CN111508887B - 半导体制造设备及其保护环 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供了一种半导体制造设备及其保护环。该保护环设置于半导体制造设备中的承载装置上，用于防止工艺副产物进入承载装置，其包括：环状本体及接合件；环状本体包括外周缘及内边缘，内边缘包括圆弧边及直边，圆弧边与外周缘同心设置，直边沿环状本体的切线方向延伸设置且内接于圆弧边；直边对应的环状本体区域沿径向设置有释放缺口，释放缺口用于释放环状本体的应力；接合件内嵌于释放缺口并且与释放缺口间隙配合；当接合件与释放缺口配合设置时，接合件的外表面与环状本体的外表面共面设置。本申请实施例释放缺口与接合件配合既起到了释放应力的作用，又避免了保护环由于长时间高温导致裂痕问题，从而有效延长了保护环的使用寿命。

Description

半导体制造设备及其保护环
技术领域
本申请涉及半导体加工技术领域，具体而言，本申请涉及一种半导体制造设备及其保护环。
背景技术
目前，半导体制造设备中对晶圆的固定一般有静电卡盘(即ESC)和机械卡盘两种方式。静电卡盘靠静电产生的吸附力吸附住晶圆，而机械卡盘靠压环压紧位于机械卡盘顶面承载的晶圆的边缘实现对晶圆的固定。
在执行碳化硅(SiC)背孔刻蚀工艺时，一般采用静电卡盘吸附力吸附住晶圆，但是由于碳化硅(SiC)背孔刻蚀工艺采用金属镍作为掩膜，在工艺过程中镍的副产物会附着在晶圆周围，考虑到碳化硅(SiC)背孔刻蚀工艺具有高深度、长时间工艺的特点，需要有压环压住晶圆边缘防止镍的副产物进入到静电卡盘(ESC)和聚焦环之间的缝隙中，同时为了延长工艺(PM)时间，需要对压环进行保护，通过快速更换保护环从而防止副产物在压环上的堆积，但是现有技术中保护环本身厚度较薄，且由于工艺时间过长以及温度过高，导致保护环应力集中容易出现断裂的现象。
发明内容
本申请针对现有方式的缺点，提出一种半导体制造设备及其保护环，用以解决现有技术存在的保护环容易断裂的技术问题。
第一个方面，本申请实施例提供了一种保护环，设置于半导体制造设备中的承载装置上，用于防止工艺副产物进入所述承载装置，所述保护环包括：环状本体及接合件；所述环状本体包括外周缘及内边缘，所述内边缘包括圆弧边及直边，所述圆弧边与所述外周缘同心设置，所述直边沿所述环状本体的切线方向延伸设置且内接于所述圆弧边；所述直边对应的环状本体区域沿径向设置有释放缺口，所述释放缺口用于释放环状本体的应力；所述接合件内嵌于所述释放缺口并且与所述释放缺口间隙配合；当所述接合件与所述释放缺口配合设置时，所述接合件的外表面与所述环状本体的外表面共面设置。
于本申请的一实施例中，所述释放缺口对应的所述环状本体的顶面上还设有限位槽，并且所述限位槽靠近所述外周缘设置；所述释放缺口沿径向断开所述环状本体及所述限位槽。
于本申请的一实施例中，所述限位槽沿所述环状本体的周向具有第一内径，所述释放缺口沿所述环状本体的周向具有第二内径，所述第一内径大于所述第二内径。
于本申请的一实施例中，所述接合件包括一体设置的限位板与接合块，所述限位板与所述限位槽配合限位；所述接合块嵌设于所述释放缺口内，并且所述接合块与所述释放缺口间隙配合。
于本申请的一实施例中，所述限位槽的底面上还设有第一卡合槽，所述第一卡合槽靠近所述外周缘设置；所述限位板面向所述限位槽的一面上还凸设有第一卡合块，所述第一卡合块与所述第一卡合槽配合限位。
于本申请的一实施例中，所述释放缺口对应的所述环状本体的顶面还设有第二卡合槽，所述第二卡合槽靠近所述直边设置；所述接合块上还设置有第二卡合块，所述第二卡合块与所述第二卡合槽配合限位。
于本申请的一实施例中，所述第一卡合槽及所述第二卡合槽在所述环状本体的径向上并列设置，并且所述第一卡合槽及所述第二卡合槽均位于所述释放缺口的两侧。
于本申请的一实施例中，所述释放缺口位于所述直边对应的所述环状本体区域的中部位置。
于本申请的一实施例中，所述环状本体为陶瓷材质结构件，所述接合件为陶瓷材质结构件。
第二个方面，本申请实施例提供一种半导体制造设备，包括工艺腔室以及设置于所述工艺腔室内用于承载待加工工件的承载装置，所述承载装置具有如第一个方面提供的保护环。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：
本申请实施例提供了一种保护环，该保护环设置于半导体制造设备中的承载装置上，用于防止工艺副产物进入承载装置，其包括：环状本体及接合件；环状本体包括外周缘及内边缘，内边缘包括圆弧边及直边，圆弧边与外周缘同心设置，直边沿环状本体的切线方向延伸设置且内接于圆弧边；直边对应的环状本体区域沿径向设置有释放缺口，释放缺口用于释放环状本体的应力；接合件内嵌于释放缺口并且与释放缺口间隙配合；当接合件与释放缺口配合设置时，接合件的外表面与环状本体的外表面共面设置。本申请实施例释放缺口与接合件配合既起到了释放应力的作用，又避免了保护环由于长时间高温导致裂痕问题，从而有效延长了保护环的使用寿命。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1A为本申请实施例提供的一种保护环的环状本体的主视示意图；
图1B为本申请实施例提供的一种保护环的主视示意图；
图2A为本申请实施例提供的一种环状本体的俯视示意图；
图2B为图2A所示的环状本体的A部放大示意图；
图3A为本申请实施例提供的一种接合件的主视示意图；
图3B为本申请实施例提供的一种接合件的侧视示意图；
图3C为本申请实施例提供的一种接合件的立体示意图；
图4A为本申请实施例提供的一种环状本体与接合件的分解状态示意图；
图4B为本申请实施例提供的一种环状本体与接合件的配合状态示意图；
图5为本申请实施例提供的一种保护环应力释放状态示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为了便于说明本申请的技术方案，现对保护环的具体应用及设计原理进行说明。
在实际执行工艺时，加工工件具体为晶圆，其位于承载装置的承载面上，周围有基环和聚焦环，压环直接压在晶圆的边缘处，防止工艺的副产物落入承载装置和基环、聚焦环之间。保护环放在压环上，保护环的作用为保护压环，通过快速更换保护环从而防止副产物在压环上的堆积，从而可以提高工艺时间且减少维护时间。由于5寸晶圆有一小平边，为了完全压住晶圆，保护环具有相应的直边，具体可以参照如图5所示。保护环上设置的直边兼顾压抵晶圆同时，又不能遮盖晶圆太多以免影响工艺性能，因此保护环必须做的很薄，厚度一般可以为1毫米左右。由于工艺时间长达1.5～2小时，造成保护环温度积累很多，经测试保护环的温度达到300℃，保护环内径90毫米，径向变化量0.22毫米，保护环圆弧部分沿径向向外胀约0.11mm，但是由于直边的存在，直边处很难产生弯曲变形，故在圆弧和直边过渡处造成应力集中，具体可以参照如图5所示的应力方向，由于工艺时间过长且温度过高，导致保护环应力集中，容易在直边向圆弧过渡处出现裂痕的现象。
为了解决上述技术问题，下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。
本申请实施例提供了一种保护环，设置于半导体制造设备中的承载装置上，用于防止工艺副产物进入所述承载装置，该保护环的结构示意图如图1A至图2B所示，包括：环状本体1及接合件2；环状本体1包括外周缘11及内边缘12，内边缘12包括圆弧边13及直边14，圆弧边13与外周缘11同心设置，直边14沿环状本体1的切线方向延伸设置且内接于圆弧边13；
直边14对应的环状本体1区域设置有释放缺口15，释放缺口15用于释放环状本体1的应力；接合件2内嵌于释放缺口15并且与释放缺口15间隙配合；当接合件2与释放缺口15配合设置时，接合件2的外表面与环状本体1的外表面共面设置。
如图1A至图2B所示，环状本体1可以采用陶瓷材质制成的圆环状结构。环状本体1包括位于外侧的外周缘11以及位于内侧的内边缘12，外周缘11可以采用正圆形结构。内边缘12则可以包括圆弧边13及直边14两部分，其圆弧边13采用与外周缘11同心设置的圆弧形结构，直边14与环状本体1的切线方向延伸设置且内接于圆弧边13，该直边14的作用在于对应晶圆(图中未示出)的平边设置。释放缺口15位于直边14与环状本体1的对应区域，且释放缺口15由外周缘11向直边14所在的方向延伸设置，在执行工艺时释放缺口15可以释放保护环的应力，避免保护环由于应力集中发生断裂现象。接合件2同样采用陶瓷材质制成，其形状可以与释放缺口15对应设置。接合件2内嵌于释放缺口15，且接合件2与释放缺口15间隙配合，在执行工艺时避免环状本体1挤压接合件2造成应力集中，另外接合件2与环状本体1配合以保护压环。另外接合件2的装配于环状本体1上时，接合件2的裸露于外侧的表面可以与环状本体1的外表面共面设置，以提高本申请实施例装配的便捷性。
本申请实施例通过在环状本体上设置有释放缺口，并且在释放接口内配合设置有接合件，释放缺口与接合件配合既起到了释放应力的作用，又避免了保护环由于长时间高温导致裂痕问题，从而有效延长了保护环的使用寿命。由于保护环与压环配合不仅能避免工艺产生的副产物进入到承载装置及聚焦环的缝隙中，而且可以延长压环的使用寿命，从而可以有效提高工艺效率以及降低维护时间。
需要说明的，本申请实施例并不限定环状本体1及接合件2的具体材质及形状，环状本体1及接合件2均可以采用绝缘材质制成，例如两者均可以采用石墨材质制成。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
于本申请一实施例中，释放缺口15对应的环状本体1的顶面上还设有限位槽151，并且限位槽151靠近外周缘11设置；释放缺口15沿径向断开环状本体1及限位槽151。
如图1A至2B、图4A所示，环状本体1的顶面凹设限位槽151，该限位槽151靠近外周缘11设置，并且限位槽151可以由外周缘11开始向直边14所在的位置延伸设置，限位槽151用于限定接合件2的位置。释放缺口15的局部可以位于限位槽151的底面中部位置，释放缺口15具体为沿环状本体1的径向贯穿环状本体1及限位槽151设置的缺口，即释放缺口15可以由外周缘11向直边14延伸设置。采用上述设计，由于释放缺口15的存在使得环状本体1形成非闭合环体，可以将直边14处集中的应力进行释放，从而消除了保护环由于工艺时间过长，温度过高导致的裂痕问题，另外还可以使得保护环的结构简单，从而有效降低保护环制造及应用成本。
于本申请一实施例中，如图1A至图2B所示，限位槽151沿环状本体的周向具有第一内径，释放缺口15沿环状本体的周向具有第二内径，第一内径大于第二内径。限位槽151的第一内径可以是其环状本体的周向延伸方向的宽度，并且第一内径的具体数值可以小于5毫米；释放缺口15的第二内径可以是沿环状本体的周向延伸方向的宽度，并且第二内径的具体数值可以大于2毫米，限位槽151与释放缺口15组合形成“T”字形结构，具体可以参照如图1A及图1B所示。采用上述设计，不仅便于限定接合件2的位置，而且还使得环状本体1及接合件2的装配结构更加合理便捷。
需要说明的是，本申请实施例对于限位槽151及释放缺口15的尺寸及形状并不进行限定，两者还能根据不同的工艺需求进行设置，例如两者组合的形状还能选择为“Y”字形结构。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
于本申请一实施例中，接合件2包括一体设置的限位板21与接合块22，限位板21与限位槽151配合限位；接合块22嵌设于释放缺口15内，并且接合块22与释放缺口15间隙配合。
如图2A至图4B所示，限位板21具体为板状结构，并且与限位槽151的结构匹配设置。限位板21的顶面与环状本体1的顶面平齐设置，其底面可以延伸设置有接合块22，接合块22的形状具体可与释放缺口15及环状本体1的形状匹配设置，即接合块22裸露的外表面可以与环状本体1顶面及底面平齐设置。接合块22与释放缺口15间隙配合，这样保护环在热胀冷缩时不影响应力的释放。可选地，接合块22与限位板21可以采用一体成型工艺制成，当然两者也可以采用分体式结构且采用粘接设置。采用上述设计，不仅便于限定接合件2的位置，而且还使得环状本体1及接合件2的装配结构更加合理便捷。
于本申请一实施例中，如图2A至图4B所示，限位槽151的底面上还设有第一卡合槽153，第一卡合槽153靠近外周缘11设置；限位板21面向限位槽151的一面上还凸设有第一卡合块23，第一卡合块23与第一卡合槽153配合限位。第一卡合槽153可以采用矩形凹槽，其可以在限位槽151的底面上凹设形成，并且其应当避开释放缺口15设置；限位板21的底面可以凸设有第一卡合块23，第一卡合块23可以与第一卡合槽153对应设置为矩形凸块。在实际装配过程中，限位板21的底面与限位槽151的底面接触，第一卡合槽153容纳第一卡合块23以配合实现接合件2与环状本体1的定位，从而进一步提高保护环的稳定性及装配的便捷性。
于本申请一实施例中，释放缺口15对应的环状本体1的顶面还设有第二卡合槽154，第二卡合槽154靠近直边14设置；接合块22上还设置有第二卡合块24，第二卡合块24与第二卡合槽154配合限位。
如图2A至图4B所示，第二卡合槽154靠近直边14设置，其可以在环状本体1的顶面上凹设形成的矩形凹槽，当然其应当避开释放缺口15设置；接合块22的可以对应凸设有第二卡合块24，并且第二卡合块24可以是与第二卡合槽154对应的矩形凸块。在实际装配过程中，接合块22可以容置于释放缺口15内，第二卡合槽154容纳第二卡合块24以配合实现接合件2与环状本体1的定位，由于设置有第二卡合槽154及第二卡合块24，可以避免接合块22靠近直边14的一端陷入释放缺口15内，从而进一步提高保护环的稳定性及装配的便捷性。
于本申请一实施例中，如图2A至图4B所示，第一卡合槽153及第二卡合槽154在环状本体的径向上并列设置，并且第一卡合槽153及第二卡合槽154均位于释放缺口15的两侧。采用上述设计，不仅可以提高保护环的制造效率，而且可以有效降低制造及应用成本。
于本申请一实施例中，如图2A所示，释放缺口15位于直边14对应的环状本体1区域的中部位置。释放缺口15可以位于直边14对应的环状本体1区域的对称中心位置，保护环在高温条件下，圆弧边13进行膨胀产生的热应力会对称的传递至释放缺口15，释放缺口15可以将直边14位置集中的应力进行释放，从而进一步提高了保护环的稳定性，进而有效延长保护环的使用寿命。
于本申请一实施例中，环状本体1为陶瓷材质结构件，接合件2为陶瓷材质结构件。
基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种半导体制制造设备，包括工艺腔室以及设置于工艺腔室内用于承载加工工件的承载装置地，承载装置具有如上述各实施例提供的保护环。
应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：
本申请实施例通过在环状本体上设置有释放缺口，并且在释放接口内配合设置有接合件，释放缺口与接合件配合既起到了释放应力的作用，又避免了保护环由于长时间高温导致裂痕问题，从而有效延长了保护环的使用寿命。由于保护环与压环配合不仅能避免工艺产生的副产物进入到承载装置及聚焦环的缝隙中，而且可以延长压环的使用寿命，从而可以有效提高工艺效率以及降低维护时间。
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。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种保护环，设置于半导体制造设备中的承载装置上，用于防止工艺副产物进入所述承载装置，其特征在于，所述保护环放在压环上，所述压环压在晶圆的边缘处；所述晶圆具有一平边，所述保护环具有相应的直边，以压住所述晶圆；
所述保护环包括：环状本体及接合件；
所述环状本体包括外周缘及内边缘，所述内边缘包括圆弧边及直边，所述圆弧边与所述外周缘同心设置，所述直边沿所述环状本体的切线方向延伸设置且内接于所述圆弧边；所述直边对应的环状本体区域沿径向设置有释放缺口，所述释放缺口用于释放环状本体的应力；
所述接合件内嵌于所述释放缺口并且与所述释放缺口间隙配合；当所述接合件与所述释放缺口配合设置时，所述接合件的外表面与所述环状本体的外表面共面设置。
2.如权利要求1所述的保护环，其特征在于，所述释放缺口对应的所述环状本体的顶面上还设有限位槽，并且所述限位槽靠近所述外周缘设置；所述释放缺口沿径向断开所述环状本体及所述限位槽。
3.如权利要求2所述的保护环，其特征在于，所述限位槽沿所述环状本体的周向具有第一内径，所述释放缺口沿所述环状本体的周向具有第二内径，所述第一内径大于所述第二内径。
4.如权利要求3所述的保护环，其特征在于，所述接合件包括一体设置的限位板与接合块，所述限位板与所述限位槽配合限位；所述接合块嵌设于所述释放缺口内，并且所述接合块与所述释放缺口间隙配合。
5.如权利要求4所述的保护环，其特征在于，所述限位槽的底面上还设有第一卡合槽，所述第一卡合槽靠近所述外周缘设置；所述限位板面向所述限位槽的一面上还凸设有第一卡合块，所述第一卡合块与所述第一卡合槽配合限位。
6.如权利要求5所述的保护环，其特征在于，所述释放缺口对应的所述环状本体的顶面还设有第二卡合槽，所述第二卡合槽靠近所述直边设置；所述接合块上还设置有第二卡合块，所述第二卡合块与所述第二卡合槽配合限位。
7.如权利要求6所述的保护环，其特征在于，所述第一卡合槽及所述第二卡合槽在所述环状本体的径向上并列设置，并且所述第一卡合槽及所述第二卡合槽均位于所述释放缺口的两侧。
8.如权利要求1至7的任一所述的保护环，其特征在于，所述释放缺口位于所述直边对应的所述环状本体区域的中部位置。
9.如权利要求1至7的任一所述的保护环，其特征在于，所述环状本体为陶瓷材质结构件，所述接合件为陶瓷材质结构件。
10.一种半导体制造设备，包括工艺腔室以及设置于所述工艺腔室内用于承载待加工工件的承载装置，其特征在于，所述承载装置具有如权利要求1至9的任一所述的保护环。
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