阅读说明：本技术 用于晶圆等离子体刻蚀的方法和设备 (Method and apparatus for wafer plasma etching ) 是由 周云 解文骏 睢智峰 于 2019-02-14 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种用于晶圆等离子体刻蚀的方法和设备,包括腔体,等离子体产生装置,进气环装置,晶圆加热盘,晶圆旋转装置,磁铁盘装置和屏蔽结构；所述等离子体装置在腔体内产生感应耦合等离子体,所述进气环装置,采用圆环状结构,在圆环内壁有多个出气口,改善工艺气体分布的均匀性；所述晶圆放置在加热盘装置上并通过晶圆旋转装置实现晶圆旋转,所述加热盘的内部装有磁铁盘装置,形成一个额外的磁场,并以此来改善晶圆刻蚀的均匀性。屏蔽结构设置在腔体顶部、靠近介质罩的位置,用于对介质罩的内表面进行部分屏蔽,以避免金属反溅物在介质罩的内壁上形成连续金属镀层,从而保证射频能量耦合和刻蚀工艺的稳定性。(The invention provides a method and equipment for wafer plasma etching, which comprises a cavity, a plasma generating device, an air inlet ring device, a wafer heating plate, a wafer rotating device, a magnet plate device and a shielding structure, wherein the plasma generating device is arranged on the cavity; the plasma device generates inductively coupled plasma in the cavity, the air inlet ring device adopts a circular ring structure, and a plurality of air outlets are formed in the inner wall of the circular ring, so that the uniformity of process gas distribution is improved; the wafer is placed on the heating disc device, the wafer is rotated through the wafer rotating device, the magnet disc device is arranged inside the heating disc, an additional magnetic field is formed, and therefore the etching uniformity of the wafer is improved. The shielding structure is arranged at the top of the cavity and close to the medium cover and is used for partially shielding the inner surface of the medium cover so as to prevent metal back-splashed objects from forming a continuous metal coating on the inner wall of the medium cover, and therefore the stability of radio frequency energy coupling and etching processes is ensured.)

用于晶圆等离子体刻蚀的方法和设备

技术领域

本发明涉及集成电路生产设备制造领域，尤其涉及晶圆等离子体刻蚀的方法和设备。

背景技术

在半导体生产领域中，在进行物理气相沉积之前，晶圆通常会先进入预清洗腔体，预清洗腔体采用电感耦合等离子体等方法产生高密度的等离子体，并由等离子体轰击晶圆，对晶圆表面进行预清洗，刻蚀晶圆表面的自然氧化层或者金属等材料层；

在对晶圆进行等立离子体刻蚀的时候，刻蚀下来的材料会从晶圆反溅并沉积到介质窗的内壁，一旦在介质窗的内壁上沉积出闭合的金属层，就会影响射频能量的耦合。介质窗内壁沉积的金属导电层的厚度随时间而迅速增加，导致等离子体启辉困难、等离子体不稳定、刻蚀速率变慢和刻蚀均匀性变差等问题的出现。

为了避免上述问题的出现，有必要对等离子体刻蚀腔体进行频繁的维护，但这又会导致机台停机时间增加，产能变差；

同时，现有的感应耦合等离子体刻蚀的均匀性仍有待改善。传统的刻蚀装置中由于腔体几何结构不对称(如腔体一壁的晶圆传输阀门和另一侧的排气口等)、元件(如加热盘)温度分布不均匀性以及元件（如感应线圈）不完全对称等均会导致刻蚀的均匀性欠佳，进而影响到产品的性能和良率；

针对晶圆预清洗工艺中出现的上述技术问题，特设计本发明专利。

发明内容

本发明第一方面，提供了一种对晶圆进行等离子体刻蚀的方法,使用感应线圈通过介质罩在腔体内产生感应耦合等离子体，对加热盘表面的晶圆进行等离子体刻蚀，去掉晶圆表面的自然氧化层或者其他物质；所述腔体内有进气环装置，进气环内壁有多个出气口；

其中，所述腔体内还包括屏蔽结构，所述屏蔽结构设置在腔体顶部、靠近介质罩的位置，用于对介质罩的内表面进行部分屏蔽，避免等离子体刻蚀金属的过程中产生的刻蚀物反溅并在介质罩的内壁上形成连续的金属层；

所述进气环装置，采用圆环状结构，在圆环内壁有多个出气口，圆环外侧两端有进气口,改善工艺气体分布的均匀性，优化刻蚀的均匀性；

所述腔体内部有加热盘装置，其中晶圆托盘放置在加热盘装置上；

所述腔体内部有晶圆旋转装置，实现连续或非连续的晶圆旋转功能，改善刻蚀的均匀性；

所述晶圆旋转装置，上端呈圆环状，有四个支点，呈90°分布；下方有旋转支杆，连接腔体底部软磁体，软磁体和永磁体对应放置于腔体底部内外两侧，通过外侧永磁体转动，实现晶圆托盘旋转；

