CN111968903B - 半导体工艺设备及聚焦环的加工方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种半导体工艺设备及聚焦环的加工方法，用以解决现有技术无法消除晶圆边缘的刻蚀倾斜效应的问题。所述半导体工艺设备，包括工艺腔室以及位于所述工艺腔室内的基座，所述基座用于承载晶圆；所述基座上设置有聚焦环，在所述基座在承载所述晶圆时，所述聚焦环环绕于所述晶圆的外侧；所述聚焦环上开设有气流通道，所述气流通道用于将所述晶圆表面的工艺气体导出至所述基座的外侧，以调整所述晶圆边缘部分的气流场，抵消电磁场在所述边缘部分造成的刻蚀倾斜效应。该设备可有效消除晶圆加工过程中的边缘区域的刻蚀倾斜效应。

Description

半导体工艺设备及聚焦环的加工方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体工艺设备及聚焦环的加工方法。

背景技术

深硅刻蚀是工业生产中制造微结构的一种非常重要的工艺过程，可以应用于微机电系统、微流体器件和先进封装等领域。实际生产中，在刻蚀腔室、晶圆(目前主流的生产线中晶圆尺寸有6英寸、8英寸和12英寸等)上提升刻蚀工艺性可以降低生产成本。随着晶圆尺寸的增大，对刻蚀机的刻蚀均匀性提出了更大的挑战。其中，均匀性又可以细分为刻蚀轮廓的均匀性和刻蚀深度的均匀性等。由于受边缘效应的影响，电磁场在边缘处会产生畸变，使得边缘的刻蚀轮廓出现倾斜效应，降低了整面刻蚀的均匀性，且等离子体在气体流场作用下也会使刻蚀角度发生倾斜。

为了解决刻蚀工艺中边缘轮廓的倾斜效应问题，现有技术中，提出以下几种解决方案：方案一、在晶圆边缘的聚焦环内嵌入带有射频激励的环形电极，使晶圆上表面边缘及侧壁的电势场与晶圆中心区域的电势场均衡，从而调节晶圆表面电场分布的均匀性，最终有效控制晶圆边缘刻蚀轮廓倾斜问题。这种方式虽然可以补偿晶圆边缘的电磁场畸变，一定程度上解决边缘刻蚀轮廓倾斜问题，但不能精确判断出晶圆出现边缘刻蚀形貌倾斜的范围，因此无法针对性地消除边缘刻蚀轮廓倾斜问题。方案二、采用中心等离子体源加边缘等离子体源组合的方式，在晶圆表面形成较平整的等离子体鞘层，从而使尽可能大的范围内的刻蚀不发生倾斜效应。但由于晶圆总会存在一个边缘的拓扑结构，电磁场一定会在晶圆边缘产生畸变，因此无论晶圆表面的等离子体鞘层如何平整，在晶圆边缘区域仍然存在弯曲的地方，仍不能完全解决边缘刻蚀轮廓倾斜问题。

可见，现有技术中提供的上述方案并不能完全消除晶圆的边缘刻蚀轮廓倾斜效应。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种半导体工艺设备及聚焦环的加工方法，用以解决现有技术无法消除晶圆边缘的刻蚀倾斜效应的问题。

为解决上述技术问题，本申请实施例是这样实现的：

一方面，本申请实施例提供一种半导体工艺设备，包括工艺腔室以及位于所述工艺腔室内的基座，所述基座用于承载晶圆；所述基座上设置有聚焦环，在所述基座在承载所述晶圆时，所述聚焦环环绕于所述晶圆的外侧；

所述聚焦环上开设有气流通道，所述气流通道用于将所述晶圆表面的工艺气体导出至所述基座的外侧，以调整所述晶圆边缘部分的气流场，抵消电磁场在所述边缘部分造成的刻蚀倾斜效应。

另一方面，本申请实施例提供一种聚焦环的加工方法，用于加工上一方面所述的半导体工艺设备中的聚焦环，所述方法包括：

确定所述半导体工艺设备工艺腔室中电磁场的边缘影响区域；

基于仿真方式，确定所述半导体工艺设备工艺腔室中气流场的边缘影响区域，其中，所述气流场的边缘影响区域为在晶圆上所述气流场沿所述基座轴向的分量的方向发生变化时的界线至所述晶圆边缘之间的区域；

