一种适应性耦合等离子刻蚀的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种适应性耦合等离子刻蚀机，所述刻蚀机至少包括：具有反应空间并在反应空间中产生等离子体的反应腔、设置于所述反应腔中且用于支撑所述晶圆的下电极、设置于反应腔上方中心区域的螺旋型线圈组件；所述反应腔的上腔壁由石英窗口和围绕所述石英窗口的第一衬套构成。本实用新型通过设置第一衬套作为反应腔上壁的一部分，减小了下电极和第一衬套之间的距离，一方面可以提高反应腔下部的电子温度，另一方面还可以提高反应腔边缘的电子温度，使整个反应腔中的电子温度分布更加均匀，降低晶圆的损伤风险。
【专利说明】一种适应性耦合等离子刻蚀机
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及半导体设备领域，特别是涉及一种适应性耦合等离子刻蚀机。
【背景技术】
[0002] -般而言，刻蚀过程，尤其是干法刻蚀过程，是使用等离子来根据半导体晶片上 的光阻剂层图样或硬掩模光罩图样去除低层的预先确定部分的过程，为了使得该干法刻 蚀能够进行，需要在反应腔内生成等离子。用于生成等离子的源能够分为感应耦合等离 子源（Inductively Coupled Plasma，ICP)和电容稱合等离子源（Capacitively Coupled Plasma, CCP)。
[0003] 图1是常规的电容耦合等离子源的剖面示意图。如图1所示，所述电容耦合等离 子源包括下电极120和上电极100,下电极120位于反应腔100中的下部，上电极110位于 所述反应腔100上部且面对下电极120。上电极110和下电极120都是平板状的，利用由所 述两电极所形成的电容的特性在反应腔内生成等离子。在使用这种CCP源时，尽管有高的 过程再现性和高的光阻剂层刻蚀选择比的优点，但是同时具有等离子密度低从而导致高能 耗的缺点。
[0004] 图2是常规的感应耦合等离子源的示意图，如图2所示，所述感应耦合等离子源包 括位于反应腔200中下部的下电极220和位于反应腔200上部并与所述下电极220相面对 的线圈组件210。下电极220是平板状，并且能够使用由线圈组件210形成的感应器的特 性在反应腔内生成等离子。使用这种ICP源的优点是刻蚀速率高且等离子密度大，能耗低。 另一方面，ICP的缺点是光阻剂层刻蚀选择比和过程再现性低，并且在使用铝制圆罩时可能 污染铝制圆罩。
[0005] 由此看来，ICP和CCP各有优缺点，无法同时保证刻蚀选择比和刻蚀速率。现有技 术中，提出了一种适应性f禹合等离子刻蚀机（Adaptively Coupled Plasma, ACP)，如图3所 示，所述适应性耦合等离子刻蚀机包括：装配在反应腔300中下部用于承载晶圆340的下电 极320,设置在反应腔300上部的衬套310和线圈组件330,其中，所述线圈组件330从所述 衬套310螺旋地延伸并环绕所述衬套310,所述衬套310与射频电源相连，所述下电极与一 射频偏压源370相连接。这种ACP刻蚀机集成有ICP和CCP的优点。但是，经过模拟发现， ACP刻蚀机反应腔中电子温度呈现上部温度高、下部温度低、以及中心温度高、四周温度低 的特点，这将会使晶圆衬底产生损伤。 实用新型内容
[0006] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种适应性耦合等离 子刻蚀机，用于解决现有技术中ACP反应腔内电子温度分布不均匀的问题。
[0007] 为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种适应性耦合等离子刻蚀 机，用于刻蚀晶圆，其特征在于，所述适应性耦合等离子刻蚀机至少包括：
[0008] 具有反应空间并在反应空间中产生等离子体的反应腔、设置于所述反应腔中且用 于支撑所述晶圆的下电极、设置于反应腔上方中心区域的螺旋型线圈组件；所述反应腔的 上腔壁由石英窗口和围绕所述石英窗口的第一衬套构成。
[0009] 作为本实用新型适应性耦合等离子刻蚀机的一种优化的结构，所述适应性耦合等 离子刻蚀机还包括第二衬套，所述第二衬套设置于所述反应腔上方。
[0010] 作为本实用新型适应性耦合等离子刻蚀机的一种优化的结构，所述第二衬套设置 于线圈组件上方。
[0011] 作为本实用新型适应性耦合等离子刻蚀机的一种优化的结构，所述第二衬套设置 于线圈组件和石英窗口之间。
[0012] 作为本实用新型适应性耦合等离子刻蚀机的一种优化的结构，所述第一衬套、第 二衬套以及下电极均为铁板。
[0013] 作为本实用新型适应性耦合等离子刻蚀机的一种优化的结构，所述线圈组件的材 质为银、铜、铝、金或钼中的任意一种。
