本發(fā)明涉及半導(dǎo)體生產(chǎn)和加工領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種對(duì)半導(dǎo)體基板進(jìn)行刻蝕的裝置和方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體行業(yè)是一個(gè)飛速發(fā)展的高科技行業(yè)，其中的科學(xué)技術(shù)不僅含金量極高，而且更新?lián)Q代也異常迅速。以細(xì)分的半導(dǎo)體刻蝕工藝為例，刻蝕工藝所涉及到的裝置及方法經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次的創(chuàng)新和改進(jìn)，逐漸演變成了現(xiàn)在工業(yè)應(yīng)用中的形態(tài)，在對(duì)基板表面進(jìn)行處理的方面起到了不可替代的作用。

然而，技術(shù)總是需要不斷地進(jìn)步和發(fā)展的。盡管半導(dǎo)體刻蝕工藝中的裝置和方法已經(jīng)歷過(guò)了無(wú)數(shù)次的變革，但仍然有新的問(wèn)題不斷涌現(xiàn)，導(dǎo)致現(xiàn)有的刻蝕裝置和方法無(wú)法完全滿足苛刻的工藝要求。

以現(xiàn)有的半導(dǎo)體刻蝕裝置為例，如圖1所示的，是行業(yè)中比較典型的刻蝕裝置。該刻蝕裝置包括刻蝕腔101、氣體噴頭102、承載臺(tái)103、排放裝置104以及加熱系統(tǒng)105。承載臺(tái)103用于固持基板106，而加熱系統(tǒng)105通常則設(shè)置于承載臺(tái)103的內(nèi)部。氣體噴頭102能夠噴出刻蝕氣體，當(dāng)基板106的溫度在加熱系統(tǒng)105的作用下達(dá)到了刻蝕反應(yīng)所需要的溫度時(shí)，刻蝕氣體與基板106的表面發(fā)生反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)基板106的刻蝕。

與之對(duì)應(yīng)地，現(xiàn)有的半導(dǎo)體刻蝕方法則包括如圖2所示的步驟：

S11、承載臺(tái)通過(guò)加熱系統(tǒng)加熱到工藝溫度；

S12、基板傳送至承載臺(tái)上，并開(kāi)始對(duì)刻蝕腔抽真空；

S13、依次充入、抽出N₂使刻蝕腔內(nèi)殘留空氣被抽走，并等待一定時(shí)間，使基板的溫度達(dá)到工藝溫度；

S14、向刻蝕腔內(nèi)通入刻蝕氣體，進(jìn)行高溫刻蝕；

S15、充入N₂破真空，并取出基板；

S16、冷卻基板。

采用上述刻蝕裝置和刻蝕方法對(duì)基板進(jìn)行處理，雖然基本能夠?qū)崿F(xiàn)刻蝕目的，但最終的刻蝕結(jié)果其實(shí)并不理想，存留有一些技術(shù)問(wèn)題，亟待解決。

首當(dāng)其沖的一個(gè)問(wèn)題，如圖3所示，經(jīng)過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的處理，圖3中基板的阻擋層302遭到了過(guò)度刻蝕，導(dǎo)致基板的阻擋層302遠(yuǎn)低于基板的金屬膜層301，從而起不到阻擋和保護(hù)的作用。而實(shí)際上所希望看到的刻蝕結(jié)果應(yīng)該是阻擋層302與金屬膜層301恰好齊平，或者阻擋層302高于金屬膜層301但不超過(guò)基底303的高度。這一現(xiàn)象在業(yè)內(nèi)通常被稱作“側(cè)壁侵蝕”，出現(xiàn)這一后果的原因是，持續(xù)的加熱使基板整體全部維持在同一溫度，當(dāng)刻蝕氣體通入時(shí)，位于基底303側(cè)邊的部分阻擋層302過(guò)早的接觸到了刻蝕氣體并被刻蝕去除，導(dǎo)致最終刻蝕工藝結(jié)束后，側(cè)壁的阻擋層302無(wú)法停留至預(yù)期的高度，遭到過(guò)度刻蝕。

另外，現(xiàn)有技術(shù)難于對(duì)刻蝕反應(yīng)的起始點(diǎn)進(jìn)行精確的控制，這就導(dǎo)致基板在高溫狀態(tài)下有可能與刻蝕腔內(nèi)殘余的空氣發(fā)生反應(yīng)；或在刻蝕氣體并未均勻分布至基板周圍時(shí)就開(kāi)始了刻蝕反應(yīng)。