确定所述电磁场的边缘影响区域与所述气流场的边缘影响区域的重合度是否大于等于预设阈值；

若所述重合度低于所述预设阈值，则调整所述聚焦环中的气流通道数量、形状、位置和/或尺寸，直至所述重合度大于等于所述预设阈值；

基于所述重合度大于等于所述预设阈值时，所述气流通道的数量、形状、位置和尺寸加工所述聚焦环。

采用本发明实施例的技术方案，通过在半导体工艺设备中的聚焦环上开设气流通道，使晶圆表面的工艺气体能够被导出至基座外侧，从而可以调整晶圆边缘区域的气流场，利用气流场和电磁场的拮抗作用，抵消了晶圆加工过程中的边缘区域的刻蚀倾斜效应，提升了产品的工艺效果。

进一步的，采用本发明实施例的聚焦环的加工方法，能够准确确定出半导体工艺设备工艺腔室中电磁场的边缘影响区域，并通过仿真方式确定气流场的边缘影响区域，气流场的边缘影响区域即为在晶圆上气流场沿基座轴向的分量的方向发生变化时的界线至晶圆边缘之间的区域。进而确定电磁场的边缘影响区域和气流场的边缘影响区域的重合度是否大于等于预设阈值，若低于预设阈值，则调整聚焦环中的气流通道的数量、形状、位置和/或尺寸，直至重合度大于等于预设阈值；进而基于重合度大于等于预设阈值时气流通道的数量、形状、位置和/或尺寸对聚焦环进行加工。可见，该技术方案能够使加工后的聚焦环中的气流通道满足电磁场的边缘影响区域和气流场的边缘影响区域的重合度大于等于预设阈值，从而在将这种聚焦环应用到半导体工艺设备中时，能够将晶圆表面的工艺气体导出至基座外侧，以达到调整晶圆边缘部分的气流场的目的，从而因此使得加工策略的确定结果非常准确。进而在等离子处理设备中使用加工后的聚焦环后，可有效消除晶圆加工过程中电磁场在晶圆边缘部分造成的刻蚀倾斜效应。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1(a)是根据本发明一实施例的一种半导体工艺设备的示意性剖面图；

图1(b)是根据本发明一实施例的一种半导体工艺设备中气流场的方向示意图；

图2(a)是现有技术中一实施例的一种半导体工艺设备的示意性剖面图；

图2(b)是根据图2(a)所示的半导体工艺设备中气流场的方向示意图；

图3是根据本发明一实施例的一种聚焦环上的气流通道示意图；

图3A是根据本发明一实施例的一种聚焦环的结构示意图；

图4是根据本发明一实施例的一种聚焦环的加工方法的示意性流程图；

图5是根据本发明一实施例的一种晶圆边缘发生刻蚀倾斜效应的示意图；

图6是根据本发明一实施例的一种晶圆工艺的结构示意图；

图7是根据本发明一实施例的一种晶圆上的电磁场作用范围的示意图；

图8是根据本发明一实施例的一种气流场方向示意图；

图9是根据本发明一实施例的一种刻蚀倾斜范围的确定方法的示意性流程图；

图10是根据本发明一实施例的一种半导体工艺设备的仿真软件分析效果图；

图11是根据本发明一实施例的一种气流场的Z方向分量示意图；

图12是根据本发明另一实施例的一种气流场的Z方向分量示意图；

图13是根据本发明一实施例的电磁场对晶圆边缘刻蚀倾斜影响的效果示意图；

图14是根据本发明一实施例的晶圆边缘刻蚀倾斜效应被消除的效果示意图；

图15是根据本发明一实施例的一种聚焦环的加工装置的示意性框图。

具体实施方式

本申请实施例提供一种半导体工艺设备及聚焦环的加工方法，用以解决现有技术无法消除晶圆边缘的刻蚀倾斜效应的问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

图1(a)是根据本发明一实施例的一种半导体工艺设备的示意性剖面图，如图1(a)所示，半导体工艺设备包括工艺腔室110以及位于工艺腔室110内的基座120，基座120用于承载晶圆；其中：

