CN114203511B - 上电极组件及半导体工艺设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种上电极组件及半导体工艺设备，上电极组件上电极盖板，所述上电极盖板用于设置在所述反应腔室的顶部开口上；匀流件，所述匀流件为导热结构件，安装于所述上电极盖板，且所述匀流件的至少一部分位于所述上电极盖板朝向所述反应腔室一侧，所述匀流件设有环形容纳槽；接触电极，所述接触电极设置于所述匀流件背离所述上电极盖板的一侧的表面上，且所述环形容纳槽的开口背离所述接触电极设置；加热环，所述加热环设置于所述环形容纳槽内。上述技术方案能够解决因目前接触电极的被加热效果较差，且上电极盖板的温度较高的问题。

Description

上电极组件及半导体工艺设备

技术领域

本申请属于半导体加工技术领域，具体涉及一种上电极组件及半导体工艺设备。

背景技术

随着集成电路的应用范围的逐步扩大，对集成电路的刻蚀要求也越来越高，进而对刻蚀设备的要求也越来越高。其中，刻蚀设备中以干法刻蚀中的电感耦合等离子体设备和电容耦合等离子体设备的应用最为广泛。两种刻蚀设备中，晶圆均被吸附在静电卡盘上，且位于设备的下方，工艺气体一般从静电卡盘上方的上电极组件中对应结构处进行供给。在晶圆的加工过程中，为了得到较好的工艺效果，通常需要对上电极组件中的接触电极的温度进行控制，目前的半导体工艺设备对接触电极的温度控制能力相对较差。

发明内容

本申请公开一种上电极组件及半导体工艺设备，能够解决因目前接触电极的温度控制能力较差的问题。

为了解决上述问题，本申请实施例是这样实现地：

第一方面，本申请实施例提供了一种上电极组件，用于半导体工艺设备中，设置于反应腔室上，所述上电极组件包括：

上电极盖板，所述上电极盖板用于设置在所述反应腔室的顶部开口上；

匀流件，所述匀流件为导热结构件，安装于所述上电极盖板，且所述匀流件的至少一部分位于所述上电极盖板朝向所述反应腔室一侧，所述匀流件设有环形容纳槽；

接触电极，所述接触电极设置于所述匀流件背离所述上电极盖板的一侧的表面上，且所述环形容纳槽的开口背离所述接触电极设置；

加热环，所述加热环设置于所述环形容纳槽内。

第二方面，本申请实施例提供了一种半导体工艺设备，包括反应腔室、匹配器和射频电源，所述反应腔室内设有基座，所述射频电源通过所述匹配器向所述基座上馈入射频，还包括如第一方面所述的上电极组件。

本申请公开一种上电极组件，其包括上电极盖板、匀流件、接触电极和加热环，加热环设置在匀流件的环形容纳槽内，进而在匀流件的导热作用下，可以使将加热环产生的热量更为直接地传递至接触电极上，提升热量传导的效率和效果，使接触电极的温度控制难度相对较低，且可以提升接触电极的温度控制效果，还可以提升接触电极的温度上限，进而提升工艺效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是现有技术中上电极组件的结构示意图；

图2是本申请实施例公开的上电极组件的结构示意图；

图3是本申请实施例公开的上电极组件中约束环的剖面结构示意图；

图4是现有技术中上电极组件中上电极盖板在加热环温度不同时的温度分布示意图；

图5是本申请实施例公开的上电极组件中上电极盖板在加热环温度不同时的温度分布示意图；

图6是现有技术中上电极组件应用于半导体工艺设备时，晶圆的刻蚀速率分布情况示意图；

图7是本申请实施例公开的上电极组件应用于半导体工艺设备时，晶圆的刻蚀速率分布情况示意图；

图8是本申请实施例公开的半导体工艺设备的结构示意图。附图标记说明：

100-上电极盖板、100＇-上电极盖板、

201-环形容纳槽、210-本体、220-第一槽壁、230-第二槽壁、240-搭接突沿、200＇-匀流件、

300-接触电极、300＇-接触电极、

400-加热环、400＇-加热环、

510-约束环、511-第一部分、512-第二部分、513-第三部分、520-阻抗环、530-安装件、540-冷却件、550-底衬、

610-导向结构、620-连接件、630-桥接件、640-驱动轴、650-驱动座、

700-反应腔室、

810-匹配器、820-射频馈线、

900-基座。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、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，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各个实施例公开的技术方案。

如图1所示，一种上电极组件，其中用以加热接触电极300＇的加热环400＇直接安装在上电极盖板100＇上，通过使接触电极300＇与上电极盖板100＇接触的方式，使加热环400＇的热量经上电极盖板100＇和匀流件200＇传递至接触电极300＇处。显然，由于这种上电极组件中加热环400＇的热量需要经过至少两个部件的传递作用才能传递至接触电极300＇上，造成接触电极300＇的温度控制难度相对较大。在现有结构中，存在控温的问题，很难在单一结构中实现上电极盖板100＇外表面温度不大于60℃的同时，上电极组件内部的接触电极300＇表面温度超过90℃；接触电极300＇在工艺状态下，其温度会在等离子体的作用下升高至大于90℃，一般会达到100℃，而工艺结束后，接触电极300＇的温度会下降，从而对接触电极300＇表面的状态产生影响，造成其表面残留热胀冷缩所带来的应力变化，从而影响副产物的附着以及接触电极300＇本身使用寿命。热量传输不畅，接触电极300＇的温度不能进一步提高，达不到控温效果。

如图2所示，本申请实施例公开一种上电极组件，该上电极组件可以应用在半导体工艺设备中。半导体工艺设备还包括反应腔室700，上电极组件设置在反应腔室700上。上电极组件包括上电极盖板100、匀流件、接触电极300和加热环400。

其中，上电极盖板100为整个上电极组件的基础结构件，上电极组件中的其他部件均可以安装在上电极盖板100上。上电极盖板100设置在反应腔室700的顶部开口上，二者之间可以通过扣合的方式直接连接，亦可以借助铰链等结构形成侧掀式结构，降低上电极盖板100的开合难度。另外，为了提升反应腔室700的密封程度，可以在上电极盖板100和反应腔室700之间设置密封槽和密封圈等结构，密封圈的一部分容纳在密封槽内，以在上电极盖板100与反应腔室700相互配合时，通过挤压密封圈，提升反应腔室700的密封效果。

在上电极组件中，匀流件可以提供匀流作用，从而使需要通向反应腔室700内的工艺气体可以经匀流件匀流，为工艺气体提供扩散作用，以使工艺气体更为均匀地被输送至反应腔室700中的更多区域，从源头上提升反应腔室700中不同区域处等离子体的均匀性。具体地，匀流件上设置有多个匀流通道，多个匀流通道均与送气通道连通，从而使自送气通道通入的工艺气体在多个匀流通道的作用下进行匀流，更为分散且均匀地被通入至反应腔室700中。其中，送气通道可以形成在上电极盖板100上，亦可以形成在下文提及的冷却件540等其他结构上。匀流件安装于上电极盖板100，二者可以通过连接件连接等方式形成固定连接关系，从而保证匀流件能够稳定地连接于上电极盖板100。并且，在安装匀流件的过程中，需要使匀流件的至少一部分位于上电极盖板100朝向反应腔室700的一侧，以保证匀流件可以为接触电极300等其他部件提供安装基础作用。

同时，如图2所示，匀流件设置有环形容纳槽201，环形容纳槽201用以容纳加热环400。具体地，环形容纳槽201在上电极盖板100的轴向和垂直于前述轴向的方向上的尺寸，也即，环形容纳槽201的深度和宽度等尺寸均可以根据加热环400在对应方向上的尺寸确定，此处不作限定。

接触电极300通常可以为上电极组件中接地的部件，为基座900等与射频电源连接的器件提供参考电位。当然，如上所述，接触电极300还可以作为工艺气体输入至反应腔室700中的中间件，基于此，接触电极300上亦可以对应匀流件的匀流通道设置有多个进气孔，多个进气孔与多个匀流通道连一一对应地连通，从而使工艺气体能够经多个进气孔进入反应腔室700中。接触电极300设置在匀流件背离上电极盖板100的一侧的表面上。具体地，接触电极300可以通过连接件固定在匀流件上，或者，亦可以通过卡持结构等部件，将接触电极300固定在匀流件背离上电极盖板100的一侧表面。

并且，如上所述，匀流件上设置有环形容纳槽201，环形容纳槽201具有开口，以保证加热环400能够被安装至环形容纳槽201内，具体地，环形容纳槽201的开口背离接触电极300设置，或者说，环形容纳槽201的开口朝向匀流件背离接触电极300的一侧，从而使加热环400与接触电极300之间不会直接接触，在匀流件的作用下，可以使加热环400的热量更加均匀地传递至接触电极300上，提升接触电极300上温度的均匀程度，进而提升工艺效果。当然，如上所述，匀流件能够将加热环400产生的热量传递至接触电极300上，因此，匀流件为导热结构件，也即，匀流件具备导热能力，其具体可以采用导热材料形成。

加热环400为上电极组件中用以提供热量的器件，以通过加热环400的加热作用使接触电极300的温度保持在相对较高的状态，提升工艺效果。具体地，加热环400内可以包括电热丝等能够提供加热作用的器件。加热环400安装在环形容纳槽201内，具体地，可以自环形容纳槽201背离接触电极300的开口将加热环400安装至匀流件上。

本申请公开一种上电极组件，其包括上电极盖板100、匀流件、接触电极300和加热环400，加热环400设置在匀流件的环形容纳槽201内，进而在匀流件的导热作用下，可以使将加热环400产生的热量更为直接地传递至接触电极300上，提升热量传导的效率和效果，使接触电极300的温度控制难度相对较低，且可以提升接触电极300的温度控制效果，还可以提升接触电极300的温度上限，进而提升工艺效果。

可选地，上电极组件包括冷却件540，冷却件540设置在匀流件背离接触电极300的一侧，且冷却件540覆盖环形容纳槽201的开口。在采用这种技术方案的情况下，冷却件540可以为匀流件提供冷却作用，且通过使冷却件540覆盖环形容纳槽201的开口，使得冷却件540与匀流件之间的接触面积相对较大，进而可以提升冷却件的冷却效果和效率。

在上述实施例中，上电极盖板100可以为板状结构件，匀流件可以整体安装在上电极盖板100朝向接触电极300的一侧，且通过在上电极盖板100上设置穿孔等方式，可以使工艺气体能够穿过上电极盖板100经导热板被送入反应腔室中。

在本申请的另一实施例中，基于上电极组件包括上述冷却件540的情况下，如图2所示，可选地，上电极盖板100设有贯穿孔，匀流件包括本体210、第一槽壁220和第二槽壁230，其中，第一槽壁220环绕设置在第二槽壁230之外，也即，第一槽壁220为环形容纳槽201的外侧壁，第二槽壁230为环形容纳槽201的内侧壁。第一槽壁220和第二槽壁230均固定在本体210背离接触电极300的一侧，且本体210、第一槽壁220和第二槽壁230围成环形容纳槽201。相对应地，第一槽壁220连接于上电极盖板100，且可以使第一槽壁220与上电极盖板100之间形成密封连接关系，进而在上电极组件与反应腔室700组装时，通过使上电极盖板100与反应腔室700连接，可以保证上电极盖板100与反应腔室700之间的工艺环境具备形成真空环境的条件；并且，由于环形容纳槽201位于上电极盖板100的贯穿孔所在位置处，进而亦可以通过使环形容纳槽201与外界大气环境相互连通，使加热环400所处的环境为大气环境，为加热环400提供符合需求的工艺环境。

并且，冷却件540和第二槽壁230和本体210围成匀气腔，也即，第二槽壁230与冷却件540之间形成有密封配合关系，从而使匀流件能够与冷却件540形成具备形成真空环境的匀气腔。对应地，为了保证工艺气体能够正常地被输送至反应腔室700中，冷却件540上还需设置有进气通道，以使外界的工艺气体可以通过冷却件540的送气通道经匀气腔和匀流件的匀流通道被送入反应腔室700中。在本实施例中，上电极盖板100上则无需设置送气通道，且可以减少为形成密闭的匀气腔所需设置的密封点位，降低整个上电极组件的组装难度。并且，在本实施例中，匀流件中的第二槽壁230无需与上电极盖板100接触，进而可以减少匀流件与上电极盖板100之间的接触面积，进一步降低传递至上电极盖板100上的热量的总量，进一步降低加热环400的热量损耗，且可以进一步提升上电极盖板100的安全性能。

进一步地，在加热环400安装至匀流件的环形容纳槽201内的情况下，可以通过控制加热环400和环形容纳槽201的尺寸等方式，实现加热环400与上电极盖板100在上电极盖板100的轴向上间隔设置的目的。

具体地，由于加热环400安装至匀流件的环形容纳槽201内，在环形容纳槽201的槽壁的作用下，即可使加热环400与上电极盖板100在垂直于上电极盖板100的轴向的方向上相互间隔；而在上电极盖板100的轴向上，则可以通过使环形容纳槽201的深度大于加热环400在对应方向上的尺寸的方式，使加热环400靠近上电极盖板100的表面与上电极盖板100靠近加热环400的表面具有间隙，通俗地说，即为加热环400的上表面与上电极盖板100的下表面之间具有间隙，即可保证加热环400与上电极盖板100在上电极盖板100的轴向上相互间隔。

在图1所示的上电极组件的实际生产过程中，由于用以加热接触电极300＇的加热环400＇直接安装在上电极盖板100＇上，在加热接触电极300＇时，加热环400＇的热量会较多地传递至上电极盖板100＇上，导致采用这种加热方式会造成上电极盖板100＇的温度相对较高，容易烫伤工作人员，并且，这种加热方式的加热效果较差，上电极的温度上限较低，工艺效果的提升程度有限。

进而，如图2所示，通过使加热环400和冷却件540之间存在间隙，使得加热环400产生的热量较难传递至上电极盖板100上，从而在加热环400工作的情况下，可以在一定程度上降低上电极盖板100的温度，防止上电极盖板100的温度过高而烫伤工作人员，提升工艺过程的安全性。

为了进一步降低匀流件传输至上电极盖板100的热量的总量，可选地，如图2所示，第一槽壁220背离本体210的一端固定有搭接突沿240，上电极盖板100设有搭接沉台，搭接突沿240搭接于搭接沉台。在采用这种技术方案的情况下，匀流件(具体为第一槽壁220)与上电极盖板100接触的表面，相背于匀流件(具体为第一槽壁220)与加热环400接触的表面。通俗地说，加热环400连接于第一槽壁220的内表面，而上电极盖板100与第一槽壁220的外表面接触，这可以进一步提升自加热环400传递至上电极盖板100的热量的难度，且在传递过程中，热量的损耗也相对较高，从而可以进一步降低传递至上电极盖板100上的热量的最终大小，进一步降低加热环400工作时上电极盖板100的温度，提升上电极盖板100的安全性能。

并且，在采用上述技术方案的情况下，可以进一步减小上电极盖板100朝向第一槽壁220的表面的面积，也即上电极盖板100的贯穿孔的内壁面积，从而进一步增大热量在匀流件和上电极盖板100之间的传递难度，降低热量的传输量，最大化地降低上电极盖板100的温度。具体地，搭接沉台的尺寸可以根据搭接突沿240的尺寸对应确定，为了提升匀流件的结构强度，本体210、第一槽壁220、第二槽壁230和搭接突沿240可以采用一体成型的方式形成。

如图4和图5所示，根据对上述结构的上电极组件的实际工艺效果进行测试，可以看出，在如图1所示的常规的上电极组件中，反应腔室700控温60℃，加热环400分别控制80℃和100℃，上电极盖板100外表面上温度如图4所示。由此可知，图1示出的结构控温不能超过80℃。图5是本申请公开的半导体工艺设备中上电极盖板100的外表面的温度分布图，反应腔室700控温60℃，加热环400控温120℃，如图5所示，上电极盖板100的外表面温度均不超过60℃，在本申请实施例中，上电极盖板100的外表面的温度受加热环400的温度影响不大，主要受反应腔室700的控温的影响，加热环400可以使用至150℃，甚至更高温度。故本申请实施例公开的技术方案优于图1中的设计方案，能够控制更高的温度，使得工艺状态与非工艺状态下接触电极的表面应力一致，减少附产物的附着与脱落，并且在一定程度上降低晶圆表面刻蚀的均匀性对等离子体分布不均匀的敏感程度。

为了增强热量在加热环400和匀流件之间的传递效率和效果，可选地，如图2所示，本体210、第一槽壁220和第二槽壁230均与加热环400贴合设置，且沿上电极盖板100的轴向，使加热环400的顶面低于上电极盖板100的底面。在这种情况下，一方面可以增大匀流件与加热环400之间的接触面积，提升二者之间的热量传输效率和效果，另一方面还可以借助环形导向槽为加热环400提供限位作用，防止在上电极组件工作过程中加热环400运动，提升上电极组件的整体结构稳定性，且可以最大化地降低加热环400的热量传递至上电极盖板100。

当然，在匀流件的加工过程中，需要保证环形容纳槽201的尺寸稍大于加热环400的尺寸，以保证加热环400能够安装至环形容纳槽201内，基于此，为了提升加热环400与环形容纳槽201的槽壁之间的接触效果，可以在加热环400的表面涂覆导热胶等材料，一方面可以提升加热环400与匀流件之间的导热效果，另一方面还可以提升二者之间的连接可靠性。

在工艺过程中，上电极组件中的电流均沿接触电极300的表面向匀流件的表面流动，且由于接触电极300中心的电流均需经接触电极300的边缘才能流动至匀流件上，因而，接触电极300的边缘所经过的等离子体电流会大于接触电极300中心的等离子体电流，导致接触电极300上中心和边缘的电流分布不均匀，进而造成接触电极300中心和边缘所产生的电场也有所差异，导致等离子体在反应腔室700的中心和边缘分布不均，造成等离子体在反应腔室700的分布情况不均匀。

基于上述情况，可选地，如图2所示，本申请实施例公开的上电极组件还包括阻抗环520，阻抗环520固定于匀流件。具体地，可以通过连接件或卡接件将阻抗环520固定在匀流件背离上电极盖板100的一侧，且使阻抗环520夹设在接触电极300与约束环510之间。阻抗环520为环状结构件，其具体尺寸基于接触电极300的尺寸确定。

并且，阻抗环520为介质结构件，也即，阻抗环520采用介质材料形成，且阻抗环520的电导率小于接触电极300的电导率，从而可以借助阻抗环520改变整个上电极组件上电流的具体走向，使对应于接触电极300边缘的电流更远离反应腔室700，进而即便接触电极300的边缘处的电流的大小相对较大，亦可以使其产生的电场与接触电极300中心区域的电场的大小相近甚至相等，从而达到改变反应腔室700中等离子体的分布情况的目的，使反应腔室700中等离子体的分布均匀性更好。

具体地，阻抗环520采用电介质材料制成，更具体地，阻抗环520可以为陶瓷件或石英件，也即，可以采用陶瓷材料或石英材料形成阻抗环520，这可以保证阻抗环520的电导率小于接触电极300的电导率。在组装阻抗环520的过程中，可以通过粘接等方式将阻抗环520固定在匀流件背离上电极盖板100的一侧。更具体地，阻抗环520可以通过安装件530安装至匀流件。

并且，在布设阻抗环520的过程中，还使得阻抗环520环设于接触电极300的外侧，接触电极300背离匀流件一侧的表面位于阻抗环520的环绕区域内，且与阻抗环520背离匀流件一侧的表面具有预设间距。换句话说，在组装阻抗环520的过程中，使阻抗环520的一侧表面位于接触电极300中背离匀流件一侧表面背离匀流件的一侧。简单地说，接触电极300背离匀流件一侧的表面位于阻抗环520背离匀流件一侧的表面与匀流件之间，以使接触电极300相对于阻抗环520内缩设置。具体地，可以根据实际需求，通过改变阻抗环520的具体安装位置，以及控制阻抗环520的厚度等方式，控制阻抗环520背离匀流件的一侧表面与接触电极300背离匀流件的一侧表面的间距，以控制上电极上射频电流的流向，调节边缘等离子体的浓度。

为了提升反应腔室700内等离子体的浓度，可选地，如图2所述，本申请实施例公开的上电极组件包括约束环510，且约束环510环绕设置在接触电极300的外周。在约束环510的作用下，可以增大等离子体与反应腔室700的腔壁之间的电容大小，进而降低射频能量自约束环510与反应腔室700之间的缝隙泄露的量，使更多的射频能量均作用于工艺气体，解离出更多的等离子体，达到提升反应腔室700中等离子体的浓度，进而提升工艺效果。

更具体地，约束环510整体为环状结构件，如图3所示，约束环510上不同位置处的外径一致，沿上电极盖板100的轴向，约束环510自上而下依次包括内径较小的第一部分511、内径逐渐增大的第二部分512和内径相对较大的第三部分513，第一部分511、第二部分512和第三部分513自上而下依次连接，使约束环510形成一截面为异形结构的器件，也即，相较于第三部分513而言，第一部分511更靠近上电极盖板100。

其中，如图2和图3所示，约束环510的高度，也即在上电极盖板100的轴向上的尺寸可以为40～50mm，约束环510中内径相对较小的第一部分511的壁厚具体可以为35～45mm，以增大约束环510的壁厚，减少第一部分511与反应腔室的内壁之间所夹持的真空的厚度，增大第一部分511与反应腔室之间的介电能力，且其高度可以20～25mm；约束环510中内径相对较大的第三部分的壁厚具体可以为10～15mm。

并且，在安装约束环510的过程中，可以使约束环510位于底衬550朝向上电极盖板100的一侧，也即，约束环510位于底衬550的上方，在布设约束环510的过程中，需要根据约束环510的实际高度确定底衬550的位置，使底衬550与约束环510之间具有一定的间隙，保证半导体工艺设备能够正常工作。另外，底衬550上可以设置有栅孔。同时，通过使约束环510包括上述第二部分512和第三部分513，使得约束环510能够通过壁厚相对较小的第二部分512和第三部分513避让基座900，从而使约束环510、底衬550和基座900之间能够形成气体通道，保证反应过程中产生的副产物能够自基座900和接触电极300之间的间隙自第二部分512和基座900之间的间隙，经底衬550的栅孔被排出至反应腔室之外。

在上述实施例中，约束环510为一整体式结构件，相较于约束环采用上下分体式样的结构而言，可以提升约束环510对等离子体的约束能力。

具体来说，对于采用上下分体式样结构的约束环而言，上约束环和下约束环组合在一起形成一个完整的圆环件，上约束环固定在反应腔室上，下约束环设置在反应腔室的传片孔所在的位置处，且下约束环能够随气缸的升降而升降，以满足传片需求。在晶圆需要传入时，下约束环下降，让出反应腔室的门阀口与基座之间的空间，使晶圆能够随机械手的伸入，完成晶圆的传入工作；待机械手传出后，下约束环上升，与上约束环一起约束等离子体，因而，由于上述约束环中的下约束环需要进行升降运动，为防止二者之间碰撞，需要使上约束环和下约束环之间具有一定的间隙，从而造成部分等离子体能够自前述间隙移动至约束环之外，进而造成这种约束环对等离子体约束能力不足。

另外，相较于现有的在本申请实施例中，如上所述，约束环510中内径相对较小的第一部分511的壁厚相对较大，这使得约束环510的第一部分511的内壁与反应腔室的内壁之间的介电常数相应增大，基于公式C＝εS/4πkd(ε—介电常数，S—腔室壁与等离子体正对面积，k—静电力常量，d—腔室壁与等离子体垂直距离)可以得到，相较于前述分体式结构的约束环的方案，本实施例公开的约束环510通过增大约束环510的壁厚，可以增大与约束环510与反应腔室之间的介电常数，进而可以使反应腔室的内壁与等离子体之间的等效电容更大，进而能够提升约束环510对等离子体的约束能力。

另外，考虑到约束环510可能会阻碍传片工作的进行，进而上电极组件还包括驱动机构，约束环510与驱动机构连接，以利用驱动机构驱动约束环510沿上电极盖板100的轴向往复移动，从而在需要进行传片工作的情况下，可以借助驱动机构驱动约束环510避让传片口，使晶圆能够被传入至反应腔室700中，对应地，在完成传片工作之后，再利用驱动机构驱动约束环510复位。

具体地，驱动机构可以包括直线电机等驱动器件，驱动机构可以安装在反应腔室700内，且通过使约束环510与驱动机构的驱动轴连接，保证驱动机构具备驱动约束环510沿上电极盖板100的轴向往复移动的能力。

在本申请的另一实施例中，驱动机构包括驱动件和连接件620，驱动件通过连接件620与约束环510连接，以降低驱动件的驱动难度。并且，驱动件设置在上电极盖板100背离接触电极300的一侧，也即，驱动件位于反应腔室700之外，这可以降低驱动件的备件难度，且可以防止驱动件的存在对反应腔室700的工艺环境产生不利影响。在采用上述技术方案的情况下，连接件620与驱动件连接，且连接件620的一部分可以穿过上电极盖板100伸入至反应腔室700中，且与约束环510连接，保证驱动件仍具备驱动约束环510运动的能力。

更具体地，驱动件可以为驱动气缸，这可以使驱动件的成本相对较低，且便于安装和控制。驱动件具体可以包括驱动轴640和驱动座650，二者活动连接。连接件620具体可以包括连接杆等结构，以连接驱动件和约束环510。为了提升驱动机构的驱动效果，驱动件的数量可以为多个，多个驱动件通过桥接件630一并与连接件620连接，以通过多个驱动件同时驱动约束环510，这还可以提升约束换的被驱动稳定性。为了进一步提升约束环510的运动稳定性，上电极组件中还可以设置有导向结构610，导向结构610具体包括导向杆和导向座，导向座与上电极盖板100相对固定，导向杆与导向座沿上电极盖板100的轴向活动配合，且导向杆与桥接件630连接，以通过导向杆和导向座为驱动过程提供导向和限位作用，这还可以降低驱动件所承受的剪切作用力，进而提升驱动件的驱动效果和使用寿命。

