專利名稱：半導體蝕刻裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種通過控制晶片邊緣上的蝕刻速率和活性氣體流量在晶片上進行完全均一的蝕刻的半導體蝕刻裝置。
背景技術：
通常使用制造半導體器件的蝕刻技術來形成由形成在半導體襯底上的層材料形成的期望的圖案，并需要用于上述處理的蝕刻裝置。
特別地，用于形成圖案的蝕刻裝置可以是等離子刻蝕裝置或者干法蝕刻裝置，上述的蝕刻裝置主要用于需要0.15μm下的設計規則的技術。
圖1說明干法蝕刻裝置。參照圖1，處理室10包括其上安裝晶片W的靜電卡盤11。下電極12提供在靜電卡盤11下面。上電極13提供在靜電卡盤11上方預定距離處。
活性氣體從提供上電極13處的處理室10的上方或一側供給處理室。
在晶片W穩定地安裝在處理室10的靜電卡盤11上的狀態下，活性氣體供給到處理室，同時射頻偏差施加到下電極12和上電極13。因此，等離子體產生在晶片W上并且等離子體與晶片W的層材料碰撞，進行蝕刻。
在使用等離子體的晶片W的蝕刻過程中，提供在靜電卡盤11上的晶片W的外側或者邊緣由也通常稱為頂圈的聚焦環14圍繞，因此等離子體可以濃縮和集中在晶片W之上。
在上述蝕刻過程中最重要的問題是晶片蝕刻的一致性。
由一定量的活性氣體和施加的RF偏壓產生的等離子體通常以橢圓形狀形成在晶片W上，在晶片的中心滿足與晶片W碰撞的等離子體離子的垂直運動，但是碰撞角度向晶片W的邊緣逐漸變小，如說明在上述的邊緣部分上的等離子體碰撞的圖2所示。
參照圖2，其上安裝晶片W的靜電卡盤11的頂表面具有小于晶片W外徑的外徑，并向靜電卡盤11的內部凹陷以便具有臺階形狀。
由與晶片W相同的材料形成的邊緣環15裝備在靜電卡盤11的臺階部分內部，并與靜電卡盤11一起從下面支撐晶片W的邊緣表面。
聚焦環14提供在邊緣環15的外側。聚焦環14和邊緣環15安裝在安裝在下電極12的上表面的外周處的陰影環(shadow ring)16上。
然而，以橢圓形分布在晶片W上的等離子體變得遲緩并具有小的碰撞角，特別是在晶片W的邊緣上，其引起晶片W具有如圖3所示的傾斜蝕刻圖案并不能同時蝕刻需要的深度，因而在晶片W的邊緣部分上引起許多圖案缺陷例如未開口的溝渠或者孔。
上述缺陷降低了半導體器件的產率并減小了最終器件的生產力和可靠性。
因此，希望在晶片的邊緣上提供顯示等離子體離子的改善垂直碰撞特性的半導體蝕刻裝置以在晶片的整個表面上制造均一的蝕刻速率。而且，如果當“翻轉(flipped over)”時使用裝置的邊緣環，從而擴展其有效期是所希望的。
根據本發明的一個方面，半導體蝕刻裝置包括處理室內的靜電卡盤、邊緣環構件和間隔物。按固定距離使靜電卡盤的頂部的周圍區域向下凹陷固定深度以形成下臺階環安裝部分。在一個本體中邊緣環構件具有外面部分和內部部分。外面部分具有大于靜電卡盤的環安裝部分的豎直面的高度的厚度，內部部分從外面部分的內徑表面向內凸出以便接近環安裝部分的豎直面。內部部分的上表面和下表面按照自外面部分的內徑上下表面相同高度分別向上和向下分級。間隔物構件具有環形，配置在靜電卡盤的環安裝部分的水平面上，適合于支撐邊緣環構件的內部部分，并具有與邊緣環構件的外面部分的下表面和內部部分的上表面之間高度相同的厚度。
根據本發明的另一個方面，形成在晶片的上表面上的等離子體的形成范圍貫穿邊緣環構件和用于向外擴展區域的間隔物構件，同時電場或者磁場與上述等離子體接觸，從而至少在晶片的邊緣加快與晶片碰撞的等離子體離子的碰撞速度。
