半导体工艺设备及其内衬结构的制作方法
本申请属于半导体工艺，尤其涉及一种半导体工艺设备及其内衬结构。
背景技术：
1、随着半导体工艺技术的快速发展，等离子体刻蚀机广泛地应用于集成电路(ic)的半导体制程中。等离子体刻蚀机主要是通过物理、化学反应将晶圆(wafer)去除材料并形成特定图形，从而达到刻蚀的目的。其工作原理为，参与反应的工艺气体在低压腔室中被射频功率激发产生电离而形成高密度的等离子体。等离子中含有大量的电子、离子、激发态原子以及自由基等活性粒子，这些活性粒子与被刻蚀物质表面产生反应并生成挥发性化合物，之后利用真空系统将其排出腔室，完成刻蚀过程。
2、常规的等离子刻蚀机中，其内衬结构的底部具有环形分布的辐射状条形抽气栅格或孔状抽气格栅，可使得反应腔室内的工艺气体及刻蚀反应后的副产物通过辐射状条形抽气栅格或孔状抽气格栅被分子泵抽走。然而，在实际使用过程中发现，这种内衬结构在工艺过程中表现为流场分布不均匀，导致晶圆表面上方气流速度在线性方向上呈现m型分布的情况，进而导致刻蚀速率不均匀，影响晶圆表面刻蚀的均匀性。同时，其虽然可以在一定程度上将等离子体约束在内衬的上方，但仍有部分等离子体会通过内衬底部的辐射状条形抽气栅格或孔状抽气格栅运动到反应腔室的下半部分，而越过内衬的等离子体会对反应腔室下半部分以及该空间内的零部件造成刻蚀，影响这些零部件的使用寿命。
技术实现思路
1、本申请实施例提供一种半导体工艺设备及其内衬结构，旨在改善现有内衬结构容易影响等离子刻蚀机的腔室内部气流场的均匀性，导致晶圆表面刻蚀的均匀性不高，以及容易导致部分等离子体在工艺过程中逃逸到反应腔室的下半部分，影响其内部零部件的使用寿命的技术问题。
2、第一方面，本申请实施例提供一种半导体工艺设备的内衬结构，用于固定在所述半导体工艺设备的工艺腔室的内壁上，以配合所述半导体工艺设备的基座将所述工艺腔室的内部空间上下分隔为第一空间和第二空间，所述内衬结构包括第一环形内衬、第二环形内衬和第三环形内衬，所述第一环形内衬、所述第二环形内衬以及所述第三环形内衬依次相接设置；
3、所述第一环形内衬及所述第二环形内衬均沿所述工艺腔室的竖直方向延伸，且所述第二环形内衬上沿其圆周方向等间隔分布有多个条形抽气栅格；
4、所述第三环形内衬沿所述工艺腔室的水平方向延伸，且所述第三环形内衬为无栅格设计的环形板状体。
5、可选的，在本申请的一些实施例中，所述第一环形内衬朝向所述第一空间一侧的表面、所述第二环形内衬朝向所述第一空间一侧的表面以及所述第三环形内衬朝向所述第一空间一侧的表面均涂覆有保护涂层。
6、可选的，在本申请的一些实施例中，所述第一环形内衬与所述第二环形内衬相接形成朝向所述第一空间的第一夹角大于90°，且所述第一环形内衬与所述第二环形内衬之间通过圆角过渡实现相接设置。
7、可选的，在本申请的一些实施例中，所述第二环形内衬与所述第三环形内衬相接形成朝向所述第一空间的第二夹角大于90°，且所述第二环形内衬与所述第三环形内衬之间通过圆角过渡实现相接设置。
8、可选的，在本申请的一些实施例中，所述第二夹角的取值范围为110°～125°。
9、可选的，在本申请的一些实施例中，所述条形抽气栅格邻近所述第一环形内衬的一端为圆弧状。
10、可选的，在本申请的一些实施例中，所述多个条形抽气栅格包括多个第一抽气栅格和多个第二抽气栅格，每个所述第一抽气栅格的长度均大于每个所述第二抽气栅格的长度，所述多个第一抽气栅格和所述多个第二抽气栅格依次沿所述第二环形内衬的圆周方向等间隔分布，以将所述第二环形内衬沿其圆周方向划分为第一栅格设置段和第二栅格设置段，所述第一栅格设置段分布有所述多个第一抽气栅格，所述第二栅格设置段邻近所述第三环形内衬的一侧分布有所述多个第二抽气栅格，所述第二栅格设置段邻近所述第一环形内衬的一侧还设置有沿其圆周方向延伸的条形内门窗。
11、可选的，在本申请的一些实施例中，将所述第二环形内衬与所述第一环形内衬的相接处到承载在所述基座上的晶圆的垂直距离设定为第一距离，将所述第一抽气栅格邻近所述第一环形内衬的一端到承载在所述基座上的晶圆的垂直距离设定为第二距离；所述第二距离大于0mm，小于所述第一距离，所述第一距离小于30mm。
12、可选的，在本申请的一些实施例中，还包括第四环形内衬，所述第四环形内衬沿所述工艺腔室的水平方向延伸，且所述第四环形内衬与所述第一环形内衬远离所述第二环形内衬的一侧相接设置。
13、第二方面，本申请实施例提供一种半导体工艺设备，包括半导体工艺组件、工艺腔室、基座以及上述的内衬结构，所述基座内置于工艺腔室中，所述内衬结构固定在所述工艺腔室的内壁上，以配合所述基座将所述工艺腔室的内部空间上下分隔为第一空间和第二空间，所述半导体工艺组件安设在所述第一空间，以对所述基座上的晶圆进行相应的半导体工艺处理。
14、在本申请中，其内衬结构包括第一环形内衬、第二环形内衬和第三环形内衬，第一环形内衬、第二环形内衬以及第三环形内衬依次相接设置；第一环形内衬及第二环形内衬均沿工艺腔室的竖直方向延伸，且第二环形内衬上沿其圆周方向等间隔分布有多个条形抽气栅格；第三环形内衬沿工艺腔室的水平方向延伸，且第三环形内衬为无栅格设计的环形板状体。这样一来，本半导体工艺设备的内衬结构，其可通过第二环形内衬的多个条形抽气栅格提前让气流从侧边流出，以诱导内衬结构的上方气流场向周围扩散，来改善腔室内部气流场的均匀性，降低晶圆上速度极差，以提高晶圆表面刻蚀的均匀性。同时，还通过第三环形内衬为无栅格设计的环形板状体，使得内衬结构的底部为实体，来提高对等离子体的屏蔽效果，防止大量等离子体运动到内衬结构的下方给其他零部件带来的损伤，以提高内衬结构下方部件的使用寿命。
技术特征：
1.一种半导体工艺设备的内衬结构，用于固定在所述半导体工艺设备的工艺腔室的内壁上，以配合所述半导体工艺设备的基座将所述工艺腔室的内部空间上下分隔为第一空间和第二空间，其特征在于，所述内衬结构包括第一环形内衬、第二环形内衬和第三环形内衬，所述第一环形内衬、所述第二环形内衬以及所述第三环形内衬依次相接设置；
2.根据权利要求1所述的内衬结构，其特征在于，所述第一环形内衬朝向所述第一空间一侧的表面、所述第二环形内衬朝向所述第一空间一侧的表面以及所述第三环形内衬朝向所述第一空间一侧的表面均涂覆有保护涂层。
3.根据权利要求1所述的内衬结构，其特征在于，所述第一环形内衬与所述第二环形内衬相接形成朝向所述第一空间的第一夹角大于90°，且所述第一环形内衬与所述第二环形内衬之间通过圆角过渡实现相接设置。
4.根据权利要求1所述的内衬结构，其特征在于，所述第二环形内衬与所述第三环形内衬相接形成朝向所述第一空间的第二夹角大于90°，且所述第二环形内衬与所述第三环形内衬之间通过圆角过渡实现相接设置。
5.根据权利要求4所述的内衬结构，其特征在于，所述第二夹角的取值范围为110°～125°。
6.根据权利要求1所述的内衬结构，其特征在于，所述条形抽气栅格邻近所述第一环形内衬的一端为圆弧状。
7.根据权利要求1所述的内衬结构，其特征在于，所述多个条形抽气栅格包括多个第一抽气栅格和多个第二抽气栅格，每个所述第一抽气栅格的长度均大于每个所述第二抽气栅格的长度，所述多个第一抽气栅格和所述多个第二抽气栅格依次沿所述第二环形内衬的圆周方向等间隔分布，以将所述第二环形内衬沿其圆周方向划分为第一栅格设置段和第二栅格设置段，所述第一栅格设置段分布有所述多个第一抽气栅格，所述第二栅格设置段邻近所述第三环形内衬的一侧分布有所述多个第二抽气栅格，所述第二栅格设置段邻近所述第一环形内衬的一侧还设置有沿其圆周方向延伸的条形内门窗。
8.根据权利要求7所述的内衬结构，其特征在于，将所述第二环形内衬与所述第一环形内衬的相接处到承载在所述基座上的晶圆的垂直距离设定为第一距离，将所述第一抽气栅格邻近所述第一环形内衬的一端到承载在所述基座上的晶圆的垂直距离设定为第二距离；所述第二距离大于0mm，小于所述第一距离，所述第一距离小于30mm。
9.根据权利要求1-8任一项所述的内衬结构，其特征在于，还包括第四环形内衬，所述第四环形内衬沿所述工艺腔室的水平方向延伸，且所述第四环形内衬与所述第一环形内衬远离所述第二环形内衬的一侧相接设置。
10.一种半导体工艺设备，其特征在于，包括半导体工艺组件、工艺腔室、基座以及如权利要求1-9任一项所述的内衬结构，所述基座内置于工艺腔室中，所述内衬结构固定在所述工艺腔室的内壁上，以配合所述基座将所述工艺腔室的内部空间上下分隔为第一空间和第二空间，所述半导体工艺组件安设在所述第一空间，以对所述基座上的晶圆进行相应的半导体工艺处理。
技术总结
本申请公开一种半导体工艺设备及其内衬结构，属于半导体工艺技术。该内衬结构包括第一环形内衬、第二环形内衬和第三环形内衬，第一环形内衬、第二环形内衬以及第三环形内衬依次相接设置；第一环形内衬及第二环形内衬均沿工艺腔室的竖直方向延伸，且第二环形内衬上沿其圆周方向等间隔分布有多个条形抽气栅格；第三环形内衬沿工艺腔室的水平方向延伸，且第三环形内衬为无栅格设计的环形板状体。本技术方案，其内衬结构可改善半导体工艺设备的腔室内部气流场的均匀性，以提高晶圆表面刻蚀的均匀性，同时，也提高对等离子体的屏蔽效果，以提高内衬结构下方部件的使用寿命。
技术研发人员：李岩,杨延铭,茅兴飞,鲁艳成,王伟,韦刚,姚卫杰,戴庚霖,杨纪鹏
受保护的技术使用者：北京北方华创微电子装备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23