CN111383883B - 超大面积扫描式反应离子刻蚀机及刻蚀方法 - Google Patents

超大面积扫描式反应离子刻蚀机及刻蚀方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111383883B
CN111383883B CN201811610204.1A CN201811610204A CN111383883B CN 111383883 B CN111383883 B CN 111383883B CN 201811610204 A CN201811610204 A CN 201811610204A CN 111383883 B CN111383883 B CN 111383883B
Authority
CN
China
Prior art keywords
etching
sample
chamber
reaction chamber
reactive ion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811610204.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111383883A (zh
Inventor
罗先刚
赵泽宇
王彦钦
高平
马晓亮
蒲明博
李雄
郭迎辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Optics and Electronics of CAS
Original Assignee
Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Optics and Electronics of CAS filed Critical Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority to CN201811610204.1A priority Critical patent/CN111383883B/zh
Priority to PCT/CN2018/125568 priority patent/WO2020133401A1/zh
Priority to US17/418,635 priority patent/US20220068617A1/en
Priority to EP18944176.9A priority patent/EP3905310B1/en
Publication of CN111383883A publication Critical patent/CN111383883A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111383883B publication Critical patent/CN111383883B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/677—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations
    • H01L21/67739—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations into and out of processing chamber
    • H01L21/6776—Continuous loading and unloading into and out of a processing chamber, e.g. transporting belts within processing chambers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32733—Means for moving the material to be treated
    • H01J37/32752—Means for moving the material to be treated for moving the material across the discharge
    • H01J37/32761—Continuous moving
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32733—Means for moving the material to be treated
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32018—Glow discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32357—Generation remote from the workpiece, e.g. down-stream
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458—Vessel
    • H01J37/32513—Sealing means, e.g. sealing between different parts of the vessel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32715—Workpiece holder
