CN106548967B

CN106548967B - 承载装置以及半导体加工设备

Info

Publication number: CN106548967B
Application number: CN201510597182.XA
Authority: CN
Inventors: 郑友山; 成晓阳
Original assignee: Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2015-09-18
Filing date: 2015-09-18
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2035-09-18
Also published as: CN106548967A

Abstract

本发明提供的承载装置以及半导体加工设备，包括卡盘和聚焦环，卡盘的上表面用于承载被加工工件；聚焦环环绕在卡盘的***；并且，聚焦环在其周向上不同区域的介电常数值不同，以使被加工工件边缘各处的刻蚀速率趋于均匀。本发明提供的承载装置，其可以使被加工工件边缘各处的刻蚀速率趋于均匀，从而可以提高工艺均匀性。

Description

承载装置以及半导体加工设备

技术领域

本发明涉及半导体设备制造领域，具体地，涉及一种承载装置以及半导体加工设备。

背景技术

在制造集成电路(IC)和微机电***(MEMS)的工艺过程中，特别是在实施等离子刻蚀(ETCH)、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)等的工艺过程中，常使用承载装置来承载及加热晶片等被加工工件，为晶片提供直流偏压并且控制晶片表面的温度。

图1为典型的承载装置的结构示意图。如图1所示，承载装置包括静电卡盘11和边缘组件。其中，静电卡盘11用于采用静电吸附的方式将晶片12固定在其上表面上，并且静电卡盘11还采用铝等导电金属材料制作，以用作下电极。边缘组件环绕设置在静电卡盘11的外周壁上，且包括由上而下依次叠置的聚焦环13、基环14和绝缘环15，其中，聚焦环13和基环14均环绕在静电卡盘11的周围；聚焦环13由石英或陶瓷等材质加工，其介电常数与静电卡盘11的介电常数不同，这使得电磁磁场分别通过两者的阻抗不同，即，聚焦环13的阻抗较高，而静电卡盘11的阻抗较低，从而电磁场会优先选择阻抗低的通路(静电卡盘11的通路)，因此，聚焦环13可以起到将大部分磁场约束在其内部的作用，从而可以形成能够将等离子体限制在其内部的边界。绝缘环15固定在安装固定件16上，用于支撑静电卡盘11，并且绝缘环15采用绝缘材料制作，用以实现静电卡盘11与安装固定件16电绝缘。基环14用于支撑聚焦环13，并保护静电卡盘11的外周壁不被等离子体刻蚀。

上述承载装置在实际应用中不可避免地存在以下问题：

由于上述聚焦环13是由单一、且均匀的材质加工而成的，其圆周方向各处的阻抗相同，这使得聚焦环13圆周方向各处对下电极电场的影响也是相同的，但是，在实际应用中，往往会存在晶片边缘各处的刻蚀速率不均匀的情况，而现有的聚焦环13不具备使晶片边缘各处的刻蚀速率趋于均匀的能力。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种承载装置以及半导体加工设备，其可以使被加工工件边缘各处的刻蚀速率趋于均匀，从而可以提高工艺均匀性。

为实现本发明的目的而提供一种承载装置，包括卡盘和聚焦环，所述卡盘的上表面用于承载被加工工件；所述聚焦环环绕在所述卡盘的***；所述聚焦环在其周向上不同区域的介电常数值不同，以使所述被加工工件边缘各处的刻蚀速率趋于均匀。

优选的，所述聚焦环包括基体和多个调节块，所述多个调节块设置在所述基体内，且分布在所述基体的周向上的不同区域内；所述基体和所述调节块分别采用介电常数值不同的绝缘材料制作。

优选的，在所述基体的下表面上设置有多个安装孔，所述多个安装孔沿所述基体的周向环绕至少一圈；每个调节块选择性地设置在其中一个安装孔中，且所述调节块与所述安装孔相配合。

优选的，同一圈中的各个安装孔沿所述基体的周向均匀分布。

优选的，所述多个调节块采用同一种绝缘材料制作；或者，所述多个调节块采用介电常数值不同的至少两种绝缘材料制作。

优选的，所述多个调节块采用至少两种形状；和/或，所述多个调节块采用至少两种尺寸；和/或，所述多个调节块在所述基体的周向上的分布密度不同。

优选的，所述绝缘材料包括石英、陶瓷、单晶硅或者碳化硅。

优选的，所述聚焦环包括基体，且在所述基体的下表面上形成有多个凹部，所述多个凹部分布在所述基体的周向上的不同区域内。

优选的，所述多个凹部采用至少两种形状，和/或采用至少两种尺寸。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室和设置在其内的承载装置，所述承载装置用于承载所述被加工工件，所述承载装置采用了本发明提供的上述承载装置。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的承载装置，其通过使环绕在卡盘***的聚焦环在其周向上不同区域的介电常数值不同，可以使被加工工件边缘各处的刻蚀速率趋于均匀，换言之，根据被加工工件边缘各处的刻蚀速率之间的差异，设置聚焦环周向上不同区域的介电常数值，以使聚焦环周向上的不同区域对下电极电场的影响能够补偿刻蚀速率的差异，从而可以提高工艺均匀性。

本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述承载装置，可以使被加工工件边缘各处的刻蚀速率趋于均匀，从而可以提高工艺均匀性。

附图说明

图1为典型的承载装置的结构示意图；

图2为本实施例采用的承载装置用作下电极的等效电路图；

图3A为本发明第一实施例提供的承载装置的剖视图；

图3B为图3A中聚焦环的仰视图；

图3C为图3A中承载装置的局部放大图；

图4A为本发明第二实施例采用的聚焦环的仰视图；

图4B为本发明第三实施例采用的聚焦环的仰视图；以及

图4C为本发明第四实施例采用的聚焦环的仰视图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的承载装置以及半导体加工设备进行详细描述。

本发明提供的承载装置，其包括卡盘和聚焦环，卡盘的上表面用于承载被加工工件，该被加工工件可以为晶片或者可承载多个晶片的托盘。聚焦环环绕在该卡盘的***，并且该聚焦环在其周向上不同区域的介电常数值不同，以使被加工工件边缘各处的刻蚀速率趋于均匀。

进一步说，图2为本实施例采用的承载装置用作下电极的等效电路图。请参阅图2，承载装置用作下电极与射频电源连接，而聚焦环在射频回路中的等效电容值为：

其中，ε为聚焦环的介电常数值，s为聚焦环的截面积，d为聚焦环的宽度。由于聚焦环在射频回路中存在等效电容，因此聚焦环在射频回路中会消耗一定量的射频能量。而且，由公式可知，当s和d一定时，要想调节聚焦环的等效电容值，只能采用改变聚焦环的介电常数值ε，该介电常数值ε越大，则等效电容越大，从而消耗的射频能量就越大，进而可以降低刻蚀速率；反之，介电常数值ε越小，则等效电容越小，从而消耗的射频能量就越小，进而可以提高刻蚀速率。而介电常数值ε的大小与制作聚焦环的材料有关。

基于上述原理，本发明设计了一种聚焦环，该聚焦环在其周向上不同区域的介电常数值不同，以使被加工工件边缘各处的刻蚀速率趋于均匀，换言之，根据被加工工件边缘各处的刻蚀速率之间的差异，设置聚焦环周向上不同区域的介电常数值，以使聚焦环周向上的不同区域对下电极电场的影响能够补偿刻蚀速率的差异，从而可以提高工艺均匀性。

下面对聚焦环的具体实施方式进行详细描述。具体地，图3A为本发明第一实施例提供的承载装置的剖视图。图3B为图3A中聚焦环的仰视图。图3C为图3A中承载装置的局部放大图。请一并参阅图3A-3C，承载装置包括卡盘21和边缘组件。其中，卡盘21用于将被加工工件22固定在其上表面上，并且卡盘21还采用铝等导电金属材料制作，以用作下电极；卡盘21可以为静电卡盘或者机械卡盘。边缘组件环绕设置在卡盘21的外周壁上，且包括由上而下依次叠置的聚焦环23、基环24和绝缘环25，其中，聚焦环23和基环24均环绕在静电卡盘11的周围；聚焦环23采用绝缘材料制作，其介电常数值与导电金属材料制作的卡盘21的介电常数值不同，这使得电磁磁场分别通过两者的阻抗不同，即，聚焦环23的阻抗较高，而卡盘21的阻抗较低，从而电磁场会优先选择阻抗低的通路(卡盘21的通路)，因此，聚焦环23可以起到将大部分磁场约束在其内部的作用，从而可以形成能够将等离子体限制在其内部的边界。绝缘环25固定在安装固定件26上，用于支撑卡盘21，并且绝缘环25采用绝缘材料制作，用以实现卡盘21与安装固定件26电绝缘。基环24用于支撑聚焦环23，并保护卡盘21的外周壁不被等离子体刻蚀。

在本实施例中，聚焦环23包括基体231和多个调节块27。其中，在基体231的下表面上设置有多个安装孔232，多个安装孔232沿基体231的周向环绕两圈，即，多个安装孔232分布在基体231的下表面上半径不同的两个圆周上，且同一圈中的各个安装孔232沿基体231的周向均匀分布，如图3B所示。调节块27与基体231分别采用介电常数值不同的绝缘材料制作，且调节块27与安装孔232相配合，即，调节块27和安装孔232在安装孔232的轴向截面上的投影形状和尺寸一致，如图3C所示；并且，每个调节块27选择性地设置在其中一个安装孔232中，也就是说，若需要将任意一个调节块27设置在基体231的周向上的指定位置处，则只要将该调节块27放入该指定位置所在的安装孔232内即可。

上述聚焦环23的结构可以根据具体需要分为以下三种设置方式：

第一种设置方式，各个调节块27采用同一种绝缘材料制作，且设置在安装孔232内的调节块27的数量少于安装孔232的总数量。在这种情况下，在所有的安装孔232中，一部分安装孔232中设置有调节块27，而其余安装孔232是中空的，没有调节块27。根据被加工工件边缘各处的刻蚀速率之间的差异，将各个调节块27分别放入各个指定位置处所在的安装孔232内，可以使聚焦环23在各个指定位置处的介电常数值与其余位置的介电常数值不同，从而可以使聚焦环23周向上的不同区域对下电极电场的影响能够补偿刻蚀速率的差异，进而可以提高工艺均匀性。另外，由于多个安装孔232分布在基体231的整个圆周上，因而可以根据具体情况的不同，自由地调整相应的调节块27的位置，从而可以实现调节的灵活多样性。

第二种设置方式，多个调节块采用介电常数值不同的至少两种绝缘材料制作，且设置在安装孔232内的调节块27的数量少于安装孔232的总数量。该设置方式与上述第一种设置方式相类似，而不同之处仅在于：在将各个调节块27分别放入各个指定位置处所在的安装孔232内的过程中，还可以考虑各个调节块27的介电常数值，从而可以进一步增加调节的多样性。

第三种设置方式，多个调节块采用介电常数值不同的至少两种绝缘材料制作，且设置在安装孔232内的调节块27的数量等于安装孔232的总数量，即，每个安装孔232内均设置有调节块27。在这种情况下，各个调节块27的介电常数值之间的差异，同样可以使聚焦环23周向上的不同区域对下电极电场的影响能够补偿刻蚀速率的差异。

在实际应用中，用于制作基体和调节块的上述绝缘材料可以包括石英、陶瓷、单晶硅或者碳化硅等。

另外，通过使同一圈中的各个安装孔232沿基体231的周向均匀分布，可以使基体231在未放置任何调节块27时，其周向上各处的介电常数值相同。当然，在实际应用中，也可以根据不同的需要，使同一圈中的各个安装孔在基体的周向上呈不均匀分布。

需要说明的是，在本实施例中，多个安装孔232沿基体231的周向环绕两圈，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，多个安装孔也可以沿基体的周向环绕一圈、三圈或者四圈以上。此外，安装孔和调节块的形状和尺寸也可以根据具体需要自由设定。

上述实施例的技术方案是采用可调的方式设置各个调节块，但是本发明并不局限于此，也可以采用固定的方式将各个调节块内嵌在基体中，以满足指定的需要。以下是采用固定方式设置调节块的几个具体实施方式。

具体地，图4A为本发明第二实施例采用的聚焦环的仰视图。请参阅图4A，在本实施例中，多个调节块27设置在基体231内，且分布在基体231的周向上的不同区域内。而且，多个调节块27在基体231的周向上的分布密度不同，以使聚焦环23周向上的不同区域对下电极电场的影响能够补偿刻蚀速率的差异。

图4B为本发明第三实施例采用的聚焦环的仰视图。请参阅图4B，在本实施例中，多个调节块27设置在基体231内，且分布在基体231的周向上的不同区域内。而且，多个调节块采用至少两种尺寸，以使聚焦环23周向上的不同区域对下电极电场的影响能够补偿刻蚀速率的差异。

图4C为本发明第四实施例采用的聚焦环的仰视图。请参阅图4C，在本实施例中，多个调节块27设置在基体231内，且分布在基体231的周向上的不同区域内。而且，多个调节块27采用介电常数值不同的至少两种绝缘材料制作，以使聚焦环23周向上的不同区域对下电极电场的影响能够补偿刻蚀速率的差异。

