CN113571400A - 半导体工艺设备 - Google Patents

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CN113571400A CN202110806914.7A CN202110806914A CN113571400A CN 113571400 A CN113571400 A CN 113571400A CN 202110806914 A CN202110806914 A CN 202110806914A CN 113571400 A CN113571400 A CN 113571400A
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陈国动
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Abstract

本申请公开了一种半导体工艺设备，包括半导体腔室、电磁线圈、支撑部件和绝缘电容调节件，其中：所述半导体腔室具有内腔，所述支撑部件设于所述内腔中，所述支撑部件用于支撑晶圆；所述半导体腔室包括介质窗，所述介质窗与所述支撑部件相对设置；所述电磁线圈设于所述半导体腔室之外，且与所述介质窗相对设置，所述电磁线圈与所述介质窗之间形成容纳空间；所述绝缘电容调节件活动地设于所述容纳空间中，用于覆盖部分所述介质窗。上述方案可以解决半导体工艺设备对晶圆进行加工时，晶圆的部分区域不能满足加工要求的问题。

Description

半导体工艺设备
技术领域
本申请涉及半导体加工技术领域，尤其涉及一种半导体工艺设备。
背景技术
半导体器件作为一种精密元件，在集成电路、消费电子等领域都有应用。在加工半导体器件时，需要通过半导体工艺设备，例如刻蚀设备，对其进行加工。
一种半导体刻蚀设备主要由半导体腔室、电磁线圈及支撑部件组成。电磁线圈在通电后，半导体腔室内的气体在电磁线圈的磁场和电场的耦合作用下，会产生等离子体，等离子体对腔室内的晶圆进行加工处理。由于在半导体腔室设计的过程中，半导体腔室不是绝对对称的，电磁线圈及支撑部件在设置的时候，位置和角度也无法精确，使得电磁线圈通电后在半导体腔室内产生的等离子体会存在分布不均匀的情况。在半导体刻蚀设备对晶圆进行加工的时候，由于半导体腔室内的等离子体分布不均，晶圆会出现某一区域或多个区域的加工无法满足要求的问题。
发明内容
本发明公开了一种半导工艺体设备，以解决半导体工艺设备对晶圆进行加工时，晶圆的部分区域不能满足加工要求的问题。
为了解决上述问题，本申请采用下述技术方案：
一种半导体工艺设备，包括半导体腔室、电磁线圈、支撑部件和绝缘电容调节件，其中：
所述半导体腔室具有内腔，所述支撑部件设于所述内腔中，所述支撑部件用于支撑晶圆；
所述半导体腔室包括介质窗，所述介质窗与所述支撑部件相对设置；
所述电磁线圈设于所述半导体腔室之外，且与所述介质窗相对设置，所述电磁线圈与所述介质窗之间形成容纳空间；
所述绝缘电容调节件活动地设于所述容纳空间中，用于覆盖部分所述介质窗。
本发明采用的技术方案能够达到以下技术效果：
本发明公开的半导体工艺设备就是通过对电磁线圈通电，使得内腔中产生等离子体，通过等离子体对晶圆进行加工。绝缘电容调节件的介电常数较大，大于空气的介电常数，通过将绝缘电容调节件设置在电磁线圈和介质窗之间形成的容纳空间中，相当于空气层减少，增加介质层，最终这部分结构的整体介电常数增加，电容增加。也就是说，增加绝缘电容调节件的区域，电容性加强，在线圈功率不变的条件下，可以获得更大的电压，从而可以改变电场分布，影响耦合作用，改变对应区域等离子体的刻蚀能力，进而提升刻蚀速率。
而通过将绝缘电容调节件活动地设于容纳空间中，可以使得绝缘电容调节件的位置设置更加灵活，当晶圆出现某一区域或多个区域加工不满足要求时，绝缘电容调节件可以移动至晶圆加工不满足要求的区域的相对位置，使得晶圆不满足加工要求的区域的加工状态改变，从而使得整个晶圆的加工满足要求，有效地解决了晶圆的部分区域不满足加工要求的问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例公开的半导体工艺设备的结构示意图；
图2为本发明实施例公开的环状导轨的结构的示意图；
图3为本发明实施例公开的绝缘电容调节件的结构示意图；
图4为本发明实施例公开的环状导轨的截面示意图；
图5为本发明实施例公开的一种绝缘电容调节件与环状导轨连接的示意图；
图6为本发明实施例公开的另一种绝缘电容调节件与环状导轨连接的示意图。
附图标记说明：
100-半导体腔室、110-内腔、120-介质窗、
200-电磁线圈、
300-支撑部件、
400-绝缘电容调节件、410-板状体、420-连接凸起、
500-环状导轨、510-环状凹槽、520-安装孔、
600-喷嘴。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、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。
以下结合附图，详细说明本发明各个实施例公开的技术方案。
请参考图1至图6，本发明实施例公开了一种半导体工艺设备，所公开的半导体工艺设备可以用于对晶圆进行刻蚀，当然，这里的半导体工艺设备也可以是其它具有类似结构的设备。其中，如图1所示，本发明实施例公开的半导体工艺设备包括半导体腔室100、电磁线圈200、支撑部件300和绝缘电容调节件400。
半导体腔室100是半导体工艺设备部分部件安装的基础，也是围成加工空间的构件，半导体腔室100可以是规则的对称结构。半导体腔室100具有中空的内腔110，内腔110可以为支撑部件300和晶圆提供容纳空间，内腔110可以是对称设置的规则形状。当然，半导体腔室100和内腔110也可以是不对称的结构。内腔110内可以容纳有可以电离产生等离子体的气体。
半导体腔室100包括介质窗120，介质窗120可以使电磁线圈200产生的电场和磁场穿过而进入内腔110中。介质窗120可以设置在半导体腔室100的上部，介质窗120可以设置在与支撑部件300相对的位置。
支撑部件300是支撑晶圆的载体，支撑部件300也可以用于支撑其它物体，这里不限制于晶圆。支撑部件300可以为一个，支撑部件300设置于内腔110中，支撑部件300可以是规则的结构，且设置在内腔110的底部，支撑部件300的中心可以位于内腔110的中心位置。支撑部件300也可以为多个，多个支撑部件300均设置于内腔110中，这里对支撑部件300的具体数量不做限定。
电磁线圈200设置在半导体腔室100的外部，电磁线圈200与介质窗120相对设置，且电磁线圈200和介质窗120之间具有一定的间隙，形成容纳空间。电磁线圈200通电后，可以产生电场和磁场。电磁线圈200产生的电场和磁场可以穿过介质窗120进入内腔110中，以激发内腔110中产生等离子体。
绝缘电容调节件400活动地设于容纳空间中，绝缘电容调节件400用于覆盖部分介质窗120。绝缘电容调节件400的介电常数可以与电磁线圈200和介质窗120之间的介质的介电常数不同，电磁线圈200和介质窗120之间为空气层，绝缘电容调节件400的介电常数较大，大于空气的介电常数。绝缘电容调节件400可以是活动的放置在介质窗120上，也可以是在介质窗的中心设置有安装轴，绝缘电容调节件400的一端与安装轴连接，以使绝缘电容调节件400可以绕安装轴旋转。
绝缘电容调节件400可以为树脂板，具体的，树脂板的材料可以为环氧树脂或聚四氟乙炔等。绝缘电容调节件400也可以是陶瓷材料。这里对绝缘电容调节件400的材料不做具体限定，只要是具有不同的介电常数均可，在选取时，可以根据不同的需求进行选择。
在具体的实施过程中，支撑部件300设置于内腔110中，晶圆设置于支撑部件300上，电磁线圈200设置在半导体腔室100的外部，且与介质窗120相对，绝缘电容调节件400设置在电磁线圈200和介质窗120之间形成的容纳空间内，绝缘电容调节件400覆盖部分介质窗120。在电磁线圈200通电后，电磁线圈200产生的电场和磁场穿过介质窗120，激发内腔110内产生等离子体对晶圆进行加工。绝缘电容调节件400可以改变其覆盖区域的等离子体的分布，从而使得绝缘电容调节件400覆盖区域的晶圆的加工状态改变。
具体的，针对刻蚀机来说，由于刻蚀机结构并非绝对对称，在实际工艺刻蚀中经常出现角向刻蚀分布不均匀的情况，这种情况无法通过调节支撑部件300温度和不同电磁线圈200(例如内外)之间的电流比例来消除。影响刻蚀形貌的关键步骤包含有等离子体的产生。等离子体是上电极中的电磁线圈200通过感性耦合和容性耦合作用产生的。电磁线圈200加载功率后，产生磁场和电场透过下方的介质窗120激发等离子体产生。换句话说，耦合作用的强弱会影响等离子体产生的多少，进而影响刻蚀速率的快慢。电磁线圈200与介质窗120之间存在一定高度的空气间隔，这部分的相对介电常数为1，对应电容性较小。如果改变电磁线圈200与介质窗120之间相对介电常数的空间分布情况，对刻蚀速率低的地方进行介电常数升高的补偿，就可以影响耦合强度和电压分布，进而可以影响等离子体的产生，改变刻蚀能力。
本发明公开的半导体工艺设备就是通过对电磁线圈200通电，使得内腔110中产生等离子体，通过等离子体对晶圆进行加工。绝缘电容调节件400的介电常数较大，大于空气的介电常数，通过将绝缘电容调节件400设置在电磁线圈200和介质窗120之间形成的容纳空间中，相当于空气层减少，增加介质层，最终这部分结构的整体介电常数增加，电容增加。也就是说，增加绝缘电容调节件400的区域，电容性加强，在线圈功率不变的条件下，可以获得更大的电压，从而可以改变电场分布，影响耦合作用，改变对应区域等离子体的刻蚀能力，进而提升刻蚀速率。
而通过将绝缘电容调节件400活动地设于容纳空间中，可以使得绝缘电容调节件400的位置设置更加灵活，当晶圆出现某一区域或多个区域加工不满足要求时，绝缘电容调节件400可以移动至晶圆加工不满足要求的区域的相对位置，使得晶圆不满足加工要求的区域的加工状态改变，从而使得整个晶圆的加工满足要求，有效地解决了晶圆的部分区域不满足加工要求的问题。
作为本发明的可选的实施例，半导体工艺设备还可以包括环状导轨500，环状导轨500可以设置在介质窗120上，环状导轨500的中心可以与介质窗120的中心重合。绝缘电容调节件400与环状导轨500导向配合，且绝缘电容调节件400可以沿环状导轨500运动。具体的，绝缘电容调节件400沿环状导轨500的运动可以是滑动，也可以是转动。
通过设置环状导轨500，使得绝缘电容调节件400可以与环状导轨500导向配合，进而使得绝缘电容调节件400可以沿环状导轨500移动，最终使得绝缘电容调节件400可以移动到需要对晶圆进行调节的区域。通过设置环状导轨500，使得绝缘电容调节件400可以在预定的导轨内进行调节，从而可以有效地提高绝缘电容调节件400移动的精度。
可选的，环状导轨500可以为“工”字型，绝缘电容调节件400上可以设有与环状导轨500配合的两个滚轮，绝缘电容调节件400的两个滚轮夹持在环状导轨500的中部，以使绝缘电容调节件400可以在环状导轨500上滚动。通过滚轮与“工”字型环状导轨的配合，可以使得绝缘电容调节件400与环状导轨500连接更稳定，绝缘电容调节件400沿环状导轨500运动时摩擦力更小。环状导轨500和绝缘电容调节件400也可以是具有磁性的材料，环状导轨500和绝缘电容调节件400通过磁力作用配合，绝缘电容调节件400可以在外力作用下沿环状导轨500运动。
可选的，环状导轨500也可以开设有环状凹槽510，环状凹槽510的槽口朝向环状导轨500的中心。绝缘电容调节件400包括板状体410和连接凸起420，连接凸起420伸至环状凹槽510内，连接凸起420与环状凹槽510滑动配合，连接凸起420与板状体410相连，板状体410贴附在介质窗120上，且可随连接凸起420转动。
通过在环状导轨500上开设环状凹槽510，绝缘电容调节件400包括连接凸起420，使得连接凸起420与环状凹槽510配合在一起，进而使得连接凸起420沿环状凹槽510滑动，有效地解决了绝缘电容调节件400沿环状导轨500的移动问题。通过环状凹槽510与连接凸起420的配合，使得连接凸起420与环状凹槽510连接更稳定，使得绝缘电容调节件400通过连接凸起420与环状凹槽510的配合移动更精确。
具体的，环状凹槽510可以是T型结构，连接凸起420为与环状凹槽510相配合的结构，连接凸起420可以与环状凹槽510配合，以使连接凸起420在环状凹槽510内滑动，有效地保证了连接凸起420与环状凹槽510之间连接的稳定性。
一种可选的实施例，连接凸起420为两个，两个连接凸起420分别设于板状体410的邻近环状导轨500的外侧边缘的两端。
通过设置两个连接凸起420，使得两个连接凸起420均与环状凹槽510滑动配合，进而使得绝缘电容调节件400与环状导轨500连接更稳定。两个连接凸起420也可以限制板状体410与环状导轨500之间的角度，避免板状体410角度倾斜造成对晶圆的调节不均匀的问题。
一种可选的实施例，环状导轨500背向介质窗120的侧壁开设有安装孔520，安装孔520与环状凹槽510连通，连接凸起420可通过安装孔520移动至环状凹槽510之外或移动至环状凹槽510之内。