基座120上设置有聚焦环130，在基座120上承载晶圆时，聚焦环130环绕于晶圆的外侧。

聚焦环130上开设有气流通道140(如图1(a)中虚线框内即为一个气流通道)，气流通道140用于将晶圆表面的工艺气体导出至基座120的外侧，以调整晶圆边缘部分的气流场，抵消电磁场在晶圆边缘部分造成的刻蚀倾斜效应。

优选的，本实施例中，气流通道用于使晶圆上的气流场的边缘影响区域与预先确定的电磁场的边缘影响区域的重合度大于等于预设阈值，其中，气流场的边缘影响区域为在晶圆上气流场沿基座120轴向的分量的方向发生变化时的界线至晶圆边缘之间的区域。即气流通道的作用在于使气流场和电磁场在晶圆的边缘区域产生拮抗作用，以抵消电磁场在晶圆边缘部分造成的刻蚀倾斜效应。

由于图1(a)为半导体工艺设备的剖面图，因此在图1(a)中，聚焦环130显示为半圆环，完整的聚焦环130应为圆环形。

图1(a)所示的半导体工艺设备工作时，作用于晶圆表面的工艺气体可通过气流通道140导出至基座120的外侧，气流场方向如图1(b)所示。图1(b)中仅示出了聚焦环130的部分结构，且虚线表示沿基座120轴向的气流场分量在经过晶圆表面时方向转变的位置。

现有技术中，半导体工艺设备中的聚焦环上并不开设气流通道。在聚焦环上不开设气流通道的情况下，半导体工艺设备的剖面图如图2(a)所示。如图2(a)中的虚线框内可看出，聚焦环230上并未开设气流通道。图2(a)中的半导体工艺设备工作时，作用于晶圆表面的气流场在图2(b)中所示的虚线处发生方向逆转，并从聚焦环230的上表面导出。

通过比对图1(b)和图2(b)中所示的气流场的方向转变位置可看出，采用本说明书实施例提供的技术方案，通过在半导体工艺设备中的聚焦环上开设气流通道，使晶圆表面的工艺气体能够被导出至基座外侧，从而可以调整晶圆边缘区域的气流场，利用气流场和电磁场的拮抗作用，抵消了晶圆加工过程中的边缘区域的刻蚀倾斜效应，提升了产品的工艺效果。

在一个实施例中，聚焦环130包括顶面、底面、内侧壁和外侧壁；气流通道140贯穿聚焦环130的内侧壁和外侧壁。

本实施例中，气流通道140需贯穿聚焦环130的内侧壁和外侧壁，原因在于，这种结构能够使聚焦环130内侧的气流场通过贯穿内外侧壁的气流通道140顺利导出至基座120的外侧。

本实施例中，气流通道140在贯穿聚焦环130的内侧壁和外侧壁的前提下，可以开设为多种结构，如孔洞结构、上开槽结构、下开槽结构、横槽结构等。图3示意性地列举了几种气流通道140在聚焦环130上的开设方式，如图3中的(a)、(b)、(c)所示的通孔，(d)所示的上开槽，(e)所示的下开槽，(f)所示的横槽。

在一个实施例中，气流通道140包括多个通孔(如图3中的(a)、(b)或(c)所示)，各通孔分别贯穿聚焦环130的内侧壁和外侧壁。

图3A为一个实施例中聚焦环130的示意性结构图。在图3A所示的聚焦环中，气流通道140包括多个圆形通孔，多个圆形通孔均匀分布在聚焦环130上，且每个圆形通孔均贯穿聚焦环130的内侧壁和外侧壁，以使晶圆表面的工艺气体能通过圆形通孔被导出至基座120的外侧。

例如，聚集环130可以为如下设计：外径Φ400正负50，内径Φ302正负20，高度6mm正负5mm，聚集环130上共有12个Φ3的圆形通孔。

由于每个圆形通孔的影响区域有限，只能保证一定范围内气体被及时抽走，当聚焦环130上通孔的数量越多时，气体被抽走的速度越快，气流场沿基座轴向的分量的方向发生变化时的界线会向晶圆的边缘移动。经实验，本实施例中的聚焦环130在图1所示的半导体工艺设备中，基于典型的刻蚀工艺配方，每个通孔的影响范围约为80mm，此时，在聚焦环130上均匀分布如图3A所示的12个圆形通孔时，正好能保证气流场的左右与电磁场作用相抵消，从而达到消除晶圆边缘的刻蚀倾斜效应的目的。