另外，多个调节块还可以采用至少两种形状，以使聚焦环23周向上的不同区域对下电极电场的影响能够补偿刻蚀速率的差异。

如图4A-4C，假设被加工工件边缘各处的刻蚀速率分别在I区域和II区域与其他区域之间存在差异，则可以通过使多个调节块27采用至少两种形状；和/或，采用至少两种尺寸；和/或，在所述基体的周向上的分布密度不同；和/或，采用介电常数值不同的至少两种绝缘材料制作，分别增大或减小聚焦环23在I区域和II区域的介电常数值，以使聚焦环23对下电极电场的影响能够补偿上述刻蚀速率的差异。

需要说明的是，在上述第一～第四实施例中，是通过在基体231上设置多个调节块27来实现使聚焦环23周向上的不同区域的介电常数值不同，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，还可以省去上述调节块，而仅通过在基体的下表面上，且分布在其的周向上的不同区域内形成多个凹部，来实现使聚焦环周向上的不同区域的介电常数值不同，以使聚焦环对下电极电场的影响能够补偿上述刻蚀速率的差异。容易理解，基体本身的介电常数值与凹部的介电常数值(真空)不同。

在实际应用中，可以通过使多个凹部采用至少两种形状，和/或采用至少两种尺寸，使聚焦环周向上的不同区域的介电常数值不同。

另外，上述聚焦环各个区域的介电常数值可以采用实验的方式获得，具体来说：首先，检测采用由单一、且均匀的材质加工而成的聚焦环进行工艺，而获得的晶片边缘各处的刻蚀速率，并根据晶片边缘各处的刻蚀速率的分布情况，尝试在聚焦环周向上的相应区域设置调节块或者凹部，然后再采用该聚焦环进行工艺，并判断新的聚集环是否能够补偿之前刻蚀速率的差异。反复进行上述实验，直至在聚集环上获得最合适的介电常数值分布为止。

综上所述，本发明提供的承载装置，其通过使环绕在卡盘***的聚焦环在其周向上不同区域的介电常数值不同，可以使被加工工件边缘各处的刻蚀速率趋于均匀，换言之，根据被加工工件边缘各处的刻蚀速率之间的差异，设置聚焦环周向上不同区域的介电常数值，以使聚焦环周向上的不同区域对下电极电场的影响能够补偿刻蚀速率的差异，从而可以提高工艺均匀性。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室和设置在其内的承载装置，该承载装置用于承载被加工工件，且采用了本发明上述各个实施例提供的承载装置。

本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明上述各个实施例提供的上述承载装置，可以使被加工工件边缘各处的刻蚀速率趋于均匀，从而可以提高工艺均匀性。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种承载装置，包括卡盘和聚焦环，所述卡盘的上表面用于承载被加工工件；所述聚焦环环绕在所述卡盘的***；其特征在于，所述聚焦环在其周向上不同区域的介电常数值不同，以使所述被加工工件边缘各处的刻蚀速率趋于均匀；

所述聚焦环包括基体和多个调节块，所述多个调节块设置在所述基体内，且分布在所述基体的周向上的不同区域内；所述基体和所述调节块分别采用介电常数值不同的绝缘材料制作；或者，

所述聚焦环包括基体，且在所述基体的下表面上形成有多个凹部，所述多个凹部分布在所述基体的周向上的不同区域内。

2.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，在所述基体的下表面上设置有多个安装孔，所述多个安装孔沿所述基体的周向环绕至少一圈；

每个调节块选择性地设置在其中一个安装孔中，且所述调节块与所述安装孔相配合。

3.根据权利要求2所述的承载装置，其特征在于，同一圈中的各个安装孔沿所述基体的周向均匀分布。

4.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述多个调节块采用同一种绝缘材料制作；或者，

所述多个调节块采用介电常数值不同的至少两种绝缘材料制作。

5.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述多个调节块采用至少两种形状；和/或，

所述多个调节块采用至少两种尺寸；和/或，

所述多个调节块在所述基体的周向上的分布密度不同。

6.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述绝缘材料包括石英、陶瓷、单晶硅或者碳化硅。

7.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述多个凹部采用至少两种形状，和/或采用至少两种尺寸。

8.一种半导体加工设备，其包括反应腔室和设置在其内的承载装置，所述承载装置用于承载所述被加工工件，其特征在于，所述承载装置采用了权利要求1-7任意一项所述的承载装置。