[0014] 作为本实用新型适应性耦合等离子刻蚀机的一种优化的结构，所述第二衬套和下 电极之间的距离可调。
[0015] 作为本实用新型适应性耦合等离子刻蚀机的一种优化的结构，所述第二衬套和下 电极之间的距离范围为2?25cm。
[0016] 作为本实用新型适应性耦合等离子刻蚀机的一种优化的结构，所述第二衬套与射 频电源相连接；所述下电极与至少一个射频偏压源相连接。
[0017] 作为本实用新型适应性耦合等离子刻蚀机的一种优化的结构，所述射频电源和射 频偏压源由脉冲来驱动。
[0018] 作为本实用新型适应性耦合等离子刻蚀机的一种优化的结构，所述下电极与一温 度控制器相连接，所述温度控制器控制所述下电极的温度在0?l〇〇°C范围内。
[0019] 如上所述，本实用新型的适应性耦合等离子刻蚀机，包括结构：具有反应空间并在 反应空间中产生等离子体的反应腔、设置于所述反应腔中且用于支撑所述晶圆的下电极、 设置于反应腔上方中心区域的螺旋型线圈组件；所述反应腔的上腔壁由石英窗口和围绕所 述石英窗口的第一衬套构成。本实用新型通过将第一衬套设置作为反应腔上壁的一部分， 减小了下电极和第一衬套之间的距离，一方面可以提高反应腔下部的电子温度，另一方面 还可以提高反应腔边缘的电子温度，使整个反应腔中的电子温度分布更加均匀，降低晶圆 的损伤风险。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为现有技术中的电容耦合等离子源的示意图。
[0021] 图2为现有技术中的感应耦合等离子源的示意图。
[0022] 图3为现有技术中的适应性耦合等离子刻蚀机的结构示意图。
[0023] 图4为本实用新型的实施例一中适应性耦合等离子刻蚀机的结构剖面图。
[0024] 图5为本实用新型的实施例二中适应性耦合等离子刻蚀机的结构剖面图。
[0025] 图6为本实用新型的实施例三中适应性耦合等离子刻蚀机的结构剖面图。
[0026] 元件标号说明
[0027] 100, 200, 300, 400, 500, 600 反应腔
[0028] 310 衬套
[0029] 410, 510, 610 第一衬套
[0030] 120, 220, 320, 420, 520, 620 下电极
[0031] 110 上电极
[0032] 210, 330, 430, 530, 630 线圈组件
[0033] 340, 440, 540, 640 晶圆
[0034] 550,650 第二衬套
[0035] 460, 560, 660 石英窗口
[0036] 470, 570, 670 射频偏压源
【具体实施方式】
[0037] 以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本 说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
[0038] 请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配 合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可 实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调 整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所 揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如"上"、"下"、"左"、"右"、 "中间"及"一"等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围， 其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
[0039] 实施例一
[0040] 在本实施例中，如图4所示，所述适应性稱合等离子刻蚀机至少包括：具有反应空 间并在反应空间中产生等离子体的反应腔400、设置于所述反应腔400中且用于支撑所述 晶圆440的下电极420、设置于反应腔400上方中心区域的螺旋型线圈组件430 ;所述反应 腔的上腔壁由石英窗口 460和围绕所述石英窗口 460的第一衬套410构成。
[0041] 具体地，所述下电极420设置于所述反应腔400中的下部，但不与所述反应腔400 底部接触。该下电极420用于支撑待刻蚀的晶圆440,且下电极420为导电板，比如，可以是 铁板等，但并不限于此。进一步地，所述下电极420可以与一温度控制器(未予以图示)相连 接，该温度控制器控制所述下电极420的温度在0?100°C范围内，通过下电极420可以间 接控制晶圆440达到工艺所需的温度。