    • H01J37/32724—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32733—Means for moving the material to be treated
    • H01J37/32743—Means for moving the material to be treated for introducing the material into processing chamber
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32733—Means for moving the material to be treated
    • H01J37/32752—Means for moving the material to be treated for moving the material across the discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32733—Means for moving the material to be treated
    • H01J37/32752—Means for moving the material to be treated for moving the material across the discharge
    • H01J37/32761—Continuous moving
    • H01J37/3277—Continuous moving of continuous material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32798—Further details of plasma apparatus not provided for in groups H01J37/3244 - H01J37/32788; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • H01J37/32899—Multiple chambers, e.g. cluster tools
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/68764—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by a movable susceptor, stage or support, others than those only rotating on their own vertical axis, e.g. susceptors on a rotating caroussel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching
    • H01J2237/3341—Reactive etching

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

本发明属于干法刻蚀技术领域。本发明公开了一种超大面积扫描式反应离子刻蚀机和刻蚀方法。该超大面积扫描式反应离子刻蚀机包括：进样室、刻蚀反应室、过渡室、刻蚀离子产生室。本发明通过沿扫描方向移动样品架在进样室、刻蚀反应室、过渡室之间运动，对放置于样品架上的样品进行扫描刻蚀，可以实现大面积、均匀及高效的刻蚀。

Description

超大面积扫描式反应离子刻蚀机及刻蚀方法
技术领域
本发明属于干法刻蚀技术领域，特别涉及一种超大面积扫描式反应离子刻蚀机及刻蚀方法。
背景技术
半导体制造工业与液晶面板制造工业需要大面积、高分辨率刻蚀传递***，常用的高分辨率传递工艺是干法刻蚀。干法刻蚀技术是指用等离子体激活的化学反应或者用高能粒子束去除物质的方法。根据刻蚀的作用机理，干法刻蚀技术可分为以下三类:物理刻蚀，化学刻蚀和化学-物理刻蚀。其中化学-物理刻蚀兼具有前两种刻蚀机理的优点，它不仅刻蚀速率快,有良好的选择比和刻蚀方向性,而且可避免仅用物理刻蚀时高能离子束(温度极高)带来的设备损伤，其刻蚀剖面还可通过调节等离子体条件和气体组分从各向同性向各向异性改变，因而在大多数干法蚀工艺中被采用。主要包括反应离子刻蚀(Reactive IonEtching,RIE)、感应耦合等离子体刻蚀(Inductively Coupled Plasma,ICP)、反应离子束刻蚀(Reactive Ion Beam Etching，RIBE)等。
现有的反应离子刻蚀RIE设备刻蚀面积增大后(直径500mm以上)，面临刻蚀气体分布不均、稳定性一致性差等难题，同样难以实现大面积微纳结构图形的均匀刻蚀传递。由于传统RIE设备在刻蚀过程中平板电极和基片的位置固定不动，在整个刻蚀过程中对刻蚀气体分布提出了苛刻要求：大面积刻蚀区内每一点的气体浓度必须严格一致且长时间稳定不变。而在大腔体下由于气体扩散延迟效应影响，导致刻蚀残留反应气体滞留刻蚀区域内，难以形成动态平衡的大面积均匀气体组分，造成基片边缘与中心的刻蚀速率相差很大(1小时内刻蚀速率偏差达20％-30％)。理论分析表明，当刻蚀面积进一步增大到800mm直径以上时，刻蚀不均匀性甚至超过50％。
IBE/RIBE存在刻蚀速率低(10-80nm/min)、胶层表面温度高、刻蚀选择比低(接近1:1)、刻蚀后表面粗糙、刻蚀反应气体腐蚀离子源等问题，同样难以用于大面积光刻胶连续面形衍射结构的三维面形精确传递。中国科学技术大学国家同步辐射实验室研制的KZ-400扫描离子束刻蚀装置虽也可刻蚀出一系列大尺寸衍射光学元件，但该装置需要高精度离子源，导致成本高，技术要求高，难以大规模推广使用。此外，由于离子束能量过高也难以在薄膜衬底上刻蚀图形。
发明内容
针对现有技术加工面积小、刻蚀速率慢、分辨率低、稳定性差等不足，提供一种超大面积扫描式反应离子刻蚀机来对样品进行扫描刻蚀，实现大面积、均匀及高效刻蚀。具体地，所述干法刻蚀设备可以是反应离子刻蚀机，也可以是感应耦合等离子体刻蚀机等。所述大面积是指样品刻蚀面积至少可达500mm×500mm，均匀是指刻蚀均匀性不大于±5％，高效是指刻蚀速率可达1μm/min。
本发明通过将传统刻蚀设备刻蚀时基片位置固定的刻蚀方式改变为移动的扫描式刻蚀，将大面积刻蚀区内的二维刻蚀均匀性要求转化为一维刻蚀均匀性要求，将刻蚀全程稳定性要求降低为单扫描周期内稳定性要求，大幅降低了设备的设计制造难度和工艺的实现难度。本发明还利用扫描刻蚀模式将传统大腔体反应室改为小腔体反应室(反应室平行于扫描方向上的面积小于样品刻蚀面积)，也进一步提高了整个腔体气体、反应离子、活性自由基等的均匀性。由于减小了反应腔室的体积，也进一步减小了抽真空、辉光放电所需的功耗。
根据本发明的一个方面，提出了一种超大面积扫描式反应离子刻蚀机，包括：进样室(101)，用于进样、取样以及刻蚀过程的缓冲；刻蚀反应室(102)，设置于所述进样室的下游，用于刻蚀样品的反应腔体；过渡室(103)，设置于所述刻蚀反应室的下游，用于刻蚀过程的缓冲；刻蚀离子产生室(104)，与所述刻蚀反应室连通，用于产生刻蚀离子，并且将刻蚀离子引导至所述刻蚀反应室(102)，其中所述刻蚀反应室(102)与所述进样室(101)和所述过渡室(103)由狭小通道(105-1，105-2)连接；其中样品(100)放置于移动式样品架(111)上，所述样品架(111)在所述进样室(101)、所述刻蚀反应室(102)和所述过渡室(103)之间沿扫描方向移动，在所述刻蚀反应室(102)中利用所述刻蚀离子对所述样品进行刻蚀，其中沿与所述扫描方向垂直的水平方向，所述狭小通道的尺寸配置为允许所述样品通过，但是远小于所述反应室的与所述扫描方向垂直的水平方向尺寸。
可选地，所述刻蚀离子产生室(104)设置在所述反应室(102)上方，用于将刻蚀离子产生室(104)中产生的刻蚀离子或等离子体引出至所述刻蚀反应室(102)。
可选地，所述刻蚀离子产生室(104)是放电室，用于辉光放电以产生刻蚀用反应离子。可选地，所述放电室(104)的上盖板设置有进气孔(1081)，通过所述进气孔与供气装置(1082)相连，所述放电室(104)的下部通过带有气孔的引出栅(109)连接至所述刻蚀反应室(102)。
可选地，所述刻蚀离子产生室(104)是电感耦合等离子体产生室，用于产生刻蚀用电感耦合等离子体。
可选地，所述样品架(111)作匀速直线往返运动。
可选地，所述样品架(111)沿扫描方向匀速直线运动的速度可调。
可选地，所述刻蚀反应室(102)与所述进样室(101)和所述过渡室(103)之间设置有真空锁(1061,1062)。
可选地，所述刻蚀离子产生室(104)和所述刻蚀反应室(102)还与真空装置(1083)相连，用于实现和维持所述刻蚀离子产生室(104)和所述刻蚀反应室(102)中的真空状态。
可选地，所述狭小通道的尺寸配置为允许所述样品通过，但狭小通道的顶部与所述样品的表面之间的垂直距离小于所述反应室垂直方向的尺寸的1/10。例如，超大面积扫描式反应离子刻蚀机的反应室的内部高度为100mm，则狭小通道在垂直于样品表面方向的高度小于10mm。
可选地，沿与所述扫描方向垂直的水平方向，所述进样室(101)和/或所述过渡室(103)的尺寸大于等于所述狭小通道(1051，1052)的尺寸。
可选地，所述刻蚀反应室(102)沿垂直于扫描方向的水平方向的长度大于所述样品架(111)沿垂直于扫描的方向的长度，所述反应室(102)沿平行于扫描方向的长度小于样品架(11)沿平行于扫描方向的长度。
可选地，所述样品架(111)设置于机械手控制移动***(110)上。
可选地，所述进样室(101)内设置有冷却***(113)，所述冷却***(1013)可与样品架(111)接触，用于冷却样品(100)。
可选地，所述样品架(111)背面嵌入微型高效冷却***，使扫描刻蚀全程冷却。
根据本发明的另一个方面提出了一种如上所述的超大面积扫描式反应离子刻蚀机的刻蚀方法，包括以下步骤：将样品(110)置于样品架(111)上完全放入进样室(101)；对刻蚀离子产生室(104)和刻蚀反应室(102)抽真空并产生刻蚀离子或等离子体；在刻蚀离子或等离子体稳定产生一段时间之后，将携带样品(110)的样品架(111)由进样室(101)出发沿扫描方向朝着过渡室(103)匀速移动，途中在刻蚀反应室(102)中进行刻蚀，到达过渡室(103)后样品架(111)沿扫描方向原路匀速返回进样室(101)，途中在刻蚀反应室(102)中再次进行刻蚀，直到样品架返回进样室(101)的原始位置，完成一个刻蚀周期。
本发明实现了大面积、均匀、快速的刻蚀，在半导体制造、大面积液晶面板制造以及大口径衍射光学元件制备等领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例的超大面积扫描式反应离子刻蚀机的结构示意图；
图2示出了根据本发明实施例的另一种超大面积扫描式反应离子刻蚀机的结构示意图；
图3示出了根据本发明实施例的另一种超大面积扫描式反应离子刻蚀机的结构示意图；
图4示出了根据本发明实施例的另一种超大面积扫描式反应离子刻蚀机的结构示意图；
图5示出了根据本发明实施例的另一种超大面积扫描式反应离子刻蚀机的结构示意图；
图6示出了根据本发明实施例的另一种超大面积扫描式感应耦合等离子体刻蚀机的结构示意图；
图7示出了根据本发明实施例的超大面积扫描式反应离子刻蚀机的刻蚀方法的流程图；
图8示出了本发明实施例的超大面积扫描刻蚀过程的俯视图；以及图9示出了为本发明实施例的超大面积扫描刻蚀过程的正视图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不仅限于下面实施例，应包括权利要求书中的全部内容。而且本领域技术人员从以下的一个实施例即可实现权利要求中的全部内容。
下面结合附图详细描述本发明的实施例。图1至图5示出了根据本发明实施例的超大面积扫描式反应离子刻蚀机的结构示意图。
如图1所示，根据本发明实施例的超大面积扫描式反应离子刻蚀机包括：进样室(101)，用于进样、取样以及刻蚀过程的缓冲；刻蚀反应室(102)，设置于所述进样室的下游，用于刻蚀样品的反应腔体；过渡室(103)，设置于所述刻蚀反应室的下游，用于刻蚀过程的缓冲；放电室(104)(也就是刻蚀离子产生室)，与所述刻蚀反应室连通，产生刻蚀离子，并且将刻蚀离子引导至所述刻蚀反应室(102)(具体而言，用于辉光放电以产生等离子体)；其中，所述刻蚀反应室(102)与所述进样室(101)和所述过渡室(103)由狭小通道(105-1，105-2)连接；其中样品(100)放置于移动式样品架(111)上，所述样品架(111)在所述进样室(101)、所述刻蚀反应室(102)和所述过渡室(103)之间沿扫描方向移动，在所述刻蚀反应室(102)中利用所述刻蚀离子对所述样品进行刻蚀(例如，与所述等立体子进行反应刻蚀)，其中沿与所述扫描方向垂直的水平方向，所述狭小通道的尺寸配置为允许所述样品通过但是远小于所述反应室与所述扫描方向垂直的水平方向的尺寸。
所述狭小通道用于抑制辉光进入到进样室和过渡室中，以保证扫描刻蚀的均匀性。所述狭小通道的几何尺寸(长、宽、高)设计为既要保证样品架和样品能通过，又要保证辉光无法进入到进样室和过渡室中。狭小通道的作用是为了限制辉光的扩散。在反应离子刻蚀时，样品表面到狭小通道顶部的高度要远小于样品表面到反应腔体顶部的高度，狭小通道过小的高度且狭小通道的上腔壁、下腔壁、侧壁电势相等，使狭小通带内不足以满足辉光放电要求，狭小通带内的辉光中断。样品在狭小通道内不被刻蚀。这保证了样品仅有暴露在反应室内的部分被刻蚀。小的反应室体积是由扫描刻蚀本身的扫描方式决定的，只要是扫描式刻蚀，都可以利用扫描方向上的积分性质将扫描方向上的尺度缩小，从而与现有技术中反应室的将要覆盖整个样品的表面积相比，减小了反应室的体积。通过利用狭小通道沿扫描方向上的超长长度和极端的长宽比阻止了辉光在狭小通道的继续。
例如，狭小通道的沿垂直于扫描方向的尺寸仅略大于(样品台+样品)的尺寸并且远小于沿扫描方向的尺寸。例如，狭小通道沿垂直于扫描方向的总尺寸为10mm，而沿扫描方向的总长度是1000mm。具体要求是狭小通道不产生辉光。所述狭小通道的尺寸配置为允许所述样品通过，但是所述狭小通道的顶部与所述样品的表面之间的垂直距离小于所述反应室垂直方向的尺寸的1/10。例如，所述超大面积扫描式反应离子刻蚀机的反应室的内部高度为100mm，并且狭小通道在垂直于样品表面方向的高度小于10mm。
另外，沿与所述扫描方向垂直的方向，所述进样室(101)和/或所述过渡室(103)的尺寸大于等于所述狭小通道(1051，1052)的尺寸。
可选地，所述刻蚀离子产生室(104)设置在所述反应室(102)上方，用于将刻蚀离子产生室(104)中产生的刻蚀离子或等离子体引出至所述刻蚀反应室(102)。
可选地，所述刻蚀离子产生室(104)可以是放电室，用于辉光放电以产生刻蚀用反应离子。所述放电室(104)的上盖板设置有进气孔(1081)，通过所述进气孔与供气装置(1082)相连，所述放电室(104)的下部通过带有气孔的引出栅(109)连接至所述刻蚀反应室(102)。具体地，所述放电室(104)外壁可以环绕铜带电极，铜带电极上接射频电源(例如，供电装置107)，用于辉光放电产生等离子体。放电室上板设置进气孔，下方由带有气孔的引出栅连接反应室，将等离子体的引出至反应室。所述样品架在进样室、刻蚀反应室、过渡室之间可沿扫描方向作匀速直线往返运动，使样品进行扫描刻蚀。
可选地，所述刻蚀离子产生室(104)可以是电感耦合等离子体产生室，用于产生刻蚀用电感耦合等离子体。
可选地，所述样品架(111)作匀速直线往返运动。可选地，所述样品架(111)沿扫描方向匀速直线运动的速度可调。
可选地，所述刻蚀反应室(102)与所述进样室(101)和所述过渡室(103)之间设置有真空锁(1061,1062)。具体地，真空锁用来保证进样室充入大气后，反应室仍然保证高真空，即在反应刻蚀期间，尽可能地对进样室和过渡室与反应室真空隔离。在刻蚀时，进样室会抽至高真空，然后打开真空锁，样品移动，进行扫描刻蚀。
可选地，所述刻蚀离子产生室(104)和所述刻蚀反应室(102)还与真空装置(1083)相连，用于实现和维持所述刻蚀离子产生室(104)和所述刻蚀反应室(102)中的真空状态。
可选地，所述刻蚀反应室(102)沿垂直于扫描方向的长度大于所述样品架(111)沿垂直于扫描的方向的长度，所述反应室(102)沿平行于扫描方向的长度小于样品架(11)沿平行于扫描方向的长度。
如图2所示，在根据本发明实施例的扫描式反应离子刻蚀机中，沿与所述扫描方向垂直的方向，所述进样室(101)和/或所述过渡室(103)的尺寸大于等于所述狭小通道(1051，1052)的尺寸。进样室、狭小通道和过渡室沿与所述扫描方向垂直的方向的小尺寸进一步减小了需要抽真空的腔室体积。
可选地，所述刻蚀反应室(102)沿垂直于扫描方向的长度大于所述样品架(111)沿垂直于扫描的方向的长度，所述刻蚀反应室(102)沿平行于扫描方向的长度小于样品架(11)沿平行于扫描方向的长度。所述样品架可完全容纳整个样品；所述进样室和过渡室均可完全容纳整个样品架。
如图3所示，所述样品架(111)设置于机械手控制移动***(110)上。通过机械手控制移动***(110)的运动，来控制样品(100)的表面与反应室中的反应接触的时间，从而实现扫描式刻蚀。
如图4所示，所述进样室(101)内设置有冷却***(113)，所述冷却***(1013)可与样品架(111)接触，用于冷却样品(100)。
如图5所示，所述样品架(111)背面嵌入微型高效冷却***，使扫描刻蚀全程冷却。
图6示出了根据本发明实施例的另一种超大面积扫描式感应耦合等离子体刻蚀机的结构示意图。本领域普通技术人员应该理解的是，如图1至图4的干法刻蚀设备的附加技术特征同样可以应用于根据图6所示的超大面积扫描式感应耦合等离子体刻蚀机。
图7示出了根据本发明的另一个方面的超大面积扫描式反应离子刻蚀机的刻蚀方法。如图7所示，所述刻蚀方法包括以下步骤：将样品(110)置于样品架(111)上完全放入进样室(101)(S701)；对刻蚀离子产生室(104)和刻蚀反应室(102)抽真空并产生刻蚀离子或等离子体(S702)；在刻蚀离子或等离子体稳定产生一段时间之后，将携带样品(110)的样品架(111)由进样室(101)出发沿扫描方向朝着过渡室(103)匀速移动，途中在刻蚀反应室(102)中进行刻蚀，到达过渡室(103)后样品架(111)沿扫描方向原路匀速返回进样室(101)，途中在刻蚀反应室(102)中再次进行刻蚀，直到样品架返回进样室(101)的原始位置，完成一个刻蚀周期(S703)。
可选地，所述扫描式反应离子刻蚀机的刻蚀方法可以具体地包括以下步骤：起初样品置于样品架上完全位于进样室；起辉后辉光放电并稳定一段时间后，样品架向反应室沿扫描方向作匀速直线运动，并开始刻蚀；一直到样品架完全进入过渡室后，样品架开始反向移动再次进入反应室，然后继续移动直至完全回到初始位置进样室中，一个刻蚀周期完成；待到完成一个周期或多个周期的扫描刻蚀后，样品架将在进样室与冷却***接触，在一段驻留时间内样品受到充分冷却，随后新的扫描刻蚀过程开始。
图8示出了本发明实施例的扫描刻蚀过程的俯视图；以及图9示出了为本发明实施例的扫描刻蚀过程的正视图。
参照图8和图9，所述刻蚀反应室(102)垂直于扫描方向的长度L大于样品架(111)在该方向的长度，平行于扫描方向的长度W小于样品架(111)在该方向的长度，即刻蚀反应室(2)平行于扫描方向上的面积小于样品刻蚀面积。图8中所示的图形刻蚀区116是在刻蚀过程期间与反应室中的刻蚀反应气体所接触并且发生刻蚀的区域。为了更深刻地了解本发明，接下来详细阐述该大面积扫描式反应离子刻蚀机提高刻蚀均匀性和增大刻蚀面积的原理。
由于采用扫描式刻蚀方法，扫描方向上(样品移动方向)的刻蚀均匀性主要取决于样品台移动速度以及扫描方向上刻蚀气体浓度分布随时间变化的稳定性，而与扫描方向上刻蚀气体浓度的空间分布不均匀性无关。这是因为扫描方向某水平线上任意一点的刻蚀效果等同于在该水平线上各点刻蚀速率对停留时间的积分的加和，在扫描速度、通入气体流速稳定的情况下，刻蚀气体在该水平线上的浓度分布形成稳态平衡，因而在扫描方向上刻蚀均匀性得到了保证。
参照图8和图9所示，设该超大面积扫描反应离子刻蚀机反应室上方的刻蚀反应室(102)沿扫描方向上长度为w，扫描方向为x方向，样品台匀速移动速度为V。该水平线上每点对样品的刻蚀速率与扫描方向上气体浓度空间时间分布C(x,t)相关，所述刻蚀设备保证在一个刻蚀周期内气体浓度分布的时间稳定性,则一个刻蚀周期内样品扫描方向某水平线上某点的刻蚀深度d为：
Figure BDA0001924553550000091
由上式可知，一个刻蚀周期内样品扫描方向某水平线上某点的刻蚀深度d不随x坐标变化，即扫描方向上各点刻蚀深度相同。
因此，本发明的技术特点在于：在扫描方向上，将影响大面积刻蚀均匀性的、对气体浓度分布的空间均匀性要求，转化为对气体浓度空间分布及样品台移动速度的时间稳定性要求；将刻蚀中的全程刻蚀稳定性要求，转化为在单周期内刻蚀稳定性要求。即无论是扫描方向上气体浓度空间分布及样品台移动速度的时间稳定性，还是垂直扫描方向上气体浓度空间分布均匀性的时间稳定，都只需要在单个周期内保持稳定，而在周期之间允许有波动。
