一种单片式半导体晶圆刻蚀装置的制作方法

1.本发明涉及半导体晶圆生产加工技术领域，更具体的，涉及一种单片式半导体晶圆刻蚀装置。


背景技术：

2.刻蚀是半导体器件制造中选择性地移除半导体晶圆表面特定部分的工艺，通过刻蚀装置对晶圆进行刻蚀加工，在光刻的基础上，以图形化的光刻胶为模板，将无光刻胶覆盖的部分移除，以此来刻蚀出晶圆上的各种结构，刻蚀技术分为两类，一是使用特定的化学溶液的湿法刻蚀，二是使用气体等离子体的干法刻蚀。
3.目前，半导体器件制造领域中，干法刻蚀是运用较多的刻蚀工艺，现有的干法刻蚀装置，通常是在刻蚀工艺完成后，通过显微镜对已刻蚀的半导体晶圆进行检测，而在刻蚀工艺的过程中，较难及时得知半导体晶圆的刻蚀效果，无法根据实际的刻蚀效果采取相应的措施，待刻蚀结束后，容易出现刻蚀过度或刻蚀不佳的现象，直接影响半导体晶圆的质量，甚至造成资源浪费。特别在当刻蚀设备本身出现故障问题时，如果不能及时发现，会对这批次的晶圆的刻蚀都会造成损伤，由于半导体晶圆在加工过程中，有时会经历几十次的刻蚀操作，一旦在某次刻蚀工序中，由于设备本身的问题未及时发现和维护而导致的刻蚀质量的下降，会影响整个半导体晶圆加工的品质。因此在半导体晶圆的加工过程中，对于刻蚀设备的监控实际上是非常重要的。


技术实现要素：

4.本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种单片式半导体晶圆刻蚀装置。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种半导体晶圆刻蚀装置，包括腔室、上电极板、下电极板、位于上电极板和下电极板之间的静电载盘、用于向腔室内供气的供气单元以及用于抽真空的抽真空单元；所述腔室内还安装有包围所述静电载盘的环形基台，所述环形基台通过多个第一l形支架连接有圆环形载台，所述圆环形载台处承载有圆环形的装载板，所述装载板处具有多个圆形凹槽，每个圆形凹槽处固定安装有一个检测晶圆。
6.进一步地，所述静电载盘用于承载待刻蚀的半导体晶圆。
7.进一步地，所述上电极板和下电极板中，其中一个连接射频电源，另一个接地。
8.进一步地，所述供气单元包括进气管以及与进气管连接的气体分散盘，所述气体分散盘具有内腔以及多个喷孔。
9.从而实现更好的进气，并通过多个喷孔进气，进气更加均匀。
10.进一步地，还包括驱动单元、遮挡单元、冷却单元和采集单元，所述遮挡单元包括圆环形的转动板、圆环形的外限位板、圆环形的内限位板以及多个连接所述外限位板和所述环形基台的第二l形支架，所述外限位板处具有被所述转动板插入的圆环形限位槽，所述内限位板位于转动板的下方，所述内限位板和外限位板之间由多个u形连接架连接，且外限位板和内限位板之间形成圆环形空隙，所述转动板的下表面具有一圈位于所述圆环形空隙
处的第一齿牙，所述转动板处具有圆形通孔，所述采集单元包括固定于转动板处的圆环形的内圆周板、固定于转动板处的圆环形的外圆周板、固定连接在内圆周板和外圆周板之间的连接座、位于内圆周板和外圆周板之间的滑动板以及安装于滑动板处的显微镜单元，所述内圆周板的外侧和外圆周板的内侧均具有弧形滑槽，所述滑动板的两侧均嵌入所述弧形滑槽内，所述连接座和所述滑动板之间连接有电动推杆；所述冷却单元包括固定于所述环形基台的圆环形滑轨、安装于所述圆环形滑轨的转动环、与转动环固定连接的安装板、固定于安装板处的冷却液容器以及通过多个弹簧与冷却液容器连接的冷却板，所述冷却板能够抵接所述圆环形载台，所述转动环的顶端具有一圈第二齿牙，所述冷却板内具有冷却通道，冷却通道的两端分别通过一个软管与冷却液容器连接，其中一个软管处安装有冷却液泵；所述驱动单元包括电机以及被电机驱动的驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述第一齿牙和所述第二齿牙均啮合。
