CN117423599B - 一种可提高刻蚀一致性的刻蚀盘结构 - Google Patents

Abstract

一种可提高刻蚀一致性的刻蚀盘结构，属于晶圆加工技术领域，为了解决外圈的刻蚀区域较大，在刻蚀的过程中内外圈的温度不一致导致刻蚀速率差异的问题；本发明通过刻蚀母盘和刻蚀子盘的分体结构设计，以及螺旋气流通道的设计，可使冷却气体均匀地分布在刻蚀子盘的表面；本发明通过螺旋气流通道对每个刻蚀子盘进行针对性冷却，通过分散组装路径板依次对刻蚀母盘的外边缘、外圈至内圈进行冷却，在双重冷却操作下，使冷却气体能均匀接触刻蚀盘的内外圈，减少温度差异，以确保每个刻蚀子盘上的晶圆片在刻蚀过程中具有相同的温度环境，从而提高刻蚀效果的一致性，有效的改善内外圈温度不均和单个晶圆内刻蚀不一致的问题。

Description

一种可提高刻蚀一致性的刻蚀盘结构

技术领域

本发明涉及晶圆加工技术领域，特别涉及一种可提高刻蚀一致性的刻蚀盘结构。

背景技术

在晶圆加工过程中，通过载体刻蚀盘对晶圆片进行刻蚀，刻蚀是半导体制造过程中的重要步骤，它通过物理或化学方法来去除或改变晶圆片表面的材料，刻蚀盘是一种专门用于承载晶圆片的工具，它具有高纯度、高密度、耐腐蚀等特性，可以保证刻蚀过程的稳定性和一致性，通过在刻蚀盘下方通入冷却气体，可以降低晶圆片温度，保持刻蚀过程的温度稳定，从而提高刻蚀速率和一致性，且刻蚀盘可以通过改变结构设计和材料选择等方式，提高冷却效率、减少热应力等，进一步优化刻蚀过程和晶圆片的质量。

由专利公开号CN215771079U可知，公开了一种刻蚀盘冷却结构，包括用于放置晶圆片的正面片和用于通入惰性气体对刻蚀盘进行冷却的背面片，所述背面片上设置有一组通向正面片的透气孔，所述背面片上设置有与刻蚀盘同心设置的内圈冷却凹环和外圈冷却凹环，内圈冷却凹环上连接设置有一组沿刻蚀盘半径方向设置的内圈冷却槽，内圈冷却槽在刻蚀盘的圆心出汇合；所述外圈冷却凹环上设置有一组外圈冷却子凹环，外圈冷却子凹环与内圈冷却凹环相切并连通且相切位置处设置有外圈冷却槽，外圈冷却槽沿直径方向一直延伸至外圈冷却子凹环的另一端。此专利仍然存在以下问题：

1、在刻蚀过程中，刻蚀区域温度升高，通常刻蚀盘各部分的材料和结构不同，热传导性能存在差异，内外圈之间的热传导不良，易导致热量在外圈积累，而不能有效地传导到内圈，现有技术从进气口的位置可判断，刻蚀盘的内外圈几乎同步接触冷却气体，然而外圈的刻蚀区域较大，内外圈的温度难以在短时间内达到一致，进而无法有效改善刻蚀不一致的问题；

2、冷却纹路开设于刻蚀盘的底部，处于未密封结构，不利于惰性气体的通入，易造成气体泄漏，冷却效率较低，冷却纹路过于交错复杂化，惰性气体的流动性受阻，易降低冷却效率。

针对以上问题，对现有装置进行了改进，提出了一种可提高刻蚀一致性的刻蚀盘结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可提高刻蚀一致性的刻蚀盘结构，解决了背景技术中外圈的刻蚀区域较大，在刻蚀的过程中内外圈的温度不一致导致刻蚀速率差异的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可提高刻蚀一致性的刻蚀盘结构，刻蚀盘包括刻蚀母盘以及与其匹配的刻蚀子盘，刻蚀母盘用于盛放所述的刻蚀子盘，刻蚀母盘的上表面开设有配套槽，配套槽设置有七组，七组配套槽的内侧对应盛放有七组刻蚀子盘，配套槽的内侧壁面设置有密封组件，刻蚀子盘通过密封组件与配套槽相对接，刻蚀母盘的内部设置有冷却内腔，冷却内腔用于流通冷却气体，冷却气体用于降低刻蚀母盘和刻蚀子盘的温度，冷却内腔的内部设置有导流组件，配套槽的内底面开设有螺旋气流通道，螺旋气流通道用于将冷却气体以螺旋形的方式引导至刻蚀子盘的表面，螺旋气流通道中央的首端设置有冷却气体进气口，螺旋气流通道外圈的末端设置有第一冷却气体排气口，冷却气体进气口和第一冷却气体排气口相平行，一组刻蚀母盘配套有七组刻蚀子盘，刻蚀母盘用于对刻蚀子盘进行冷却，刻蚀子盘用于承载晶圆片进行刻蚀。

进一步地，导流组件包括设置在冷却内腔内底面中央的中心导柱以及安装在中心导柱外侧的分散组装路径板，分散组装路径板设置有六组，六组分散组装路径板分别与外围的六组刻蚀子盘相对应。

进一步地，冷却内腔的内底面均匀开设有出气漏槽，出气漏槽用于排出冷却内腔内部的气体。

进一步地，中心导柱的内底面设置有冷却气体通入口，六组分散组装路径板的内部均设置有分隔路径板，分隔路径板的一端安装在中心导柱的侧表面，且分隔路径板的底表面与中心导柱内部的上顶面持平，分隔路径板的另一端设置有拐弯口，中心导柱和六组分散组装路径板的内部均开设有直向冷却管路，分隔路径板的上端设置有反向冷却管路，且反向冷却管路开设在分散组装路径板的内部，分隔路径板的中央安装有中心管路，中心管路的上端贯穿分散组装路径板与冷却气体进气口的内侧匹配对接，中心管路的下端与分隔路径板嵌合连接，直向冷却管路通过中心管路与冷却气体进气口相连通。

进一步地，分散组装路径板的上表面均匀分布有嵌合斜板，嵌合斜板嵌合安装在分散组装路径板的上表面，嵌合斜板的表面开设后冷却斜槽，嵌合斜板和冷却斜槽呈倾斜结构，冷却斜槽与反向冷却管路相连通。

进一步地，密封组件包括安装在配套槽内壁面的衔接滑环以及设置在衔接滑环下表面的橡胶环，衔接滑环的上表面开设有敞口滑槽，敞口滑槽的一端开设有T型滑槽，敞口滑槽和T型滑槽相连通，且敞口滑槽和T型滑槽设置有两组，两组敞口滑槽和T型滑槽位置相对。

进一步地，配套槽内底面的圆周端开设有侧开槽，配套槽通过侧开槽与冷却内腔相连通。

进一步地，第一冷却气体排气口的内部匹配设置有连通管路，连通管路的底端贯穿至刻蚀母盘的底部。

进一步地，刻蚀子盘的外侧壁面设置有拼接外环，拼接外环与配套槽相匹配，拼接外环的下表面设置有T型滑块，T型滑块设置有两组，且T型滑块与敞口滑槽和T型滑槽相连接。

进一步地，橡胶环与刻蚀子盘的外壁面相贴合，橡胶环用于闭合配套槽和刻蚀子盘之间的间隙。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明提出的一种可提高刻蚀一致性的刻蚀盘结构，最外圈的嵌合斜板对准侧开槽，顺着侧开槽进入配套槽的内侧壁和刻蚀子盘的外侧壁之间，冷却气体在该区域内进行循环，并可顺着侧开槽回到冷却内腔的内部，通过此间隙区域不仅可满足气体流动的需求，且能减少热量的传递，一方面，通过橡胶环可保持配套槽和刻蚀子盘之间的密封效果，则冷却气体的螺旋形输送处于密封状态，进而确保配套槽和刻蚀子盘之间配合的密封性，防止冷却气体泄漏，从而提高设备的可靠性，另一方面，通过刻蚀母盘和刻蚀子盘的分体结构设计，以及螺旋气流通道的设计，可使冷却气体均匀地分布在刻蚀子盘的表面，通过螺旋气流通道对每个刻蚀子盘进行针对性冷却，通过分散组装路径板依次对刻蚀母盘的外边缘、外圈至内圈进行冷却，在双重冷却操作下，使冷却气体能均匀接触刻蚀盘的内外圈，减少温度差异，以确保每个刻蚀子盘上的晶圆片在刻蚀过程中具有相同的温度环境，从而提高刻蚀效果的一致性，有效的改善内外圈温度不均和单个晶圆内刻蚀不一致的问题。

2.本发明提出的一种可提高刻蚀一致性的刻蚀盘结构，刻蚀母盘可循环使用，刻蚀子盘可定期进行更换，当刻蚀子盘与配套槽相组装时，使拼接外环搭接在衔接滑环的上表面，T型滑块与敞口滑槽相滑移后，T型滑块与T型滑槽相卡接，进而将刻蚀子盘稳定组装在刻蚀母盘的表面，在组装过程中，刻蚀子盘卡塞在橡胶环的内侧，使橡胶环与刻蚀子盘的外壁面紧密贴合，预防因刻蚀盘表面磨损所导致的刻蚀过程中温度不均的问题。

附图说明

图1为本发明的刻蚀盘部分结构示意图；

图2为本发明的刻蚀盘整体结构示意图；

图3为本发明的配套槽结构示意图；

图4为本发明的导流组件内部平面结构示意图；

图5为本发明的冷却内腔整体结构示意图；

图6为本发明的导流组件整体结构示意图；

图7为本发明的中心导柱和分散组装路径板内部平面结构示意图；

图8为本发明的冷却内腔内部平面部分结构示意图；

图9为本发明的密封组件整体结构示意图；

图10为本发明的侧开槽结构示意图；

图11为本发明的T型滑块结构示意图。

图中：1、刻蚀母盘；2、配套槽；21、螺旋气流通道；22、冷却气体进气口；23、第一冷却气体排气口；3、刻蚀子盘；31、拼接外环；32、T型滑块；4、密封组件；41、衔接滑环；42、橡胶环；43、敞口滑槽；44、T型滑槽；45、侧开槽；46、连通管路；5、冷却内腔；51、出气漏槽；6、导流组件；61、中心导柱；62、分散组装路径板；621、嵌合斜板；622、冷却斜槽；63、冷却气体通入口；64、分隔路径板；65、直向冷却管路；66、拐弯口；67、反向冷却管路；68、中心管路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。

实施例一

请参阅图1-图10，为了解决外圈的刻蚀区域较大，内外圈的温度难以在短时间内达到一致的技术问题，提供以下优选技术方案：

一种可提高刻蚀一致性的刻蚀盘结构，包括刻蚀盘包括刻蚀母盘1以及与其匹配的刻蚀子盘3，刻蚀母盘1用于盛放所述的刻蚀子盘3，刻蚀母盘1的上表面开设有配套槽2，配套槽2设置有七组，七组配套槽2的内侧对应盛放有七组刻蚀子盘3，配套槽2的内侧壁面设置有密封组件4，刻蚀子盘3通过密封组件4与配套槽2相对接，刻蚀母盘1的内部设置有冷却内腔5，冷却内腔5用于流通冷却气体，冷却气体用于降低刻蚀母盘1和刻蚀子盘3的温度，冷却内腔5的内部设置有导流组件6，配套槽2的内底面开设有螺旋气流通道21，螺旋气流通道21用于将冷却气体以螺旋形的方式引导至刻蚀子盘3的表面，螺旋气流通道21中央的首端设置有冷却气体进气口22，螺旋气流通道21外圈的末端设置有第一冷却气体排气口23，冷却气体进气口22和第一冷却气体排气口23相平行，一组刻蚀母盘1配套有七组刻蚀子盘3，刻蚀母盘1用于对刻蚀子盘3进行冷却，刻蚀子盘3用于承载晶圆片进行刻蚀。

在此实施例中，导流组件6包括设置在冷却内腔5内底面中央的中心导柱61以及安装在中心导柱61外侧的分散组装路径板62，分散组装路径板62设置有六组，六组分散组装路径板62分别与外围的六组刻蚀子盘3相对应，冷却内腔5的内底面均匀开设有出气漏槽51，出气漏槽51用于排出冷却内腔5内部的气体，中心导柱61的内底面设置有冷却气体通入口63，六组分散组装路径板62的内部均设置有分隔路径板64，分隔路径板64的一端安装在中心导柱61的侧表面，且分隔路径板64的底表面与中心导柱61内部的上顶面持平，分隔路径板64的另一端设置有拐弯口66，中心导柱61和六组分散组装路径板62的内部均开设有直向冷却管路65，分隔路径板64的上端设置有反向冷却管路67，且反向冷却管路67开设在分散组装路径板62的内部，分隔路径板64的中央安装有中心管路68，中心管路68的上端贯穿分散组装路径板62与冷却气体进气口22的内侧匹配对接，中心管路68的下端与分隔路径板64嵌合连接，直向冷却管路65通过中心管路68与冷却气体进气口22相连通。

在此实施例中，分散组装路径板62的上表面均匀分布有嵌合斜板621，嵌合斜板621嵌合安装在分散组装路径板62的上表面，嵌合斜板621的表面开设后冷却斜槽622，嵌合斜板621和冷却斜槽622呈倾斜结构，冷却斜槽622与反向冷却管路67相连通，密封组件4包括安装在配套槽2内壁面的衔接滑环41以及设置在衔接滑环41下表面的橡胶环42，衔接滑环41的上表面开设有敞口滑槽43，敞口滑槽43的一端开设有T型滑槽44，敞口滑槽43和T型滑槽44相连通，且敞口滑槽43和T型滑槽44设置有两组，两组敞口滑槽43和T型滑槽44位置相对，配套槽2内底面的圆周端开设有侧开槽45，配套槽2通过侧开槽45与冷却内腔5相连通，第一冷却气体排气口23的内部匹配设置有连通管路46，连通管路46的底端贯穿至刻蚀母盘1的底部。

具体的，当刻蚀过程开始时，将晶圆片放置在刻蚀子盘3的承载槽中，将七组承载晶圆片的刻蚀子盘3分别放置在七组配套槽2的内侧，通过导流组件6向直向冷却管路65输送冷却气体，如氮气或氩气，冷却气体分别沿着六条直向冷却管路65向外延伸，冷却气体的一部分通过中心管路68和冷却气体进气口22直接进入螺旋气流通道21，进入螺旋气流通道21的冷却气体以螺旋形的输送路径使冷却气体充斥在配套槽2的内底面，冷却气体在带走刻蚀子盘3内底面面的热量后，从螺旋气流通道21的末端，即顺着第一冷却气体排气口23和连通管路46位置向外排出，连通管路46与分散组装路径板62位置相错开，冷却气体的另一部分通过拐弯口66反向进入反向冷却管路67内部，通过嵌合斜板621和冷却斜槽622向配套槽2的内部输送，所分布的嵌合斜板621自刻蚀盘的外圈向内圈输送冷却气体，冷却气体与冷却内腔5的上顶面相接触，并从出气漏槽51排出，直至内外圈温度一致，除此之外，最外圈的嵌合斜板621对准侧开槽45，顺着侧开槽45进入配套槽2的内侧壁和刻蚀子盘3的外侧壁之间，冷却气体在该区域内进行循环，并可顺着侧开槽45回到冷却内腔5的内部，通过此间隙区域不仅可满足气体流动的需求，且能减少热量的传递，一方面，通过橡胶环42可保持配套槽2和刻蚀子盘3之间的密封效果，则冷却气体的螺旋形输送处于密封状态，进而确保配套槽2和刻蚀子盘3之间配合的密封性，防止冷却气体泄漏，从而提高设备的可靠性，另一方面，通过刻蚀母盘1和刻蚀子盘3的分体结构设计，以及螺旋气流通道21的设计，可使冷却气体均匀地分布在刻蚀子盘3的表面，通过螺旋气流通道21对每个刻蚀子盘3进行针对性冷却，通过分散组装路径板62依次对刻蚀母盘1的外边缘、外圈至内圈进行冷却，在双重冷却操作下，使冷却气体能均匀接触刻蚀盘的内外圈，减少温度差异，以确保每个刻蚀子盘3上的晶圆片在刻蚀过程中具有相同的温度环境，从而提高刻蚀效果的一致性，有效的改善内外圈温度不均和单个晶圆内刻蚀不一致的问题。

实施例二

请参阅图9和图11，为了解决刻蚀盘表面磨损所导致的刻蚀过程中温度不均的技术问题，提供以下优选技术方案：

在此实施例中，刻蚀子盘3的外侧壁面设置有拼接外环31，拼接外环31与配套槽2相匹配，拼接外环31的下表面设置有T型滑块32，T型滑块32设置有两组，且T型滑块32与敞口滑槽43和T型滑槽44相连接，橡胶环42与刻蚀子盘3的外壁面相贴合，橡胶环42用于闭合配套槽2和刻蚀子盘3之间的间隙。

具体的，刻蚀母盘1可循环使用，刻蚀子盘3可定期进行更换，当刻蚀子盘3与配套槽2相组装时，使拼接外环31搭接在衔接滑环41的上表面，T型滑块32与敞口滑槽43相滑移后，T型滑块32与T型滑槽44相卡接，进而将刻蚀子盘3稳定组装在刻蚀母盘1的表面，在组装过程中，刻蚀子盘3卡塞在橡胶环42的内侧，使橡胶环42与刻蚀子盘3的外壁面紧密贴合，预防因刻蚀盘表面磨损所导致的刻蚀过程中温度不均的问题。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可提高刻蚀一致性的刻蚀盘结构，其特征在于：刻蚀盘包括刻蚀母盘（1）以及与其匹配的刻蚀子盘（3），刻蚀母盘（1）用于盛放所述的刻蚀子盘（3），刻蚀母盘（1）的上表面开设有配套槽（2），配套槽（2）设置有七组，七组配套槽（2）的内侧对应盛放有七组刻蚀子盘（3），配套槽（2）的内侧壁面设置有密封组件（4），刻蚀子盘（3）通过密封组件（4）与配套槽（2）相对接，刻蚀母盘（1）的内部设置有冷却内腔（5），冷却内腔（5）用于流通冷却气体，冷却气体用于降低刻蚀母盘（1）和刻蚀子盘（3）的温度，冷却内腔（5）的内部设置有导流组件（6），配套槽（2）的内底面开设有螺旋气流通道（21），螺旋气流通道（21）用于将冷却气体以螺旋形的方式引导至刻蚀子盘（3）的表面，螺旋气流通道（21）中央的首端设置有冷却气体进气口（22），螺旋气流通道（21）外圈的末端设置有第一冷却气体排气口（23），冷却气体进气口（22）和第一冷却气体排气口（23）相平行，一组刻蚀母盘（1）配套有七组刻蚀子盘（3），刻蚀母盘（1）用于对刻蚀子盘（3）进行冷却，刻蚀子盘（3）用于承载晶圆片进行刻蚀；

导流组件（6）包括设置在冷却内腔（5）内底面中央的中心导柱（61）以及安装在中心导柱（61）外侧的分散组装路径板（62），分散组装路径板（62）设置有六组，六组分散组装路径板（62）分别与外围的六组刻蚀子盘（3）相对应。

2.如权利要求1所述的一种可提高刻蚀一致性的刻蚀盘结构，其特征在于：冷却内腔（5）的内底面均匀开设有出气漏槽（51），出气漏槽（51）用于排出冷却内腔（5）内部的气体。

3.如权利要求1所述的一种可提高刻蚀一致性的刻蚀盘结构，其特征在于：中心导柱（61）的内底面设置有冷却气体通入口（63），六组分散组装路径板（62）的内部均设置有分隔路径板（64），分隔路径板（64）的一端安装在中心导柱（61）的侧表面，且分隔路径板（64）的底表面与中心导柱（61）内部的上顶面持平，分隔路径板（64）的另一端设置有拐弯口（66），中心导柱（61）和六组分散组装路径板（62）的内部均开设有直向冷却管路（65），分隔路径板（64）的上端设置有反向冷却管路（67），且反向冷却管路（67）开设在分散组装路径板（62）的内部，分隔路径板（64）的中央安装有中心管路（68），中心管路（68）的上端贯穿分散组装路径板（62）与冷却气体进气口（22）的内侧匹配对接，中心管路（68）的下端与分隔路径板（64）嵌合连接，直向冷却管路（65）通过中心管路（68）与冷却气体进气口（22）相连通。

4.如权利要求3所述的一种可提高刻蚀一致性的刻蚀盘结构，其特征在于：分散组装路径板（62）的上表面均匀分布有嵌合斜板（621），嵌合斜板（621）嵌合安装在分散组装路径板（62）的上表面，嵌合斜板（621）的表面开设后冷却斜槽（622），嵌合斜板（621）和冷却斜槽（622）呈倾斜结构，冷却斜槽（622）与反向冷却管路（67）相连通。

5.如权利要求1所述的一种可提高刻蚀一致性的刻蚀盘结构，其特征在于：密封组件（4）包括安装在配套槽（2）内壁面的衔接滑环（41）以及设置在衔接滑环（41）下表面的橡胶环（42），衔接滑环（41）的上表面开设有敞口滑槽（43），敞口滑槽（43）的一端开设有T型滑槽（44），敞口滑槽（43）和T型滑槽（44）相连通，且敞口滑槽（43）和T型滑槽（44）设置有两组，两组敞口滑槽（43）和T型滑槽（44）位置相对。

6.如权利要求1所述的一种可提高刻蚀一致性的刻蚀盘结构，其特征在于：配套槽（2）内底面的圆周端开设有侧开槽（45），配套槽（2）通过侧开槽（45）与冷却内腔（5）相连通。

7.如权利要求1所述的一种可提高刻蚀一致性的刻蚀盘结构，其特征在于：第一冷却气体排气口（23）的内部匹配设置有连通管路（46），连通管路（46）的底端贯穿至刻蚀母盘（1）的底部。

8.如权利要求5所述的一种可提高刻蚀一致性的刻蚀盘结构，其特征在于：刻蚀子盘（3）的外侧壁面设置有拼接外环（31），拼接外环（31）与配套槽（2）相匹配，拼接外环（31）的下表面设置有T型滑块（32），T型滑块（32）设置有两组，且T型滑块（32）与敞口滑槽（43）和T型滑槽（44）相连接。

9.如权利要求5所述的一种可提高刻蚀一致性的刻蚀盘结构，其特征在于：橡胶环（42）与刻蚀子盘（3）的外壁面相贴合，橡胶环（42）用于闭合配套槽（2）和刻蚀子盘（3）之间的间隙。