本发明实现了大面积、均匀、快速的刻蚀，在半导体制造、大面积液晶面板制造以及大口径衍射光学元件制备等领域具有广泛的应用前景。
尽管已经参考本发明的典型实施例，具体示出和描述了本发明，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行形式和细节上的多种改变。

Claims (17)

1.一种大面积扫描式反应离子刻蚀机，其中所述大面积是指样品刻蚀面积至少可达500mm×500mm，包括：
进样室(101)，用于进样、取样以及刻蚀过程的缓冲；
刻蚀反应室(102)，设置于所述进样室的下游，用于刻蚀样品的反应腔体；
过渡室(103)，设置于所述刻蚀反应室的下游，用于刻蚀过程的缓冲；
刻蚀离子产生室(104)，与所述刻蚀反应室连通，用于产生刻蚀离子，并且将刻蚀离子引导至所述刻蚀反应室(102)，
其中，所述刻蚀反应室(102)与所述进样室(101)和所述过渡室(103)由狭小通道(1051，1052 )连接；
其中样品(100)放置于移动式样品架(111)上，所述样品架(111)在所述进样室(101)、所述刻蚀反应室(102)和所述过渡室(103)之间沿扫描方向移动，在所述刻蚀反应室(102)中利用所述刻蚀离子对所述样品进行刻蚀，
其中沿与所述扫描方向垂直的水平方向，所述狭小通道的尺寸配置为允许所述样品通过但是远小于所述反应室与所述扫描方向垂直的水平方向的尺寸，并且所述狭小通道的沿垂直于扫描方向的尺寸远小于沿扫描方向的尺寸，使得所述狭小通道内不足以满足辉光放电要求。
2.根据权利要求1所述的大面积扫描式反应离子刻蚀机，其中所述刻蚀离子产生室(104)设置在所述反应室(102)上方，用于将刻蚀离子产生室(104)中产生的刻蚀离子或等离子体引出至所述刻蚀反应室(102)。
3.根据权利要求1所述的大面积扫描式反应离子刻蚀机，其中所述刻蚀离子产生室(104)是放电室，用于辉光放电以产生刻蚀用反应离子。
4.根据权利要求3所述的大面积扫描式反应离子刻蚀机，其中所述放电室(104)的上盖板设置有进气孔(1081)，通过所述进气孔与供气装置(1082)相连，所述放电室(104)的下部通过带有气孔的引出栅(109)连接至所述刻蚀反应室(102)。
5.根据权利要求1所述的大面积扫描式反应离子刻蚀机，其中所述刻蚀离子产生室(104)是电感耦合等离子体产生室，用于产生刻蚀用电感耦合等离子体。
6.根据权利要求1所述的大面积扫描式反应离子刻蚀机，其中所述样品架(111)作匀速直线往返运动。
7.根据权利要求6所述的大面积扫描式反应离子刻蚀机，其中所述样品架(111)沿扫描方向匀速直线运动的速度可调。
8.根据权利要求1所述的大面积扫描式反应离子刻蚀机，其中所述刻蚀反应室(102)与所述进样室(101)和所述过渡室(103)之间分别设置有真空锁(1061,1062)。
9.根据权利要求1所述的大面积扫描式反应离子刻蚀机，其中所述刻蚀离子产生室(104)和所述刻蚀反应室(102)还与真空装置(1083)相连，用于实现和维持所述刻蚀离子产生室(104)和所述刻蚀反应室(102)中的真空状态。
10.根据权利要求1所述的大面积扫描式反应离子刻蚀机，其中所述狭小通道的尺寸配置为允许所述样品通过，但所述狭小通道的顶部与所述样品的表面之间的垂直距离小于所述反应室垂直方向的尺寸的1/10。
11.根据权利要求10所述的大面积扫描式反应离子刻蚀机，其中所述大面积扫描式反应离子刻蚀机的反应室的内部高度为100mm，并且狭小通道在垂直于样品表面方向的高度小于10mm。
12.根据权利要求1所述的大面积扫描式反应离子刻蚀机，其中沿与所述扫描方向垂直的方向，所述进样室(101)和/或所述过渡室(103)的尺寸大于等于所述狭小通道(1051，1052)的尺寸。
13.根据权利要求1所述的大面积扫描式反应离子刻蚀机，其中所述刻蚀反应室(102)沿垂直于扫描方向的长度大于所述样品架(111)沿垂直于扫描的方向的长度，所述反应室(102)沿平行于扫描方向的长度小于样品架(11 1 )沿平行于扫描方向的长度。
14.根据权利要求1所述的大面积扫描式反应离子刻蚀机，其中所述样品架(111)设置于机械手控制移动***(110)上。
15.根据权利要求1所述的大面积扫描式反应离子刻蚀机，其中所述进样室(101)内设置有冷却***(113)，所述冷却***(113)可与样品架(111)接触，用于冷却样品(100)。
16.根据权利要求1所述的大面积扫描式反应离子刻蚀机，其中所述样品架(111)背面嵌入微型高效冷却***，使扫描刻蚀全程冷却。
17.根据权利要求1-16中任一项所述的大面积扫描式反应离子刻蚀机的刻蚀方法，包括以下步骤：
将样品(110)置于样品架(111)上完全放入进样室(101)；
对刻蚀离子产生室(104)和刻蚀反应室(102)抽真空并产生刻蚀离子或等离子体；
在刻蚀离子或等离子体稳定产生一段时间之后，将携带样品(100 )的样品架(111)由进样室(101)出发沿扫描方向朝着过渡室(103)移动，途中在刻蚀反应室(102)中进行刻蚀，到达过渡室(103)后样品架(111)沿扫描方向原路返回进样室(101)，途中在刻蚀反应室(102)中再次进行刻蚀，直到样品架返回进样室(101)的原始位置，完成一个刻蚀周期。
CN201811610204.1A 2018-12-27 2018-12-27 超大面积扫描式反应离子刻蚀机及刻蚀方法 Active CN111383883B (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811610204.1A CN111383883B (zh) 2018-12-27 2018-12-27 超大面积扫描式反应离子刻蚀机及刻蚀方法
PCT/CN2018/125568 WO2020133401A1 (zh) 2018-12-27 2018-12-29 超大面积扫描式反应离子刻蚀机及刻蚀方法
US17/418,635 US20220068617A1 (en) 2018-12-27 2018-12-29 Ultra-large area scanning reactive ion etching machine and etching method thereof
EP18944176.9A EP3905310B1 (en) 2018-12-27 2018-12-29 Ultra-large area scanning type reactive ion etching machine and etching method and using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811610204.1A CN111383883B (zh) 2018-12-27 2018-12-27 超大面积扫描式反应离子刻蚀机及刻蚀方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111383883A CN111383883A (zh) 2020-07-07
CN111383883B true CN111383883B (zh) 2021-09-21

Family

ID=71127337

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811610204.1A Active CN111383883B (zh) 2018-12-27 2018-12-27 超大面积扫描式反应离子刻蚀机及刻蚀方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220068617A1 (zh)
EP (1) EP3905310B1 (zh)
CN (1) CN111383883B (zh)
WO (1) WO2020133401A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112464482B (zh) * 2020-12-04 2023-05-12 贵州电网有限责任公司 一种sf6电气设备中特征组份气体扩散效应分析方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6821563B2 (en) * 2002-10-02 2004-11-23 Applied Materials, Inc. Gas distribution system for cyclical layer deposition
US20040065255A1 (en) * 2002-10-02 2004-04-08 Applied Materials, Inc. Cyclical layer deposition system
US7083338B2 (en) * 2003-10-27 2006-08-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Lithography equipment
JP4877555B2 (ja) * 2004-04-05 2012-02-15 アクセリス テクノロジーズ インコーポレーテッド イオンビーム中を通過してワークピースをスキャンするための往復駆動装置
JP4614863B2 (ja) * 2005-10-24 2011-01-19 ソニー株式会社 基板処理装置
CN101276010B (zh) * 2008-05-14 2011-01-26 中国科学技术大学 具有刻蚀深度在线检测机构的衍射光学元件扫描刻蚀装置
JP4681640B2 (ja) * 2008-09-30 2011-05-11 積水化学工業株式会社 表面処理方法
CN201924072U (zh) * 2010-11-12 2011-08-10 北大方正集团有限公司 导电膜的制备设备
CN102592931B (zh) * 2011-01-07 2016-02-10 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 扫描装置及等离子体加工设备
JP5492105B2 (ja) * 2011-01-27 2014-05-14 日本電子株式会社 試料作製装置
US20120222620A1 (en) * 2011-03-01 2012-09-06 Applied Materials, Inc. Atomic Layer Deposition Carousel with Continuous Rotation and Methods of Use
US8885158B2 (en) * 2011-03-10 2014-11-11 Kla-Tencor Corporation Surface scanning inspection system with adjustable scan pitch
KR101579527B1 (ko) * 2013-09-16 2015-12-22 코닉이앤씨 주식회사 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착 장치 및 방법
US10128082B2 (en) * 2015-07-24 2018-11-13 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Apparatus and techniques to treat substrates using directional plasma and point of use chemistry
JP6489322B2 (ja) * 2016-04-28 2019-03-27 日新イオン機器株式会社 イオンビームエッチング装置
CN108063107A (zh) * 2018-01-19 2018-05-22 常州比太黑硅科技有限公司 一种高产能链式传输真空刻蚀和镀膜设备
CN108682637B (zh) * 2018-05-21 2020-10-13 深圳市希迈科科技有限公司 一种半导体芯片等离子刻蚀机

Also Published As

Publication number Publication date
EP3905310C0 (en) 2024-02-21
EP3905310A4 (en) 2022-09-28
WO2020133401A1 (zh) 2020-07-02
CN111383883A (zh) 2020-07-07
US20220068617A1 (en) 2022-03-03
EP3905310A1 (en) 2021-11-03
EP3905310B1 (en) 2024-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5704577B2 (ja) プラズマ処理装置および処理対象物を処理する方法
Economou Modeling and simulation of plasma etching reactors for microelectronics
JP5594547B2 (ja) 堆積する方法、エッチングする方法、および、フィーチャの製造方法
CN102422722B (zh) 等离子体处理装置与方法
US20150371827A1 (en) Bias voltage frequency controlled angular ion distribution in plasma processing
JP6388580B2 (ja) プラズマ処理装置及びスパッタリングシステム
US10280512B2 (en) Apparatus and method for carbon film deposition profile control
US9514918B2 (en) Guard aperture to control ion angular distribution in plasma processing
KR20160052661A (ko) 동적 전극 플라즈마 시스템
CN103695868A (zh) 远程磁镜场约束线形等离子体增强化学气相沉积***
CN111383883B (zh) 超大面积扫描式反应离子刻蚀机及刻蚀方法
KR102541966B1 (ko) 패턴화된 처리를 위한 장치 및 방법
JP2006253190A (ja) 中性粒子ビーム処理装置および帯電電荷の中和方法
JP2016072065A (ja) プラズマ処理装置
TWI713691B (zh) 電漿處理裝置及電漿處理方法
KR20100089541A (ko) 플라즈마 화학 기상 증착 장치
Curley The dynamics of the charged particles in a dual frequency capacitively coupled dielectric etch reactor.
JP5943789B2 (ja) 大気圧プラズマ成膜装置
KR20130092901A (ko) 폴（Ｐｏｌｅ） 타입의 플라즈마 발생 안테나를 이용한 이온빔 소스 추출장치 및 가공물의 이온처리 장치
KR101366042B1 (ko) 폴 타입 안테나가 포함된 이온빔 소스의 위치제어를 이용한 이온 처리 장치
Jüngling et al. Plasma sheath tailoring by a magnetic field for three-dimensional plasma etching
Baranov et al. How to Control Plasma Parameters
Subramonium Simulation of transients and transport in plasma processing reactors
JPS6223987A (ja) ドライエツチング装置
KR100848574B1 (ko) 플라즈마 리액터

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant