CN114005721A - 半导体工艺设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体工艺设备，包括：工艺腔室，其内部具有工艺腔，顶部设置有进气口；整流结构，将工艺腔分隔为发生腔和加工腔；设置在加工腔的承载结构；线圈用于对进入发生腔的工艺气体进行离化形成等离子体。整流结构包括多个整流部，各整流部具有多个通孔，多个整流部中的一个呈板状，且在晶圆的轴向上覆盖晶圆的中部，其余的多个整流部均呈环状，呈环状的多个整流部沿晶圆的轴线依次设置在呈板状的整流部的下方，多个整流部的径向尺寸沿晶圆的径向由内向外逐渐增大，呈环状的多个整流部在晶圆的轴向上覆盖晶圆的其余部分，位于最外侧的整流部在晶圆的轴向上覆盖晶圆的边缘。本发明可对刻蚀速率差距进行补偿，从而有效地提高刻蚀均匀性。

Description

半导体工艺设备

技术领域

本发明涉及半导体装备技术领域，具体地，涉及一种半导体工艺设备。

背景技术

高分子聚合物在微电子制造领域中具有广泛的应用。例如，聚酰亚胺是一种综合性能良好的有机高分子材料，其具有较好的耐高温性能和绝缘性能、较低的介电常数、且容易与氧气等发生反应而被刻蚀掉，因而可被用作电路之间的钝化层(如在先进封装中的重新布线技术中，可将聚酰亚胺改性后光刻制备图案化结构并避免不同电路之间互连)、用于减少电路中的寄生电容以实现高频电子器件中的线路钝化、用作牺牲层来制备微机械系统中的悬空结构等等。再如，光刻胶是一种具有光敏特性的高分子聚合物，在光照下其结构发生改性，可以被显影液剥离(正性光刻胶)或者保留(负性光刻胶)，因而可被用作晶圆刻蚀掩膜，即通过光刻胶将光刻板上的图形转移到晶圆上，再通过干法刻蚀或者薄膜生长等工艺将图案固定下来，最后光刻胶需要被去除。

在上述应用过程中，常常需要通过等离子体干法刻蚀对高分子聚合物进行处理。例如，利用聚酰亚胺来实现先进封装中的重新布线技术时，需要通过等离子体干法刻蚀对聚酰亚胺表面进行改性处理，增大粗糙度和亲水性，以保证电镀重新布线金属时药液可以完全浸润整个晶圆。再如，利用光刻胶作为干法刻蚀掩膜后的去除过程中，由于光刻胶经过干法刻蚀后发生改性，难以使用溶剂溶解的方法进行湿法去除，而需要利用等离子体去胶机(去胶原理与等离子体刻蚀相同)进行去除。

然而，在通过等离子体干法刻蚀对高分子聚合物进行处理时，控制高分子聚合物的刻蚀速率和刻蚀均匀性是难点之一，而刻蚀速率和刻蚀均匀性与等离子体均匀性密切相关。在现有技术中，一般通过设置均流结构来实现均匀进气或均匀排气，从而提高等离子体均匀性。例如，均流结构位于晶圆的下方，均流结构套设在承载晶圆的支撑结构上并与腔壁之间相贴合，以将工艺腔分隔为晶圆刻蚀区和排气区，等离子体在晶圆刻蚀区中均匀性更易控制，且通过均流结构可实现均匀排气，进一步保证刻蚀均匀性。再如，均流结构位于晶圆的上方，通过均流结构实现可实现均匀进气，从而提高等离子体的分布均匀性。上述均流结构的各个部位与晶圆之间的距离均相等，其直接影响的是整体进气或排气均匀性，而这种方式对于刻蚀均匀性的提高效果并不理想，并且仅适用于较小尺寸的晶圆及工艺腔。

此外，等离子体由离子、电子、中性粒子和自由基等成分构成，由于电子的质量远小于离子，在等离子体产生后电子会被优先加速并形成具有正电势的等离子体鞘层。在偏置电压作用下，等离子体鞘层中的正电荷被加速运动至晶圆(特别是基底边缘翘曲的翘曲片)上进行积累。由于刻蚀过程主要采用氧气作为刻蚀气体，而氧元素的电负性高(即捕获电子的能力强)，不能补偿晶圆上正电荷的积累，积累一段时间后容易在晶圆的边缘发生放电打火，从而严重影响刻蚀工艺结果，甚至导致刻蚀工艺失败。在现有技术中，一般通过在刻蚀过程中额外引入电负性低的气体(例如惰性气体)来释放晶圆上积累的正电荷，但是这样往往会增加工艺步骤，从而降低产能。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种半导体工艺设备。

本发明提供一种半导体工艺设备，包括：工艺腔室，其内部具有工艺腔，顶部设置有进气口；整流结构，设置在工艺腔内并将工艺腔分隔为发生腔和加工腔，整流结构具有用于连通发生腔和加工腔的通孔；承载结构，设置在加工腔内，用于承载晶圆；线圈，设置在工艺腔室上，用于对由进气口进入发生腔的工艺气体进行离化以形成等离子体，等离子体通过通孔进入至加工腔内并作用于晶圆，其中，整流结构位于承载结构上方，包括多个整流部，各整流部上均具有多个均匀分布的通孔，多个整流部中的一个呈板状，且在晶圆的轴向上覆盖晶圆的中部，其余的多个整流部均呈环状，呈环状的多个整流部沿晶圆的轴线依次设置在呈板状的整流部的下方，多个整流部的径向尺寸沿晶圆的径向由内向外逐渐增大，呈环状的多个整流部在晶圆的轴向上覆盖晶圆的其余部分，位于最外侧的整流部在晶圆的轴向上覆盖晶圆的边缘。

进一步地，整流结构还包括遮挡环，任意相邻的两个整流部之间均设置有一遮挡环，该遮挡环与该相邻的两个整流部中的至少一个整流部连接，遮挡环用于遮挡在晶圆的轴向上相邻的两个整流部之间形成的空隙。

进一步地，整流部为三个，三个整流部分别为沿晶圆的轴线自上向下依次布置的中心整流板、中间整流环及边缘整流环，其中，中心整流板、中间整流环及边缘整流环均与晶圆同心设置，边缘整流环与工艺腔的腔壁间隙配合或贴合。

进一步地，还包括升降驱动机构，升降驱动机构用于驱动各整流部相对于承载结构升降，以调整各整流部与晶圆相应部分之间的距离。

进一步地，在相邻的两个整流部中，遮挡环的一端套设在位于上方的整流部的外侧且与该整流部的外侧边缘间隙配合，遮挡环的另一端与位于下方的整流部的内侧边缘连接，以在该整流部升降时随之同步升降；或者，在相邻的两个整流部中，遮挡环的一端与位于上方的整流部的外侧边缘连接，以在该整流部升降时随之同步升降，遮挡环的另一端放置在位于下方的整流部的内侧且与该整流部的内侧边缘间隙配合。

进一步地，整流结构由导电材料制成且通过升降驱动机构接地，各整流部均还用于去除等离子体中的带电粒子，使等离子体中的剩余粒子进入至加工腔内并作用于晶圆，多个整流部中位于最外侧的整流部能够在升降驱动机构的驱动下移动至与晶圆之间具有预设距离的位置，预设距离被配置为能够减少或避免剩余粒子再次进行离化。

进一步地，整流结构整体为导电金属结构，整流结构的表面包覆有隔离层，其中，隔离层包括在导电金属结构的表面形成的自然氧化层；或者，隔离层包括惰性金属层。

进一步地，整流结构还包括附加整流件，附加整流件由导电材料制成且通过升降驱动机构接地，附加整流件具有多个均匀分布的通孔，附加整流件在晶圆的轴向上至少覆盖该晶圆的边缘，且附加整流件能够在升降驱动机构的驱动下移动至与晶圆之间具有预设距离的位置，附加整流件用于去除等离子体中的带电粒子，使等离子体中的剩余粒子进入至加工腔内并作用于晶圆，预设距离被配置为能够减少或避免剩余粒子再次进行离化。

进一步地，整流结构整体为导电金属结构且通过升降驱动机构接地，整流结构的表面包覆有隔离层，其中，隔离层包括在导电金属结构的表面形成的自然氧化层；或者，隔离层包括惰性金属层。

进一步地，升降驱动机构包括驱动源和升降杆，驱动源固定在工艺腔室的外侧，升降杆的一端与驱动源连接，升降杆的另一端穿过工艺腔室的腔室壁体进入至工艺腔内并与整流结构连接，其中，升降杆由导电材料制成且与腔室壁体接触，整流结构通过升降杆与腔室壁体电性导通以实现接地。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的半导体工艺设备的整流结构包括多个整流部，多个整流部中的一个呈板状，且在晶圆的轴向上覆盖该晶圆的中部；其余的多个整流部均呈环状，呈环状的多个整流部沿晶圆的轴线依次设置在呈板状的整流部的下方，多个整流部的径向尺寸沿晶圆的径向由内向外逐渐增大，呈环状的多个整流部在晶圆的轴向上覆盖该晶圆的其余部分。位于最外侧的整流部在晶圆的轴向上覆盖该晶圆的边缘。

在现有技术中，晶圆刻蚀不均匀往往体现在相比于晶圆的中部而言，越靠近晶圆的边缘，刻蚀速率越低，由此引起的刻蚀速率差距越大，则刻蚀均匀性越差。考虑到整流部与晶圆之间的距离与刻蚀速率密切相关，一般情况下，整流部与晶圆之间的距离越小，等离子体流出整流部后复合几率越小，刻蚀速率越高，刻蚀得越快；相反地，整流部与晶圆之间的距离越大，刻蚀速率越低，刻蚀得越慢。

因此，上述在晶圆的轴向上将其完全覆盖的多个整流部，通过将呈环状的多个整流部沿晶圆的轴线依次设置在呈板状的整流部的下方、且多个整流部的径向尺寸沿晶圆的径向由内向外逐渐增大(多个整流部整体呈阶梯状)的方式，实现呈板状的整流部与晶圆的中部之间的距离最大、由上至下的呈环状的其余整流部与晶圆之间的距离逐渐减小，位于最外侧的整流部与晶圆之间的距离最小，以此对上述刻蚀速率差距进行补偿，从而缩小甚至消除晶圆的各个部位之间的刻蚀速率差距，进而有效地提高刻蚀均匀性。同时，上述方式应用于较大尺寸的晶圆刻蚀时，可以根据晶圆和工艺腔的尺寸，适当增加整流部的数量或单个整流部的径向尺寸，从而保证刻蚀均匀性的改善效果。

附图说明

图1为根据本发明的一个实施例的半导体工艺设备的剖视示意图；

图2为根据本发明的另一个实施例的半导体工艺设备的剖视示意图；

图3为图1的半导体工艺设备的整流结构的结构示意图；

图4为图3的整流结构的中心整流板的结构示意图；

图5为图3的整流结构的中间整流环或边缘整流环的结构示意图；

图6为图3的整流结构的遮挡环的结构示意图；

图7为图3的整流结构的遮挡环与中间整流环或边缘整流环连接的结构示意图；

图8为根据本发明的一个实施例的半导体工艺设备的整流结构的中心整流板的结构示意图，其中，中心整流板上的多个通孔呈矩阵排布；

图9为根据本发明的一个实施例的半导体工艺设备的整流结构的中间整流环或边缘整流环的结构示意图，其中，中间整流环或边缘整流环上的多个通孔沿周向密集排布；

图10为本发明的半导体工艺设备的整流结构上通孔可采用的形状的示例；

图11为图1的半导体工艺设备的升降驱动机构的结构示意图；

图12为采用本发明的半导体工艺设备进行刻蚀的工艺测量结果；

图13为采用现有的半导体工艺设备进行刻蚀的工艺测量结果；

图14为采用与本发明整流结构类似结构但隔离层为普通氧化层的半导体工艺设备进行刻蚀的工艺测量结果；

图15为采用现有的半导体工艺设备进行刻蚀后的晶圆照片；

图16为采用本发明的半导体工艺设备进行刻蚀后的晶圆照片。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的半导体工艺设备进行详细描述。

本发明提供了一种半导体工艺设备，通过半导体工艺设备可进行等离子体干法刻蚀工艺，并且该半导体工艺设备能够应用于任何需要进行等离子体干法刻蚀的场景，例如对晶圆进行刻蚀、在光刻胶作为干法刻蚀掩膜后对光刻胶进行去除、对聚酰亚胺表面进行改性处理等等。采用本发明提供的半导体工艺设备能够有效地提高对晶圆的刻蚀均匀性，并且更加适用于较大尺寸的晶圆的均匀刻蚀。

如图1所示，在一些实施例中，半导体工艺设备包括工艺腔室10、整流结构20、承载结构30以及线圈60。其中，工艺腔室10内部具有工艺腔11，工艺腔室10的顶部设置有进气口。整流结构20设置在工艺腔11内并将工艺腔11分隔为发生腔111和加工腔112，即整流结构20的整体的外壁与工艺腔11的腔壁之间间隙配合或相贴合。进气口与发生腔111连通，承载结构30设置在加工腔112内，并且承载结构30用于承载晶圆40。承载结构30为现有较为成熟的结构，其包括但不限于静电盘和下电极，通过静电盘能够对晶圆40进行吸附固定。整流结构20具有用于连通发生腔111和加工腔112的通孔21。线圈60设置在工艺腔室10上。线圈60具体可以位于进气口与整流结构20之间。当工艺气体通过进气口进入发生腔111后，通过线圈60对工艺气体进行离化以形成等离子体，等离子体再通过整流结构20的通孔21进入至加工腔112内并作用于晶圆40，从而实现对晶圆40的刻蚀。一般情况下，整流结构20上的通孔21为均匀设置的多个，等离子体经过整流结构20的多个通孔21后的分布更为均匀，从而有利于改善晶圆40的刻蚀均匀性。

在图1示出的具体实施例中，进气口设置在工艺腔室10的顶部，整流结构20位于承载结构30上方，即进气口、整流结构20、承载结构30由上至下依次设置，整流结构20将工艺腔11分隔为上下布置的发生腔111和加工腔112。线圈60埋设在发生腔111的腔壁中。线圈60可以为一个大的螺旋线圈，也可以为多个线圈的组合，多个线圈60可以沿竖直方向间隔布置，并且多个线圈60环绕进气口的进气路径，从而对由进气口进入的工艺气体进行离化。进气口包括多个边缘进气口121和一个中心进气口122，多个边缘进气口121环绕中心进气口122布置，在进气口的进气方向上，边缘进气口121对应于承载结构30的边缘部位(即晶圆40的边缘部位)，中心进气口122对应于承载结构30的中心部位(即晶圆40的中心部位)，从而使进气更为均匀，有利于改善晶圆40的刻蚀均匀性。

需要说明的是，线圈60的具体布置方式不限于此，在图中未示出的其它实施例中，多个线圈60也可以沿水平方向间隔布置；或者，线圈60也可以设置在工艺腔室10的外壁对应于发生腔111的部位，等等。此外，进气口的具体形式也不限于此，在图中未示出的其它实施例中，进气口也可以为其它形式，例如，工艺腔室10的顶部整体形成一敞开口，设置遮挡在该敞开口上的进气格栅，进气格栅具有较多且密集的进气口。

进一步地，如图1和图2所示，在一些实施例中，整流结构20包括多个整流部22，各整流部22上均具有多个均匀分布的通孔21。多个整流部22中的一个呈板状，呈板状的整流部22用于在晶圆40的轴向上覆盖该晶圆40的中部；其余的多个整流部22均呈环状，呈环状的多个整流部22沿晶圆40的轴线(即晶圆40的轴向)依次设置在呈板状的整流部22的下方，并且多个整流部22的径向尺寸沿晶圆40的径向由内向外逐渐增大，呈环状的多个整流部22用于在该晶圆40的轴向上覆盖该晶圆40的其余部分。

也就是说，以晶圆40的径向和轴向作为第一参考方向和第二参考方向。呈板状的整流部22位于中部，其余的多个呈环状的整流部22以呈板状的整流部22为中心、沿第一参考方向以径向尺寸由内向外逐渐增大的方式依次进行布置，并且最终能够通过多个整流部22在晶圆40的轴向上将该晶圆40完全覆盖，位于最外侧的整流部22(呈环形)在晶圆40的轴向上覆盖该晶圆40的边缘。同时，呈环状的多个整流部22沿第二参考方向依次设置在呈板状的整流部22的下方，即由上至下的多个整流部22与晶圆40之间的距离逐渐减小，也可以理解为，在相邻的两个整流部22中，位于外侧(即靠近工艺腔11腔壁的一侧)的整流部22与晶圆40之间的距离小于位于内侧(即靠近工艺腔11中心的一侧)的整流部22与晶圆40之间的距离。

因此，多个整流部22整体可看作类似于一个阶梯状平台(例如阶梯状圆台)，呈板状的整流部22与晶圆40的中部之间的距离最大，由上至下的呈环状的其余整流部22与该晶圆40之间的距离逐渐减小，位于最外侧的整流部22与晶圆40之间的距离最小。

在现有技术中，晶圆40刻蚀不均匀往往体现在相比于晶圆40的中部而言，越靠近晶圆40的边缘，刻蚀速率越低，由此引起的刻蚀速率差距越大，则刻蚀均匀性越差。考虑到整流部22与晶圆40之间的距离与刻蚀速率密切相关，一般情况下，整流部22与晶圆40之间的距离越小，等离子体流出整流部22后复合几率越小，刻蚀速率越高，刻蚀得越快；相反地，整流部22与晶圆40之间的距离越大，刻蚀速率越低，刻蚀得越慢。

因此，上述在晶圆40的轴向上将其完全覆盖的多个整流部22，通过将呈环状的多个整流部22沿晶圆40的轴线依次设置在呈板状的整流部22的下方、且多个整流部22的径向尺寸沿晶圆40的径向由内向外逐渐增大(多个整流部22整体呈阶梯状)的方式，实现呈板状的整流部22与晶圆40的中部之间的距离最大、由上至下的呈环状的其余整流部22与晶圆40之间的距离逐渐减小，位于最外侧的整流部22与晶圆40之间的距离最小，以此对上述刻蚀速率差距进行补偿，从而缩小甚至消除晶圆40的各个部位之间的刻蚀速率差距，进而有效地提高刻蚀均匀性。同时，上述方式应用于较大尺寸的晶圆40刻蚀时，可以根据晶圆40和工艺腔11的尺寸，适当增加整流部22的数量或单个整流部22的径向尺寸，从而保证刻蚀均匀性的改善效果。

优选地，在上述多个整流部22中，各个整流部22设置通孔21的区域在晶圆40的轴向上独立设置、不存在重叠的部分，同时呈环状的整流部22的中间孔在晶圆40的轴向上对应于呈板状的整流部22以对其进行避让。上述设置方式能够使等离子体经过各个整流部22后不会再经过其它的整流部22，而是直接作用于晶圆40，更便于刻蚀速率的控制。需要说明的是，在上述优选实施例中，只要保证各个整流部22设置通孔21的区域不重叠即可，各个整流部22的实心部分(例如板体部分、环体部分等)可以存在一定的重叠量。当然，在其它实施方式中，某些整流部22设置通孔21的区域之间也可以允许在晶圆40的轴向上存在一定的重叠量，只要不会对刻蚀速率的控制产生较大影响即可。

如图1和图11所示，在一些实施例中，半导体工艺设备还包括升降驱动机构50，升降驱动机构50用于驱动各整流部22相对于承载结构30升降，以调整各整流部22与晶圆40相应部分之间的距离。各整流部22的位置均可以进行升降调整，即各整流部22与晶圆40相应部分之间的距离均可以改变。上述各整流部22均能够被升降调整位置，在实际应用时，可以根据晶圆40的实际需求改变某一个或某几个整流部22与晶圆40之间的距离，从而调整晶圆40相应部位的刻蚀速率，进而能够更为灵活地控制刻蚀均匀性。

需要说明的是，对于各整流部22的位置可以在工艺开始之前根据不同类型及规格的晶圆40的需求进行预先调整，也可以在工艺进行中根据晶圆40的当前情况(例如刻蚀情况)进行实时调整。升降驱动机构50可以控制各整流部22互不干扰地单独进行升降，也可以控制至少两个整流部22之间同步进行升降。需要注意的是，无论整流部22怎样进行升降调整，多个整流部22之间的排布方式应始终呈阶梯状，即始终符合整流部22与晶圆40的中部之间的距离最大、其余整流部22与该晶圆40之间的距离逐渐减小的形式。此外，可以理解地，整流部22并不限于可升降，在其它实施方式中，多个整流部22中的一部分甚至于全部可设置为相对于承载结构30位置固定。例如，当半导体工艺设备应用于某一特定的工艺条件和晶圆40时，可以根据该工艺条件和晶圆40的需求对多个整流部22的结构、尺寸进行预先设计，多个整流部22加工并装配后其位置固定不变，同样也能够对晶圆40进行均匀刻蚀。

由于晶圆40设置于承载结构30的承载面上，整流部22与晶圆40之间的距离可近似于整流部22与承载结构30的承载面之间的距离。整流部22与承载结构30的承载面之间的距离一般在20mm至65mm之间，当整流部22可升降调整时，整流部22需要在该距离范围内进行调整；当整流部22固定设置不可调时，整流部22与承载结构30的承载面之间的固定距离也应处于该距离范围内。

上述多个整流部22的具体数量并不作限定，可以根据晶圆40和工艺腔11的尺寸进行合理设计。在图1和图3示出的具体实施例中，整流部22为三个，三个整流部22分别为沿晶圆40的轴线自上向下依次布置的中心整流板22a、中间整流环22b及边缘整流环22c。其中，中心整流板22a、中间整流环22b及边缘整流环22c均与晶圆40同心设置，中心整流板22a用于覆盖晶圆40的中部，边缘整流环22c用于覆盖晶圆40的边缘，中间整流环22b用于覆盖晶圆40的中部至边缘之间的部位。边缘整流环22c与工艺腔11的腔壁间隙配合或贴合。

需要注意的是，在本实施例中，中心整流板22a、中间整流环22b和边缘整流环22c均可通过升降驱动机构50驱动升降以调整设置位置，从而能够根据晶圆40的中部、边缘、中部与边缘之间的部位的预计刻蚀需求，调整中心整流板22a、中间整流环22b和边缘整流环22c与晶圆40相应部位之间的距离以获得期望的刻蚀速率，从而提高刻蚀均匀性。此时，为了便于边缘整流环22c的升降移动，边缘整流环22c与工艺腔11的腔壁可间隙配合。当然，在其它实施方式中，如果边缘整流环22c为相对于承载结构30固定设置，则边缘整流环22c与工艺腔11的腔壁之间也可以相贴合。另外，可以理解地，整流部22的数量不限于三个，在其它实施方式中，也可以为其它数量，例如四个(图2示出的实施例)等。

由于按照上述方式排布的多个整流部22之间在晶圆40的轴向上具有高度差，这就导致相邻的两个整流部22之间存在空隙。原则上来说，除了整流结构20上的通孔21、整流结构20与工艺腔11之间的装配间隙及整流结构20的各个部件之间的装配间隙外，不允许存在等离子体有可能会流过的其它空隙，也可以理解为不允许等离子体未经整流部22而直接到达晶圆40表面(例如晶圆表面)，不然有可能会引起等离子体诱导损伤。因此，需要对相邻的两个整流部22之间形成的空隙进行遮挡。

具体地，如图1和图2所示，在一些实施例中，整流结构20还包括遮挡环23，任意相邻的两个整流部22之间均设置有一遮挡环23，遮挡环23用于遮挡在晶圆40的轴向上相邻的两个整流部22之间形成的空隙。优选地，在遮挡环23、设置有该遮挡环23的相邻的两个整流部22中，该遮挡环23与该相邻的两个整流部22中的至少一个连接。当上述遮挡环23遮挡相邻的两个整流部22之间的空隙后，能够阻隔等离子体，防止等离子体由该空隙处横向扩散、从而未经整流部22就直接流向晶圆40表面。其中，遮挡环23的具体结构并不作限定，遮挡环23可以为沿晶圆40的轴向延伸的等径环状结构，也可以为与晶圆40的轴向具有一定倾斜角度的变径环状结构，只要能够将相邻的两个整流部22之间的空隙遮挡住即可。

此外，遮挡环23与相邻的两个整流部22之间的配合方式也并不作限定。如图3至图7所示，在一些实施例中，各整流部22分别通过升降驱动机构50驱动升降。遮挡环23大致沿晶圆40的轴向延伸，遮挡环23可与晶圆40的轴向平行或具有一定夹角，遮挡环23沿其延伸方向具有两端。在相邻的两个整流部22之间，遮挡环23的一端套设在位于上方的整流部22的外侧且与该整流部22的外侧边缘间隙配合，遮挡环23的另一端与位于下方的整流部22的内侧边缘连接，以在该整流部22升降时随之同步升降。

当通过升降驱动机构50驱动上述位于下方的整流部22升降时，该整流部22带动遮挡环23同步升降，由于位于上方的整流部22与遮挡环23之间间隙配合，遮挡环23的移动不会对上方的整流部22造成影响。当通过升降驱动机构50驱动上述位于上方的整流部22升降时，由于该整流部22与遮挡环23之间间隙配合，遮挡环23不会随该整流部22移动。其中，整流部22与遮挡环23之间的间隙不应过大，从而减少或避免等离子体由该间隙处流过，因此整流部22与遮挡环23之间的间隙应在1mm以下。

下方的整流部22的升降带动遮挡环23进行位置的调整，而遮挡环23的上方的整流部22的升降对其影响不大，该整流部22会与遮挡环23之间发生相对移动。但是，需要注意的是，为了保证遮挡环23对相邻两个整流部22之间空隙的有效遮挡，应根据两个整流部22的升降距离范围，对遮挡环23沿该整流部22升降方向(即晶圆40的轴向)的尺寸进行合理设计，从而实现无论整流部22如何调整，均保证遮挡环23相应的端部始终套设在上方的整流部22外侧，即遮挡环23的端部始终高于该整流部22或者与该整流部22平齐。在图3至图7示出的具体实施例中，遮挡环23为两个，两个遮挡环23分别为第一遮挡环和第二遮挡环，第一遮挡环和第二遮挡环分别用于遮挡中心整流板22a与中间整流环22b之间的空隙以及中间整流环22b与边缘整流环22c之间的空隙。第一遮挡环的底端与中间整流环22b的内侧边缘连接，第一遮挡环的顶端套设在中心整流板22a的外侧(高于中心整流板22a或与中心整流板22a齐平)并与其间隙配合(间隙1mm以下)，第二遮挡环的底端与边缘整流环22c的内侧边缘连接，第二遮挡环的顶端套设在中间整流环22b的外侧(高于中间整流环22b或与中间整流环22b齐平)并与其间隙配合(间隙1mm以下)。

需要说明的是，遮挡环23与相邻的两个整流部22之间的配合方式不限于上述方式。在图中未示出的其它实施例中，在相邻的两个整流部22中，遮挡环23的一端与位于上方的整流部22的外侧边缘连接，以在该整流部22升降时随之同步升降；遮挡环23的另一端放置在位于下方的整流部22的内侧且与该整流部22的内侧边缘间隙配合。其中，遮挡环23与下方整流部22间隙配合的具体方式、遮挡环23和两个整流部22在进行升降调整时的运动过程等均与上述图3至图7所示的实施例类似，在此不再赘述。

本发明对于遮挡环23与整流部22之间的连接方式并不作限定，可以通过焊接、粘接等方式进行连接。上述遮挡环23与两个整流部22中的一个连接为一体(即可看作为一个零件)进行加工安装，这样可以减少工艺腔11中零件数量和可运动部件数量，更加便于装配。此外，在另一些实施例中，对于相邻的两个整流部22而言，遮挡环23浮置于两者之间，即该遮挡环23与两个整流部22均不存在直接连接关系。具体地，遮挡环23的一端套设在位于上方的整流部22的外侧且与该整流部22的外侧边缘间隙配合，遮挡环23的另一端放置在位于下方的整流部22的内侧边缘处。由于遮挡环23放置在下方的整流部22上，如果该整流部22上升会托着遮挡环23一同上升，如果该整流部22下降，遮挡环23能够依靠自身重力进行下降，直至被放置于该整流部22上。

在图1和图3示出的具体实施例中，中心整流板22a、中间整流环22b和边缘整流环22c的内外径尺寸基本采用“径向等分”原则。例如，中心整流板22a的直径约为100mm，中间整流环22b的内径约为100mm、外径约为200mm，边缘整流环22c的内径约为200mm、外径为约300mm。中心整流板22a、中间整流环22b和边缘整流环22c的厚度如果过大会增大等离子体复合的几率；如果过小可能无法保证强度、刚度等机械性能，因此中心整流板22a、中间整流环22b和边缘整流环22c的厚度在3mm至5mm为宜。

在两个遮挡环23中，第一遮挡环与中心整流板22a的外侧间隙配合的间隙在1mm以下，因此第一遮挡环的内径约在100mm至102mm之间；第二遮挡环与中间整流环22b的外侧间隙配合的间隙也在1mm以下，因此第二遮挡环的内径约在200mm至202mm之间。遮挡环23的厚度在3mm至5mm为宜。遮挡环23的高度需要根据对应的两个整流部22之间的距离、遮挡环23与整流部22配合方式等因素，由于相邻两个整流部22(例如中心整流板22a与中间整流环22b、中间整流环22b与边缘整流环22c)之间的距离一般不会超过20mm，遮挡环23的高度需要大于或等于相邻两个整流部22之间的距离，因此遮挡环23的高度一般在5mm至20mm为宜。

本领域技术人员可以理解地，整流部22的具体形状可以根据工艺腔11的形状进行设计。一般情况下，整流部22的横截面呈圆形。例如，中心整流板22a为具有一定厚度的平面圆板；和/或，中间整流环22b和边缘整流环22c为具有一定厚度的平面圆环；和/或，中心整流板22a为立体圆锥形结构；和/或，中间整流环22b和边缘整流环22c为空心圆台形结构，等等。每个整流部22可包括单层板状结构或环状结构，也可以采用多层的板状结构或环状结构。

此外，整流部22上的通孔21的数量和排布方式也并不作限定，可以根据具体工艺需求进行合理设计。例如，如图8所示，中心整流板22a上的多个通孔21可以呈矩阵排布；或者，如图9所示，中间整流环22b和/或边缘整流环22c上的多个通孔21可以沿周向设置一周。此外，整流部22上的通孔21的孔径一般在1-6mm之间，整流部22上的通孔21的形状并不作限定，可以为任何有利于气流通过的形状，如图10所示，通孔21可以为圆形、正方形、菱形、长方形等等。

如图2所示，在一些实施例中，整流结构20由导电材料制成且通过升降驱动机构50接地，各整流部22均还用于去除等离子体中的带电粒子，使等离子体中的剩余粒子进入至加工腔112内并作用于晶圆40。其中，多个整流部22中位于最外侧的整流部22能够在升降驱动机构50的驱动下移动至与晶圆40之间具有预设距离的位置，预设距离被配置为能够减少或避免剩余粒子再次进行离化。

一方面，当等离子体经过各整流部22的多个通孔21时，等离子体中的带电粒子(包括但不限于离子和电子)被吸附到各整流部22表面并因整流结构20接地而发生湮灭，从而使带电粒子被各整流部22去除。等离子体中的剩余粒子(包括但不限于中性粒子和自由基)进入至加工腔112内并作用于晶圆40。另一方面，当晶圆40(例如边缘翘曲的晶圆)上累积电荷时，晶圆40的边缘部位容易出现放电打火现象，因此，需要重点保证整流结构20与晶圆40的边缘相对应的部分符合预设距离要求，即多个整流部22中位于最外侧的整流部22与晶圆40之间应尽量靠近，该整流部22与晶圆40之间的预设距离应较小，这样可以使已去除带电粒子的等离子体由该整流部22运动至晶圆40表面的路径较短，从而降低或消除等离子体的剩余粒子在下电极射频功率的作用下重新发生离化而产生带电粒子的可能。

综合上述两方面，在通过整流结构20去除等离子体中的带电粒子的同时，还能够降低或消除等离子体的剩余粒子再次离化出带电粒子的可能，从而避免晶圆40(例如边缘翘曲的晶圆)表面积累电荷而在其边缘发生放电打火，进而保证刻蚀工艺的正常进行及刻蚀质量。其中，预设距离可理解为整流结构20的多个整流部22中位于最外侧的整流部22与晶圆40之间能够减少或避免等离子体的剩余粒子再次进行离化的距离。具体地，预设距离为10mm至20mm。此外，将整流结构20的多个整流部22中位于最外侧的整流部22靠近晶圆40的边缘设置，这样能够在不增加额外结构的情况下，既可以起到一定的均流和改善刻蚀均匀性的作用，又可以起到避免晶圆40边缘发生放电打火的作用，并且结构设计更为简单。

当然，整流结构20用于实现避免晶圆40边缘放电打火的方式不限于此。如图1和图3所示，在一些实施例中，整流结构20还包括附加整流件24，附加整流件24由导电材料制成且通过升降驱动机构50接地。附加整流件24具有多个均匀分布的通孔21。附加整流件24在晶圆40的轴向上至少覆盖该晶圆40的边缘，且附加整流件24能够在升降驱动机构50的驱动下移动至与晶圆40之间具有预设距离的位置，从而使附加整流件24靠近晶圆40的边缘部位。附加整流件24用于去除等离子体中的带电粒子，使等离子体中的剩余粒子进入至加工腔112内并作用于晶圆40。预设距离被配置为能够减少或避免剩余粒子再次进行离化。

附加整流件24可以呈板状，也可以呈环状。当附加整流件24呈板状时，通孔21均匀分布在附加整流件24上，此时附加整流件24对经过多个整流部22的等离子体均进行进一步的均流。当附加整流件24呈环状时，附加整流件24主要对流向晶圆40边缘部位的等离子体进行进一步的均流。其中，等离子体通过附加整流件24去除带电粒子的过程、对于预设距离的具体要求及原理等均与上述将多个整流部22中位于最外侧的整流部22靠近晶圆40的边缘设置的方式类似，在此不再赘述。上述整流结构20的多个整流部22主要用于控制刻蚀均匀性，附加整流件24主要用于避免晶圆40边缘发生放电打火。当然，附加整流件24也能够起到一定的均流和改善刻蚀均匀性的作用。在实际设计中，可根据工艺需求选择是否设置附加整流件24。当设置附加整流件24时，附加整流件24在晶圆40(例如边缘翘曲的晶圆)的轴向上覆盖晶圆40的边缘一定区域，一般覆盖晶圆40的边缘内外各10至20mm，即可有效避免放电打火现象。例如，晶圆40为12寸边缘翘曲的晶圆，附加整流件24呈环形，其内径设计为280mm、外径设计为320mm。

需要说明的是，多个整流部22中位于最外侧的整流部22或者附加整流件24与晶圆40的边缘之间的距离可调，具体可根据晶圆40边缘翘曲的程度进行调节，一般情况下，边缘翘曲程度越大，上述距离则需要越小；边缘翘曲程度越小，上述距离则需要越大。

进一步地，为了简化结构，可以将多个整流部22中的至少两个连接为一体，同时如前述内容所示，采用多个整流部22中位于最外侧的整流部22取代附加整流件24。以如图1示出的具体实施例为例，可以将中心整流板22a和中间整流环22b连接为一体，通过边缘整流环22c取代附加整流件24，从而将四个整流件简化为两个整流件。另外，两个遮挡环23也可以分别与简化后的两个整流件连接为一体。也就是说，此时整流结构20可看作包括两个部件，更加便于装配，但是调节灵活性会有所降低。

对于整流结构20采用的导电材料的类型并不作限定。在一些实施例中，整流结构20整体由导电金属材料制成，即整流结构20整体为导电金属结构。其中，整流结构20整体指的是整流结构20包括的所有部件。优选地，整流结构20整体为铝制，即采用铝合金材料制成，铝合金为良好的导体，能够及时带走带电粒子，并且机械性能及加工性较好，成本低廉。当然，整流结构20的具体材质不限于此，在其它实施方式中，也可以采用其它能够实现导电的金属材料。然而，当整流结构20为导电金属结构时，整流结构20在等离子体的作用下也可能会发生轻微刻蚀，被刻蚀后掉落的金属微粒可能会对晶圆40造成污染。因此，为了避免金属污染，需要在整流结构20的表面包覆隔离层，该隔离层不容易被等离子体刻蚀，从而能够对整流结构20起到隔离作用，进而有效地防止晶圆40被污染。同时，整流结构20与隔离层整体仍具有导电性。

在一些实施例中，隔离层包括在导电金属结构的表面形成的自然氧化层。其中，自然氧化层是导电金属(例如铝合金)与空气自然反应形成的氧化层，其不容易被等离子体刻蚀。需要说明的是，金属氧化层的类型根据不同的形成过程包括但不限于自然氧化层(与空气自然反应形成)、普通氧化层(经过普通氧化处理形成)和硬质氧化层(经过硬质氧化处理形成)，这三种氧化层在厚度上有所不同，自然氧化层厚度＜普通氧化层厚度＜硬质氧化层厚度，例如，自然氧化层厚度约为5μm左右，普通氧化层厚度约为20μm左右，硬质氧化层厚度约为40-50μm左右。同时，不同厚度的氧化层对整流结构20和隔离层整体的导向性能也有所差异。

以整流结构20的材质为铝合金为例，对采用上述自然氧化层、普通氧化层和硬质氧化层作为隔离层的半导体工艺设备(刻蚀机)进行了内部试验，其工艺结果(归一化刻蚀速率和刻蚀均匀性)对比如下所示：

表1

在表1示出的对比结果可知，无整流结构时，刻蚀速率最快，但是刻蚀均匀性差。在自然氧化层、普通氧化层、硬质氧化层中，自然氧化层产生的电容最小，对刻蚀速率的影响最小，即三者相较而言刻蚀速率最快，并且均匀性最佳。

在另一些实施例中，针对金属污染要求不严格的制程(如封装中)，隔离层可以包括惰性金属层，也就是在整流结构20的表面设置惰性金属层，从而实现带走带电粒子且避免形成电容，进而具有较快的刻蚀速率。其中，惰性金属层的厚度一般在10nm至100μm，优选为1μm。惰性金属层由惰性金属制成，惰性金属可以包括但不限于金、铜、银、铑、钯、铱、铂等重金属，具体选择哪种惰性金属作为镀层可以根据不同需要进行选择。然而，需要注意的是，对于金属污染控制严格的制程，在考虑惰性金属层具体材料时需要慎重选择。

如图1和图11所示，在一些实施例中，升降驱动机构50包括驱动源51和升降杆52，驱动源51固定在工艺腔室10的外侧，升降杆52的一端与驱动源51连接，升降杆52的另一端穿过工艺腔室10的腔室壁体进入至工艺腔11内并与整流结构20连接。其中，升降杆52由导电材料(例如铝合金)制成且与腔室壁体接触。由于工艺腔室10的腔室壁体本身接地，整流结构20通过升降杆52与腔室壁体电性导通后便能够实现接地。当然，整流结构20接地的方式不限于此，在图中未示出的其它实施例中，也可以采用其它方式实现接地，例如通过由接地线导通整流结构20与腔室壁体的方式实现接地。

具体地，在图1和图11示出的实施例中，升降驱动机构50还包括固定转接板53，升降驱动机构50的其它部件直接或间接安装至该固定转接板53上，固定转接板53通过连接销、连接螺栓等连接件固定至工艺腔室10的腔室壁体上，从而实现升降驱动机构50的整体化安装，更为方便。固定转接板53上设有电极屏蔽盒，通过优化屏蔽盒固定孔保证射频组件密封。升降驱动机构50还包括设置在固定转接板53上的支撑件54和导向套55，驱动源51安装固定在支撑件54上，升降杆52的一端与驱动源51驱动连接，另一端依次穿过导向套55、固定转接板53和工艺腔室10的腔室壁体，进入至工艺腔11内并与整流结构20连接。升降杆52上还设有配重件56。当驱动源51驱动升降杆52进行升降时，升降杆52沿着导向套55进行移动，导向套55对升降杆52起到导向作用，从而保证升降杆52保持竖直运动。导向套55优选为波纹管。

其中，驱动源51具体包括中心气缸51a、中间气缸51b和边缘气缸51c。支撑件54设置为两个，其中一个支撑件54用于安装中心气缸51a，另一个支撑件54用于安装中间气缸51b和边缘气缸51c。升降杆52设置为三组，每组升降杆52包括两个或两个以上升降杆52，并且两个或两个以上升降杆52之间通过连接件连接为一体。三组升降杆52分别与中心气缸51a、中间气缸51b和边缘气缸51c驱动连接，每组升降杆52中的两个或两个以上升降杆52均匀分布且与相应的中心整流板22a、中间整流环22b或边缘整流环22c进行连接。通过上位机控制中心气缸51a、中间气缸51b或边缘气缸51c动作，从而相应的升降杆52带动中心整流板22a、中间整流环22b或边缘整流环22c升降，从而改变中心整流板22a、中间整流环22b或边缘整流环22c的设置位置。当然，可以理解地，气缸、升降杆52、支撑件54的具体数量和结构并不限于此，可以根据实际需要进行合理设计。

针对本发明上述实施例的半导体工艺设备改善刻蚀均匀性和解决晶圆40(具体为基底边缘翘曲的晶圆)放电打火问题的效果，进行了内部试验，具体如下：

一、改善刻蚀均匀性

采用本发明的半导体工艺设备(整流结构20包括中心整流板22a、中间整流环22b、边缘整流环22c，整流结构20的材质为铝合金，隔离层包括在铝合金结构表面形成的自然氧化层，中心整流板22a与承载结构30的承载面之间的距离为55mm，中间整流环22b与承载结构30的承载面之间的距离为50mm，边缘整流环22c与承载结构30的承载面之间的距离为45mm)、现有的半导体工艺设备(均流结构与承载结构的承载面之间的距离为45mm)以及采用与本发明整流结构类似结构但隔离层为普通氧化层的半导体工艺设备在相同工艺条件下进行刻蚀试验。其中，刻蚀工艺配方如表2所示：

表2

工艺结果分别如图12至图14以及表3所示：

表3

表3示出了采用三种方案的工艺结果统计结果，其中刻蚀均匀性计算方法为(最大值－最小值)/(2×平均值)。从以上工艺结果可以看出，采用本发明的半导体工艺设备的刻蚀均匀性效果(11.5％)明显优于采用现有的半导体工艺设备的刻蚀均匀性(27.1％)，且采用与本发明整流结构类似结构但隔离层为普通氧化层的半导体工艺设备后，刻蚀速率明显降低且刻蚀均匀性明显变差。

二、解决翘曲晶圆放电打火问题

图15中的两幅照片具体示出了采用现有的半导体工艺设备进行刻蚀后，晶圆的刻蚀均匀性情况和边缘情况。由图15可以明显看出，晶圆的表面刻蚀均匀性较差，并且晶圆的边缘出现打火现象。

图16的照片示出了采用本发明的半导体工艺设备进行刻蚀后，晶圆的刻蚀均匀性情况。由图16与图15比较可以明显看出，晶圆表面的刻蚀均匀性明显提高。同时，采用本发明的半导体工艺设备进行刻蚀的晶圆边缘并没有出现打火现象。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种半导体工艺设备，其特征在于，包括：

工艺腔室，其内部具有工艺腔，顶部设置有进气口；

整流结构，设置在所述工艺腔内并将所述工艺腔分隔为发生腔和加工腔，所述整流结构具有用于连通所述发生腔和所述加工腔的通孔；

承载结构，设置在所述加工腔内，用于承载晶圆；

线圈，设置在所述工艺腔室上，用于对由所述进气口进入所述发生腔的工艺气体进行离化以形成等离子体，所述等离子体通过所述通孔进入至所述加工腔内并作用于所述晶圆，

其中，所述整流结构位于所述承载结构上方，包括多个整流部，各所述整流部上均具有多个均匀分布的所述通孔，多个所述整流部中的一个呈板状，且在所述晶圆的轴向上覆盖所述晶圆的中部，其余的多个所述整流部均呈环状，呈环状的多个所述整流部沿所述晶圆的轴线依次设置在呈板状的所述整流部的下方，多个所述整流部的径向尺寸沿所述晶圆的径向由内向外逐渐增大，呈环状的多个所述整流部在所述晶圆的轴向上覆盖所述晶圆的其余部分，位于最外侧的所述整流部在所述晶圆的轴向上覆盖所述晶圆的边缘。

2.根据权利要求1所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述整流结构还包括遮挡环，任意相邻的两个所述整流部之间均设置有一所述遮挡环，该遮挡环与该相邻的两个所述整流部中的至少一个所述整流部连接，所述遮挡环用于遮挡在所述晶圆的轴向上相邻的两个所述整流部之间形成的空隙。

3.根据权利要求2所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述整流部为三个，三个所述整流部分别为沿所述晶圆的轴线自上向下依次布置的中心整流板、中间整流环及边缘整流环，其中，所述中心整流板、所述中间整流环及所述边缘整流环均与所述晶圆同心设置，所述边缘整流环与所述工艺腔的腔壁间隙配合或贴合。

4.根据权利要求2所述的半导体工艺设备，其特征在于，还包括升降驱动机构，所述升降驱动机构用于驱动各所述整流部相对于所述承载结构升降，以调整各所述整流部与所述晶圆相应部分之间的距离。

5.根据权利要求4所述的半导体工艺设备，其特征在于，

在相邻的两个所述整流部中，所述遮挡环的一端套设在位于上方的所述整流部的外侧且与该整流部的外侧边缘间隙配合，所述遮挡环的另一端与位于下方的所述整流部的内侧边缘连接，以在该整流部升降时随之同步升降；或者，

在相邻的两个所述整流部中，所述遮挡环的一端与位于上方的所述整流部的外侧边缘连接，以在该整流部升降时随之同步升降，所述遮挡环的另一端放置在位于下方的所述整流部的内侧且与该整流部的内侧边缘间隙配合。

6.根据权利要求4所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述整流结构由导电材料制成且通过所述升降驱动机构接地，各所述整流部均还用于去除所述等离子体中的带电粒子，使所述等离子体中的剩余粒子进入至所述加工腔内并作用于所述晶圆，多个所述整流部中位于最外侧的所述整流部能够在所述升降驱动机构的驱动下移动至与所述晶圆之间具有预设距离的位置，所述预设距离被配置为能够减少或避免所述剩余粒子再次进行离化。

7.根据权利要求6所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述整流结构整体为导电金属结构，所述整流结构的表面包覆有隔离层，其中，所述隔离层包括在所述导电金属结构的表面形成的自然氧化层；或者，所述隔离层包括惰性金属层。

8.根据权利要求4所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述整流结构还包括附加整流件，所述附加整流件由导电材料制成且通过所述升降驱动机构接地，所述附加整流件具有多个均匀分布的所述通孔，所述附加整流件在所述晶圆的轴向上至少覆盖该晶圆的边缘，且所述附加整流件能够在所述升降驱动机构的驱动下移动至与所述晶圆之间具有预设距离的位置，所述附加整流件用于去除所述等离子体中的带电粒子，使所述等离子体中的剩余粒子进入至所述加工腔内并作用于所述晶圆，所述预设距离被配置为能够减少或避免所述剩余粒子再次进行离化。

9.根据权利要求8所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述整流结构整体为导电金属结构且通过所述升降驱动机构接地，所述整流结构的表面包覆有隔离层，其中，所述隔离层包括在所述导电金属结构的表面形成的自然氧化层；或者，所述隔离层包括惰性金属层。

10.根据权利要求4至9中任一项所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述升降驱动机构包括驱动源和升降杆，所述驱动源固定在所述工艺腔室的外侧，所述升降杆的一端与所述驱动源连接，所述升降杆的另一端穿过所述工艺腔室的腔室壁体进入至所述工艺腔内并与所述整流结构连接，其中，所述升降杆由导电材料制成且与所述腔室壁体接触，所述整流结构通过所述升降杆与所述腔室壁体电性导通以实现接地。

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