CN115440558A - 半导体蚀刻设备 - Google Patents

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Abstract

本公开是关于一种半导体刻蚀设备，所述半导体刻蚀设备包括：衬环；支撑机构；边缘环，所述边缘环设置在所述衬环和所述支撑机构之间；温控机构，所述温控机构包括加热单元，所述加热单元设置在所述边缘环的下方；所述温控机构还包括温度控制器，与所述加热单元电连接。本公开实施例的半导体刻蚀设备通过温控机构调节边缘环的温度，从而实现对蚀刻的半导体器件边缘的温度的控制，改善半导体器件的蚀刻效果，提高蚀刻均匀度，提高产品良率。

Description

半导体蚀刻设备
技术领域
本公开涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体蚀刻设备。
背景技术
目前大多数半导体刻蚀机台的静电卡盘ESC(Electronic-static clamp)采用4区控温设计，刻蚀的半导体器件覆盖了ESC的整个表面面积，并且半导体器件的边缘延伸到边缘环，半导体边缘面积的蚀刻会比ESC控温区域内面积的蚀刻效果差，所以，半导体的蚀刻工艺温度主要由ESC来主导。在测量中，采用专用的晶圆量测工具测量腔室内的ESC温度，但是无法对边缘环进行控温，即无法对刻蚀的半导体边缘进行控温。
同时，在半导体蚀刻过程中，随着射频时长的增加，边缘环的表面会被等离子体吃出越来越深的沟槽，在沟槽内沉积颗粒副产物，不易被清除，一方面大大缩短边缘环的使用寿命，另一方面很大程度地带来额外的污染，影响蚀刻效果。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本公开提供了一种用于半导体蚀刻的半导体蚀刻设备，能够控制边缘环的温度，改善半导体器件的蚀刻效果，并且能够清除边缘环上沉积的颗粒。
本公开实施例提供了一种半导体刻蚀设备，所述半导体刻蚀设备包括：
衬环，
支撑机构；
边缘环，所述边缘环设置在所述衬环和所述支撑机构之间；
温控机构，所述温控机构包括加热单元，所述加热单元设置在所述边缘环的下方；
所述温控机构还包括温度控制器，与所述加热单元电连接。
在一些实施例中，所述加热单元设置在所述边缘环的正下方。
在一些实施例中，所述加热单元包括：
环状结构的加热单元；或者，
多个间隔设置的加热单元。
在一些实施例中，所述半导体刻蚀设备还包括动件机构，所述动件机构位于所述边缘环的正下方，用于在预设条件下带动所述边缘环相对于支撑机构在第一位置和第二位置之间运动；
所述边缘环处于第一位置时，所述边缘环的第一表面与所述衬环的表面和/或所述支撑机构的表面相适配；所述边缘环处于第二位置时，所述边缘环的第一表面低于所述衬环的表面和/或所述支撑机构的表面。
在一些实施例中，所述加热单元设置在所述动件机构的顶面上。
在一些实施例中，所述动件机构包括至少两组升降装置，所述至少两组升降装置等间隔分布在所述边缘环的正下方。
在一些实施例中，所述衬环、所述支撑机构和所述边缘环之间设置有空腔；
所述边缘环处于第二位置时，所述边缘环位于所述空腔内。
在一些实施例中，所述支撑机构包括支撑单元；
所述半导体刻蚀设备还包括清洁机构，所述清洁机构的气体出口设置在所述支撑单元的周壁上；
所述边缘环处于第二位置时，所述边缘环的第一表面与所述清洁机构的气体出口的位置相适应。
在一些实施例中，所述边缘环处于第二位置时，所述边缘环的第一表面位于所述清洁机构的气体出口的下方。
在一些实施例中，所述清洁机构的气体出口被设置为按照下述方式中的一种：
沿所述支撑单元的周壁设置为环状的气体出口；
沿所述支撑单元的周壁设置多个孔状的气体出口。
在一些实施例中，所述清洁机构还包括第一驱动装置，所第一驱动装置通过供气通路与所述气体出口相连通。
在一些实施例中，所述半导体刻蚀设备还包括抽吸机构，所述抽吸机构的吸入口设置在所述衬环的内周壁上。
在一些实施例中，所述边缘环处于第二位置时，所述抽吸机构的吸入口位于所述边缘环第一表面的下方。
在一些实施例中，所述抽吸机构的吸入口被设置为按照下述方式中的一种：
沿所述衬环的内周壁设置为环状吸入口；
沿所述衬环的内周壁设置多个吸入口。
在一些实施例中，所述抽吸机构还包括第二驱动装置，所述第二驱动装置通过抽气通路与所述吸入口相连通。
在一些实施例中，所述温度控制器设置在所述空腔内，且所述温度控制器外周套设有绝缘机构。
在一些实施例中，所述支撑机构还包括静电卡盘，所述静电卡盘设置在所述支撑单元上。
本公开实施例的半导体刻蚀设备通过温控机构调节边缘环的温度，从而实现对蚀刻的半导体器件边缘的温度的控制，改善半导体器件的蚀刻效果，提高蚀刻均匀度，提高产品良率。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本公开的一些实施例，而不是全部实施例。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，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据一示例性实施例示出的半导体刻蚀设备的纵截面示意图。
图2是根据一示例性实施例示出的温控机构的结构框图；
图3是根据一示例性实施例示出的加热单元在边缘环下方的分布位置的仰视示意图。
图4是根据另一示例性实施例示出的温控机构的结构框图；
图5-7是根据一示例性实施例示出的加热单元在边缘环下方的分布位置的仰视示意图。
图8是根据一示例性实施例示出的半导体刻蚀设备的纵截面示意图。
图9是根据一示例性实施例示出的边缘环位于第二位置时的示意图。
图10是图9的A部放大图。
图11是根据一示例性实施例示出的半导体刻蚀设备的纵截面示意图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本公开提供了一种半导体刻蚀设备，用于在半导体器件刻蚀过程中，通过温控机构调节边缘环的温度，实现对半导体器件边缘温度的控制，提高半导体器件边缘的蚀刻效果，提高半导体器件的蚀刻均匀度，提高产品良率；同时，利用动件机构与清洁机构相配合，用以清洁边缘环上沉积的颗粒，避免颗粒沉积造成的污染，进一步保证对半导体器件的蚀刻效果。
以下结合附图和具体实施方式对本公开提出的半导体刻蚀设备进行说明。
图1示出了本公开的半导体刻蚀设备的一种示例性实施例的结构示意图，参照图1所示，该半导体刻蚀设备包括：衬环1、支撑机构2、边缘环3和温控机构4。其中，支撑机构2用于支撑待蚀刻的半导体器件200，衬环1为套设在支撑机构2外的结构，边缘环3设置在衬环1和支撑机构2之间，温控机构4用于控制边缘环3的温度。在实际应用中，半导体器件200完全覆盖支撑机构2的顶部表面，并且半导体器件200的边缘位于边缘环3上方。温控机构4通过控制边缘环3的温度，达到控制半导体器件200的边缘温度的目的，从而保证半导体器件200的蚀刻效果，提升产品良率。
温控机构4包括加热单元41，加热单元41设置在边缘环3的下方，用于加热边缘环3。温控机构4还包括温度控制器42，温度控制器42与加热单元41电连接，用于控制加热单元41的加热温度，从而实现对边缘环3的温度的控制，进而控制此设备所蚀刻的半导体器件200的边缘温度。
其中，边缘环3为环状结构，从而可以保证对半导体器件200的边缘温度进行控制的均匀性。在一些实施例中，边缘环3下方设置一个加热单元41。图2示出了一个示例性实施例的温控机构4的一种结构框图，在此实施例中，温度控制器42通过控制此一个加热单元41的温度，即可以有效控制边缘环3的温度变化，而且保证边缘环3在周向上的温度分布均匀，从而控制半导体器件200的边缘温度变化，并确保半导体器件200的边缘温度变化均匀。
图3示出了一示例性实施例中的加热单元41在边缘环3下方的分布位置的仰视示意图，在本实施例中，加热单元41为一个闭环的环状结构。其中，加热单元41的宽度与边缘环3的宽度相适应，例如，加热单元41的宽度可以与边缘环3的宽度相等，或者略小于边缘环3的宽度。
在另一些实施例中，边缘环3下方间隔设置多个加热单元41。图4示出了一个示例性实施例的温控机构4的一种结构框图，在这类实施例中，由一个温度控制器42同时控制多个加热单元41的温度变化，从而控制边缘环3的温度均匀变化。在其它实施例中，多个加热单元41中的每个加热单元41均配备一个温度控制器42，由每个温度控制器42分别控制对应的加热单元41的温度变化，通过同时调整多个温度控制器42的控制参数，实现同时控制多个加热单元41的温度变化，从而实现边缘环3的温度均匀变化。
例如，沿边缘环3的周向，在边缘环3下方等间隔设置3个或3个以上(例如，6个或8个或12个)的加热单元41，此时，加热单元41可以为弧形结构、圆形结构、矩形结构等任意可实现的结构形状。例如，沿边缘环3的径向方向，间隔分布2个或2个以上的环形结构的加热单元41，此时，加热单元41的形状可以是闭合的环状结构，选用不同直径规格的加热单元41进行组合使用。
图5-7分别示出了一种示例性实施例中的加热单元41在边缘环3下方的分布位置的仰视示意图，其中，图5和图6所示的实施例中，多个加热单元41沿边缘环3的周向等间隔分布，图7所示的实施例中，两个环状的加热单元41的直径规格不同，沿边缘环3的径向间隔分布在边缘环3的下方。
在一些示例性实施例中，加热单元41设置在边缘环3的正下方，以保证对边缘环3的温度调控的效率更好，边缘环3的温度调控更加均匀。
图8是根据本公开的一示例性实施例示出的半导体刻蚀设备的纵截面示意图，参照图8所示，本公开的半导体刻蚀设备还包括动件机构5，动件机构5位于边缘环3的正下方，用于在预设条件下带动边缘环3相对于支撑机构2在第一位置和第二位置之间运动，以便于进一步操作。例如，便于对边缘环3进行清洁。
示例性地，如图8所示，边缘环3处于第一位置时，边缘环3的第一表面与衬环1的表面和/或支撑机构2的表面相适配；如图9所示，边缘环3处于第二位置时，边缘环3的第一表面低于衬环1的表面和/或支撑机构2的表面。
在一些实施例的半导体刻蚀设备中，如图8所示，边缘环3的一部分位于半导体器件200的下方，另一部分则位于半导体器件200的周向外周，而且衬环1的表面高于支撑机构2的表面。在一个示例性实施例中，在第一位置时，当边缘环3处于半导体器件200下方的部位的表面作为第一表面时，边缘环3的第一表面则低于衬环1的上表面预定高度、且平齐与支撑机构2的上表面。而若将边缘环3的顶部表面作为第一表面，则在第一位置时，边缘环3的第一表面平齐于衬环1的上表面、且高于支撑机构2的上表面预定高度。而当边缘环3位于第二位置时，无论边缘环3的哪个部位的上表面作为第一表面，第一表面都低于支撑机构2的上表面，也低于衬环1的上表面。
在一些可选的实施例中，动件机构5包括至少两组升降装置，至少两组升降装置间隔分布在边缘环3的下方、并且同步运行。例如，在边缘环3的正下方、沿边缘环3的周向等间隔设置3组或4组升降装置，3组或4组升降装置同步运行，从而带动边缘环3在第一位置和第二位置之间平稳移动。示例性地，升降装置可以选用电动伸缩杆或液压伸缩杆等伸缩机构。
动件机构5用于实现边缘环3在第一位置和第二位置之间的运动，而加热单元41则用于实现边缘环3的温度变化，因此，加热单元41位于边缘环3与动件机构5之间，并且加热单元41随着边缘环3的运动而运动。示例性地，加热单元41被夹持在边缘环3的底面与动件机构5的顶面之间。在一些实施例中，加热单元41与边缘环3的底部固定连接，例如，嵌入边缘环3的底面。在另一些实施例中，加热单元41设置在动件机构5的顶面上，例如，加热单元41可以是与动件机构5的顶面固定连接，也可以是嵌入动件机构5的顶面内。
在一些实施例中，衬环1、支撑机构2和边缘环3之间设置有空腔6；边缘环3处于第二位置时，边缘环3位于空腔6内，以利于对边缘环3进一步操作。
在一些实施例的半导体刻蚀设备中，支撑机构2包括支撑单元21。半导体刻蚀设备还包括清洁机构7，清洁机构7的气体出口701设置在支撑单元21的周壁上，经气体出口701喷出的气体的流向是朝向空腔6内。而动件机构5则位于支撑单元21的径向周壁之外，并且边缘环3的内径大于或等于支撑单元21设置气体出口701处的直径，在动件机构5的带动下，边缘环3可以相对于支撑单元21的外壁运动。当边缘环3处于第二位置时，边缘环3的第一表面与清洁机构7的气体出口701的位置相适应，以便于经气体出口701喷出的气体对边缘环3的表面沉积的颗粒进行清洁，从而避免边缘环3的表面在蚀刻过程中产生的颗粒沉积而对蚀刻过程的污染。其中，边缘环3的第一表面与清洁机构7的气体出口701的位置相适应，是指边缘环3的第一表面处于气体出口701中喷出的气体的喷吹范围内，例如，边缘环3的第一表面位于气体出口701对应的高度范围内，或者平齐于或低于气体出口701的底端。
图9是一示例性实施例中边缘环3位于第二位置时的半导体刻蚀设备的纵截面示意图，图10为图9的A部放大图。综合图9和图10所示，在本实施例中，边缘环3处于第二位置时，边缘环3的第一表面位于清洁机构7的气体出口701的下方。需要注意的是，此时边缘环3的第一表面并非位于气体出口701的下方过多的位置，而是略低于气体出口701的底部边缘，仍处于经气体出口701喷出的气体的喷吹范围内。
在一些可选的实施例中，清洁机构7的气体出口701被设置为按照下述方式中的一种：
沿支撑单元21的周壁设置为环状的气体出口；
沿支撑单元21的周壁设置多个孔状的气体出口，例如，在支撑单元21周壁的同一高度上沿周向等间隔设置8个或10个或12个气体出口。
示例性地，经由气体出口701喷出的气体可以为压缩空气。在另一个示例性实施例中，清洁机构7可以采用惰性气体，即经气体出口701喷出的气体为惰性气体，例如氮气，可以避免空气中的水分或氧气等成分对半导体刻蚀设备的零部件造成不良影响。
图11是本公开的半导体刻蚀设备的一种示例性实施例的纵截面示意图。参照图11所示，在一些实施例中，清洁机构7还包括第一驱动装置71，所第一驱动装置71通过供气通路702与气体出口701相连通。
当对半导体器件200蚀刻完毕后，启动动件机构5，带动边缘环3运动至第二位置，然后启动第一驱动装置71，通过供气管路702供给气体(例如N2)，气体经气体出口701向边缘环3表面喷出，对边缘环3表面沉积的颗粒进行喷吹、清洁。例如，将沉积在边缘环3表面上的颗粒吹进空腔6中。
需要指出的是，本公开的半导体刻蚀设备中，清洁机构7是在支撑机构2上未放置半导体器件200时，对边缘环3进行清洁的，即，清洁机构7是在设备不进行刻蚀或者刻蚀完成后进行清洁操作，这样可以防止在清洁过程中对半导体器件200造成污染。
在一些实施例中，本公开的半导体刻蚀设备还包括抽吸机构8，用于抽吸从边缘环3表面清洁后的沉积颗粒，例如，清洁机构7喷吹至空腔6内沉积的颗粒，或者在清洁机构7清洁的过程中直接抽吸被清洁机构7喷吹而悬浮的颗粒。示例性地，抽吸机构8的吸入口801设置在衬环1的内周壁上或者空腔6的顶部。
在一些实施例中，边缘环3处于第二位置时，抽吸机构8的吸入口801位于边缘环3第一表面的下方，以便于抽吸被沉积在空腔6底部的颗粒。同时，抽吸机构8的吸入口801的位置可以低于清洁机构7的气体出口701的位置。
示例性地，抽吸机构8的吸入口801被设置为按照下述方式中的一种：
沿衬环1的内周壁设置为环状吸入口801；
沿衬环1的内周壁设置多个吸入口801，例如，在衬环1的内周壁上等间隔设置12个或18个吸入口801。
在一些实施例中，抽吸机构8还包括第二驱动装置81，第二驱动装置81通过抽气通路802与吸入口801相连通。其抽吸原理是，第二驱动装置81通过抽气通路802和吸入口801抽取空腔6内的气体，一方面，空腔6内沉积或悬浮的颗粒在气流的带动下进入抽气通路802而被抽走；另一方面，空腔6内的气体被抽走而导致气压急剧下降，在负压作用下，空腔6内残余的颗粒进一步被抽走。
在一些实施例中，温度控制器42设置在空腔6内，且温度控制器42外周套设有绝缘机构43。绝缘机构43对温度控制器42形成覆盖和遮挡，有效防止边缘环3表面沉积的颗粒被喷吹至温度控制器42上，保证温度控制器42的正常运行。
需要指出的是，在本公开的半导体刻蚀设备中，支撑机构2还包括静电卡盘22，静电卡盘22设置在支撑单元21上，用于固定待蚀刻的半导体器件200。当边缘环3处于第一位置时，边缘环3套设在静电卡盘22上，且边缘环3的第一表面与静电卡盘22的上表面相适配。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (17)

1.一种半导体刻蚀设备，其特征在于，所述半导体刻蚀设备包括：
衬环；
支撑机构；
边缘环，所述边缘环设置在所述衬环和所述支撑机构之间；
温控机构，所述温控机构包括加热单元，所述加热单元设置在所述边缘环的下方；
所述温控机构还包括温度控制器，与所述加热单元电连接。
2.根据权利要求1所述的半导体刻蚀设备，其特征在于，所述加热单元设置在所述边缘环的正下方。
3.根据权利要求1所述的半导体刻蚀设备，其特征在于，所述加热单元包括：
环状结构的加热单元；或者，
多个间隔设置的加热单元。
4.根据权利要求1所述的半导体刻蚀设备，其特征在于，所述半导体刻蚀设备还包括动件机构，所述动件机构位于所述边缘环的正下方，用于在预设条件下带动所述边缘环相对于支撑机构在第一位置和第二位置之间运动；
所述边缘环处于第一位置时，所述边缘环的第一表面与所述衬环的表面和/或所述支撑机构的表面相适配；所述边缘环处于第二位置时，所述边缘环的第一表面低于所述衬环的表面和/或所述支撑机构的表面。
5.根据权利要求4所述的半导体刻蚀设备，其特征在于，所述加热单元设置在所述动件机构的顶面上。
6.根据权利要求4所述的半导体刻蚀设备，其特征在于，所述动件机构包括至少两组升降装置，所述至少两组升降装置等间隔分布在所述边缘环的正下方。
7.根据权利要求4所述的半导体刻蚀设备，其特征在于，所述衬环、所述支撑机构和所述边缘环之间设置有空腔；
所述边缘环处于第二位置时，所述边缘环位于所述空腔内。
8.根据权利要求7所述的半导体刻蚀设备，其特征在于，所述支撑机构包括支撑单元；
所述半导体刻蚀设备还包括清洁机构，所述清洁机构的气体出口设置在所述支撑单元的周壁上；
所述边缘环处于第二位置时，所述边缘环的第一表面与所述清洁机构的气体出口的位置相适应。
9.根据权利要求8所述的半导体刻蚀设备，其特征在于，所述边缘环处于第二位置时，所述边缘环的第一表面位于所述清洁机构的气体出口的下方。
10.根据权利要求9所述的半导体刻蚀设备，其特征在于，所述清洁机构的气体出口被设置为按照下述方式中的一种：
沿所述支撑单元的周壁设置为环状的气体出口；
沿所述支撑单元的周壁设置多个孔状的气体出口。
11.根据权利要求10所述的半导体刻蚀设备，其特征在于，所述清洁机构还包括第一驱动装置，所第一驱动装置通过供气通路与所述气体出口相连通。
12.根据权利要求8所述的半导体刻蚀设备，其特征在于，所述半导体刻蚀设备还包括抽吸机构，所述抽吸机构的吸入口设置在所述衬环的内周壁上。
13.根据权利要求8所述的半导体刻蚀设备，其特征在于，所述边缘环处于第二位置时，所述抽吸机构的吸入口位于所述边缘环第一表面的下方。
14.根据权利要求13所述的半导体刻蚀设备，其特征在于，所述抽吸机构的吸入口被设置为按照下述方式中的一种：
沿所述衬环的内周壁设置为环状吸入口；
沿所述衬环的内周壁设置多个吸入口。
15.根据权利要求13所述的半导体刻蚀设备，其特征在于，所述抽吸机构还包括第二驱动装置，所述第二驱动装置通过抽气通路与所述吸入口相连通。
16.根据权利要求7所述的半导体刻蚀设备，其特征在于，所述温度控制器设置在所述空腔内，且所述温度控制器外周套设有绝缘机构。
17.根据权利要求8所述的半导体刻蚀设备，其特征在于，所述支撑机构还包括静电卡盘，所述静电卡盘设置在所述支撑单元上。
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