一种XeF2刻蚀设备及使用方法与流程

本发明涉及刻蚀，更具体的说涉及一种xef2刻蚀设备及使用方法。

背景技术：

1、xef2在未蒸发状态下为白色固体，室温下具有3.8torr的饱和蒸气压，可以在常温下和si产生化学反应，形成气态xe，sif4等化合物：2xef2+si—>2xe(g)+sif4(g)。在微电子器件制造中，广泛应用xef2来刻蚀si材料，也可以刻蚀mo、w、ti、zr、v、ta等材料。

2、用xef2来刻蚀si，相对于湿法刻蚀、其他cf4、sf6、cl2等干法刻蚀，有几大优点：

3、1、该刻蚀无需外加能量(如加热、离子源等)，刻蚀设备和方法简单。

4、2、这是一种干法刻蚀，其刻蚀反应物都具有挥发性，均可以由真空系统抽除；辅以尾气燃烧处理，几乎没有刻蚀污染。

5、3、该刻蚀对于在微电子器件制造中常用材料，如sio2、光刻胶、al薄膜等具有很高的选择比，通常>1000：1；所以，该刻蚀不会对这些材料造成损伤，也可以用这些材料作为掩膜，同时也有利于将si刻蚀“干净、彻底”，使得成型结构“free-standing”，基本不会“粘着”基体。

6、4、该刻蚀是一种各向同性刻蚀；可以在si材料的各个方向刻蚀，非常适合于“掏空”(刻蚀)表面膜层下的si材料，形成表面膜层的悬浮结构。

7、5、该刻蚀具有很高的刻蚀速率，通常可以达到若干μm/min。

8、但是在用xef2来刻蚀si的使用中，也发现很多问题：

9、1、样品置于空气中，通常会在样品待刻蚀的si表面形成sio2，这严重降低了si的刻蚀速率和刻蚀均匀性，甚至导致刻蚀停止，所以通常在刻蚀xef2之前，将样品用hf适当侵泡，除去表面sio2，并用去离子水清洗，烘干，再将样品放入设备进行刻蚀。这严重降低了刻蚀工艺的精度和可靠性，不利于微电子产品的工业化连续生产。

10、2、同时，刻蚀腔体中如果残留水蒸气气压过高，则会导致xef2刻蚀过程中产生的f和h2o产生化学反应，产生hf，会刻蚀作为掩膜的sio2层，所以，刻蚀腔体内必须保持极低的水蒸汽偏压。

11、3、xef2极其昂贵。目前，xef2刻蚀设备通常采用两种刻蚀方法：连续刻蚀和脉冲刻蚀。前者在刻蚀腔体中连续导入xef2气体，保持气体气压，控制刻蚀时间，以达到刻蚀的厚度和其他要求。后者则在刻蚀腔体中导入xef2气体，当达到预设压力时，即停止导入气体，并关闭抽气阀门；腔体中的压力在xef2气体刻蚀si的过程中升高，当达到预设压力时，即打开抽气阀门抽真空；当真空到达预定值时，即关闭抽气阀门，并在刻蚀腔体中再次导入xef2气体，形成一个循环。通常，需要多个(1～100)循环，才能完成刻蚀的厚度和其他要求。两种方法，刻蚀过程中未参与刻蚀的xef2气体，均被真空泵抽走，造成浪费。同时，由于气体在扩展腔体和刻蚀腔体之间的扩散，一旦达到压力平衡，气体流动性减小，非常不利于刻蚀的均匀性。

12、4、虽然xef2刻蚀，已经基本可以解决刻蚀结构与基体“粘着”问题，但是实际生产中，刻蚀成型的部件运动时还是有“滞涩”现象，即刻蚀最终未能形成非常光滑的、free-standing的悬浮件，影响产品的质量和产能。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种xef2刻蚀设备，该xef2刻蚀设备能够可对工件/晶圆进行真空上载和转运，并且晶圆进行表面等离子体预清洁、xef2刻蚀、再次表面等离子体预清洁、sam沉积以及下载，从而完成整个xef2刻蚀和sam沉积过程，并且xef2刻蚀和sam沉积均能够保证均匀性。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、一种xef2刻蚀设备，包括：

4、上载腔体，其用于上载需要刻蚀的工件或晶圆，且与外界之间设置有第一真空阀门；

5、运输腔体，其内部设有机械手，并且分别与上载腔体、沉积自组装单分子层模块、等离子体刻蚀腔体和xef2刻蚀工艺模块连接，且运输腔体与上载腔体、沉积自组装单分子层模块、等离子体刻蚀腔体和xef2刻蚀工艺模块之间均设置有第二真空阀门；

6、沉积自组装单分子层模块，其包括沉积腔体，用于对工件或晶圆进行sam沉积；

7、等离子体刻蚀腔体，其用于对工件或晶圆进行等离子体刻蚀；

8、xef2刻蚀工艺模块，其包括xef2刻蚀腔体，用于对工件或晶圆进行xef2刻蚀；

9、xef2刻蚀设备的使用方法，包括如下步骤：

10、s1、打开第一真空阀门，将晶圆置于上载腔体内，随后关闭第一真空阀门，并对上载腔体内进行抽真空；

11、s2、当上载腔体内真空度达到预定值后，打开上载腔体与运输腔体之间的第二真空阀门，运输腔体内的机械手将晶圆载入值运输腔体内，随后关闭运输腔体与上载腔体之间的第二真空阀门；

12、s3、打开等离子体刻蚀腔体与运输腔体之间的第二真空阀门，运输腔体内的机械手将晶圆载入到等离子体刻蚀腔体内，随后关闭等离子体刻蚀腔体与运输腔体之间的第二真空阀门；

13、s4、在离子体刻蚀腔体内施加电源等产生等离子体，对晶圆作表面等离子体预清洁；

14、s5、等离子体预清洁完毕后，打开离子体刻蚀腔体与运输腔体之间的第二真空阀门，机械手将晶圆取出，同时，打开xef2刻蚀腔体与运输腔体之间的第二真空阀门，运输腔体内的机械手将晶圆载入xef2刻蚀腔体内，随后关闭xef2刻蚀腔体与运输腔体之间的第二真空阀门；

15、s6、在xef2刻蚀腔体内，对晶圆实施多个非稀释脉冲刻蚀工艺、多个稀释脉冲刻蚀工艺、多个非稀释连续刻蚀工艺或者多个稀释连续刻蚀工艺中的任意一种，以完成对晶圆的xef2刻蚀；

16、s7、xef2刻蚀结束后，打开xef2刻蚀腔体与运输腔体之之间的第二真空阀门，机械手将晶圆取出，同时，打开离子体刻蚀腔体与运输腔体之间的第二真空阀门，机械手将晶圆放入离子体刻蚀腔体内，在离子体刻蚀腔体内，施加电源等产生等离子体，对晶圆再次作表面等离子体预清洁；

17、s8、等离子体预清洁完毕后，打开离子体刻蚀腔体与运输腔体之间的第二真空阀门，机械手将晶圆取出，同时，打开沉积腔体与运输腔体之间的第二真空阀门，机械手将晶圆放入沉积腔体内；

18、s9、在沉积腔体内，对晶圆采用气泡法对晶圆沉积sam材料或者对晶圆采用气化法对晶圆沉积sam材料；

19、s10、sam沉积结束后，打开沉积腔体与沉积腔体之间的第二真空阀门，机械手将晶圆取出，同时打开沉积腔体与上载腔体之间的第二真空阀门，机械手将晶圆放入上载腔体中；

20、s11、将上载腔体破真空，即可将晶圆取出，完成整个xef2刻蚀和sam沉积过程。

21、进一步的，所述xef2刻蚀工艺模块还包括xef2气源、n2气源、扩展腔体、循环泵和第一真空泵组，所述xef2气源通过管路一与扩展腔体连接，且管路一上设有阀门一，所述n2气源通过管路二分别与管路一、扩展腔体和xef2刻蚀腔体连接，且管路二与管路一、扩展腔体、xef2刻蚀腔体和n2气源之间分别设有阀门五、阀门六、阀门七和气体流量计一，所述扩展腔体通过管路三与xef2刻蚀腔体连接，且管路三上设有阀门二，所述xef2刻蚀腔体与运输腔体连接，且xef2刻蚀腔体分别通过管路四、管路五与循环泵、第一真空泵组连接，管路四上设有阀门八，管路五上设有阀门三，所述扩展腔体通过管路六与第一真空泵组连接，且管路六上设有阀门四，所述循环泵分别通过管路七、管路八与扩展腔体、xef2刻蚀腔体连接，且管路七上设有阀门九，管路八上设置有阀门十。

22、进一步的，所述沉积自组装单分子层模块还包括载体气源、第一储藏罐、第二储藏罐和第二真空泵组，所述载体气源通过管路十一与沉积腔体连接，所述管路十一上设置有阀门十一，所述载体气源通过管路十二分别与第一储藏罐和第二储藏罐连接，且管路十二与第一储藏罐之间设有阀门十二和气体流量计二，管路十二与第二储藏罐之间设有阀门十三和气体流量计三，所述第一储藏罐和第二储藏罐分别通过管路十三与沉积腔体连接，所述沉积腔体与运输腔体连接，并且通过管路十四与第二真空泵组连接，且管路十四上设有阀门十四，所述第一储藏罐和第二储藏罐上均设置有加热装置。

