一种反应室、干法刻蚀设备及刻蚀方法与流程

本发明涉及刻蚀设备领域，尤其涉及一种提高产品刻蚀均一性的反应室、干法刻蚀设备及刻蚀方法。

背景技术：

在半导体制备工艺中，刻蚀是用化学或物理的方法有选择性从硅表面或玻璃基面去除不需要的材料，在硅片或者玻璃基板上复制所需图形的最后图形转移的工艺步骤，可分为湿法刻蚀和干法刻蚀。干法刻蚀是利用气态中产生的等离子体，通过经光刻而开出的掩膜层窗口，与暴露于等离子体中的硅片或玻璃基片进行物理和化学反应，刻蚀掉硅片或玻璃基片上暴露的表面材料的一种工艺技术。干法刻蚀的各向异性可以实现细微图形的转换，满足越来越小的尺寸要求，已成为亚微米及以下尺寸最主要的刻蚀方法。

但由于在干法刻蚀中，刻蚀表面的图形形状和密度等存在差异，因此不同图形形状和密度下的刻蚀速率会有所差异，导致造成刻蚀形成的沟槽的深度和关键尺寸出现差异，如被刻蚀的面积大，则会消耗较多的刻蚀剂，刻蚀剂浓度下降，刻蚀速率就随之减缓，反之，需要刻蚀的面积较小，刻蚀速率相对较快，这种现象，被称为负载效应。由负载效应导致的刻蚀速率的变化，影响着刻蚀速率的均一性，并直接影响刻蚀整体的均一性和刻蚀的质量。

技术实现要素：

本发明提供一种反应室、干法刻蚀设备和刻蚀方法，以提高干法刻蚀的刻蚀均一性，减小刻蚀负载，提高刻蚀质量。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种反应室，包括腔体和设置于所述腔体内的上电极，所述反应室还包括：

气体扩散板，设置于所述上电极的正上方，并隔断所述腔体，所述气体扩散板上开置有多个气孔，用于向所述上电极所处的腔体内通入制程气体；以及

调节组件，设置于所述气体扩散板上，用于调节每个所述气孔的通气面积。

在一个实施例中，所述气孔包括设置于所述气体扩散板中心的第一气孔和设置于所述气体扩散板边缘的多个第二气孔，多个所述第二气孔环绕所述第一气孔设置。

在一个实施例中，所述调节组件包括多个推板，每个所述推板对应设置在每个所述气孔一侧，所述气体扩散板上设置有滑槽，所述推板能沿所述滑槽滑动以调节对应的所述气孔的通气面积。

在一个实施例中，所述反应室还包括：驱动组件，连接于所述调节组件，用于驱动所述调节组件进行调节动作；控制组件，连接于所述驱动组件，用于控制所述驱动组件动作。

在一个实施例中，所述控制组件为计算机终端，所述计算机终端预设有不同刻蚀工况下用于调节所述气孔通气面积的调节参数。

在一个实施例中，所述反应室还包括第一检测组件，设置于所述气体扩散板的上方并连接于所述控制组件，用于检测所述气孔的通气面积。

在又一个实施例中，所述反应室还包括第二检测组件，设置于所述上电极下方并连接于所述控制组件，用于检测刻蚀区域的刻蚀速率；所述控制组件接收所述检测组件的检测信息，并根据所述检测信息控制所述驱动组件动作。

一种干法刻蚀设备，包含上述的反应室。

一种刻蚀方法，采用上述的干法刻蚀设备，并包含如下步骤：

根据刻蚀图案，通过所述调节组件调节所述气孔的通气面积；

向反应室中通入制程气体，所述制程气体通过所述气孔，被上电级电离形成等离子体；

所述等离子体对基板进行刻蚀。

在一个实施例中，在所述等离子体对所述基板进行刻蚀的过程中，检测所述刻蚀图案的不同部位的刻蚀速率，并相应地调节所述部位对应的所述气孔的通气面积。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的反应室通过在腔体中设置气体扩散板，并采用调节组件调节气体扩散板上气孔的通气面积，可以调节反应室腔体内局部位置的等离子体浓度，从而可以使不同刻蚀图案的形状和密度对应不同的等离子体浓度，降低刻蚀的负载效应，提高刻蚀速率的均一性，从而提高刻蚀整体的均一性和刻蚀的质量。

本发明提供的干法刻蚀设备，通过采用上述反应室，可以提高采用该刻蚀设备进行刻蚀的产品刻蚀均一性和刻蚀质量。

本发明提供的刻蚀方法，通过采用调节组件调节气体扩散板中气孔的通气面积，可以调节经由气孔的制程气体的局部浓度，从而降低刻蚀负载，提高刻蚀均一性和刻蚀质量。

附图说明

图1是本发明提供的反应室的结构示意图；

图2是本发明提供的气体扩散板的结构示意图；

图3是第一刻蚀图案和第二刻蚀图案一致时，未经调节的等离子状态图；

图4是第一刻蚀图案和第二刻蚀图案不一致时，未经调节的等离子状态图；

图5是第一刻蚀图案和第二刻蚀图案不一致时，经调节后的等离子状态图；

图6是本发明提供的刻蚀方法的流程图。

图中标记如下：

11-气体扩散板；111-气孔；1111-第一气孔；1112-第二气孔；12-调节组件；121-推板；122-滑槽；2-上电极；21-电离孔；3-基板；4-掩膜；5-等离子体；6-下电极；7-刻蚀图案；71-第一刻蚀图案；72-第二刻蚀图案。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

如图1所示，本发明提供了一种用于刻蚀的反应室，包括腔体和设置在腔体中的上电极2、下电极6和气体扩散板11，其中上电极2设置在反应室的上部，下电极6设置在反应室的底部，且相对上电极2间隔设置；气体扩散板11设置有上电极2的上方，且将腔体分隔成用于制程气体进入的进气腔和用于制程气体电离并刻蚀基板3的反应腔；反应室的上部开设有连通进气腔的进气孔，进气孔连接有供气室，供气室用于储存在基板3上刻蚀所需的制程气体，制程气体通过进气孔进入进气腔，并通过气体扩散板11上设置的气孔111进入反应腔中。当待刻蚀基板3放置于下电极6且上电极2接通射频电源时，上电极2和下电极6之间产生电场，可以将反应腔的制程气体电离成等离子体5，等离子体5通过光刻而开出的掩膜窗口，对基板3进行轰击刻蚀，得到刻蚀图案7。

在本实施例中，气体扩散板11和上电极2相对平行设置，以减小腔体的体积及气体扩散板11的大小。在另外一个实施例中，气体扩散板11也可以设置成与上电极2成一定夹角。在本实施例中，反应室整体呈长方体，也可以是其他合适的形状，气体扩散板11为与反应室腔体横截面相适应的形状，本实施中气体扩散板11为与反应室腔体横截面相适应的长方体结构，在另一个实施例中，反应室和气体扩散板11也可以为其他的形状，本发明不对反应室和气体扩散板11的形状做出特别的限制。

本实施例以长方形的气体扩散板11为例，如图2所示，气体扩散板11上开设有多个气孔111，气孔111包括设置于气体扩散板11中心的第一气孔1111和设置于气体扩散板11边缘的多个第二气孔1112，多个第二气孔1112分别设置在气体扩散板11的四角及四边的中间位置。上述气体扩散板11上气孔111的位置设置仅仅为一种可供选择的方式，当采用上述气孔111的位置设置时，可以同时调节气体扩散板11中心得第一气孔1111的通气面积和设置于气体扩散板11边缘的若干第二气孔1112的通气面积，从而当根据基板3刻蚀图案7的大小和密度判断某一局部的刻蚀速率需要调节时，可以对应地调节第一气孔1111的通气面积和/或某一个或若干个第二气孔1112的通气面积，从而使调节更具针对性和准确性。但本实施例不对气孔111的具体数量、具体位置设置及气孔111的具体形状不做特别的限制，在对气体扩散板11上的每个气孔111都能进行通气面积调节的基础上，气体扩散板11上的气孔111数量越多，调节效果越好。

气体扩散板11上设置有调节组件12，用于调节每个气孔111的通气面积。调节组件12可以包括设置有气体扩散板11上的滑槽122和滑动连接于滑槽122的推板121。其中，滑槽122可以为连接于气体扩散板11上的结构，也可以是在气体扩散板11上开槽开设而成。每一个气孔111均对应一个推板121，推板121可沿滑槽122移动，以对对应的气孔111进行部分或全部遮挡，从而调节气孔111的通气面积。调节组件12还可以为其他可以实现气孔111通气面积调节的其他机构，本实施例对调节组件12的样式不做特别的限制。

通过调节组件12，可以根据基板3需要刻蚀的图案调节对应气孔111的通气面积，以达到降低刻蚀负载效应，提高刻蚀均一性的目的。如当基板3需要刻蚀第一刻蚀图案71和第二刻蚀图案72时，如图3所示，若第一刻蚀图案71与第二刻蚀图案72相同，由于第一刻蚀图案71与第二刻蚀图案72消耗等离子体5的速率相同，因此即使不调节气孔111的通气面积，两者的刻蚀速率均一性和面板均一性也较好；若第一刻蚀图案71与第二刻蚀图案72不同时，如图4所示，由于第一刻蚀图案71的刻蚀面积大于第二刻蚀图案72的刻蚀面积，因此等离子体5轰击第一刻蚀图案71形成的掩膜4窗口时消耗的等离子体5较多，而轰击第二刻蚀图案72形成的掩膜4窗口时消耗的等离子较少，因此，第一刻蚀图案71处的等离子体5浓度较第二刻蚀图案72处的等离子体5浓度低，从而第一刻蚀图案71的刻蚀速率低于第二刻蚀图案72处的刻蚀速率而产生负载效应。由于两个刻蚀图案7刻蚀的时间相同，由此导致第一刻蚀图案71的刻蚀深度会小于第二刻蚀图案72的刻蚀深度，从而导致基板3的面板均一性较差。

