阅读说明：本技术 感性耦合边缘刻蚀反应装置和边缘刻蚀方法 (Inductive coupling edge etching reaction device and edge etching method ) 是由 吴堃 杨猛 于 2020-07-01 设计创作，主要内容包括：一种感性耦合边缘刻蚀反应装置和边缘刻蚀方法,包括：传片系统和刻蚀系统；传片系统包括:位于腔主体中的支撑移动平台,支撑移动平台包括用于水平放置晶圆的晶圆夹持板,晶圆夹持板可围绕垂直晶圆夹持板表面的中心轴进行旋转;刻蚀系统包括:下电极;上层板;位于上层板和下电极之间的射频隔离环;位于上层板顶部的感性耦合射频单元；射频隔离环包括:位于下电极外部区域的下射频隔离环;位于上层板外部区域的上射频隔离环,上射频隔离环和下射频隔离环之间具有间隙;刻蚀系统位于传片系统的侧部,刻蚀系统和传片系统集成在一起。所述感性耦合边缘刻蚀反应装置能够提高边缘刻蚀区域的刻蚀费效比。(An inductive coupling edge etching reaction device and an edge etching method comprise the following steps: a wafer conveying system and an etching system; the wafer transmission system comprises a support moving platform, an etching system, an inductive coupling radio frequency unit, a wafer clamping plate, a wafer transmission system and a wafer transmission system, wherein the support moving platform is positioned in a cavity main body and comprises the wafer clamping plate for horizontally placing a wafer, and the wafer clamping plate can rotate around a central shaft vertical to the surface of the wafer clamping plate; the radio frequency isolation ring comprises a lower radio frequency isolation ring positioned in the outer area of the lower electrode, an upper radio frequency isolation ring positioned in the outer area of the upper plate, a gap is formed between the upper radio frequency isolation ring and the lower radio frequency isolation ring, the etching system is positioned on the side part of the film transmission system, and the etching system and the film transmission system are integrated together. The inductive coupling edge etching reaction device can improve the etching cost-to-efficiency ratio of the edge etching area.)

感性耦合边缘刻蚀反应装置和边缘刻蚀方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种感性耦合边缘刻蚀反应装置和边缘刻蚀方法。

背景技术

在半导体制造中，涉及多道工序，每道工序都是由一定的设备和工艺来完成的。其中，刻蚀工艺是半导体制造中一种重要的工艺，如等离子体刻蚀工艺。等离子体刻蚀工艺是利用反应气体在获得能量后产生等离子体，包含离子、电子等带电粒子以及具有高度化学活性的中性原子、分子及自由基，通过物理和化学的反应对刻蚀对象进行刻蚀。

然而，在等离子体刻蚀过程中，晶圆边缘的刻蚀条件和晶圆中心的刻蚀条件差别较大，所述刻蚀条件包括：等离子体密度分布、射频电场、温度分布等，因此导致在对晶圆中心区域进行刻蚀的过程中，会在晶圆的边缘上下表面和侧壁沉积副产聚合物。副产聚合物的沉积会随着刻蚀工艺的进行出现累积效应，当副产聚合物的厚度达到一定程度时，副产聚合物与晶圆之间的粘合力就会变差而导致副产聚合物脱落，进而导致晶圆的图形稳定性受到影响以及刻蚀腔室受到污染等一系列的问题。

鉴于此，业内引入了边缘刻蚀工艺，具体的，将晶圆放置于边缘刻蚀装置中，产生的等离子体对晶圆边缘进行刻蚀，同时对晶圆中心的刻蚀尽量避免。

然而，现有利用边缘刻蚀装置进行的边缘刻蚀工艺的过程中，对晶圆边缘区域刻蚀精度较差，且边缘刻蚀装置的刻蚀效率低。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种感性耦合边缘刻蚀反应装置和边缘刻蚀方法，能够提高对晶圆边缘区域的刻蚀精度。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种感性耦合边缘刻蚀反应装置，包括：传片系统和刻蚀系统；所述传片系统包括:腔主体;位于所述腔主体中的支撑移动平台,所述支撑移动平台包括用于水平放置晶圆的晶圆夹持板,所述晶圆夹持板可围绕垂直晶圆夹持板表面的中心轴进行旋转;所述刻蚀系统包括:下电极;与所述下电极相对的上层板;位于所述上层板和所述下电极之间的射频隔离环;位于所述上层板顶部的感性耦合射频单元；所述射频隔离环包括:位于所述下电极外部区域的下射频隔离环;位于所述上层板外部区域的上射频隔离环,所述上射频隔离环和所述下射频隔离环之间具有间隙;所述刻蚀系统位于所述传片系统的侧部,所述刻蚀系统和所述传片系统集成在一起;所述晶圆的边缘区域适于通过所述间隙延伸至所述射频隔离环侧部的下电极和上层板之间。

可选的，所述上层板为介质窗片；所述感性耦合射频单元包括：位于所述介质窗片顶部的屏蔽罩；位于所述屏蔽罩内部且至少分布于所述介质窗片中心区域上方的射频天线，所述射频天线用于在所述下电极和所述介质窗片之间产生等离子体。

可选的，所述介质窗片的材料为石英或陶瓷。

可选的，贯穿所述介质窗片中心区域的第一进气通道，所述第一进气通道适于通入刻蚀所述晶圆边缘的刻蚀气体。

可选的，所述上层板为等离子体通道板；所述感性耦合射频单元包括：位于所述等离子体通道板顶部的屏蔽罩；位于所述屏蔽罩内部且位于所述等离子体通道板中心区域上方的反应室介质管；位于所述屏蔽罩内部且分布于所述反应室介质管侧部的射频天线，所述射频天线用于在所述反应室介质管内部产生等离子体，所述等离子体适于通过所述等离子体通道板进入所述下电极和所述等离子体通道板之间。

可选的，所述等离子体通道板的材料为铝合金通道板、碳通道板或碳化硅通道板。

可选的，所述感性耦合射频单元还包括：位于所述反应室介质管顶部的第一进气通道，所述第一进气通道适于通入刻蚀所述晶圆边缘的刻蚀气体至所述反应室介质管中。

可选的，所述反应室介质管的材料为石英或陶瓷。

可选的，还包括：贯穿所述上射频隔离环和所述上层板的边缘区域的第二进气通道，所述第二进气通道适于通入惰性气体。

可选的，所述感性耦合射频单元还包括：冷却装置，所述冷却装置位于所述屏蔽罩的上部或侧壁，所述冷却装置用于对所述射频天线和所述上层板进行冷却。

可选的，所述射频天线上用于施加射频源，所述射频源的频率为100kHz~100MHz。

可选的，还包括：隔离环抽气通道，所述隔离环抽气通道仅横向贯穿所述上射频隔离环，或者，所述隔离环抽气通道仅横向贯穿所述下射频隔离环，或者，所述隔离环抽气通道分别横向贯穿所述上射频隔离环和下射频隔离环。

可选的，所述上射频隔离环、下射频隔离环、下电极和上层板围成的区域为等离子体区域；所述隔离环抽气通道的尺寸被设计成等离子体区域的带电粒子在离开所述隔离环抽气通道时移动的最小距离大于所述带电粒子的平均自由程。

可选的，所述下电极上用于施加射频源，所述射频源的频率为100kHz~100MHz。

可选的，所述上射频隔离环的内环边缘的部分区域以及所述下射频隔离环的内环边缘的部分区域为弧形边缘，所述弧形边缘在所述晶圆表面的投影图形适于与所述晶圆的边缘形状具有相同的圆心。

可选的，所述间隙的纵向尺寸适于在对晶圆边缘进行刻蚀的过程中保持在小于等于1毫米的范围。

可选的，还包括：位于所述上层板上方的位置调节部件，所述位置调节部件适于在垂直于所述上层板的上表面的方向对所述上层板位置进行调节。

可选的，所述射频隔离环的材料为低介电常数保护材料，所述低介电常数保护材料包括反应气真空介质、石英或者陶瓷；所述下电极为表面喷涂Al₂O₃或Y₂O₃的铝合金构件，或所述下电极为硅构件、或碳化硅构件。

可选的，所述晶圆的边缘区域适于延伸至所述射频隔离环侧部的下电极和上层板之间的径向尺寸为2毫米至4毫米。

可选的，所述支撑移动平台包括：支撑座,所述支撑座为可移动支撑座，所述可移动支撑座适于在水平方向进行移动；位于所述支撑座上的旋转支撑柱，所述旋转支撑柱可围绕所述旋转支撑柱的中心轴进行匀速旋转；所述晶圆夹持板位于所述支撑柱上。

可选的，一个感性耦合边缘刻蚀反应装置中具有一个刻蚀系统和至少一个传片系统，所述传片系统的数量为一个、两个或者四个；当所述传片系统的数量为两个时，两个传片系统分别设置在所述刻蚀系统的两侧，且两个传片系统相对；当所述传片系统的数量为四个时，四个传片系统围绕所述刻蚀系统的侧部均匀分布。

可选的，所述传片系统包括装载卸载装置。

本发明还提供一种边缘刻蚀方法，采用上述任意一项所述的感性耦合边缘刻蚀反应装置，包括：将晶圆放置在所述晶圆夹持板上，并使所述晶圆的边缘区域通过所述间隙延伸至所述射频隔环侧部的下电极和上层板之间，所述射频隔离环覆盖晶圆的部分中心区域；所述晶圆的边缘区域延伸至所述射频隔离环侧部的下电极和上层板之间之后，调节所述上层板和下电极之间的距离，使所述间隙的纵向尺寸设置在阈值范围内；调节所述上层板和下电极之间的距离之后，所述晶圆夹持板驱动所述晶圆围绕晶圆的中心轴旋转，在所述晶圆夹持板驱动所述晶圆围绕晶圆的中心轴旋转的过程中，所述感性耦合射频单元在上层板和下电极之间的区域进行等离子体放电以对所述晶圆的边缘进行刻蚀。

可选的，所述上层板为介质窗片；所述感性耦合射频单元包括：位于所述介质窗片顶部的屏蔽罩；位于所述屏蔽罩内部且至少分布于所述介质窗片中心区域上方的射频天线；所述边缘刻蚀方法包括：通过所述介质窗片向所述介质窗片和下电极之间通入刻蚀气体；所述射频天线产生磁场激发所述下电极和所述介质窗片之间的刻蚀气体产生等离子体。

可选的，所述上层板为等离子体通道板；所述感性耦合射频单元包括：位于所述等离子体通道板顶部的屏蔽罩；位于所述屏蔽罩内部且位于所述等离子体通道板中心区域上方的反应室介质管；位于所述屏蔽罩内部且分布于所述反应室介质管侧部的射频天线；所述边缘刻蚀方法包括：所述射频天线在所述反应室介质管内部产生等离子体，所述等离子体通过所述等离子体通道板进入所述下电极和所述等离子体通道板之间。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明技术方案提供的感性耦合边缘刻蚀反应装置，包括传片系统和刻蚀系统，所述刻蚀系统包括感性耦合射频单元、下电极、上层板和射频隔离环。所述下电极、上层板、下射频隔离环和所述上射频隔离环围成的空间用于进行等离子体放电。所述传片系统中的晶圆夹持板可围绕晶圆夹持板表面的中心轴进行旋转。当晶圆放置在晶圆夹持板表面时，所述晶圆的边缘区域适于通过所述间隙延伸至所述射频隔离环侧部的下电极和上层板之间，而所述下射频隔离环和所述上射频隔离环用于把位于晶圆的边缘区域径向以内的部分区域覆盖。通过对晶圆延伸至下电极和上层板之间的尺寸精确控制，就能够精确控制晶圆边缘被刻蚀的区域，所述晶圆在旋转的过程中，使得晶圆的边缘区域均被刻蚀。本发明采用刻蚀系统和传片系统集成在一起，能够有效的利用传片系统，而刻蚀系统主要包括下电极、上层板、下射频隔离环和上射频隔离环，刻蚀系统的体积可以设计的较小，刻蚀系统占用的空间较小，提高了费效比。其次，感性耦合射频单元产生磁场能够加速电子碰撞，从而产生密度更高的等离子体，有利于对晶圆更好的刻蚀效果。

进一步，一个感性耦合边缘刻蚀反应装置中具有一个刻蚀系统和多个的传片系统，这样能够同时对多个晶圆进行边缘刻蚀工艺，提高了边缘刻蚀反应装置的刻蚀效率。

本发明技术方案提供的边缘刻蚀方法中，采用上述感性耦合边缘刻蚀反应装置，将晶圆传输至所述晶圆夹持板上，并使所述晶圆的边缘区域通过所述间隙延伸至所述射频隔离环侧部的下电极和上层板之间，所述射频隔离环覆盖晶圆的部分中心区域。所述晶圆的边缘区域延伸至所述射频隔离环侧部的下电极之间后，调节所述上层板和下电极之间的距离，使所述间隙的纵向尺寸设置为阈值范围内，这时所述下电极、上层板、下射频隔离环和所述上射频隔离环围成的空间用于进行等离子体放电。通过对晶圆延伸至下电极和上层板之间的尺寸的精确控制，就能够精确控制晶圆边缘被刻蚀的区域。调节所述上层板和下电极之间的距离之后，所述晶圆夹持板驱动所述晶圆围绕晶圆的中心轴旋转，所述感性耦合射频单元在上层板和下电极之间的区域进行等离子体放电以对所述晶圆的边缘区域进行刻蚀，使得晶圆的边缘区域均被刻蚀。综上，提高了对晶圆边缘区域的刻蚀精度。

附图说明

图1是本发明一实施例中感性耦合边缘刻蚀反应装置的剖面结构示意图；

图2是本发明一实施例中感性耦合边缘刻蚀反应装置的俯视图；

图1a为本发明另一实施例中感性耦合边缘刻蚀反应装置的剖面结构示意图；

图3是本发明另一实施例中感性耦合边缘刻蚀反应装置的俯视图；

图4是本发明又一实施例中感性耦合边缘刻蚀反应装置的俯视图；

图5是本发明又一实施例中边缘刻蚀反应的流程图。

具体实施方式

本发明一实施例提供一种感性耦合边缘刻蚀反应装置，结合参考图1和图2，包括：

传片系统10和刻蚀系统20；

所述传片系统10包括:腔主体100;位于所述腔主体100中的支撑移动平台110,所述支撑移动平台110包括用于水平放置晶圆的晶圆夹持板113,所述晶圆夹持板113可围绕垂直晶圆夹持板表面113的中心轴进行旋转;

所述刻蚀系统20包括:下电极200;与所述下电极200相对的上层板210;位于所述上层板210和所述下电极200之间的射频隔离环; 位于所述上层板210顶部的感性耦合射频单元；

所述射频隔离环包括:位于所述下电极200外部区域的下射频隔离环220;位于所述上层板210外部区域的上射频隔离环230,所述上射频隔离环230和所述下射频隔离环220之间具有间隙;

所述刻蚀系统20位于所述传片系统10的侧部,所述刻蚀系统20和所述传片系统10集成在一起;

所述晶圆30的边缘区域适于通过所述间隙延伸至所述射频隔离环侧部的下电极200和上层板210之间。

本实施例中，所述传片系统10可以为装载卸载装置（loadlock），所述装载卸载装置为半导体工艺制程中常用的装置。

所述下射频隔离环220位于所述下电极200外部区域，指的是：所述下射频隔离环220位于所述下电极200边缘区域的上方。

所述上射频隔离环230位于所述上层板210外部区域，指的是：所述上射频隔离环230位于所述上层板210边缘区域的下方。

所述下电极200为表面喷涂Al₂O₃或Y₂O₃的铝合金构件，或所述下电极200为硅构件、或碳化硅构件。

所述上射频隔离环230和所述下射频隔离环220为低介电常数保护层，如反应气真空介质、陶瓷或石英等。

在一个实施例中，请参考图3和图4，所述上射频隔离环230的内环边缘的部分区域以及所述下射频隔离环220的内环边缘的部分区域为弧形边缘，所述弧形边缘在所述晶圆表面的投影图形适于与所述晶圆的边缘形状具有相同的圆心。

所述间隙的纵向尺寸适于在对晶圆边缘进行刻蚀的过程中保持在小于等于1毫米的范围，如0.5毫米。

本实施例中，参考图1，所述上层板210为介质窗片；相应的，所述感性耦合射频单元包括：位于所述介质窗片顶部的屏蔽罩300；位于所述屏蔽罩300内部且至少分布于所述介质窗片中心区域上方的射频天线310，所述射频天线310用于在所述下电极200和所述介质窗片之间产生等离子体。

所述介质窗片的材料为石英或陶瓷。

所述感性耦合边缘刻蚀反应装置还包括：贯穿所述介质窗片中心区域的第一进气通道262，所述第一进气通道262适于通入刻蚀所述晶圆边缘的刻蚀气体；贯穿所述上射频隔离环和所述上层板的边缘区域的第二进气通道261，所述第二进气通道261适于通入惰性气体。

所述感性耦合射频单元还包括：冷却装置311，所述冷却装置311位于所述屏蔽罩300的上部或侧壁，所述冷却装置311用于对所述射频天线310和所述上层板210进行冷却。

在另一个实施例中，参考图1a，所述上层板210为等离子体通道板；所述感性耦合射频单元包括：位于所述等离子体通道板顶部的屏蔽罩300a；位于所述屏蔽罩300a内部且位于所述等离子体通道板中心区域上方的反应室介质管301a；位于所述屏蔽罩300a内部且分布于所述反应室介质管301a侧部的射频天线302a，所述射频天线302a用于在所述反应室介质管301a内部产生等离子体，所述等离子体适于通过所述等离子体通道板进入所述下电极200a和所述等离子体通道板之间。

所述等离子体通道板的材料为铝合金通道板、碳通道板或碳化硅通道板。

所述感性耦合射频单元还包括：位于所述反应室介质管301a顶部的第一进气通道303a，所述第一进气通道303a适于通入刻蚀所述晶圆边缘的刻蚀气体至所述反应室介质管301a中；贯穿所述上射频隔离环和所述上层板的边缘区域的第二进气通道304a，所述第二进气通道304a适于通入惰性气体。

所述惰性气体包括Ar和He。

所述刻蚀气体包括O₂和含氟气体中的一种或者多种的结合。所述含氟气体例如为碳氟基气体，所述碳氟基气体包括CF₄。

所述反应室介质管301a的材料为石英或陶瓷。

所述感性耦合射频单元还包括：冷却装置，所述冷却装置位于所述屏蔽罩的上部或侧壁，所述冷却装置用于对所述射频天线和所述上层板进行冷却。

所述射频天线上用于施加射频源，所述射频源的频率为100kHz~100MHz。

本实施例中，还包括：隔离环抽气通道，所述隔离环抽气通道仅横向贯穿所述上射频隔离环230，或者，所述隔离环抽气通道仅横向贯穿所述下射频隔离环220，或者，所述隔离环抽气通道分别横向贯穿所述上射频隔离环230和下射频隔离环220。所述隔离环抽气通道用于抽出刻蚀反应后的副产物。

所述上射频隔离环230、下射频隔离环220、下电极200和上层板210围成的区域为等离子体区域。所述隔离环抽气通道的尺寸被设计成等离子体区域的带电粒子在离开所述隔离环抽气通道时移动的最小距离大于所述带电粒子的平均自由程，这样避免等离子体从所述隔离环抽气通道溢出。

在一个实施例中，所述下电极上用于施加射频源，所述射频源的频率为100kHz~100MHz。

所述上射频隔离环230的内环边缘的部分区域以及所述下射频隔离环220的内环边缘的部分区域为弧形边缘，所述弧形边缘在所述晶圆表面的投影图形适于与所述晶圆的边缘形状具有相同的圆心。

所述间隙的纵向尺寸适于在对晶圆边缘进行刻蚀的过程中保持在小于等于1毫米的范围。

所述射频隔离环的材料为低介电常数保护材料，所述低介电常数保护材料包括反应气真空介质、石英或者陶瓷；所述下电极为表面喷涂Al₂O₃或Y₂O₃的铝合金构件，或所述下电极为硅构件、或碳化硅构件。

所述晶圆的边缘区域适于延伸至所述射频隔离环侧部的下电极200和上层板210之间的径向尺寸为2毫米至4毫米。

所述传片系统包括装载卸载装置。

所述感性耦合边缘刻蚀反应装置还包括：位于所述下电极200的边缘区域下方用于支撑所述下电极200的电极支撑台250。

所述感性耦合边缘刻蚀反应装置还包括：贯穿所述腔主体10的底面的排气通道。

所述感性耦合边缘刻蚀反应装置还包括：位于所述上层板210上方的位置调节部件240，所述位置调节部件240适于在垂直于所述上层板210的上表面的方向对所述上层板210的位置进行调节，且所述位置调节部件240的一端与所述腔主体100的顶面固定。

所述位置调节部件240包括弹簧。

所述晶圆的边缘区域适于延伸至所述射频隔离环侧部的下电极200和上层板210之间的径向尺寸为2毫米至4毫米。

所述支撑移动平台110包括：支撑座111；位于所述支撑座111上的旋转支撑柱112，所述旋转支撑柱112可围绕所述旋转支撑柱112的中心轴进行匀速旋转；所述晶圆夹持板113位于所述支撑柱112上。

所述支撑座111为可移动支撑座，所述可移动支撑座111适于在水平方向进行移动。

一个感性耦合边缘刻蚀反应装置中具有一个刻蚀系统和至少一个传片系统，所述传片系统的数量为一个、两个或者四个。

当所述传片系统的数量为两个时，两个传片系统10分别设置在所述刻蚀系统20的两侧，且两个传片系统10相对；当所述传片系统10的数量为四个时（参考图4），四个传片系统10围绕所述刻蚀系统20的侧部均匀分布。

本发明还提供一种边缘刻蚀方法，采用上述的感性耦合边缘刻蚀反应装置，请参考图5，包括：

将晶圆30放置在所述晶圆夹持板113上，并使所述晶圆30的边缘区域通过所述间隙延伸至所述射频隔环侧部的下电极200和上层板210之间，所述射频隔离环覆盖晶圆的部分中心区域；

所述晶圆30的边缘区域延伸至所述射频隔离环侧部的下电极200和上层板210之间之后，调节所述上层板210和下电极200之间的距离，使所述间隙的纵向尺寸设置在阈值范围内；

调节所述上层板210和下电极200之间的距离之后，所述晶圆夹持板113驱动所述晶圆30围绕晶圆30的中心轴旋转，在所述晶圆夹持板113驱动所述晶圆围绕晶圆的中心轴旋转的过程中，所述感性耦合射频单元在上层板和下电极之间的区域进行等离子体放电以对所述晶圆的边缘进行刻蚀。

所述晶圆夹持板113驱动所述晶圆30围绕晶圆的中心轴匀速旋转，使得等离子体等概率对晶圆边缘进行刻蚀。

在刻蚀过程中，通过所述第二进气通道262通入惰性气体，通过所述第一进气通道261通入刻蚀气体。这样的好处是：第一进气通道261通入刻蚀气体对晶圆的边缘区域进行刻蚀，而第二进气通道262通入的惰性气体一部分进入等离子体产生区a，进入等离子体产生区a的惰性气体和刻蚀气体混合，有助于等离子体放电的过程，其次，部分惰性气体沿着晶圆的径向方向进入主体腔，这样可以阻挡等离子体向外运动。

所述惰性气体包括Ar和He;所述刻蚀气体包括O₂和含氟气体中的一种或者多种的结合。

所述下电极、上层板、下射频隔离环和所述上射频隔离环围成的空间用于进行等离子体放电。等离子体产生区a内部的压强在刻蚀晶圆时为760Torr以内。

传片系统的传片模式为单片模式、双片模式或者多片模式。

所述晶圆夹持板113对晶圆的夹持方式可以为：对晶圆夹持板113施加直流偏压实现对晶圆的夹持；或者，在晶圆夹持板113上安装密封环形圈，抽气进行负压夹持。

参考图1，所述边缘刻蚀方法包括：通过所述介质窗片向所述介质窗片和下电极之间通入刻蚀气体；所述射频天线产生磁场激发所述下电极和所述介质窗片之间的刻蚀气体产生等离子体。

参考图1a，所述边缘刻蚀方法包括：所述射频天线在所述反应室介质管内部产生等离子体，所述等离子体通过所述等离子体通道板进入所述下电极和所述等离子体通道板之间。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。