刻蚀装置

摘要

本申请公开了一种刻蚀装置，包括：晶片承载结构；以及边缘环组件，围绕晶片承载结构的外周边缘且与所述晶片承载结构之间有间距，其中，边缘环组件包括：插入环、支撑环以及滑动环，插入环位于支撑环上，滑动环与插入环固定连接，用于调节插入环与支撑环之间的距离，插入环具有主体部与石英端，石英端靠近晶片承载结构。该刻蚀装置通过在插入环靠近晶片承载结构的一端设置石英端，改善在刻蚀工艺中由边缘环组件产生的颗粒对晶片边缘的影响。

权利要求

1.一种刻蚀装置，包括：

晶片承载结构；以及

边缘环组件，围绕所述晶片承载结构的外周边缘且与所述晶片承载结构之间有间距，其中，所述边缘环组件包括：插入环、支撑环以及滑动环，所述插入环位于所述支撑环上，所述滑动环与所述插入环固定连接，用于调节所述插入环与所述支撑环之间的距离，所述插入环具有主体部与石英端，所述石英端靠近所述晶片承载结构，所述插入环的内径大于所述晶片承载结构用于承载的晶片的直径。

2.根据权利要求1所述的刻蚀装置，还包括：

第一电极，位于所述承载结构下方，所述第一电极具有凸出于所述晶片承载结构的外周边缘的延伸部；以及第二电极，位于所述晶片承载结构上方且与所述晶片承载结构之间有间距，其中，所述支撑环位于所述延伸部上方，以遮挡位于所述延伸部的至少部分与所述第二电极相对的表面。

3.根据权利要求2所述的刻蚀装置，其中，所述边缘环组件还包括边缘环，围绕所述支撑环的外周边缘且与所述支撑环接触，其中，所述滑动环夹在所述支撑环与所述边缘环之间，以调节所述插入环与所述支撑环之间的垂直距离。

4.根据权利要求3所述的刻蚀装置，其中，所述支撑环与所述延伸部靠近所述边缘环的边缘对齐。

5.根据权利要求3所述的刻蚀装置，其中，所述边缘环的材料包括石英。

6.根据权利要求2所述的刻蚀装置，其中，所述支撑环的水平高度不超过所述晶片承载结构的水平高度，所述支撑环与所述晶片承载结构间隔预设距离，在晶片置于所述晶片承载结构上的情况下，所述晶片的边缘部分凸出于所述晶片承载结构，并遮挡部分所述支撑环，且在垂直方向上与所述支撑环有间距，其中，所述晶片的边缘部分与所述支撑环共同遮挡位于所述延伸部的与所述第二电极相对的表面。

7.根据权利要求6所述的刻蚀装置，其中，所述晶片与所述插入环的水平间距为30mil。

8.根据权利要求1‑7任一项所述的刻蚀装置，其中，所述插入环的主体部的材料包括碳化硅。

9.根据权利要求1‑7任一项所述的刻蚀装置，其中，所述支撑环的材料包括碳化硅。

10.根据权利要求1‑7任一项所述的刻蚀装置，其中，所述石英端套接在所述主体部上。

说明书

刻蚀装置

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体制造技术领域，更具体地，涉及刻蚀装置。

背景技术

[0002] 随着集成电路集成度的提高，等离子体刻蚀工艺得到了广泛的应用。

[0003] 在相关技术中，等离子体刻蚀工艺是通过在等离子体刻蚀装置的反应腔内配置电极，以蚀刻气体作为反应气体提供给反应腔内，利用在电极上施加射频而在反应腔内形成反应气体的等离子体束，通过由该等离子体束对晶片表面进行刻蚀。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种改进的刻蚀装置，其中，在插入环靠近晶片承载结构的一端设置石英端，改善在刻蚀工艺中由边缘环组件产生的颗粒对晶片边缘的影响。

[0005] 本发明的实施例提供了一种刻蚀装置，包括晶片承载结构；以及边缘环组件，围绕所述晶片承载结构的外周边缘且与所述晶片承载结构之间有间距，其中，所述边缘环组件包括：插入环、支撑环以及滑动环，所述插入环位于所述支撑环上，所述滑动环与所述插入环固定连接，用于调节所述插入环与所述支撑环之间的距离，所述插入环具有主体部与石英端，所述石英端靠近所述晶片承载结构。

[0006] 可选地，还包括第一电极，位于所述承载结构下方，包括第一表面，所述晶片承载结构遮挡部分所述第一表面，所述第一电极具有凸出于所述晶片承载结构的外周边缘的延伸部，所述支撑环位于所述延伸部上方，以遮挡位于所述延伸部的至少部分与所述第二电极相对的表面。

[0007] 可选地，所述边缘环组件还包括边缘环，围绕所述支撑环的外周边缘且与所述支撑环接触，其中，所述滑动环夹在所述支撑环与所述边缘环之间，以调节所述插入环与所述支撑环之间的垂直距离。

[0008] 可选地，所述支撑环与所述延伸部靠近所述边缘环的边缘对齐。

[0009] 可选地，所述边缘环的材料包括石英。

[0010] 可选地，所述支撑环的水平高度不超过所述晶片承载结构的水平高度，所述支撑环与所述晶圆承载结构间隔预设距离，在晶片置于所述晶片承载结构上的情况下，所述晶片的边缘部分凸出于所述晶片承载结构，并，并遮挡部分所述支撑环，且在垂直方向上与所述支撑环有间距，其中，所述晶片的边缘部分与所述支撑环共同遮挡位于所述延伸部与所述第二电极相对的表面。

[0011] 可选地，所述晶片与所述插入环的水平间距包括30mil。

[0012] 可选地，所述插入环的主体部的材料包括碳化硅。

[0013] 可选地，所述支撑环的材料包括碳化硅。

[0014] 可选地，所述石英端套接在所述主体部上。

[0015] 根据本发明实施例提供的刻蚀装置，通过在插入环靠近晶片承载结构的一端设置石英端，由于石英的材质软，在刻蚀工艺中形成的颗粒尺寸较小，容易被清除，不容易在晶片边缘堆积形成缺陷，从而改善在刻蚀工艺中由边缘环组件产生的颗粒对晶片边缘的影响。

[0016] 通过在插入环靠近晶片承载结构的一端设置石英端，增加了晶片到插入环主体部的距离，减小了主体部在刻蚀工艺中生成的导电颗粒堆积在晶片边缘的概率，进而保护了晶片。

[0017] 此外，石英端还可以降低刻蚀装置在定期维护过程的对准难度，这是因为在不设置石英端的情况下，插入环与晶片之间的距离很小，为了保证晶片的边缘不触碰插入环，且晶片的边缘各处到插入环的距离需要相等，对准精度要求很高。而增加石英端后，增加了晶片到插入环主体部的距离，由于石英端不导电，在将晶片置于承载结构的过程中，可以适当降低晶片的对准精度。

附图说明

[0018] 通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

[0019] 图1示出了相关技术中的刻蚀装置的结构示意图。

[0020] 图2与图3示出了本发明实施例的刻蚀装置的结构示意图。

具体实施方式

[0021] 以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。

[0022] 本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

[0023] 图1示出了相关技术中的刻蚀装置的结构示意图。

[0024] 如图1所示，在相关技术中，刻蚀装置包括：外壳体101、晶片承载装置110、第一电极120、边缘环组件、第二电极170、进气通道180、进气阀181、气体源182、出气通道190以及排气装置191，其中，边缘环组件包括插入环130、支撑环140、滑动环150以及边缘环160。

[0025] 外壳体101构成腔室102，晶片承载装置110、第一电极120、边缘环组件以及第二电极170均位于腔室102中。进气阀181、气体源182以及排气装置191位于腔室102外部。进气通道180连通气体源182与腔室102内部，进气阀181位于进气通道上，用于控制气体源182中的气体进入腔室102。出气通道190连通排气装置191与腔室102内部，以排放腔室102内部的废气。

[0026] 在相关技术中，刻蚀速度的不均匀主要归因于基片表面上方等离子体鞘层(plasma sheath)的不均匀分布，或者说，鞘层边界处等离子体密度的不均匀分布。例如，晶片10的外周边缘的鞘层弯曲导致更多的离子轰击晶片10边缘处，从而使得晶片10边缘处具有较快的刻蚀速度。该鞘层弯曲还引起一个额外的问题：在晶片10边缘处，离子轰击的角度不垂直于基片表面，使得产生不希望的倾斜轮廓。为了改善鞘层弯曲的问题，通常可利用边缘环组件来解决上述刻蚀速度不均匀问题和边缘倾斜问题。具有合适高度和结构的边缘环或边缘环组件可补偿晶片10边缘处的鞘层弯曲，改善等离子体的分布。

[0027] 晶片10置于承载装置110上，在晶片10的位置处于预设位置时，插入环130与晶片10的外周边缘之间的水平间距d1仅有30mil，如果晶片10的位置稍有偏差，部分晶片10的外周边缘与插入环130之间的水平间距d1会小于30mil。在相关技术中，插入环130的材料为导电材料，例如为碳化硅，在刻蚀工艺中的高压与刻蚀气体的作用下，由于碳化硅的材料硬度较大，插入环130会被轰击产生较大的颗粒，又由于插入环130与晶片10的外周边缘之间的水平间距较小，这些较大的颗粒会落到晶片10的边缘部分进行堆积，从而影响晶片10的刻蚀质量以及后续的加工步骤。

[0028] 图2与图3示出了本发明实施例的刻蚀装置的结构示意图。

[0029] 如图2与图3所示，本发明实施例的刻蚀装置包括：外壳体201、晶片承载装置210、第一电极220、边缘环组件、第二电极270、进气通道280、进气阀281、气体源282、出气通道290以及排气装置291，其中，边缘环组件包括插入环230、支撑环240、滑动环250以及边缘环
260。

[0030] 外壳体201构成腔室202，晶片承载装置210、第一电极220、边缘环组件以及第二电极270均位于腔室202中。进气阀281、气体源282以及排气装置291位于腔室202外部。进气通道280连通气体源282与腔室202内部，进气阀281位于进气通道上，用于控制气体源282中的气体进入腔室202。出气通道290连通排气装置291与腔室202内部，以排放腔室202内部的废气。

[0031] 在本实施例中，边缘环组件围绕承载结构210的外周边缘且与晶片承载结构210之间有间距，插入环230位于支撑环240上，滑动环250与插入环230固定连接，用于调节插入环230与支撑环240之间的距离，其中，插入环230具有主体部231与石英端232，石英端232靠近晶片承载结构210。

[0032] 在一些具体的实施例中，晶片10与插入环230的水平间距包括30mil。支撑环240与插入环的主体部231的材料为导电材料，例如为碳化硅。

[0033] 第一电极220位于承载结构210下方，第二电极270位于晶片承载结构210上方且与晶片承载结构210之间有间距。第一电极220具有凸出于晶片承载结构210的外周边缘的延伸部，支撑环240位于第一电极220的延伸部上，以遮挡位于第一电极220的延伸部的至少部分与第二电极270相对的表面，从而在刻蚀过程中保护了减少了第一电极220。

[0034] 边缘环260围绕支撑环230的外周边缘且与支撑环230接触，从而固定所述支撑环230的位置，其中，滑动环250夹在支撑环240与边缘环260之间，以调节插入环230与支撑环
240之间的垂直距离，从而调节插入环230与支撑环240构成的电容的总容值或者说调节位于晶圆10的边缘电场，从而使得晶片10的外周边缘的鞘层弯曲度得到改善，进而使得晶片
10边缘处与中心区域的刻蚀速度相对均匀。

[0035] 支撑环240与晶片承载结构210的延伸部靠近边缘环260的边缘对齐。其中，边缘环260的材料包括石英。

[0036] 支撑环240的水平高度不超过晶片承载结构210的水平高度，支撑环240与晶圆承载结构210间隔预设距离，在晶片10置于晶片承载结构210上的情况下，晶片10的边缘部分凸出于晶片承载结构210，并遮挡部分支撑环240，且在垂直方向上与支撑环240有间距，即晶片10的边缘部分会延伸到部分支撑环240上方，使得第一电极210的延伸部与第二电极270相对的表面完全被晶片10与支撑环240遮住，从而刻蚀过程中保护了第一电极210。

[0037] 如图3所示，在滑动环250滑动以调节插入环230与支撑环240之间的垂直距离的情况下，插入环230的主体部231与石英端232始终同时移动，因此插入环230的石英端232始终更靠近晶片10的边缘处。

[0038] 在一些具体的实施例中，石英端232套接在主体部231上，对于相关技术来说，仅需要在插入环130上增加一个套接的石英端即可改善以下问题：由于碳化硅的材料硬度较大，插入环130会被轰击产生较大的颗粒，又由于插入环130与晶片10的外周边缘之间的水平间距较小，这些较大的颗粒会落到晶片10的边缘部分进行堆积，从而影响晶片10的刻蚀质量以及后续的加工步骤。

[0039] 根据本发明实施例提供的刻蚀装置，通过在插入环靠近晶片承载结构的一端设置石英端，由于石英的材质软，在刻蚀工艺中形成的颗粒尺寸较小，容易随着腔室内的气体流动被清除，不容易在晶片边缘堆积形成缺陷，从而改善在刻蚀工艺中由边缘环组件产生的颗粒对晶片边缘的影响。

[0040] 通过在插入环靠近晶片承载结构的一端设置石英端，增加了晶片到插入环主体部的距离，减小了主体部在刻蚀工艺中生成的导电颗粒堆积在晶片边缘的概率，进而保护了晶片。

[0041] 此外，石英端还可以降低刻蚀装置在定期维护过程的对准难度，这是因为在不设置石英端的情况下，插入环与晶片之间的距离很小，为了保证晶片的边缘不触碰插入环，且晶片的边缘各处到插入环的距离需要相等，对准精度要求很高。而增加石英端后，增加了晶片到插入环主体部的距离，由于石英端不导电，在将晶片置于承载结构的过程中，可以适当降低晶片的对准精度。

[0042] 在以上的描述中，对于各层的构图、蚀刻等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。

[0043] 以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。