[发明专利]一种离子束刻蚀腔体清洗装置

说明书

本发明公开了一种离子束刻蚀腔体清洗装置，包括设置在离子束刻蚀腔体中的U形电极；离子束刻蚀腔体分别与惰性气体源和真空机组相连接；U形电极位于刻蚀电极和矩形侧壁之间，其能绕过刻蚀电极在离子束刻蚀腔体中进行180°转动；U形电极中通入高压电源；U形电极包括横向电极和两根相互平行的竖向电极；横向电极至弧形侧壁之间的距离与竖向电极至对应半圆形侧壁之间的距离相等。本发明在不影响离子束刻蚀效果和不增加离子束刻蚀机体积的前提下，通过在离子束刻蚀腔体内增加一个能转动的U形电极，实现对离子束刻蚀腔体内壁面附着物的均匀清洗。另外，采用惰性气体Ar,He,Ne作为清洗气体，不会对离子束刻蚀腔体造成腐蚀。

技术领域

本发明涉及半导体器件及芯片等制造领域，特别是一种离子束刻蚀腔体清洗装置。

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，另外还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。

离子束刻蚀机是一种高真空刻蚀设备，其采用物理刻蚀方式，利用专门的离子源产生离子束，经过加速的离子束可对任何材料实现各向异性刻蚀。材料基片用于刻蚀时，材料基片表面有一层掩膜材料，其上有已经光刻好的图形，材料基片上要去除部分的掩膜材料已去除，离子束将未被掩膜材料遮挡的部分轰击掉。离子束刻蚀机主要用于Au、铂Pt、NiCr 合金、铜Cu等金属薄膜进行干法刻蚀。

然而，当反应腔体使用时间较长时，刻蚀非挥发性副产物会附着在腔体内壁上，随着刻蚀工艺进行，腔体壁沉积物不断堆积开裂会出现以下问题：

1、沉积物的堆积使得工艺过程中的腔室环境不断变化，这种变化影响到刻蚀速率及其均匀性等工艺参数，造成刻蚀工艺的漂移。

2、沉积物开裂会在反应腔室内产生大量的颗粒，使得产品的良率显著降低。

因此，为提高刻蚀的稳定性，在执行刻蚀工艺之前，通常会对反应腔体进行清洗。

常规的清洗方法为呼吸式清洗法，即向腔室充入一定的气体，再将腔室气体抽出，同时也将污染物连带抽走，如此往复达到了清洗的目的。由于腔体沉积物多为含硅化合物，在等离子体条件下，含氟气体能与沉积物中含硅化合物反应生成易挥发物，因而呼吸式清洗中的清洗气体多采用含氟气体，如CF4，NF3等。然而，由于离子束刻蚀机的腔体为不锈钢腔体，此含氟气体会对不锈钢有腐蚀性，因此不可采用。

另外，等离子刻蚀干法清洗原理是在反应腔没有晶圆的情况下，通入清洗用反应气体，在不开启下电极的同时开启上电极生成等离子体，这种等离子体同腔室表面的沉积物发生各向同性的化学刻蚀，生成易挥发性物质，通过真空系统抽出腔体，从而达到去除腔室表面沉积物的作用。然而，此种清洗方法由于以下原因不能再离子束刻蚀腔体中进行使用：

1、等离子刻蚀机具有上电极和下电极，然而离子束刻蚀机没有上电极，此方法也不可行。