CN103247507A - 一种复合等离子聚焦环及该聚焦环的更换方法 - Google Patents

Abstract

本发明应用于集成电路制造领域，尤其涉及一种复合等离子聚焦环及该聚焦环的更换方法，通过将传统的聚焦环划分为上下两个相对独立的上聚焦环和下聚焦环，并使得上聚焦环位于下聚焦环的上表面，同时设置上聚焦环的外径与下聚焦环的外径相等且上聚焦环内径大于下聚焦环的内径。在晶圆刻蚀过程中，聚焦环随着晶圆的刻蚀消耗到一定程度时，只需要对达到使用寿命的上聚焦环和/或下聚焦环进行更换，即可继续进行刻蚀工艺；还可通过单独更换不同规格的上聚焦环来满足不同的工艺生产要求，进而极大降低了生产成本，同时上下聚焦环凹凸不平的接触面也保证了上下聚焦环固定时的稳定性，提高了晶圆和聚焦环在生产中的安全性。

Description

一种复合等离子聚焦环及该聚焦环的更换方法

技术领域

本发明应用于集成电路制造领域，尤其涉及一种复合等离子聚焦环及该聚焦环的更换方法。

背景技术

在后段Oxide（氧化）刻蚀中，通常将wafer（晶圆）放置在硅（或SiC）制的Focus ring（聚焦环）上。Focus ring起到等离子体的聚拢作用，能够增加wafer表面特别是边缘区域的等离子浓度。另一方面，硅（或SiC）与Oxidewafer（氧化晶圆）成分相近，Focus ring相当于wafer的延展，在晶圆刻蚀过程中有利于增加晶圆的均匀性，保证晶圆的生产的工艺要求。

中国专利（申请号：201110403767.5）一种聚焦环、聚焦环组合、IMP喷溅组合，具体公开了一种聚焦环组合，包括：聚焦环；位于聚焦环外的安装钉，所述安装钉包括柱体和与膨大的背部，所述安装钉的背部固定在所述聚焦环的外表面上，所述柱体的内部设有螺纹孔。该申请专利通过在聚焦环上安装钉焊接在聚焦环的外表面，起到固定聚焦环的作用，增加聚焦环的使用寿命，但同时存在一定的局限性，聚焦环随着使用时间的增长逐渐被消耗，当消耗到一定量的时候，为了不影响晶圆的正常生产必须更换聚焦环以保证晶圆生产的工艺要求。现有的聚焦环一般为一个整体，更换聚焦环的话就需要整个进行更换，但是在实际生产过程中，聚焦环可能只是某个位置处的消耗比较严重而其他位置处完全符合晶圆的生产规格要求，进行整个聚焦环的更换造成一些不必要的浪费，增加了生产成本，同时为了满足晶圆不同的生产规格要求需要采用特殊尺寸的聚焦环，在实际生产中就需要准备各个不同规格和尺寸聚焦环，同样地，一旦某一处消耗不符合生产规格要求时就需要整个更换聚焦环，增加了企业的生产成本。

图1所示为现有技术中聚焦环的结构示意图，包括聚焦环1、静电吸盘2和晶圆3，聚焦环1为环形，静电吸盘2和晶圆皆为圆形，晶圆3平放在静电吸盘2的上方，且静电吸盘的边缘部分位于聚焦环1内侧的上端，聚焦环1、静电吸盘2和晶圆3的中心均重叠。