所述晶圆旋转装置亦可采用可旋转顶轴加上下移动波纹管的设计，或者采用磁流体旋转密封的方式；

所述腔体内部有磁铁盘装置，所述磁铁盘装置可以是永磁体或电磁铁，采用连续旋转的方式；

所述永磁体或电磁铁装置采用连续旋转的方式，所述装置会在加热盘装置附近区域形成一个额外的磁场，该磁场会产生一个电场并作用于轰击晶圆的正离子，从而使得晶圆表面能受到较为均匀的离子轰击，进而改善等离子刻蚀的均匀性；

所述的加热盘装置，包括磁铁盘、加热丝、波纹管和马达，所述磁铁盘和加热丝安装在加热盘装置内部，加热盘装置通过波纹管与腔壁固定；马达在腔体外部，通过皮带、齿轮、转轴与磁铁盘相连，带动磁铁盘转动；

所述屏蔽结构是半球形或接近半球形的金属笼子；

所述屏蔽结构包括多个缺口。缺口呈圆弧形，在金属笼表面均匀分布。所述屏蔽结构可以避免在介质罩的内壁上形成连续的金属层，连续的金属层会影响到射频能量的耦合，导致出现等离子体不稳定和刻蚀速率不稳定等问题；

所述加热盘装置可设置加热装置，加热装置可控温度范围为-20℃至550℃；

所述晶圆材料可采用半导体、石英或陶瓷材料，晶圆表面有自然氧化层或者金属层；

所述等离子体刻蚀被用于刻蚀晶圆表面的自然氧化层或者金属等其他物质，所述晶圆直径为100毫米或更大直径；

所述托盘上加载了射频电源2，所述托盘上形成负偏压，工艺腔体内的正离子因此动能增加并对晶圆进行轰击，可以提高等离子体刻蚀速率；

所述射频电源频率采用400 KHz至27 MHz；

本发明的第二方面，提供了一种对晶圆进行等离子体刻蚀的设备，包括：

腔体；

感应耦合等离子体产生装置，包括感应线圈、射频电源1和介质罩；

进气环装置，进气环内壁有多个出气口；

屏蔽结构，所述屏蔽结构设置在腔体顶部、靠近介质罩的位置，用于对介质罩的内表面进行部分屏蔽，避免在介质罩的内壁上形成连续的金属层；

所述进气环装置，采用圆环状结构，在圆环内壁有多个出气口，圆环外侧两端有进气口,改善工艺气体分布的均匀性，优化刻蚀的均匀性；

所述腔体内部有加热盘装置，其中晶圆托盘放置在加热盘装置上；

所述腔体内部有晶圆旋转装置，实现连续或非连续的晶圆旋转功能，改善刻蚀的均匀性；

所述晶圆旋转装置，上端呈圆环状，有四个支点，呈90°分布；下方有旋转支杆，连接腔体底部软磁体，软磁体和永磁体对应放置于腔体底部内外两侧，通过外侧永磁体转动，实现晶圆托盘旋转；

所述晶圆旋转装置亦可采用可旋转顶轴加上下移动波纹管的设计，或者采用磁流体旋转密封的方式；

所述腔体内部有磁铁盘装置，所述磁铁盘装置可以是永磁体或电磁铁，采用连续旋转的方式；

所述永磁体或电磁铁装置采用连续旋转的方式，所述装置会在加热盘装置附近区域形成一个额外的磁场，该磁场会产生一个电场并作用于轰击晶圆的正离子，从而使得晶圆表面能受到较为均匀的离子轰击，进而改善等离子刻蚀的均匀性；

所述的加热盘装置，包括磁铁盘、加热丝、波纹管和马达，所述磁铁盘和加热丝安装在加热盘装置内部，加热盘装置通过波纹管与腔壁固定；马达在腔体外部，通过皮带、齿轮、转轴与磁铁盘相连，带动磁铁盘转动；

所述屏蔽结构是半球形或接近半球形的金属笼子；

所述屏蔽结构包括多个缺口。缺口呈圆弧形，在金属笼表面均匀分布。所述屏蔽结构可以避免在介质罩的内壁上形成连续的金属层，连续的金属层会影响到射频能量的耦合，导致出现等离子体不稳定和刻蚀速率不稳定等问题；

