CN113436955B - 一种聚焦环及刻蚀设备 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供的聚焦环，用于半导体器件的刻蚀，聚焦环包括上部聚焦环以及下部聚焦环。本申请实施例提供的聚焦环通过在下部聚焦环上形成凹槽，凹槽能够反射半导体器件刻蚀过程中的反应生成物，被反射的反应生成物一部分被真空泵抽走，从而具有减少反应生成物沉积在半导体器件背面以及聚焦环间的优点。本申请同时还提供一种刻蚀设备，由于具有本申请实施例提供的聚焦环，所以也具有减少反应生成物沉积在半导体器件背面与聚焦环之间的优点。

Description

一种聚焦环及刻蚀设备
技术领域
本申请涉及半导体器件制造技术领域，尤其涉及一种聚焦环及刻蚀设备。
背景技术
刻蚀是半导体器件制造过程中的必要步骤，一般利用刻蚀工艺从半导体器件去除不需要的部分。刻蚀工艺主要包括干法刻蚀和湿法刻蚀。等离子体密度的不均匀，会影响半导体器件各区域的刻蚀均匀度，尤其是半导体器件边缘的均匀性，为了改善半导体器件边缘(wafer edge)的均匀度，通常在半导体器件的外圈设计有聚焦环(Focus ring)。
但是在刻蚀过程中，或者其他半导体器件处理工艺过程中，在靠近半导体器件的边缘处经常会形成反应生成物以及副产物，例如包含碳、氧、氮、氟等元素的聚合物。反应生成物会透过聚焦环和半导体器件背面的间隙沉积在承载装置、半导体器件下表面以及聚焦环的间隙之间，当反应生成物沉积到一定程度时会减弱承载装置的吸附能力，甚至直接影响半导体器件的吸附。现有技术中聚焦环存在易造成反应生成物沉积在半导体器件背面与聚焦环之间的问题。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例期望提供一种聚焦环及刻蚀设备，以解决聚焦环存在易造成反应生成物沉积在半导体器件下表面与聚焦环之间的问题。
为达到上述目的，本申请实施例的一方面提供一种聚焦环，包括：
下部聚焦环，用于套设在用于承载半导体器件的承载装置上；以及
上部聚焦环，与所述下部聚焦环连接，用于包围所述半导体器件；
所述下部聚焦环上形成有凹槽，所述凹槽能够反射所述半导体器件刻蚀过程中的反应生成物，以减少所述反应生成物沉积在所述半导体器件的背面与所述聚焦环的间隙之间。
进一步地，所述下部聚焦环具有面向所述上部聚焦环的第一曲面，所述第一曲面的一端与所述下部聚焦环的内周面连接，另一端与所述凹槽的一端连接，所述凹槽的另一端与所述上部聚焦环的内周面连接。
进一步地，所述第一曲面沿径向方向与所述上部聚焦环的距离不变或随着远离所述聚焦环中心而逐渐增大。
进一步地，所述第一曲面沿径向方向与所述上部聚焦环的距离随着远离所述聚焦环中心而逐渐减小。
进一步地，所述凹槽的表面为光滑弧面。
进一步地，所述上部聚焦环具有与所述凹槽连接的对中部，以使所述半导体器件安装时导向所述承载装置的中心位置。
进一步地，所述对中部随着远离所述下部聚焦环，与所述承载装置中心之间的距离逐渐增大。
进一步地，所述对中部为光滑弧面。
进一步地，所述对中部与所述凹槽构成两光滑过渡连接的圆弧镜面结构。
进一步地，所述半导体器件中心位于所述承载装置中心时，所述半导体器件外周面与所述上部聚焦环存在间隙，且所述半导体器件外周面与所述上部聚焦环的最大间隙为1.8mm～2.8mm。
本申请实施例的另一方面提供一种刻蚀设备，包括：
等离子激发装置，用于将刻蚀气体激发，形成等离子体；
射频电极，用于产生偏压电场，以使所述等离子体加速运动到待刻蚀的半导体器件表面，对待刻蚀的所述半导体器件进行刻蚀；