除此之外，現(xiàn)有技術(shù)也很難在極短的時(shí)間內(nèi)改變基板上的溫度，從而也就無(wú)法滿足一些更高要求的刻蝕工藝，對(duì)基板進(jìn)行高效地刻蝕。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明給出了相應(yīng)的解決方案。本發(fā)明揭示了一種光輻射加熱刻蝕裝置和光輻射加熱刻蝕方法，能夠有效地解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，對(duì)基板進(jìn)行刻蝕工藝處理，使基板在接受了相應(yīng)的刻蝕工藝處理后，得到的刻蝕結(jié)果大為改觀。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提出一種光輻射加熱刻蝕裝置，通過(guò)光輻射對(duì)待刻蝕基板進(jìn)行加熱以實(shí)施刻蝕工藝，該光輻射加熱刻蝕裝置設(shè)置有刻蝕腔，所述光輻射加熱刻蝕裝置還包括光輻射加熱器，刻蝕腔內(nèi)設(shè)置有承載臺(tái)、冷卻系統(tǒng)、進(jìn)氣裝置和排放裝置，承載臺(tái)用于放置基板，承載臺(tái)與冷卻系統(tǒng)配合設(shè)置以使承載臺(tái)被冷卻系統(tǒng)冷卻，進(jìn)氣裝置供工藝所需的氣體進(jìn)入所述刻蝕腔；刻蝕腔與排放裝置相連以排出氣體；光輻射加熱器面向基板并與基板的待刻蝕面相對(duì)設(shè)置，光輻射加熱器照射并加熱基板的待刻蝕面，進(jìn)氣裝置不阻擋所述光輻射加熱器照射所述基板的待刻蝕面。

進(jìn)一步地，光輻射加熱器的功率可調(diào)。

光輻射加熱器可以為無(wú)影閃光燈。

進(jìn)氣裝置可以為氣體導(dǎo)管，無(wú)影閃光燈和氣體導(dǎo)管使得基板的待刻蝕面上不產(chǎn)生光影。

氣體導(dǎo)管分為兩組分別關(guān)于基板的圓心對(duì)稱設(shè)置，兩組氣體導(dǎo)管分別指向基板的圓心，以及基板的1/2半徑處。

進(jìn)一步地，排放裝置包括真空泵。

本發(fā)明還一種光光輻射加熱刻蝕方法，通過(guò)光輻射對(duì)待刻蝕基板進(jìn)行加熱以實(shí)施刻蝕工藝，包括如下步驟：

將基板輸運(yùn)至刻蝕腔內(nèi)；

將刻蝕腔抽至真空；

向刻蝕腔內(nèi)通入刻蝕氣體；

打開(kāi)光輻射加熱器照射基板的待刻蝕面，在維持一段加熱時(shí)間后關(guān)閉或遮蔽光輻射加熱器，并根據(jù)基板的待刻蝕面的厚度確定是否重復(fù)此加熱步驟，或確定此加熱步驟的重復(fù)次數(shù)；

基板的待刻蝕面的厚度達(dá)標(biāo)后，結(jié)束刻蝕工藝。

進(jìn)一步地，加熱步驟中光輻射加熱器的功率可調(diào)。

進(jìn)一步地，加熱步驟中，在打開(kāi)光輻射加熱器之前，首先使刻蝕氣體充滿刻蝕腔；在最后一次關(guān)閉或遮蔽光輻射加熱器之前，首先關(guān)閉刻蝕氣 體并通入惰性氣體和/或氮?dú)狻?/p>

加熱時(shí)間為2～5s。

本發(fā)明提供的光輻射加熱刻蝕裝置及方法能夠解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，消除側(cè)壁侵蝕現(xiàn)象，并實(shí)現(xiàn)對(duì)刻蝕工藝的精確控制。

附圖說(shuō)明

圖1揭示了現(xiàn)有技術(shù)中的半導(dǎo)體刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2揭示了現(xiàn)有技術(shù)中的半導(dǎo)體刻蝕方法的步驟框圖；

圖3揭示了采用現(xiàn)有技術(shù)對(duì)基板進(jìn)行刻蝕所得的刻蝕結(jié)果示意圖；

圖4揭示了本發(fā)明的光輻射加熱刻蝕裝置的具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5揭示了圖4中所示的光輻射加熱刻蝕裝置的位于上方且指向基板中心的氣體導(dǎo)管的分布圖；