11.通过采集单元的显微镜单元能够对使用中的检测晶圆进行采集，可以观察到检测晶圆的刻蚀效果，从而可以推断出在同样环境下的半导体晶圆的刻蚀效果；通过冷却单元对装载板进行冷却，进而对使用中的检测晶圆进行降温。
12.进一步地，所述显微镜为电子显微镜。
13.进一步地，所述冷却液容器的容积大于冷却通道容积的20倍。
14.从而冷却液容器内具有足够量的冷却液用于实现对冷却板的冷却。
15.在有些实施例中，冷却液容器处具有主动散热单元，例如散热风扇。
16.从而增加冷却液容器主动散热的效果。
17.进一步地，所述转动环处具有与圆环形滑轨配合的圆环形滑槽。
18.从而转动环能够沿着圆环形滑轨旋转。
19.进一步地，所述驱动齿轮能够驱动所述转动板和转动环同步旋转。
20.从而对于某个检测晶圆的刻蚀和某个检测晶圆的冷却能够保持同步操作。
21.进一步地，所述电机安装于电机座处，所述电机座安装于环形基台处。
22.进一步地，所述转动板的上表面固定有包围圆形通孔的上包围筒，转动板的下表面固定有包围圆形通孔的下包围筒。
23.从而对正在使用的检测晶圆形成侧面的保护，并且对显微镜单元的采集视角进行限制。
24.进一步地，所述外限位板包括圆环形的上板体、圆环形的下板体以及圆环形的包围板，所述上板体、下板体以及所述包围板之间形成所述圆环形限位槽，所述下板体和所述内限位板之间通过多个所述u形连接架连接。
25.从而实现对转动板更好的限位，使其在圆环形限位槽内转动。
26.进一步地，所述圆环形载台处具有多个限位单元，每个限位单元包括两个弧形限位板，其中一个弧形限位板与装载板的内圆周抵接，另一个弧形限位板与装载板的外圆周抵接。
27.从而通过限位单元对装载板进行限位和固定。
28.优选地，每个弧形限位板靠近装载板的一侧具有防滑涂层。
29.从而使得装载板相对于弧形限位板无法发生相对位移。
30.优选地，在另一些实施例中，限位单元的两个弧形限位板夹紧所述装载板。
31.从而限位单元实现对装载板更好的固定。
32.进一步地，所述圆环形载台的下表面具有圆环形凹槽，所述冷却板位于所述圆环形凹槽内且抵接所述圆环形凹槽的顶端。
33.从而冷却板与装载板靠的更近，从而冷却效果更好。
34.进一步地，所述滑动板处具有第一铰接座，所述连接座处具有第二铰接座，所述电动推杆的一端与第一铰接座铰接，另一端与第二铰接座铰接。
35.进一步地，多个第一l形支架呈环形等间距分布；多个第二l形支架呈环形等间距分布；多个圆形凹槽呈环形等间距分布。
36.从而提高整体结构的稳定性。
37.进一步地，所述第一l形支架、第二l形支架以及所述u形连接架的数量均为6个。
38.进一步地，所述腔室具有观察窗。
39.从而便于观察腔室内部情况。
40.进一步地，所述静电载盘用于对半导体晶圆进行降温的载盘降温单元。
41.从而对半导体晶圆实现降温效果。
42.进一步地，所述载盘降温单元包括冷却剂存储容器、位于静电载盘内的降温通道、降温通道的一端与冷却剂存储容器通过第一连接管连接，另一端与冷却剂存储容器通过第二连接管连接，所述第一连接管处具有循环泵。
43.有益效果：
44.1)本技术的刻蚀装置，在刻蚀的过程中，利用显微镜单元对检测晶圆进行图像采集，检测晶圆与待刻蚀的半导体晶圆处于相同的工作环境，从而可以通过检测晶圆的刻蚀效果推断出正在加工的半导体晶圆的刻蚀效果，进而能够在刻蚀的过程中就能检测到半导体晶圆的刻蚀效果，有效的减少了不良品数量。
45.2)本技术设置的检测晶圆的数量具有多个，每次检测仅仅使用一个检测晶圆，其余不使用的检测晶圆被遮挡保护。因此一个装载板具有的检测晶圆能够在较长时间周期内对刻蚀装置进行检测。
