專利名稱：等離子體刻蝕處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及集成電路設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種等離子體刻蝕處理裝置。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體晶圓的制造工序中普遍使用等離子體刻蝕工藝，等離子體刻蝕工藝是反應(yīng)氣體獲得能量后產(chǎn)生等離子體，等離子體中包含離子、電子等帶電粒子以及具有高度化學(xué)活性的中性原子、分子及自由基，等離子體中的陽離子和自由基與刻蝕對象進行物理和化學(xué)的反應(yīng)，刻蝕對象的表面被刻蝕，得到所需的圖形，反應(yīng)產(chǎn)生的揮發(fā)性的生成物通過管道由排氣系統(tǒng)抽走?；瘜W(xué)反應(yīng)是激活的自由基吸附在刻蝕對象表面，并與刻蝕對象反應(yīng)產(chǎn)生揮發(fā)性生成物。物理反應(yīng)是因電場產(chǎn)生的高速離子沖擊刻蝕對象表面，產(chǎn)生揮發(fā)性生成物。在半導(dǎo)體晶圓的制造工序，刻蝕使用的反應(yīng)氣體一般都含氟元素，比如常用的反應(yīng)氣體SF6，反應(yīng)氣體選用SF6是因為SF6在電離時產(chǎn)生的F自由基比較多，刻蝕速度比較快。如圖1所示，等離子體刻蝕處理裝置一般包括聚焦環(huán)1，晶圓冷卻系統(tǒng)2、頂環(huán)3和等離子體工藝腔室4。聚焦環(huán)I為一圓環(huán)，圓環(huán)的內(nèi)圈比外圈低，半導(dǎo)體晶圓搭載在聚焦環(huán)I的內(nèi)圈上。啟動等離子體刻蝕處理裝置，等離子體刻蝕工藝腔室4會產(chǎn)生等離子體5。在刻蝕過程中，聚焦環(huán)I和半導(dǎo)體晶圓都受到離子沖擊，導(dǎo)致聚焦環(huán)I和半導(dǎo)體晶圓的溫度上升。半導(dǎo)體晶圓的一側(cè)設(shè)置有晶圓冷卻系統(tǒng)2，可以通入氦氣或其他傳熱介質(zhì)控制半導(dǎo)體晶圓的溫度。使用上述等離子體刻蝕處理裝置進行刻蝕，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體晶圓邊緣刻蝕得很不均勻?；?，如何提高半導(dǎo)體晶圓邊緣的刻蝕均勻性成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個技術(shù)問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種等離子體刻蝕處理裝置以解決現(xiàn)有技術(shù)中半導(dǎo)體晶圓邊緣的刻蝕均勻性差的問題。為解決上述問題，本實用新型提供一種等離子體刻蝕處理裝置，包括:等離子體工藝腔室、聚焦環(huán)及聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)；其中，所述聚焦環(huán)及聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)均設(shè)置于所述等離子體工藝腔室中；所述聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)能夠控制所述聚焦環(huán)的溫度。優(yōu)選的，在所述的等離子體刻蝕處理裝置中，所述聚焦環(huán)具有一環(huán)形凹槽，所述聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)設(shè)置于所述環(huán)形凹槽內(nèi)。優(yōu)選的，在所述的等離子體刻蝕處理裝置中，所述聚焦環(huán)包括順次連接的第一圓環(huán)、第二圓環(huán)和第三圓環(huán)組成，其中，所述第二圓環(huán)的厚度比第一圓環(huán)和第三圓環(huán)都厚。優(yōu)選的，在所述的等離子體刻蝕處理裝置中，所述聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)輸送冷卻劑到聚焦環(huán)，所述冷卻劑為氣體。優(yōu)選的，在所述的等離子體刻蝕處理裝置中，所述聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)中使用的冷卻劑是氦氣。優(yōu)選的，所述的等離子體刻蝕處理裝置還包括晶圓冷卻系統(tǒng)，所述晶圓冷卻系統(tǒng)設(shè)置于所述等離子體工藝腔室中，所述聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)與晶圓冷卻系統(tǒng)合用同一個冷卻劑供應(yīng)源。優(yōu)選的，在所述的等離子體刻蝕處理裝置中，所述聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)包括兩路管路，一路管路連接聚焦環(huán)，另一路管路連接流量計。優(yōu)選的，所述的等離子體刻蝕處理裝置還包括一頂環(huán)，所述頂環(huán)壓在所述聚焦環(huán)上。綜上所述，本實用新型提供的等離子體刻蝕處理裝置采用聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)控制聚焦環(huán)的溫度，聚焦環(huán)的溫度不會影響半導(dǎo)體晶圓邊緣的刻蝕速度，半導(dǎo)體晶圓邊緣刻蝕的均勻性得到了提高。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種等離子體刻蝕處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型實施例的一種等離子體刻蝕處理裝置的結(jié)構(gòu)示意具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型提出一種等離子體刻蝕處理裝置作進一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本實用新型的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本實用新型實施例的目的。