用于半导体处理设备的聚焦环及半导体处理设备的制作方法

本实用新型涉及晶圆生产制造加工设备领域，具体涉及一种用于半导体处理设备的聚焦环及半导体处理设备。

背景技术：

在晶圆处理过程中，经常需要使用聚焦环聚拢等离子体，以增加晶圆表面和边缘区域的等离子体浓度，从而增加等离子体浓度的均匀性，保证晶圆生产的工艺要求。

例如在使用等离子体刻蚀晶圆的过程中，在刻蚀工艺机台的刻蚀腔体内设置聚焦环以聚拢等离子，增加刻蚀晶圆的均匀程度。在刻蚀过程中，由于等离子体的轰击，刻蚀腔体中会产生大量副产物。大部分刻蚀生成的副产物会被分子泵抽离出所述刻蚀腔体，但仍会有少数副产物会残留在刻蚀腔体中，沉积于所述聚焦环表面。

随着时间的积累，副产物与聚焦环表面之间的粘附会由于重力作用而变得不牢固，逐渐从所述聚焦环表面剥落，掉落到晶圆上，影响晶圆的品质。

现有技术中，采用缩短机台的清洗周期的方法来清理掉所述刻蚀腔体中剥落的副产物，但采用缩短机台的清洗周期的方法时，会影响机台的工作时长，从而影响机台的产率。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于半导体处理设备的聚焦环及半导体处理设备，能够增大半导体处理过程中生成的副产物与聚焦环表面之间的粘着力，减小残留的半导体处理过程中生成的副产物从聚焦环表面脱落的可能性。

为解决上述技术问题，本实用新型中提供了一种用于半导体处理设备的聚焦环，包括内环和外环，所述内环设置于所述外环所围成的区域中，与所述外环位于同一平面，所述内环的表面设置有吸附结构，用于吸附半导体处理过程中生成的副产物。

可选的，所述吸附结构包括设置在所述内环表面的第一吸附孔；所述第一吸附孔的宽度范围为50nm至15μm。

可选的，所述第一吸附孔均匀分布于所述内环表面，相邻第一吸附孔之间的距离相等。

可选的，所述吸附结构包括位于所述内环的表面的吸附层，且所述吸附层内具有第二吸附孔；所述第二吸附孔的宽度范围为50nm至15μm；所述吸附层的孔隙率为30％～50％。

可选的，所述吸附层将所述内环的表面完全覆盖，所述吸附层的厚度范围为6mm至15mm。

可选的，所述吸附层包括陶瓷膜层、混合纤维素膜和聚砜类微滤膜中的至少一种；所述陶瓷膜层包括氧化铝膜层、氮化铝膜层、氮化铝膜层和氧化铍膜层中的至少一种。

可选的，所述外环的外圆边缘设置有第一倒角面，所述第一倒角面与所述聚焦环所在平面的垂线之间具有第一夹角，且所述第一夹角的范围为30度至60度。

可选的，所述外环的内圆边缘设置有第二倒角面，所述第二倒角面与所述聚焦环所在平面的垂线之间具有第二夹角，且所述第二夹角的范围为30度至60度。

可选的，所述内环与外环均为石英环，所述内环的外径与所述外环的内径相一致，且所述内环与外环贴合。

为了解决上述技术问题，本实用新型中还提供了一种半导体处理设备，包括上述聚焦环。

本实用新型中的用于半导体处理设备的聚焦环，内环设置有吸附结构，所述吸附结构可吸附半导体处理设备在处理过程中生成的副产物，提高副产物与聚焦环的内环的表面之间的粘着力，减小副产物从聚焦环的内环脱落的可能性。

进一步的，由于吸附结构包括吸附层，且所述吸附层为陶瓷膜层、氮化铝膜层、氮化铝膜层和氧化铍膜层中的一种，当所述吸附层覆盖在内环表面时，具有抗等离子轰击的作用，会降低内环在进行刻蚀工艺时的消耗，从而增加所述聚焦环的使用寿命。

本实用新型中的半导体处理设备的聚焦环上设置的吸附结构会吸附残留在聚焦环上反应副产物，防止残留在聚焦环上反应副产物从聚焦环表面脱落，影响到放置在所述半导体处理设备中的晶圆。且将反应副产物吸附到所述聚焦环上后，掉落到半导体处理设备中的反应副产物减少，因此可减少对半导体处理设备进行清理的次数，延长所述半导体处理设备的工作时长，增加产率。

附图说明

图1为本实用新型的一种具体实施方式中的聚焦环的俯视图。

图2为本实用新型的一种具体实施方式中的聚焦环的立体图。

图3为从图2的A-A方向上所述聚焦环的剖面图。

图4为本实用新型的另一种具体实施方式中所述聚焦环的剖面图。

图5为本实用新型的另一种具体实施方式中的聚焦环的俯视图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型提出的一种用于半导体处理设备的聚焦环及半导体处理设备进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。