46.3)本技术的检测晶圆，在用于检测时，无论使用哪个检测晶圆进行检测，能够实现对正在使用的检测晶圆的同步降温，因此使得正在使用的检测晶圆获得与在静电载盘处刻蚀的半导体晶圆获得尽可能一样的工作环境，从而实现更好的对于刻蚀装置的检测和监控。
附图说明
47.图1为刻蚀装置整体结构示意图；
48.图2为腔室内部部件第一视角示意图；
49.图3为a区域放大图；
50.图4为腔室内部部件第二视角示意图；
51.图5为b区域放大图；
52.图6为腔室内部部件第三视角示意图；
53.图7为腔室内部部件第四视角示意图；
54.图8为腔室内部部件第五视角示意图；
55.附图标记说明：
56.1腔室；1.1上电极板；1.2下电极板；1.3静电载盘；1.3.1半导体晶圆；1.4进气管；1.5气体分散盘；1.6抽真空单元；
57.2环形基台；2.1第一l形支架；
58.3圆环形载台；3.1装载板；3.1.1检测晶圆；3.2弧形限位板；
59.4.1转动板；4.1.1第一齿牙；4.2外限位板；4.3内限位板；4.4第二l形支架；4.5u形连接架；4.6上包围筒；4.7下包围筒；
60.5.1内圆周板；5.2外圆周板；5.3连接座；5.4滑动板；5.5显微镜单元；5.6弧形滑槽；5.7电动推杆；
61.6.1圆环形滑轨；6.2转动环；6.2.1第二齿牙；6.3安装板；6.4冷却液容器；
62.6.5冷却板；6.6软管；6.7冷却液泵；
63.7.1电机；7.2驱动齿轮；7.3电机座。
具体实施方式
64.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
65.本发明提供了如图1-8所示的一种单片式半导体晶圆刻蚀装置，包括腔室1、上电极板1.1、下电极板1.2、位于上电极板和下电极板之间的静电载盘1.3、用于向腔室1内供气的供气单元以及用于抽真空的抽真空单元1.6；所述腔室1内还安装有包围所述静电载盘1.3的环形基台2，所述环形基台2通过多个第一l形支架2.1连接有圆环形载台3，所述圆环形载台3处承载有圆环形的装载板3.1，所述装载板3.1处具有多个圆形凹槽，每个圆形凹槽处固定安装有一个检测晶圆3.1.1。
66.还包括驱动单元、遮挡单元、冷却单元和采集单元，所述遮挡单元包括圆环形的转动板4.1、圆环形的外限位板4.2、圆环形的内限位板4.3以及多个连接所述外限位板4.2和所述环形基台2的第二l形支架4.4，所述外限位板4.2处具有被所述转动板4.1插入的圆环形限位槽，所述内限位板4.3位于转动板4.1的下方，所述内限位板4.3和外限位板4.2之间由多个u形连接架4.5连接，且外限位板4.2和内限位板4.3之间形成圆环形空隙，所述转动板4.1的下表面具有一圈位于所述圆环形空隙处的第一齿牙4.1.1，所述转动板4.1处具有圆形通孔，所述采集单元包括固定于转动板4.1处的圆环形的内圆周板5.1、固定于转动板4.1处的圆环形的外圆周板5.2、固定连接在内圆周板5.1和外圆周板5.2之间的连接座5.3、位于内圆周板5.1和外圆周板5.2之间的滑动板5.4以及安装于滑动板5.4处的显微镜单元5.5，所述内圆周板5.1的外侧和外圆周板5.2的内侧均具有弧形滑槽5.6，所述滑动板5.4的两侧均嵌入所述弧形滑槽5.6内，所述连接座5.3和所述滑动板5.4之间连接有电动推杆5.7；所述冷却单元包括固定于所述环形基台2的圆环形滑轨6.1、安装于所述圆环形滑轨6.1的转动环6.2、与转动环6.2固定连接的安装板6.3、固定于安装板6.3处的冷却液容器6.4以及通过多个弹簧与冷却液容器6.4连接的冷却板6.5，所述冷却板6.5能够抵接所述圆环形载台3，所述转动环6.2的顶端具有一圈第二齿牙6.2.1，所述冷却板6.5内具有冷却通