圖6揭示了圖4中所示的光輻射加熱刻蝕裝置的位于下方且指向基板的1/2半徑處的氣體導(dǎo)管的分布圖；

圖7揭示了本發(fā)明光輻射加熱刻蝕方法的具體實(shí)施方式的步驟框圖；

圖8揭示了本發(fā)明具體實(shí)施例和具體實(shí)施方式中基板尚未接受刻蝕工藝處理時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9揭示了采用本發(fā)明具體實(shí)施例和具體實(shí)施方式對(duì)圖6中的基板進(jìn)行刻蝕工藝處理后所得的刻蝕結(jié)果示意圖；

圖10揭示了基板的阻擋層的細(xì)分結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施例及實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例和具體實(shí)施方式進(jìn)行介紹：

圖4涉及了本發(fā)明的光輻射加熱刻蝕裝置的具體實(shí)施例。該光輻射加熱刻蝕裝置設(shè)置有一個(gè)刻蝕腔401用以提供工藝環(huán)境，刻蝕腔401內(nèi)進(jìn)一步設(shè)置有承載臺(tái)403、冷卻系統(tǒng)405和氣體導(dǎo)管402，同時(shí)，刻蝕腔401 的外部還連通有排放裝置404。其中，承載臺(tái)401用于固持基板406，冷卻系統(tǒng)405裝配在承載臺(tái)403的內(nèi)部，以冷卻該承載臺(tái)403并降低基板406的溫度，氣體導(dǎo)管402作為刻蝕腔401內(nèi)的進(jìn)氣裝置，供工藝所需的氣體進(jìn)入，在工藝過(guò)程中可能會(huì)用到的氣體包括刻蝕基板406所使用的刻蝕氣體，以及用于擠出殘余空氣的稀有氣體或氮?dú)?。排放裝置404則起到了排出廢氣以及調(diào)控刻蝕腔401內(nèi)的氣壓的作用，由于工藝過(guò)程中需要對(duì)刻蝕腔401進(jìn)行抽真空處理，因此排放裝置404中進(jìn)一步包括一臺(tái)真空泵408。

由于本發(fā)明提供的技術(shù)方案中，刻蝕工藝是在高溫條件下進(jìn)行的，且該高溫條件是通過(guò)光輻射來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此該具體實(shí)施例中的光輻射加熱刻蝕裝置還須設(shè)置一臺(tái)光輻射加熱器。光輻射加熱器的種類較多，其原理主要是利用強(qiáng)光照射待加熱物體，以在短時(shí)間內(nèi)迅速提升待加熱物體表面的溫度。由此可見(jiàn)，光輻射加熱器的工作過(guò)程是一個(gè)光能轉(zhuǎn)化為熱能的過(guò)程。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案的特點(diǎn)，刻蝕工藝中并不是連續(xù)的對(duì)基板406進(jìn)行加熱，因而本具體實(shí)施例中采用的光輻射加熱器具體為一種專門用于加熱的無(wú)影閃光燈407。而且，該無(wú)影閃光燈的功率可調(diào)，具有高功率檔和低功率檔，當(dāng)打開(kāi)至高功率檔對(duì)基板406照射若干秒后，基板406表面的溫度將有較大幅度的提升；當(dāng)打開(kāi)至低功率檔對(duì)基板406照射相應(yīng)秒數(shù)后，基板406表面的溫度將有較小幅度的提升；而關(guān)閉無(wú)影閃光燈407后，基板406在承載臺(tái)403內(nèi)的冷卻系統(tǒng)405的作用下，其溫度又會(huì)迅速下降。因此基板406的溫度能夠通過(guò)無(wú)影閃光燈407和冷卻系統(tǒng)405進(jìn)行快速、精準(zhǔn)的控制。

在本具體實(shí)施例中，無(wú)影閃光燈407設(shè)置于刻蝕腔401外，位于刻蝕腔401的頂部。因此，為了使光線能夠照射至基板406的表面，刻蝕腔401的頂部需由透明材質(zhì)構(gòu)成，方便光線透射。同時(shí)，為了保證對(duì)基板406表面加熱的均勻性，無(wú)影閃光燈407需要與基板406相對(duì)設(shè)置，照射并加熱基板406的整個(gè)表面。

