CN105990084A - 聚焦环、下电极机构及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种聚焦环、下电极机构及半导体加工设备。该聚焦环安装在卡盘外圈的上表面上设置的第一环形凹部内，卡盘用于承载基片，聚焦环或第一环形凹部的内径小于基片的直径，聚焦环内圈的上表面上设置有第二环形凹部，第二环形凹部的外径大于基片的直径，聚焦环的厚度大于第一环形凹部的深度，第二环形凹部的深度不小于聚焦环的厚度与第一环形凹部的深度的差值，在聚焦环内圈的下表面上还设置有所述第二环形凹部，以使聚焦环还可反向安装在第一环形凹部内。本发明提供的聚焦环，不仅可以实现成倍地提高聚焦环的使用寿命和利用率，从而可以提高经济效益；而且还可以简化下电极机构及半导体加工设备的维护过程。

Description

聚焦环、下电极机构及半导体加工设备

技术领域

本发明属于微电子加工技术领域，具体涉及一种聚焦环、下电极机构及半导体加工设备。

背景技术

在通常情况下，刻蚀机的下电极机构如图1A所示，其由上至下依次包括静电卡盘10、绝缘体11、基座12以及安装在基座12下方区域的其他控制机构和电气接口。其中，静电卡盘10用于采用静电吸附的方式固定基片S，并且，静电卡盘与射频电源电连接，以吸引等离子体朝向其运动，静电卡盘10外圈的纵断面呈台阶状，具有下凹且相连的环形结构的第一台阶101和第二台阶102，第二台阶102位于第一台阶101的外侧，且其台阶面低于第一台阶101的台阶面，第二台阶102上用于放置基环13，基环13采用石英材料制成，用于改善其所在区域的电磁场分布；第一台阶101上用于放置聚焦环14，聚焦环14均采用石英材料制成，聚焦环14内圈的纵断面呈台阶状，具有下凹且为环形结构的台阶141，如图1B和图1C所示，台阶141的台阶面相对静电卡盘10的上表面稍低；聚焦环14的上表面高于静电卡盘10的上表面，并且，台阶141的径向尺寸D1稍大于基片S的径向尺寸D2。

采用图1A所示的下电极机构在刻蚀工艺过程中，基片S被吸附固定在静电卡盘10上，腔室内大量的等离子体朝向基片高速运动，不断地对基片S上表面进行轰击刻蚀，同时会对聚焦环14的内圈部分进行较小程度的刻蚀，随着工艺时间的累积，聚焦环14的内圈部分损耗会越来越严重，如图1D所示，内圈部分被刻蚀损耗出现倾斜面142，该倾斜面142的出现会造成等离子体沿着倾斜面142对基片S下表面的边缘部分进行刻蚀，从而对基片S的边缘造成较为严重的破坏。

为解决上述问题，目前通常采用的方法为：定期更换聚焦环14，以避免聚焦环14的内圈部分刻蚀出现如图1D所示倾斜面142。但是，定期更换聚焦环14在实际应用中会存在以下问题：其一，造成每个聚焦环14的使用寿命较短或利用率低，需要提供较多数量的聚焦环14作为备件，从而造成经济成本较高；其二，更换聚焦环14的过程较复杂，从而造成下电极机构维护过程复杂。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种聚焦环、下电极机构及半导体加工设备，不仅可以实现成倍地提高聚焦环的使用寿命和利用率，从而可以提高经济效益；而且还可以简化下电极机构的维护过程。

为解决上述问题之一，本发明提供了一种聚焦环，安装在卡盘外圈的上表面上设置的第一环形凹部内，所述卡盘用于承载基片，所述聚焦环或所述第一环形凹部的内径小于所述基片的直径，所述聚焦环内圈的上表面上设置有第二环形凹部，所述第二环形凹部的外径大于基片的直径，所述聚焦环的厚度大于所述第一环形凹部的深度，所述第二环形凹部的深度不小于所述聚焦环的厚度与第一环形凹部的深度的差值，在所述聚焦环内圈的下表面上还设置有所述第二环形凹部，以使所述聚焦环还可反向安装在所述第一环形凹部内。

其中，所述聚焦环采用石英材料制成。

其中，所述聚焦环采用陶瓷材料制成。

其中，所述聚焦环内圈的上下表面设置的所述第二环形凹部的尺寸相同。

其中，所述聚焦环内圈的上下表面设置的所述第二环形凹部的尺寸不同。

本发明另一技术方案还提供一种下电极机构，包括卡盘和聚焦环，所述卡盘用于承载基片，且其外圈的上表面上设置有第一环形凹部，所述聚焦环安装在所述第一环形凹部内，所述聚焦环采用本发明另一技术方案提供的聚焦环。

其中，所述卡盘包括静电卡盘。

其中，所述卡盘与射频电源电连接，以吸引等离子体朝向所述卡盘运动。

其中，下电极机构还包括基座和绝缘体，所述基座用于承载所述卡盘，所述绝缘体设置在所述基座和所述卡盘之间。

本发明另一技术方案还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，所述反应腔室包括下电极机构，所述下电极机构采用本发明另一技术方案提供的下电极机构。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的聚焦环，其在聚焦环内圈的下表面上还设置有第二环形凹部，以使聚焦环还可反向安装在第一环形凹部内，反向安装指的是聚焦环的上下表面对调安装的方式，这使得每个聚焦环的上表面作为被刻蚀面被刻蚀出现如图1D所示的倾斜面时，聚焦环反向安装可使其下表面作为被刻蚀面被再次利用，因此，本发明提供的聚焦环与现有技术的聚焦环相比，可以被利用两次，也就是说，采用本发明提供的一个聚焦环相当于采用现有技术提供的两个聚焦环，从而可以实现成倍地提高聚焦环的使用寿命和利用率，避免聚焦环的浪费，进而可以提高经济效益；另外，由于借助反向安装聚焦环过程可替代一次更换聚焦环过程，因而可以省去卸载当前聚焦环并拿取另一个新的聚焦环过程，从而可以简化下电极机构的维护过程。

优选地，本发明提供的聚焦环采用石英材料制成，由于石英材料制成的聚焦环不使工艺结果产生偏差，因此，可以实现在保证不影响工艺结果的前提下成倍地提高聚焦环的使用寿命、利用率和简化下电极机构的维护过程。

另外优选地，本发明提供的聚焦环的上表面和下表面设置的第二环形凹部的尺寸相同，以保证聚焦环在反向安装前后对工艺影响相同，从而确保工艺的均匀性。

本发明提供的下电极机构，其采用本发明另一技术方案提供的聚焦环，不仅可以提高下电极机构的使用寿命和利用率，提高经济效益，而且还可以简化下电极机构的维护过程

本发明提供的半导体加工设备，其采用本发明另一技术方案提供的下电极机构，不仅可以提高半导体加工设备的使用寿命和利用率，提高经济效益，而且还可以简化半导体加工设备的维护过程。

附图说明

图1A为现有的刻蚀机的下电极机构的结构示意图；

图1B为图1A中聚焦环的俯视图；

图1C为图1B中沿B-B线的剖视图；

图1D为图1A所示的下电极机构随着工艺时间的累积之后的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的聚焦环沿图1B中B-B线的剖视图；

图3为下电极机构应用图2所示的聚焦环的结构示意图；

图4为图3所示的下电极机构中聚焦环被刻蚀损耗后的结构示意图；以及

图5为图4所示的下电极机构中聚焦环反向安装后的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的聚焦环、下电极机构及半导体加工设备进行详细描述。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的组件或具有相同或类似功能的组件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

图2为本发明实施例提供的聚焦环沿图1B中B-B线的剖视图；图3为下电极机构应用图2所示的聚焦环的结构示意图。请一并参阅图2和图3，本实施例提供的聚焦环20，用于安装在卡盘21外圈的上表面上设置的第一环形凹部211内，卡盘21用于承载基片S，聚焦环20或第一环形凹部211的内径d1的小于基片的直径d2，聚焦环20内圈的上表面上设置有第二环形凹部201，第二环形凹部201的外径D大于基片S的直径d2，聚焦环20的厚度H大于第一环形凹部211的深度h1，以使聚焦环20安装于第一环形凹部211内时聚焦环20的上表面高于卡盘21的上表面；第二环形凹部201的深度h2不小于聚焦环20的厚度与第一环形凹部211的深度的差值(即，H-h1)，以实现在聚焦环20安装在第一环形凹部211内时第二环形凹部201的底面不高于卡盘21的上表面，以使基片S的下表面与卡盘21充分接触，从而实现卡盘21对基片S稳定支撑固定。

并且，在聚焦环20内圈的下表面上还设置有上述第二环形凹部201，如图2和图3所示，以使聚焦环20还可反向安装在第一环形凹部211内。“反向安装”指的是聚焦环20的上下表面对调安装的方式，具体地，也就是说，使图3所示的聚焦环20上下翻转安装，以使上表面翻转作为下表面，同时下表面翻转作为上表面。

由此可知，本实施例提供的聚焦环20，可以使得每个聚焦环20的上表面作为被刻蚀面被刻蚀出现如图1D所示的倾斜面时，如图4所示，聚焦环20反向安装可使其下表面作为被刻蚀面被再次利用，如图5所示，因此，本发明提供的聚焦环20与现有技术的聚焦环相比，可以被利用两次，也就是说，采用本发明提供的一个聚焦环20相当于采用现有技术提供的两个聚焦环，从而可以实现成倍地提高聚焦环20的使用寿命和利用率，避免聚焦环20的浪费，进而可以提高经济效益；另外，由于借助反向安装聚焦环过程可替代一次更换聚焦环过程，因而可以省去卸载当前聚焦环并拿取另一个新的聚焦环过程，从而可以简化下电极机构的维护过程。

通过对刻蚀损耗后的聚焦环20分析发现：聚焦环20被刻蚀损耗的区域实际为其内圈部分，并且，刻蚀损耗形成的倾斜面在径向上的长度有限，因此，在聚焦环20反向安装后被刻蚀损耗后形成倾斜面的上表面还可以作为安装聚焦环的定位安装面，不会影响聚焦环20在其厚度方向上的安装尺寸，从而可以保证工艺的稳定性。

在本实施例中，聚焦环20采用绝缘材料制成，其具有以下两个作用：其一，第二环形凹部201的侧壁形成“环形挡墙”可将基片S限制在其内，从而实现对基片限位，保证基片S和卡盘21相对位置准确，以确保卡盘21为静电卡盘时对基片S充分吸附固定；其二，可以对分布在基片S边缘的等离子体进行局部控制，来保证基片边缘刻蚀的均匀性。

优选地，聚焦环20采用石英材料制成，由于石英材料制成的聚焦环20不使工艺结果产生偏差，因此，可以实现在保证不影响工艺结果的前提下，成倍地提高聚焦环的使用寿命、利用率以及简化下电极机构的维护过程。

另外优选地，本发明提供的聚焦环20内圈的上下表面设置的第二环形凹部201的尺寸相同，尺寸包括第二环形凹部201的外径D和深度h2，也就是说，聚焦环20的上下表面对称设置有第二环形凹部201，以保证聚焦环20在正向和反向安装对工艺影响相同，从而确保工艺的均匀性。

需要说明的是，在实际应用中，聚焦环20还可以采用陶瓷材料制成，由于陶瓷相对石英较耐刻蚀，因此，陶瓷聚焦环相对石英聚焦环被刻蚀损耗的程度有所减缓，从而可以进一步提高聚焦环的使用寿命和利用率。另外，聚焦环20内圈的上下表面设置的第二环形凹部201的尺寸还可以不同，只要满足第二环形凹部201的外径D大于基片S的直径d2以及深度h2不小于聚焦环20的厚度与第一环形凹部211的深度的差值即可。

作为另外一个技术方案，本发明还提供一种下电极机构，如图3所示，下电极机构包括卡盘21和聚焦环20，卡盘21用于承载基片S，且其外圈的上表面上设置有第一环形凹部211，聚焦环20安装在第一环形凹部211内，并且，聚焦环20采用本发明上述实施例提供的聚焦环20。

其中，卡盘21包括静电卡盘，具体地，在静电卡盘内设置有电极，该电极与直线电源电连接，以实现采用静电吸附方式固定基片。

卡盘21与射频电源电连接，以吸引等离子体朝向卡盘运动，从而增强等离子体运动的方向性。卡盘21还向基片S的背面吹氦气以对基片进行温控，基片S在向下的静电吸附力和向上的背吹氦气的作用力下稳定固定。在卡盘21内还设置有冷却管道，冷却液在该冷却管道流动且在其流动过程中与卡盘进行热交换，从而对卡盘21进行温控。在第一环形凹部211的底面还设置有内径大于其内径且外径相等的第三环形凹部212，在第三环形凹部212内安装有绝缘基环22，用于改善其所在区域的电磁场分布，以提高刻蚀均匀性，绝缘基环22采用诸如石英等绝缘材料制成。

下电极机构还包括基座23和绝缘体24，基座23设置在腔室的底面上，用于承载卡盘21，绝缘体24设置在基座23和卡盘21之间，用于使卡盘21和腔室电绝缘。

本发明实施例提供的下电极机构，其采用本发明另一技术方案提供的聚焦环，不仅可以提高下电极机构的使用寿命和利用率，提高经济效益，而且还可以简化下电极机构的维护过程。

再作为另外一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，反应腔室包括下电极机构，下电极机构采用上述实施例提供的下电极机构。

具体地，半导体加工设备包括刻蚀设备。

本发明实施例提供的半导体加工设备，其采用本发明另一技术方案提供的下电极机构，不仅可以提高半导体加工设备的使用寿命和利用率，提高经济效益，而且还可以简化半导体加工设备的维护过程。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种聚焦环，安装在卡盘外圈的上表面上设置的第一环形凹部内，所述卡盘用于承载基片，所述聚焦环或所述第一环形凹部的内径小于所述基片的直径，所述聚焦环内圈的上表面上设置有第二环形凹部，所述第二环形凹部的外径大于基片的直径，所述聚焦环的厚度大于所述第一环形凹部的深度，所述第二环形凹部的深度不小于所述聚焦环的厚度与第一环形凹部的深度的差值，其特征在于，在所述聚焦环内圈的下表面上还设置有所述第二环形凹部，以使所述聚焦环还可反向安装在所述第一环形凹部内。

2.根据权利要求1所述的聚焦环，其特征在于，所述聚焦环采用石英材料制成。

3.根据权利要求1所述的聚焦环，其特征在于，所述聚焦环采用陶瓷材料制成。

4.根据权利要求1所述的聚焦环，其特征在于，所述聚焦环内圈的上下表面设置的所述第二环形凹部的尺寸相同。

5.根据权利要求1所述的聚焦环，其特征在于，所述聚焦环内圈的上下表面设置的所述第二环形凹部的尺寸不同。

6.一种下电极机构，包括卡盘和聚焦环，所述卡盘用于承载基片，且其外圈的上表面上设置有第一环形凹部，所述聚焦环安装在所述第一环形凹部内，其特征在于，所述聚焦环采用权利要求1-5任意一项所述的聚焦环。

7.根据权利要求6所述的下电极机构，其特征在于，所述卡盘包括静电卡盘。

8.根据权利要求6所述的下电极机构，其特征在于，所述卡盘与射频电源电连接，以吸引等离子体朝向所述卡盘运动。

9.根据权利要求8所述的下电极机构，其特征在于，还包括基座和绝缘体，所述基座用于承载所述卡盘，所述绝缘体设置在所述基座和所述卡盘之间。

10.一种半导体加工设备，包括反应腔室，所述反应腔室包括下电极机构，其特征在于，所述下电极机构采用权利要求6-9任意一项所述的下电极机构。