如图5所示，当采用调节组件12对气体扩散板11上的气孔111通气面积进行调节时，可以通过调大第一刻蚀图案71对应的第一气孔1111和/或第二气孔1112的通气面积，提高第一刻蚀图案71处的等离子体5浓度；或通过调小第二刻蚀图案72对应的第一气孔1111和/或第二气孔1112的通气面积，减小第二刻蚀图案72处的等离子体5浓度，从而使第一刻蚀图案71和第二刻蚀图案72处的刻蚀速率相平衡，进而可以改善负载效应及由负载效应导致的面板均一性和刻蚀质量问题，得到面板均一性和面板质量较好地刻蚀基板3。

为提高调节的自动化，上述反应室还包括连接并驱动调节组件12的驱动组件、连接并控制驱动组件的控制组件。驱动组件可以为伺服马达，当调节组件12采用平移的方式调节气孔111的通气面积时，驱动组件还包括将伺服马达的转动运动转化为调节组件12的直线运动的转化组件，转化组件可以为丝杠螺母、齿轮齿条或其他可以实现将转动运动转化为直线运动的结构，本实施例不对转化组件的结构进行限制，同样，也不对驱动组件的类型进行特别的限制。

控制组件可以为计算机终端，计算机终端中可以预设有不同刻蚀工况下用于调节气孔111通气面积的调节参数，也可以人为根据不同刻蚀工况实时输入调节参数。当刻蚀工况改变时，计算机可以根据该工况预设的调节参数或人为输入的调节参数控制驱动组件执行，使驱动组件驱动调节组件12进行气孔111通气面积的调节。

为提高调节的自动化和实时化，上述反应室还包括检测组件，检测组件包括用于检测气孔111通气面积的第一检测组件和用于检测刻蚀区域的刻蚀速率的第二检测组件。第一检测组件设置于气体扩散板11的上方并连接于控制组件，可以对气体扩散板11上的每个气孔111的通气面积进行检测并将信号传输至控制组件；第一检测组件可以为图像传感器或其他能实现上述功能的其他设备。第二检测组件设置于上电极2下方并连接控制组件，第二检测组件可以包括厚度检测器和计时器，厚度检测器用于检测刻蚀区域在预设时间段内的刻蚀厚度，计时器用于计量预设时间段；厚度检测器可以设置多个，用于检测不同刻蚀图案7的不同刻蚀区域的刻蚀厚度，从而可以计算得到不同刻蚀区域的刻蚀速率；控制组件根据第二检测组件检测的刻蚀速率值，可以实时控制驱动组件驱动调节组件12的动作，因此可以实时针对刻蚀图案7的局部刻蚀速率对对应的气孔111进行通气面积调节。

在本实施例中，还提供了一种包含上述反应室的干法刻蚀设备，该干法刻蚀设备除包含上述反应室之外，可以包含现有干法刻蚀设备中实现干法刻蚀所必须的其他结构或设置，本实施例不对干法刻蚀设备的其他结构进行具体限制。

在本实施例中，还提供了应用于上述干法刻蚀设备的一种刻蚀方法，包括如下步骤：

步骤1：根据刻蚀图案7，通过调节组件12调节气孔111的通气面积；

刻蚀图案7为覆在基板3上的掩膜4经光刻而形成的掩膜窗口。可以根据刻蚀图案7和刻蚀工况，基于计算机终端预设的调节参数控制驱动组件动作，从而驱动调节组件12调节气孔111的通气面积；也可以人为地根据刻蚀图案7，向计算机终端中输入调节参数，进行气孔111通气面积的调节。

步骤2：向反应室中通入制程气体，制程气体通过气孔111，被上电极2电离形成等离子体5；

将待刻蚀基板3放置在下电极6上，向上电机接入射频电源，使上电极2和下电极6间形成电场；供气室向反应室中通入制成气体，制成气体穿过气体扩散板11的气孔111及上电极2的电离孔21而进入电场区域被电离形成等离子体5。

步骤3：等离子体5对基板3进行刻蚀；

等离子体5轰击基板3上经光刻而开出的掩膜窗口，对暴露于等离子体5中的被刻蚀表面进行轰击，从而实现掩膜4上刻蚀图案7向基板3上转移的目的，即基板3完成刻蚀。

在对基板3进行刻蚀时，采用第二检测组件对刻蚀图案7的刻蚀速率进行检测，并将检测结果发送至控制系统，控制系统根据检测结果，当刻蚀图案7的局部速率不一致时，可及时地对气孔111进行通气面积调节，从而及时调整刻蚀过程中的刻蚀速率，改善刻蚀的均一性。

本实施例中的基板3可以为多模型玻璃基板，也可以为硅基板等其他可用于干法刻蚀的基板。

本实施例提供的反应室、干法刻蚀设备和刻蚀方法，通过采用调节组件12调节气体扩散板11的气孔111的通气面积，可以调节刻蚀图案7的局部刻蚀速率，从而改善刻蚀均一性和提高刻蚀质量；通过采用驱动组件、检测组件和控制组件，可以实现刻蚀速率调节的自动化和及时化，提高了刻蚀效率，改善了刻蚀质量。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。