CN217768286U - Rie刻蚀设备的下部电极结构及rie刻蚀设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种RIE刻蚀设备的下部电极结构及RIE刻蚀设备，当电极的尺寸固定，通过采用与不同尺寸的待刻蚀晶圆相对应的陶瓷环，当陶瓷环的尺寸与电极的尺寸不匹配则搭配相应尺寸的电极环，电极环的内环尺寸与电极的尺寸相匹配，电极环的外环尺寸与陶瓷环的内环尺寸相匹配，因此电极环套设于电极上，并且套设后电极环与电极的上表面平齐，陶瓷环套设于电极环上，在保证晶圆不发生飘移的同时能够在刻蚀作业时保护下电极。电极的尺寸优选对应小尺寸晶圆，针对大尺寸晶圆，增加与电极同材质的电极环，就可以满足作业需求，不仅能保护电极不被蚀刻，还保证取放片安全。另外，电极环与电极基座之间可采用卡槽连接，以提高电极环的固定性。

Description

RIE刻蚀设备的下部电极结构及RIE刻蚀设备

技术领域

本实用新型涉及刻蚀机领域，尤其涉及一种RIE刻蚀设备的下部电极结构及RIE刻蚀设备。

背景技术

RIE刻蚀设备作为半导体生产制程中重要的仪器，其运行和维护也受到越来越多的重视。在考虑兼容多尺寸的晶圆作业时，通常选择的方案是使用较大尺寸的电极并将小尺寸晶圆放置在大尺寸电极上的方式。采用此方式下部电极会存在如下缺陷：

1、将小尺寸的晶圆放置到大尺寸电极上，在作业的过程中会出现晶圆飘移的异常发生，从而导致取片异常，严重的会有破片发生。

2、经常作业小尺寸晶圆，大尺寸电极上未被晶圆盖住的电极部分会被轰击刻蚀，表面变得粗糙甚至变薄。再切换到大尺寸晶圆时，被损伤的下电极会影响刻蚀效果。

参考图1-3，使用6寸的电极兼容4/6寸作业，4寸晶圆作业时只能覆盖4寸的下部电极，无法做到下部电极的全覆盖，晶圆在下部电极没有限定位置，容易发生取放片晶圆位置偏移，造成手臂取片撞击破裂。

为避免以上的两种缺陷，目前行业内的一些改善做法是：

1、电极多开孔并增加不同尺寸的定位柱，取放片过程中，根据选择不同尺寸的晶圆，升起对应的定位柱，完成晶圆放置的定位，避免晶圆飘移。存在的缺陷就是电极多开孔做定位柱，定位柱本身也会被等离子体轰击变成耗材，另外大尺寸晶圆在小尺寸的定位柱区域容易因为冷却差异出现均匀性差的问题，也无法解决电极被刻蚀的缺陷。

2、下部电极做涂层，除了可以增加晶圆背面和电极的摩擦力之外，也保护下部电极被等离子体轰击。但此种方法存在一个缺陷就是裸露的涂层也会被轰击刻蚀，变薄，表面粗糙容易引入颗粒，需要经常拆卸电极外送维护重新做涂层，耐刻蚀涂层成本较高，拆卸维护时间长。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种RIE刻蚀设备的下部电极结构及RIE刻蚀设备。

为了实现以上目的，本实用新型的技术方案为：

一种RIE刻蚀设备的下部电极结构，包括陶瓷环、电极基座及其上方的电极，所述电极的尺寸固定，所述陶瓷环的内环尺寸与待刻蚀晶圆的尺寸相对应，所述陶瓷环随着不同尺寸的所述待刻蚀晶圆的变换而更换，当更换的所述陶瓷环的内环尺寸与所述电极的尺寸相匹配，所述陶瓷环可拆卸地套设于所述电极上；当更换的所述陶瓷环的内环尺寸与所述电极的尺寸不匹配且大于所述电极的尺寸，还包括与所述电极具有相同材质的电极环，所述电极环的内环尺寸与所述电极的尺寸相匹配，所述电极环的外环尺寸与所述陶瓷环的内环尺寸相匹配，所述电极环可拆卸地套设于所述电极上，套设后，所述电极环与所述电极的上表面平齐，所述陶瓷环可拆卸地套设于所述电极环上。

作为优选，所述陶瓷环包括第一陶瓷环，所述第一陶瓷环的内环尺寸与所述电极的尺寸相匹配。

作为优选，当所述待刻蚀晶圆为具有第一直径的第一晶圆时，所述第一陶瓷环套设于所述电极上，所述第一晶圆放置于所述电极的上表面，所述第一直径等于所述电极的上表面的直径。

作为优选，所述陶瓷环包括第二陶瓷环，所述第二陶瓷环的内环尺寸与所述电极的尺寸不匹配且大于所述电极的尺寸，所述电极环套设于所述第二陶瓷环与所述电极之间。

作为优选，当所述待刻蚀晶圆为具有第二直径的第二晶圆时，所述电极环套设于所述电极上，所述第二陶瓷环套设于所述电极环上，所述第二晶圆放置于所述电极与所述电极环的上表面，所述第二直径等于所述电极环的外环的直径。

作为优选，所述电极环至少为一个，当所述第二陶瓷环的尺寸有多种，所述电极环为与所述第二陶瓷环的不同尺寸分别对应匹配的一个电极环，或者所述电极环为由多个内环直径不同的电极环套设而成。

作为优选，所述电极环与所述电极基座之间采用卡槽连接的方式连接。

作为优选，所述第一陶瓷环和所述电极环的下表面均设有至少一个对位卡槽，所述电极基座的上表面设有与所述至少一个对位卡槽相对应的至少一个对位柱。

作为优选，所述电极的尺寸对应所述待刻蚀晶圆中的最小尺寸。

作为优选，所述电极环与所述电极基座相互接触的表面均设为波纹形状。

一种RIE刻蚀设备，采用上述的RIE刻蚀设备的下部电极结构。

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型提出的RIE刻蚀设备的下部电极结构采用不同尺寸的陶瓷环与相对应的电极环的衔接能够兼容不同晶圆尺寸，避免电极自作被蚀刻损失的风险，保证大尺寸晶圆的工艺正常。

(2)本实用新型提出的RIE刻蚀设备的下部电极结构中不同尺寸的陶瓷环实现对晶圆的限位保护，根本的解决晶圆飘移的问题，并保证的取放片的安全。

(3)本实用新型提出的RIE刻蚀设备的下部电极结构中电极环的存在使得电极的尺寸可以固定，不需要随着晶圆尺寸变化而更换，更换方式简单，便捷，迅速，不会影响机台的复机进度，维护成本低，尽可能的缩短不同尺寸切换的维护时间。

附图说明

图1为现有技术的RIE刻蚀设备的下部电极结构的剖面图；

图2为现有技术的RIE刻蚀设备的下部电极结构的俯视图；

图3为现有技术的RIE刻蚀设备的下部电极结构的立体图；

图4为本申请的实施例一的RIE刻蚀设备的下部电极结构的对应4寸晶圆的剖面图；

图5为本申请的实施例一的RIE刻蚀设备的下部电极结构的对应4寸晶圆的俯视图；

图6为本申请的实施例一的RIE刻蚀设备的下部电极结构的对应4寸晶圆的立体图；

图7为本申请的实施例一的RIE刻蚀设备的下部电极结构的对应6寸晶圆的剖面图；

图8为本申请的实施例一的RIE刻蚀设备的下部电极结构的对应6寸晶圆的俯视图；

图9为本申请的实施例一的RIE刻蚀设备的下部电极结构的对应6寸晶圆的剖面图；

图10为本申请的实施例二的RIE刻蚀设备的下部电极结构的电极环与电极基座设有卡槽结构的剖面图；

图11为本申请的实施例二的RIE刻蚀设备的下部电极结构的电极环与电极基座设有卡槽结构的立体图；

图12为本申请的实施例二的RIE刻蚀设备的下部电极结构的第一陶瓷环与电极基座设有卡槽结构的立体图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步解释。本实用新型的各附图仅为示意以更容易了解本实用新型，其具体比例可依照设计需求进行调整。文中所描述的图形中相对元件的上下关系以及正面/背面的定义，在本领域技术人员应能理解是指构件的相对位置而言，因此皆可以翻转而呈现相同的构件，此皆应同属本说明书所揭露的范围。

实施例一

参考图4-9，本申请的实施例提出了一种RIE刻蚀设备的下部电极结构，包括陶瓷环1、电极基座21和电极22，电极基座21的外部被陶瓷底座3所包围并且电极基座21与陶瓷底座3的上表面齐平，电极22设置在电极基座21上。电极22的尺寸固定，作为优选，电极22的尺寸选择待刻蚀晶圆中的最小尺寸，陶瓷环1的内环尺寸对应待刻蚀晶圆的尺寸，陶瓷环1可以起到晶圆限位的作用，因此陶瓷环1随着不同尺寸的待刻蚀晶圆的变换而更换。陶瓷环1可放置在电极基座21与陶瓷底座3的上表面并且套设在电极22上。当更换的陶瓷环1的内环尺寸与电极22的尺寸相匹配，陶瓷环1可拆卸地套设于电极22上；当更换的陶瓷环1的内环尺寸与电极22的尺寸不匹配且大于电极22的尺寸，还包括与电极22具有相同材质的电极环4，电极环4的内环尺寸与电极22的尺寸相匹配，电极环4的外环尺寸与陶瓷环1的内环尺寸相匹配，电极环4可拆卸地套设于电极22上，套设后，电极环4与电极22的上表面平齐，陶瓷环1可拆卸地套设于电极环4上。当晶圆的尺寸大于电极22的尺寸，其对应需要采用的是更大尺寸的陶瓷环1和电极22，通过电极环4的设置能够弥补陶瓷环1与电极22尺寸不匹配的缺陷，以适配不同尺寸的晶圆。

在具体的实施例中，陶瓷环1包括第一陶瓷环11和第二陶瓷环12，电极22的尺寸固定，第一陶瓷环11和第二陶瓷环12的尺寸不同。当待刻蚀晶圆为具有第一直径的第一晶圆，并且选择第一陶瓷环11时，第一陶瓷环11的内环尺寸与电极22的尺寸相匹配，第一陶瓷环11套设于电极22上，第一晶圆放置于电极22的上表面，第一直径等于电极22的上表面的直径，因此在蚀刻第一晶圆时，第一陶瓷环11的内环尺寸和电极22的尺寸均与第一晶圆的尺寸相匹配，则可直接采用第一陶瓷环11和电极22。当待刻蚀晶圆为具有第二直径的第二晶圆，并且选择第二陶瓷环12时，第二陶瓷环12的内环尺寸与电极22的尺寸不匹配且大于电极22的尺寸，采用电极环4，电极环4套设于电极22上，第二陶瓷环12套设于电极环4上，即电极环4套设于第二陶瓷环12与电极22之间，第二晶圆放置于电极22与电极环4的上表面，第二直径等于电极环4的外环的直径，因此在蚀刻第二晶圆时，第二陶瓷环12的内环尺寸与电极22和电极环4组合所形成的结构尺寸相匹配，在选择好相应尺寸的第二陶瓷环12及电极22的基础上，增加电极环4以更好的匹配不同尺寸的晶圆的需求，在不更换电极22的情况下，采用不同尺寸的陶瓷环1保护，避免了电极22被刻蚀损伤的风险。需要注意的是，电极22对应为以小尺寸晶圆为准，在使用大尺寸晶圆时，增加与电极22相同材质的电极环4即可满足要求。

具体的，参考图4-6，电极22的直径固定为4寸，当第一晶圆的尺寸为4寸，第一陶瓷环11的内环直径也为4寸，当第一陶瓷环11套设在电极22上，可与电极22相互匹配，第一晶圆也可直接放置在电极22上。参考图7-9，当第二晶圆的尺寸为6寸，第二陶瓷环12的内径直径也为6寸，电极环4的内环直径为4寸，电极环4的外环直径为6寸，电极环4可以套设于电极22上，并且第二陶瓷环12可以套设于电极环4上，由于电极环4与电极22的材质相同，因此电极22与电极环4组合而成的结构相当于直径为6寸的电极22。以上并不局限于4/6寸的晶圆兼容作业，也可以推广到6/8寸等多尺寸的晶圆兼容作业。因此在蚀刻时可以采用比电极22尺寸更大的晶圆，电极22可以固定，不需要更换，不同尺寸间的切换只需要开腔装上对应的部件即可，更换结束后关腔抽真空，按正常的保养复机流程执行相应的操作，就能复机执行制程作业，并且在陶瓷环1的保护下，晶圆不会受到损伤，也可以杜绝晶圆偏移，保证取放片安全。

在具体的实施例中，电极环4至少为一个，并且每个第二陶瓷环12的尺寸对应一个电极环4。当第二陶瓷环12的尺寸有多种，电极环4为与第二陶瓷环12的不同尺寸分别匹配对应的一个电极环4，当电极22的尺寸固定，每个第二陶瓷环12都对应有一个相应尺寸的电极环4，因此通过多尺寸兼容电极环4来实现不同尺寸的晶圆适应，并且对应的更换方式简单、便捷、迅速，不会影响机台的复机进度。当然，电极环4也可以为由多个内环直径不同的电极环4套设而成。随着第二陶瓷环12的尺寸变大，可增加另外一个电极环4，套设在原有的电极环4上，以此类推，可以适配更多不同尺寸的第二陶瓷环12，而不更换原有的电极环4，只需在原有的电极环4外侧再套设另一个尺寸更大的电极环4即可。当需要作业的是更大尺寸的晶圆时，在电极22外部套设大尺寸的电极环4，覆盖上相应尺寸的陶瓷环1，可以满足保护电极22和取放片安全的需求。

与之相对应的，本申请的实施例还提出一种RIE刻蚀设备，采用上述的RIE刻蚀设备的下部电极结构。RIE刻蚀设备主要由真空系统、供气系统、控制系统、计算机操作系统等组成。RIE刻蚀设备包括设置在真空腔室内的上部电极结构和下部电极结构，上部电极结构接地，下部电极结构与射频电源连接，待刻蚀晶圆放置下部电极结构上方，刻蚀气体通过顶部进入，按照一定的搭配比例和工作压力，刻蚀与保护同时进行，经电压加速暴露在电子区域的气体形成等离子体，由此产生的电离气体和释放高能电子组成的气体，能够在一定的压力下通过电场加速垂直摄入到待刻蚀晶圆表面，会释放足够的力量对未掩蔽表面材料进行刻蚀，剩余气体及反应生成物气体通过底部抽气系统离开真空室内部，本申请的实施例中下部电极结构的电极22尺寸固定，当选择使用不同尺寸的待刻蚀晶圆时，可搭配使用不同尺寸的陶瓷环1和电极环4，对RIE刻蚀设备内部结构的改进较小，不影响RIE刻蚀设备的正常使用。

实施例二

本申请的实施例二与实施例一的区别在于，参考图10-12，电极环4与电极基座21之间采用卡槽连接的方式连接以固定电极环4的位置。具体的，第一陶瓷环11和电极环4的下表面均设有至少一个对位卡槽51，电极基座21的上表面设有与至少一个对位卡槽51相对应的至少一个对位柱52，通过对位安装保证位置无偏移增加电极22的固定性。当然还可以采用其他的固定方式，来增加电极环4的固定性。由于电极基座21上设有对位柱52，因此第一陶瓷环11的下表面也需要设有相应的对位卡槽51，以方便第一陶瓷环11的安装。

另外，对电极环4的结构进行优化改进还可以提高RIE刻蚀设备的冷却效果，可在电极基座21上增加对位柱52的数量和体积，对应的电极环4上开设更多的对位卡槽51，以增加电极环4与电极基座21的接触面积，使电极环4内部的温度和电极基座21能够更快的进行热交换，有效提高冷却效果。或者将电极环4与电极基座21相互接触的表面均设为波纹形状，可提高电极环4的散热和冷却。对应的，第一陶瓷环11的下表面也同样具有与电极基座21相同数量和体积的对位卡槽51。

上述实施例仅用来进一步说明本实用新型的技术方案，但本实用新型并不局限于实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (11)

1.一种RIE刻蚀设备的下部电极结构，其特征在于，包括陶瓷环、电极基座及其上方的电极，所述电极的尺寸固定，所述陶瓷环的内环尺寸与待刻蚀晶圆的尺寸相对应，所述陶瓷环随着不同尺寸的所述待刻蚀晶圆的变换而更换，当更换的所述陶瓷环的内环尺寸与所述电极的尺寸相匹配，所述陶瓷环可拆卸地套设于所述电极上；当更换的所述陶瓷环的内环尺寸与所述电极的尺寸不匹配且大于所述电极的尺寸，还包括与所述电极具有相同材质的电极环，所述电极环的内环尺寸与所述电极的尺寸相匹配，所述电极环的外环尺寸与所述陶瓷环的内环尺寸相匹配，所述电极环可拆卸地套设于所述电极上，套设后，所述电极环与所述电极的上表面平齐，所述陶瓷环可拆卸地套设于所述电极环上。

2.根据权利要求1所述的RIE刻蚀设备的下部电极结构，其特征在于，所述陶瓷环包括第一陶瓷环，所述第一陶瓷环的内环尺寸与所述电极的尺寸相匹配。

3.根据权利要求2所述的RIE刻蚀设备的下部电极结构，其特征在于，当所述待刻蚀晶圆为具有第一直径的第一晶圆时，所述第一陶瓷环套设于所述电极上，所述第一晶圆放置于所述电极的上表面，所述第一直径等于所述电极的上表面的直径。

4.根据权利要求1所述的RIE刻蚀设备的下部电极结构，其特征在于，所述陶瓷环包括第二陶瓷环，所述第二陶瓷环的内环尺寸与所述电极的尺寸不匹配且大于所述电极的尺寸，所述电极环套设于所述第二陶瓷环与所述电极之间。

5.根据权利要求4所述的RIE刻蚀设备的下部电极结构，其特征在于，当所述待刻蚀晶圆为具有第二直径的第二晶圆时，所述电极环套设于所述电极上，所述第二陶瓷环套设于所述电极环上，所述第二晶圆放置于所述电极与所述电极环的上表面，所述第二直径等于所述电极环的外环的直径。

6.根据权利要求4所述的RIE刻蚀设备的下部电极结构，其特征在于，所述电极环至少为一个，当所述第二陶瓷环的尺寸有多种，所述电极环为与所述第二陶瓷环的不同尺寸分别对应匹配的一个电极环，或者所述电极环为由多个内环直径不同的电极环套设而成。

7.根据权利要求2所述的RIE刻蚀设备的下部电极结构，其特征在于，所述电极环与所述电极基座之间采用卡槽连接的方式连接。

8.根据权利要求7所述的RIE刻蚀设备的下部电极结构，其特征在于，所述第一陶瓷环和所述电极环的下表面均设有至少一个对位卡槽，所述电极基座的上表面设有与所述至少一个对位卡槽相对应的至少一个对位柱。

9.根据权利要求1所述的RIE刻蚀设备的下部电极结构，其特征在于，所述电极的尺寸对应所述待刻蚀晶圆中的最小尺寸。

10.根据权利要求1所述的RIE刻蚀设备的下部电极结构，其特征在于，所述电极环与所述电极基座相互接触的表面均设为波纹形状。

11.一种RIE刻蚀设备，其特征在于，采用权利要求1-10中任一项所述的RIE刻蚀设备的下部电极结构。

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