CN117766364A - 聚焦环及半导体晶圆加工方法 - Google Patents

Abstract

一种聚焦环及半导体晶圆加工方法，聚焦环具有开口部以及顶面，顶面环绕开口部，开口部配置以容纳碳化硅晶圆。碳化硅晶圆具有相对的第一表面及第二表面。当聚焦环安装于半导体晶圆加工机台且碳化硅晶圆设置在聚焦环的开口部中时，聚焦环的顶面低于碳化硅晶圆的第一表面，并高于碳化硅晶圆的第二表面。本揭示的聚焦环应用在晶圆加工机台时，可确保碳化硅晶圆能被压制固定，以利晶圆加工作业的进行，且对于厚度大于碳化硅晶圆的硅晶圆而言，也可以与本揭示的聚焦环搭配进行加工。

Description

聚焦环及半导体晶圆加工方法

技术领域

本揭示是关于一种聚焦环及一种半导体晶圆加工方法。

背景技术

使用晶圆加工设备对半导体晶圆进行加工时，若晶圆的尺寸与设备的无法匹配，可能造成设备死机，也可能导致晶圆损坏。

发明内容

有鉴于此，本揭示的一目的在于提出一种适用于碳化硅晶圆加工的聚焦环及晶圆加工方法。

为达成上述目的，依据本揭示的一些实施方式，一种聚焦环具有开口部以及顶面，顶面环绕开口部，开口部配置以容纳碳化硅晶圆。碳化硅晶圆具有相对的第一表面以及第二表面。当聚焦环安装于半导体晶圆加工机台且碳化硅晶圆设置在聚焦环的开口部中时，聚焦环的顶面低于碳化硅晶圆的第一表面，并高于碳化硅晶圆的第二表面。

在本揭示的一或多个实施方式中，半导体晶圆加工机台为等离子体蚀刻机台，聚焦环配置以套设在等离子体蚀刻机台的下电极上。

在本揭示的一或多个实施方式中，当聚焦环安装于半导体晶圆加工机台且碳化硅晶圆设置在聚焦环的开口部中时，聚焦环的顶面与碳化硅晶圆的第一表面的高度差大于或等于0.17毫米。

在本揭示的一或多个实施方式中，聚焦环包含陶瓷材料。

依据本揭示的一些实施方式，一种半导体晶圆加工方法包含：提供适用于硅晶圆的聚焦环；对聚焦环进行加工，以降低聚焦环的高度；将聚焦环安装于半导体晶圆加工机台，并将碳化硅晶圆设置在聚焦环的开口部中；以夹持机构压抵碳化硅晶圆高过于聚焦环的表面；以及对碳化硅晶圆进行加工。

在本揭示的一或多个实施方式中，对聚焦环进行加工的步骤包含：通过研磨、车削或喷砂的方式来去除聚焦环的一部分，使聚焦环的高度降低。

在本揭示的一或多个实施方式中，去除聚焦环的一部分的步骤包含：对聚焦环的顶面进行研磨、车削或喷砂加工。

在本揭示的一或多个实施方式中，半导体晶圆加工方法进一步包含：碳化硅晶圆加工完成后，从聚焦环的开口部中移除碳化硅晶圆；将硅晶圆设置在聚焦环的开口部中；以夹持机构压抵硅晶圆高过于聚焦环的表面；以及对硅晶圆进行加工。

在本揭示的一或多个实施方式中，半导体晶圆加工机台为等离子体蚀刻机台，将聚焦环安装于半导体晶圆加工机台的步骤包含：将聚焦环套设在等离子体蚀刻机台的下电极上。

在本揭示的一或多个实施方式中，当碳化硅晶圆设置在聚焦环的开口部中时，聚焦环低于碳化硅晶圆至少0.17毫米。

综上所述，本揭示的半导体晶圆加工机台以针对硅晶圆设计的晶圆加工机台作为基础，并修改聚焦环的高度使其能适用于厚度较薄的碳化硅晶圆。修改后的聚焦环不但可用于碳化硅晶圆加工，也能继续使用于硅晶圆加工。

附图说明

为使本揭示的上述及其他目的、特征、优点与实施方式能更明显易懂，附图说明如下：

图1为绘示依据本揭示一实施方式的半导体晶圆加工机台的侧视示意图，其中半导体晶圆加工机台执行碳化硅晶圆的加工。

图2为绘示图1所示的半导体晶圆加工机台的聚焦环的俯视图。

图3为绘示图1所示的半导体晶圆加工机台执行硅晶圆的加工的侧视示意图。

具体实施方式

为使本揭示的叙述更加详尽与完备，可参照附图及以下所述各种实施方式。附图中的各元件未按比例绘制，且仅为说明本揭示而提供。以下描述许多实务上的细节，以提供对本揭示的全面理解，然而，相关领域具普通技术者应当理解可在没有一或多个实务上的细节的情况下实施本揭示，因此，这些细节不应用以限定本揭示。

请参照图1以及图2。图1为绘示依据本揭示一实施方式的半导体晶圆加工机台10的侧视示意图，其中半导体晶圆加工机台10执行碳化硅(SiC)晶圆90的加工，而图2为绘示图1所示的半导体晶圆加工机台10的聚焦环50的俯视图。半导体晶圆加工机台10包含聚焦环50(focus ring)，聚焦环50具有定位晶圆90的功能。具体而言，聚焦环50在中心处具有开口部56，开口部56配置以容纳晶圆90。于一些实施方式中，聚焦环50可包含陶瓷材料。

如图1所示，半导体晶圆加工机台10还包含基座15，聚焦环50设置在基座15上。半导体晶圆加工机台10还包含夹持机构70，夹持机构70可移动地设置在聚焦环50上方，并配置以压抵设置在聚焦环50的开口部56中的晶圆90，以固定晶圆90的位置。

如图1所示，具体而言，晶圆90具有相对的第一表面91以及第二表面92，其中第一表面91远离基座15。在半导体晶圆加工机台10开始对晶圆90进行加工前，夹持机构70可以朝向聚焦环50移动(亦即，夹持机构70下降)并压抵晶圆90的第一表面91，以将晶圆90固定在聚焦环50的开口部56中。半导体晶圆加工机台10完成对晶圆90的加工后，夹持机构70可以远离聚焦环50移动(亦即，夹持机构70上升)而与晶圆90的第一表面91分离，以允许晶圆90从聚焦环50的开口部56中移除。于一些实施方式中，夹持机构70呈环型，并配置以抵靠在晶圆90的边缘部分(亦即，邻近晶圆90的外缘的部分)。

如图1所示，在所示的实施方式中，半导体晶圆加工机台10为等离子体蚀刻机台，其进一步包含壳体30、下电极21以及上电极22。壳体30具有腔室35，基座15、聚焦环50以及夹持机构70皆设置在壳体30中。下电极21以及上电极22彼此分离地设置在壳体30中，其中下电极21设置在基座15上。聚焦环50套设在下电极21上，并环绕下电极21的承载面28(即下电极21用以承载晶圆90的表面)。聚焦环50的顶面53(即聚焦环50位在远离基座15的一侧并环绕开口部56的表面，亦可参考图2)高于下电极21的承载面28。

承上所述，下电极21可与射频电源供应器(图未示)连接，射频电源供应器配置以供应射频电力至下电极21，使得下电极21与上电极22之间的处理气体(处理气体可由处理气体供应源(图未示)注入壳体30的腔室35中)被激发而产生等离子体，以对晶圆90进行等离子体处理。

由于使用射频电源时会有大量的热产生，如图1所示，于一些实施方式中，半导体晶圆加工机台10可进一步包含导热介质供应源31以及连接导热介质供应源31的管路33。导热介质供应源31配置以通过管路33以及下电极21的孔洞25输送导热介质(流体介质，例如是氦)至晶圆90的第二表面92与下电极21的承载面28之间的缝隙，借此控制下电极21以及晶圆90的温度。

如图1所示，于一些实施方式中，半导体晶圆加工机台10进一步包含泵37，泵37连接管路33，并配置以驱动导热介质从导热介质供应源31经管路33以及下电极21的孔洞25流入晶圆90的第二表面92与下电极21的承载面28之间的缝隙。于一些实施方式中，除了驱动导热介质流动的功能外，泵37亦可用于在壳体30的腔室35中制造的真空环境。

在半导体晶圆加工机台10对晶圆90进行加工的过程中，夹持机构70抵靠在晶圆90的第一表面91可避免过量的导热介质被注入晶圆90的第二表面92与下电极21的承载面28之间的缝隙而造成晶圆漂浮的情况，以致晶圆表面温度不均而产生缺陷。

承上所述，夹持机构70要确实抵靠在晶圆90的第一表面91上，则必须使聚焦环50低于晶圆90。具体而言，晶圆90设置在聚焦环50的开口部56中时，聚焦环50的顶面53必须低于晶圆90的第一表面91，夹持机构70才能发挥压抵晶圆90的作用。若聚焦环50的顶面53高于晶圆90的第一表面91，夹持机构70会被聚焦环50卡住而无法继续下降并抵靠在晶圆90的第一表面91，在这样的情况下，会有过量的导热介质注入晶圆90与下电极21之间，导致晶圆漂浮并造成晶圆损坏。

常见的晶圆材料包含硅以及碳化硅，一般而言，硅晶圆的厚度大于碳化硅晶圆的厚度。目前业界常用的针对硅晶圆设计的晶圆加工机台，其聚焦环的高度较高，若将碳化硅晶圆装入针对硅晶圆设计的晶圆加工机台的聚焦环中，碳化硅晶圆的上表面会低于聚焦环的顶面，使得夹持机构无法确实压抵碳化硅晶圆，而产生前述晶圆漂浮问题，或是造成机台死机。因此，目前业界常用的针对硅晶圆设计的晶圆加工机台无法直接应用于对碳化硅晶圆加工。

有鉴于以上问题，本揭示的半导体晶圆加工机台10以针对硅晶圆设计的晶圆加工机台作为基础，并修改原本仅适用于硅晶圆的聚焦环的高度，使得修改后的聚焦环50的顶面53低于碳化硅晶圆90的第一表面91，并高于碳化硅晶圆90的第二表面92(当碳化硅晶圆90设置在聚焦环50的开口部56中时)。如此一来，半导体晶圆加工机台10以及聚焦环50可以适用于碳化硅晶圆90，也就是当碳化硅晶圆90装入聚焦环50的开口部56中时，夹持机构70可以确实压抵碳化硅晶圆90，以利后续加工作业的进行。以等离子体蚀刻机台为例，使用修改后高度降低的聚焦环50，可以防止前述晶圆漂浮问题，避免碳化硅晶圆90损坏。

聚焦环50的修改可以通过精密加工的方式来完成。于一些实施方式中，对聚焦环50进行修改/加工可以由以下方式实现：通过研磨、车削或喷砂的方式来去除聚焦环50的一部分，使聚焦环50的高度降低。完成上述加工步骤后，聚焦环50可以被安装在半导体晶圆加工机台10中使用(例如：套设在下电极21上)。于一些实施方式中，可以通过对聚焦环50的顶面53进行研磨、车削或喷砂加工来去除聚焦环50的一部分，使聚焦环50的高度降低。

如图1所示，于一些实施方式中，为了有效避免前述晶圆漂浮的问题，当聚焦环50安装于半导体晶圆加工机台10且碳化硅晶圆90设置在聚焦环50的开口部56中时，聚焦环50低于碳化硅晶圆90至少0.17毫米，也就是聚焦环50的顶面53与碳化硅晶圆90的第一表面91的高度差D1大于或等于0.17毫米。在上述配置下，导热介质被注入碳化硅晶圆90的第二表面92与下电极21的承载面28之间的缝隙时，导热介质的流量可以控制在标准值20sccm以下(当导热介质压力为10Torr时)。

经过修改的聚焦环50除了适用于碳化硅晶圆90外，也适用于厚度大于碳化硅晶圆90的硅晶圆90A(请见图3)，如此一来，碳化硅晶圆90以及硅晶圆90A的加工可以使用同一台半导体晶圆加工机台10来完成。

如图1所示，执行碳化硅晶圆90的加工时，先将碳化硅晶圆90设置在聚焦环50的开口部56中，再以夹持机构70压抵碳化硅晶圆90高过聚焦环50的第一表面91，随后可对碳化硅晶圆90进行加工。以等离子体蚀刻为例，加工过程中，射频电源供应器供应射频电力至下电极21，以产生等离子体，同时，导热介质供应源31供应导热介质至碳化硅晶圆90与下电极21之间的缝隙，以控制下电极21与碳化硅晶圆90的温度。碳化硅晶圆90加工完成后，可以从聚焦环50的开口部56中移除碳化硅晶圆90。

请参照图3。移除加工完成的碳化硅晶圆90后，可以将硅晶圆90A设置在聚焦环50的开口部56中，再以夹持机构70压抵硅晶圆90A的第一表面91A(因硅晶圆90A的厚度大于碳化硅晶圆90的厚度，聚焦环50也会低于硅晶圆90的第一表面91A)，随后可对硅晶圆90A进行加工。

硅晶圆90A装入聚焦环50的开口部56中后，聚焦环50与硅晶圆90A的高度差D2大于聚焦环50与碳化硅晶圆90的高度差D1，但并不影响夹持机构70压制硅晶圆90，同样能有效控制流入硅晶圆90A的第二表面92A与下电极21的承载面28之间的导热介质的流量，避免硅晶圆90A损坏。

如图3所示，于一些实施方式中，半导体晶圆加工机台10进一步包含升降机构60(例如：气压缸)以及支柱65，支柱65连接升降机构60，并配置以将晶圆(碳化硅晶圆90或硅晶圆90A)装入及移出聚焦环50的开口部56。

具体而言，进行晶圆加工前，支柱65在升降机构60的驱动下穿越下电极21的孔洞25并突出于下电极21的承载面28。半导体晶圆加工机台10可通过机器手臂或其他位移机构(图未示)将晶圆移动至聚焦环50的开口部56上方，并放置于支柱65上。随后，升降机构60驱使支柱65下降，让晶圆落入聚焦环50的开口部56中，并放置于下电极21的承载面28上。晶圆加工完成后，升降机构60驱使支柱65上升，将晶圆顶起并移出聚焦环50的开口部56。

综上所述，本揭示的半导体晶圆加工机台以针对硅晶圆设计的晶圆加工机台作为基础，并修改聚焦环的高度使其能适用于厚度较薄的碳化硅晶圆。修改后的聚焦环不但可用于碳化硅晶圆加工，也能继续使用于硅晶圆加工。

尽管本揭示已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本揭示，任何本领域技术人员，于不脱离本揭示的精神及范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本揭示的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

【符号说明】

10:半导体晶圆加工机台

15:基座

21:下电极

22:上电极

25:孔洞

28:承载面

30:壳体

31:导热介质供应源

33:管路

35:腔室

37:泵

50:聚焦环

53:顶面

56:开口部

60:升降机构

65:支柱

70:夹持机构

90,90A:晶圆

91,91A:第一表面

92,92A:第二表面

D1,D2:高度差。

Claims (10)

1.一种聚焦环，其特征在于，该聚焦环具有开口部以及顶面，该顶面环绕该开口部，该开口部配置以容纳碳化硅晶圆，其中该碳化硅晶圆具有相对的第一表面以及第二表面，其中当该聚焦环安装于半导体晶圆加工机台且该碳化硅晶圆设置在该聚焦环的该开口部中时，该聚焦环的该顶面低于该碳化硅晶圆的该第一表面，并高于该碳化硅晶圆的该第二表面。

2.如权利要求1所述的聚焦环，其特征在于，该半导体晶圆加工机台为等离子体蚀刻机台，该聚焦环配置以套设在该等离子体蚀刻机台的下电极上。

3.如权利要求1所述的聚焦环，其特征在于，当该聚焦环安装于该半导体晶圆加工机台且该碳化硅晶圆设置在该聚焦环的该开口部中时，该聚焦环的该顶面与该碳化硅晶圆的该第一表面的高度差大于或等于0.17毫米。

4.如权利要求1所述的聚焦环，其特征在于，该聚焦环包含陶瓷材料。

5.一种半导体晶圆加工方法，其特征在于，包含：

提供适用于硅晶圆的聚焦环；

对该聚焦环进行加工，以降低该聚焦环的高度；

将该聚焦环安装于半导体晶圆加工机台，并将碳化硅晶圆设置在该聚焦环的开口部中；

以夹持机构压抵该碳化硅晶圆的表面，该碳化硅晶圆的该表面高过于该聚焦环；以及

对该碳化硅晶圆进行加工。

6.如权利要求5所述的半导体晶圆加工方法，其特征在于，对该聚焦环进行加工的步骤包含：通过研磨、车削或喷砂的方式来去除该聚焦环的一部分，使该聚焦环的高度降低。

7.如权利要求6所述的半导体晶圆加工方法，其特征在于，去除该聚焦环的一部分的步骤包含：对该聚焦环的顶面进行研磨、车削或喷砂加工。

8.如权利要求5所述的半导体晶圆加工方法，其特征在于，进一步包含：

该碳化硅晶圆加工完成后，从该聚焦环的该开口部中移除该碳化硅晶圆；

将该硅晶圆设置在该聚焦环的该开口部中；

以该夹持机构压抵该硅晶圆的表面，该硅晶圆的该表面高过于该聚焦环；以及

对该硅晶圆进行加工。

9.如权利要求5所述的半导体晶圆加工方法，其特征在于，该半导体晶圆加工机台为等离子体蚀刻机台，将该聚焦环安装于该半导体晶圆加工机台的步骤包含：将该聚焦环套设在该等离子体蚀刻机台的下电极上。

10.如权利要求5所述的半导体晶圆加工方法，其特征在于，当该碳化硅晶圆设置在该聚焦环的该开口部中时，该聚焦环低于该碳化硅晶圆至少0.17毫米。