低粒子等离子体蚀刻的方法和设备技术

一种等离子体蚀刻装置，包括用于至少一个板形基板的真空腔室(2)，真空腔室具有环绕中心轴线(A)的侧壁(18，18’)，该腔室包括基板处理开口(28)；用于还原性气体和惰性气体的至少一个入口(34)；基座(11，11’)，其在腔室(2)的蚀刻隔室(31)的中央下部区域中形成为基板支撑件，基座(11)以电隔离的方式安装在腔室(2)中，并连接到第一电压源(8)的第一极，从而形成第一电极(11，11’)，基座包围第一加热和冷却机构(16，16’)；第二电极(12，12’)，其电连接到地并围绕第一电极(11，11’)；第三电极(13)，其电连接到地，包括至少一个上屏蔽件(13’)和帘栅屏蔽件(13”)，两者彼此热连接和电连接，其中帘栅屏蔽件(13”)环绕蚀刻隔室(31)；‑其中上屏蔽件(13’)和帘栅屏蔽件(13”)中的至少一个包括至少一个另外的加热和/或冷却机构(17，17’)。装置(1)还包括真空泵系统(4)和感应线圈(9)，感应线圈(9)至少环绕限定蚀刻隔室(31)侧壁的上侧壁(18)，其中线圈(9)的一个第一端(9’)连接到第二电压源(10)的第一极，以及线圈的一个第二端(9”)连接到地。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低粒子等离子体蚀刻的方法和设备
本专利技术涉及根据权利要求1的等离子体蚀刻装置和根据权利要求20的在这种等离子体蚀刻装置中等离子体蚀刻半导体基板的过程。
技术介绍
定义和测量仪器AMOLED有源矩阵有机发光二极管CCDs电荷耦合装置传感器CH4甲烷气体CTE热膨胀系数ESC静电卡盘ICP感应耦合等离子体ITO铟锡氧化物(lnxSnyOz)LCD液晶显示器LED发光二极管RIE反应离子蚀刻TCO透明导电氧化物，例如ITO或氧化锌(ZnO)。为了进行Langmuir测量以系统地优化某些等离子体参数，如离子和电子密度(Ne和Ni、[cm-3])、浮动和等离子体电位(Vf和Vp、[V])、电子温度(Te[eV])和离子通量(li，[mAcm-2])，来自ScientificSystems的SmartProbe™自动化修改的Langmuir探针等离子体诊断装置已用于CLN300E多腔室系统的圆形蚀刻隔室中，具有的直径为480mm以及从基座到顶部的高度为162。顶端长度为6毫米以及顶端半径为0.7毫米的修改的柔性探针已经平行于基座/晶片表面通过接地屏蔽件在等离子体中移动，移动距离约为20毫米。对于测试系列，已经使用了约0.1帕的低压和约0.5帕的高压。中频源将频率为400kHz的1000W的中频功率施加到缠绕在蚀刻隔室周围的15圈线圈上。这种基本配置也已用于另外测试，无需使用不同气体混合物和不同中频和射频功率的Langmuir探针测量。测量系统由外部触发器触发，外部触发器具有的频率＞100kHz，利用该触发器，从-50伏到+50伏的锯齿波信号被施加到探针上。对于蚀刻过程后晶片表面的粒子测量，已使用了来自NanoPhotonics的ReflexTableTop激光表面分析仪。因此，椭球面镜被定位成使得其第一焦点与晶片表面上的激光光斑重合。它收集从该点散射的所有光，并将其聚焦在第二焦点上，在那里放置光阑。光阑只允许来自该激光光斑的光通过，从而减少外部照明的影响。两个平面镜用于改变光的方向，并从而使整个系统的大小更小。因为这种光学系统相对于垂直于晶片表面的轴线是对称的，所以收集的散射光的量与粒子相对于光学装置的取向无关。这种系统能够对粒子进行计数，并在大小上对其进行表征，以及与晶片表面上的划痕或雾度效应进行区分。它们被用作半导体计量的标准系统。