承载装置，设于待刻蚀的所述半导体器件下方，以承载所述半导体器件；以及
上述任意一项所述的聚焦环，套设在所述承载装置上，并将待刻蚀的所述半导体器件围设在所述聚焦环内。
进一步地，所述下部聚焦环的最高点低于或等于所述承载装置承载所述半导体器件的承载面的最低点。
本申请实施例提供的聚焦环，聚焦环包括上部聚焦环以及下部聚焦环。上部聚焦环构成聚焦环的上部，并包围半导体器件；下部聚焦环构成聚焦环的下部，并套设在承载有半导体器件的承载装置上；下部聚焦环上形成有凹槽，凹槽能够反射半导体器件刻蚀过程中的反应生成物，从而减少反应生成物沉积在半导体器件的下表面与聚焦环的间隙之间。本申请实施例提供的聚焦环通过在下部聚焦环上形成凹槽，凹槽能够反射半导体器件刻蚀过程中的反应生成物，被反射的反应生成物一部分被真空泵抽走，从而具有减少反应生成物沉积在半导体器件下表面以及聚焦环间的优点。本申请同时还提供一种刻蚀设备，由于具有本申请实施例提供的聚焦环，所以也具有减少反应生成物沉积在半导体器件下表面以及聚焦环间的优点。
附图说明
图1为现有技术中聚焦环、承载装置以及半导体器件的位置关系示意图；
图2为本申请实施例中的一种聚焦环、承载装置以及半导体器件的位置关系示意图；
图3为图2中A处的局部放大图；
图4为图3中聚焦环为本申请实施例中的另一种聚焦环的结构示意图；
图5为图3中聚焦环为本申请实施例中的又一种聚焦环的结构示意图；
图6为图3中聚焦环为本申请实施例中的再一种聚焦环的结构示意图。
附图标记说明
1、聚焦环；11、下部聚焦环；11a、凹槽；11b、第一曲面；12、上部聚焦环；12b、对中部；2、承载装置；2a、承载面；3、半导体器件。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。
在本申请的描述中方位术语仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元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申请的限制。
在本申请的描述中，“上”、“下”方位或位置关系为基于附图2所示的方位或位置关系，“最高点”为最靠近“上”方向的位置，“最低点”为最靠近“下”方向的位置，需要理解的是，这些方位术语仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元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申请的限制。
现有技术中，参见图1所示，通过等离子激发装置将刻蚀气体激发，形成等离子体，通过射频电极产生偏压电场，以使等离子体加速运动到待刻蚀的半导体器件3表面，对待刻蚀的半导体器件3进行刻蚀。因对半导体器件3刻蚀而产生的部分反应生成物，从聚焦环1与半导体器件3之间的间隙进入，进而进入半导体器件3的背面与聚焦环1之间的间隙，当反应生成物沉积到一定程度时会顶升半导体器件3，使得半导体器件3与承载装置2产生缝隙，进而减弱承载装置2的吸附能力，甚至直接影响半导体器件3的吸附，从而影响半导体器件3的正常刻蚀程序。
本申请实施例的一方面提供一种聚焦环，参见图2～6所示，聚焦环1包括上部聚焦环12以及下部聚焦环11。下部聚焦环11构成聚焦环1的下部，用于套设在用于承载有半导体器件3的承载装置2上；上部聚焦环12构成聚焦环1 的上部，与下部聚焦环11连接，用于包围半导体器件3；下部聚焦环11上形成有凹槽11a，凹槽11a能够反射半导体器件3刻蚀过程中的反应生成物，以减少反应生成物沉积在半导体器件3的下表面与聚焦环1的间隙之间。