另外，對(duì)于進(jìn)氣裝置的設(shè)置，本具體實(shí)施例并沒(méi)有采用圖1中現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)，而是用兩組多根氣體導(dǎo)管402替代了現(xiàn)有技術(shù)中的噴頭，這主要是為了保證無(wú)影閃光燈407的光線不被噴頭所阻擋，從而對(duì)基板406進(jìn)行有效的加熱。同時(shí)，為了避免氣體導(dǎo)管402在燈光下的影子影響到基板406表面相應(yīng)位置處的加熱效果，本發(fā)明選取了較為細(xì)長(zhǎng)的導(dǎo)管以減小光影，且光輻射加熱器也使用的是類似手術(shù)無(wú)影燈形式的設(shè)計(jì)，以避免在基板406表面形成光影，從而保證了基板406表面各處在無(wú)影閃光燈407的照射下得到均勻地加熱。

要保證基板406被均勻刻蝕，除了需要保證基板406被均勻加熱，還需要保證基板406周圍的刻蝕氣體分布均勻。因此，氣體導(dǎo)管402的分布位置也很重要。在本具體實(shí)施例中，共使用了六根氣體導(dǎo)管402，平均分為兩組，每三根氣體導(dǎo)管402圍繞基板406的中心對(duì)稱地按一個(gè)圓形排布，同時(shí)兩組氣體導(dǎo)管402靠上設(shè)置，指向基板406的中心，另一組氣體導(dǎo)管402則設(shè)置于低位，指向基板406的1/2半徑處，這樣就能夠在一定程度上保證進(jìn)入刻蝕腔401內(nèi)的刻蝕氣體趨于均勻。圖5展示了向下俯視時(shí)，位于上方且指向基板406的中心的氣體導(dǎo)管402的分布圖。圖6展示了向下俯視時(shí)，位于下方且指向基板406的1/2半徑處的氣體導(dǎo)管402的分布圖。

接下來(lái)介紹本發(fā)明光輻射加熱刻蝕方法的具體實(shí)施方式，其步驟如圖7所示。

該光輻射加熱刻蝕方法包括步驟：

S21、將基板406輸運(yùn)至刻蝕腔401內(nèi)；

S22、將刻蝕腔401抽至真空；

S23、向刻蝕腔401內(nèi)通入刻蝕氣體；

S24、打開(kāi)無(wú)影閃光燈407照射基板406的待刻蝕面，在維持5s后關(guān)閉無(wú)影閃光燈407，并根據(jù)基板406的待刻蝕面的厚度重復(fù)此加熱步驟5次；

S25、基板406的待刻蝕面的厚度達(dá)標(biāo)后，結(jié)束刻蝕工藝。

在上述工藝過(guò)程中，冷卻系統(tǒng)405始終保持在打開(kāi)狀態(tài)，且在刻蝕工藝結(jié)束后，可以向刻蝕腔401內(nèi)通入惰性氣體或氮?dú)馄瞥婵?，以取出完成刻蝕后的基板406。

而在加熱步驟中，每次打開(kāi)無(wú)影閃光燈407之前，最好首先通入刻蝕氣體并使刻蝕氣體充滿刻蝕腔401；在最后一次關(guān)閉無(wú)影閃光燈407之前，先關(guān)閉刻蝕氣體并通入惰性氣體或氮?dú)?。這樣做有利于節(jié)省并充分利用刻蝕氣體，從而為廠商省下一筆開(kāi)支，因?yàn)榭涛g氣體通常都比較昂貴。

另外，本具體實(shí)施方式中采用間斷地對(duì)基板406進(jìn)行加熱的方式來(lái)實(shí)施刻蝕工藝，即當(dāng)無(wú)影閃光燈407打開(kāi)時(shí)對(duì)基板406表面進(jìn)行加熱，而無(wú)影閃光燈407關(guān)閉時(shí)基板406將迅速降溫，基板406僅在被加熱時(shí)其表面部分與刻蝕氣體發(fā)生反應(yīng)，其中無(wú)影閃光燈407維持在打開(kāi)狀態(tài)的時(shí)間宜限定在2～5s。如果每次的照射時(shí)間過(guò)短，則會(huì)導(dǎo)致基板406表面的溫度達(dá)不到刻蝕的反應(yīng)溫度而無(wú)法被刻蝕；而如果每次的照射時(shí)間過(guò)短，又會(huì)使基板406表面以外的部分也被加熱，導(dǎo)致基板406的其他部分也參與到刻蝕反應(yīng)之中，因此無(wú)影閃光燈407的照射時(shí)間需要嚴(yán)格控制。

使用了本發(fā)明具體實(shí)施例中的光輻射加熱刻蝕裝置，并按照本發(fā)明具體實(shí)施方式中的光輻射加熱刻蝕方法對(duì)基板進(jìn)行刻蝕工藝處理，可以得到良好的刻蝕結(jié)果。

