CN116682779A - 一种改造压环及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种改造压环及其制作方法，涉及半导体制造技术领域，包括以下步骤：1)获取晶圆固定于等离子体刻蚀设备的原压环中进行刻蚀的刻蚀深度数据；根据所述刻蚀深度数据，标记自所述晶圆边缘至晶圆中刻蚀深度发生明显变化的临界位点；2)获取所述晶圆的圆心和半径；获取所述临界位点到所述圆心的距离，作为第一距离；根据所述第一距离和所述半径计算参考数据；3)根据所述参考数据对所述原压环进行内径扩大改造，得到改造压环。本发明在原压环的基础上通过改造扩大压环的内径尺寸，扩大等离子体均匀化的面积，减少等离子体的边缘效应对晶圆的影响，从而提高整个晶圆的刻蚀均匀性。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种改造压环及其制作方法。
背景技术
刻蚀工艺在整个半导体工艺过程中十分重要，其中刻蚀的均匀性是刻蚀工艺中的一项基本的、同时也是最为关键的参数之一。刻蚀均匀性差会影响当前膜层和底下膜层、特别是存在多层金属膜层的半导体芯片制程；如Fbar滤波器，底电极、压电层和上电极等均为金属材质膜层，在当前膜层刻蚀时，均匀性差且与底下膜层的选择比较小时就会影响整个工艺的制程，甚至影响大部分产品的良率。
目前半导体刻蚀设备中刻蚀腔体固定晶圆的方法有两种，一种采用高电压静电吸附的方式，另一种则采用压环固定的方式，两种固定晶圆的方法各有优劣，其中压环固定的方法稳定性高、成本低，是等离子体刻蚀中最常见的一种方式。现有技术中的压环固定的方法存在以下技术问题：压环固定晶圆时，由于压环呈圆环状，等离子体在刻蚀过程中会出现边缘效应，导致接近压环内壁的边缘位置等离子体浓度比中间区域的更多，最终出现边缘刻蚀速率快、中间慢，整体均匀性较差的结果。刻蚀的等离子体边缘效应是因为在刻蚀***中，晶圆和压环的材质不同，其阻抗也不同，此时压环内壁距离晶圆边缘太近，在刻蚀时，离子的运动轨迹往中间偏移，导致边缘刻蚀速率比中间慢，严重影响刻蚀的均匀性。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种改造压环的制作方法，用于改善半导体等离子体刻蚀均匀性，使等离子体的边缘效应进一步边缘化，使得等离子体均匀化的面积变大，从而提高整个晶圆的刻蚀均匀性。
本发明的目的之二在于提供一种改造压环。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种改造压环的制作方法，包括以下步骤：
1)获取晶圆固定于等离子体刻蚀设备的原压环中进行刻蚀的刻蚀深度数据；根据所述刻蚀深度数据，标记自所述晶圆边缘至晶圆中刻蚀深度发生明显变化的临界位点；
2)获取所述晶圆的圆心和半径；
获取所述临界位点到所述圆心的距离，作为第一距离；
根据所述第一距离和所述半径计算参考数据；
3)根据所述参考数据对所述原压环进行内径扩大改造，得到改造压环。
进一步地，步骤3)中，根据所述参考数据对所述原压环进行内径扩大改造的具体计算公式为：
F(X)＝A+2bX；
其中F(X)为改造值；A为原压环的内径；b为校正系数，取值范围为0.8-1.2；X为上述的参考数据。
进一步地，步骤3)中，所述改造压环的制造材料为高温陶瓷。
进一步地，步骤2)中，所述参考数据为所述半径与所述第一距离的差值。
进一步地，所述晶圆的直径范围在4英寸到8英寸之间。
一种改造压环，利用所述的改造压环的制作方法制得。
进一步地，所述改造压环用于晶圆的固定，所述改造压环的内径为173.95±2mm。
进一步地，所述改造压环包括压环主体和多个压脚，多个所述压脚沿周向等距分布于所述压环主体的内侧面上，所述压脚用于与晶圆抵接。
进一步地，所述改造压环应用于AMAT-P5000型刻蚀设备的晶圆刻蚀工艺。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的一种改造压环及其制作方法，在原压环的基础上通过改造扩大压环的内径尺寸，扩大等离子体均匀化的面积，减少等离子体的边缘效应对晶圆的影响，从而提高整个晶圆的刻蚀均匀性。
本发明的改造压环，在半导体刻蚀设备中刻蚀晶圆时，利用该改造压环进行晶圆的固定，能改善半导体等离子体刻蚀均匀性。
附图说明
图1是本发明的一种改造压环的制作方法的流程图。
图2是本发明的一种改善半导体等离子体刻蚀均匀性的改造压环的结构示意图。
图3是本发明的台阶测量点位分布示意图。
其中，1、压环主体；2、压脚。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
本发明以下实施例中的等离子体刻蚀设备采用美国应用材料股份有限公司AMAT(Applied Materials,Inc.)生产的P5000型号刻蚀设备。
发明人发现采用原厂配置的刻蚀设备处理的晶圆时，等离子体刻蚀的边缘效应明显，影响晶圆的刻蚀均匀性。通过研究原厂提供的压环部件结构图意外发现，原压环内径仅有153.95毫米，标准的6英寸晶圆的直径为152.4毫米，因此可知晶圆距离原压环内径仅有约0.8毫米的距离；因此发明人研究改造压环，以解决等离子体刻蚀的边缘效应影响的技术问题，具体的实施例如下：
一种改善半导体等离子体刻蚀均匀性的处理方法，包括以下步骤：
1)获取晶圆固定于等离子体刻蚀设备的原压环中进行刻蚀的刻蚀深度数据；根据所述刻蚀深度数据，标记自所述晶圆边缘至晶圆中刻蚀深度发生明显变化的临界位点；
2)获取所述晶圆的圆心和半径；
获取所述临界位点到所述圆心的距离，作为第一距离；
根据所述第一距离和所述半径计算参考数据；
具体操作包括：根据所述刻蚀深度数据，标记自所述晶圆边缘至晶圆中刻蚀深度发生明显变化的临界位点，在临界位点与圆心所在的直线上，计算晶圆半径和临界位点与圆心之间的第一距离的差值，得到参考数据。
3)根据所述参考数据对所述原压环进行内径扩大改造，得到改造压环，并采用所述改造压环进行晶圆刻蚀。
具体操作包括：根据所述参考数据对所述原压环进行内径扩大改造，具体的改造尺寸可根据参考数据结合实际情况进行调整，作为优选，以所述参考数据作为原压环半径扩大的变量，所述改造压环与原压环的内圆半径差值为所述参考数据的0.8-1.2倍，即所述原压环内径扩大改造后的改造值的计算公式为：F(X)＝A+2bX,其中F(X)为改造值，A为原压环内径，b为校正系数，可根据产品刻蚀均匀性的需要进行调整，较佳的取值范围为0.8-1.2，X为上述的参考数据；然后制造内径为改造值的改造压环，并采用所述改造压环进行晶圆刻蚀。其中所述改造压环的制造材料为耐腐蚀、耐高温的高化学稳定材料，且该种材料不会影响腔体内等离子体的形成，如该材料应当避免在打射频时出现打火或者放电等情况，作为优选，材料为高温陶瓷(包括但不限于硼化物陶瓷、硅化物陶瓷)或石英玻璃，本实施例的改造压环的制造材料为硅化物高温陶瓷。
实施例1
一种改善半导体等离子体刻蚀均匀性的处理方法，如图1所示，包括以下步骤：
1)通过6英寸晶圆固定于等离子体刻蚀设备的原压环中对标准的6英寸晶圆进行刻蚀，检测刻蚀后的晶圆表面的均匀性，获取刻蚀深度数据；其中，原压环内径为153.95毫米，标准的6英寸晶圆的直径为152.4毫米，晶圆距离原压环内径仅有约0.8毫米的距离；
2)根据所述刻蚀深度数据，比对得到位于所述晶圆边缘处的浅蚀区域，沿径向测量所述浅蚀区域的宽度，得到参考数据；本实施例通过测量浅蚀区域的宽度，确定参考数据为10毫米；
3)对所述原压环进行内径扩大改造，得到改造压环，并采用所述改造压环进行晶圆刻蚀。
具体地，内径扩大改造的具体计算公式为：F(X)＝A+2bX；
其中F(X)为改造值；A为原压环的内径；b为校正系数，本实施例的取值范围为1；X为上述的参考数据。
所述原压环内径为153.95毫米，本实施例内圆外扩半径差值为参考数据，即内径外扩20毫米，得到的改造压环内径为173.95毫米，此时晶圆边缘距离压环内径约10.8毫米。
如图2所示，所述改造压环包括压环主体1和压脚2，所述压脚2沿周向等距分布于所述压环主体1的内侧面上，所述压脚2用于与晶圆抵接。所述改造压环与原压环的结构差异仅在于压环主体1内径及压脚2长度不同，其余部分应当与原压环相同，使改造压环可替换所述原压环在相同的设备中使用。其中压环主体内径为173.95毫米，压脚高度为10.8毫米。
实施例2
一种改善半导体等离子体刻蚀均匀性的处理方法，与实施例1的不同点在于：
本实施例用于4英寸晶圆的处理，改造压环的内径为118.8毫米，此时晶圆边缘距离压环内径约8.6毫米。
实施例3
一种改善半导体等离子体刻蚀均匀性的处理方法，与实施例1的不同点在于：
本实施例用于8英寸晶圆的处理，改造压环的内径为227.8毫米，此时晶圆边缘距离压环内径约12.3毫米。
性能测试
刻蚀均匀性实验
一、实验方法
包括以下步骤：
1、用硅基的晶圆通过PVD沉积3000A以上的ALScN膜层，ALScN膜层的均匀性要求小于1.5％，用原厂的原压环连续刻蚀3片上述条件的6英寸晶圆，编号分别为1-3。
2、用高温陶瓷材料制备实施例1的改造压环，再将改造压环装配到AMAT-P5000型刻蚀设备的刻蚀腔内，连续刻蚀和步骤1相同要求的3片含ALScN膜层的晶圆，编号分别为4-6。
3、将上述晶圆的光刻胶去除，再用台阶仪进行台阶测量，台阶测量点位为9点，点位示意图为图3。
二、实验结果
根据上述台阶测量数据进行均匀性计算，结果如表1所示。
表1
参照表1，本发明改造压环的均匀性小于8.2％，远低于采用原压环的检测数据，说明本发明在原压环的基础上通过改造扩大压环后，减少等离子体的边缘效应对晶圆的影响，从而提高整个晶圆的刻蚀均匀性。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种改造压环的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)获取晶圆固定于等离子体刻蚀设备的原压环中进行刻蚀的刻蚀深度数据；根据所述刻蚀深度数据，标记自所述晶圆边缘至晶圆中刻蚀深度发生明显变化的临界位点；
2)获取所述晶圆的圆心和半径；
获取所述临界位点到所述圆心的距离，作为第一距离；
根据所述第一距离和所述半径计算参考数据；
3)根据所述参考数据对所述原压环进行内径扩大改造，得到改造压环。
2.如权利要求1所述的改造压环的制作方法，其特征在于，步骤3)中，根据所述参考数据对所述原压环进行内径扩大改造的具体计算公式为：
F(X)＝A+2bX；
其中F(X)为改造值；A为原压环的内径；b为校正系数，取值范围为0.8-1.2；X为上述的参考数据。
3.如权利要求1所述的改造压环的制作方法，其特征在于：步骤3)中，所述改造压环的制造材料为高温陶瓷。
4.如权利要求1所述的改造压环的制作方法，其特征在于，步骤2)中，所述参考数据为所述半径与所述第一距离的差值。
5.如权利要求1所述的改造压环的制作方法，其特征在于：所述晶圆的直径范围在4英寸到8英寸之间。
6.一种改造压环，其特征在于：利用权利要求1-5任一项所述的改造压环的制作方法制得。
7.如权利要求6所述的改造压环，其特征在于：所述改造压环包括压环主体(1)和多个压脚(2)，多个所述压脚(2)沿周向等距分布于所述压环主体(1)的内侧面上，所述压脚(2)用于与晶圆抵接。
8.如权利要求7所述的改造压环，其特征在于：所述改造压环用于晶圆的固定，所述改造压环的内径为173.95±2mm。
9.如权利要求8所述的改造压环，其特征在于：所述改造压环应用于AMAT-P5000型刻蚀设备的晶圆刻蚀工艺。
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