CN116864363A - 一种聚焦环及半导体工艺腔室 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种聚焦环及半导体工艺腔室，聚焦环包括：环体，包括相对设置的第一内环形面和第一外环形面，以及从上下两侧分别连接第一内环形面和第一外环形面的第一顶面和底面；环形凸台，设置于第一顶面，并与环体同轴设置；环形凸台包括第二内环形面和第二外环形面，以及从上方连接第二内环形面和第二外环形面的第二顶面；第二内环形面的半径大于第一内环形面的半径；至少三个定位块，设置于第一顶面，并位于一与环体同心的定位圆上，定位圆的半径大于第一内环形面的半径，且小于第二内环形面的半径；定位圆的圆心位于定位块依次连接所形成的多边形的内部。

Description

一种聚焦环及半导体工艺腔室

技术领域

本申请涉及半导体制造设备技术领域，具体涉及一种聚焦环及半导体工艺腔室。

背景技术

等离子体刻蚀是通过高频辉光放电反应将反应气体生成等离子体，等离子体与晶圆需刻蚀部位的材料发生化学反应，形成挥发性反应物，从而实现刻蚀。在刻蚀工艺进行过程中，通常在晶圆的周围放置聚焦环，其作用是使晶圆边缘上方的等离子体扩散到聚焦环上，从而整个晶圆区域的等离子体更加均匀。随着半导体器件向更小的尺寸发展，晶圆边缘的晶体管数量逐渐增多，保持晶圆中间至边缘的刻蚀速率均匀性至关重要。

现有的一种聚焦环应用于半导体工艺腔室时的装配结构示意图如图1所示，半导体工艺腔室内设有吸盘10a，吸盘10a外侧套设有聚焦环20a，工艺时晶圆101a固定在吸盘10a上，利用聚焦环20a的倾斜内壁结构将等离子体引至晶圆101a，减少或消除晶片上重叠等离子体的区域，以达到提高晶圆101a边缘刻蚀速率的均匀性的目的。但是实际工艺中，该结构的半导体工艺腔室在刻蚀时还是容易出现晶圆101a的边缘刻蚀速率相对中间的刻蚀速率偏小、整个晶圆101a的表面刻蚀速率不均匀的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本申请提供一种聚焦环及半导体工艺腔室，可以改善现有的聚焦环在刻蚀时容易出现晶圆的边缘刻蚀速率相对中间的刻蚀速率偏小、整个晶圆的表面刻蚀速率不均匀的问题。

为解决上述技术问题，第一方面，本申请实施例提供一种聚焦环，包括：

环体，包括相对设置的第一内环形面和第一外环形面，以及从上下两侧分别连接所述第一内环形面和所述第一外环形面的第一顶面和底面；

环形凸台，设置于所述第一顶面，并与所述环体同轴设置；所述环形凸台包括第二内环形面和第二外环形面，以及从上方连接所述第二内环形面和所述第二外环形面的第二顶面；所述第二内环形面的半径大于所述第一内环形面的半径；

至少三个定位块，设置于所述第一顶面，并位于一与所述环体同心的定位圆上，所述定位圆的半径大于所述第一内环形面的半径，且小于所述第二内环形面的半径；所述定位圆的圆心位于所述定位块依次连接所形成的多边形的内部。

可选的，所述第二内环形面的半径与所述第一内环形面的半径之差大于或等于10mm。

可选的，所述定位块沿所述定位圆均匀分布。

可选的，所述第二顶面包括：

水平面，与所述第二外环形面连接；

第一斜面，连接在所述水平面和所述第二内环形面之间。

可选的，所述聚焦环采用陶瓷材料制作。

可选的，所述定位块包括：

第三顶面；

定位面，朝向所述定位圆的圆心；

过渡面，连接所述第三顶面和所述定位面。

可选的，所述过渡面包括：

第二斜面；

第一倒角，连接所述第二斜面和所述第三顶面；

第二倒角，连接所述第二斜面和所述定位面。

可选的，所述第二斜面与所述第一顶面的夹角小于或等于65°，且大于或等于25°。

第二方面，本申请实施例提供一种半导体工艺腔室，包括吸盘，以及如上各实施例所述的聚焦环；

所述吸盘包括盘体，以及设置于所述盘体的顶面的柱形凸台，所述柱形凸台用于承载晶圆；

所述环体套设在所述柱形凸台的外侧，并支撑于所述盘体的顶面，并且所述第一顶面低于所述柱形凸台的顶面；所述定位圆用于对所述晶圆进行定位。

可选的，所述第一顶面与所述柱形凸台的顶面之间的距离小于或等于0.5mm。

可选的，所述第一内环形面的半径与所述柱形凸台的半径之差大于0且小于或等于0.5mm。

如上所述本申请的聚焦环，包括环体、环形凸台和至少三个定位块，定位块位于一与环体同心的定位圆，定位圆用于对晶圆进行定位，同时定位块还可以使得环形凸台的第二内环形面远离晶圆的边缘，可以减小聚焦环的边缘对晶圆边缘的刻蚀速率的影响。并且，本实施例中定位块与晶圆之间为点接触，也能够有效地降低聚焦环对晶圆边缘刻蚀速率的影响，从而可以提高晶圆整体刻蚀速率的均匀性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有的一种聚焦环应用于半导体工艺腔室时的装配结构示意图；

图2是相关技术的另一种聚焦环的局部结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种聚焦环的立体结构示意图；

图4是图3的聚焦环的主视结构示意图；

图5是沿图3中A-A线的剖视结构示意图；

图6是本申请实施例提供的一种聚焦环的局部放大结构示意图；

图7是本申请实施例提供的一种半导体工艺腔室的结构示意图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素，此外，本申请不同实施例中具有同样命名的部件、特征、要素可能具有相同含义，也可能具有不同含义，其具体含义需以其在该具体实施例中的解释或者进一步结合该具体实施例中上下文进行确定。

应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。本申请使用的术语“或”、“和/或”、“包括以下至少一个”等可被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。例如，“包括以下至少一个：A、B、C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A和B和C”，再如，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A和B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

应当理解，尽管在本文可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本文范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。

应当理解的是，术语“顶”、“底”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。

为了便于描述，以下各实施例中，均是以水平面和竖直方向形成的正交空间为例进行说明，该前提条件不应理解为对本申请的限制。

晶圆刻蚀速率均匀性的计算方法是(速率最大值-速率最小值)/(2*速率平均值)，申请人研究发现，越靠近聚焦环边缘的区域刻蚀速率越低。现有结构的半导体工艺腔室在刻蚀时容易出现晶圆101a的边缘刻蚀速率相对中间的刻蚀速率偏小、整个晶圆101a的表面刻蚀速率不均匀，主要是由于聚焦环20a整个内圈边缘距离晶圆101a的边缘过近，降低了晶圆101a边缘的刻蚀速率。

为了改善上述问题，请参阅图2，图2是相关技术的另一种聚焦环的局部结构示意图，该聚焦环20b包括：围绕晶圆的第一部分21b，由含硅材料制成，围绕在第一部分21b外侧的第二部分22b，由含钇材料制成，两部分之间由过度斜面23b连接，过度斜面23b上设有SiC涂层24b。该改进方案通过调节聚焦环20b的材料分布提高晶圆边缘刻蚀速率的均匀性。但是该结构由多种材料复合制成，加工具有一定难度，成本高，且不具备定位功能，一定程度上也会影响整体刻蚀速率的均匀性。

基于此，本申请提供了一种聚焦环及半导体工艺腔室。

请参阅图3-图5，图3是本申请实施例提供的一种聚焦环的立体结构示意图，图4是图3的聚焦环的主视结构示意图，图5是沿图3中A-A线的剖视结构示意图，该聚焦环200包括环体10、环形凸台20和至少三个定位块30。

请参阅图5，环体10包括相对设置的第一内环形面11和第一外环形面12，以及从上下两侧分别连接第一内环形面11和第一外环形面12的第一顶面13和底面14。环形凸台20设置于第一顶面13，并与环体10同轴设置，环形凸台20包括第二内环形面21和第二外环形面22，以及从上方连接第二内环形面21和第二外环形面22的第二顶面23，第二内环形面21的半径大于第一内环形面11的半径。需要说明的是，环体10和环形凸台20可以是一体化成型的结构，比如，聚焦环整体可以采用陶瓷材料制作，进行一体化烧结成型，但聚焦环所用材质不限于此。作为一些示例，陶瓷材料可以是Al₂O₃陶瓷、石英等等。环形凸台20的第二内环形面21相对于环体10的第一内环形面11外扩，使得聚焦环200的内侧面形成台阶面。而环形凸台20的第二外环形面22与环体10的第一外环形面12可以平齐，也可以不平齐，此外，环形凸台20的第二外环形面22、第二顶面23、环体10的底面14、第一外环形面12可以是平面、斜面或者台阶面等不规则的平面，本申请实施例不作特别限定。

请参阅图4和图5，所有定位块30(图中设置有12个)均设置于环体10的第一顶面13，并位于一与环体10同心的定位圆C上，定位圆C的半径大于第一内环形面11的半径，且小于第二内环形面21的半径，需要说明的是，定位圆C是用于定位晶圆的，因此，定位圆C的半径略大于晶圆的半径即可。定位圆C的圆心位于定位块30依次连接所形成的多边形的内部，比如，当定位块30只设置三个时，则三个定位块30依次连接形成的三角形的三个顶角均为锐角，可以使定位圆C的圆心位于三角形内部，从而避免三个定位块30设置过于密集无法从三个方向对晶圆进行定位。同理，当定位块30设置四个时，则使得定位圆C的圆心位于四个定位块30依次连接形成的四边形内部即可。优选的，所有定位块30沿定位圆C均匀分布。

图1现有的聚焦环与晶圆为面接触，晶圆边缘的刻蚀速率不仅受聚焦环的影响较大，而且聚焦环紧挨着晶圆，聚焦环相对过高，易造成晶圆边缘上方出现涡流，等离子体进入聚焦环与晶圆之间的间隙也较困难，两种因素会大大降低晶圆边缘的刻蚀速率。本实施例的聚焦环200，通过设置定位块30，以形成定位圆C对晶圆进行定位，同时定位块30还可以使得环形凸台20的第二内环形面21远离晶圆的边缘，可以减小聚焦环200的边缘对晶圆边缘的刻蚀速率的影响。并且，本实施例中定位块30与晶圆14之间为点接触，也能够有效地降低聚焦环200对晶圆边缘刻蚀速率的影响，从而可以提高晶圆整体刻蚀速率的均匀性。此外，本实施例是对聚焦环的结构进行改进，聚焦环可以采用同一种材料进行制作，比如Al₂O₃或石英等陶瓷材料制作，相比图2的改进方案，本实施例的聚焦环制作工艺成熟，成本更低。

在一个实施例中，环形凸台20的第二内环形面21的半径与环体10的第一内环形面11的半径之差大于或等于10mm。即第二内环形面21比第一内环形面11单边外扩10mm以上。通过对比不同尺寸的电场仿真结果和工艺结果，该条件下，晶圆边缘的刻蚀较为均匀，效果较好。

在一个实施例中，请继续参阅图5，环形凸台20的第二顶面23可以包括水平面231和第一斜面232。水平面231与第二外环形面22连接，第一斜面232连接在水平面231和第二内环形面21之间，第一斜面232还可以通过倒圆角与水平面231和第二内环形面21进行过渡连接。本实施例中，第一斜面232作为水平面231第二内环形面21之间的过渡面，平缓的过渡可以有效地调整电场，控制等离子体的分布，提高晶圆边缘分布的等离子体的均匀性，从而可以提高边缘刻蚀速率的均匀性。

在一个实施例中，请参阅图6，图6是本申请实施例提供的一种聚焦环的局部放大结构示意图。定位块30可以包括第三顶面31、定位面32和过渡面33。定位面32朝向定位圆C的圆心，定位面32可以是竖直面。过渡面33连接第三顶面31和定位面32，过渡面33可以是斜面。过渡面33能够微调晶圆的位置，比如，当晶圆下落时偏离了定位圆C的圆心时，可以沿着过渡面33滑落至定位圆C区域。

在一个实施例中，过渡面33可以包括第二斜面331、第一倒角332和第二倒角333。第一倒角332连接第二斜面331和第三顶面31，第二倒角333连接第二斜面331和定位面32，即第二斜面331可以通过第一倒角332与第三顶面31过渡连接，通过第二倒角333与定位面32过渡连接，可以防止在晶圆在下落过程中，被尖角划伤。例如，第二斜面331与第一顶面13的夹角可以小于或等于65°，且大于或等于25°，以确保晶圆在偏离定位圆C的圆心时可以平缓滑落至定位圆C中。

本申请实施例还提供了一种半导体工艺腔室，请参阅图7，图7是本申请实施例提供的一种半导体工艺腔室的结构示意图，该半导体工艺腔室包括吸盘100，以及如上各实施例所述的聚焦环200，其中腔室本体未画出。

吸盘100包括盘体110，以及设置于盘体110的顶面的柱形凸台120，柱形凸台120用于承载晶圆101。聚焦环200的环体10套设在柱形凸台120的外侧，并支撑于盘体110的顶面，并且环体10的第一顶面13低于柱形凸台120的顶面，具体来说，晶圆101伸出柱形凸台120后是悬空于环体10的第一顶面13上方的。聚焦环200的定位块30围成的定位圆C用于对晶圆101进行定位。

作为一个示例，聚焦环200环体10的第一顶面13与柱形凸台120的顶面之间的距离小于或等于0.5mm，即柱形凸台120的顶面高于环体10的第一顶面13的高度不超过0.5mm，以保证晶圆101悬空于环体10的上方，且两者间隙不至于过大，以免影响晶圆101边缘的等离子体密度，降低了边缘刻蚀速度。

为了便于环体10与柱形凸台120的安装以及配合精度，作为一个示例，环体10的第一内环形面11的半径与柱形凸台120的半径之差大于0且小于或等于0.5mm，两者保证间隙配合，并且间隙小于或等于0.5mm。

有关本实施例半导体工艺腔室的其他工作原理，参见前述本申请实施例关于聚焦环的说明，此处不再赘述。

以上对本申请所提供的一种聚焦环及半导体工艺腔室进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述。需要说明的是，在本申请中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本申请技术方案的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本申请记载的范围。

Claims (11)

1.一种聚焦环，其特征在于，包括：

环体，包括相对设置的第一内环形面和第一外环形面，以及从上下两侧分别连接所述第一内环形面和所述第一外环形面的第一顶面和底面；

环形凸台，设置于所述第一顶面，并与所述环体同轴设置；所述环形凸台包括第二内环形面和第二外环形面，以及从上方连接所述第二内环形面和所述第二外环形面的第二顶面；所述第二内环形面的半径大于所述第一内环形面的半径；

至少三个定位块，设置于所述第一顶面，并位于一与所述环体同心的定位圆上，所述定位圆的半径大于所述第一内环形面的半径，且小于所述第二内环形面的半径；所述定位圆的圆心位于所述定位块依次连接所形成的多边形的内部。

2.根据权利要求1所述的聚焦环，其特征在于，所述第二内环形面的半径与所述第一内环形面的半径之差大于或等于10mm。

3.根据权利要求1所述的聚焦环，其特征在于，所述定位块沿所述定位圆均匀分布。

4.根据权利要求1所述的聚焦环，其特征在于，所述第二顶面包括：

水平面，与所述第二外环形面连接；

第一斜面，连接在所述水平面和所述第二内环形面之间。

5.根据权利要求1所述的聚焦环，其特征在于，所述聚焦环采用陶瓷材料制作。

6.根据权利要求1-5任一项所述的聚焦环，其特征在于，所述定位块包括：

第三顶面；

定位面，朝向所述定位圆的圆心；

过渡面，连接所述第三顶面和所述定位面。

7.根据权利要求6所述的聚焦环，其特征在于，所述过渡面包括：

第二斜面；

第一倒角，连接所述第二斜面和所述第三顶面；

第二倒角，连接所述第二斜面和所述定位面。

8.根据权利要求7所述的聚焦环，其特征在于，所述第二斜面与所述第一顶面的夹角小于或等于65°，且大于或等于25°。

9.一种半导体工艺腔室，其特征在于，包括吸盘，以及如权利要求1-8任一项所述的聚焦环；

所述吸盘包括盘体，以及设置于所述盘体的顶面的柱形凸台，所述柱形凸台用于承载晶圆；

所述环体套设在所述柱形凸台的外侧，并支撑于所述盘体的顶面，并且所述第一顶面低于所述柱形凸台的顶面；所述定位圆用于对所述晶圆进行定位。

10.根据权利要求9所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述第一顶面与所述柱形凸台的顶面之间的距离小于或等于0.5mm。

11.根据权利要求9所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述第一内环形面的半径与所述柱形凸台的半径之差大于0且小于或等于0.5mm。