本申请实施例提供的聚焦环1通过在下部聚焦环11上形成凹槽11a，对半导体器件3刻蚀过程中产生的部分反应生成物从聚焦环1与半导体器件3之间的间隙进入，凹槽11a能够反射部分反应生成物，使得部分反应生成物如图3 以及图4中箭头的指示方向，从聚焦环1与半导体器件3之间的间隙处反射出去，被反射的反应生成物一部分被真空泵抽走，从而减少反应生成物沉积在半导体器件3下表面以及聚焦环1间，确保半导体器件3顺利完成刻蚀。
在一实施例中，参见图2～6所示，下部聚焦环11具有面向上部聚焦环12 的第一曲面11b，第一曲面11b的一端与下部聚焦环11的内周面连接，另一端与凹槽11a的一端连接，凹槽11a的另一端与上部聚焦环12的内周面连接。
第一曲面11b的设置可以调整凹槽11a在下部聚焦环11上的位置，进而可以使得凹槽11a能够更好地反射反应生成物。
半导体器件3刻蚀过程中产生的部分反应生成物从聚焦环1与半导体器件 3之间的间隙进入，为了减少反应生成物沉积在上部聚焦环12和下部聚焦环11 之间形成的面向半导体器件3的平面上，在平面远离下部聚焦环11内周面的一端设置凹槽11a，通过凹槽11a反射部分反应生成物，使得部分反应生成物从聚焦环1与半导体器件3之间的间隙处反射出去，被反射的反应生成物一部分被真空泵抽走，从而减少反应生成物沉积在半导体器件3背面以及平面之间，防止承载装置2对半导体器件3吸附能力的减弱，确保半导体器件3顺利完成刻蚀。
一实施例中，参见图5所示，第一曲面11b沿轴向与上部聚焦环12上端的距离随着远离聚焦环1中心而逐渐增大。
半导体器件3刻蚀过程中产生的部分反应生成物从聚焦环1与半导体器件 3之间的间隙进入，为了减少反应生成物沉积在上部聚焦环12和下部聚焦环11 之间，第一曲面11b沿轴向与上部聚焦环12上端的距离随着远离聚焦环1中心而逐渐增大，此时第一曲面11b形成一个朝向凹槽11a向下倾斜的斜面，如此，即使有部分反应生成物未被凹槽11a反射出去而落在斜面上，也会沿着斜面向倾斜方向滑走或者被第一曲面11b反射出去，不会沉积在斜面与半导体器件3 的下表面，防止沉积过多的反应生成物而顶升半导体器件3，导致承载装置2 对半导体器件3吸附能力的减弱。
在一些实施例中，参见图4所示，第一曲面11b沿轴向与上部聚焦环12上端的距离相等。
一实施例中，参见图6所示，第一曲面11b沿轴向与上部聚焦环12上端的距离随着远离聚焦环1中心而逐渐减小。此时第一曲面11b形成一个朝向凹槽 11a向上倾斜的斜面，第一曲面11b与承载装置2的外周面之间形成一个容纳槽，如此，即使有部分反应生成物未被凹槽11a反射出去而落入半导体器件3 与第一曲面11b之间，也会落入容纳槽中，不会顶升半导体器件3。
在一实施例中，凹槽11a的表面为光滑弧面。凹槽11a的表面为光滑弧面，提高凹槽11a对反应生成物的反射能力以及对反应生成物反射方向的控制，其中凹槽11a弧面的长度、弯曲程度以及弯曲方向优先为能使凹槽11a最大程度的将反应生成物从聚焦环1与半导体器件3之间的间隙处反射出去。凹槽11a 的表面例如是圆弧镜面。
在一实施例中，参见图2～6所示，上部聚焦环12上形成有对中部12b，对中部12b与凹槽11a连接，以使半导体器件3安装时导向承载装置2的中心位置。在安装半导体器件3时，将半导体器件3放入聚焦环1中，半导体器件3 在下降过程中，沿着对中部12b滑向承载装置2，对中部12b将半导体器件3 导向承载装置2的中心位置，防止因半导体器件3与承载装置2中心因偏移量过大而减弱承载装置2对半导体器件3的吸附能力，甚至直接影响半导体器件3刻蚀的均匀度。且对中部12b也具有反射作用，能反射部分未进入聚焦环1 与半导体器件3之间间隙的反应生成物以及部分进入聚焦环1与半导体器件3 之间间隙的反应生成物。
在一实施例中，参见图2～6所示，对中部12b随着远离下部聚焦环11，与承载装置2中心之间的距离逐渐变长。对中部12b可以是平面，也可以是曲面。其中对中部12b与凹槽11a的连接处可以是光滑过渡，也可以不是光滑过渡，具体的，对中部12b与凹槽11a为两段光滑过渡连接的光滑弧面。
在一实施例中，对中部12b为光滑弧面。对中部12b设置为光滑弧面，不但可以减少半导体器件3与对中部12b之间的摩擦，减少对半导体器件3的损伤以及更有利于将半导体器件3导向承载装置2的中心位置。且光滑弧面能提高对中部12b对反应生成物的反射能力以及对反应生成物反射方向的控制，其中对中部12b弧面的长度、弯曲程度以及弯曲方向优先为能使对中部12b最大程度的将反应生成物从聚焦环1与半导体器件3之间的间隙处反射出去。对中部12b例如是圆弧镜面。
一实施例中，参见图4所示，对中部12b与凹槽11a构成两光滑过渡连接的圆弧镜面结构。能够更好地使半导体器件3在安装时导向承载装置2的中心位置，且能够更好地反射射向对中部12b和凹槽11a的反应生成物。
在一实施例中，参见图2所示，半导体器件3中心位于承载装置2中心时，半导体器件3外周面与上部聚焦环12存在间隙，且半导体器件3外周面与上部聚焦环12的最大间隙为1.8mm～2.8mm。半导体器件3外周面与上部聚焦环12 间间隙的大小会对半导体器件3刻蚀的均匀性产生影响。在不影响半导体器件 3刻蚀的均匀性的前提下，减小半导体器件3外周面与上部聚焦环12间间隙的尺寸可以起到减少反应生成物进入间隙的作用。具体的，半导体器件3外周面与上部聚焦环12的最大间隙为2.3mm。
在一实施例中，参见图2～6所示，第一曲面11b为平面，该平面的径向长度b1为1.5mm，半导体器件3中心位于承载装置2中心时，半导体器件3外周面与上部聚焦环12间最大间距b2为2.3mm，下部聚焦环11内周面与上部聚焦环12内周面间最大间距b3为4.3mm。通过减小半导体器件3外周面与上部聚焦环12间的间距b2，从而减小了反应生成物进入半导体器件3的背面与聚焦环1间的通道，且部分反应生成物经过凹槽11a以及对中部12b的反射，进而减少反应生成物沉积在半导体器件3的背面与第一曲面11b之间的间隙中。
现有技术中干法刻蚀设备一般包括反应腔室、进气装置、等离子激发装置、承载装置2、射频电极以及出气装置。其中，所述进气装置用于向反应腔室内输送刻蚀气体；等离子激发装置设置在反应腔室的顶部的上方，用于将刻蚀气体在反应腔室的顶部的上方激发形成等离子体，并在承载装置2的上方区域产生交变磁场；承载装置2设置在反应腔室的底部，且承载装置2相对反应腔室固定设置，用于承载待刻蚀的半导体器件3；实际应用中承载装置2可以为吸盘，待刻蚀的半导体器件3为晶圆，待刻蚀晶圆通过静电吸附的方式固定吸盘上；射频电极用于在反应腔室内产生偏压电场，以使等离子体中的带电粒子向承载装置2进行定向加速运动，当等离子体运动至待刻蚀晶圆的表面时，待刻蚀晶圆的表层材料受到物理轰击而剥离或者在化学反应中产生可挥发的气态物质，但由于掩膜材料对表面局部区域进行了保护，未有掩膜的区域将被刻蚀；出气装置用于将反应腔室内的废气排出。这里，实现了对晶圆表面的刻蚀。
本申请实施例的另一方面，提供一种刻蚀设备，包括等离子激发装置、射频电极、承载装置2以及上述任意一项实施例的聚焦环1。等离子激发装置用于将刻蚀气体激发，形成等离子体；射频电极用于产生偏压电场，以使等离子体加速运动到待刻蚀的半导体器件3表面，对待刻蚀的半导体器件3进行刻蚀；承载装置2设于待刻蚀的半导体器件3下方，以承载半导体器件3；以及上述任意一项实施例的聚焦环1，套设在承载装置2上，并将待刻蚀的半导体器件3 围设在聚焦环1内。
本申请实施例的刻蚀设备，在对半导体器件3进行刻蚀的过程中，通过在聚焦环1上形成凹槽11a，对半导体器件3刻蚀过程中产生的部分反应生成物从聚焦环1与半导体器件3之间的间隙进入，凹槽11a会反射部分反应生成物，使得部分反应生成物从聚焦环1与半导体器件3之间的间隙处反射出去，被反射的反应生成物一部分被真空泵抽走，从而减少反应生成物沉积在半导体器件 3背面以及聚焦环1间，确保半导体器件3顺利完成刻蚀。
具体的，承载装置2可以为吸盘，待刻蚀的半导体器件3为晶圆，待刻蚀晶圆通过静电吸附的方式固定吸盘上。
在一实施例中，下部聚焦环11的最高点低于或等于承载装置2承载半导体器件3的承载面2a的最低点。防止下部聚焦环11的最高点高于承载装置2承载半导体器件3的承载面2a的最低点时，出现半导体器件3因被下部聚焦环 11的顶部顶住，致使半导体器件3不能吸附在承载装置2的承载面2a上的问题。
本申请提供的各个实施例/实施方式在不产生矛盾的情况下可以相互组合。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种聚焦环，其特征在于，所述聚焦环包括：
下部聚焦环，用于套设在用于承载半导体器件的承载装置上；以及
上部聚焦环，与所述下部聚焦环连接，用于包围所述半导体器件；
所述下部聚焦环上形成有凹槽，所述凹槽能够反射所述半导体器件刻蚀过程中的反应生成物，以减少所述反应生成物沉积在所述半导体器件的下表面与所述聚焦环的间隙之间；
所述下部聚焦环具有面向所述上部聚焦环的第一曲面，所述第一曲面的一端与所述下部聚焦环的内周面连接，另一端与所述凹槽的一端连接，所述凹槽的另一端与所述上部聚焦环的内周面连接，所述第一曲面沿轴向与所述上部聚焦环上端的距离随着远离所述聚焦环中心而逐渐增大或逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的聚焦环，其特征在于，所述凹槽的表面为光滑弧面。
3.根据权利要求1所述的聚焦环，其特征在于，所述上部聚焦环具有与所述凹槽连接的对中部，以使所述半导体器件安装时导向所述承载装置的中心位置。
4.根据权利要求3所述的聚焦环，其特征在于，所述对中部随着远离所述下部聚焦环，与所述承载装置中心之间的距离逐渐增大。
5.根据权利要求4所述的聚焦环，其特征在于，所述对中部为光滑弧面。
6.根据权利要求5所述的聚焦环，其特征在于，所述对中部与所述凹槽构成两光滑过渡连接的圆弧镜面结构。
7.根据权利要求1所述的聚焦环，其特征在于，所述半导体器件中心位于所述承载装置中心时，所述半导体器件外周面与所述上部聚焦环存在间隙，且所述半导体器件外周面与所述上部聚焦环的最大间隙为1.8mm～2.8mm。
8.一种刻蚀设备，其特征在于，包括：
等离子激发装置，用于将刻蚀气体激发，形成等离子体；
射频电极，用于产生偏压电场，以使所述等离子体加速运动到待刻蚀的半导体器件表面，对待刻蚀的所述半导体器件进行刻蚀；
承载装置，设于待刻蚀的所述半导体器件下方，以承载所述半导体器件；以及
权利要求1～7中任意一项所述的聚焦环，套设在所述承载装置上，并将待刻蚀的所述半导体器件围设在所述聚焦环内。
9.根据权利要求8所述的刻蚀设备，其特征在于，所述下部聚焦环的最高点低于或等于所述承载装置承载所述半导体器件的承载面的最低点。
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