通过设置安装孔520，使得连接凸起420可以通过安装孔520进入环状凹槽510内，有效地解决了绝缘电容调节件400与环状导轨500的安装和拆分的问题。同时将安装孔520设置在背向介质窗120的侧壁上，避免了绝缘电容调节件400在环状导轨500上移动的过程中，连接凸起420沿安装孔520脱出环状凹槽510。
具体的，连接凸起420可以是球状体，环状凹槽510可以是与球状体相适配的圆环空腔，安装孔520的直径可以是大于球状体的直径，方便连接凸起420通过安装孔520移动至环状凹槽510之外或移动至环状凹槽510之内。
作为一种可选的实施例，板状体410为扇形结构体，扇形结构体的圆心与环状导轨500的圆心重合。
通过将板状体410设置为扇形结构，使得板状体410的形状为规则的形状，进而使得板状体410调节的区域相对规则，有利于在晶圆加工的过程中，提高对晶圆的加工精度。而且通过角度、尺寸、厚度等参数的控制，可以实现对不同刻蚀速率低位置的刻蚀速率进行补偿，从而实现对刻蚀工艺角向刻蚀不对称性的优化调整。通过将扇形结构件的圆心与环状导轨500的圆心重合，使得扇形结构件可以围绕圆心移动，进而使得扇形结构件可以覆盖到整个环状导轨500围成的区域。
具体的，扇形结构体的背离圆心的圆弧侧的两端可以设置有连接凸起420。介质窗120的中心可以与环状导轨500的圆心重合，介质窗120的中心处可以设置有喷射气体的喷嘴600，喷嘴600可以是空心的圆柱体结构，扇形结构体靠近圆心的一端可以是圆弧状，扇形结构体靠近圆心一端的圆弧状与喷嘴600相适配，且扇形结构体靠近圆心一端的圆弧状与喷嘴600相对滑动。
作为一种可选的实施例，半导体腔室100还可以包括喷嘴600，喷嘴600可以是中空的圆柱体结构，喷嘴600可以向内腔110内喷射可产生等离子体的气体。喷嘴600自半导体腔室100之外穿过介质窗120，且与内腔110连通，环状导轨500的中心位于喷嘴600的中心轴线上，绝缘电容调节件400设于喷嘴600与环状导轨500之间，绝缘电容调节件400的相背的边缘分别与喷嘴600和环状导轨500滑动配合。
通过设置喷嘴600，将环状导轨500的中心位于喷嘴600的中心轴线上，绝缘电容调节件400设于喷嘴600与环状导轨500之间，绝缘电容调节件400的相背的边缘分别与喷嘴600和环状导轨500滑动配合，使得绝缘电容调节件400的安装更稳定，进而使得绝缘电容调节件400可调节的区域也相对稳定；喷嘴600既可以作为与绝缘电容调节件400滑动配合，且限制绝缘电容调节件400位置的部件，同时也可以有效地解决向内腔110喷射可产生等离子体的气体的问题。
作为一种可选的实施例，环状导轨500在介质窗120上的正投影为第一投影，支撑部件300在介质窗120上的正投影为第二投影，第一投影围绕第二投影。具体的，环状导轨500可以与支撑部件300相对设置，且环状导轨500可以覆盖整个支撑部件300。
通过环状导轨500在介质窗120上的正投影为第一投影，支撑部件300在介质窗120上的正投影为第二投影，第一投影围绕第二投影的设置方式，使得绝缘电容调节件400沿环状导轨500运动时，可以通过运动来覆盖支撑部件300的各个区域。
作为一种可选的实施例，环状导轨500设有刻度线。具体的，刻度线可以设置在环状导轨500背离介质窗120的侧壁，也可以设置在环状导轨500背离环状导轨500圆心的侧壁上。刻度线可以是均匀设置的角度值。
通过在环状导轨500上设置刻度线，使得绝缘电容调节件400沿环状导轨500运动时，可以精确的运动到具体的位置，使得绝缘电容调节件400调节的区域更精确。
作为一种可选的实施例，绝缘电容调节件400的数量为至少两个。具体的，绝缘电容调节件400可以为多个，多个绝缘电容调节件400的形状、大小或厚度中的至少一者可以不同。绝缘电容调节件400可以是一个设置在电磁线圈200与介质窗120之间形成容纳空间中，也可以是多个一起设置在电磁线圈200与介质窗120之间形成容纳空间中，在具体的实施的过程中，可以按照实际需要进行设置。
通过设置绝缘电容调节件400的数量为至少两个，使得在晶圆在加工过程中，可以对不同区域选择不同的绝缘电容调节件400，也可以使得多个调节板一起设置在电磁线圈200与介质窗120之间形成容纳空间中，使得晶圆的多个需要调节的区域一起调节，可以有效地提高加工的效率。同时，多个不同的绝缘电容调节件400可以配合使用，使得多个不同的绝缘电容调节件400通过灵活组合，以对不同形状的区域进行覆盖，从而提高了半导体工艺设备对晶圆的调节能力。