图2所示现有技术中聚焦环刻蚀后的剖面图，在晶圆刻蚀过程中，聚焦环产生消耗，如图2所示：将聚焦环定义4个关键位置：A、B、C、D，图示阴影区域为聚焦环刻蚀消耗的部分。在同一条件下，A、B两处的消耗速率相当，A、B两处的高度决定了聚拢等离子体的效果；C位于晶圆的下方，消耗量较小；不同工艺对D处的消耗量相差较多，但D消耗速率较A、B小，D处要求不断裂，保护下方的部件，这样D处的可刻蚀时间就比较长。由此，A、B厚度为聚焦环更换的关键。由于聚焦环的刻蚀不均匀性，往往A、B两处在制程中消耗比较严重而达到了使用寿命，需要对其进行更换，但其它地方如C、D位置处还具有一定的使用寿命可继续使用，传统的方法是将聚焦环进行整个替换，在大规模生产中以硅（或SiC）为材料的的聚焦环消耗量巨大，如果聚焦环因某处的消耗比较严重就对整个聚焦环进行更换，这无疑是一笔很大的开支，造成了一些不必要的浪费，增加了企业的生产成本，同时企业还需要根据晶圆的生产规格要求采购不同规格尺寸的聚焦环，同样的也增加了企业的采购成本和生产。

发明内容

本发明就以上现有技术的不足提供了一种复合等离子聚焦环及该聚焦环的更换方法，将现有技术中使用的聚焦环划分为上下两个独立的部分，包括上聚焦环和下聚焦环，互为独立的上聚焦环和下聚焦环都可根据实际使用以及消耗情况进行更换，当上聚焦环或下聚焦环某一位置处消耗严重需要更换时，将该位置处的部分聚焦环进行更换即可，相比较传统技术的生产方法降低了大量生产成本，同时减少了一些不必要的浪费。

本发明的技术方案为：

一种复合等离子聚焦环，所述复合等离子聚焦环应用于刻蚀工艺中，其中，所述复合等离子聚焦环包括上聚焦环和下聚焦环；

所述上聚焦环部分覆盖所述下聚焦环的上表面，所述上聚焦环的外径与所述下聚焦环的外径相同，且所述上聚焦环的内径大于所述下聚焦环的内径。

上述的复合等离子聚焦环，其中，进行所述刻蚀工艺时，所述下聚焦环暴露的部分上表面位于进行刻蚀工艺的晶圆的下方。

上述的复合等离子聚焦环，其中，所述上聚焦环和下聚焦环的接触面均是凹凸不平的。

上述的复合等离子聚焦环，其中，所述上聚焦环和底聚焦环材料均为硅或碳化硅。

上述的复合等离子聚焦环，其中，所述上聚焦环的厚度、内径均根据工艺需求设定。

一种更换聚焦环的方法，其中，利用上述任意一项所述的复合等离子聚焦环进行刻蚀工艺，包括以下步骤：

S1、将所述下聚焦环套设于刻蚀腔体中静电吸盘周围；

S2、将所述上聚焦环套固定在所述下聚焦环的上表面，并使所述上聚焦环的外径与所述下聚焦环的外径重叠；

S3、于所述静电吸盘的上表面放置进行刻蚀工艺的晶圆；

S4、在刻蚀腔内进行刻蚀工艺；

S5、在刻蚀工艺中，根据所述上聚焦环和所述下聚焦环的消耗量更换所述上聚焦环和/或所述下聚焦环；

其中，当所述上聚焦环固定在所述下聚焦环的上表面时，所述晶圆、所述静电吸盘、所述下聚焦环和所述上聚焦环的中心均重叠。

上述的更换聚焦环的方法，其中，所述上聚焦环达到使用使用寿命时，更换所述上聚焦环。

上述的更换聚焦环的方法，其中，所述下聚焦环达到使用寿命时，更换所述下聚焦环。

上述的更换聚焦环的方法，其中，所述上聚焦环和下聚焦环还可同时进行更换。

综上所述，本发明一种复合等离子聚焦环通过将传统的聚焦环划分为两个相对独立的上聚焦环和下聚焦环，在对刻蚀工艺中，将消耗严重达到使用寿命的单个聚焦环进行更换即可，无需对整个聚焦环进行更换，降低了生产成本，企业还可根据实际的生产工艺要求定制不同尺寸的上聚焦环，当某些工艺需要用到特殊尺寸的聚焦环时，我们仅需要更换相应尺寸的上聚焦环即可达到生产规格要求，进一步降低了生产成本，同时上下聚焦环采用的连接方式也保证了上下聚焦环连接的稳定性。

附图说明

图1为现有技术中聚焦环形貌位置的示意图；

图2为现有技术中聚焦环刻蚀后的剖面图；

图3为本发明复合等离子聚焦环形貌位置的示意图；

图4为本发明复合等离子聚焦环的形貌位置的俯视图；

图5为本发明复合等离子聚焦环刻蚀后的剖面图；

图6为本发明更换聚焦环的方法步骤示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

结合图3和图4，图3为本发明一种复合等离子聚焦环形貌位置的示意图，图4为本发明聚焦换的形貌位置的俯视图，如图3-4所示：包括聚焦环，晶圆3和静电吸盘2，聚焦环呈阶梯状分布且该聚焦环包括下聚焦环4和上聚焦环5，上聚焦环5部分覆盖下聚焦环4的上表面，上聚焦环5的外径与下聚焦环4的外径相同，且上聚焦环5的内径大于下聚焦环4的内径。晶圆3平放在静电吸盘2的上方，下聚焦环4暴露的部分上表面位于晶圆3的下方，下聚焦环4、上聚焦环5、静电吸盘2和晶圆3的中心均重叠。在本发明的实施例中，上聚焦环5与下聚焦环4的接触面均为凹凸不平的，在将上聚焦环5放置在下聚焦环4上表面时，凹凸不平的接触面可以增加上下聚焦环接触面的摩擦力，以保证上下聚焦环整体固定的稳定性。

图5为本发明一种复合等离子聚焦环刻蚀后的剖面图，图示阴影区域为聚焦环在刻蚀过程中消耗掉的部分，由此可见，上聚焦环5的A、B两处刻蚀速率较快，消耗也最明显，需要及时进行更换，而下聚焦环4消耗较小，规格还保持在生产要求的范围内，可继续使用。同时在本发明的具体实施例中，企业可根据不同的生成规格要求定制不同规格的上聚焦环，可对上聚焦环的高度、上表面与侧面的夹角以及环的直径以及其他规格进行定制，然后将不同规格的上聚焦环放置在下聚焦环上组合使用，以满足晶圆特殊工艺的生产需求，无需使用整个特殊规格尺寸的聚焦环，只需要更换相应尺寸的上聚焦环即可满足相同的生产要求，减少了生产成本。

例如，在现有技术的一个具体实施例中，对后端工艺AIO，使用设备E1，将晶圆、静电吸盘和聚焦环放置在刻蚀腔内进行刻蚀工艺，并进行射频步骤，A、B、D处刻蚀速率为0.165mm/100RFHrs（毫米/射频输出小时，即在100个射频输出小时内消耗0.165毫米）。其中，A、B最大消耗量为1mm，使用寿命为606RFHrs，D处最大消耗量为2.5mm，使用寿命为1515RFHrs，由此可见，A、B两处的最大消耗量远大于D位置处的消耗，同时较D处使用寿命也较短。对后段工艺PASS2使用设备E2，A、B处刻蚀速率为0.82mm/100RFHrs，最大消耗量为1mm，使用寿命为121RFHrs；D处刻蚀速率为0.545mm/100RFHrs，最大消耗量为2mm，使用寿命为366RFhrs。假设原聚焦环价格为1，复合型聚焦环价格预计为1.2，其中上聚焦环价格为0.4，下聚焦环价格为0.8。传统的聚焦环如需更换3次，费用为1*3=3，使用本发明设计的聚焦环后，仅仅需要更换3个上聚焦环和1个下聚焦环即可，费用为0.4*3+0.8*1=2，由此可见采用本发明的设计的聚焦环可节省1/3的费用，极大地降低了企业的生产成本。

图6为本发明一种更换聚焦环的方法的步骤示意图，包括以下步骤：

S1、将下聚焦环套设于刻蚀腔体中静电吸盘周围；

S2、将所述上聚焦环套固定在所述下聚焦环的上表面，并使所述上聚焦环的外径与所述下聚焦环的外径重叠；由于上聚焦环和下聚焦环的接触面为凹凸不平的，将上聚焦环放置在下聚焦环上可带来较好的稳定性，避免在生产过程中上下聚焦环产生滑动从而可能对晶圆生产造成一些不利影响；

S3、于所述静电吸盘的上表面放置进行刻蚀工艺的晶圆，同时保证晶圆、静电吸盘、下聚焦环和上聚焦环的中心均重叠，从而使晶圆位于聚焦环的正中心处，保证晶圆各位置处的刻蚀速率相等；

S4、在刻蚀腔内进行刻蚀工艺；

S5、在刻蚀工艺中，上聚焦环和下聚焦环产生一定量的消耗，企业根据上聚焦环和下聚焦环的消耗量更换上聚焦环和/或下聚焦环，当上聚焦环到达使用寿命时，更换上聚焦环即可，同样的，当下聚焦环达到使用寿命时，更换下聚焦环。企业可根据不同位置处的消耗更换掉相应位置处的聚焦环，无需每次都要对整个聚焦环进行更换，极大降低了生产成本。

综上所述，本发明将传统的聚焦环划分为两个独立的上聚焦环和下聚焦环，并使得上聚焦环位于下聚焦环的上表面，同时设置上聚焦环的外径与下聚焦环的外径相等且上聚焦环内径大于下聚焦环的内径。在晶圆刻蚀过程中，聚焦环随着晶圆的刻蚀消耗到一定程度时，只需要对达到使用寿命的上聚焦环和/或下聚焦环进行更换，即可继续进行刻蚀工艺；还可通过单独更换不同规格的上聚焦环放置在下聚焦环上进而来满足不同的工艺生产要求，进而极大降低了生产成本，同时上下聚焦环凹凸不平的接触面也保证了上下聚焦环固定时的稳定性，提高了晶圆和聚焦环在生产中的安全性。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种复合等离子聚焦环，所述复合等离子聚焦环应用于刻蚀工艺中，其特征在于，所述复合等离子聚焦环包括上聚焦环和下聚焦环；

所述上聚焦环部分覆盖所述下聚焦环的上表面，所述上聚焦环的外径与所述下聚焦环的外径相同，且所述上聚焦环的内径大于所述下聚焦环的内径。

2.根据权利要求1所述的复合等离子聚焦环，其特征在于，进行所述刻蚀工艺时，所述下聚焦环暴露的部分上表面位于进行刻蚀工艺的晶圆的下方。

3.根据权利要求1所述的复合等离子聚焦环，其特征在于，所述上聚焦环和下聚焦环的接触面均是凹凸不平的。

4.根据权利要求1所述的复合等离子聚焦环，其特征在于，所述上聚焦环和底聚焦环材料均为硅或碳化硅。

5.根据权利要求1所述的复合等离子聚焦环，其特征在于，所述上聚焦环的厚度、内径均根据工艺需求设定。

6.一种更换聚焦环的方法，其特征在于，利用上述权利要求1-6中任意一项所述的复合等离子聚焦环进行刻蚀工艺，包括以下步骤：

S1、将所述下聚焦环套设于刻蚀腔体中静电吸盘周围；

S2、将所述上聚焦环套固定在所述下聚焦环的上表面，并使所述上聚焦环的外径与所述下聚焦环的外径重叠；

S3、于所述静电吸盘的上表面放置进行刻蚀工艺的晶圆；

S4、在刻蚀腔内进行刻蚀工艺；

S5、在刻蚀工艺中，根据所述上聚焦环和所述下聚焦环的消耗量更换所述上聚焦环和/或所述下聚焦环；

其中，当所述上聚焦环固定在所述下聚焦环的上表面时，所述晶圆、所述静电吸盘、所述下聚焦环和所述上聚焦环的中心均重叠。

7.根据权利要求6所述的更换聚焦环的方法，其特征在于，所述上聚焦环达到使用使用寿命时，更换所述上聚焦环。

8.根据权利要求7所述的更换聚焦环的方法，其特征在于，所述下聚焦环达到使用寿命时，更换所述下聚焦环。

9.根据权利要求7-8所述的更换聚焦环的方法，其特征在于，所述上聚焦环和下聚焦环还可同时进行更换。

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