请参阅图1至图3，其中图1为本实用新型的一种具体实施方式中的聚焦环的俯视图，图2为本实用新型的一种具体实施方式中的聚焦环的立体图，图3为从图2的A-A方向上所述聚焦环的剖面图。所述用于半导体处理设备的聚焦环包括内环102和外环103，所述内环102设置于所述外环103所围成的区域中，与所述外环103位于同一平面，所述内环102的表面设置有吸附结构100，用于吸附半导体处理过程中生成的副产物。

所述吸附结构100包括位于所述内环102的表面的吸附层105，且所述吸附层105内具有第二吸附孔101；所述第二吸附孔101的宽度范围为50nm至15μm；所述吸附层105的孔隙率为30％～50％。

在一种具体实施方式中，所述第二吸附孔101的宽度范围和吸附层105的孔隙率均由所述吸附层105的材料特性所确定。

所述吸附层105将所述内环102的表面完全覆盖，所述吸附层105的厚度范围为6mm至15mm。所述内环102的表面完全被所述吸附层105覆盖，使得所述内环102的整个表面都能吸附反应生成的副产物。所述吸附层105的厚度可根据需要进行设置。

在其他的具体实施方式中，所述吸附层105也可只覆盖在所述内环102外露的部分，在内环102与外环103相贴合的部位不设置吸附层105，以节省吸附层105的用料。在该具体实施方式中，无法通过吸附层105吸附沉积在所述内环102和外环103贴合处的缝隙中的副产物。在实际的使用过程中，可以根据需要设置所述吸附层105的覆盖区域。若半导体处理过程中生成的副产物少，则掉落到所述内环102和外环103贴合处的缝隙中的副产物也少，所述吸附层105可只覆盖在所述内环102外露的部分；若半导体处理过程中生成的副产物多，则掉落到所述内环102和外环103贴合处的缝隙中的副产物也多，则所述吸附层105应当将所述内环102表面完全覆盖。

在一种具体实施方式中，所述吸附层105包括陶瓷膜层、混合纤维素膜和聚砜类微滤膜中的至少一种；所述陶瓷膜层包括氧化铝膜层、氮化铝膜层、氮化铝膜层和氧化铍膜层中的至少一种。可根据需要选取所述吸附层105的材料。在实际选取吸附层105的材料时，需要选择多孔的材料作为吸附层105的材料。可根据所需的孔隙的多少，确定所述吸附层105应当具有的孔隙率，从而确定所述吸附层105的具体材料。

在一种具体实施方式中，所述吸附层105为陶瓷膜层时，利用陶瓷融射技术将陶瓷材料覆盖到所述内环102表面，所述陶瓷融射技术通过电浆熔射喷枪喷出的电浆喷流对陶瓷材料进行加热、加速，从而使陶瓷材料融射在内环102表面，形成陶瓷膜层。在采用高温电浆将陶瓷材料喷覆到所述内环102的表面时，在所述高温电浆的作用下，所述陶瓷膜层中的陶瓷粉形成多孔性气室。采用陶瓷膜层作为吸附层105时，具有耐高温性、超耐候性、耐腐蚀性和化学惰性等优点。

将吸附层105覆盖到所述内环102表面时，所述吸附层105还可以为内环102的表面提供保护，使所述内环102具有一定的抗等离子轰击的能力，减缓内环102在刻蚀工艺中的消耗，延长内环102的使用寿命。

在喷覆形成所述吸附层105时，可重复喷覆，以达到所需的吸附效果。当聚焦环表面的吸附层105被等离子轰击消耗、不能提供足够的吸附作用时，也可在聚焦环表面再次进行吸附层105的喷覆。

在一种具体实施方式中，在对所述聚焦环表面喷覆吸附层105前，可先通过喷砂等操作使所述聚焦环的内环102表面粗糙化，增大将要喷覆的吸附层105与内环102表面之间的粘合性，防止所述吸附层105从所述内环102表面脱落。

在一种具体实施方式中，所述外环103的外表面也覆盖有所述吸附层105，附着在所述外环103表面的副产物被外环103上喷覆的吸附层105的第二吸附孔101所吸附，从而使所述外环103表面粘附的反应生成的副产物难以从所述外环103表面剥落。

当将所述聚焦环放置在刻蚀工艺机台的腔体中时，由于所述聚焦环用于聚焦等离子体，在所述刻蚀工艺机台的工作过程中，所述聚焦环的内环102有更大的几率被刻蚀用的等离子体击中造成损耗，因此，所述聚焦环的内环102的消耗比外环103的消耗要大很多，所述聚焦环的使用寿命主要是由聚焦环的内环102所决定的，即使在外环103上喷覆吸附层105，也无法延长聚焦环的使用寿命。因此，若出于延长所述聚焦环的使用寿命的目的，则通常只在内环102的表面喷覆吸附层105，以节约所述吸附层105的用料。

请参阅图5，为本实用新型的另一种具体实施方式中的聚焦环的俯视图。在该具体实施方式中，所述外环503的外圆边缘设置有第一倒角面504，所述吸附结构包括设置在所述内环502表面的第一吸附孔501，所述第一吸附孔501的宽度范围为50nm至15μm。所述第一吸附孔501均匀分布于所述内环502表面，相邻第一吸附孔501之间的距离相等。在一种具体实施方式中，相邻第一吸附孔501之间的距离相等，为2μm至10μm。

