一种感性耦合型等离子体刻蚀反应器制造技术

本发明专利技术涉及半导体集成电路制造技术领域，公开了一种感性耦合型等离子体刻蚀反应器，即包括有刻蚀腔体、介质窗片和冷却气导管，其中，所述介质窗片包括有分别由低介电常数材质制成的上层介质窗片和下层介质窗片，在所述上层介质窗片的下表面和/或所述下层介质窗片的上表面开设有气冷槽，以及在所述下层介质窗片的上表面和/或内部嵌设有电加热器；所述冷却气导管连通所述气冷槽，由此一方面可通过内置在介质窗片中的气体冷却系统调节反应器中介质窗片的温度大小和均匀性，另一方面可通过多片式介质窗片结构设计，对窗片结构的加热和冷却系统进行充分去耦合，从而实现对刻蚀均匀性的有效改进。

【技术实现步骤摘要】
一种感性耦合型等离子体刻蚀反应器
本专利技术属于半导体集成电路制造
，具体地涉及一种感性耦合型等离子体刻蚀反应器。
技术介绍
刻蚀技术是一种在半导体制造工艺中按照掩模图形或设计要求对半导体衬底表面或表面覆盖薄膜进行选择性腐蚀或剥离的技术，其不仅是半导体器件和集成电路的基本制造工艺，而且还应用于薄膜电路、印刷电路和其他微细图形的加工。在典型的等离子体刻蚀工艺中，不同的工艺气体组合(如CxFy、O2和Ar等气体)在射频(Radiofrequency)环境中经过射频激励作用形成等离子体，然后在刻蚀腔体(典型的刻蚀腔体包括容性耦合腔体和感性耦合腔体两种)的上下电极电场作用下，使形成的等离子体与晶圆表面发生物理轰击和化学反应，完成对晶圆表面设计图案和关键工艺的处理过程。但是在晶圆的等离子体刻蚀过程中，特别是在高频刻蚀过程(如60MHz和40MHz等高频功率源占主导的刻蚀过程)中或者诸如感性耦合等高等离子体密度刻蚀过程中，不可避免地会遇到刻蚀不对称性问题。这种不对称性的主要原因之一在于刻蚀腔体内零部件的温度分布不均匀，导致反应物和生成物，特别是较重的反应物和生成物在腔体内部分布不均匀，从而影响刻蚀效果的均匀性。例如在感性耦合型等离子体刻蚀反应器中，刻蚀腔体上介质窗片的温度分布就对刻蚀均匀性以及窗片自身聚合物沉积保护至关重要。在传统感性耦合型等离子体刻蚀反应器中，介质窗片的主动控温方案为：采用风扇或液体冷却，以及采用加热器对介质窗片主动加热，从而对窗片温度进行主动控制；当反应器处于闲置状态时，通过加热器输出高功率将介质窗片控制在特定温度，如100℃；而当反应器处于晶圆刻蚀阶段时，介质窗片被等离子体或射频加热，通过降低加热器输出功率或加强风扇/液体冷却效果，使介质窗片的温度控制在闲置状态温度，如100℃。但是前述这种主动控温方案却存在如下两方面问题：一是如何对加热器与风扇/液体冷却系统进行充分去耦合(decouple)；二是窗片温度均匀性与加热器在窗片上的几何分布强相关，窗片温度的均匀性无法保证。
技术实现思路
为了解决在现有感性耦合型等离子体刻蚀反应器中，介质窗片主动控温方案所存在的对加热器与风扇/液体冷却系统不能充分去耦合以及窗片温度的均匀性无法保证的问题，本专利技术目的在于提供一种新型的感性耦合型等离子体刻蚀反应器，既可通过内置气体冷却系统调节反应器中介质窗片的温度大小和均匀性，还可通过多片式介质窗片设计，对窗片结构的加热和冷却系统进行充分去耦合，从而实现对刻蚀均匀性的有效改进。本专利技术第一方面所采用的技术方案为：一种感性耦合型等离子体刻蚀反应器，其特征在于：包括刻蚀腔体、介质窗片和冷却气导管，其中，所述介质窗片位于所述刻蚀腔体的正上方并与所述刻蚀腔体一起围成刻蚀反应空腔；所述介质窗片包括有分别由低介电常数材质制成的上层介质窗片和下层介质窗片，其中，在所述上层介质窗片的下表面和/或所述下层介质窗片的上表面开设有气冷槽，以及在所述下层介质窗片的上表面和/或内部嵌设有电加热器；所述冷却气导管连通所述气冷槽。基于上述
技术实现思路
，提供了一种能提升刻蚀对称性的新型感性耦合型等离子体刻蚀反应器，一方面可通过内置在介质窗片中的气体冷却系统调节反应器中介质窗片的温度大小和均匀性，另一方面可通过多片式介质窗片结构设计，对窗片结构的加热和冷却系统进行充分去耦合，从而实现对刻蚀均匀性的有效改进。在一个可能的设计中，还包括有冷却气供应阀、压力流量控制器和阀门，其中，所述冷却气供应阀的输入端用于连通冷却气源；所述冷却气供应阀的输出端连通所述压力流量控制器的输入端，所述压力流量控制器的输出端连通所述阀门的第一端，所述阀门的第二端连通所述冷却气导管。在一个可能的设计中，还包括有输入端连通所述阀门的第一端的放泄阀和排气阀，其中，所述放泄阀的输入端连通管道上开设有若干通气孔。在一个可能的设计中，在所述气冷槽中离散布置有若干凸台，其中，所述凸台的上端连接所述上层介质窗片的下表面，或所述凸台的下端连接所述下层介质窗片的上表面。在一个可能的设计中，所述凸台采用圆形柱体、三角形柱体、正多边形柱体或锥台结构。在一个可能的设计中，所述气冷槽为单区气冷槽；或者，所述气冷槽可被隔离成至少两个能够独立地对所述下层介质窗片进行分区控温的分区气冷槽，所述冷却气导管为多根且分别一一对应地连通所述分区气冷槽。在一个可能的设计中，所述上层介质窗片为单片体结构或由多片介质组件叠加而成。在一个可能的设计中，在所述上层介质窗片的边缘区域与所述下层介质窗片的边缘区域之间，通过密封圈、粘合结构或焊接结构实现对所述气冷槽的密封。在一个可能的设计中，还包括有用于包围所述介质窗片和射频天线的射频天线屏蔽罩，其中，所述射频天线位于所述介质窗片的上方；所述射频天线屏蔽罩的顶部中心区域设有开口结构，并在所述开口结构中安装有冷却风扇。在一个可能的设计中，在所述上层介质窗片的内部嵌设有冷却液流通管道。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术创造提供了一种能提升刻蚀对称性的新型感性耦合型等离子体刻蚀反应器，即包括有刻蚀腔体、介质窗片和冷却气导管，其中，所述介质窗片包括有分别由低介电常数材质制成的上层介质窗片和下层介质窗片，在所述上层介质窗片的下表面和/或所述下层介质窗片的上表面开设有气冷槽，以及在所述下层介质窗片的上表面和/或内部嵌设有电加热器；所述冷却气导管连通所述气冷槽，由此一方面可通过内置在介质窗片中的气体冷却系统调节反应器中介质窗片的温度大小和均匀性，另一方面可通过多片式介质窗片结构设计，对窗片结构的加热和冷却系统进行充分去耦合，从而实现对刻蚀均匀性的有效改进。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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专利技术的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术提供的感性耦合型等离子体刻蚀反应器的截面结构示意图。图2是本专利技术提供的内置在介质窗片中气体冷却系统的结构示意图。图3是本专利技术提供的介质窗片温度随冷却气压的响应曲线图。图4是本专利技术提供的在气冷槽中凸台的分布示例图。上述附图中:1-刻蚀腔体；11-刻蚀反应空腔；12-反应气喷嘴；13-静电吸盘；14-射频隔离环；15-等离子体约束环；16-传片门；2-介质窗片；21-上层介质窗片；22-下层介质窗片；23-气冷槽；231-凸台；24-电加热器；25-密封圈；3-冷却气导管；41-冷却气供应阀；42-压力流量控制器；43-阀门；44-放泄阀；441-输入端连通管道；45-排气阀；5-射频天线；6-射频天线屏蔽罩；7-冷却风扇；8-冷却液流通管道；100-晶圆。具体实施方式下面结合附图及具体实施例来对本专利技术作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种感性耦合型等离子体刻蚀反应器，其特征在于：包括刻蚀腔体(1)、介质窗片(2)和冷却气导管(3)，其中，所述介质窗片(2)位于所述刻蚀腔体(1)的正上方并与所述刻蚀腔体(1)一起围成刻蚀反应空腔(11)；/n所述介质窗片(2)包括有分别由低介电常数材质制成的上层介质窗片(21)和下层介质窗片(22)，其中，在所述上层介质窗片(21)的下表面和/或所述下层介质窗片(22)的上表面开设有气冷槽(23)，以及在所述下层介质窗片(22)的上表面和/或内部嵌设有电加热器(24)；/n所述冷却气导管(3)连通所述气冷槽(23)。/n