圖8和圖9則分別展示的是本發(fā)明具體實(shí)施例和實(shí)施方式中的基板在刻蝕工藝處理前和刻蝕工藝處理后的結(jié)構(gòu)示意圖。該基板的結(jié)構(gòu)包括：銅層601，阻擋層602以及基底603。阻擋層602分布在基底603的正上方，以及銅層601的側(cè)邊?？涛g工藝希望得到的結(jié)果是裸露在外的位于基底603正上方的阻擋層602全部被刻蝕氣體去除，銅層601側(cè)邊位置處的阻擋層602不低于銅層601，最好與銅層齊平。

而采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案能夠達(dá)到如圖9所示的刻蝕結(jié)果，消除現(xiàn)有技術(shù)出現(xiàn)的側(cè)邊侵蝕現(xiàn)象。原因在于，在刻蝕工藝過(guò)程中，冷卻系統(tǒng) 405始終保持打開(kāi)狀態(tài)，而無(wú)影閃光燈407由于是瞬時(shí)加熱，持續(xù)的時(shí)間較短，僅能在有限的時(shí)間內(nèi)將基板406表面的溫度提高至發(fā)生刻蝕反應(yīng)所需的溫度，而基板406表面以下的大部分結(jié)構(gòu)仍受冷卻系統(tǒng)405的影響而處于低溫狀態(tài)，因此刻蝕氣體僅與接受到光照射、溫度較高的基板406表面位置處的結(jié)構(gòu)發(fā)生反應(yīng)，刻蝕掉裸露于外的位于基底603正上方的阻擋層602，而不會(huì)或極少與位于銅層601側(cè)邊位置處的阻擋層602發(fā)生反應(yīng)。

另外，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，刻蝕工藝的起點(diǎn)很好確定和控制，而且不會(huì)出現(xiàn)殘余空氣與基板406發(fā)生反應(yīng)的情況。這是由于，本發(fā)明的技術(shù)方案中，先用刻蝕氣體充滿了刻蝕腔401，之后才進(jìn)行光輻射加熱的。這樣一來(lái)，在打開(kāi)光輻射加熱器之前，基板406的溫度較低，且空氣被刻蝕氣體擠出，因而空氣沒(méi)有機(jī)會(huì)與基板406發(fā)生反應(yīng)；而打開(kāi)光輻射加熱器的時(shí)間節(jié)點(diǎn)可以視作刻蝕工藝開(kāi)始的起點(diǎn)，且打開(kāi)光輻射加熱器時(shí)通?；?06周圍已均勻地布滿了刻蝕氣體，從而保證了刻蝕的均勻性。

采用本發(fā)明揭示的技術(shù)方案，還能夠?qū)涛g工藝進(jìn)行更加精確的控制，以達(dá)到更高要求的刻蝕結(jié)果。下面將結(jié)合圖10進(jìn)行說(shuō)明。

圖10是對(duì)基板的阻擋層602細(xì)分后的結(jié)構(gòu)示意圖。其中的阻擋層602進(jìn)一步包括TaN層801和TiN層802，而TaN層801和TiN層802發(fā)生刻蝕反應(yīng)的最佳反應(yīng)溫度有所不同，其中TiN層802的最佳反應(yīng)溫度要高于TaN層801的最佳反應(yīng)溫度，而利用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，由于無(wú)影閃光燈407的功率是可調(diào)節(jié)的，因而在冷卻系統(tǒng)405的配合下，可以在刻蝕TaN層801時(shí)采用無(wú)影閃光燈407的低功率檔對(duì)基板406進(jìn)行照射，在TaN層的最佳反應(yīng)溫度下對(duì)基板406進(jìn)行刻蝕；而在刻蝕TiN層802時(shí)采用無(wú)影閃光燈407的高功率檔對(duì)基板406進(jìn)行照射，在TiN層802的最佳反應(yīng)溫度下對(duì)基板406進(jìn)行刻蝕，從而逐步地對(duì)基板406表面的阻擋層602加以去除，提高刻蝕效率。

以上實(shí)施例及實(shí)施方式顯示了本發(fā)明的進(jìn)步性，也非常便于本領(lǐng)域技 術(shù)人員理解，但需要注意的是，它們并非限制性的。顯而易見(jiàn)的，本發(fā)明申請(qǐng)的權(quán)利要求書(shū)才更加具有寬泛的保護(hù)范圍，限定了發(fā)明所期望取得的權(quán)利邊界。