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)，所述刻蝕機(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并環(huán)繞所述襯套的線圈組件；所述襯套與一射頻電源相連接；所述下電極與一直流偏壓源和射頻偏壓源相連接；所述線圈組件、射頻電源、直流偏壓源以及射頻偏壓源均接地。本實用新型通過在下電極上除了連接射頻偏壓源，還連接一直流偏壓源，利用直流偏壓源預(yù)先對晶圓上的光刻劑層進(jìn)行離子注入處理，使光刻劑層兩側(cè)光滑平整，從而使后續(xù)刻蝕形成的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)粗糙度降低，提高產(chǎn)品的產(chǎn)率。
【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]一般而言，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^P 電容稱合等離子源(Capacitively Coupled Plasma,CCP ) ο
[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?，F(xiàn)有技術(shù)中，提出了一種適應(yīng)性I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。但是利用這種ACP刻蝕前，發(fā)現(xiàn)光刻劑層的兩側(cè)粗糙不平滑，如果不對光刻劑層進(jìn)行處理，最后刻蝕得到的柵極兩側(cè)也會出現(xiàn)粗糙不平(Line widthroughness, LWR),影響器件的產(chǎn)率。
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不能對光刻劑層進(jìn)行處導(dǎo)致刻蝕形成的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)粗糙不平滑的問題。
[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并環(huán)繞所述襯套的線圈組件；
[0009]所述襯套與一射頻電源相連接；所述下電極與一直流偏壓源和射頻偏壓源相連接；所述線圈組件、射頻電源、直流偏壓源以及射頻偏壓源均接地。
[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)，所述直流偏壓源的直流偏壓范圍設(shè)置在O < U < 1000V。
[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)，所述下電極為鐵板。
[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)，所述線圈組件的材質(zhì)為銀、銅、鋁、金或鉬中的任意一種。
[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可調(diào)。
[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)，所述襯套和下電極之間的距離范圍為2?25cm。
[0016]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)，所述射頻偏壓源和直流偏壓源由脈沖或開關(guān)來驅(qū)動。
[0017]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O?100°C范圍內(nèi)。
[0018]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)，所述襯套和所述線圈組件在同一個平面內(nèi)。
[0019]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并環(huán)繞所述襯套的線圈組件；所述襯套與一射頻電源相連接；所述下電極與一直流偏壓源和射頻偏壓源相連接；所述線圈組件、射頻電源、直流偏壓源以及射頻偏壓源均接地。本實用新型通過在下電極上除了連接射頻偏壓源，還連接一直流偏壓源，利用直流偏壓源預(yù)先對晶圓上的光刻劑層進(jìn)行離子注入處理，使光刻劑層兩側(cè)光滑平整，從而使后續(xù)刻蝕形成的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)粗糙度降低，提聞廣品的廣率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的電容耦合等離子源的示意圖。
[0021]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的感應(yīng)耦合等離子源的示意圖。
[0022]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。
[0023]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。
[0024]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。
[0025]元件標(biāo)號說明[0026]100, 200, 300,400 反應(yīng)腔
[0027]310,410襯套
[0028]120，220，320，420 下電極
[0029]110上電極
[0030]330, 430, 210線圈組件
[0031]340,440晶圓
[0032]350,450等離子
[0033]360,460射頻電源
[0034]37，470射頻偏壓源
[0035]480直流偏壓源
【具體實施方式】
[0036]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。
[0037]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。
[0038]如圖4所示，本實用新型提供一種適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)，所述適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)至少包括:反應(yīng)腔400、下電極420、襯套(bushing)410、線圈組件430、射頻電源460、直流偏壓源480、以及射頻偏壓源470。
[0039]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450及其他部件。所述反應(yīng)腔400的上腔壁可以是石英窗口。
[0040]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O~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。
[0041]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。
[0042]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。
[0043]所述適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)還包括線圈組件430，如圖4和5所示，所述線圈組件430從所述襯套410螺旋地延伸并環(huán)繞所述襯套410。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。更進(jìn)一步地，所述襯套410和線圈組件430處于同一個平面內(nèi)，共同作為等離子產(chǎn)生源。
[0044]另外，所述襯套410與一射頻電源460相連接，功率通過襯套410從射頻電源460傳輸至線圈組件430。所述下電極420與一直流偏壓源480和一射頻偏壓源470相連接；所述線圈組件430、射頻電源460、直流偏壓源480以及射頻偏壓源470均接地。
[0045]需要說明的是，所述直流偏壓源480的直流偏壓U的范圍設(shè)置在O < U < 1000V范圍內(nèi)，通過接通直流偏壓源480和連接至襯套410的射頻電源460，產(chǎn)生等離子體，此過程為等離子摻雜，目的是在刻蝕前對所述光刻劑層進(jìn)行處理，使光刻劑層兩側(cè)光滑不粗糙。開啟直流偏壓源480的方式可以是脈沖驅(qū)動也可以是開關(guān)驅(qū)動，在此不限。
[0046]再需要說明的是，接通射偏壓源470和連接至襯套410的射頻電源460，產(chǎn)生等離子體，此過程為等離子刻蝕，目的是對晶圓440進(jìn)行刻蝕形成所需要的電路結(jié)構(gòu)?？涛g過程中的等離子與上述摻雜過程中的等離子種類不同，根據(jù)需要選擇。開啟射頻偏壓源470的方式可以是脈沖驅(qū)動也可以是開關(guān)驅(qū)動，在此不限。
[0047]在實際應(yīng)用中，以形成柵極結(jié)構(gòu)為例說明使用本實用新型提供的適應(yīng)性耦合等離子刻蝕機(jī)的步驟:
[0048]首先，將覆蓋有光刻劑層的待刻蝕的晶圓440放置在反應(yīng)腔400中的下電極420上，開啟射頻電源460和直流偏壓源480對光刻劑層進(jìn)行處理；
[0049]之后，斷開直流偏壓源480，開啟連接在下電極420上的射頻偏壓源470，進(jìn)行晶圓400刻蝕，根據(jù)晶圓上沉積材料的順序，先依次刻蝕底部抗反射層、第一電介質(zhì)抗反射層、非定型碳層、第二電介質(zhì)抗反射層；最后刻蝕柵極材料，形成柵極。
[0050]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并環(huán)繞所述襯套的線圈組件；所述襯套與一射頻電源相連接；所述下電極與一直流偏壓源和射頻偏壓源相連接；所述線圈組件、射頻電源、直流偏壓源以及射頻偏壓源均接地。本實用新型通過在下電極上除了連接射頻偏壓源，還連接一直流偏壓源，利用直流偏壓源預(yù)先對晶圓上的光刻劑層進(jìn)行離子注入處理，使光刻劑層兩側(cè)光滑平整，從而使后續(xù)刻蝕形成的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)粗糖度降低，提聞廣品的廣率。
[0051]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。
[0052]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)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并環(huán)繞所述襯套的線圈組件； 所述襯套與一射頻電源相連接；所述下電極與一直流偏壓源和射頻偏壓源相連接；所述線圈組件、射頻電源、直流偏壓源以及射頻偏壓源均接地。
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:所述直流偏壓源的直流偏壓范圍設(shè)置在O < U < IOOOV。
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:所述下電極為鐵板。
5.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。
6.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:所述襯套和下電極之間的距離可調(diào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6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。
8.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:所述射頻偏壓源和直流偏壓源由脈沖或開關(guān)來驅(qū)動。
9.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O?100°C范圍內(nèi)。
10.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:所述襯套和所述線圈組件在同一個平面內(nèi)。
【文檔編號】H01J37/32GK203787383SQ201420170679
【公開日】2014年8月20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