“粘贴”过程是使用与生产过程基本相同的设置，从与产品基板尺寸相同的基板上溅射能够吸收水蒸气或挥发性有机化合物的材料的过程。基本上，相同的过程参数可用于产品基板，然而，在许多情况下，由于蚀刻时间的延长和/或不同的溅射气体和/或压力，会施加稍微的修改。粘贴被视为是对于耗时的屏蔽件更换或者沉积在壁上的膜的实际背部蚀刻一种替代方案，这在许多情况下是不可能的，或者需要非常侵蚀性的等离子体化学作用。粘贴通常被视为将腔室“重置”到限定的壁条件，然而在一定时间后，通常需要屏蔽件更换。技术背景和专利技术概述诸如显示器(LCD、AMOLED、微型LED)、传感器(CCD)、非晶硅太阳能电池等的光电装置通常包括置于透光或发光元件上的薄膜透明电极。透明电极通常由透明导电氧化物（TCO）组成。TCO的典型示例有锌氧化物(ZnO)和铟锡氧化物(lnxSnyOz；例如90%的ln2O3和10%的SnO2)，通常标记为ITO。在制造过程中，电极材料作为TCO薄膜沉积在基板上。此后，选择性地蚀刻TCO，以移除预先选择的部分，并从而限定期望的导电路径或布线。新的发展，像例如在具有非常高清晰度和超高分辨率的显示器中，要求在亚微米尺寸内限定具有非常窄的线和空间的导电TCO区域，这需要更有效的微/纳米级加工。因此，要求蚀刻线和岛的纵横比和临界尺寸以及非常严格的粒子规格。此外，TCO过程趋向整个过程流程的末端，并且这种基板或晶片具有相当高的价值，因此制造成品率起着重要的作用，使得最多每cm2有0.04个粒子>0.2μm的前端粒子规格被应用于TCO过程，这是指在300mm晶片上允许至少一个维度上大于0.2μm大小的少于三十个粒子(<30个)。
技术实现思路
这种严格的限制很难用现有技术的大批量生产器材来轻易满足。允许更容易地满足这种严格粒子限制是本专利技术的一个目的，这可以通过下面公开的蚀刻装置和蚀刻过程来实现。这个目的与提供一种关于蚀刻隔室的不同部分的温度管理的高灵活性的蚀刻装置的目的相一致。另一个目的是提供一种装置和过程，通过该装置和过程可以将晶片基板快速加热到约100℃或更高的高温，并在蚀刻过程中保持该温度，而不会超过基板材料的临界最高温度。换句话说，这意味着在来自ICP等离子体的高能量通量和来自基板偏压的热负荷下保持和稳定基板温度。另一个目的是从本质上减少支持高过程规格所使用的维修和粘贴步骤的数量。在本专利技术的一个实施例中，等离子体蚀刻装置包括用于至少一个板形基板的真空腔室，该真空腔室具有环绕中心轴线A的侧壁，该腔室包括-基板处理开口，在开口两侧之间存在大的压力差的情况下，该基板处理开口可以是装载锁；-用于还原性气体和惰性气体的至少一个入口；-基座，其形成为腔室的蚀刻隔室的中央下部区域中的基板或工件支撑件，该基座连接到第一源的第一极，该第一源可以是射频源，从而形成第一电极，该基座包围第一加热和冷却机构；-第二电极，其是对电极，并且被射频连接到地并围绕第一电极；因此，射频连接是指适于将暴露于射频等离子体的零件安全接地的导电连接。在将在之后示出的同一受让人的WO2017/207144和WO2017/215806中详细解释了这种连接的示例；第二电极，其包括至少一个下屏蔽件，以保护腔室底部、下腔室部分和基座的周缘中的至少一个，并且可以以暗室距离朝向第一电极定位，该暗室距离可以是0.5至5毫米或0.8至2毫米，反应离子蚀刻（RIE）所施加的典型过程压力范围为0.05帕至0.7帕，或0.1帕至0.5帕。