的上壁垂直，當(dāng)然， 也可以有一定角度的偏轉(zhuǎn)?，F(xiàn)有的襯套為固定襯套，線圈組件和襯套的相對位置不變，本實 用新型的襯套410與線圈組件430之間的位置不是固定連接，其相對位置在刻蝕過程中通 過襯套410的旋轉(zhuǎn)發(fā)生變化，這樣將會使得晶圓440上各個位置的刻蝕速率更加均衡。
[0038] 更進(jìn)一步地，所述襯套410和下電極420之間的距離是可調(diào)的，該距離可以在5? 25cm范圍內(nèi)選擇，比如，可以選擇為5cm、10cm、15cm、20cm或者25cm。本實施例中，所述襯 套410和下電極420之間的距離為20cm。所述襯套410為導(dǎo)電板，比如，可以是鐵板等，但 并不限于此。
[0039] 所述適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)還包括線圈組件430,該線圈組件430的表面呈現(xiàn) 凸型，該凸面線圈組件430從襯套螺旋地延伸，如圖5所示，所述凸面的弧度可調(diào)。利用凸 型線圈組件使中間的線圈遠(yuǎn)離反應(yīng)腔，這樣可以保證反應(yīng)腔中間的電子溫度較低，進(jìn)而更 加均勻化分布反應(yīng)腔中間和兩邊的電子溫度。需要說明的是，該線圈組件430的材質(zhì)采用 銀、銅、鋁、金或鉬中一種。本實施例中，所述線圈組件430暫選為銅線圈。
[0040] 另外，所述襯套410與射頻電源(未予以圖示)相連接，該射頻電源的頻率，例如，可 以是13. 56MHZ。所述下電極420與至少一個射頻偏壓源460相連接，為方便起見，圖4中只 示意了一個射頻偏壓源460。根據(jù)刻蝕工藝需要，射頻偏壓源460的射頻頻率可以是高頻、 中頻或低頻。例如，高頻可以是13. 56MHZ的射頻偏壓源；中頻可以是2MHZ的射頻偏壓源， 低頻可以是幾百KHZ的射頻偏壓源。其中，利用高頻射頻可以進(jìn)行硅刻蝕；利用中頻或者低 頻射頻可以進(jìn)行電介質(zhì)的刻蝕，因此，可以在下電極420上同時連接不同頻率的射頻偏壓 源460以在ACP中實現(xiàn)同時刻蝕硅和電介質(zhì)。所述射頻電源和射頻偏壓源460均由同步脈 沖來驅(qū)動，能夠同時開關(guān)，降低ACP反應(yīng)腔內(nèi)的電子溫度，并且同步脈沖對于晶圓440密集 區(qū)域的刻蝕深度具有良好的控制。
[0041] 綜上所述，本實用新型提供的適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)至少包括：具有反應(yīng)空間 并在反應(yīng)空間中產(chǎn)生等離子體的反應(yīng)腔、設(shè)置于所述反應(yīng)腔中且用于支撐所述晶圓的下電 極、設(shè)置于所述反應(yīng)腔上部中心區(qū)域的襯套、以及從所述襯套螺旋地延伸形成的凸面線圈 組件；所述襯套與一射頻電源相連接；所述下電極與至少一個射頻偏壓源相連接；所述襯 套和下電極均由同步脈沖控制。本實用新型的適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)中的襯套和下電極 均由同步脈沖控制，實現(xiàn)同時開關(guān)的功能，可以降低反應(yīng)腔內(nèi)的電子溫度，另外，與下電極 連接射頻電源可以不止一個，當(dāng)連接高頻射頻時，可以進(jìn)行硅刻蝕；當(dāng)連接中頻或低頻射頻 時，可以進(jìn)行電介質(zhì)刻蝕。
[0042] 所以，本實用新型有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。 [0043] 上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用于限制本實用新 型。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本實用新型的精神及范疇下，對上述實施例進(jìn)行 修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者在未脫離本實用新型所揭示的精 神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本實用新型的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1. 一種適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)，用于刻蝕晶圓，其特征在于，所述適應(yīng)性耦合等離子 刻蝕機(jī)包括： 具有反應(yīng)空間并在反應(yīng)空間中產(chǎn)生等離子體的反應(yīng)腔、設(shè)置于所述反應(yīng)腔中且用于支 撐所述晶圓的下電極、設(shè)置于所述反應(yīng)腔上部中心區(qū)域的襯套、以及從所述襯套螺旋地延 伸形成的凸面線圈組件； 所述襯套與一射頻電源相連接；所述下電極與一個或一個以上的射頻偏壓源相連接； 所述襯套和下電極均由同步脈沖控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)，其特征在于：所述襯套為可旋轉(zhuǎn) 型襯套，其旋轉(zhuǎn)軸與反應(yīng)腔的上壁垂直。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)，其特征在于：所述襯套和下電極 均為鐵板。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)，其特征在于：所述線圈組件的材 質(zhì)為銀、銅、鋁、金或鉬中的任意一種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)，其特征在于：所述襯套和下電極 之間的距離可調(diào)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)，其特征在于：所述襯套和下電極 之間的距離范圍為2?25cm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)，其特征在于：所述下電極與一溫 度控制器相連接，所述溫度控制器控制所述下電極的溫度在0?l〇〇°C范圍內(nèi)。
【文檔編號】H01J37/32GK203910744SQ201420169762
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】張海洋, 張城龍 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司