[0042] 所述第一衬套410既作为反应腔400上壁的一部分，也是作为电极。所述第一衬 套410可以是圆环形，当然根据需要也可以是其他形状。另外，第一衬套410为导电板，t匕 如，可以是铁板等，但并不限于此。
[0043] 所述适应性耦合等离子刻蚀机还包括线圈组件430,所述线圈组件430设置于反 应腔400上壁的上方，具体地，可以全部在石英窗口 460的上方，也可以有一部分延伸至第 一衬套410的上方。该线圈组件430的材质采用银、铜、铝、金或钼中的一种。本实施例中， 所述线圈组件430暂选为铜线圈。
[0044] 另外，所述第一衬套410与射频电源(未予以图示）相连接，该射频电源的频率，例 如，可以是13. 56MHZ。所述线圈组件430可以与所述第一衬套410连接至同一射频电源，也 可以单独与电源相连。所述下电极420与至少一个射频偏压源470相连接，例如，射频偏压 源可以是13. 56MHZ、2MHZ和几 KHZ中的至少一个。另外，所述射频电源和射频偏压源470 可以均由脉冲来驱动，更进一步地，所述射频电源和射频偏压源470均由同步脉冲来驱动。
[0045] 实施例二
[0046] 在本实施例中，如图5所示，适应性等离子刻蚀机至少包括：具有反应空间并在反 应空间中产生等离子体的反应腔500、设置于所述反应腔500中且用于支撑所述晶圆540的 下电极520、设置于反应腔500上方中心区域的螺旋型线圈组件530 ;设置于线圈组件530 上方的第二衬套550 ;所述反应腔500的上腔壁由石英窗口 560和围绕所述石英窗口 560的 第一衬套510构成。
[0047] 具体地，所述下电极520设置于所述反应腔500中的下部，但不与所述反应腔500 底部接触。该下电极520用于支撑待刻蚀的晶圆540,且下电极540为导电板，比如，可以是 铁板等，但并不限于此。进一步地，所述下电极520可以与一温度控制器(未予以图示)相连 接，该温度控制器控制所述下电极520的温度在0?100°C范围内，通过下电极520可以间 接控制晶圆540达到工艺所需的温度。
[0048] 所述第一衬套510既作为反应腔500上壁的一部分，也是作为电极。所述第一衬 套510可以是圆环形，当然根据需要也可以是其他形状。另外，第一衬套510为导电板，t匕 如，可以是铁板等，但并不限于此。
[0049] 所述适应性耦合等离子刻蚀机还包括线圈组件530,所述线圈组件530设置于反 应腔500上壁的上方，具体地，可以全部在石英窗口 560的上方，也可以有一部分延伸至第 一衬套510的上方。该线圈组件530的材质采用银、铜、铝、金或钼中的一种。本实施例中， 所述线圈组件530暂选为铜线圈。
[0050] 另外，所述第一衬套510与射频电源(未予以图示）相连接，该射频电源的频率，例 如，可以是13. 56MHZ。所述线圈组件530可以与所述第一衬套510连接至同一射频电源，也 可以单独与电源相连。所述下电极520与至少一个射频偏压源570相连接，例如，射频偏压 源570可以是13. 56MHZ、2MHZ和几 KHZ中的至少一个。所述射频电源和射频偏压源570可 以均由脉冲来驱动，更进一步地，所述射频电源和射频偏压源570均由同步脉冲来驱动。
[0051] 更进一步地，所述第二衬套550和下电极520之间的距离是可调的，该距离可以在 5?25cm范围内选择，比如，可以选择为5cm、10cm、15cm、20cm或者25cm。本实施例中，所 述第二衬套550和下电极520之间的距离为20cm。所述第二衬套550为导电板，比如，可以 是铁板等，但并不限于此。优选地，第二衬套550的横向尺寸小于线圈组件530的尺寸。
[0052] 实施例三
[0053] 在本实施例中，如图6所示，适应性等离子刻蚀机至少包括：具有反应空间并在反 应空间中产生等离子体的反应腔600、设置于所述反应腔600中且用于支撑所述晶圆640的 下电极620、设置于反应腔600上方中心区域的螺旋型线圈组件630 ;设置于线圈组件630 与石英窗口 660之间的第二衬套650 ;所述反应腔600的上腔壁由石英窗口 660和围绕所 述石英窗口 660的第一衬套610构成。
[0054] 具体地，所述下电极620设置于所述反应腔600中的下部，但不与所述反应腔600 底部接触。该下电极620用于支撑待刻蚀的晶圆640,且下电极620为导电板，比如，可以是 铁板等，但并不限于此。进一步地，所述下电极620可以与一温度控制器(未予以图示)相连 接，该温度控制器控制所述下电极620的温度在0?100°C范围内，通过下电极620可以间 接控制晶圆640达到工艺所需的温度。
[0055] 所述第一衬套610既作为反应腔600上壁的一部分，也是作为电极。所述第一衬 套610可以是圆环形，当然根据需要也可以是其他形状。另外，第一衬套610为导电板，t匕 如，可以是铁板等，但并不限于此。
