[發(fā)明專利]晶圓夾具及電感耦合等離子刻蝕系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810201310.8
• 申請(qǐng)日: 2018-03-12
• 公開（公告）號(hào): CN108321103A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第十三研究所
• 主分類號(hào): H01L21/67
• 分類號(hào): H01L21/67;H01L21/683
• 代理公司: 石家莊國為知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 13120
• 代理人: 夏素霞

本發(fā)明提供了一種晶圓夾具及電感耦合等離子刻蝕系統(tǒng)，屬于半導(dǎo)體加工領(lǐng)域，包括卡盤、設(shè)于所述卡盤中部的第一開口、設(shè)于卡盤上方的壓盤、設(shè)于壓盤中部且與第一開口對(duì)應(yīng)的第二開口及設(shè)于第二開口內(nèi)壁且用于與卡盤配合壓緊晶圓邊緣的壓接凸起組件，卡盤、壓盤及壓接凸起組件均為陶瓷構(gòu)件。本發(fā)明提供的晶圓夾具及電感耦合等離子刻蝕系統(tǒng)，夾具整體的使用壽命大大延長，節(jié)約了頻繁采購?qiáng)A具的人力及資金成本，大大降低了惰性氣體泄露報(bào)警導(dǎo)致程序停運(yùn)的故障率，避免了頻繁打開真空腔室吸潮氣引起的真空抽氣速率降低等設(shè)備異常現(xiàn)象，大大減少了因夾具故障引起的設(shè)備停機(jī)維修時(shí)間，同時(shí)還解決了石英夾具引起的刻蝕速率不穩(wěn)定的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，是涉及一種晶圓夾具及包含該晶圓夾具的電感耦合等離子刻蝕系統(tǒng)。

背景技術(shù)

電感耦合等離子(ICP)刻蝕技術(shù)在半導(dǎo)體行業(yè)廣泛應(yīng)用，是半導(dǎo)體行業(yè)的關(guān)鍵工藝。ICP系統(tǒng)配備有兩個(gè)獨(dú)立的13.56MHZ的射頻發(fā)生器，即源射頻發(fā)生器(source RFgenerator)和偏壓射頻發(fā)生器(bais RF generator)，source RF generator作用于上電極(anode)側(cè)壁感應(yīng)線圈(RF coils)，bais RF generator作用于下電極(cathode)。作用于感應(yīng)線圈(RF coils)的source RF generator通過RF coils將射頻能量耦合到反應(yīng)腔室內(nèi)，RF coils感應(yīng)產(chǎn)生交變的電磁場(chǎng)，當(dāng)電場(chǎng)達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，會(huì)使進(jìn)入反應(yīng)腔室的氣體放電，產(chǎn)生電離，使氣體呈現(xiàn)等離子狀態(tài)。作用于下電極的bias RF generator在上下極板之間產(chǎn)生一個(gè)直流的偏轉(zhuǎn)電壓(DC bias)，該電壓主要是給等離子提供能量，使等離子能更快更有力的轟擊晶圓表面，發(fā)生物理和化學(xué)反應(yīng)，生成可揮發(fā)的氣態(tài)物質(zhì)。源射頻(source RF)可控制等離子濃度，偏壓射頻(bais RF)可控制等離子的能量。這種獨(dú)立控制化學(xué)刻蝕和物理刻蝕的方式可以提高刻蝕的選擇比，同時(shí)可有效地減少對(duì)柵極氧化層的損傷。真空腔室內(nèi)的晶圓夾具在等離子刻蝕過程中具有重要作用，當(dāng)晶圓由機(jī)械手從預(yù)真空腔傳送到反應(yīng)腔中，由頂針將晶圓頂起，機(jī)械手退回預(yù)真空腔，關(guān)閉預(yù)真空和反應(yīng)腔之間的隔離閥門，頂針下落，晶圓放置在載片臺(tái)上的中心位置，然后夾具的上部分在升降機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下向下運(yùn)動(dòng)壓在晶圓邊緣，通過檢測(cè)晶圓背冷惰性氣體的壓力確定惰性氣體漏率是否滿足設(shè)備要求，漏率滿足要求后通工藝氣體，加射頻功率進(jìn)行等離子刻蝕。在工作過程中，晶圓夾具使晶圓與載片臺(tái)能夠壓緊密封，維持晶圓背面冷卻惰性氣體的壓力，保證等離子轟擊晶圓所產(chǎn)生的熱量及時(shí)傳遞走，防止糊片，同時(shí)還能遮擋等離子，防止下電極被刻蝕損傷。由此可見夾具固定好晶圓并滿足惰性氣體的漏率要求是工藝程序運(yùn)行的初始關(guān)鍵步驟。

現(xiàn)有的晶圓夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常需要至少三層盤狀構(gòu)件才能保證牢固的夾持住晶圓并能有效遮擋住下電極，并且，晶圓夾具的上層構(gòu)件一般采用酚醛樹脂材料，下層構(gòu)件采用石英材料。上層構(gòu)件在高溫下的耐等離子刻蝕性較差，在使用兩周后會(huì)被等離子刻蝕而產(chǎn)生小顆粒酚醛樹脂濺落在真空腔室內(nèi)，對(duì)刻蝕工藝影響非常大，由于上層構(gòu)件不能很好的保護(hù)下層構(gòu)件，導(dǎo)致下層構(gòu)件損傷很快，容易被等離子刻穿，要想最大化的利用夾具，就有可能因?yàn)闀r(shí)間把握不準(zhǔn)而導(dǎo)致下層構(gòu)件被刻穿，進(jìn)而損傷到下電極，而要避免這樣的風(fēng)險(xiǎn)，那么就要提前更換夾具，所以要經(jīng)常打開真空腔室進(jìn)行更換。頻繁更換夾具帶來一系列問題：浪費(fèi)了夾具產(chǎn)品頻繁采購的人力、資金成本：惰性氣體泄漏報(bào)警導(dǎo)致程序停止運(yùn)行的頻率較高；頻繁打開真空腔室易吸潮氣，導(dǎo)致抽真空時(shí)間加長，設(shè)備恢復(fù)性能指標(biāo)時(shí)間長，影響晶圓加工的連續(xù)性，即引起真空抽氣速率降低的設(shè)備異常現(xiàn)象；因?yàn)閵A具故障引起的設(shè)備停機(jī)維修時(shí)間大大增多；石英夾具會(huì)引起刻蝕速率不穩(wěn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種晶圓夾具，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的晶圓夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且容易在刻蝕晶圓的過程中被刻蝕受損，使用壽命短的技術(shù)問題。