阅读说明：本技术 刻蚀反应设备及刻蚀方法 (Etching reaction equipment and etching method ) 是由 邱宇渊 于 2019-10-10 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种刻蚀反应设备。刻蚀反应设备用于刻蚀目标物。刻蚀反应设备包括反应腔体、基座及控制器；反应腔体用于容纳刻蚀介质,刻蚀介质用于刻蚀目标物,基座位于反应腔体内,基座用于承载目标物；控制器用于控制基座相对反应腔体旋转。本申请提供的刻蚀反应设备能够解决因刻蚀介质分布不均匀,而导致目标物刻蚀不均一的问题。本申请还提供一种刻蚀方法。(The application discloses etching reaction equipment, which is used for etching a target object and comprises a reaction cavity, a base and a controller, wherein the reaction cavity is used for containing an etching medium, the etching medium is used for etching the target object, the base is positioned in the reaction cavity and used for bearing the target object, and the controller is used for controlling the base to rotate relative to the reaction cavity.)

刻蚀反应设备及刻蚀方法

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种刻蚀反应设备及刻蚀方法。

背景技术

随着半导体器件的集成度提高，半导体器件的线宽越来越小，关键尺寸(etchingcritical dimension，ECD)的控制也越来越重要，对刻蚀工艺的要求也越来越高。

刻蚀工艺是一种有选择的去除形成在硅片表面的材料或者有选择的去除硅片材料的工艺。刻蚀工艺包括湿法刻蚀和干法刻蚀。干法刻蚀由于选择性高、可控性强成为当今最常用的刻蚀工艺之一。但是传统干法刻蚀的工艺存在刻蚀不均一的问题，导致产品刻蚀存在差距，造成产品关键尺寸的偏差。

发明内容

本申请提供了一种刻蚀反应设备，本申请提供的刻蚀反应设备能够解决因刻蚀介质分布不均匀，而导致目标物刻蚀不均一的问题。

第一方面，本申请提供一种刻蚀反应设备。刻蚀反应设备用于刻蚀目标物，刻蚀反应设备包括反应腔体、基座及控制器；所述反应腔体用于容纳刻蚀介质，所述刻蚀介质用于刻蚀所述目标物，所述基座位于所述反应腔体内，所述基座用于承载所述目标物；所述控制器用于控制所述基座相对所述反应腔体旋转。

在一种实施方式中，所述控制器控制所述基座相对所述反应腔体旋转的转速在200rpm至2000rpm范围内。

在一种实施方式中，所述控制器控制所述基座加速至预设转速后，控制所述基座以所述预设转速匀速旋转。

在一种实施方式中，所述刻蚀反应设备还包括多个旋转轴，所述多个旋转轴分别固定于所述基座且间隔设置，所述控制器用于根据所述目标物放置于所述基座上的位置，控制一个所述旋转轴转动。

在一种实施方式中，所述反应腔体设有进气口及出气口，所述进气口位于所述反应腔体的一面，所述出气口位于所述反应腔体的另一面，所述进气口与所述出气口分别位于所述基座相对设置的两侧。

在一种实施方式中，所述进气口与所述出气口分别和所述基座相对设置，且所述出气口的开口面积大于或等于所述进气口的开口面积。

在一种实施方式中，所述刻蚀反应设备还包括设有挡板，所述挡板位于所述反应腔体内，且相对所述基座靠近所述进气口，所述挡板设有多个通孔，所述多个通孔将所述进气口通入的气体分散。