-也是对电极的第三电极射频连接到地；第三电极包括至少一个上屏蔽件和帘栅屏蔽件，两者彼此热连接和电连接，由此帘栅屏蔽件环绕蚀刻隔室，其在竖直方向上位于第二电极与上屏蔽件之间，上屏蔽件安装在真空腔室的顶壁上；这些屏蔽件保护由顶壁形成的腔室顶棚的内表面和至少腔室侧壁的上部免受蚀刻残留物的影响，由此帘栅屏蔽件平行或至少大约平行于中心轴线A开槽；-因此，上屏蔽件和帘栅屏蔽件中的至少一个包括至少一个另外的加热和/或冷却机构，其被配置成将这些屏蔽件永久保持在恒定温度水平；该装置还包括真空泵系统和环绕上侧壁的感应线圈，上侧壁限定了蚀刻隔室的真空密闭侧壁并围绕帘栅屏蔽件，由此线圈的一个第一端连接到第二电压源的第一极，该第二电压源可以是中频源，并且线圈的一个第二端连接到地以在真空腔室的蚀刻隔室内产生感应耦合等离子体；由此至少在真空腔室的顶部或上屏蔽件和基座之间的区域中，至少真空腔室的上壁由陶瓷例如氧化铝或氮化硼制成，或者由石英制成。应该提到的是，在本专利技术的基本版本中，加热和冷却机构以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.等离子体蚀刻装置，包括/n用于至少一个板形基板的真空腔室(2)，所述真空腔室(2)具有环绕中心轴线(A)的侧壁(18，18’)，所述腔室包括：/n-基板处理开口(28)；/n-用于还原性气体和惰性气体的至少一个入口(34 )；/n-基座(11，11’)，其在所述腔室(2)的蚀刻隔室(31)的中央下部区域中形成为基板支撑件，所述基座(11)以电隔离的方式安装在所述腔室(2)中，并连接到第一电压源(8)的第一极，从而形成第一电极(11，11’)，所述基座包围第一加热和冷却机构(16，16’，35)；/n-第二电极(12，12’)，其电连接到地并围绕所述第一电极(11，11’)；/n-第三电极(13)，其电连接到地，包括至少一个上屏蔽件(13’)和帘栅屏蔽件(13”)，所述上屏蔽件(13′)和所述帘栅屏蔽件(13”)彼此热连接和电连接，由此所述帘栅屏蔽件(13”)环绕所述蚀刻隔室(31)；/n-其中所述上屏蔽件(13’)和所述帘栅屏蔽件(13”)中的至少一个包括至少一个另外的加热和/或冷却机构(17，17’，36)，/n所述装置(1)还包括真空泵系统(4)和感应线圈(9)，所述感应线圈(9)环绕限定所述蚀刻隔室(31)的所述侧壁的至少一上侧壁(18)，由此所述线圈(9)的一个第一端(9’)连接到第二电压源(10)的第一极，并且所述线圈的一个第二端(9”)连接到地。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180815 CH 00992/181.等离子体蚀刻装置，包括
用于至少一个板形基板的真空腔室(2)，所述真空腔室(2)具有环绕中心轴线(A)的侧壁(18，18’)，所述腔室包括：
-基板处理开口(28)；
-用于还原性气体和惰性气体的至少一个入口(34)；
-基座(11，11’)，其在所述腔室(2)的蚀刻隔室(31)的中央下部区域中形成为基板支撑件，所述基座(11)以电隔离的方式安装在所述腔室(2)中，并连接到第一电压源(8)的第一极，从而形成第一电极(11，11’)，所述基座包围第一加热和冷却机构(16，16’，35)；
-第二电极(12，12’)，其电连接到地并围绕所述第一电极(11，11’)；
-第三电极(13)，其电连接到地，包括至少一个上屏蔽件(13’)和帘栅屏蔽件(13”)，所述上屏蔽件(13′)和所述帘栅屏蔽件(13”)彼此热连接和电连接，由此所述帘栅屏蔽件(13”)环绕所述蚀刻隔室(31)；
-其中所述上屏蔽件(13’)和所述帘栅屏蔽件(13”)中的至少一个包括至少一个另外的加热和/或冷却机构(17，17’，36)，
所述装置(1)还包括真空泵系统(4)和感应线圈(9)，所述感应线圈(9)环绕限定所述蚀刻隔室(31)的所述侧壁的至少一上侧壁(18)，由此所述线圈(9)的一个第一端(9’)连接到第二电压源(10)的第一极，并且所述线圈的一个第二端(9”)连接到地。


