一种刻蚀设备及刻蚀方法与流程

本发明属于半导体集成电路领域，涉及一种刻蚀设备及刻蚀方法。

背景技术：

目前市面普遍使用的干法刻蚀(dryetch)设备的静电吸盘(e-chuck)都是固定式，等离子体(plasma)采用匀流覆盖式。当前设计的不足之处在于等离子体经过匀流盘后覆盖整个晶圆片所在区域，导致均匀性不一致，从而造成工艺结果均匀性较差，业界厂商也无法大幅提升此项不均匀性对产品造成的影响。

全覆盖式等离子体匀流盘的面积略大于晶圆片尺寸，孔洞物理尺寸均匀性难以控制。等离子体射入匀流盘时为柱状，截面积约为匀流盘的1％，进气投影区跟远离投影区的部分等离子体密度和强度都有较大差异，这导致晶圆片上刻蚀图形形貌差异较大，从而影响良品率。

因此，如何提供一种新的刻蚀设备及刻蚀方法，以提高刻蚀均匀性，并降低备件成本和设备维护(pm)工作量，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种刻蚀设备及刻蚀方法，用于解决现有的刻蚀设备及刻蚀方法的刻蚀均匀性较低、功耗较高、备件成本及维护保养工作量较大的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种刻蚀设备，包括：

等离子体发生器，用于产生等离子体以对待刻蚀晶圆进行刻蚀；

匀流盘，设置于所述等离子体发生器下方，所述匀流盘包括本体及多个贯穿所述本体的用于容许等离子体通过的通孔；

遮挡板组件，可开合地设置于所述等离子体发生器与所述匀流盘之间，其中，当所述遮挡板组件闭合时，所述匀流盘完全遮挡于所述遮挡板组件下方，当所述遮挡板组件开启时，形成一窗口以暴露出所述匀流盘的一部分，以容许等离子体通过所述窗口到达所述匀流盘；

晶圆移动组件，设置于所述匀流盘下方，用于承载所述待刻蚀晶圆并带动所述待刻蚀晶圆水平方向移动，以使所述待刻蚀晶圆的待刻蚀区域经过所述窗口的对应区域。

可选地，所述遮挡板组件包括至少两片遮挡板。

可选地，所述遮挡板组件包括第一遮挡板与第二遮挡板，所述第一遮挡板与所述第二遮挡板通过相向平移形成闭合状态，通过反向平移形成所述窗口。

可选地，所述遮挡板构成所述窗口的限制边的长度大于待刻蚀晶圆的直径。

可选地，所述遮挡板的材质包括陶瓷、石英、铝中的至少一种。

可选地，所述遮挡板的外表面镀有yo3。

可选地，所述匀流盘被所述窗口所暴露部分的面积小于待刻蚀晶圆的面积。

可选地，所述匀流盘的面积大于待刻蚀晶圆的面积。

可选地，所述匀流盘的面积小于待刻蚀晶圆的面积，并大于所述待刻蚀晶圆被所述窗口所暴露部分的面积。

可选地，所述匀流盘的形状包括矩形，且所述匀流盘的长边尺寸大于待刻蚀晶圆的直径，所述匀流盘的短边尺寸大于所述窗口的宽度并小于待刻蚀晶圆的直径。

可选地，所述遮挡板组件与所述匀流盘之间的距离小于所述遮挡板组件与所述等离子体发生器之间的距离。

本发明还提供一种刻蚀方法，包括以下步骤：

将遮挡板组件开启，形成一窗口暴露出匀流盘的一部分，使等离子体发生器产生的等离子体经过所述窗口到达所述匀流盘，所述匀流盘包括本体及多个贯穿所述本体的用于容许等离子体通过的通孔；

采用晶圆移动组件承载晶圆，并带动晶圆移动，使晶圆的待刻蚀区域经过所述匀流盘被所述窗口暴露的部分的下方区域，并被通过所述匀流盘的等离子体刻蚀。

可选地，所述晶圆的中心的初始位置位于所述窗口一侧，所述晶圆移动组件带动晶圆从所述窗口一侧起始，沿同一方向平移经过所述匀流盘被所述窗口暴露的部分的下方区域，并到达所述窗口的另一侧。

可选地，所述晶圆的中心的初始位置位于所述窗口中心，所述晶圆移动组件带动晶圆从所述窗口中心起始，先沿第一方向经过所述匀流盘被所述窗口暴露的部分的下方区域，然后带动晶圆回到初始位置，再沿与所述第一方向相反的第二方向经过所述匀流盘被所述窗口暴露的部分的下方区域。

可选地，所述遮挡板组件包括第一遮挡板与第二遮挡板，所述第一遮挡板与所述第二遮挡板通过相向平移形成闭合状态，通过相对平移形成所述窗口。

可选地，所述匀流盘被所述窗口所暴露部分的面积小于待刻蚀晶圆的面积。

可选地，所述匀流盘的面积大于待刻蚀晶圆的面积。

可选地，所述匀流盘的面积小于待刻蚀晶圆的面积，并大于所述待刻蚀晶圆被所述窗口所暴露部分的面积。

如上所述，本发明的刻蚀设备及刻蚀方法在等离子体发生器与匀流盘之间引入了可开合的遮挡板组件，并将晶圆承载组件设置为可移动式，其中，在刻蚀时，遮挡板组件开启，形成一窗口暴露出匀流盘的一部分，使等离子体发生器产生的等离子体经过所述窗口到达所述匀流盘，而晶圆移动组件承载晶圆，并带动晶圆移动，使晶圆的待刻蚀区域按照预设路径经过所述窗口的对应区域，被通过所述匀流盘的等离子体刻蚀。由于匀流盘仅有一部分被所述窗口暴露，被有效利用的通孔数量大大减少，降低了匀流盘通孔物理尺寸不均匀性的影响，从而大幅降低了等离子体通过匀流盘后的不均匀性。通过晶圆移动组件的机械运动使得晶圆在窗口所对应位置完成刻蚀，也可进一步提升待刻蚀晶圆各区域的刻蚀一致性，从而提升良率。综合考虑产能和良率，可根据实际需求调整被窗口暴露的匀流盘有效区域尺寸，当完成最佳窗口宽度调试后，还可以采用订制式匀流盘来进一步节省备件成本和维护保养工作量。此外，由于等离子体的有效利用率增加，有利于降低射频(rf)功耗。本发明的刻蚀设备适用于各类晶圆刻蚀设备。

附图说明

图1显示为一种匀流盘的结构俯视图。

图2显示为本发明的刻蚀设备在遮挡板组件处于开启状态时的结构示意图。

图3显示为本发明的刻蚀设备在遮挡板组件处于关闭状态时的结构示意图。

图4显示为遮挡板组件处于开启状态时与匀流盘的相对俯视图。

图5-图6分别显示为本发明的刻蚀设备所采用的两种匀流盘的结构俯视图。

图7显示为本发明的刻蚀方法的工艺流程图。

图8-图10分别显示为晶圆移动组件带动晶圆移动的三种不同运动模式。

元件标号说明

101匀流盘

102孔洞

103进气投影区

201等离子体发生器

202遮挡板组件

202a第一遮挡板

202b第二遮挡板

203窗口

204匀流盘

204a本体

204b通孔

205晶圆移动组件

206待刻蚀晶圆

a、b、m、n、x、y、z位置

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图10。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1，显示为一种全覆盖式等离子体匀流盘的结构俯视图，全覆盖式匀流盘的面积略大于晶圆片尺寸，以确保覆盖整个晶圆片。如图1所示，该匀流盘101中设有多个空洞102，由于匀流盘面积较大，孔洞数量较多，使得孔洞物理尺寸均匀性难以控制。由于等离子体是经过整个匀流盘后覆盖整个晶圆片所在区域，匀流盘孔洞物理尺寸的均匀度也将影响到达晶圆的等离子体的均匀度。此外，等离子体射入匀流盘时为柱状，截面积约为全覆盖式匀流盘面积的1％，进气投影区103跟远离进气投影区的部分的等离子体密度和强度都有较大差异，这也会导致晶圆片上刻蚀图形形貌差异较大，从而影响良率。为了解决上述问题，下述实施例提供了新的解决方案。

实施例一

本实施例中提供一种刻蚀设备，请参阅图2及图3，显示为该刻蚀设备的结构示意图，包括等离子体发生器201、匀流盘204、遮挡板组件202及晶圆移动组件205，其中，所述等离子体发生器用于产生等离子体以对待刻蚀晶圆206进行刻蚀；所述匀流盘204设置于所述等离子体发生器201下方，包括本体204a及多个贯穿所述本体204a的用于容许等离子体通过的通孔204b(可参见后续图5)；所述遮挡板组件202可开合地设置于所述等离子体发生器201与所述匀流盘之间，其中，当所述遮挡板组件202闭合时(如图3所示)，所述匀流盘204完全遮挡于所述遮挡板组件202下方，当所述遮挡板组件202开启时(如图2所示)，形成一窗口203以暴露出所述匀流盘204的一部分，以容许等离子体通过所述窗口203到达所述匀流盘204；所述晶圆移动组件205设置于所述匀流盘204下方，用于承载所述待刻蚀晶圆206并带动所述待刻蚀晶圆206水平方向移动，以使所述待刻蚀晶圆206的待刻蚀区域经过所述匀流盘204被所述窗口203暴露的部分的下方区域。

作为示例，所述遮挡板组件202包括至少两片遮挡板。如图2及图3所示，本实施例中，所述遮挡板组件202包括第一遮挡板202a与第二遮挡板202b，其中，图2显示为所述第一遮挡板202a与所述第二遮挡板202b通过反向平移(如图2中箭头所示)形成所述窗口203的情形，图3显示为所述第一遮挡板202a与所述第二遮挡板202b通过相向平移(如图3中箭头所示)形成闭合状态。

当然，在其它变化实施例中，所述遮挡板组件202所包含的遮挡片数目及遮挡板组件的开合方式也可以根据需要进行调整，此处不应过分限制本发明的保护范围。

作为示例，所述遮挡板的材质包括但不限于陶瓷、石英、铝中的至少一种。本实施例中，所述遮挡板的外表面镀有yo3，具有更好的抗等离子体冲击性能，能够提高遮挡板的使用寿命。

请参阅图4，显示为所述遮挡板组件202处于开启状态时与所述匀流盘204的相对俯视图，可见，所述匀流盘204被所述窗口所暴露部分的面积小于待刻蚀晶圆的面积。一方面，被有效利用的通孔数量大大减少，降低了匀流盘通孔物理尺寸不均匀性的影响；另一方面，被利用的等离子体限定在窗口区域内，降低了等离子体在不同区域密度与强度差异的影响。以上两方面的改善均可以大幅提高刻蚀均匀性。同时，由于等离子体发生器产生等离子体所需覆盖的区域变小，有效利用率增加，有利于降低射频功耗。此外，通过所述晶圆移动组件3的机械运动使得晶圆在窗口所对应位置(所述匀流盘被所述窗口暴露的部分的下方区域)完成刻蚀，使得待刻蚀晶圆各个区域的刻蚀条件一致，也可进一步提升待刻蚀晶圆各区域的刻蚀一致性或均匀性，从而提升良率。

作为示例，所述第一遮挡板202a与第二遮挡板202b均为矩形，其中，所述第一遮挡板202a与第二遮挡板202b的长边均构成所述窗口的限制边。为了保证待刻蚀晶圆沿同一方向运动时所有区域都能被刻蚀到，所述遮挡板构成所述窗口的限制边的长度设置为大于待刻蚀晶圆的直径，也就是说所述第一遮挡板202a与第二遮挡板202b的长边尺寸均大于待刻蚀晶圆的直径。

当然，在其它实施例中，所述遮挡板也可以采用其它造型，此处不应过分限制本发明的保护范围。

需要指出的是，综合考虑产能和良率，可根据实际需求调整被窗口暴露的匀流盘有效区域尺寸。例如本实施例中，所述窗口的长边由所述第一遮挡板202a与所述第二遮挡板202b的长边所决定，其长度应稍大于待刻蚀晶圆的直径，以确保在晶圆移动时，晶圆的所有区域均能经过所述窗口，而所述窗口的短边(以下称为窗口的宽度)由所述第一遮挡板202a与所述第二遮挡板202b之间的距离决定。理论上，所述窗口的宽度可以自0mm至大于待刻蚀晶圆的直径，例如对于8英寸晶圆(直径200mm)，所述窗口的宽度的可调整范围可以设定为0mm～204mm，例如对于12英寸晶圆(直径300mm)，所述窗口的宽度的可调整范围可以设定为0mm～304mm。当所述窗口的宽度为0时，亦即工艺停止，同时射频源停止工作。而当所述窗口的宽度调整为大于等于待刻蚀晶圆的直径，其效果基本等同于未加所述遮挡片组件时的情形(相当于回复原来的工艺设计)。本实施例中，为了提高刻蚀均匀性，所述窗口的宽度优选设定为小于待刻蚀晶圆的直径，其最佳宽度可通过不断调试得到。

如图5所示，本实施例中，所述匀流盘204采用常规的全覆盖式，其面积大于待刻蚀晶圆的面积。在另一实施例中，当完成最佳窗口宽度调试后，还可以采用订制式匀流盘来进一步节省备件成本和维护保养工作量。

如图6所示，显示为一种订制式匀流盘，其形状呈矩形或大致呈矩形，其长边尺寸大于待刻蚀晶圆的直径，其短边尺寸等于或略大于最佳窗口的宽度并小于待刻蚀晶圆的直径。当然，订制式匀流盘也可以采用其它形状，只要满足匀流盘的面积小于待刻蚀晶圆的面积以降低备件成本及维护成本，并大于待刻蚀晶圆被所述窗口所暴露部分的面积以确保匀流盘能够遮挡住被窗口暴露的待刻蚀晶圆部分即可，此处不应过分限制本发明的保护范围。

具体的，所述遮挡板组件202在所述等离子体发生器201与所述匀流盘204之间的具体位置可以根据需要进行调整，本实施例中，所述遮挡板组件202与所述匀流盘204之间的距离优选为小于所述遮挡板组件202与所述等离子体发生器201之间的距离，也就是说，所述遮挡板组件202更靠近所述匀流盘204，可以使到达所述匀流盘204的等离子体的准直性更高，从而提升刻蚀效率。

本发明的刻蚀设备适用于各类晶圆刻蚀设备，不仅可以提高刻蚀均匀性，也能够在一定程度上减少备件成本和设备维护工作量。

实施例二

本实施例中提供一种刻蚀方法，请参阅图7，显示为该刻蚀方法的工艺流程图，包括以下步骤：

s1：将遮挡板组件开启，形成一窗口暴露出匀流盘的一部分，使等离子体发生器产生的等离子体经过所述窗口到达所述匀流盘；

s2：采用晶圆移动组件承载晶圆，并带动晶圆移动，使晶圆的待刻蚀区域经过所述匀流盘被所述窗口暴露的部分的下方区域，并被通过所述匀流盘的等离子体刻蚀。

具体的，所述遮挡板组件采用可开合式。如图2所示，当所述遮挡板组件202开启时，形成一窗口203以暴露出所述匀流盘204的一部分，以容许等离子体通过所述窗口203到达所述匀流盘204；如图3所示，当所述遮挡板组件202闭合时，所述匀流盘204完全遮挡于所述遮挡板组件202下方。

作为示例，所述遮挡板组件202包括至少两片遮挡板。如图2及图3所示，本实施例中，所述遮挡板组件202包括第一遮挡板202a与第二遮挡板202b，其中，图2显示为所述第一遮挡板202a与所述第二遮挡板202b通过反向平移(如图2中箭头所示)形成所述窗口203的情形，图3显示为所述第一遮挡板202a与所述第二遮挡板202b通过相向平移(如图3中箭头所示)形成闭合状态。

当然，在其它变化实施例中，所述遮挡板组件202所包含的遮挡片数目及遮挡板组件的开合方式也可以根据需要进行调整，此处不应过分限制本发明的保护范围。

具体的，将所述晶圆移动组件205设置于所述匀流盘204下方，所述匀流盘204包括本体及多个贯穿所述本体的用于容许等离子体通过的通孔，使得等离子到达待刻蚀晶圆206表面完成刻蚀。

具体的，所述匀流盘被所述窗口所暴露部分的面积小于待刻蚀晶圆的面积。一方面，被有效利用的通孔数量大大减少，降低了匀流盘通孔物理尺寸不均匀性的影响；另一方面，被利用的等离子体限定在窗口区域内，降低了等离子体在不同区域密度与强度差异的影响。以上两方面的改善均可以大幅提高刻蚀均匀性。同时，由于等离子体发生器产生等离子体所需覆盖的区域变小，有效利用率增加，有利于降低射频功耗。此外，通过所述晶圆移动组件3的机械运动使得晶圆在窗口所对应位置(所述匀流盘被所述窗口暴露的部分的下方区域)完成刻蚀，使得待刻蚀晶圆各个区域的刻蚀条件一致，也可进一步提升待刻蚀晶圆各区域的刻蚀一致性或均匀性，从而提升良率。

具体的，所述匀流盘可以采用常规的全覆式匀流盘，其面积大于待刻蚀晶圆的面积。所述匀流盘也可以采用订制式匀流盘，其面积小于待刻蚀晶圆的面积，并大于所述待刻蚀晶圆被所述窗口所暴露部分的面积，有利于降低备件成本及维护保养成本。

具体的，所述晶圆移动组件205带动晶圆运动的模式(或称扫描模式)可以根据需要进行调整。

例如，在一种模式中，所述晶圆的中心的初始位置位于所述窗口一侧，所述晶圆移动组件带动晶圆从所述窗口一侧起始，沿同一方向平移经过所述匀流盘被所述窗口暴露的部分的下方区域，并到达所述窗口的另一侧的位置。

作为示例，如图8所示，所述晶圆的中心的初始位置a位于所述窗口203左侧，所述晶圆移动组件带动晶圆从所述窗口203左侧的一位置a起始，自左向右(如箭头所示)平移经过所述窗口所对应区域，并到达所述窗口的右侧的一位置b。

在另一实施例中，也可以采用相反的模式。如图9所示，所述晶圆的中心的初始位置m位于所述窗口203右侧，所述晶圆移动组件带动晶圆从所述窗口203右侧的一位置m起始，自右向左(如箭头所示)平移经过所述匀流盘被所述窗口暴露的部分的下方区域，并到达所述窗口的左侧的一位置n。

在另一模式中，所述晶圆的中心的初始位置位于所述窗口中心，所述晶圆移动组件带动晶圆从所述窗口中心起始，先沿第一方向经过所述匀流盘被所述窗口暴露的部分的下方区域，然后带动晶圆回到初始位置，再沿与所述第一方向相反的第二方向经过所述匀流盘被所述窗口暴露的部分的下方区域。

作为示例，如图10所示，所述晶圆的中心的初始位置位于所述窗口中心的位置x，所述晶圆移动组件带动晶圆从所述窗口中心起始，先向左经过所述匀流盘被所述窗口暴露的部分的下方区域，使得晶圆的左半部分被刻蚀，然后带动晶圆回到初始位置，再向右经过所述匀流盘被所述窗口暴露的部分的下方区域，使得晶圆的右半部分被刻蚀。

当然，在其它实施例中，还可以根据需要采用其它的晶圆移动路径，此处不应过分限制本发明的保护范围。

本实施例的刻蚀方法不仅可以提高刻蚀均匀性，也能够在一定程度上减少备件成本和设备维护工作量，并降低射频功耗。以8英寸晶圆刻蚀设备为例，假定传统刻蚀模式射频功耗、刻蚀不均匀性和维护保养工作量分别为100个单位，假定某设备最佳的遮挡片开启宽度为10mm，采用本发明的刻蚀方法，刻蚀均匀性可提高90％以上，备件成本和维护保养工作量可减少20％以上(按匀流盘减小及维护保养节省成本及时间折算)。

当然，本实施例的刻蚀方法适用于各类晶圆刻蚀设备，不限于8英寸或12英寸晶圆的刻蚀。

综上所述，本发明的刻蚀设备及刻蚀方法在等离子体发生器与匀流盘之间引入了可开合的遮挡板组件，并将晶圆承载组件设置为可移动式，其中，在刻蚀时，遮挡板组件开启，形成一窗口暴露出匀流盘的一部分，使等离子体发生器产生的等离子体经过所述窗口到达所述匀流盘，而晶圆移动组件承载晶圆，并带动晶圆移动，使晶圆的待刻蚀区域按照预设路径经过所述匀流盘被所述窗口暴露的部分的下方区域，并被通过所述匀流盘的等离子体刻蚀。由于匀流盘仅有一部分被所述窗口暴露，被有效利用的通孔数量大大减少，降低了匀流盘通孔物理尺寸不均匀性的影响，从而大幅降低了等离子体通过匀流盘后的不均匀性。通过晶圆移动组件的机械运动使得晶圆在窗口所对应位置完成刻蚀，也可进一步提升待刻蚀晶圆各区域的刻蚀一致性，从而提升良率。综合考虑产能和良率，可根据实际需求调整被窗口暴露的匀流盘有效区域尺寸，当完成最佳窗口宽度调试后，还可以采用订制式匀流盘来进一步节省备件成本和维护保养工作量。此外，由于等离子体的有效利用率增加，有利于降低射频功耗。本发明的刻蚀设备适用于各类晶圆刻蚀设备。所以，本发明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。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，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发明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，仍应由本发明的权利要求所涵盖。