在实际的使用过程中，所述第一吸附孔501的宽度和所述相邻第一吸附孔501之间的距离可根据实际需要进行确定。所述第一吸附孔501的宽度与所述第一吸附孔501的吸附力的大小直接相关，需要根据所需的吸附力的大小确定所述第一吸附孔501的宽度。在确定所述相邻第一吸附孔501之间的距离时，需根据所述半导体处理设备中生成的副产物的数目的多寡来确定。若所述半导体处理设备中生成的副产物的数目较多，则需要吸附的副产物多，所述相邻第一吸附孔501之间的距离较小；若所述半导体处理设备中生成的副产物的数目较少，则需要吸附的副产物少，所述相邻第一吸附孔501之间的距离较大。

在一种具体实施方式中，可通过刻蚀所述聚焦环的内环502的表面，在所述内环502的表面形成所述第一吸附孔501。在该具体实施方式中，可采用干法刻蚀方法或湿法刻蚀方法对覆盖好掩膜的聚焦环的内表面进行刻蚀。

继续参阅图1至图3，在该具体实施方式中，所述内环102与外环103均为石英环。在其他的具体实施方式中，内环102和外环103的材料均为耐等离子腐蚀体，包括三氧化二铝、铝、硅、碳化硅中的至少一种，且所述内环102与外环103的材料可以相同，也可以不同。

在一种具体实施方式中，所述内环102的厚度为1mm至2mm，即所述内环102的外圆半径与内圆半径的差值为1mm至2mm；所述外环103的厚度为1.5mm至2.5mm，即所述外环103的外圆半径与内圆半径的差值为1.5mm至2.5mm。

在一种具体实施方式中，所述内环102的外径与所述外环103的内径相一致，且所述内环102与外环103贴合。在实际的使用过程中，可根据需要设置所述内环102和外环103的内径、外径的大小。

所述外环103的外圆边缘设置有第一倒角面104，所述第一倒角面104与所述聚焦环所在平面的垂线之间具有第一夹角B，且所述第一夹角B的范围为30度至60度。所述外环103的外圆边缘设置有第一倒角面104是为了在对聚焦环上的附着的副产物进行抽取时，防止被抽取的副产物被外环103的外圆边缘所阻挡。

请参阅图4，为另一种具体实施方式中所述聚焦环的剖面图。在该具体实施方式中，所述外环103的内圆边缘设置有第二倒角面401，所述第二倒角面401与所述聚焦环所在平面的垂线之间具有第二夹角C，且所述第二夹角C的范围为30度至60度。在外环103的内圆边缘设置第二倒角面401，更加便于聚焦环上的附着的副产物被分子泵抽出，进一步防止被抽取的副产物被外环103的内圆边缘所阻挡。

在一种具体的实施方式中，当外环103的内圆边缘和外圆边缘均设置有倒角面时，可将第一、二夹角的角度设置成相同值，如将所述第一夹角B设置为45°，将所述第二夹角C也设置为45°；或者设置成不同值，如将所述第一夹角B设置为45°，将所述第二夹角C设置为55°。

本实用新型中的用于半导体处理设备的聚焦环在内环表面设置有吸附结构，通过吸附结构可吸附半导体处理过程中粘附在内环表面的反应副产物，提高副产物与内环的表面之间的粘着力，减小反应副产物从聚焦环的内环的表面脱落的可能性，从而降低脱落的反应副产物污染半导体处理设备中放置的晶圆的可能性。

进一步的，由于吸附结构包括吸附层，且所述吸附层为陶瓷膜层、氮化铝膜层、氮化铝膜层和氧化铍膜层中的一种，当所述吸附层覆盖在内环表面时，具有抗等离子轰击的作用，会降低内环在进行刻蚀工艺时的消耗，从而增加所述聚焦环的使用寿命。

本实用新型的具体实施方式还提供一种半导体处理设备，所述半导体处理设备包括上述具体实施方式中的聚焦环。

所述半导体处理设备包括刻蚀工艺设备、等离子体沉积设备或其他需要聚焦等离子体的半导体处理设备。当所述半导体处理设备为刻蚀工艺设备时，所述聚焦环设置于刻蚀工艺设备的腔体中，用于聚焦刻蚀晶圆用的等离子体。当所述半导体处理设备为其他需要聚焦等离子体的半导体处理设备时，可根据其他半导体处理设备要进行等离子体聚焦的位置设置所述聚焦环。

本实用新型中的半导体处理设备的聚焦环上设置的吸附结构会吸附残留在聚焦环上反应副产物，防止残留在聚焦环上反应副产物从聚焦环表面脱落，影响到放置在所述半导体处理设备中的晶圆。且将反应副产物吸附到所述聚焦环上后，掉落到半导体处理设备中的反应副产物减少，因此可减少对半导体处理设备进行清理的次数，延长所述半导体处理设备的工作时长，增加产率。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。