下文給出的詳細說明和僅僅通過例圖的方式給出的附圖將使本發明被更充分地理解，因而不是對本發明的限制，其中圖1是說明常規蝕刻裝置的側面部分的剖視圖；圖2是部分地說明在常規蝕刻裝置中在晶片的邊緣上等離子體離子的碰撞狀態的放大剖視圖；圖3是部分地說明在常規蝕刻裝置中在晶片的邊緣上圖案缺陷例子的放大剖視圖；圖4是根據第一示范性實施例的半導體蝕刻裝置的主要部件的剖視圖；圖5是根據第一示范性實施例的圖4的主要部件的分離狀態的剖視圖；圖6是說明根據第一示范性實施例的分離的邊緣環構件和間隔物構件的一半部分的透視圖；圖7是說明根據第二示范性實施例的側面部分的剖視圖；圖8是說明根據第二示范性實施例的電磁體構件的安裝結構的平面圖；圖9是說明根據第三示范性實施例的側面部分的剖視圖；圖10是說明根據第三示范性實施例的磁鐵構件的安裝結構的平面圖；圖11是根據第四示范性實施例的透視圖；以及圖12是說明根據第四示范性實施例的側面部分的剖視圖。
具體實施例以下，參照圖4至12詳細描述示范性實施例。本領域的技術人員能夠理解本發明包含在許多不同的形式中，不局限于下面描述的實施例。下面各種實施例實質上是示范性的。
圖4是根據第一示范性實施例的半導體蝕刻裝置的主要部件的剖視圖。圖5表示說明圖4的主要部件的分離狀態的放大剖視圖，圖6指明圖4和5中所示邊緣環構件和間隔物構件的透視圖。
如圖所示，根據第一示范性實施例，其上安裝晶片的靜電卡盤110的上部的外圍區域按向其內側的固定距離向下凹陷預定深度以形成下階環安裝部分111。可以理解靜電卡盤110的上部的外圍區域指接近其頂表面的靜電卡盤110的外周處的區域。也就是說，如圖4所示，由豎直面112限定的靜電卡盤110的頂表面的外周小于由豎直面119限定的環安裝部分111的下階底部部分113的圓周。
在該配置中，靜電卡盤110的上表面小于安裝在靜電卡盤110上的晶片W的直徑。
在環安裝部分111處提供邊緣環構件120以便防止蝕刻靜電卡盤110的邊緣。更特別地，邊緣環構件120和間隔物構件130安裝在形成在靜電卡盤110的上部的外圍區域處的環安裝部分11的底部部分(水平表面)113上。邊緣環部件120具有在一個本體中每個是環狀的并具有相互不同厚度的外面部分121和內部部分122相連接的結構。有利地，邊緣環構件120包括與晶片W相同的材料。間隔物構件130支撐邊緣環構件120的內部部分122的側和底表面由此邊緣環構件120總是保持預定高度。
邊緣環構件120的外面部分121具有大于形成在靜電卡盤110的上表面的外圍區域處的環安裝部分111的豎直面112的高度的厚度。外面部分121的內徑等于或者大于環安裝部分111的內徑。形成從外面部分121的內徑表面向內凸出的邊緣環構件120的內部部分122以便接近環安裝部分111的豎直面112。內部部分122的上表面和下表面按照自外面部分121的內徑上下表面相相同的高度分別向下和向上的分級。
換句話說，在形成邊緣環構件120的外面部分121和內部部分122中，從外面部分121的內徑表面向內擴展預定長度，按分別從外面部分121的上表面和底面相等的高度向下和向上減少形成的長度的厚度。也就是說，邊緣環構件120的外面部分121的上表面和內部部分122的上表面之間的高度等于外面部分121的底面和內部部分122的底面之間的高度。
而且，從外面部分121的下表面到內部部分122的上表面的高度與環安裝部分111的豎直面112的高度相同。同樣，邊緣環構件120的內部部分122具有內部部分122的內徑表面接近并幾乎接觸靜電卡盤110的環安裝部分111的豎直面112的直徑。
在邊緣環構件120中，有利地，外面部分121的寬度在8.0～14.0mm之間，內部部分122的寬度在0.5～2.5mm之間。
在邊緣圈構件120的內部部分122中，處理上表面和下表面以具有鏡面拋光，在外面部分121中，通過研磨處理粗糙地處理上表面和下表面。
同時，提供在邊緣環構件120的內部部分122的下表面處的間隔物構件130具有對應于邊緣環構件120的外面部分121和內部部分122之間的分級高度的厚度。并具有平底以便安裝在靜電卡盤110的環安裝部分111的底部部分113上。
以內徑表面接近靜電卡盤110的環安裝部分111的豎直面112的上述尺寸形成間隔物構件130，并有利地間隔物構件130的寬度在0.2～2.5mm的范圍。
在邊緣環構件120的外側提供聚焦環140。聚焦環140和邊緣環構件120安裝在安裝在環安裝部分111之下的部分的靜電卡盤110的外周111處的陰影環150上。
圖7和8說明第二示范性實施例，在下面描述的示范性實施例中，同樣的參考符號用于同樣的部件。
如在第一示范性實施例中，其上安裝晶片的靜電卡盤110的上部的外圍區域按向內固定距離向下凹陷預定深度以形成下階環安裝部分111。也就是說，如圖4所示，由豎直面112限定的靜電卡盤110的頂表面的外周小于由豎直面119限定的環安裝部分111的下階底部部分113的圓周。
在該配置中，靜電卡盤110的上表面小于安裝在靜電卡盤110上的晶片W的直徑。
在環安裝部分111上提供邊緣環構件120以便防止蝕刻靜電卡盤110的邊緣。更特別地，由邊緣環構件120和間隔物構件130構成的邊緣環安裝在形成在靜電卡盤110的上表面的外圍區域處的環安裝部分111，上述結構與上述的第一示范性實施例相同。
也就是說，邊緣環構件120具有其中在一個本體中每個都是環狀并具有相互不同厚度的外面部分121和內部部分122連接的結構，間隔物構件130支撐邊緣環構件120的內部部分122的側和下表面所以邊緣環構件120總是保持預定高度。
邊緣環構件120的外面部分121具有大于形成在靜電卡盤110的上部的外圍區域處的環安裝部分111的垂直面112的高度的厚度。外面部分121的內徑等于或者大于環安裝部分111的內徑。形成從外面部分121的內徑表面向內凸出的邊緣環構件120的內部部分122以便接近環安裝部分111的豎直面112。內部部分122的上部和下部按照自外面部分121的內徑上下表面相相同的高度分別向下和向上的分級。換句話說，邊緣環構件120的外面部分121的上表面和內部部分122的上表面之間的高度等于外面部分121的底面和內部部分122的底面之間的高度。
而且，從外面部分121的下表面到內部部分122的上表面的高度等于環安裝部分111的豎直面112的高度。同樣，邊緣環構件120的內部部分122具有內部部分122的內徑表面接近并幾乎接觸靜電卡盤110的環安裝部分111的豎直面112的直徑。
有利地，邊緣環構件120的外面部分121的寬度在8.0～14.0mm之間，內部部分122的寬度在0.5～2.5mm之間。
處理邊緣環構件120的內部部分122的上表面和下表面以具有鏡面拋光，通過研磨處理粗糙地處理外面部分121的上表面和下表面。
同時，形成定速構件(pacer member)130作為待安裝在靜電卡盤110中的環安裝部分111的水平面上的平板，具有對應于邊緣環構件120的外面部分121和內部部分122之間的臺階的高度的厚度。在間隔物構件130中，形成具有足夠接近靜電卡盤110的豎直面112的尺寸的內徑表面。有利地，間隔物構件130具有0.2～2.5mm的寬度。
在邊緣環構件120的外側提供聚焦環140。聚焦環140和邊緣環構件120安裝在安裝在環安裝部分111之下的部分的靜電卡盤110的外周的陰影環150上。
提供在靜電卡盤110的環安裝部分111處的邊緣環構件120和間隔物構件130的結構與第一示范性實施例的相同。然而，第二示范性實施例包括特別地提供在處理室100的上外壁上的電磁體構件200，通過圍繞著磁性材料(例如，鐵)的環形芯纏導電線卷形成電磁體構件200。
如圖8所示，通過多次纏具有環狀鐵芯形狀的電磁感應圈210獲得電磁體構件200，并以圍繞處理室100的外表面的形狀提供。在比處理室100中的等離子體形成高度更高的位置將電磁體構件200固定到處理室100的外壁上。
當電源施加到上述的電磁體構件200以便電流在圖中箭頭指示的方向上流動，根據法拉第原理電場具有向下的方向，因而增加了形成在晶片W上的等離子體離子的碰撞速度。
此時，加快等離子體離子，因此不僅在中央而且在晶片W的邊緣改善了蝕刻特性。
換句話說，還通過邊緣環構件120增加等離子體形成范圍，電場也與等離子體接觸因此加速了向晶片的等離子體，從而特別地在晶片W的邊緣上執行具有充分的垂直深度的蝕刻。
圖9和10說明本發明的第三示范性實施例的結構。
有利地，靜電卡盤110、環安裝部分、豎直面112、邊緣環構件120(包括外面部分121和內部部分122)、間隔物構件130、聚焦環140、和陰影環150具有如上面關于第一和第二示范性實施例詳細描述的相同的結構和特性。因此，這里不再重復這些元件的詳細論述。
然而，在第三示范性實施例中，在比等離子體形成區域更高的位置沿著處理室100的外壁的上部提供多個磁鐵構件300。
這里，每個磁鐵構件300由互相對應的N和S極點形成。沿著處理室100的外壁以相同的序列排列磁鐵構件300以便當磁鐵沿處理室100的外壁圓周地排列時，每個磁鐵的N極比靠近在前磁鐵構件的N極更靠近在前磁鐵的S極點。
通過產生在N和S極點之間的磁場形成具有向下方向的磁力，這些磁力與處理室100中的等離子體接觸。因此，與第二示范性實施例類似，根據法拉第原理提供磁鐵構件300以向晶片W加快等離子體離子。
此時，形成在處理室100的外壁的周邊部分的上的磁場大于形成在處理室100的中心的磁場。因而，可以使晶片W的邊緣上的等離子體比上述圖2所示的例子更垂直地對準。
而且，還通過邊緣環構件120擴展等離子體形成范圍，當磁場與等離子體接觸時，向晶片加速等離子體離子，從而執行具有垂直剖面和充分深度的蝕刻。
同時，由于初級磁場的N極和S極，初級磁場形成在每個磁鐵構件300中，但是由于鄰近磁鐵構件300的效果也形成寄生磁場。由于鄰近磁鐵構件300而形成在特別的磁鐵構件300中的磁場與形成在特別的磁鐵構件300本身中的初級磁場具有相反的方向。因而，最渴望使磁鐵構件300具有足夠大的距離以減少或者除去形成在鄰近磁鐵構件300中的磁場的影響。
圖11和12說明第四示范性實施例的結構。
有利地，靜電卡盤110、環安裝部分、豎直面112、邊緣環構件120(包括外面部分121和內部部分122)、間隔物構件130、聚焦環140、和陰影環150具有如上面關于第一和第二示范性實施例所述的相同的結構和特性。因此，這里不再重復這些元件的詳細論述。
然而，第四示范性實施例包括具有沿著集中于等離子體形成區域的處理室100外壁提供的長方形形狀的多個電磁體構件400。
通過將電磁感應圈纏到長方形環形鐵芯上形成電磁體構件400，沿著處理室100的外壁裝備上述的電磁體構件400以便將電磁體構件400的中間高度部分定位在處理室100的等離子體形成區域。
當電源施加到長方形形狀的電磁體構件400時，電場經電磁體構件400與等離子體的外側接觸，并向晶片W加速等離子體離子。
也就是說，當等離子體離子加速并在晶片W的邊緣與晶片W碰撞時，蝕刻圖案的垂直度得到改善，圖案形成充分的深度。
根據上面描述的示范性實施例，邊緣環的結構改進可以擴展形成在晶片W上的等離子體的形成范圍，以便晶片W的邊緣上的等離子體的碰撞角度具有幾乎垂直性質，從而依次改善蝕刻圖案的垂直狀態并至少在晶片的邊緣同時地加快等離子體的碰撞速度從而獲得垂直性質需要的充分的蝕刻深度以防止誤差，例如非開口問題。
如上所述，根據示范性實施例，由與晶片W相同的材料形成的邊緣環構件還擴展到晶片外側，因而形成在晶片W上的等離子體的形成范圍也擴展，從而經等離子體離子增加碰撞角度垂直性并同時通過向下電場或者磁場與等離子體離子之間的接觸至少在晶片W的邊緣加快等離子體離子的碰撞速度。因此，改善了形成在晶片W的邊緣處的圖案的垂直性，同時執行蝕刻以具有精確圖案的要求深度。
因此，獲得晶片W上的完全均一蝕刻效率并且生產量增加，增強具有經濟優點的產品的可靠性。
在不背離本發明的精神或者范圍的情況下可以對本發明進行修改和變化對本領域的技術人員來說是顯而易見的。因而，本發明覆蓋歸入附加要求和他們的等效范圍之內的本發明的任何上述修改和變化。因此，看出這些及其他改變和修改都在如附加權利要求所定義本發明的真正的范圍之內。
權利要求
1.一種半導體蝕刻裝置，包括處理室內的靜電卡盤，按固定距離向下凹陷固定深度以形成下臺階環安裝部分的靜電卡盤的頂部的周圍區域；在一個本體中具有外面部分和內部部分的邊緣環構件，外面部分具有大于靜電卡盤的環安裝部分的豎直面的高度的厚度，內部部分從外面部分的內徑表面向內凸出以便接近環安裝部分的豎直面，內部部分的上表面和下表面按照自外面部分的內徑上下表面相同高度分別向上和向下分級；以及具有環形并配置在靜電卡盤的環安裝部分的水平面上的間隔物構件，間隔物構件適合于支撐邊緣環構件的內部部分的下表面，并具有與邊緣環構件的外面部分的下表面和內部部分的上表面之間高度相同的厚度。
2.權利要求1的裝置，其中從邊緣環構件的外面部分的下表面到內部部分的上表面的高度與環安裝部分的垂直表面的高度相同。
3.權利要求1的裝置，其中使間隔物構件的內徑表面適合接近靜電卡盤的環安裝部分的垂直表面。
4.權利要求1的裝置，還包括配置在邊緣環構件的外周的外側的聚焦環。
5.一種半導體蝕刻裝置，包括處理室內的靜電卡盤，按固定距離向下凹陷固定深度以形成下臺階環安裝部分的靜電卡盤的頂部的周圍區域；在一個本體中具有外面部分和內部部分的邊緣環構件，外面部分具有大于靜電卡盤的環安裝部分的豎直面的高度的厚度，內部部分從外面部分的內徑表面向內凸出以便接近環安裝部分的豎直面，內部部分的上表面和下表面按照自外面部分的內徑上下表面相同高度分別向上和向下分級；具有環形并配置在靜電卡盤的環安裝部分的水平面上的間隔物構件，間隔物構件適合于支撐邊緣環構件的內部部分的下表面，并具有與邊緣環構件的外面部分的下表面和內部部分的上表面之間高度相同的厚度；以及在高于等離子體形成區的位置提供圍繞處理室的外壁的電磁構件，電磁構件包括圍繞磁性材料的環形芯纏繞的導電線圈。
6.權利要求5的裝置，其中從邊緣環構件的外面部分的下表面到內部部分的上表面的高度與環安裝部分的垂直表面的高度相同。
7.權利要求5的裝置，其中使間隔物構件的內徑表面適合接近靜電卡盤的環安裝部分的垂直表面。
8.權利要求5的裝置，其中當電流施加到電磁構件上時，使其適合在處理室中提供具有向下方向的電場。
9.權利要求5的裝置，還包括配置在邊緣環構件的外圍的外側的聚焦環。
10.一種半導體蝕刻裝置，包括處理室內的靜電卡盤，按固定距離向下凹陷固定深度以形成下臺階環安裝部分的靜電卡盤的頂部的周圍區域；在一個本體中具有外面部分和內部部分的邊緣環構件，外面部分具有大于靜電卡盤的環安裝部分的豎直面的高度的厚度，內部部分從外面部分的內徑表面向內凸出以便接近環安裝部分的豎直面，內部部分的上表面和下表面按照自外面部分的內徑上下表面相同高度分別向上和向下分級；具有環形并配置在靜電卡盤的環安裝部分的水平面上的間隔物構件，間隔物構件適合于支撐邊緣環構件的內部部分，并具有與邊緣環構件的外面部分的下表面和內部部分的上表面之間高度相同的厚度；以及在高于等離子體形成區的位置提供圍繞處理室的外壁的多個磁鐵構件，磁鐵構件具有與圍繞處理室的外壁排列的每個其他的相同的極性以便每個磁鐵構件的N極設置的比靠近鄰近磁鐵構件的N極更靠近鄰近磁鐵構件的S極。
11.權利要求10的裝置，其中從邊緣環構件的外面部分的下表面到內部部分的上表面的高度與環安裝部分的垂直表面的高度相同。
12.權利要求10的裝置，其中使間隔物構件的內徑表面適合接近靜電卡盤的環安裝部分的垂直表面。
13.權利要求10的裝置，其中定向磁鐵部件以便在具有向下方向的處理室內提供磁場。
14.權利要求10的裝置，還包括配置在邊緣環構件的外圍的外側的聚焦環。
15.一種半導體蝕刻裝置，包括處理室內的靜電卡盤，按固定距離向下凹陷固定深度以形成下臺階環安裝部分的靜電卡盤的頂部的周圍區域；在一個本體中具有外面部分和內部部分的邊緣環構件，外面部分具有大于靜電卡盤的環安裝部分的豎直面的高度的厚度，內部部分從外面部分的內徑表面向內凸出以便接近環安裝部分的豎直面，內部部分的上表面和下表面按照自外面部分的內徑上下表面相同高度分別向上和向下分級；具有環形并配置在靜電卡盤的環安裝部分的水平面上的間隔物構件，間隔物構件適合于支撐邊緣環構件的內部部分，并具有與邊緣環構件的外面部分的下表面和內部部分的上表面之間高度相同的厚度；以及沿外壁提供多個電磁構件，每個電磁構件包括圍繞磁性材料芯纏繞的導電芯并被修改以便對應于處理室內的等離子體形成區定位電磁構件中心。
16.權利要求15的裝置，其中從邊緣環構件的外面部分的下表面到內部部分的上表面的高度與環安裝部分的垂直表面的高度相同。
17.權利要求15的裝置，其中使間隔物構件的內徑表面適合接近靜電卡盤的環安裝部分的垂直表面。
18.權利要求15的裝置，其中當電流施加到電磁構件上時，使其適合在處理室中提供具有向下方向的電場。
19.權利要求15的裝置，還包括配置在邊緣環構件的外圍的外側的聚焦環。
全文摘要
半導體蝕刻裝置包括靜電卡盤，邊緣環以及間隔物。靜電卡盤包括環安裝部分。邊緣環具有外面部分和內部部分。外面部分具有大于環安裝部分的高度的厚度，放置內部部分以接近環安裝部分的豎直面。內部部分的上表面和下表面按照自外面部分的上下表面相同高度分別向上和向下分級。間隔物具有環形，并配置在環安裝部分的水平面上，支撐邊緣環構件的內部部分，并具有與邊緣環構件的外面部分的下表面和內部部分的上表面之間高度相同的厚度。
文檔編號H01L21/3065GK1725451SQ20051008487
公開日2006年1月25日 申請日期2005年7月19日 優先權日2004年7月20日
發明者崔成錫, 樸珍俊 申請人:三星電子株式會社