本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种半导体工艺设备，其特征在于，包括半导体腔室(100)、电磁线圈(200)、支撑部件(300)和绝缘电容调节件(400)，其中：
所述半导体腔室(100)具有内腔(110)，所述支撑部件(300)设于所述内腔(110)中，所述支撑部件(300)用于支撑晶圆；
所述半导体腔室(100)包括介质窗(120)，所述介质窗(120)与所述支撑部件(300)相对设置；
所述电磁线圈(200)设于所述半导体腔室(100)之外，且与所述介质窗(120)相对设置，所述电磁线圈(200)与所述介质窗(120)之间形成容纳空间；
所述绝缘电容调节件(400)活动地设于所述容纳空间中，用于覆盖部分所述介质窗(120)。
2.根据权利要求1所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述半导体工艺设备还包括环状导轨(500)，所述环状导轨(500)设于所述介质窗(120)，所述绝缘电容调节件(400)与所述环状导轨(500)导向配合，且所述绝缘电容调节件(400)可沿所述环状导轨(500)运动。
3.根据权利要求2所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述环状导轨(500)开设有环状凹槽(510)，所述环状凹槽(510)的槽口朝向所述环状导轨(500)的中心，所述绝缘电容调节件(400)包括板状体(410)和连接凸起(420)，所述连接凸起(420)伸至所述环状凹槽(510)内，且所述连接凸起(420)与所述环状凹槽(510)滑动配合，所述连接凸起(420)与所述板状体(410)相连，所述板状体(410)贴附在所述介质窗(120)上，且可随所述连接凸起(420)转动。
4.根据权利要求3所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述连接凸起(420)为两个，两个所述连接凸起(420)分别设于所述板状体(410)的邻近所述环状导轨(500)的外侧边缘的两端。
5.根据权利要求3所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述环状导轨(500)背向所述介质窗(120)的侧壁开设有安装孔(520)，所述安装孔(520)与所述环状凹槽(510)连通，所述连接凸起(420)可通过所述安装孔(520)移动至所述环状凹槽(510)之外或移动至所述环状凹槽(510)之内。
6.根据权利要求3所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述板状体(410)为扇形结构体，所述扇形结构体的圆心与所述环状导轨(500)的圆心重合。
7.根据权利要求2所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述半导体腔室(100)还包括喷嘴(600)，所述喷嘴(600)自所述半导体腔室(100)之外穿过所述介质窗(120)，且与所述内腔(110)连通，所述环状导轨(500)的中心位于所述喷嘴(600)的中心轴线上，所述绝缘电容调节件(400)设于所述喷嘴(600)与所述环状导轨(500)之间，所述绝缘电容调节件(400)的相背的边缘分别与所述喷嘴(600)和所述环状导轨(500)滑动配合。
8.根据权利要求2所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述环状导轨(500)在所述介质窗(120)上的正投影为第一投影，所述支撑部件(300)在所述介质窗(120)上的正投影为第二投影，所述第一投影围绕所述第二投影。
9.根据权利要求2所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述环状导轨(500)设有刻度线。
10.根据权利要求1所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述绝缘电容调节件(400)的数量为至少两个。
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