23、进一步的，所述所述沉积自组装单分子层模块还包括载体气源、蒸汽器、第一储藏罐、第二储藏罐和第二真空泵组，所述载体气源通过管路十五与蒸发器连接，且管路十五上设有气体流量计四，载体气源通过管路十六分别与第一储藏罐和第二储藏罐连接，且载体气源与管路十六之间设置有气体流量计五，所述第一储藏罐、第二储藏罐与管路十六之间分别设置有阀门十五和阀门十六，所述第一储藏罐、第二储藏罐通过管路十七与蒸发器连接，并且第一储藏罐、第二储藏罐与管路十七之间分别设置有液体流量计一、液体流量计二，所述蒸发器通过管路十八与沉积腔体连接，所述沉积腔体与运输腔体连接，并且通过管路十九与第二真空泵组连接，且管路十九上设有阀门十七。

24、进一步的，一个非稀释连续刻蚀工艺过程包括如下步骤：

25、阀门一、二、三开启，其余阀门处于关闭状态，xef2气体进入xef2刻蚀腔体，同时计时器开始计时，并且同时连续调控阀门三，使得xef2刻蚀腔体内的压力达到指定值；

26、当设定刻蚀时间到达时，关闭阀门一、二，阀门三全开，将刻蚀腔体抽至低真空。

27、进一步的，一个稀释连续刻蚀工艺过程包括如下步骤：

28、阀门一、二、三、五开启，其余阀门处于关闭状态，xef2气体进入xef2刻蚀腔体，同时计时器开始计时，并且同时调控阀门三，使得刻蚀腔体内的压力达到指定值；

29、当设定刻蚀时间到达时，关闭阀门一、二、五，阀门三全开，将xef2刻蚀腔体等抽至低真空。

30、进一步的，一个非稀释脉冲刻蚀工艺过程，包括如下步骤：

31、阀门一开启，其余阀门处于关闭状态，xef2气体进入扩展腔体，当扩展腔体内气压达到预定值时，阀门一关闭；

32、阀门二、八、九开启，其余阀门处于关闭状态，同时计时器开始计时，且刻蚀腔体初始处于真空状态，xef2气体从扩展腔体扩散至xef2刻蚀腔体，并对xef2刻蚀腔体内的晶圆进行化学刻蚀，同时循环泵开始运转，充分均匀扩展腔体及xef2刻蚀腔体内的气体，当刻蚀腔体内压力达到预定值时，阀门二、九关闭，阀门八保持开启，同时阀门十开启，继续维持xef2刻蚀腔体内气体流动，直至计时器到达预定时间值；

33、阀门二和三开启，其余阀门处于关闭状态，扩展腔体和xef2刻蚀腔体中的xef2气体被第一真空泵组抽走，直到刻蚀腔体中的真空达到预定值；

34、阀门二和三关闭，阀门四打开，其余阀门处于关闭状态，扩展腔体xef2气体被第一真空泵组抽走，直到扩展腔体中的真空达到预定值，则关闭阀门四。

35、进一步的，一个稀释脉冲刻蚀工艺过程，包括如下步骤：

36、打开气体流量计一，阀门一、五开启，其余阀门处于关闭状态，n2和xef2气体进入扩展腔体，当扩展腔体气压达到预定值时，阀门一、五关闭；

37、阀门二、八、九开启，其余阀门处于关闭状态，同时计时器开始计时，且xef2刻蚀腔体初始处于真空状态，n2和xef2气体从扩展腔体扩散至刻蚀腔体，并对xef2刻蚀腔体内的晶圆进行化学刻蚀，同时循环泵开始运转，充分均匀扩展腔体及xef2刻蚀腔体内的气体，当xef2刻蚀腔体内压力达到预定值时，阀门二、九关闭；阀门八保持开启，同时阀门十开启，继续维持刻蚀腔体内气体流动，直至计时器到达预定时间值；

38、阀门二和三开启，其余阀门处于关闭状态，则扩展腔体和xef2刻蚀腔体中的xef2气体被第一真空泵组抽走，直到xef2刻蚀腔体中的真空达到预定值；

39、阀门二和三关闭，阀门四打开，其余阀门处于关闭状态，扩展腔体xef2气体被真空泵抽走，直到扩展腔体中的真空达到预定值，则关闭阀门四。

40、进一步的，xef2刻蚀需要1—100个脉冲刻蚀过程来完成晶圆刻蚀，并且在每个脉冲过程之间暂停0-300秒。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

42、本发明通过设置上载腔体、运输腔体、沉积自组装单分子层模块、等离子体刻蚀腔体和xef2刻蚀工艺模块，可对工件/晶圆进行真空上载和转运，并且晶圆进行表面等离子体预清洁、xef2刻蚀、再次表面等离子体预清洁、sam沉积以及下载，从而完成整个xef2刻蚀和sam沉积过程，并且xef2刻蚀和sam沉积均能够保证均匀性，并且在xef2刻蚀和sam沉积前均进行表面等离子体预清洁，能够降低表面杂质的影响，提高刻蚀和沉积的均匀性和速率。