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，半導(dǎo)體晶圓邊緣的刻蝕不均勻性的原因是高溫狀態(tài)的聚焦環(huán)與等離子體中的F自由基反應(yīng)，導(dǎo)致刻蝕速度下降，造成半導(dǎo)體晶圓邊緣刻蝕不均勻。目前聚焦環(huán)一般采用硅材料，而等離子體刻蝕使用的反應(yīng)氣體一般都含氟元素，硅材料在高溫狀態(tài)會與等離子體中F自由基反應(yīng)，吸收氟元素。聚焦環(huán)在刻蝕過程中受到離子沖擊溫度上升，處于高溫狀態(tài)的聚焦環(huán)與聚焦環(huán)周圍的F自由基發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致半導(dǎo)體晶圓邊緣的F自由基濃度降低，影響半導(dǎo)體晶圓邊緣的刻蝕速度，使得半導(dǎo)體晶圓邊緣的刻蝕均勻性變差。為此，本申請?zhí)岢隽巳缦路桨?請參考圖2，其為本實用新型實施例的一種等離子體刻蝕處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，所述等離子體刻蝕處理裝置100包括:等離子體工藝腔室10、聚焦環(huán)11及聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)12 ；其中，所述聚焦環(huán)11及聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)12均設(shè)置于所述等離子體工藝腔室10中；所述聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)12能夠控制聚焦環(huán)11的溫度。其中，等離子體工藝腔室10包括特氣供給系統(tǒng)、RF發(fā)生器和排氣系統(tǒng)，反應(yīng)氣體通過特氣供給系統(tǒng)供給到等離子體工藝腔室10內(nèi)，利用RF發(fā)生器產(chǎn)生等離子體15。本實施例中，使用的反應(yīng)氣體是SF6。使用等離子體刻蝕處理裝置100對半導(dǎo)體晶圓進行刻蝕時，反應(yīng)氣體SF6通過特氣供給系統(tǒng)的管道進入在等離子體刻蝕工藝腔室10，在等離子體刻蝕工藝腔室10發(fā)生電離產(chǎn)生等離子體15。等離子體中的F自由基吸附在半導(dǎo)體晶圓表面，與半導(dǎo)體晶圓進行化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生揮發(fā)性生成物SiF4。同時因電場產(chǎn)生的高速離子沖擊半導(dǎo)體晶圓，物理反應(yīng)同樣產(chǎn)生揮發(fā)性生成物SiF4。半導(dǎo)體晶圓的表面被刻蝕，形成所需的圖形，同時，刻蝕過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性生成物通過管道由排氣系統(tǒng)抽走。在刻蝕過程中時，半導(dǎo)體晶圓搭載聚焦環(huán)11上。半導(dǎo)體晶圓受到高速離子的沖擊，聚焦環(huán)11也同樣受到高速離子的沖擊，半導(dǎo)體晶圓和聚焦環(huán)11的溫度都會上升，其中，聚焦環(huán)11的溫度受到聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)12的控制。具體的，聚焦環(huán)11的形狀為圓環(huán)形，聚焦環(huán)11包括順次連接的第一圓環(huán)、第二圓環(huán)和第三圓環(huán)組成，第二圓環(huán)在第一圓環(huán)和第三圓環(huán)的中間，中間第二圓環(huán)的厚度比內(nèi)側(cè)的第一圓環(huán)和外側(cè)的第三圓環(huán)都要厚。等離子體刻蝕處理裝置100還包括一頂環(huán)13，頂環(huán)13設(shè)置在聚焦環(huán)11外側(cè)，壓在聚焦環(huán)11的第三圓環(huán)上面。半導(dǎo)體晶圓搭載在聚焦環(huán)11內(nèi)側(cè)的第一圓環(huán)上，同時，聚焦環(huán)11遠(yuǎn)離搭載半導(dǎo)體晶圓的一側(cè)具有一環(huán)形凹槽20，聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)12設(shè)置于所述環(huán)形凹槽20內(nèi)。環(huán)形凹槽20的位置可以在第二圓環(huán)上，也可以在第一和第三圓環(huán)上。聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)12與聚焦環(huán)11的環(huán)形凹槽20連接。聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)12輸送氣態(tài)的冷卻劑到達(dá)聚焦環(huán)11的環(huán)形凹槽20。因此，聚焦環(huán)11會受到一定的氣體壓力。頂環(huán)13壓在聚焦環(huán)11上，可以平衡聚焦環(huán)11所受到的氣體壓力。本實施例中，聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)12中使用的冷卻劑是氦氣。當(dāng)聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)12的管路開啟，氦氣通過聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)12的管路到達(dá)聚焦環(huán)11的環(huán)形凹槽20處。由此，聚焦環(huán)11的環(huán)形凹槽20內(nèi)充滿氦氣，氦氣與聚焦環(huán)11進行傳熱，對聚焦環(huán)11進行降溫。聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)12能夠確保聚焦環(huán)11的溫度不會過高，聚焦環(huán)11不會與等離子體15的F自由基產(chǎn)生反應(yīng)，不會吸收等離子體15中氟元素。