[发明专利]一种离子束刻蚀系统

说明书

本发明公开一种离子束刻蚀系统，包括刻蚀腔体和刻蚀电极，还包括电极变位装置，用于使所述电极在所述刻蚀腔体内变化工作位置，所述电极变位装置包括动密封机构、电极动平衡配重机构、电极变位传动机构、以及电极变位驱动机构，所述刻蚀腔体包括腔室以及与所述腔室相连接的腔盖，所述腔室呈不规则形状。本发明的优点在于，可以实现对晶片的多角度刻蚀。另外，通过对刻蚀腔体的腔室形状进行特殊设计，能够节省占地空间，方便与其他外界设备连接，大幅度提高刻蚀工作效率。

技术领域

本发明属于半导体刻蚀技术领域，尤其涉及一种离子束刻蚀系统。

背景技术

随着半导体器件的发展，晶片图形精度越来越高，常规的湿法腐蚀由于难以避免的横向钻蚀，已经不能满足高精度细线条图形刻蚀的要求，于是逐步发展了一系列干法刻蚀技术。应用比较普遍的有等离子刻蚀、反应离子刻蚀、二极溅射刻蚀、离子束刻蚀。等离子刻蚀和反应离子刻蚀都离不开反应气体，刻蚀不同材料需要不同的反应气体及组分，需要不同的激励方式和激励条件。反应气体一般是氯化物或氟化物，还有的材料很难找到合适的反应气体，如Pt往往采用纯物理作用的二极溅射刻蚀或者离子束刻蚀。离子束刻蚀是由一个离子源提供离子，离子能量低密度大，对基片损伤小，刻蚀速率快。由于离子束刻蚀对材料无选择性，特别适用于一些对化学研磨、电介研磨难以减薄的材料的减薄。另外，离子束刻蚀是各向异性腐蚀，所以图形转移精度高，细线条的线宽损失小，离子束刻蚀只使用氩气即可，不需要反应气体，工艺安全，对环境污染小，运转成本低，尤其适于采用化学方法难以刻蚀的材料及精密的超薄膜刻蚀。

在半导体器件及晶片等的制造工艺中，刻蚀工艺是众多工艺中最频繁被采用的。集成电路制造的刻蚀工艺中，会部分或者全部刻蚀或者去除掉晶片上的某些材料。在所有的刻蚀工艺中，等离子体刻蚀以及离子束刻蚀(IBE)工艺越来越重要。尤其是随着晶片集成度提高，关键尺寸缩小，高选择比以及精确的图形转移等工艺需求的提高，更突显了等离子体刻蚀和离子束刻蚀的优点。

随着晶片关键结构从平面转向3D结构(例如：逻辑器件中的鳍式场效应晶体管(FinFET)结构)、先进存储器结构(例如：磁存储器(MRAM)和阻变存储器(ReRAM))这些器件结构对刻蚀工艺要求的精确度、重复性及工艺质量要求的越来越高。同时磁存储器这些器件制造过程中，有许多种特殊的金属材料及金属化合物材料需要使用刻蚀工艺。同时在等离子体刻蚀工艺过程中产生的刻蚀反应副产物大部分也是金属或者富含金属的薄膜。另外，部分刻蚀工艺过后的图形侧壁不陡直也需要工艺来补充修饰，通过实验观察发现离子束刻蚀过程中的离子溅射对以上三种问题可以进行极大的改进。同时，研究者还要注意到使用离子束刻蚀有可能会对已有的器件或者晶片结构造成损伤。因此迫切需要设计一种改进形式的离子束刻蚀系统来解决在先进器件制作过程中面临的此类问题。

目前存在的离子束刻蚀系统的真空腔体均为比较规则的圆柱形或矩形，该种形状占据空间比较大，比较笨重，其圆柱或矩形截面的腔体上与外界其他设备相连的面均为前后的两个平面，该平面的尺寸由圆柱面的直径来决定。在现有的设计中该部分腔体的体积都比较庞大，圆柱面直径也很大，因此导致前后两个平面在左后方向的空间里占地很大。当设备在该面上与外部占地空间也很大且具有两端向设备方向弯曲延伸的特征的设备部件连接时，两种设备之间很大可能会存在干涉，这就导致该离子束刻蚀系统使用时受诸多限制，从而在与外界其他设备相连时受到比较多的限制。

发明内容

为了解决现有技术中刻蚀系统容易对器件或晶片结构造成损伤，刻蚀图案精确度不高，占据空间大，工作时与其他设备相连受限制较多的技术缺陷，本发明提供了一种离子束刻蚀系统，实现的目的为，占据空间合理，工作时方便与其他设备相连接，能够多角度进行刻蚀。

为了实现上述目的，本发明提供一种离子束刻蚀系统，包括刻蚀腔体和刻蚀电极，还包括电极变位装置，用于使所述电极在所述刻蚀腔体内变化工作位置，所述电极变位装置包括动密封机构、电极动平衡配重机构、电极变位传动机构、以及电极变位驱动机构。