TWI533374B

TWI533374B - A focus ring that improves the uniformity of wafer edge etch rate

Info

Publication number: TWI533374B
Application number: TW102140588A
Authority: TW
Inventors: xing-jian Chen; Li Zhang
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2016-05-11
Also published as: TW201426862A; CN103903948B; CN103903948A

Description

改善晶片邊緣蝕刻速率均勻性的聚焦環

本發明係關於一種用於對晶圓進行等離子處理的等離子反應腔結構，特別係關於一種改善晶片邊緣蝕刻速率均勻性的聚焦環。

在等離子體刻蝕腔體中，聚焦環設置在靜電吸盤一側，是一個對晶片的邊緣蝕刻率有重要影響的部件。聚焦環的形狀、結構、位置材料均對基片邊緣區域的電場分佈，溫度分佈產生重要影響。現有技術採用矽或者碳化矽作為基材製作氣體噴淋頭，在等離子刻蝕過程中這些材料會隨著時間的推移被等離子腐蝕掉，厚度逐漸變薄直到不能再使用需要新的部件替換，或者原有部件需要重新加工以滿足基本功能需求。由於碳化矽之類部件，主要是通過化學氣相沉積(CVD)生長產生，生產條件很苛刻，而且生產速度極慢，比如需要幾天才能生長一個部件，所以現有噴淋頭的成本很高，經濟性差。現有等離子處理器中與矽或者碳化矽材料的氣體噴淋頭配套的聚焦環材料是主要是矽，碳化矽或者氧化矽或者氮化矽等矽化合物，由於和基片材料類似，在等離子處理過程中即使被轟擊濺射到刻蝕中基片表面也不會形成污染造成芯片失效。現有技術通過在矽或矽化合物作為上電極和聚焦環材料能夠獲得較均一的等離子刻蝕效果，但是這些材料在等離子處理過程中很容易被腐蝕，所以維護成本高昂。所以業內需要一種更低維護成本的部件，在保證刻蝕均一性的基礎上，減少部件更換的週期和成本。

本發明的目的是提供一種改善晶片邊緣蝕刻速率均勻性的聚焦環，有效地提高了晶片邊緣蝕刻速率的均勻性。

本發明為解決習知技術之問題所採用之技術手段提供一種改善晶片邊緣蝕刻速率均勻性的聚焦環，其設置於一等離子體蝕刻室中的基座上方的基片的外周側，所述的基片的上方設置噴淋頭(2)，所述聚焦環包括第一部分圍繞所述基片，和第二部分在外側圍繞所述第一部分，其中第一部分上表面為含矽材料製成，第二部分為含釔材料製成。其中所述的噴淋頭的材料為導電金屬，其表面材料為含釔的化合物。

在本發明的一實施例中，所述聚焦環的基體材料為含釔的化合物，第一部分上表面處覆蓋有一層含矽材料層。

在本發明的一實施例中，所述聚焦環的基體材料為含矽的化合物，第一部分上表面處覆蓋有一層含釔材料層。

在本發明的一實施例中，第一部分的基體材料為矽或者含矽化合物，第二部分的基體材料為含釔化合物，第一部分和第二部分固定連接構成聚焦環。

在本發明的一實施例中，所述聚焦環第二部分上表面高於所述基片上表面，所述聚焦環還包括第一個具有較低高度的平臺(12)伸入基片下方，所述第一部分還包括一個過渡斜面連接在所述平臺和第二部分之間。

在本發明的一實施例中，所述的含矽化合物為SiC。所述的含釔的化合物為Y₂O₃或YF₃。

本發明與現有技術相比，具有以下優點：有效地提高了晶片邊緣蝕刻速率的均勻性，改善聚焦環的使用壽命。

1‧‧‧聚焦環

11‧‧‧環外圈

111‧‧‧外側環

112‧‧‧過渡段

113‧‧‧上表面

12‧‧‧平臺

120‧‧‧內側環

13‧‧‧過渡面

2‧‧‧噴淋頭

圖1為本發明改善晶片邊緣蝕刻速率均勻性的聚焦環的等離子刻蝕腔體的橫截面視圖；圖2為本發明改善晶片邊緣蝕刻速率均勻性的聚焦環的實施例之一的原理示意圖；圖3為本發明改善晶片邊緣蝕刻速率均勻性的聚焦環的實施例之二的原理示意圖；圖4為本發明改善晶片邊緣蝕刻速率均勻性的聚焦環的實施例之三的原理示意圖。