对于通孔的数量可根据机台的实际使用情况而定，且并不限于立体源腔室结构，也可应用于平面源等离子体刻蚀机及其他类似的有流场和电磁场的半导体设备。

在一个实施例中，气流通道140包括多个贯穿聚焦环130的内侧壁和外侧壁的槽，多个槽开设在聚焦环130的顶面或底面上，且均匀分布在聚焦环130上。

若多个槽开设于聚焦环130的顶面(即上开槽)，则开槽方式可如图3中的(d)所示。若多个槽开设于聚焦环130的底面(即下开槽)，则开槽方式可如图3中的(e)所示。

在一个实施例中，气流通道140为一个横槽，该横槽将聚焦环130分割为顶部和底部，横槽中设置有多个连接部，连接部用于连接聚焦环130的顶部和底部，且多个连接部均匀分布。

本实施例中，横槽开设面积较大，可适用于晶圆边缘的刻蚀倾斜效应较严重的场景中。在此场景中，可设置较少数量的连接部，以增大横槽的开设面积，即聚焦环130的顶面和底面之间仅通过很短的区域接通。

上述实施例中，气流通道140在聚焦环130上均匀分布，可使晶圆边缘的刻蚀倾斜效应均匀地被消除。

例如，若气流通道140包括多个圆形通孔，则该多个圆形通孔应均匀开设在聚焦环130上。具体的，每两个相邻的圆形通孔之间的距离相等，每个圆形通孔距离聚焦环130的顶面的距离相等，且每个圆形通孔距离聚焦环130的底面的距离也相等。

图4是根据本发明一实施例的一种聚焦环的加工方法的示意性流程图。如图4所示，聚焦环的加工方法用于加工上述实施例中的半导体工艺设备中的聚焦环，包括以下步骤：

S402，确定确定半导体工艺设备工艺腔室中电磁场的边缘影响区域。

S404，基于仿真方式，确定半导体工艺设备工艺腔室中气流场的边缘影响区域。

其中，气流场的边缘影响区域为在晶圆上气流场沿基座轴向的分量的方向发生变化时的界线至晶圆边缘之间的区域。

S406，确定电磁场的边缘影响区域与气流场的边缘影响区域的重合度是否大于等于预设阈值。

其中，重合度能够表征电磁场的边缘影响区域和气流场的边缘影响区域之间的差距，该差距越小，说明重合度越高；反之，差距越大，说明重合度越低。

S408，若重合度低于预设阈值，则调整聚焦环中的气流通道的数量、形状、位置和/或尺寸，直至重合度大于等于预设阈值。

S410，基于重合度大于等于预设阈值时气流通道的数量、形状、位置和/或尺寸加工聚焦环。

在一个实施例中，当气流通道包括多个时，总开设面积指多个气流通道的开设面积之和。气流通道的总开设面积越大，使得工艺腔室内晶圆表面的工艺气体能够越快速地被导出至基座外侧，从而使晶圆上气流场沿基座轴向的分量的方向发生变化时的界线距晶圆的边缘越近，提升消除晶圆边缘刻蚀倾斜效应的效果。图5示出了一实施例中电磁场和气流场作用于晶圆时发生刻蚀倾斜效应的示意图。图5所示实施例中，图中未示出环绕于晶圆外侧的聚焦环，且图5中的(a)为电磁场作用于晶圆表面的示意图，可看出，电磁场在晶圆边缘区域发生畸变，即未按照垂直于晶圆表面向下的方向作用于晶圆表面；(b)为气流场作用于晶圆表面的示意图，可看出，气流场可作用于整个晶圆表面。并且，由图5可看出，气流场作用与电磁场作用对晶圆边缘区域的刻蚀倾斜的方向刚好相反，气流场作用对晶圆边缘区域的刻蚀倾斜的方向为远离晶圆中心的方向(即朝向两侧)，电磁场作用对晶圆边缘区域的刻蚀倾斜的方向为靠近晶圆中心的方向，二者具有拮抗作用。因此，要消除晶圆边缘区域的刻蚀的倾斜问题，必须首先将气流场作用区域压缩在晶圆边缘区域，再利用气流场与电磁场的拮抗作用，抵消对晶圆边缘刻蚀倾斜产生的影响。