【技术特征摘要】
1.一种感性耦合型等离子体刻蚀反应器，其特征在于：包括刻蚀腔体(1)、介质窗片(2)和冷却气导管(3)，其中，所述介质窗片(2)位于所述刻蚀腔体(1)的正上方并与所述刻蚀腔体(1)一起围成刻蚀反应空腔(11)；
所述介质窗片(2)包括有分别由低介电常数材质制成的上层介质窗片(21)和下层介质窗片(22)，其中，在所述上层介质窗片(21)的下表面和/或所述下层介质窗片(22)的上表面开设有气冷槽(23)，以及在所述下层介质窗片(22)的上表面和/或内部嵌设有电加热器(24)；
所述冷却气导管(3)连通所述气冷槽(23)。


2.如权利要求1所述的感性耦合型等离子体刻蚀反应器，其特征在于：还包括有冷却气供应阀(41)、压力流量控制器(42)和阀门(43)，其中，所述冷却气供应阀(41)的输入端用于连通冷却气源；
所述冷却气供应阀(41)的输出端连通所述压力流量控制器(42)的输入端，所述压力流量控制器(42)的输出端连通所述阀门(43)的第一端，所述阀门(43)的第二端连通所述冷却气导管(3)。


3.如权利要求2所述的感性耦合型等离子体刻蚀反应器，其特征在于：还包括有输入端连通所述阀门(43)的第一端的放泄阀(44)和排气阀(45)，其中，所述放泄阀(44)的输入端连通管道(441)上开设有若干通气孔。


4.如权利要求1所述的感性耦合型等离子体刻蚀反应器，其特征在于：在所述气冷槽(23)中离散布置有若干凸台(231)，其中，所述凸台(231)的上端连接所述上层介质窗片(21)...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴堃，杨猛，
申请(专利权)人：上海邦芯半导体设备有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31