如图6和图7所示，根据对上述结构的上电极组件的实际工艺效果进行测试，可以看出，相比于常规的上电极组件而言，在利用本申请上述实施例公开的上电极组件进行刻蚀工艺的过程中，以晶圆中心向外延伸一定尺寸范围内的部分的刻蚀速率的均匀性相对较好。

如上所述，阻抗环520位于接触电极300与约束环510之间，由于约束环510需要具备沿上电极盖板100的轴向运动的能力，进而约束环510与阻抗环520之间需要预留一定的间隙，保证阻抗环520不会对约束环510的运动产生妨碍。但是，在约束环510与阻抗环520之间具有间隙的情况下，存在等离子体自前述间隙泄露的情况，这会降低反应腔室700中等离子体的浓度，基于此，本实施例中，可以使阻抗环520与约束环510之间的间隙在上电极盖板100的轴向上的尺寸与间隙在垂直于前述轴向的方向上的尺寸的比值大于或等于半导体工艺设备中等离子体的平均自由程。以约束环510和阻抗环520均为圆环状结构为例，通俗地说，即为阻抗环520和约束环510之间的间隙的深度与间隙的径向宽度之间的比值大于或等于反应腔室700中等离子体的平均自由程。

在采用上述技术方案的情况下，当等离子体运动至前述间隙内之后，基本均会湮灭在前述间隙内，而不会出现等离子体自该间隙泄露，且形成回路，造成更多的等离子体自该间隙内泄露的情况，从而可以降低反应腔室700内等离子体的减少量，提升刻蚀速率。当然，为了保证等离子体能够湮灭在前述间隙内，需要使安装件530采用绝缘材料制成，或者，可以通过硬氧、喷涂陶瓷等方式，使安装件530具备绝缘能力，保证约束环510与阻抗环520之间的间隙内不具备导电表面，避免等离子体与前述间隙的表面接触后出现打火，保证等离子体能够通过碰撞的方式湮灭在约束环510和阻抗环520的间隙中。

在本申请的另一实施例中，可以使阻抗环520与约束环510之间的间隙在上电极盖板100的轴向上的尺寸与间隙在垂直于前述轴向的方向上的尺寸的比值大于或等于半导体工艺设备中等离子体的平均自由程的两倍，在这种情况下，可以进一步防止出现等离子体自阻抗环520和约束环510之间的缝隙泄露的情况。

如图6和图7所示，根据对上述结构的上电极组件的实际工艺效果进行测试，可以看出，相比于常规的上电极组件而言，在利用本申请上述实施例公开的上电极组件进行刻蚀工艺的过程中，以晶圆中心向外延伸一定尺寸范围内的部分的刻蚀速率的速率相对较大。

更详细地说，图6是现有技术中上电极组件对应的反应腔室700中刻蚀速率的分布示意图，图7是本申请实施例公开的上电极组件对应的反应腔室700中刻蚀速率的分布示意图；通过根据如下的刻蚀条件进行刻蚀速率对比：

腔室压力：250mT、高频电源：HF 1000W、低频电源：LF 1000W、气体流量：四氟甲烷CF4 125sccm/三氟甲烷CHF3 25sccm/氩气AR 150sccm/氮气N2 50sccm、刻蚀时间：30s。

通过对比可以发现，现有技术中，晶圆中心刻蚀速率远低于晶圆边缘的刻蚀速率，而本申请实施例中，晶圆中心刻蚀速率与晶圆边缘的刻蚀速率的差距明显缩小，均匀性改善效果明显。并且，相比于现有技术，本申请实施例公开的上电极组件对于晶圆中心一定范围内的区域的刻蚀速率亦有所提升。另外，根据实验验证，采用上述技术方案公开的上电极组件进行晶圆刻蚀时，即便腔室压力低至50mT、和/或电源的功率降低、和/或工艺气体的流量降低，亦均可以保证晶圆的刻蚀均匀性相对较高，也即，本申请公开的上电极组件可以扩大晶圆的工艺窗口范围。

基于上述任一实施例公开的上电极组件，本申请实施例还公开一种半导体工艺设备，其包括反应腔室700、匹配器810和射频电源，其中，反应腔室700内设置有基座900，射频电源通过匹配器810向基座900上馈入射频，具体地，匹配器810与基座900之间通过射频馈线820连接。并且，半导体工艺设备还包括上述任一上电极组件，上电极组件安装在反应腔室700上。

本申请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。

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 (11)

1.一种上电极组件，用于半导体工艺设备中，设置于反应腔室上，其特征在于，所述上电极组件包括：

上电极盖板，所述上电极盖板用于设置在所述反应腔室的顶部开口上；

匀流件，所述匀流件为导热结构件，安装于所述上电极盖板，且所述匀流件的至少一部分位于所述上电极盖板朝向所述反应腔室一侧，所述匀流件设有环形容纳槽；

接触电极，所述接触电极设置于所述匀流件背离所述上电极盖板的一侧的表面上，且所述环形容纳槽的开口背离所述接触电极设置；

加热环，所述加热环设置于所述环形容纳槽内，且所述加热环与所述环形容纳槽的内壁接触。

2.根据权利要求1所述的上电极组件，其特征在于，所述上电极组件还包括冷却件，所述冷却件设置于所述匀流件背离所述接触电极的一侧，并覆盖所述环形容纳槽的开口。

3.根据权利要求2所述的上电极组件，其特征在于，所述上电极盖板设有贯穿孔，所述匀流件包括本体、第一槽壁和第二槽壁，所述第一槽壁环绕设置于所述第二槽壁之外，所述第一槽壁和所述第二槽壁均固定于所述本体背离所述接触电极的一侧，且所述本体、所述第一槽壁和所述第二槽壁围成所述环形容纳槽，所述第一槽壁连接于所述上电极盖板；

匀流件所述冷却件、所述第二槽壁和所述本体围成匀气腔。

4.根据权利要求3所述的上电极组件，其特征在于，所述加热环和所述冷却件之间存在间隙。

5.根据权利要求4所述的上电极组件，其特征在于，所述第一槽壁背离所述本体的一端固定有搭接突沿，所述上电极盖板设有搭接沉台，所述搭接突沿搭接于所述搭接沉台。

6.根据权利要求5所述的上电极组件，其特征在于，所述本体、所述第一槽壁和所述第二槽壁均与所述加热环贴合设置，沿轴向所述加热环的顶面低于所述上电极盖板的底面。

7.根据权利要求1所述的上电极组件，其特征在于，所述上电极组件还包括阻抗环，所述阻抗环固定于所述匀流件，所述阻抗环环设于所述接触电极的外侧，所述接触电极背离所述匀流件一侧的表面位于所述阻抗环的环绕区域内，且与所述阻抗环背离所述匀流件一侧的表面之间具有预设间距，其中，所述阻抗环的电导率小于所述接触电极的电导率；

所述上电极组件还包括约束环和驱动机构，所述约束环环绕设置于所述阻抗环的外周，所述约束环与所述驱动机构连接，所述驱动机构用于驱动所述约束环沿所述上电极盖板的轴向往复移动。

8.根据权利要求7所述的上电极组件，其特征在于，所述驱动机构包括驱动件和连接件，所述驱动件通过所述连接件与所述约束环连接，所述驱动件设置于所述上电极盖板背离所述接触电极的一侧，所述连接件的一端与所述驱动件的驱动端连接，所述连接件的另一端穿过所述上电极盖板与所述约束环连接。

9.根据权利要求7所述的上电极组件，其特征在于，所述阻抗环与所述约束环之间的间隙在所述上电极盖板的轴向上的尺寸，与所述间隙在垂直于所述上电极盖板的轴向的方向上的尺寸的比值大于或等于2倍所述半导体工艺设备中等离子体的平均自由程。

10.根据权利要求7所述的上电极组件，其特征在于，沿所述上电极盖板的轴向，所述约束环包括自上而下依次连接的第一部分、第二部分和第三部分，所述第一部分的第一内径小于所述第三部分的第二内径，且所述第二部分的内径自上而下自所述第一内径逐渐增大至所述第二内径。

11.一种半导体工艺设备，包括反应腔室、匹配器和射频电源，所述反应腔室内设有基座，所述射频电源通过所述匹配器向所述基座上馈入射频，其特征在于，还包括如权利要求1-10中任意一项所述的上电极组件。