采用本发明实施例的聚焦环的加工方法，能够准确确定出半导体工艺设备工艺腔室中电磁场的边缘影响区域，并通过仿真方式确定气流场的边缘影响区域，气流场的边缘影响区域即为在晶圆上气流场沿基座轴向的分量的方向发生变化时的界线至晶圆边缘之间的区域。进而确定电磁场的边缘影响区域和气流场的边缘影响区域的重合度是否大于等于预设阈值，若低于预设阈值，则调整聚焦环中的气流通道的数量、形状、位置和/或尺寸，直至重合度大于等于预设阈值；进而基于重合度大于等于预设阈值时气流通道的数量、形状、位置和/或尺寸对聚焦环进行加工。可见，该技术方案能够使加工后的聚焦环中的气流通道满足电磁场的边缘影响区域和气流场的边缘影响区域的重合度大于等于预设阈值，从而在将这种聚焦环应用到半导体工艺设备中时，能够将晶圆表面的工艺气体导出至基座外侧，以达到调整晶圆边缘部分的气流场的目的，从而有效消除晶圆加工过程中电磁场在晶圆边缘部分造成的刻蚀倾斜效应。

在一个实施例中，确定半导体工艺设备工艺腔室中电磁场的边缘影响区域时，可确定电磁场发生畸变的区域为电磁场的边缘影响区域，其中，电磁场发生畸变指电磁场未按照垂直于晶圆表面向下的方向作用于晶圆上。

在一个实施例中，由于中心处的气流场方向垂直作用于晶圆，因此不受气流场对晶圆轮廓倾斜产生的影响，所以可采用一个与气流场中心区域尺寸相似的小晶圆来进行工艺，由此确定电磁场畸变发生的范围。这个小晶圆可以称之为测试晶片，其优选的为正方形。具体的，这个测试晶片可以是一个晶圆碎片，由于晶圆碎片也具有晶圆边缘的拓扑结构，会受到电磁场畸变而产生刻蚀倾斜效应，因此，利用晶圆碎片探索出的刻蚀倾斜范围就是电磁场的作用范围，探索成本也相对较低。

因此，在确定电磁场发生畸变的区域(即电磁场的边缘影响区域)时，可将一正方形的测试晶片设置在一晶圆上，测试晶片的尺寸与晶圆中心区域的尺寸相匹配，即与气流场中心区域尺寸相匹配，然后将设置有测试晶片的晶圆传入工艺腔室中进行工艺，进而确定测试晶片边缘发生刻蚀倾斜效应的区域的尺寸，并将晶圆边缘部分对应于该尺寸的区域确定为电磁场的边缘影响区域。

在一个实施例中，将一正方形的测试晶片设置在一晶圆上时，可先在测试晶片底面涂上导热层，再将涂有导热层的测试晶片设置在晶圆上。其中，导热层具有热传导功能。

可选的，导热层为泵油。如图6所示，先在载片晶圆的中心涂上泵油，然后利用泵油作为粘合剂固定该测试晶片。

可选的，测试晶片的边长为1～5cm。

图7示出了一实施例中利用测试晶片探索出的电磁场作用范围。由图7中的(a)可看出，电磁场和气流场共同作用于测试晶片(图中示为待刻蚀晶圆碎片)，导致测试晶片边缘产生刻蚀倾斜效应，对应的刻蚀倾斜范围即为电磁场的边缘影响区域，如图7中的(b)所示。