以下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發明做進一步闡述。

在本發明中，噴淋頭2的材料選用鋁等導電材料，其表面設有含釔的化合物，由於鋁的成本比較低廉，且加工方便，因此大大降低了生產成本。而含釔的化合物不易腐蝕，塗覆在噴淋頭2的表面能夠避免被等離子腐蝕，所以可以保證噴淋頭2具有較長的使用週期。在氣體噴淋頭2使用過程中，氣體噴淋頭2背面的加熱裝置(圖中未示出)會加熱氣體噴淋頭2，Y₂O₃材料還需要進行一個升溫過程，經歷從60~120℃的緩慢升溫過程，同時通入含氟氣體，將Y₂O₃材料替換為YF₃使得噴淋頭表面具有耐等離子腐蝕的特性。由於本發明的氣體噴淋頭2的基材是用鋁等材料的，相對現有技術具有不同的電學特性，所以採用現有技術的Si或SiC作為聚焦環材料時，刻蝕速率分佈會呈現邊緣部分刻蝕速率顯著偏低的情況。為此本發明提出一種新型的適合用於鋁基材氣體噴淋頭的聚焦環結構。

實施例之一：

如圖1所示，一種改善晶片邊緣蝕刻速率均勻性的聚焦環1，其設置於一等離子體蝕刻室中的基座上方的基片的外周側，該基片的上方設置噴淋頭2，該聚焦環包含：包含相鄰連接的環外圈11和環內圈，環內圈包括一個具有較低高度的平臺12和一個過渡斜面13，環內圈通過所述過渡斜面13連接到具有較大高度的環外圈11，該過渡斜面13包箍住基片的外周側，其中，過渡面13的表面帖附或塗覆有為矽或者含矽化合物材料(如SiC)的薄膜；整體聚焦環1的材料是由Y₂O₃等含釔的耐等離子腐蝕材料製成，所以除了過渡斜面上覆蓋有SiC的部分，其它露出的部分如環內圈的平臺12和環外圈的上的表面材料為含釔的化合物。覆蓋SiC材料層的區域也可以擴展到內側靠近基片的平臺12上表面。這樣Y₂O₃材料的聚焦環能改善基片外側相對基片中心區域的刻蝕速率均一性。靠近基片的平臺12在工作時其上表面可以是低於基片的下表面的，也就是平臺12伸入基片下方，這樣可以防止聚合物在基片背面生長，環外圈11的上表面可以是高於基片上表面的，這樣可以防止反應區域內的等離子快速擴散。這樣的尺寸結構會造成環外圈11上表面處更靠近等離子體，而且從基片上方等離子加工區域被抽離到外側的等離子體也會流過環外圈11，所以在環外圈處的等離子濃度會相對基片上方較高。傳統的SiC材料在具有同樣形狀時，高於基片的突出部會更快的被腐蝕，直到整個聚焦環1無法再使用需要進行更替。本發明由於在最易被腐蝕的區域採用耐腐蝕的Y₂O₃所以同時還能防止環外圈11處的聚焦環部分被快速腐蝕。

實施例之二：

如圖2所示，相對於實施例一，形狀與結構類似，但是聚焦環1的基體材料選擇用矽或者含矽化合物，由於環斜面13的表面為矽或者含矽化合物，而環外圈11的上表面113的表面覆蓋有一層為含釔材料的化合物，因此，在刻蝕時，晶片邊緣的蝕刻速率的均勻性得到了顯著改善，通過含釔的化合物作為上表面材料，可使刻蝕速率均勻性得到顯著提高。聚焦環在靠近基片的內側上表面採用Si或SiC，在外側上表面塗覆一層含釔材料層，含釔材料層也可以是通過一張表面含釔的貼膜，直接帖附在聚焦環含矽材料的基材上，在使用一段時間後可以將貼膜移除，再貼一張新的膜，這樣可以進一步降低聚焦環的使用成本。據實驗數據所得，通過含釔的化合物作為上表面113的表面材料，可將刻蝕速率均勻性提高125%以上。

實施例之三：

如圖3所示聚焦環1包括外側環111，和內側環120。內側環和外側環之間包括過渡段112，過渡段112設置在內側環111的過渡斜面13與外側環111之間；內側環120的材料為矽或者含矽化合物，外側環111的材料為含釔的化合物。因此，在刻蝕時，晶片邊緣的蝕刻速率的均勻性得到了顯著改善，據實驗數據所得，通過含釔的化合物作為上表面113的表面材料，可將刻蝕速率均勻性提高125%以上。

在上述三個實施例中，含矽化合物為SiC，含釔的化合物為Y₂O₃或YF₃。其中，過渡斜面13表面的矽或者含矽化合物以及環外圈11的上表面113的含釔的化合物，可以通過聚醯亞胺膠帶(即常說的高溫膠紙)粘貼到環斜面13的表面以及環外圈11的上表面113上，也可以是本身材料為含矽化合物或含釔化合物。

由於噴淋頭2的表面設有含釔的化合物，通過上述三個實施例，可有效提高晶片邊緣蝕刻速率的均勻性，經試驗表明均勻性得到顯著改善，均勻性能夠從12.66%下降到5.61%，效果顯而易見，降低了生產成本，並有效提高了刻蝕的均勻性。

綜上所述，本發明改善晶片邊緣蝕刻速率均勻性的聚焦環，有效地提高了晶片邊緣蝕刻速率的均勻性。本發明所述的含矽化合物和含釔化合物是指主要成分為Si/SiC/SiO或者Y₂O₃/YF₃的材料，不排除還包括其它添加的額外化合物起其它作用，但是對本發明起主要作用的是上述材料。主要成分是指這些有效的成分在聚焦環部件中的含量大於70%。

儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限定。

11‧‧‧環外圈

113‧‧‧上表面

12‧‧‧平臺

13‧‧‧過渡面

Claims

一種改善晶片邊緣蝕刻速率均勻性的聚焦環，其設置於一等離子體蝕刻室中的基座上方的基片的外周側，所述的基片的上方設置噴淋頭(2)，其中：所述聚焦環包括第一部分圍繞所述基片，和第二部分在外側圍繞所述第一部分，其中所述第一部分上表面為含矽材料製成，所述第二部分為含釔材料製成，所述聚焦環還包括一個具有較低高度的平臺(12)伸入基片下方，所述第一部分還包括一個過渡斜面連接在所述平臺和第二部分之間。
如請求項1所述的改善晶片邊緣蝕刻速率均勻性的聚焦環，其中所述的噴淋頭(2)的材料為導電金屬，其表面覆蓋有含釔化合物材料。

如請求項2所述的改善晶片邊緣蝕刻速率均勻性的聚焦環，其中所述聚焦環的基體材料為含釔的化合物，所述第一部分上表面處覆蓋有一層含矽材料層。
如請求項2所述的改善晶片邊緣蝕刻速率均勻性的聚焦環，其中所述的聚焦環的基體材料為矽或者含矽化合物，所述第二部分上表面覆蓋有一層含釔材料層。
如請求項2所述的改善晶片邊緣蝕刻速率均勻性的聚焦環，其中所述第一部分的基體材料為矽或者含矽化合物，所述第二部分的基體材料為含釔化合物，所述第一部分和所述第二部分固定連接構成聚焦環。
如請求項2所述的改善晶片邊緣蝕刻速率均勻性的聚焦環，其中所述第一部分的基體材料為矽或者含矽化合物，所述第二部分的基體材料為含釔化合物，所述第一部分和所述第二部分固定連接構成聚焦環。
如請求項1所述的改善晶片邊緣蝕刻速率均勻性的聚焦環，其中所述聚焦環之所述第二部分上表面係高於所述基片上表面。
如請求項3至5任一項所述的改善晶片邊緣蝕刻速率均勻性的聚焦環，其中所述的含矽化合物主要成分為SiC。
如請求項3至5任一項所述的改善晶片邊緣蝕刻速率均勻性的聚焦環，其中所述的含釔的化合物主要成分為Y₂O₃或YF₃。