所述加热盘装置可设置加热装置，加热装置可控温度范围为-20℃至550℃。

所述晶圆材料可采用半导体、石英或陶瓷材料，晶圆表面有自然氧化层或者金属层；

所述等离子体刻蚀被用于刻蚀晶圆表面的自然氧化层或者金属，所述晶圆直径为100毫米或更大直径；

所述托盘上加载了射频电源2，所述托盘上形成负偏压，工艺腔体内的正离子因此动能增加并对晶圆进行轰击，可以提高等离子体刻蚀速率；

所述射频电源频率采用400 KHz至27 MHz。

附图说明

图1为本发明专利设备总体结构示意图；

图2为本发明专利进气环结构示意图；

图3为本发明专利加热盘装置结构示意图；

图4为本发明专利晶圆旋转装置结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明；

图1所示，本发明提供的一种用于对晶圆进行等离子体刻蚀的设备,使用感应线圈101通过介质罩102在腔体内产生感应耦合等离子体，对托盘106承载的晶圆108进行等离子体刻蚀，包括进气环105、托盘106、加热盘装置107、晶圆108、腔体109、晶圆旋转装置110和马达111。感应线圈101和介质罩102安装在腔体109上方，晶圆108放置在托盘106上，托盘106放置在加热盘装置107上，加热盘装置107和晶圆旋转装置110在腔体109内部。所述的等离子体刻蚀装置包括感应线圈101，射频电源1（未示出）和介质罩102和屏蔽结构103，感应线圈101通过介质罩102在腔体109内产生感应耦合等离子体，对晶圆108进行等离子体刻蚀，去掉晶圆108表面的自然氧化层或者其他物质；

图2所示，所述进气环105，采用圆环状，在圆环内壁有多个出气口，圆环外侧两端有进气口；

其中，所述屏蔽结构103设置在腔体109顶部、靠近介质罩102的位置，用于对介质罩102的内表面进行部分屏蔽。所述屏蔽结构103是一个接近半球形的金属笼子，包括多个缺口，缺口呈圆弧形，缺口的宽度为1mm至3mm。所述屏蔽结构103可以避免在介质罩102的内壁上形成连续的金属层。连续的金属层会影响到射频能量的耦合，导致出现等离子体不稳定以及刻蚀速率不稳定的问题；

图3所示，为本发明加热盘装置107，包括磁铁盘302、加热丝301、波纹管、射频电源303和马达111，所述的磁铁盘302和加热丝301安装在加热盘装置107内部，加热盘装置107放置在腔体109内部，通过波纹管与腔壁固定。马达111在腔体109外部，通过皮带、齿轮304、转轴与磁铁盘302相连，带动磁铁盘302转动；

所述加热盘装置107中磁铁盘302可以是永磁体或电磁铁，或者为永磁体加软磁体组成的联合装置。所述磁铁盘302在等离子刻蚀过程中采用连续旋转的方式，通过马达111带动磁铁盘302旋转。所述磁铁盘302可以在加热盘装置107附近区域形成一个次级磁场，因此会吸引来自介质罩下方的电子并形成一个电场，该电场会作用于离子，因此可以用来调整晶圆108附近正离子运动的方向和能量，通过优化所述次级磁场（或电场）的分布可以让晶圆108表面受到更为均匀的离子轰击，并以此来改善晶圆108表面等离子体刻蚀的均匀性；

所述加热盘装置107表面可以设置单个或多个区域分别控制温度装置，温度控制范围为-20℃至550℃；

将一外加射频电源303加载到托盘106上，通过电容耦合在托盘106上形成负偏压，工艺腔体109内的正电荷离子因此动能增加并向托盘106方向移动，对晶圆108进行轰击，从而去掉晶圆108表面的自然氧化层或者其他物质；

所述晶圆108放置在托盘106上，托盘106放置在加热盘装置107上；

所述的射频电源303频率采用400 KHz至27 MHz；

图4所示，为本发明晶圆旋转装置110，所述晶圆旋转装置110由支架401、支杆402、轴承405、软磁体403和永磁体404组成；

所述支架401上端呈圆盘状，有四个支点，呈90°分布；所述支杆402连接软磁体403，软磁体403和永磁体404对应放置于腔体109底部内外两侧，支杆402和加热盘装置107之间通过轴承405连接，便于旋转；

晶圆旋转装置110使用时，在等离子刻蚀过程中，加热盘装置107处在高位，晶圆108紧贴加热盘装置107上的托盘106进行刻蚀，此时，支杆402与支架401相脱离。当刻蚀工艺部分完成需要旋转晶圆108时，加热盘装置107下降，支杆402与支架401相接触固定，晶圆108脱离加热盘装置107并位于支架401之上。然后，腔外永磁体404进行旋转，通过永磁耦合带动支杆402、支架401和晶圆108旋转一定角度。旋转结束后，加热盘装置107上升，支杆402与支架401相脱离,晶圆108重新回到托盘106上，等离子刻蚀工艺继续进行。晶圆旋转装置亦可采用可旋转顶轴加上下移动波纹管的设计，或者采用磁流体旋转密封的方式。在整个工艺过程中磁铁盘302在等离子刻蚀过程中采用连续旋转的方式，通过马达113带动磁铁盘302旋转。所述等离子体刻蚀可分两步或多步进行，在刻蚀步骤之间，晶圆旋转装置110可带动晶圆108可进行一次或多次旋转；

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。