也就是說，半導(dǎo)體晶圓邊緣F自由基的濃度不會降低，半導(dǎo)體晶圓邊緣刻蝕速度不會受到影響。由此，半導(dǎo)體晶圓邊緣的刻蝕速度和半導(dǎo)體晶圓其他區(qū)域的刻蝕速度不會產(chǎn)生明顯差異，半導(dǎo)體晶圓邊緣也能夠刻蝕得非常均勻。等離子體刻蝕處理裝置100還包括晶圓冷卻系統(tǒng)14，晶圓冷卻系統(tǒng)14設(shè)置于等離子體工藝腔室10中，與半導(dǎo)體晶圓連接，能夠控制半導(dǎo)體晶圓的溫度。晶圓冷卻系統(tǒng)14中使用的冷卻劑是氦氣。本實施例中聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)12使用的冷卻劑也是氦氣，和晶圓冷卻系統(tǒng)14使用的冷卻劑相同。聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)12設(shè)有獨立的冷卻劑供應(yīng)源，也可以和晶圓冷卻系統(tǒng)14合用同一個冷卻劑供應(yīng)源。請繼續(xù)參考圖2，聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)12的包括兩路管路，一路管路連接聚焦環(huán)11，另一路管路連接流量計。一旦發(fā)現(xiàn)流量計的讀數(shù)比規(guī)定值小，說明連接聚焦環(huán)11的冷卻劑有泄露，需要進行檢修。這樣的管路設(shè)計，能夠保證等離子體刻蝕處理裝置100得到及時檢修，提高了等離子體刻蝕處理裝置100的安全性。綜上可見，本實用新型等離子體刻蝕處理裝置通過聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)控制聚焦環(huán)溫度，確保聚焦環(huán)溫度不會處于高溫狀態(tài)，限制了聚焦環(huán)與等離子體發(fā)生反應(yīng)，提高了半導(dǎo)體晶圓邊緣的刻蝕速度，使得等離子體刻蝕的面內(nèi)均勻性得到提高。上述描述僅是對本實用新型較佳實施例的描述，并非對本實用新型范圍的任何限定，本實用新型領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種等離子體刻蝕處理裝置，其特征在于，包括:等離子體工藝腔室、聚焦環(huán)及聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)； 其中，所述聚焦環(huán)及聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)均設(shè)置于所述等離子體工藝腔室中； 所述聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)能夠控制所述聚焦環(huán)的溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體刻蝕處理裝置，其特征在于，所述聚焦環(huán)具有一環(huán)形凹槽，所述聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)設(shè)置于所述環(huán)形凹槽內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的等離子體刻蝕處理裝置，其特征在于，所述聚焦環(huán)包括順次連接的第一圓環(huán)、第二圓環(huán)和第三圓環(huán)組成，其中，所述第二圓環(huán)的厚度比第一圓環(huán)和第三圓環(huán)都厚。
4.如權(quán)利要求1所述的等離子體刻蝕處理裝置，其特征在于，所述聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)輸送冷卻劑到聚焦環(huán)，所述冷卻劑為氣體。
5.如權(quán)利要求4所述的等離子體刻蝕處理裝置，其特征在于，所述聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)中使用的冷卻劑是氦氣。
6.如權(quán)利要求1所述的等離子體刻蝕處理裝置，其特征在于，還包括晶圓冷卻系統(tǒng)，所述晶圓冷卻系統(tǒng)設(shè)置于所述等離子體工藝腔室中，所述聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)與晶圓冷卻系統(tǒng)各有獨立的冷卻劑供應(yīng)源，或者合用同一個冷卻劑供應(yīng)源。
7.如權(quán)利要求1所述的等離子體刻蝕處理裝置，其特征在于，所述聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)包括兩路管路，一路管路連接聚焦環(huán)，另一路管路連接流量計。
8.如權(quán)利要求1所述的等離子體刻蝕處理裝置，其特征在于，還包括一頂環(huán)，所述頂環(huán)壓在所述聚焦環(huán)上。
專利摘要本實用新型涉及一種等離子體刻蝕處理裝置，所述等離子體刻蝕處理裝置包括等離子體工藝腔室、聚焦環(huán)及聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)。其中，所述聚焦環(huán)及聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)均設(shè)置于所述等離子體工藝腔室中，所述聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)能夠控制聚焦環(huán)的溫度。本實用新型提供的等離子體刻蝕處理裝置采用聚焦環(huán)冷卻系統(tǒng)控制聚焦環(huán)的溫度，聚焦環(huán)的溫度不會影響半導(dǎo)體晶圓邊緣的刻蝕速度，半導(dǎo)體晶圓邊緣刻蝕的均勻性得到了提高。
文檔編號H01L21/67GK203013674SQ20122074725
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者張冬平, 楊佐東 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司