[发明专利]一种刻蚀设备的边缘环

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体刻蚀设备的边缘环，更具体地，涉及一种半导体刻蚀设备边缘环的可消除刻蚀生成物在其上堆积并剥离缺陷的改进结构。

背景技术

干法刻蚀被用于半导体制造工艺中先进电路的小特征尺寸的精细刻蚀，是指以反应气体为主要媒体，在射频（RF)电场的作用下形成等离子体，对半导体材料进行刻蚀，得到所需要的器件外形结构。干法刻蚀主要包括等离子体刻蚀、离子铣和反应离子刻蚀等形式，并制造出多种不同种类的刻蚀设备。

一般在各种干法刻蚀设备的反应腔体中，衬底可通过机械法或静电力作用固定在阴极上。通常衬底的平面尺寸小于阴极。为了使刻蚀时射频能量集中作用在衬底表面，并避免暴露在衬底边缘的阴极遭受等离子体轰击、造成污染及阴极的快速损耗，在暴露的阴极边缘上方、环绕衬底装有边缘环（EdgeRing)。边缘环有时又被称为聚焦环（Focus Ring)，可将等离子体汇聚在正对衬底的区域，大大提高等离子体的均匀度；同时，通过遮挡作用保护阴极免受等离子体轰击。因此，边缘环的结构设计对设备的刻蚀性能具有重要影响。

Lam Research Corporation（兰姆研究有限公司）的机型为LAM AL-PADMetal的机台公开了一种如图1所示的边缘环。图1是现有技术的一种边缘环的结构剖视图，该边缘环在使用时水平设置在刻蚀设备腔体内的阴极上方，并遮蔽保护阴极免受等离子体轰击；边缘环具有平面结构的上、下表面1、4和竖直等高侧面5，边缘环设有环绕衬底的中心通孔3，通孔3位于边缘环上表面1的孔口设有汇聚射频能量的同心上台阶孔2，通孔3位于边缘环下表面4的孔口设有容纳衬底固定机构的同心下台阶孔12。该机台在AL-PAD（铝线刻蚀）制程中，会产生具有粘附性的刻蚀残留物。在整个制程作业中，残留物会随着气流的方向由机台下方的分子泵抽走大部分，但少数会残留在腔体中，及随气流方向粘附在边缘环上表面的边缘。边缘环上表面边缘的附着物会随着堆积逐渐变多，然后因粘附不牢固，常常产生聚合物剥离（polymer peeling）现象，造成对腔体的污染，影响了良率。而且，机台正常的清扫周期也常常达不到，影响了生产率。

上述刻蚀残留物粘附在边缘环上表面边缘的发生机理，可通过图2来说明。图2是现有技术的刻蚀机台腔体中气流走向示意图。如图所示，边缘环6水平设置在刻蚀设备腔体7内的阴极13上方，腔体7中的气流在机台下方分子泵（图略）的抽吸作用下，形成沿图中箭头方向的气流走向。气流在边缘环6上表面处形成近似水平的走向，然后在越过边缘环上表面边缘后改向向下被吸走。由于气流走向的特点，气流在边缘环上表面边缘部位的水平带动力相对较弱；而现有技术的边缘环上表面为平面，与其侧面形成直角，气流要克服在此平面部位的摩擦阻力带走气流中携带的刻蚀残留物，本身需要较大的带动力。这两个因素使得气流中携带的刻蚀残留物容易受重力作用落在边缘环上表面的边缘部位，并由于在此部位气流的带动力小而逐渐堆积。再加上刻蚀残留物本身又具有粘附性，更加强了残留物的粘附作用，以致在边缘环上表面的边缘部位越积越多，最后因粘附不牢固，产生聚合物剥离，造成对腔体的污染。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种可消除刻蚀生成物在边缘环上表面的边缘部位堆积并剥离缺陷的边缘环改进结构，通过将边缘环上表面的水平平面改进为向所述侧面方向的向下倾面结构，减小了刻蚀生成物与边缘环上表面之间摩擦力的阻碍，降低了现有边缘环边缘的结构对刻蚀生成物的阻挡作用，使刻蚀生成物在腔体内沿倾面转折气流的带动力作用下，就可沿边缘环的下倾面易于被带走，解决了刻蚀生成物在现有边缘环上表面易堆积并剥离的问题，从而提高了机台生产周期和产品的良率。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种刻蚀设备的边缘环，水平设置在所述刻蚀设备腔体内的阴极上方并遮蔽所述阴极免受等离子体轰击，所述边缘环具有上、下表面和竖直等高侧面，所述边缘环设有环绕衬底的中心通孔，所述通孔位于所述边缘环上表面的孔口设有汇聚射频能量的同心上台阶孔，所述通孔位于所述边缘环下表面的孔口设有容纳衬底固定机构的同心下台阶孔；所述刻蚀设备下方设有分子泵，所述腔体内的气流形成自所述腔体上方向下、由所述边缘环上表面中心向外、并沿所述边缘环的轮廓从所述侧面与所述腔体之间的间隙向下的流向，并通过所述分子泵排出；所述边缘环的上表面具有向所述侧面方向的向下倾面，所述倾面引导所述腔体内流经的气流，沿所述倾面向下方转折，并从所述边缘环侧面与所述腔体之间的间隙向下通过所述分子泵排出。