道，冷却通道的两端分别通过一个软管6.6与冷却液容器6.4连接，其中一个软管6.6处安装有冷却液泵6.7；所述驱动单元包括电机7.1以及被电机驱动的驱动齿轮7.2，所述驱动齿轮7.2与所述第一齿牙4.1.1和所述第二齿牙6.2.1均啮合。
67.所述电机7.1安装于电机座7.3处，所述电机座7.3安装于环形基台2处；所述转动板4.1的上表面固定有包围圆形通孔的上包围筒4.6，转动板4.1的下表面固定有包围圆形通孔的下包围筒4.7；所述圆环形载台3处具有多个限位单元，每个限位单元包括两个弧形限位板3.2，其中一个弧形限位板与装载板3.1的内圆周抵接，另一个弧形限位板与装载板3.1的外圆周抵接；所述圆环形载台3的下表面具有圆环形凹槽，所述冷却板6.5位于所述圆环形凹槽内且抵接所述圆环形凹槽的顶端；所述滑动板5.4处具有第一铰接座，所述连接座5.3处具有第二铰接座，所述电动推杆5.7的一端与第一铰接座铰接，另一端与第二铰接座铰接；多个第一l形支架2.1呈环形等间距分布；多个第二l形支架4.4呈环形等间距分布；多个圆形凹槽呈环形等间距分布；所述第一l形支架2.1、第二l形支架4.4以及所述u形连接架4.5的数量均为6个；所述腔室1具有观察窗；所述静电载盘1.3用于对半导体晶圆1.3.1进行降温的载盘降温单元。
68.工作原理：本技术的刻蚀装置，在刻蚀的过程中，利用显微镜单元对检测晶圆进行图像采集，检测晶圆与待刻蚀的半导体晶圆处于相同的工作环境，从而可以通过检测晶圆的刻蚀效果推断出正在加工的半导体晶圆的刻蚀效果，进而能够在刻蚀的过程中就能检测到半导体晶圆的刻蚀效果，有效的减少了不良品数量。
69.具体的，在刻蚀过程中，刻蚀使用的气体从进气管进气，通过气体分散盘分散后经喷孔喷出，气体在上电极板与下电极板之间产生等离子体，等离子体对其中一个检测晶圆和待刻蚀的半导体晶圆进行轰击(而其它的检测晶圆被遮挡单元遮挡，因此不会对其它的检测晶圆进行刻蚀)。每次检测时仅仅使用一个检测晶圆用于检测，检测可以每间隔一段时间执行一次，并且对于检测晶圆的刻蚀不必与待刻蚀晶圆的刻蚀完全同步。
70.通过驱动齿轮驱动转动板和转动环同步旋转，可以将圆形通孔转到其中一个检测晶圆的上方，在每个检测周期，可以使用其中一个检测晶圆进行检测，多个检测晶圆可以依次顺时针或逆时针被使用。在刻蚀一段时间后，利用电动推杆的活动端推动滑动板移动至圆形通孔的上方，通过显微镜单元对该检测晶圆进行图像采集，通过采集到的图像可以得出该检测晶圆的刻蚀效果，从而根据检测晶圆的刻蚀情况，可以监控刻蚀设备是否在正常运行，因为检测晶圆的光刻图形是已知的，且可以标准化设计，因此对比检测晶圆刻蚀前后的图像就可以监测刻蚀效果，从而监测刻蚀设备的情况，确保其处于正常运行状态中。
71.尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。

技术特征：
1.一种单片式半导体晶圆刻蚀装置，其特征在于，包括腔室、上电极板、下电极板、位于上电极板和下电极板之间的静电载盘、用于向腔室内供气的供气单元以及用于抽真空的抽真空单元；所述腔室内还安装有包围所述静电载盘的环形基台，所述环形基台通过多个第一l形支架连接有圆环形载台，所述圆环形载台处承载有圆环形的装载板，所述装载板处具有多个圆形凹槽，每个圆形凹槽处固定安装有一个检测晶圆。2.根据权利要求1所述的单片式半导体晶圆刻蚀装置，其特征在于，还包括驱动单元、遮挡单元、冷却单元和采集单元，所述遮挡单元包括圆环形的转动板、圆环形的外限位板、圆环形的内限位板以及多个连接所述外限位板和所述环形基台的第二l形支架，所述外限位板处具有被所述转动板插入的圆环形限位槽，所述内限位板位于转动板的下方，所述内限位板和外限位板之间由多个u形连接架连接，且外限位板和内限位板之间形成圆环形空隙，所述转动板的下表面具有一圈位于所述圆环形空隙处的第一齿牙，所述转动板处具有圆形通孔，所述采集单元包括固定于转动板处的圆环形的内圆周板、固定于转动板处的圆环形的外圆周板、固定连接在内圆周板和外圆周板之间的连接座、位于内圆周板和外圆周板之间的滑动板以及安装于滑动板处的显微镜单元，所述内圆周板的外侧和外圆周板的内侧均具有弧形滑槽，所述滑动板的两侧均嵌入所述弧形滑槽内，所述连接座和所述滑动板之间连接有电动推杆；所述冷却单元包括固定于所述环形基台的圆环形滑轨、安装于所述圆环形滑轨的转动环、与转动环固定连接的安装板、固定于安装板处的冷却液容器以及通过多个弹簧与冷却液容器连接的冷却板，所述冷却板能够抵接所述圆环形载台，所述转动环的顶端具有一圈第二齿牙，所述冷却板内具有冷却通道，冷却通道的两端分别通过一个软管与冷却液容器连接，其中一个软管处安装有冷却液泵；所述驱动单元包括电机以及被电机驱动的驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述第一齿牙和所述第二齿牙均啮合。3.根据权利要求2所述的单片式半导体晶圆刻蚀装置，其特征在于，所述电机安装于电机座处，所述电机座安装于环形基台处。4.根据权利要求3所述的单片式半导体晶圆刻蚀装置，其特征在于，所述转动板的上表面固定有包围圆形通孔的上包围筒，转动板的下表面固定有包围圆形通孔的下包围筒。5.根据权利要求2所述的单片式半导体晶圆刻蚀装置，其特征在于，所述圆环形载台处具有多个限位单元，每个限位单元包括两个弧形限位板，其中一个弧形限位板与装载板的内圆周抵接，另一个弧形限位板与装载板的外圆周抵接。6.根据权利要求2所述的单片式半导体晶圆刻蚀装置，其特征在于，所述圆环形载台的下表面具有圆环形凹槽，所述冷却板位于所述圆环形凹槽内且抵接所述圆环形凹槽的顶端。7.根据权利要求2所述的单片式半导体晶圆刻蚀装置，其特征在于，所述滑动板处具有第一铰接座，所述连接座处具有第二铰接座，所述电动推杆的一端与第一铰接座铰接，另一端与第二铰接座铰接。8.根据权利要求2所述的单片式半导体晶圆刻蚀装置，其特征在于，多个第一l形支架呈环形等间距分布；多个第二l形支架呈环形等间距分布；多个圆形凹槽呈环形等间距分布。9.根据权利要求8所述的单片式半导体晶圆刻蚀装置，其特征在于，所述第一l形支架、第二l形支架以及所述u形连接架的数量均为6个。
10.根据权利要求1所述的单片式半导体晶圆刻蚀装置，其特征在于，所述腔室具有观察窗；所述静电载盘用于对半导体晶圆进行降温的载盘降温单元。

技术总结
本申请公开了一种单片式半导体晶圆刻蚀装置，包括腔室、上电极板、下电极板、位于上电极和下电极之间的静电载盘、用于向腔室内供气的供气单元以及用于抽真空的抽真空单元；腔室内还安装有包围静电载盘的环形基台，环形基台通过多个第一L形支架连接有圆环形载台，圆环形载台处承载有圆环形的装载板，装载板处具有多个圆形凹槽，每个圆形凹槽处固定安装有一个检测晶圆。本申请的刻蚀装置，在刻蚀的过程中，利用显微镜单元对检测晶圆进行图像采集，检测晶圆与待刻蚀的半导体晶圆处于相同的工作环境，从而可以通过检测晶圆的刻蚀效果推断出正在加工的半导体晶圆的刻蚀效果，进而能够在刻蚀的过程中就能检测到半导体晶圆的刻蚀效果。蚀的过程中就能检测到半导体晶圆的刻蚀效果。蚀的过程中就能检测到半导体晶圆的刻蚀效果。


技术研发人员：杨志勇 崔令铉 成鲁荣 王恒 单庆喜
受保护的技术使用者：扬州韩思半导体科技有限公司
技术研发日：2023.07.14
技术公布日：2023/10/11