2.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，控制机构包括控制电路，用于根据由温度测量装置测量的基板温度来设定加热功率和/或冷却功率。


3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，构成所述第二电极的表面的下屏蔽件(12)连接到另外的加热和/或冷却机构(17，17’，36)，或者包括补充加热和/或冷却机构(29，29’)。


4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一加热机构(16，16’，35)、另外的加热机构(17，17’，36)和补充加热装置(29，29’)中的至少一个包括电阻加热装置、辐射加热装置或至少一个包含加热流体的加热回路，并且所述第一冷却机构、另外的冷却机构和补充冷却机构中的至少一个包括至少一个包含冷却流体的冷却回路。


5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一加热机构(16，16′)、另外的加热机构(17，17′，36)和补充加热机构(29，29′)中的至少一个包括流体回路，流体回路的进入口连接到两个不同温度的流体储存器和混合单元，以设定加热/冷却温度。


6.根据权利要求5或6中任一项所述的装置，其特征在于，所述加热和冷却回路(16’、35)和所述加热和/或冷却回路(17’、36、29’)中的至少一个直接安装到所述基座(11、11’)和所述屏蔽件(12,13,13’,13”)中的至少一个上或其中。


7.根据权利要求5至7中任一项所述的装置，其特征在于，至少一个加热和/或冷却回路(17’、29’)安装在腔室壁内，以通过相应的壁(18’、19)与相应的屏蔽件(12、13’、13”)之间的大范围接触面积来加热或冷却所述屏蔽件(12、13’、13”)中的至少一个。


8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个入口(34)连接到至少一个还原性气体储存器(21’)和至少一个惰性气体储存器(21)。


9.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述还原性气体包括氢气和在室温下挥发的烃气体中的至少一种，并且所述惰性气体包括氩（Ar）、氦（He）、氖(Ne)和氙（Xe）中的至少一种。


10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述帘栅屏蔽件(13”)例如平行于所述基座(11，11’)的中心轴线(A)开槽。


11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述上屏蔽件(13’)和所述帘栅屏蔽件(13”)被制成单件元件(13)。


12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，至少所述上屏蔽件(13’)或所述上屏蔽件(13’)和所述帘栅屏蔽件(13”)由3至5毫米厚的铝制成。


13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述基座(11，11′)包括静电卡盘ESC(14)。


14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述基座(11，11’)表面包括开放通道(39)，所述开放通道具有通向背气入口(25)的中心馈通。


15.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，至少一个基板处理开口(28)设置在上侧壁(18)或下侧壁(18’)中，开口中心轴线垂直于所述中心轴线A并与所述中心轴线A相交。


16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述基座(11)是静态基座，并且至少一个基板处理切口(28’)设置在与基板处理开口(28)相互对准的帘栅(13”)中。


17.根据权利要求1至15中任一项所述的装置，其特征在于，所述基座是动态基座(11’)，包括机构(47，48，49)，所述机构(47，48，49)用于在向下方向(F↓)将所述基座从用于晶片蚀刻的加工位置降低到装载位置，反之亦然（F↑）。


18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述机构包括金属管状布置(47，48，49)，所述金属管状布置(47，...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·维查尔特，B·柯蒂斯，F·巴隆，
申请(专利权)人：瑞士艾发科技，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH