CN111653469B - 应用于刻蚀设备内的聚焦环、其形成方法及刻蚀设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及刻蚀设备内的聚焦环，涉及半导体集成电路制造技术，采用具有不同导热系数的第一子聚焦环与第二子聚焦环及将其连接的连接件形成聚焦环，可根据期望的导热系数选择第一子聚焦环、第二子聚焦环和连接件的材质，而使形成的聚焦环具有期望的导热系数，而利于控制晶圆边缘的温度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造技术，尤其涉及一种刻蚀设备内的聚焦环。
背景技术
随着半导体技术的发展，半导体器件尺寸越做越小，半导体工艺规格也越来越严格，诸如片间差异、lot间差异、以及面内差异等等要达到最小化，甚至彻底消除。这意味着除了对工艺调节(process tuning)能力提出更高的挑战外，硬件设备(Hard ware)的设计也需要结合process tuning的需求做出不断地改进。
刻蚀工艺是半导体器件制造过程中的关键工艺，刻蚀包括干法刻蚀和湿法刻蚀。其中，干法刻蚀被用于半导体制造工艺中先进电路的小特征尺寸的精细刻蚀，是指以反应气体为主要媒体，在射频(RF)电场的作用下形成等离子体，对半导体材料进行刻蚀，得到所需要的器件外形结构。干法刻蚀主要包括等离子体刻蚀、离子铣和反应离子刻蚀等形式，并制造出多种不同种类的刻蚀设备。
请参阅图1，图1为现有技术的干法刻蚀设备的局部结构侧视示意图。如图1所示，一般在各种干法刻蚀设备的反应腔体中，晶圆120可通过机械法或静电力作用固定在静电吸盘(Electro Static Chuck，简称ESC)110上，静电吸盘110也可被成为阴极或下部电极。静电吸盘110的周侧还设置有聚焦环(Focus Ring)130，聚焦环有时又被称为边缘环(EdgeRing)，聚焦环130与静电吸盘110共同承载晶圆120。
请参阅图2并请结合图1，图2为一聚焦环结构示意图，聚焦环130具有平面结构的上表面131、下表面132和竖直等高侧面133，聚焦环130还具有环绕晶圆的中心通孔134，下表面接触静电吸盘110。现有技术中，聚焦环130一般为单一材质，如硅(Si)或铝(Al)，单一材质的聚焦环130决定其本身热传导系数固定为单一值。对于热传导系数高的聚焦环130，在等离子体Plasma on的微观环境下，聚焦环130温度会急剧升高，由于热导系数高，导热快，聚焦环130温度会急剧降低，同时使晶圆120的边缘温度降低，如图3所示的晶圆面内温度变化示意图，其纵坐标为晶圆温度，横坐标为晶圆半径，在晶圆的靠近中心位置的温度基本一致，而晶圆边缘温度急剧下降，使晶圆面内温度不一致，导致晶圆面内工艺规格不一致，且聚合物(Polymer)容易在聚焦环130上团聚，并晶圆边缘(wafer far edge)上聚合物(Polymer)会减少而导致晶圆边缘刻蚀速率变快，profile变直。若聚焦环130热导系数低则现象相反。
显而易见，单一材质的聚焦环不利于晶圆边缘工艺的稳定性，急需通过硬件优化设计，满足不同工艺tuning的需要。
发明内容
本发明提供的应用于刻蚀设备内的聚焦环，其特征在于，包括：第一子聚焦环、第二子聚焦环以及连接件，连接件将第一子聚焦环和第二子聚焦环连接为一整体而构成用于刻蚀设备内的聚焦环，并使聚焦环具有一聚焦环中心通孔，其中第一子聚焦环与第二子聚焦环的导热系数不同。
更进一步的，第一子聚焦环和第二子聚焦环均包括一中心通孔，而使形成的聚焦环具有所述聚焦环中心通孔。
更进一步的，第一子聚焦环和第二子聚焦环的材质不同。
更进一步的，子聚焦环的个数大于两个，相邻子聚焦环之间通过连接件结合，其中至少两子聚焦环之间的材质不同。
更进一步的，连接件为粘合剂。
更进一步的，第一子聚焦环具有第一高度H1，第二子聚焦环具有第二高度H2，连接件将第一子聚焦环和第二子聚焦环沿其高度方向结合。
本发明还提供一种应用于刻蚀设备内的聚焦环的形成方法，包括：形成具有第一导热系数的第一子聚焦环，使第一子聚焦环具有一第一高度，且第一子聚焦环具有一中心通孔；形成具有第二导热系数的第二子聚焦环，使第二子聚焦环具有一第二高度，且第二子聚焦环具有一中心通孔；使用连接件将第一子聚焦环和第二子聚焦环沿其高度方向连接为一整体，而构成刻蚀设备内的聚焦环，并使聚焦环具有一聚焦环中心通孔。
更进一步的，在形成第一子聚焦环的过程中，根据期望的聚焦环的导热系数得到第一高度，在形成第二子聚焦环的过程中，根据期望的聚焦环的导热系数得到第二高度。
本发明还提供一种刻蚀设备，包括：静电吸盘；聚焦环，设置在静电吸盘的周侧，并其下表面接触静电吸盘，聚焦环与静电吸盘共同承载晶圆，其中聚焦环包括第一子聚焦环、第二子聚焦环以及连接件，连接件将第一子聚焦环和第二子聚焦环连接为一整体而构成刻蚀设备内的聚焦环，并使聚焦环具有一聚焦环中心通孔，其中第一子聚焦环与第二子聚焦环的导热系数不同。
更进一步的，第一子聚焦环具有第一高度H1，第二子聚焦环具有第二高度H2，连接件将第一子聚焦环和第二子聚焦环沿其高度方向结合。
附图说明
图1为现有技术的干法刻蚀设备的局部结构侧视示意图。
图2为一聚焦环结构示意图。
图3为晶圆面内温度变化示意图。
图4为本发明一实施例的刻蚀设备内的聚焦环爆炸示意图。
图5为本发明一实施例的刻蚀设备局部结构侧视示意图。
图中主要组件附图标记说明如下：
210、静电吸盘；220、晶圆；230、聚焦环；232、下表面；242、第二子聚焦环；243、连接件；241、第一子聚焦环；244、聚焦环中心通孔。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一实施例中，在于提供一种应用于刻蚀设备内的聚焦环，至少包括：第一子聚焦环、第二子聚焦环以及连接件，连接件将第一子聚焦环和第二子聚焦环连接为一整体而构成用于刻蚀设备内的聚焦环，并使聚焦环具有一聚焦环中心通孔，其中第一子聚焦环与第二子聚焦环的导热系数不同。
具体的，请参阅图4，图4为本发明一实施例的刻蚀设备内的聚焦环爆炸示意图。如图4所示，聚焦环230包括：第一子聚焦环241、第二子聚焦环242以及连接件243，连接件243用于将第一子聚焦环241和第二子聚焦环242连接为一整体而构成用于刻蚀设备内的聚焦环230，也即聚焦环230至少包括一第一子聚焦环241、第二子聚焦环242以及连接件243构成的三层结构，第一子聚焦环241和第二子聚焦环242均包括一中心通孔，而使形成的聚焦环具有一聚焦环中心通孔244，其中第一子聚焦环与第二子聚焦环的导热系数不同。
在一实施例中，第一子聚焦环241和第二子聚焦环242的材质不同。如第一子聚焦环241为硅材质，第二子聚焦环242为铝材质。
本发明不限于聚焦环230仅包括第一子聚焦环241和第二子聚焦环242，聚焦环230可包括更多个子聚焦环，相邻子聚焦环之间通过连接件结合，最优的，各子聚焦环之间的材质均不同；当然也可为部分子聚焦环的材质相同，只要至少两子聚焦环之间的材质不同即可。较优的，子聚焦环的个数为两个或三个。
在一实施例中，连接件243为一种粘合剂，粘合剂将第一子聚焦环241与第二子聚焦环242粘结为一整体。粘合剂也具有一导热系数，其也影响聚焦环230的导热系数，因此可根据实际需要的聚焦环230的导热系数选择合适的粘合剂。本发明对粘合剂的具体材质不做限定。
采用具有不同导热系数的第一子聚焦环与第二子聚焦环及将其连接的连接件形成聚焦环，可根据期望的导热系数选择第一子聚焦环、第二子聚焦环和连接件的材质，而使形成的聚焦环具有期望的导热系数，而利于控制晶圆边缘的温度。如一实施例中，聚焦环由硅材质的第一子聚焦环、铝材质的第二子聚焦环及将其连接的粘合剂构成，则可以使形成的聚焦环的导热系数介于同样体积的由单一硅材质形成的聚焦环与由单一铝材质形成的聚焦环之间，而不会使晶圆边缘的温度过低或过高，进而达到控制晶圆边缘温度的能力。
并请参阅图5，图5为本发明一实施例的刻蚀设备局部结构侧视示意图。第一子聚焦环241具有第一高度H1，第二子聚焦环242具有第二高度H2，连接件243将第一子聚焦环241和第二子聚焦环242沿其高度方向结合。并在实际工程中，可根据期望的聚焦环的导热系数选择第一高度和第二高度。
在一实施例中，还提供一种应用于刻蚀设备内的聚焦环的形成方法，包括：形成具有第一导热系数的第一子聚焦环，使第一子聚焦环具有一第一高度，且第一子聚焦环具有一中心通孔；形成具有第二导热系数的第二子聚焦环，使第二子聚焦环具有一第二高度，且第二子聚焦环具有一中心通孔；使用连接件将第一子聚焦环和第二子聚焦环沿其高度方向连接为一整体，而构成刻蚀设备内的聚焦环，并使聚焦环具有一聚焦环中心通孔。
在一实施例中，第一子聚焦环241和第二子聚焦环242的材质不同。如第一子聚焦环241为硅材质，第二子聚焦环242为铝材质。本发明不限于聚焦环230包括第一子聚焦环241和第二子聚焦环242，聚焦环230可包括更多个子聚焦。在一实施例中，最优的，各子聚焦环之间的材质均不同；当然也可为部分子聚焦环的材质相同，只要至少两子聚焦环之间的材质不同即可。
在一实施例中，连接件243为一种粘合剂，粘合剂将第一子聚焦环241与第二子聚焦环242粘结为一整体。粘合剂也具有一导热系数，其也影响聚焦环230的导热系数，因此可根据实际需要的聚焦环230的导热系数选择合适的粘合剂。本发明对粘合剂的具体材质不做限定。
在一实施例中，在形成第一子聚焦环的过程中，根据期望的聚焦环的导热系数得到第一高度，在形成第二子聚焦环的过程中，根据期望的聚焦环的导热系数得到第二高度，而因此调整聚焦环中包括的第一子聚焦环和第二子聚焦环的高度，更加精确的得到期望导热系数的聚焦环。
在一实施例中，还提供一刻蚀设备，请参阅图4和图5，刻蚀设备包括：静电吸盘210；聚焦环230，设置在静电吸盘210的周侧，并其下表面232接触静电吸盘210，聚焦环230与静电吸盘210共同承载晶圆220，其中聚焦环230包括第一子聚焦环241、第二子聚焦环242以及连接件243，连接件243将第一子聚焦环241和第二子聚焦环242连接为一整体而构成刻蚀设备内的聚焦环230，并使聚焦环具有一聚焦环中心通孔244，其中第一子聚焦环241与第二子聚焦环252的导热系数不同。
在一实施例中，第一子聚焦环241和第二子聚焦环242的材质不同。如第一子聚焦环241为硅材质，第二子聚焦环242为铝材质。本发明不限于聚焦环230包括第一子聚焦环241和第二子聚焦环242，聚焦环230可包括更多个子聚焦。在一实施例中，最优的，各子聚焦环之间的材质均不同；当然也可为部分子聚焦环的材质相同，只要至少两子聚焦环之间的材质不同即可。
在一实施例中，连接件243为一种粘合剂，粘合剂将第一子聚焦环241与第二子聚焦环242粘结为一整体。粘合剂也具有一导热系数，其也影响聚焦环230的导热系数，因此可根据实际需要的聚焦环230的导热系数选择合适的粘合剂。本发明对粘合剂的具体材质不做限定。
在一实施例中，第一子聚焦环241具有第一高度H1，第二子聚焦环242具有第二高度H2，连接件243将第一子聚焦环241和第二子聚焦环242沿其高度方向结合。并在实际工程中，可根据期望的聚焦环的导热系数选择第一高度和第二高度。
在一实施例中，所述刻蚀设备为干法刻蚀设备。
如上所述，采用具有不同导热系数的第一子聚焦环与第二子聚焦环及将其连接的连接件形成聚焦环，可根据期望的导热系数选择第一子聚焦环、第二子聚焦环和连接件的材质，而使形成的聚焦环具有期望的导热系数，而利于控制晶圆边缘的温度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种应用于刻蚀设备内的聚焦环，其特征在于，包括：第一子聚焦环、第二子聚焦环以及连接件，连接件将第一子聚焦环和第二子聚焦环连接为一整体而构成用于刻蚀设备内的聚焦环，并使聚焦环具有一聚焦环中心通孔，其中第一子聚焦环与第二子聚焦环的导热系数不同；
第二子聚焦环（242）的下表面作为聚焦环（230）的下表面（232）用于接触静电吸盘（210）；
第一子聚焦环（241）为硅材质，第二子聚焦环（242）为铝材质；
第一子聚焦环具有第一高度H1，第二子聚焦环具有第二高度H2，连接件将第一子聚焦环和第二子聚焦环沿其高度方向结合；
第一高度H1及第二高度H2根据期望的聚焦环的导热系数得到；
结合在一起的第一子聚焦环及第二子聚焦环的期望的聚焦环的导热系数介于同样体积的由单一硅材质形成的聚焦环与由单一铝材质形成的聚焦环之间。
2.根据权利要求1所述的应用于刻蚀设备内的聚焦环，其特征在于，第一子聚焦环和第二子聚焦环均包括一中心通孔，而使形成的聚焦环具有所述聚焦环中心通孔。
3.根据权利要求1所述的应用于刻蚀设备内的聚焦环，其特征在于，连接件为粘合剂。
4.一种权利要求1所述的应用于刻蚀设备内的聚焦环的形成方法，其特征在于，包括：形成具有第一导热系数的第一子聚焦环，使第一子聚焦环具有一第一高度，且第一子聚焦环具有一中心通孔；形成具有第二导热系数的第二子聚焦环，使第二子聚焦环具有一第二高度，且第二子聚焦环具有一中心通孔；使用连接件将第一子聚焦环和第二子聚焦环沿其高度方向连接为一整体，而构成刻蚀设备内的聚焦环，并使聚焦环具有一聚焦环中心通孔。
5.一种包括权利要求1所述的聚焦环的刻蚀设备，其特征在于，包括：静电吸盘；聚焦环，设置在静电吸盘的周侧，并其下表面接触静电吸盘，聚焦环与静电吸盘共同承载晶圆，其中聚焦环包括第一子聚焦环、第二子聚焦环以及连接件，连接件将第一子聚焦环和第二子聚焦环连接为一整体而构成刻蚀设备内的聚焦环，并使聚焦环具有一聚焦环中心通孔，其中第一子聚焦环与第二子聚焦环的导热系数不同。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |