一种聚焦环及晶边刻蚀装置

技术领域

本公开属于半导体加工技术领域，特别涉及一种聚焦环及晶边刻蚀装置。

背景技术

现如今半导体集成电路逐渐成熟，制程的要求的精度越来越高。对产品的良率要求也越来越高。目前在干法刻蚀过程中，特别是对晶圆的刻蚀，由于在一般的刻蚀过程中，刻蚀的区域主要为晶圆的功能区域，而晶圆的边缘区域(非功能区域)不会被刻蚀或少量刻蚀，这就造成了在多次沉积和刻蚀过程中，晶圆的边缘区域的膜层越来越厚，在后续工艺制程中会产生边缘剥落的风险，因此需要对晶圆的边缘进行刻蚀，然而由于相关技术中刻蚀设备中的现有聚焦环(Focus Ring，FR)本身设计缺陷的问题，导致晶圆边缘的斜面(bevel)刻蚀不均匀，从而导致边缘斜面剥离碎片颗粒或其他刻蚀副产物散落到晶圆的功能区域，进而影响产品的质量造成产品良率降低，严重地还会导致边缘缺口发生破片的情况进而导致产品报废。

因此，需要设计一种聚焦环及晶边刻蚀装置，以解决上述技术问题。

发明内容

针对上述问题，本公开提供了一种聚焦环，所述聚焦环，用于对晶圆进行限位，所述聚焦环的第一表面具有环形凹槽，其中，所述第一表面至少部分位于所述晶圆的边缘区域的下方。

进一步地，所述环形凹槽具有开口，所述晶圆的边缘区域的外周轮廓沿竖直方向的投影位于所述开口内或与所述开口靠近所述晶圆的中心的一侧边缘对齐。

进一步地，所述开口远离所述晶圆的中心的一侧在水平方向上不低于放置在所述载台上的所述晶圆的上表面。

进一步地，所述聚焦环上的第二表面与所述第一表面相互衔接，所述第二表面设置为朝向所述晶圆的边缘区域倾斜。

进一步地，所述第二表面远离所述晶圆的一侧在所述水平方向上高于所述晶圆的上表面。

进一步地，所述聚焦环上设有第三表面，其中，

所述第三表面与所述第二表面相互衔接。

进一步地，所述环形凹槽的一侧侧壁与竖直方向之间具有第一夹角。

进一步地，所述第二表面与水平面之间具有第二夹角。

进一步地，所述环形凹槽的槽身至少一处在水平方向上的尺寸大于所述开口在水平方向上的尺寸。

进一步地，所述环形凹槽的侧壁在水平方向上的尺寸沿所述开口朝向所述环形凹槽的底部的方向逐渐增大。

另一方面，本发明还提供一种晶边刻蚀装置，用于对晶圆的边缘区域进行刻蚀，所述晶边刻蚀装置包括：

载台，用于承载所述晶圆并使所述晶圆保持水平；

上述的聚焦环，位于所述载台的外侧。

进一步地，所述晶边刻蚀装置还包括：

隔离环，用于承载和固定聚焦环。

进一步地，隔离环的上表面设有凸起，聚焦环的底部表面设有卡槽，所述卡槽卡入所述凸起上。

进一步地，所述栽台还用于对晶圆进行温度控制。

进一步地，在晶圆放置在栽台上时，所述聚焦环包围住晶圆。

本公开提供了一种聚焦环及晶边刻蚀装置，可以改善晶圆的边缘刻蚀的均匀性；有效地解决晶圆边缘斜面剥离等问题，大大提高了产品的良率。

本公开的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本公开而了解。本公开的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一个简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施例，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示出了根据本公开实施例的聚焦环和晶圆的安装在干法刻蚀反应腔室内的示意图。

图2示出了根据本公开实施例的聚焦环与晶圆相对位置关系的局部示意图。

图3示出了根据本公开实施例的聚焦环的部分剖面图。

图4示出了根据本公开实施例的聚焦环上的第二表面与环形凹槽的另一侧侧壁的顶部不相互衔接时，聚焦环的的部分剖面图。

图5示出了根据本公开实施例的环形凹槽采用方案1)时，聚焦环的部分剖面图。

图6示出了根据本公开实施例的环形凹槽采用方案2)时，聚焦环的部分剖面图。

图7示出了根据本公开实施例的环形凹槽采用方案3)时，聚焦环的部分剖面图。

图8示出了根据本公开实施例的环形凹槽3的另一侧侧壁开设有内槽时，聚焦环的部分剖面图。

图9示出了根据本公开实施例的图2俯视方向，晶圆与聚焦环的安装尺寸图。

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、完整地说明，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，本领域普通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。

本公开的实施例公开的一种聚焦环及晶边刻蚀装置，其中，示例性的，本公开采用的刻蚀为干法刻蚀，干法刻蚀是用等离子体进行薄膜刻蚀的技术。当气体以等离子体形式存在时，它具备两个特点：一方面等离子体中的这些气体化学活性比常态下时要强很多，根据被刻蚀材料的不同，选择合适的气体，就可以更快地与材料进行反应，实现刻蚀去除的目的；另一方面，还可以利用电场对等离子体进行引导和加速，使其具备一定能量，当其轰击被刻蚀物的表面时，会将被刻蚀物材料的原子击出，从而达到利用物理上的能量转移来实现刻蚀的目的。因此，干法刻蚀是晶圆2片表面物理和化学两种过程平衡的结果。

本公开提供的一种聚焦环，通过在原有聚焦环的反复实验研究的基础上，重新设计研究出新型形状/厚度/角度的新型聚焦环，进而影响改善干法刻蚀腔体内对晶圆的边缘刻蚀过程中，在晶圆边缘区域附近等离子体刻蚀的方向性和浓度以及刻蚀副产物的收集，进而大大提高了晶圆边缘的刻蚀均匀性，解决了晶圆边缘斜面剥离的问题，也大大减少了产品的缺陷数量，进而减少对产品质量和良率的影响。

下面进行详细地描述。

在本公开的一个实施例中，提供了一种聚焦环，其中，本实施例中，

所述聚焦环1的第一表面11具有环形凹槽3，其中，所述第一表面11至少部分位于晶圆的边缘区域的下方，多晶硅为圆盘状，晶圆的边缘区域包括晶圆外周轮廓朝向晶圆中心缩进D mm的范围，其中，示例性的D为5。

在本公开的一个实施例中，还提供一种晶边刻蚀装置，所述装置包括：

载台，用于承载所述晶圆并使所述晶圆保持水平；

聚焦环1，位于所述载台的外侧。

在公开的一个本实施例中，示例性的，多晶硅可以为指制作硅半导体电路所用的硅晶片，即晶圆，本公开以多晶硅为晶圆2进行示例性的说明。

另外，在本实施例中，聚焦环1是的形状为环形的，如图1(图1是聚焦环1和晶圆2的安装在干法刻蚀反应腔室内的示意图)所示的，多晶硅是放置在干法刻蚀反应腔室内的栽台4上，聚焦环1放置在隔离环5(隔离环5用于承载和固定聚焦环1)上，且栽台4为圆形，其外周面上设有台阶面，隔离环5为环形，隔离环5的内周面设有倒置的台阶面，隔离环5套设于栽台4的外周围，且隔离环5中倒置的台阶面与栽台4上的台阶能够相配合。

其中，在本实施例中，隔离环5的上表面设有凸起，聚焦环1的底部5表面设有卡槽，通过卡槽和凸起的配合，即聚焦环1的底部表面的卡槽能

卡入隔离环5上表面的凸起，使得聚焦环1能稳定的放置在隔离环5上。

且在本实施例中，示例性的，凸起为一个或者多个。

在本实施例中，当凸起为一个时，此时凸起为环形形状，同时，卡槽也为环形形状，从而使得聚焦环1能稳定的放置在隔离环5上。

0在本实施例中，当凸起为多个时，多个凸起均匀的分布在隔离环5的上表面，此时，卡槽也为多个，示例性的，凸起可以为矩形形状，同时卡槽也可以为矩形形状，从而使得聚焦环1能稳定的放置在隔离环5上。

在本实施例中，晶圆2是放置在栽台4上的，栽台4用于承载晶圆2，

且还能对晶圆2进行温度控制(加热达到一定的工艺温度)，晶圆2与栽5台4之间是不固定的，只要晶圆2能稳定的放置在栽台4上就行，例如载

台可以通过静电吸附晶圆2，防止晶圆2位置偏移。且晶圆2的边缘超出栽台4的上表面(需要了解的是，此处的上表面指的是晶圆2需要放置在栽台4上的，且能够与晶圆2接触的面)并横向向外延伸指定的距离(该指

定的距离可根据需要进行设置，在这里不做限制)，且在该指定距离下，0晶圆2与安装好的聚焦环1之间还保持着一定的距离，该距离为可为晶圆2

提供有限的活动空间，使得晶圆2在放入聚焦环1或在聚焦环1取出时，不会干扰聚焦环1。

在本公开的一个实施例中，当晶圆2放置在栽台4上时，聚焦环1能

包围住晶圆2，且如图2(图2是，聚焦环1与晶圆2相对位置关系的局部5示意图)所示的，晶圆2能覆盖住聚焦环1的一部分，下面进行详细的描述。

在本实施例中，可以将本公开提出的聚焦环1设有几个表面，即第一表面11、第二表面12、第三表面13、第四表面14、第五表面15以及第六表面16，下面对第一表面11、第二表面12、第三表面13、第四表面14、第五表面15以及第六表面16进行以下的详细描述。

在本实施例中，以图3中的聚焦环1为示例性的说明，聚焦环1的第三表面13为聚焦环1的上表面，第五表面15为聚焦环1的下表面，其中，聚焦环1的上表面与聚焦环1的下表面相互平行，需要了解的是，根据需求，聚焦环1的上表面与聚焦环1的下表面可不相互平行，以便为后期的改造提供基础(在这里不做赘述)。

在本实施例中，以图3(图3是聚焦环1的部分剖面图)中的聚焦环1为示例性的说明，聚焦环1的第三表面13与所述第二表面12相互衔接，其中，示例性的，所述第二表面12设置为朝向所述晶圆的边缘区域倾斜。

在本实施例中，以图3中的聚焦环1为示例性的说明，聚焦环1的第四表面14与所述第一表面11相互衔接，其中，示例性的，第四表面14为斜面。

在本实施例中，以图3中的聚焦环1为示例性的说明，聚焦环1的第六表面为聚焦环1的内周面，且所述第六表面16与第四表面14相互衔接。

在本公开的一个实施例中，示例性的，聚焦环1上的第一表面11与第五表面15之间均平行，且在本实施例中，第一表面11与第五表面15之间均平行只是一个示例性的说明，只要其高度不超过栽台4的高度均在本公开的保护范围内。

在本公开的一个实施例中，所述环形凹槽3用于收集晶圆2的副产物颗粒，示例性的，晶圆2的副产物颗粒是在晶圆2的边缘在刻蚀过程中，产生一些碎屑物，这些晶圆2的副产物颗粒的碎屑物容易飘散，且还会飘散至晶圆2的上表面(此处的上表面，指的是晶圆2需要被刻蚀的表面)。

在本公开的一个实施例中，所述开口远离所述晶圆2的中心的一侧在水平方向上不低于放置在所述载台上的所述晶圆2的上表面。且由于所述环形凹槽3具有开口，且晶圆2的边缘区域的外周轮廓沿竖直方向的投影位于所述开口内或与所述开口靠近所述晶圆2的中心的一侧边缘对齐，因此，能保证在对晶圆2的边缘进行刻蚀时，所产生的副产物颗粒能顺利落入至凹槽中，且能最大程度得落入凹槽中，而不会落入凹槽的外面。

在本公开的一个实施例中，所述聚焦环1上的第二表面12与环形凹槽3的另一侧侧壁的顶部相互衔接，即在本实施例中，第一表面11与第二表面12之间没有相互衔接，而是被环形凹槽3隔开了。

在本公开的一个实施例中，所述环形凹槽3的一侧侧壁与所述竖直面之间具有第一夹角A1，该第一夹角A1是图3中，环形凹槽3的一侧侧壁以环形凹槽3的一侧侧壁与环形凹槽3内部的底面连接处，顺时针旋转方向确定的，示例性的，第一夹角A1为25°～30°，即在本实施例中，也可以以与第三表面13平行的第一表面11的为基准，环形凹槽3的一侧侧壁与第一表面11之间存在着夹角，该夹角是图3中，环形凹槽3的一侧侧壁以环形凹槽3的一侧侧壁与第一表面11连接处，逆时针旋转方向确定的，并且示例性的，该夹角为90°-(25°～30°)＝60°～65°。另外，在本实施例中，基于第一夹角A1为25°～30°的基础上，对第一夹角A1简单的改变，也在本公开的保护范围内。本实施例中，通过设置的第一夹角A1，使得晶圆的副产物颗粒能顺利的落入至环形凹槽3的底部。

在本公开的一个实施例中，所述第二表面12与水平面之间具有第二夹角A2，该第二夹角A2是图3中，第二表面12以第二表面12与环形凹槽3的一侧侧壁连接处，顺时针旋转方向确定的，示例性的，第二夹角A2为30°～35°，在本实施例中，也可以以第三表面13为基准，第二表面12与第三表面13之间存在着夹角，该夹角是图3中，第二表面12以第二表面12与第三表面13连接处，逆时针旋转方向确定的，并且示例性的，该夹角为180°-(30°～35°)＝145°～150°。在本实施例中，基于第二夹角A2简单的改变，也在本公开的保护范围内。

由于在未设置倾斜的第二表面12时，晶圆2的边缘区域易被等离子体刻蚀消耗从而产生剥离碎片颗粒散落到晶圆功能区域，且在晶圆2的边缘区域的等离子体相对于晶圆边缘为侧向刻蚀，刻蚀效果差且容易导致刻蚀不均匀，而在本实施例中，基于第二夹角A2，设计具有斜面的第二表面12，可以改变等离子体的刻蚀方向，即在晶圆边缘区域的等离子体朝向晶圆的边缘区域聚拢，由于晶圆的边缘区域包括一部分水平表面和一部分斜面，经改变方向后的等离子体对斜面的刻蚀更加均匀。即在设置第二表面12后，等离子体在轰击到聚焦环1的第二表面12后，易改变方向，从而朝向晶圆边缘区域，则晶圆边缘区域的等离子体浓度比未设置倾斜的第二表面12前高，且也会影响正常竖直下来的等离子体轰击方向，使这附近的等离子体方向倾斜，从而使得等离子体更为聚拢，使晶圆边缘区域的斜面刻蚀效果更好，环形凹槽3的设计配合斜面的第二表面12和聚拢的等离子体进一步使副产物颗粒而不易污染到晶圆2的表面。

另外，在本实施例中，在上述第二夹角A2为30°～35°的基础上，可以看出第二表面12与环形凹槽3的一侧侧壁之间也具有夹角，该夹角是图3中，第二表面12以第二表面12与环形凹槽3的一侧侧壁连接处，顺时针旋转方向确定的，示例性的，该夹角为90°+(30°～35°)＝120°～125°。

在本公开的一个实施例中，为了加强限制多晶硅的副产物颗粒飘散至多晶硅(即示例性的为晶圆2)表面，本实施例中,环形凹槽3也可以采用方案1)：环形凹槽3顶部的尺寸设置小于环形凹槽3底部的尺寸，具体的：

如图5(图5为环形凹槽3顶部的尺寸设置小于环形凹槽3底部的尺寸的第一种方式的聚焦环1的结构图)所示的，所述环形凹槽3的一侧侧壁与环形凹槽3内部的底面之间具有第三夹角A3，该第三夹角A3是图5中，环形凹槽3的一侧侧壁以环形凹槽3的一侧侧壁与环形凹槽3内部的底面连接处，顺时针旋转方向确定的，示例性的，第三夹角A3为60°～90°，在本实施例中，也可以以与第三表面13平行的第一表面11的为基准，环形凹槽3的一侧侧壁与第一表面11之间存在着夹角，该夹角是图5中，环形凹槽3的一侧侧壁以环形凹槽3的一侧侧壁与第一表面11连接处，顺时针旋转方向确定的，并且示例性的，该夹角为90°-(25°～30°)＝60°～65°。

另外，在本实施例中，基于第三夹角A3为25°～30°的基础上，对第三夹角A3简单的改变，也在本公开的保护范围内，且在本实施例中，环形凹槽3的另一侧侧壁与第二表面12之间的夹角可保持不变(即采用上述的120°～125°)。

通过方案1)，副产物颗粒能进一步的更为聚拢，从而更加不易地二次飘散到晶圆表面。

在本公开的一个实施例中，为了加强限制多晶硅的副产物颗粒飘散至晶圆2表面，本实施例中,环形凹槽3也可以采用方案2)：环形凹槽3顶部的尺寸设置小于环形凹槽3底部的尺寸，具体的：

如图6(图5为环形凹槽3顶部的尺寸设置小于环形凹槽3底部的尺寸的第二种方式的聚焦环1的结构图)所示的，所述环形凹槽3的另一侧侧壁与环形凹槽3内部的底面之间具有第四夹角A4，该第四夹角A4是图6中，环形凹槽3的另一侧侧壁以环形凹槽3的一侧侧壁与环形凹槽3内部的底面连接处，逆时针旋转方向确定的，示例性的，第四夹角A4为60°～90°。且在本实施例中，环形凹槽3的一侧侧壁与第一表面11之间的夹角为60°～90°，即在图6中，该夹角是环形凹槽3的一侧侧壁以环形凹槽3的一侧侧壁与第一表面11连接处，顺时针旋转方向确定的。

另外，在本实施例中，基于第四夹角A4为25°～30°的基础上，对第三夹角A3简单的改变，也在本公开的保护范围内。且在本实施例中，

通过方案2)，副产物颗粒也能进一步的更为聚拢，从而更加不易地二次飘散到晶圆表面。

在本公开的一个实施例中，为了加强限制多晶硅的副产物颗粒飘散至晶圆2表面，本实施例中,环形凹槽3也可以采用方案3)：环形凹槽3顶部的尺寸设置小于环形凹槽3底部的尺寸，具体的：

在本实施例中，方案3)综合了方案1)和方案2)，即如图7所示的，在本实施例中，所述环形凹槽3的一侧侧壁与环形凹槽3内部的底面之间具有第三夹角A3，该第三夹角A3是图7中，环形凹槽3的一侧侧壁以环形凹槽3的一侧侧壁与环形凹槽3内部的底面连接处，顺时针旋转方向确定的，示例性的，第三夹角A3为25°～30°，在本实施例中，也可以以与第三表面13平行的第一表面11的为基准，环形凹槽3的一侧侧壁与第一表面11之间存在着夹角，该夹角是图7中，环形凹槽3的一侧侧壁以环形凹槽3的一侧侧壁与第一表面11连接处，顺时针旋转方向确定的，并且示例性的，该夹角为90°-(25°～30°)＝60°～65°。

所述环形凹槽3的另一侧侧壁与环形凹槽3内部的底面之间具有第四夹角A4，其中，该第四夹角A4是图7中，环形凹槽3的另一侧侧壁以环形凹槽3的一侧侧壁与环形凹槽3内部的底面连接处，逆时针旋转方向确定的，示例性的，第四夹角A4为25°～30°。且在本实施例中，环形凹槽3的一侧侧壁与第一表面11之间的夹角为90°，即在图7中，该夹角是环形凹槽3的一侧侧壁以环形凹槽3的一侧侧壁与第一表面11连接处，顺时针旋转方向确定的。

在本实施例中，通过将方案1)和方案2)，使得副产物颗粒的聚拢效果更佳明显，也更进一步地，防止副产物颗粒二次飘散至晶圆2的上表面。

在本公开的一个实施例中，如图2和图9所示的，图9是图2的俯视方向的结构示意图，在本实施例中，示例性的，图2和图9中的φ300表示晶圆2的直径为300mm；图2和图9中的φ318表示环形凹槽3中，环形凹槽3另一侧侧壁形成的环圈直径为318mm，图9中，φ368mm表示聚焦环1的外直径，即第三表面13的外侧直径为368mm；图9中的φ338表示第二表面12的外侧直径；在图2中，环形凹槽3的内部底面与聚焦环1的第五表面15的距离为1.5～2.3mm；在图2中，聚焦环1的第五表面15与环形凹槽3另一侧侧壁的顶部之间的距离为3～4.0mm；在图2中，聚焦环1的第五表面15与聚焦环1的第一表面之间的距离为2.4～2.5mm。

在本实施例中，需要了解的是，图2和图9所示的各个部分的尺寸，只是对于本实施例进行示例性的说明，基于此，各个部分尺寸做一些简单的改变，也在本实施例的范围内。

在本公开的一个实施例中，如图4所示的，所述聚焦环1上的第二表面12与环形凹槽3的另一侧侧壁的顶部也可以不相互衔接，此时，第一表面11与第二表面12之间有相互衔接的部分，即此时，第一表面11被环形凹槽3隔开从而分为两个部分，分别为环形凹槽3的左边部分和右边部分，左边部分的第一表面11与第四表面14相互衔接，右边部分的第一表面11与第二表面12相互衔接。需要了解的，在本实施例中，左边和右边只是以图4进行示例性的说明的方向，不代表一定是在环形凹槽3的左边和右边。在本实施例中，对晶圆的边缘进行刻蚀时，所产生的副产物颗粒也能顺利落入至凹槽中。

在本公开的一个实施例中，所述环形凹槽3的槽身至少一处在水平方向上的尺寸大于所述开口在水平方向上的尺寸，且在本实施例中，环形凹槽3的一侧侧壁或环形凹槽3的另一侧侧壁(如图8所示)开设有内槽31。通过开设的内槽31，从而使得对晶圆2的边缘进行刻蚀时，所产生的副产物颗粒更加不易地二次飘散到晶圆表面。至于内槽的尺寸和形状，可以根据需要进行设置，本实施例中，不做限制。

另一方面，在本公开的一个实施例中，还提供一种晶边刻蚀装置的设计方法，其中，所述方法包括：

在所述聚焦环1上的第一表面11开设环形凹槽3，其中，

所述聚焦环1用于对多晶硅进行限位；

所述第一表面11能位于多晶硅的下方。

本公开提供的一种晶边刻蚀装置的设计方法中，其他各个步骤实现的功能以及实现方式与本公开中一种晶边刻蚀装置中，各个部件实现的功能以及实现方式对应一致，因此，此处不再赘述。

在上述方法的基础上，本公开还提供一种调控设备，所述设备包括：

存储器，用于存储程序指令；

处理器，用于调用所述存储器中存储的程序指令，按照获得的程序执行上述的方法。

在上述方法的基础上，本公开还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该计算机程序被处理器执行时实现上述的方法。

综上，本公开提供的一种晶边刻蚀装置特点如下：

本公开通过在原有聚焦环的反复实验研究的基础上，重新设计研究出了干法刻蚀反应腔室内，新型形状/厚度/角度的的聚焦环，进而大大提高了晶圆边缘的刻蚀均匀性，解决了晶圆边缘斜面剥离的问题，大大减少了产品的缺陷数量。

以上所述仅是本公开的较佳实施例而已，并非对本公开做任何形式上的限制，虽然本公开已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本公开，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本公开技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本公开技术方案的内容，依据本公开的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本公开技术方案的范围内。