在一种实施方式中，所述刻蚀反应设备还包括传感器，所述传感器用于检测所述反应腔体内刻蚀介质的浓度。

第二方面，本申请还提供一种刻蚀方法。刻蚀方法用于刻蚀目标物。刻蚀方法包括：

确定所述目标物置于基座；

控制所述基座旋转，以带动所述目标物旋转；

往***述基座的反应腔体内通入刻蚀介质以刻蚀所述目标物。

在一种实施方式中，在所述通入刻蚀介质以刻蚀所述目标物之前，所述刻蚀方法还包括：

控制所述基座以预设转速旋转。

在一种实施方式中，所述预设转速在200rpm至2000rpm范围内。

在一种实施方式中，所述目标物包含硅材料层，所述刻蚀介质包括含氟化学物质、氮气、氩气、氧气或等离子体中的一种或多种。

在本申请实施例中，被刻蚀的目标物跟随基座一起旋转，有效地降低了刻蚀介质分布不均匀造成目标物刻蚀不均一的问题，从而提高了刻蚀反应设备刻蚀目标物的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以如这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的刻蚀反应设备在刻蚀目标物时的结构示意图；

图2是图1所示刻蚀反应设备在另一实施方式中的结构示意图；

图3是图1所示挡板在另一角度的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的刻蚀方法在第一实施方式中的流程示意图；

图5是本申请实施例提供的刻蚀方法在第二实施方式中的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，图1是本申请实施例提供的刻蚀反应设备在刻蚀目标物时的结构示意图。刻蚀反应设备100用于刻蚀目标物200。目标物200包括半导体元件。在本申请实施例中，以目标物200包含硅材料层为例来进行描写，例如晶圆。晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆。

刻蚀反应设备100内通入刻蚀介质以刻蚀目标物200。刻蚀介质包括气相介质或等离子体介质。例如，刻蚀介质包括含氟化学物质、氮气、氩气、氧气或等离子体中的一种或多种。其中，等离子体(plasma)又叫做电浆，是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质，其运动主要受电磁力支配。

可以理解的，在本申请实施例中，刻蚀目标物200的工艺采用干法刻蚀。刻蚀反应设备100能够根据不同的刻蚀需要而选择不同的刻蚀介质。例如，刻蚀反应设备100能够根据刻蚀目标物200材料的不同，选择合适的刻蚀介质。但是无论采用何种刻蚀介质，刻蚀介质在刻蚀反应设备100内均存在分散不均匀的问题，使得目标物200整体的刻蚀均一性存在差距。

本申请提供的刻蚀反应设备100旨在克服刻蚀介质(气相或等离子体介质)的刻蚀不均一性，通过对刻蚀过程的宏观控制，改善目标物200整体刻蚀的均一性。本申请提供的刻蚀反应设备100对不同的刻蚀介质具有普遍适用性。

请继续参阅图1，刻蚀反应设备100包括反应腔体10、基座20及控制器30。反应腔体10用于容纳刻蚀介质。如图1所示，刻蚀介质以点标识，刻蚀介质位于反应腔体10内。刻蚀介质用于刻蚀目标物200。基座20位于反应腔体10内。基座20用于承载目标物200。可以理解的，基座20与目标物200可拆卸连接。当需要刻蚀目标物200时，将目标物200固定于基座20上；当目标物200刻蚀完成后，将目标物200自基座20上取下。

控制器30用于控制基座20相对反应腔体10旋转。当控制器30控制基座20相对反应腔体10旋转时，基座20带动目标物200一起相对反应腔体10旋转。可以理解的，当目标物200置于基座20上时，目标物200相对基座20固定，避免基座20带动目标物200在旋转过程中，目标物200自基座20上脱离，而造成目标物200的损坏。

在一种实施方式中，目标物200通过机械手放置于基座20上，或者由机械手将目标物200自基座20上取下。控制器30也能够控制机械手，以使机械手将目标物200安装于基座20，或者将目标物200自基座20上取下。

在本申请实施例中，目标物200能够相对反应腔体10旋转，使得目标物200能够接触反应腔体10内不同区域的刻蚀介质，有效地降低了因目标物200固定不动且刻蚀介质分布不均匀造成目标物200刻蚀不均一的问题，从而提高了刻蚀反应设备100刻蚀目标物200均一性。

在本申请实施例中，基座20旋转的速率能够根据单元腔体10的不同而选择不同的转速，也能够根据刻蚀介质的不同而选择不同的转速，还能够根据刻蚀的目标物200不同而选择不同的转速。可以理解的，在本申请实施例中，对基座20旋转的速率不做具体限定。

其中，基座20旋转的速率不能太快，避免基座20旋转时带动刻蚀介质流动，以使刻蚀介质无法有效地刻蚀目标物200。相应地，基座20旋转的速率也不能太慢，避免基座20旋转速率过慢，无法达到提高刻蚀均一性的目的。基座20旋转的速率能够根据不同的工艺表现和工艺需求进行选择。

在一种实施方式中，控制器30控制基座20相对反应腔体10旋转的转速在200rpm至2000rpm范围内。可以理解的，当刻蚀反应设备100通入刻蚀介质对目标物200进行刻蚀时，基座20相对反应腔体10旋转的速率在200rpm至2000rpm范围内。其中，在200rpm至2000rpm范围内包括端点值200rpm及2000rpm。

在本申请实施例中，基座20带动目标物200旋转的转速在200rpm至2000rpm范围内，既避免目标物200旋转速度过快而影响刻蚀介质有效地刻蚀目标物200，又避免了目标物200旋转速度过慢无法达到提高刻蚀均一性的目的。

进一步地，在一种实施方式中，控制器30控制基座20相对反应腔体10旋转的转速在500rpm至800rpm范围内。在此实施方式中，控制器30控制基座20相对反应腔体10旋转的转速在500rpm至800rpm范围内，保证基座20带动目标物200旋转的速度，能够保证刻蚀目标物200的均一性。

其中，控制器30控制基座20加速至预设转速后，控制基座20以预设转速匀速旋转。可以理解的，基座20带动目标物200旋转的过程先加速至预设转速后，再以预设转速匀速转动，最后当刻蚀完目标物200后，减速至基座20停止旋转。也即，在刻蚀介质刻蚀目标物200的过程中，基座20带动目标物200匀速转动。

在本申请实施例中，当刻蚀介质刻蚀目标物200时，基座20均速转动以带动目标物200相对收容腔体均速转动，避免变速改变收容腔体内刻蚀气体流动的稳定性，从而有效地提高刻蚀目标物200的均一性。

在一种实施方式中，当反应腔体10的形状对称时，基座20旋转的旋转轴与反应腔体10的中心线重叠。如图1所示，基座20旋转的旋转轴及反应腔体10的中心线重叠，用A-A线标识。

在本申请实施例中，基座20旋转的旋转轴与反应腔体10的中心线重叠，使得基座20在旋转的过程中不会发生位移，避免基座20旋转带动目标物200发生位移影响刻蚀均一性。

在一种实施方式中，当目标物200置于基座20时，目标物200的中心位于基座20旋转的旋转轴上。例如当目标物200为晶圆时，由于晶圆呈圆形为轴对称图形，当晶圆置于基座20上时，目标物200的中心线与晶圆的轴线重叠。

在本申请实施例中，目标物200的中心位于基座20旋转的旋转轴上，使得目标物200在旋转的过程中不会发生位移，避免目标物200发生位移影响刻蚀均一性。

在一种实施方式中，刻蚀反应设备100包括多个旋转轴。多个旋转轴分别固定于基座20上，且多个旋转轴间隔设置。控制器30能够根据信号指示，对应地选择旋转轴，以使目标物200的中心位于此旋转轴上。例如，控制器30用于根据目标物200放置于基座20上的位置，控制一个旋转轴转动。基座20旋转的旋转轴为多个。

在本申请实施例中，刻蚀反应设备100包括多个旋转轴，使得刻蚀反应设备100能够适应不同的刻蚀条件选择性地选择旋转轴。

在一种实施方式中，基座20能够同时承载多个目标物200。多个目标物200与多个旋转轴一一对应。可以理解的，一个目标物200对应一个旋转轴。

在本申请实施例中，基座20同时承载多个目标物200，使得刻蚀反应设备100能够同时刻蚀多个目标物200，从而有效地提高了目标物200的刻蚀效率。

进一步地，请继续参阅图1及图2，图2是图1所示刻蚀反应设备100在另一实施方式中的结构示意图。反应腔体10设有进气口11及出气口12。进气口11位于反应腔体10的一面。出气口12位于反应腔体10的另一面。可以理解的，进气口11与出气口12分别位于反应腔体10不同的两面。

且在一种实施方式中，进气口11与出气口12位于反应腔体10相对设置的两面。在其他实施例中，进气口11与出气口12也能够位于反应腔体10相邻设置的两面。在本申请实施例中，以进气口11与出气口12位于相对设置的两面为例来进行描写。

进气口11与出气口12分别位于基座20相对设置的两侧。可以理解的，进气口11与出气口12分别位于反应腔体10相对设置的两侧。如图1所示，进气口11与出气口12分别位于基座20的上下两侧。如图1所示，进气口11与出气口12分别位于基座20左右两侧。在本申请实施例中，不做具体限定。

在本申请实施例中，进气口11与出气口12分别位于基座20相对设置的两侧，降低了进气口11进入的气体与出气口12排出的气体对反应腔体10内的气流干扰，从而提高了目标物200刻蚀的均一性。

进一步地，在一种实施方式中，进气口11与出气口12分别和基座20相对设置。且出气口12的开口面积大于或等于进气口11的开口面积。其中，相对设置表示两者的正投影至少部分重叠。可以理解的，进气口11与出气口12也相对设置。进气口11位于基座20的正上方，出气口12位于基座20的正下方。

在本申请实施例中，进气口11与出气口12分别和基座20相对设置，降低了进气口11进入的气体与出气口12排出的气体对反应腔体10内的气流干扰。并且出气口12的开口面积大于或等于进气口11的开口面积，使得反应腔体10内气流速度较慢，对反应腔体10内气流的扰动较小，从而提高了目标物200刻蚀的均一性。

进一步地，请一并参阅图1及图3，图3是图1所示挡板在另一角度的结构示意图。刻蚀反应设备100还包括设有挡板40。挡板40位于反应腔体10内，且相对基座20靠近进气口11。可以理解的，挡板40位于进气口11与基座20之间。挡板40设有多个通孔41，多个通孔41将进气口11通入的气体分散。可以理解的，挡板40采用的材料不会被刻蚀介质刻蚀。例如，挡板40采用金属材质。其中，挡板40能够为金属网格。

在本申请实施例中，在进气口11与基座20之间设有挡板40，挡板40包括多个通孔41将进入的刻蚀介质分散，避免进气口11进入的刻蚀介质直接冲击目标物200导致刻蚀不均一的问题，从而提高刻蚀目标物200的均一性。

其中，在一种实施方式中，当刻蚀介质包括多种介质时，多种介质能够先按照一定比例混合后，再自进气口11进入反应腔体10内。在另一种实施方式中，当刻蚀介质包括多种介质时，多种介质也能够解离后自多个进气口11进入反应腔体10内。

进一步地，请继续参阅图1，刻蚀反应设备100还包括传感器50。传感器50用于检测反应腔体10内刻蚀介质的浓度。如图1所示，部分传感器50位于反应腔体10内，以检测反应腔体10内刻蚀介质的浓度。

其中，传感器50能够直接监测刻蚀介质的浓度，也能够间接监测刻蚀介质浓度。例如，当传感器50为质量流量计(mass flow calculator，MFC)，通过质量流量计间接监测刻蚀介质的浓度。

请继续参阅图4，图4是本申请实施例提供的刻蚀方法在第一实施方式中的流程示意图。本申请实施例提供的刻蚀方法用于刻蚀目标物。目标物包括半导体元件。在本申请实施例中，以目标物包含硅材料层为例来进行描写，例如晶圆。其中，刻蚀方法不仅限于上述描述的刻蚀反应设备。

刻蚀方法包括：

S110:确定目标物置于基座。

在一种实施方式中，刻蚀反应设备能够依据传感器确定目标物置于基座。在其他实施方式中，刻蚀反应设备也能够依据搬运目标物的机械手确定目标物置于基座，也能够依据测试人员的观察确定目标物置于基座上。

S120:控制基座旋转，以带动目标物旋转。

由于目标物置于基座上，目标物相对基座固定，使得基座旋转时能够带动目标物旋转。可以理解的，当刻蚀反应设备不工作时，基座相对静止不动。当刻蚀反应设备需要对目标物进行刻蚀时，刻蚀反应设备控制基座旋转，以带动目标物旋转。

S130:通入刻蚀介质以刻蚀目标物。

刻蚀介质包括气相介质或等离子体介质。例如，刻蚀介质包括含氟化学物质、氮气、氩气、氧气或等离子体中的一种或多种。刻蚀反应设备能够根据不同的刻蚀需要而选择不同的刻蚀介质。刻蚀反应设备能够根据刻蚀目标物材料的不同，选择合适的刻蚀介质。例如，在一种实施方式中，刻蚀介质为采用以HF、NH3为主，N2、Ar等为辅助气体。在另一种实施方式中，刻蚀介质采用以CxFy(C/F不同比例各有优缺点，实际需求而定)为主，O2为辅助气体，N2、Ar等作为载气。

可以理解的，刻蚀反应设备通入刻蚀介质后，即对目标物进行刻蚀。在刻蚀介质对目标物刻蚀之前，基座已经带动目标物旋转，以使目标物在刻蚀的过程中，目标物以一定速度旋转。

在本申请实施例中，当目标物在刻蚀的过程中，目标物以一定速度旋转，有效地降低了目标物因刻蚀介质分布不均匀而导致的快速不均一，从而提高了刻蚀目标物的均一性。

进一步地，请参阅图5，图5是本申请实施例提供的刻蚀方法在第二实施方式中的流程示意图。以下主要说明本实施方式与第一实施方式的区别，本实施方式与第一实施方式相同的大部分技术内容后文不再赘述。

刻蚀方法包括：

S210:确定目标物置于基座。

其中，S210所包括的具体步骤参阅前述S110。

S220:控制基座旋转，以带动目标物旋转。

其中，S220所包括的具体步骤参阅前述S120。

S230:控制基座以预设转速旋转。

其中，预设转速不能太快，避免基座旋转时带动刻蚀介质流动，以使刻蚀介质无法有效地刻蚀目标物。相应地，预设转速也不能太慢，避免基座旋转速率过慢，无法达到提高刻蚀均一性的目的。

S240:通入刻蚀介质以刻蚀目标物。

其中，S240所包括的具体步骤参阅前述S130。

在本申请实施例中，由于刻蚀反应设备在未对目标物进行刻蚀时，基座静止不动，基座旋转至预设转速时需要一定的准备时间，在此准备时间内刻蚀反应设备并未通入刻蚀介质。可以理解的，控制基座以预设转速旋转后，再通入刻蚀介质以刻蚀目标物，以刻蚀目标物。

其中，刻蚀反应设备的控制器控制基座加速至预设转速后，控制基座以预设转速匀速旋转。可以理解的，基座带动目标物旋转的过程先加速至预设转速后，再以预设转速匀速转动，最后当刻蚀完目标物后，减速至基座停止旋转。也即，在刻蚀介质刻蚀目标物的过程中，基座带动目标物匀速转动。

在本申请实施例中，当刻蚀介质刻蚀目标物时，基座均速转动以带动目标物相对收容腔体均速转动，避免变速改变收容腔体内刻蚀气体流动的稳定性，从而有效地提高刻蚀目标物的均一性。

在一种实施方式中，控制器控制基座相对反应腔体旋转的转速在200rpm至2000rpm范围内。可以理解的，当刻蚀反应设备通入刻蚀介质对目标物进行刻蚀时，基座相对反应腔体旋转的速率在200rpm至2000rpm范围内。其中，在200rpm至2000rpm范围内包括端点值200rpm及2000rpm。

在本申请实施方式中，基座带动目标物旋转的转速在200rpm至2000rpm范围内，既避免目标物旋转速度过快而影响刻蚀介质有效地刻蚀目标物，又避免了目标物旋转速度过慢无法达到提高刻蚀均一性的目的。

以上对本申请实施方式进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施方式的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。