[0056] 所述适应性耦合等离子刻蚀机还包括线圈组件630,所述线圈组件630设置于反 应腔600上壁的上方，具体地，可以全部在石英窗口 660的上方，也可以有一部分延伸至第 一衬套610的上方。该线圈组件630的材质采用银、铜、铝、金或钼中的一种。本实施例中， 所述线圈组件630暂选为铜线圈。
[0057] 另外，所述第一衬套610与射频电源(未予以图示）相连接，该射频电源的频率，例 如，可以是13. 56MHZ。所述线圈组件630可以与所述第一衬套610连接至同一射频电源，也 可以单独与电源相连。所述下电极620与至少一个射频偏压源670相连接，例如，射频偏压 源可以是13. 56MHZ、2MHZ和几 KHZ中的至少一个。所述射频电源和射频偏压源670均由脉 冲来驱动，更进一步地，所述射频电源和射频偏压源670均由同步脉冲来驱动。
[0058] 更进一步地，所述第二衬套650和下电极620之间的距离是可调的，该距离可以在 5?25cm范围内选择，比如，可以选择为5cm、10cm、15cm、20cm或者25cm。本实施例中，所 述第二衬套650和下电极620之间的距离为15cm。所述第二衬套650为导电板，比如，可以 是铁板等，但并不限于此。优选地，第二衬套650的横向尺寸小于线圈组件的尺寸且第二衬 套650不与石英窗口 660接触。
[0059] 综上所述，本实用新型提供的适应性耦合等离子刻蚀机至少包括：本实用新型的 适应性耦合等离子刻蚀机，包括结构：具有反应空间并在反应空间中产生等离子体的反应 腔、设置于所述反应腔中且用于支撑所述晶圆的下电极、设置于反应腔上方中心区域的螺 旋型线圈组件；所述反应腔的上腔壁由石英窗口和围绕所述石英窗口的第一衬套构成。本 实用新型通过将第一衬套设置作为反应腔上壁的一部分，减小了下电极和第一衬套之间的 距离，一方面可以提高反应腔下部的电子温度，另一方面还可以提高反应腔边缘的电子温 度，使整个反应腔中的电子温度分布更加均匀，降低晶圆的损伤风险。
[0060] 所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0061] 上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新 型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行 修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精 神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1. 一种适应性耦合等离子刻蚀机，用于刻蚀晶圆，其特征在于，所述适应性耦合等离子 刻蚀机包括： 具有反应空间并在反应空间中产生等离子体的反应腔、设置于所述反应腔中且用于支 撑所述晶圆的下电极、设置于反应腔上方中心区域的螺旋型线圈组件；所述反应腔的上腔 壁由石英窗口和围绕所述石英窗口的第一衬套构成。
2. 根据权利要求1所述的适应性耦合等离子刻蚀机，其特征在于：所述适应性耦合等 离子刻蚀机还包括第二衬套，所述第二衬套设置于所述反应腔上方。
3. 根据权利要求2所述的适应性耦合等离子刻蚀机，其特征在于：所述第二衬套设置 于线圈组件上方。
4. 根据权利要求2所述的适应性耦合等离子刻蚀机，其特征在于：所述第二衬套设置 于线圈组件和石英窗口之间。
5. 根据权利要求2所述的适应性耦合等离子刻蚀机，其特征在于：所述第一衬套、第二 衬套以及下电极均为铁板。
6. 根据权利要求1所述的适应性耦合等离子刻蚀机，其特征在于：所述线圈组件的材 质为银、铜、铝、金或钼中的任意一种。
7. 根据权利要求2所述的适应性耦合等离子刻蚀机，其特征在于：所述第二衬套和下 电极之间的距离可调。
8. 根据权利要求7所述的适应性耦合等离子刻蚀机，其特征在于：所述第二衬套和下 电极之间的距离范围为2?25cm。
9. 根据权利要求2所述的适应性耦合等离子刻蚀机，其特征在于：所述第二衬套与射 频电源相连接；所述下电极与至少一个射频偏压源相连接。
10. 根据权利要求9所述的适应性耦合等离子刻蚀机，其特征在于：所述射频电源和射 频偏压源由脉冲来驱动。
11. 根据权利要求1所述的适应性耦合等离子刻蚀机，其特征在于：所述下电极与一温 度控制器相连接，所述温度控制器控制所述下电极的温度在0?l〇〇°C范围内。
【文档编号】H01J37/04GK203910743SQ201420169755
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年4月9日 优先权日:2014年4月9日
【发明者】张海洋, 张城龙 申请人:中芯国际集成电路制造(北京)有限公司