本实施例中，测试晶片的形状为对称形状即可，例如圆形。

在一个实施例中，基于仿真方式，确定半导体工艺设备工艺腔室中气流场的边缘影响区域时，具体可执行为以下步骤A1-A2：

步骤A1，基于仿真方式，确定晶圆上气流场沿基座轴向的分量的方向发生变化时的界线。

该步骤中，仿真方式即为通过仿真软件(如Solidworks仿真软件)对气流场进行仿真分析，得出气流场沿基座轴向的分量的方向发生变化时的界线。

步骤A2，确定气流场沿基座轴向的分量的方向发生变化时的界线与晶圆边缘之间的区域为气流场的边缘影响区域。

举例而言，沿基座轴向设定第一坐标轴，沿晶圆表面设定第二坐标轴。假设第一坐标轴为Z轴，第二坐标轴为X轴，则工艺腔室内的气流场方向及坐标轴设定方向可参照图8所示。在图8中，(a)为晶圆表面的坐标轴设定示意图，可看出，Z轴为垂直于晶圆所在平面的方向，即沿基座轴向方向，X轴和Y轴所在平面即为晶圆所在平面。(b)为工艺腔室内的气流场方向(简称为气流方向)剖面示意图。

对于晶圆边缘的刻蚀倾斜效应而言，是指晶圆边缘刻蚀轮廓相对于晶圆表面发生倾斜，即在XY平面内发生倾斜。由上述实施例可知，晶圆表面发生倾斜是气流场在XY平面内的分量作用而产生的刻蚀倾斜现象。因此，从气流场的Z方向分量(即沿基座轴向的分量)入手，即可得出发生刻蚀倾斜效应的边缘区域的确定方法，如上述实施例中的步骤A1-A2。

上述实施例中，通过Solidworks仿真软件对气流场进行仿真分析，得出气流场在第一坐标轴方向气流场的边缘影响上的分量后，可判断气流场在第一坐标轴方向(即沿基座轴向)上的分量是否发生逆转；若发生逆转，则说明气流场在沿基座轴向的分量的方向发生变化，进而确定气流场在第一坐标轴方向(即沿基座轴向)上的分量的方向发生变化时的界线，该界线与晶圆边缘之间的区域即为气流场的边缘影响区域；若未发生逆转，则说明晶圆仅受电磁场作用。

其中，若气流场在第一坐标轴方向(即沿基座轴向)上的分量为垂直向下方向，则当气流场由垂直向下的方向逆转为垂直向上的方向时，可确定气流场在第一坐标轴方向(即沿基座轴向)上的分量发生了逆转。

因此，通过气流场在第一坐标轴方向(即沿基座轴向)上的分量来确定气流场的边缘影响区域还可以执行为如图9所示的步骤S901-S906，在图9所示实施例中，第一坐标轴为Z轴，沿基座轴向设定，第二坐标轴为X轴，沿晶圆表面设定。

S901，通过Solidworks仿真软件对气流场进行仿真分析，得出气流场在Z轴方向上的分量。

其中，气流场在Z轴方向上的分量，即为气流场沿基座轴向的分量。以下所说的“气流场在Z轴方向上的分量”也均为此含义。

S902，判断气流场在Z轴方向上的分量的方向是否发生变化；若是，则执行S903；若否，则执行S905。

S903，确定该分量的方向发生变化时的界线。

该步骤中，气流场在Z轴方向上的分量的方向发生变化时的界线，在仿真界面上可展现为气流场在Z轴方向上的分量与X轴之间的交点。

S904，确定发生变化时的界线与晶圆边缘之间的区域为气流场的边缘影响区域。

S905，确定晶圆只受电磁场作用。

S906，确定晶圆边缘发生刻蚀倾斜效应的边缘区域为指定区域。

其中，指定区域为晶圆仅受电磁场作用时发生刻蚀倾斜效应的区域，该指定区域可通过实验数据获得，例如为晶圆边缘至去边3mm处之间的区域。

基于以上描述，通过仿真方案的设计从而得出晶圆不同位置在Z方向分量的气流大小，可以确定出现刻蚀倾斜方向发生反转的位置。图10为本说明书一个实施例中通过仿真软件分析上述实施例所产生的效果示意图。如图10所示，横坐标为晶圆的直径位置，纵坐标为晶圆表面气流场的Z轴分量，聚焦环高度分别为1、2、4、6mm。从图10可以看出，随着聚焦环高度的减小，使得Z方向上的气流分量的正值显著减小，与横坐标的交点(即气流场在Z轴方向上的分量的方向发生变化时的界线)也非常靠近晶圆的边缘。因此，本发明方案的实施要求聚焦环高度不能过低。

下面以实际场景中的应用实例来说明本说明书提供的技术方案的效果。

在一个实施例中，某型号的12寸刻蚀机使用下表1中的工艺配方：

表1

其中，“*”表示占空比50％；“**”表示下电极功率根据循环数由起始功率平均递增至终了功率；“***”表示每步时间根据循环数由起始时间平均递增至终了时间。

通过仿真软件，可得出上述12寸刻蚀机中气流场的Z方向分量如图11所示。图11中，横坐标为晶圆的直径位置，纵坐标为晶圆表面气流场的Z轴分量。

从图11中可看出，气流场的Z方向分量与X轴坐标有交点，交点大约在去边14mm处，其刻蚀倾斜效应的统计结果如下表2所示：

表2

在另一个实施例中，另一型号的12寸刻蚀机同样使用上表1中的工艺配方，经仿真软件分析后可得出该12寸刻蚀机中气流场的Z方向分量如图12所示。由图12可看出，气流场Z方向分量未发生逆转，即与X轴坐标没有交点，此时可确定在晶圆最边缘至大约去边3mm处会发生刻蚀倾斜，即只受边缘电磁场畸变而不受气流场的影响，其刻蚀倾斜效应的统计结果如表3所示：

表3

在得出刻蚀倾斜范围后，可对刻蚀倾斜效应进行消除。例如在某型号的12寸刻蚀机中，确定出电磁场对晶圆边缘的刻蚀倾斜影响的结果如图13所示。由图13可看出，从去边5mm处开始无刻蚀倾斜效应。

进而，将气流场的Z方向分量与X轴之间的交点(即气流场在Z轴方向上的分量的方向发生变化时的界线)优化至与电磁场作用大小一致(即约5mm处)，即使得电磁场的边缘影响区域与气流场的边缘影响区域的直接重合，即重合度为100％，可选的，根据不同的工艺需求，也可以将重合度设置为例如90％的其他数值。通过这一优化过程，即可确定出想要优化到上述效果需使用何种气流通道的聚焦环，即确定出对聚焦环的加工策略，进而按照该加工策略对聚焦环进行加工，具体可参见上述实施例，此处不再赘述。

经过实验，通过使用加工后的开设有气流通道的聚焦环，能够将气流场的Z方向分量与X轴之间的交点(即气流场在Z轴方向上的分量的方向发生变化时的界线)优化至与电磁场作用大小一致，从而消除刻蚀倾斜效应。消除刻蚀倾斜效应后的工艺效果如图14所示，可看出，整面晶圆上没有发生刻蚀倾斜效应。其中，(a)为电镜表征图，右侧是铣边；(b)为放大图。

综上，已经对本主题的特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作可以按照不同的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序，以实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理可以是有利的。

图15是根据本发明一实施例的一种聚焦环的加工装置的示意性框图。如图15所示，聚焦环的加工装置包括：

第一确定模块1510，用于确定所述半导体工艺设备工艺腔室中电磁场的边缘影响区域；

第二确定模块1520，用于基于仿真方式，确定所述半导体工艺设备工艺腔室中气流场的边缘影响区域，其中，所述气流场的边缘影响区域为在晶圆上所述气流场沿所述基座轴向的分量的方向发生变化时的界线至所述晶圆边缘之间的区域；

第三确定模块1530，用于确定所述电磁场的边缘影响区域与所述气流场的边缘影响区域的重合度是否大于等于预设阈值；

调整模块1540，用于若所述重合度低于所述预设阈值，则调整所述聚焦环中的气流通道的数量、形状、位置和/或尺寸，直至所述重合度大于等于所述预设阈值；

加工模块1550，用于基于所述重合度大于等于所述预设阈值时，所述气流通道的数量、形状、位置和/或尺寸加工所述聚焦环。

在一个实施例中，所述第一确定模块1510还用于：

将一正方形的测试晶片设置在一所述晶圆上，所述测试晶片的尺寸与所述晶圆中心区域的尺寸相匹配；

将设置有所述测试晶片的所述晶圆传入所述工艺腔室中进行工艺；

确定所述测试晶片边缘发生刻蚀倾斜效应的区域的尺寸；

将所述晶圆边缘部分对应于该尺寸的区域确定为所述电磁场的边缘影响区域。

在一个实施例中，所述第一确定模块1510还用于：

在所述测试晶片底面涂上导热层，再将其设置在所述晶圆上。

在一个实施例中，所述测试晶片的边长为1～5cm。

在一个实施例中，所述第二确定模块1520还用于：

基于仿真方式，确定所述晶圆上所述气流场沿所述基座轴向的分量的方向发生变化时的界线；

确定所述界线与所述晶圆边缘之间的区域为所述气流场的边缘影响区域。

在一个实施例中，所述气流通道的总开设面积越大，所述界线距所述晶圆的边缘越近。

采用本发明实施例的聚焦环的加工装置，能够准确确定出半导体工艺设备工艺腔室中电磁场的边缘影响区域，并通过仿真方式确定气流场的边缘影响区域，气流场的边缘影响区域即为在晶圆上气流场沿基座轴向的分量的方向发生变化时的界线至晶圆边缘之间的区域。进而确定电磁场的边缘影响区域和气流场的边缘影响区域的重合度是否大于等于预设阈值，若低于预设阈值，则调整聚焦环中的气流通道的数量、形状、位置和/或尺寸，直至重合度大于等于预设阈值；进而基于重合度大于等于预设阈值时气流通道的数量、形状、位置和/或尺寸对聚焦环进行加工。可见，该技术方案能够使加工后的聚焦环中的气流通道满足电磁场的边缘影响区域和气流场的边缘影响区域的重合度大于等于预设阈值，从而在将这种聚焦环应用到半导体工艺设备中时，能够将晶圆表面的工艺气体导出至基座外侧，以达到调整晶圆边缘部分的气流场的目的，从而有效消除晶圆加工过程中电磁场在晶圆边缘部分造成的刻蚀倾斜效应。

上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种聚焦环的加工方法，用于加工半导体工艺设备中的聚焦环，其特征在于，

所述半导体工艺设备包括工艺腔室以及位于所述工艺腔室内的基座，所述基座用于承载晶圆；

所述基座上设置有所述聚焦环，在所述基座在承载所述晶圆时，所述聚焦环环绕于所述晶圆的外侧；

所述聚焦环上开设有气流通道，所述气流通道用于将所述晶圆表面的工艺气体导出至所述基座的外侧，以调整所述晶圆边缘部分的气流场，抵消电磁场在所述边缘部分造成的刻蚀倾斜效应；

所述方法包括：

确定所述半导体工艺设备工艺腔室中电磁场的边缘影响区域；

基于仿真方式，确定所述半导体工艺设备工艺腔室中气流场的边缘影响区域，其中，所述气流场的边缘影响区域为在晶圆上所述气流场沿所述基座轴向的分量的方向发生变化时的界线至所述晶圆边缘之间的区域；

确定所述电磁场的边缘影响区域与所述气流场的边缘影响区域的重合度是否大于等于预设阈值；

若所述重合度低于所述预设阈值，则调整所述聚焦环中的气流通道的数量、形状、位置和/或尺寸，直至所述重合度大于等于所述预设阈值；

基于所述重合度大于等于所述预设阈值时，所述气流通道的数量、形状、位置和/或尺寸加工所述聚焦环。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述半导体工艺设备工艺腔室中电磁场的边缘影响区域，包括：

将一正方形的测试晶片设置在一所述晶圆上，所述测试晶片的尺寸与所述晶圆中心区域的尺寸相匹配；

将设置有所述测试晶片的所述晶圆传入所述工艺腔室中进行工艺；

确定所述测试晶片边缘发生刻蚀倾斜效应的区域的尺寸；

将所述晶圆边缘部分对应于该尺寸的区域确定为所述电磁场的边缘影响区域。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将一正方形的测试晶片设置在一所述晶圆上，包括：

在所述测试晶片底面涂上导热层，再将其设置在所述晶圆上。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述测试晶片的边长为1～5cm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于仿真方式，确定所述半导体工艺设备工艺腔室中气流场的边缘影响区域，包括：

基于仿真方式，确定所述晶圆上所述气流场沿所述基座轴向的分量的方向发生变化时的界线；

确定所述界线与所述晶圆边缘之间的区域为所述气流场的边缘影响区域。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述气流通道的总开设面积越大，所述界线距所述晶圆的边缘越近。