CN220585183U - 接地环组件、上电极组件及边缘刻蚀设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种接地环组件、上电极组件及边缘刻蚀设备。所述接地环组件包括接地环和匀气环，其中，所述匀气环与所述接地环同心设置，所述匀气环构成供应工艺气体的气体通道的至少一部分，并且所述匀气环采用多孔材料制成。本实用新型能够使工艺气体在匀气环的孔隙中均匀扩散，从而使流入到反应空间的工艺气体均匀扩散到晶圆边缘，使晶圆边缘刻蚀均匀。

Description

接地环组件、上电极组件及边缘刻蚀设备

技术领域

本实用新型涉及半导体设备技术领域，特别涉及一种接地环组件、上电极组件及边缘刻蚀设备。

背景技术

在晶圆经等离子体刻蚀加工出设计图案的过程中，晶圆的边缘区域会堆积一些反应副产物，如多晶硅、氮化物等，而这些反应副产物可能会对后续工艺和设备造成污染，因此需要通过边缘刻蚀工艺将其去除。

在边缘刻蚀设备的反应腔中，晶圆放置于下电极组件上，对晶圆进行处理时，上电极组件下降并与晶圆之间保持微小的间距，使晶圆的中心区域不会被刻蚀。反应腔内形成了围绕下电极组件的反应空间，工艺气体从上电极组件边缘的气体通道进入该反应空间，并被激发为等离子体，由此清洁晶圆的边缘。

然而，由于上电极组件与晶圆的距离很近，从所述气体通道流入的工艺气体不能均匀分布在晶圆边缘周围，可能导致晶圆边缘刻蚀不均匀。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种接地环组件、上电极组件及边缘刻蚀设备，以解决现有技术中晶圆边缘刻蚀不均匀的问题。

为了实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种接地环组件，包括接地环和匀气环，其中，所述匀气环与所述接地环同心设置，所述匀气环构成供应工艺气体的气体通道的至少一部分，并且所述匀气环采用多孔材料制成。

可选地，所述匀气环至少部分嵌于所述接地环中。

可选地，所述接地环的上表面配置有与所述匀气环相匹配的第一凹槽，所述匀气环嵌入所述第一凹槽内。

可选地，所述接地环还配置有与所述第一凹槽连通的环形通气槽，所述环形通气槽配置于所述接地环的下表面。

可选地，所述接地环的下表面配置有与所述匀气环相匹配的第二凹槽，所述匀气环嵌入所述第二凹槽内。

可选地，所述接地环配置有若干连通所述第二凹槽的通气孔，所述通气孔构成所述气体通道的一部分。

可选地，所述匀气环的厚度为2mm至10mm。

可选地，所述匀气环的宽度为2mm至6mm。

可选地，所述匀气环的外侧壁与所述接地环过盈配合或粘接，所述匀气环的内侧壁与所述接地环间隙配合。

可选地，所述匀气环设置于所述接地环的内侧。

可选地，所述匀气环的顶部具有径向向外的凸缘，所述接地环的内侧设有与所述凸缘匹配的阶梯部。

可选地，所述匀气环的外侧壁与所述接地环的内侧壁为相互适配的倒锥形。

可选地，所述多孔材料的孔隙率在40％至70％范围内。

可选地，所述多孔材料采用多孔石英、多孔陶瓷或多孔硅。

一种上电极组件，用于半导体刻蚀设备，包括陶瓷板和如上文所述的接地环组件，所述陶瓷板包括下凸部，所述陶瓷板配置有与所述气体通道连通的进气通道，所述接地环组件设置于所述陶瓷板的下方且与所述下凸部同心设置于所述下凸部的外围。

一种边缘刻蚀设备，包括：

反应腔；

下电极组件，设置于所述反应腔的底部，其上表面用于承载晶圆；

如上文所述的上电极组件，所述上电极组件设置于所述反应腔的顶部，并与所述下电极组件相对设置。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

通过在接地环处同心设置一匀气环，该匀气环采用多孔材料制成，使得匀气环构成上述气体通道的至少一部分，则工艺气体能够在匀气环的孔隙中均匀扩散，从而使流入到反应空间的工艺气体均匀扩散到晶圆边缘，使晶圆边缘刻蚀均匀。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本实用新型第一实施例提供的一种边缘刻蚀设备的结构示意图；

图2为本实用新型第一实施例提供的接地环组件的结构示意图；

图3为本实用新型第二实施例提供的接地环组件的结构示意图；

图4为本实用新型第三实施例提供的接地环组件的结构示意图；

图5为本实用新型第四实施例提供的接地环组件的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型提出的方案作进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施方式的目的。

现有技术中，如公告号CN101589458B的专利，边缘刻蚀设备的上电极组件设有用于将工艺气体引入反应腔的气体通道，由于气体通道的出气口与晶圆边缘的距离很近，从气体通道流入的工艺气体来不及扩散均匀就到达了晶圆边缘；此外，进气通道由上部可配置等离子隔离区(PEZ)环和该上部电极环之间的间隙形成，由于安装误差，进气通道也难以在圆周方向上保证间隙宽度一致，这也将导致晶圆边缘的工艺气体不均匀；由此将导致晶圆边缘刻蚀不均匀的问题。

基于此，本实用新型提供一种边缘刻蚀设备，如图1所示，包括反应腔100、下电极组件200和上电极组件300，反应腔100包括腔体110和顶盖120，腔体110和顶盖120包围的空间为反应空间F，下电极组件200设置于反应腔100内反应空间F的底部，其上表面用于承载晶圆W，上电极组件300设置在顶盖120的下表面，即上电极组件300设置于反应腔100的顶部并与下电极组件200相对。

上电极组件300包括陶瓷板310和接地环组件320，陶瓷板310包括下凸部311(该下凸部311可一体设置，也可分体设置)，接地环组件320设置于陶瓷板310的下方且与下凸部311同心设置于下凸部311的外围，陶瓷板310配置有工艺气体的进气通道A，接地环组件320配置有与进气通道A连通的气体通道，由此工艺气体从陶瓷板310的进气通道A进入接地环组件320的气体通道，并从气体通道流入反应空间F。

为了解决晶圆边缘刻蚀不均匀的问题，本实用新型所提供的接地环组件320包括接地环321和匀气环322，通过在接地环321处同心设置一匀气环322，该匀气环322采用多孔材料制成，使得匀气环322构成上述气体通道的至少一部分，则工艺气体能够在匀气环322的孔隙中均匀扩散，从而使流入到反应空间F的工艺气体均匀扩散到晶圆W边缘，使晶圆W边缘刻蚀均匀。

在一种实现方式中，匀气环322至少部分嵌于接地环321中，使得匀气环322构成上述气体通道的一部分。

具体地，在第一种实施例中，如图2所示，接地环321的上表面配置有与匀气环322相匹配的第一凹槽3211，匀气环322嵌入第一凹槽3211内，由此，可将匀气环322由接地环321的上表面嵌入，并且进气通道A与匀气环322连通。进一步的，接地环321还配置有与第一凹槽3211连通的环形通气槽3212，环形通气槽3212配置于接地环321的下表面，由此，匀气环322和环形通气槽3212共同构成上述气体通道，反应气体经进气通道A流入匀气环322后，在匀气环322内均匀扩散后经环形通气槽3212流入反应空间F，改善了晶圆W边缘刻蚀的均匀性。

可以理解的是，接地环321可能被环形通气槽3212和第一凹槽3211分割为两个分离的环，应该指出，在一些实施例中，环形通气槽3212中设置有连接部以连接环形通气槽3212的内侧壁和外侧壁，优选地，连接部径向布置；优选地，连接部周向均匀分布。

在第二种实施例中，如图3所示，接地环321的下表面配置有与匀气环322相匹配的第二凹槽3213，匀气环322嵌入第二凹槽3213内，由此，可将匀气环322由接地环321的下表面嵌入，工艺气体最终经匀气环322均匀扩散后流入反应空间F。进一步的，接地环321配置有若干连通第二凹槽3213的通气孔3214，通气孔3214构成气体通道的一部分，由此，通气孔3214和匀气环322共同构成上述气体通道，工艺气体从进气通道A首先流入通气孔3214，再流入匀气环322，经匀气环322均匀扩散后流入反应空间F。可以理解地，通气孔3214可以为任何形式的气体流道，只要能够将工艺气体供应至匀气环322。在一些实施方式中，也可将多个通气孔3214替换为环形的通气槽，同样的，接地环321可能被环形的通气槽和第二凹槽3213分割为两个分离的环，应该指出，在一些实施例中，环形的通气槽中设置有连接部以连接环形的通气槽的内侧壁和外侧壁，优选地，连接部径向布置；优选地，连接部周向均匀分布。

可以理解的是，接地环321是射频回路中的上电极，下电极组件作为射频回路中的下电极，在图3所示实施例中，匀气环322嵌入接地环321的下表面，将接地环321的下表面分割开，由于位于匀气环322内侧的部分接地环321距离下电极组件200近，因此，大部分射频通过位于匀气环322内侧的部分接地环321流向下电极。此种结构使得反应空间F内生成的等离子更为集中。同时这种结构下可以通过调整匀气环322的尺寸及嵌入的位置，使上电极面积成为一个可控可变的配置。同时在这种结构下，由于匀气环322嵌于接地环321下表面，该位置更方便拆装匀气环322。

在上述第一、第二种实施例中，匀气环322的厚度可以设置在2mm至10mm范围内，可以理解的是，厚度低于2mm则匀气环322不便于加工，且对工艺气体的扩散效果差，厚度超过10mm则匀气环322对工艺气体的流阻大，气体通过性差。匀气环322的宽度可以设置在2mm至6mm范围内，在此范围内，可使流入反应空间F的工艺气体集中在晶圆W边缘的空间内，提高刻蚀效率。

进一步的，由于匀气环322与接地环321(通常为铝合金材质)的介电常数有很大差距，因此两者在RF回路中的分压不同，两者之间的表面有压差，有放电风险，因此需要减少两者的间隙，故可将匀气环322的外侧壁与接地环321过盈配合或粘接。此外，在工艺过程中上电极组件会被加热，但是匀气环322与接地环321的热膨胀系数不同，由此可将匀气环322的内侧壁与接地环321间隙配合，以便于留有热膨胀余量防止匀气环322碎裂。

在一些实施例中，匀气环322设置于接地环321的内侧，使得匀气环322构成上述气体通道，工艺气体经进气通道A流入匀气环322，经匀气环322均匀扩散后流入反应空间F。

具体地，在第三种实施例中，如图4所示，匀气环322的顶部具有径向向外的凸缘3221，接地环321的内侧设有与凸缘3221匹配的阶梯部3215，由此，通过凸缘3221和阶梯部3215的配合，可将匀气环322固定安装在接地环321的径向内侧。

在第四种实施例中，如图5所示，匀气环322的外侧壁与接地环321的内侧壁均为倒锥形，且相互适配，由此，通过匀气环322倒锥形的外侧壁与接地环321倒锥形的内侧壁，可将匀气环322固定安装在接地环321的径向内侧。

本发明中，为适应反应腔100内的等离子体环境，多孔材料可以采用多孔石英、多孔陶瓷或多孔硅。为保证耐用性及减少污染，多孔陶瓷可采用高纯氧化铝材料。

进一步的，多孔材料的孔隙率可控制在40％至70％范围内，在保证工艺气体供应量的同时使工艺气体既能被匀气环322均匀分配，又能避免或者减少工艺气体因过大的流阻从上电极组件300内的装配缝隙通过而不是从匀气环322中通过。上电极组件300内的装配缝隙，例如是匀气环322与接地环321之间的间隙、匀气环322与陶瓷板310之间的间隙、以及接地环321与陶瓷板310之间的间隙。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (16)

1.一种接地环组件，其特征在于，包括接地环和匀气环，其中，所述匀气环与所述接地环同心设置，所述匀气环构成供应工艺气体的气体通道的至少一部分，并且所述匀气环采用多孔材料制成。

2.如权利要求1所述的接地环组件，其特征在于，所述匀气环至少部分嵌于所述接地环中。

3.如权利要求2所述的接地环组件，其特征在于，所述接地环的上表面配置有与所述匀气环相匹配的第一凹槽，所述匀气环嵌入所述第一凹槽内。

4.如权利要求3所述的接地环组件，其特征在于，所述接地环还配置有与所述第一凹槽连通的环形通气槽，所述环形通气槽配置于所述接地环的下表面。

5.如权利要求2所述的接地环组件，其特征在于，所述接地环的下表面配置有与所述匀气环相匹配的第二凹槽，所述匀气环嵌入所述第二凹槽内。

6.如权利要求5所述的接地环组件，其特征在于，所述接地环配置有若干连通所述第二凹槽的通气孔，所述通气孔构成所述气体通道的一部分。

7.如权利要求3或5所述的接地环组件，其特征在于，所述匀气环的厚度为2mm至10mm。

8.如权利要求3或5所述的接地环组件，其特征在于，所述匀气环的宽度为2mm至6mm。

9.如权利要求3或5所述的接地环组件，其特征在于，所述匀气环的外侧壁与所述接地环过盈配合或粘接，所述匀气环的内侧壁与所述接地环间隙配合。

10.如权利要求1所述的接地环组件，其特征在于，所述匀气环设置于所述接地环的内侧。

11.如权利要求10所述的接地环组件，其特征在于，所述匀气环的顶部具有径向向外的凸缘，所述接地环的内侧设有与所述凸缘匹配的阶梯部。

12.如权利要求10所述的接地环组件，其特征在于，所述匀气环的外侧壁与所述接地环的内侧壁为相互适配的倒锥形。

13.如权利要求1所述的接地环组件，其特征在于，所述多孔材料的孔隙率在40％至70％范围内。

14.如权利要求1所述的接地环组件，其特征在于，所述多孔材料采用多孔石英、多孔陶瓷或多孔硅。

15.一种上电极组件，用于半导体刻蚀设备，其特征在于，包括陶瓷板和如权利要求1-14中任意一项所述的接地环组件，所述陶瓷板包括下凸部，所述陶瓷板配置有与所述气体通道连通的进气通道，所述接地环组件设置于所述陶瓷板的下方且与所述下凸部同心设置于所述下凸部的外围。

16.一种边缘刻蚀设备，其特征在于，包括：

反应腔；

下电极组件，设置于所述反应腔的底部，其上表面用于承载晶圆；

如权利要求15所述的上电极组件，所述上电极组件设置于所述反应腔的顶部，并与所述下电极组件相对设置。