CN112542415B - 晶圆处理装置及半导体加工站 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种晶圆处理装置，所述晶圆处理装置包括静电夹盘及覆盖环，所述静电夹盘能够将晶圆静电吸附于所述静电夹盘的承载面上，所述覆盖环设于所述静电夹盘并用于将等离子体聚焦于所述晶圆，所述静电夹盘与所述覆盖环的接触面相对所述静电夹盘的所述承载面倾斜。本发明将覆盖环与静电夹盘的接触面相对于承载晶圆的承载面倾斜，避免了覆盖环发生相对于静电夹盘的位移，提高了晶圆的边缘处刻蚀的均匀度。本发明还提供一种半导体加工站。

Description

晶圆处理装置及半导体加工站
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域，特别是一种晶圆处理装置及半导体加工站。
背景技术
等离子体刻蚀是晶圆加工的重要工艺，它是在等离子体存在的条件下，以平面曝光后得到的光刻图形作掩模，通过溅射、化学反应、辅助能量离子(或电子)与模式转换等方式，精确可控地除去晶圆表面上一定深度的薄膜物质而留下不受影响的沟槽边壁上的物质的加工过程。
刻蚀工艺一般在晶圆处理装置中进行。请参见图1，晶圆处理装置包括静电夹盘20及覆盖环40。静电夹盘20用于吸附晶圆200。覆盖环40围绕晶圆200设于静电夹盘20上，用于将等离子体向晶圆200聚焦。由于静电夹盘20及覆盖环40处于的气体环境的改变引起的气体湍流会使覆盖环40发生如图2所示的相对于静电夹盘20的位移。这种位移使等离子体在晶圆200的边缘处分布不均，导致刻蚀的良率降低。虽然可以通过降低气体湍流产生的方案去改善这个问题，但是由于晶圆处理装置内气体环境的改变是经常发生的，难以完全克服气体湍流的产生。
发明内容
鉴于上述状况，实有必要提供一种晶圆处理装置，以解决上述问题。
一种晶圆处理装置，所述晶圆处理装置包括静电夹盘及覆盖环，所述静电夹盘能够将晶圆静电吸附于所述静电夹盘的承载面上，所述覆盖环设于所述静电夹盘并用于将等离子体聚焦于所述晶圆，所述静电夹盘与所述覆盖环的接触面相对所述静电夹盘的所述承载面倾斜。
进一步地，所述接触面的坡度沿远离所述静电夹盘的中心的方向逐渐变高。
进一步地，所述接触面相对所述承载面的角度大于等于0.57度小于等于2.86度。
一种半导体加工站，所述半导体加工站包括传送机械手，所述半导体加工站还包括上述晶圆处理装置，所述传送机械手用于向所述晶圆处理装置内传送晶圆。
本发明将覆盖环与静电夹盘的接触面相对于承载晶圆的承载面倾斜，避免了由于处理腔室内气体环境的改变引起的气体湍流会使覆盖环发生相对于静电夹盘的位移，提高了晶圆的边缘处刻蚀的均匀度。
附图说明
图1为现有技术的晶圆处理装置的部分结构的剖面图。
图2为图1所示的晶圆处理装置的部分结构经过气体湍流后的剖面图。
图3为本发明一实施例提供的晶圆处理装置的剖面图。
图4为图3所示的晶圆处理装置的局部放大图。
主要元件符号说明
Figure BDA0002209108850000021
Figure BDA0002209108850000031
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，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没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当一个元件或组件被认为是“连接”另一个元件或组件，它可以是直接连接到另一个元件或组件或者可能同时存在居中设置的元件或组件。当一个元件或组件被认为是“设置在”另一个元件或组件，它可以是直接设置在另一个元件或组件上或者可能同时存在居中设置的元件或组件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图3与图4，本发明的实施例提供一种晶圆处理装置100。晶圆处理装置100包括处理腔室10、静电夹盘20及覆盖环40。静电夹盘20位于处理腔室10内，用于吸附晶圆200。覆盖环40围绕晶圆200设于静电夹盘20上，用于将等离子体向晶圆200聚焦。
处理腔室10包括顶壁11、底壁12及侧壁13。顶壁11与底壁12相对设置。侧壁13的一端与顶壁11连接，另一端与底壁12连接，形成一密封空间。
在本实施例中，处理腔室10的顶壁11、底壁12及侧壁13由铝材制成，但不限于此。
静电夹盘20包括基座21与位于基座21上的圆盘22。基座21大致呈圆台状，位于处理腔室10的底壁12上。基座21远离处理腔室10的底壁12的一端的周缘开设一凹槽201。凹槽201由相连接的底面2011及侧面2012形成。覆盖环40位于凹槽201的底面2011上。所述凹槽201的底面2011为一斜面，且底面2011与侧面2012间呈一锐角α。该锐角α的角度范围大于85度，优选范围为87度～89.5度。
基座21由金属材料制成，且作为下部电极，与射频电源23电连接。射频电源23对基座21施加射频范围内的交流电。在本实施例中，基座21由铝材制成，但不限于此。
圆盘22位于基座21远离处理腔室10的底壁12的表面202上。圆盘22包括本体部221及电极222。本体部221由绝缘材料制成，电极222由导电材料制成。电极222设于本体部221内。本体部221包括一远离底壁12的表面202的承载面2211，承载面2211用于承载晶圆200。电极222与直流电源223电连接。直流电源223向电极222提供直流电以产生静电力将晶圆200吸附于承载面2211上。
在本实施例中，本体部221由硅、碳化硅、石英或陶瓷材料制成。
覆盖环40大致呈环状。覆盖环40包括与凹槽201的底面2011接触的下表面401以及朝向圆盘22的本体部221的侧表面402。侧表面402能够向晶圆200聚焦等离子体，以增加晶圆200的边缘处刻蚀的均匀度。
由于处理腔室10内气体环境的改变引起的气体湍流会使覆盖环40发生相对于基座21的位移，将凹槽201的底面2011设置为相对于侧面2012倾斜，即相对于承载面2211倾斜能够避免覆盖环40的位移。相应地，覆盖环40的下表面401也相对于承载面2211倾斜，也即覆盖环40与静电夹盘20的接触面相对于承载面2211倾斜。
进一步地，底面2011的坡度沿远离本体部221的中心的方向逐渐变高。相应地，覆盖环40的下表面401的坡度同样沿远离本体部221的中心的方向逐渐变高。
优选地，底面2011相对于承载面2211的角度大于等于0.57度小于等于2.86度。相应地，覆盖环40的下表面401相对于承载面2211的角度大于等于0.57度小于等于2.86度。需要说明的是，图4仅为示意图，为了方便辨认元件而未表示元件的真实的尺寸比例，实际上，覆盖环40很薄，研究证明如果覆盖环40的下表面401相对于承载面2211的角度大于2.86度可能会造成制作上的问题。
在本实施例中，覆盖环40由硅、碳化硅、石英或陶瓷材料制成。
晶圆处理装置100还包括上部电极50。上部电极50相对基座21设置并固定于处理腔室10的顶壁11上。上部电极50开设多个通孔52，并外接一气体供给源。气体供给源向上部电极50供应处理气体，处理气体经通孔52进入上部电极50与晶圆200之间。
上部电极50与射频电源53电连接。射频电源53对上部电极50施加射频范围内的交流电，使位于上部电极50与下部电极之间的处理气体在电能的作用下被激发成等离子体300。
晶圆处理装置100还包括排气机构60。排气机构60与处理腔室10连通，用于排出处理腔室10内的气体。
晶圆处理装置100还包括供气管路70。供气管路70的出气口通向圆盘22的承载面2211。供气管路70外接供气单元，供气单元向供气管路70提供具有良好导热性能的气体，例如氦气。增强晶圆200与圆盘22之间的间隙的散热效果。
本发明的晶圆处理装置100对晶圆200进行刻蚀工艺的流程如下：
排气步骤：排气机构60将处理腔室10内的气体抽走，使处理腔室10处于预定的真空度。
传送步骤：将晶圆200传送至处理腔室10内，并将晶圆200置于承载面2211上。需要说明的是，传送过程可借由机械手进行，虽然机械手是从外部将晶圆200传送至处理腔室10内，但这里的外部空间的真空度与处理腔室10内是非常相近甚至相同的。
固定步骤：对电极222施加预定的直流电，以产生静电将晶圆200吸附于承载面2211上。
通气步骤：气体供给源通过上部电极50向处理腔室10内供应处理气体。
刻蚀步骤：射频电源向上部电极及下部电极施加射频范围内的交流电，处理气体在电能的作用下被激发成等离子体300，等离子体300对晶圆200进行刻蚀处理。
本发明还提供一种半导体加工站(图未示)，其包括晶圆处理装置100及传送机械手(图未示)。传送机械手用于向晶圆处理装置100内传送晶圆200。
综上，本发明将覆盖环40与静电夹盘20的接触面相对于承载晶圆200的承载面2211倾斜，避免了由于处理腔室10内气体环境的改变引起的气体湍流会使覆盖环40发生相对于静电夹盘20的位移，提高了晶圆200的边缘处刻蚀的均匀度。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施方式的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施方式看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其它单元或步骤，单数不排除复数。
最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种晶圆处理装置，所述晶圆处理装置包括静电夹盘及覆盖环，所述静电夹盘能够将晶圆静电吸附于所述静电夹盘的承载面上，所述覆盖环设于所述静电夹盘并用于将等离子体聚焦于所述晶圆，其特征在于：所述静电夹盘的与所述覆盖环接触的接触面与所述覆盖环的与所述静电夹盘接触的接触面分别相对所述静电夹盘的所述承载面倾斜，所述静电夹盘的与所述覆盖环接触的所述接触面的坡度沿远离所述静电夹盘的中心的方向逐渐变高，所述静电夹盘的与所述覆盖环接触的所述接触面相对所述承载面的角度大于等于0.57度小于等于2.86度。
2.如权利要求1所述的晶圆处理装置，其特征在于，所述静电夹盘的与所述覆盖环接触的所述接触面相对所述承载面的角度为2.86度。
3.如权利要求1所述的晶圆处理装置，其特征在于，所述静电夹盘包括基座与位于所述基座上的圆盘，所述基座的周缘开设一凹槽，所述凹槽由相连接的底面及侧面形成，所述覆盖环位于所述底面上。
4.如权利要求3所述的晶圆处理装置，其特征在于，所述覆盖环包括与所述底面接触的下表面以及朝向所述圆盘的阶梯表面，所述阶梯表面向所述晶圆聚焦等离子体。
5.如权利要求3所述的晶圆处理装置，其特征在于，所述圆盘包括本体部及电极，所述承载面为所述本体部的一个表面，所述电极设于所述本体部内，所述电极与一直流电源电连接，所述直流电源向所述电极提供直流电以产生静电力将所述晶圆吸附于所述承载面上。
6.如权利要求5所述的晶圆处理装置，其特征在于，所述本体部由硅、碳化硅、石英或陶瓷材料制成。
7.如权利要求1所述的晶圆处理装置，其特征在于，所述覆盖环由硅、碳化硅、石英或陶瓷材料制成。
8.一种半导体加工站，所述半导体加工站包括传送机械手，其特征在于，所述半导体加工站还包括权利要求1-7任意一项所述的晶圆处理装置，所述传送机械手用于向所述晶圆处理装置内传送晶圆。
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