一种新型刻蚀机晶圆压环的制作方法

[0001]
本发明涉及半导体制造装置技术领域，具体涉及一种新型刻蚀机晶圆压环。


背景技术：

[0002]
聚酰亚胺具有良好的耐热性、绝缘性和成型性，并且质量较轻，在晶圆压环领域应用广泛。现有的晶圆压环采用整块原材料高精度机加工制造成型，晶圆压环固定在含有垂直升降行程气缸的机械机构中，在晶圆由传片机械手臂送入刻蚀机腔室的顶针支架后，气缸驱动晶圆压环向下运动。最终，压环内侧的压齿沿晶圆外边缘均匀的将晶圆压合在腔室下电极的橡胶密封圈上。最大限度的将晶圆底部的氦气封存在晶圆与密封圈之间，通过氦气冷却晶圆背面，保护晶圆正面的光刻胶在刻蚀过程中，不会因为化学及等离子作用的高温而引起皱胶。
[0003]
现有的晶圆压环在半导体生产过程中存在以下问题：
[0004]
1、压环内环的压齿处于晶圆反应区域，聚酰亚胺材质的压齿受到刻蚀反应，压齿会越刻越小，最终导致压齿压不到圆片边缘使得晶圆不能压合在腔室下电极的橡胶密封圈上导致底部氦气逸出，影响冷却效果，导致晶圆皱胶；
[0005]
2、压环本体使用的聚酰亚胺材料会与刻蚀气体发生化学反应，因此在耗材方面成本较高。
[0006]
现有技术中还存在陶瓷材质的晶圆压环，虽然陶瓷材质的晶圆压环解决了腐蚀问题。然而由于陶瓷的密度较高，导致晶圆压环质量较大，在实际应用过程中常发生压碎晶圆的现象，影响正常生产。
[0007]
因此，开发一种新型的刻蚀机晶圆压环十分有必要。


技术实现要素：

[0008]
本发明的目的在于提供一种新型刻蚀机晶圆压环，以解决现有技术中的聚酰亚胺压环的压齿受到刻蚀反应，压齿会越刻越小，最终导致压齿压不到圆片边缘使得晶圆不能压合在腔室下电极的橡胶密封圈上导致底部氦气逸出，影响冷却效果，导致晶圆皱胶；压环本体使用的聚酰亚胺材料会与刻蚀气体发生化学反应，因此在耗材方面成本较高的技术问题。
[0009]
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
[0010]
一种新型刻蚀机晶圆压环，包括：
[0011]
内环，所述内环内缘面均匀设置有压齿，所述内环和压齿均为陶瓷材质；
[0012]
外环，所述外环为聚酰亚胺外环，且外环与所述内环同心设置在内环外围，所述外环与所述内环固定。
[0013]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0014]
本发明内环采用耐刻蚀、但是质量密度较高的陶瓷材质，外环采用质量密度低，耐热性、绝缘性和成型性好的聚酰亚胺材质，即避免高质量压环压碎晶圆，又能够避免晶圆受
到刻蚀腐蚀，提高了晶圆压环的使用寿命，降低了耗材成本。
[0015]
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
[0016]
进一步的，所述外环的内缘开设与所述内环匹配的下沉式的环形槽口，所述内环的外周部分搭设在所述环形槽口内，且内环顶面和所述外环顶面处于同一水平面。
[0017]
通过采用上述方案，内环嵌套设计，保证内环顶面和外环顶面处于同一水平面，便于压环的固定和控制，避免存在凸棱导致压环损坏，并且保证一定气密性。
[0018]
进一步的，所述环形槽口底面均匀设有螺孔，所述内环和外环通过穿过所述螺孔的陶瓷螺钉固定。
[0019]
通过采用上述方案，陶瓷螺钉进行固定，避免受到刻蚀腐蚀。
[0020]
进一步的，所述内环表面设有与所述陶瓷螺钉匹配的沉头孔。
[0021]
通过采用上述方案，陶瓷螺钉的头部嵌入沉头孔中，保证压环表面平整，便于固定和控制，避免陶瓷螺钉凸出导致晶圆受力不均容易损坏。
[0022]
进一步的，所述内环上均匀开设有减重区域，所述减重区域分布在所述压齿以外区域。
[0023]
通过采用上述方案，开设减重区域降低内环质量，进一步避免晶圆被压坏。
[0024]
进一步的，所述减重区域均匀设置在所述内环底面。
[0025]
通过采用上述方案，保证内环顶面的平整，便于压环的固定和控制，避免存在凸棱导致压环损坏。
[0026]
进一步的，所述减重区域的体积为所述内环总体积的30％～50％。
[0027]
通过采用上述方案，陶瓷的密封为聚酰亚胺密度的2～3倍，减重区域的总体积设置在30～50％之间即保证结构强度，又将内环重量控制为与同材质聚酰亚胺内环重量接近，有助于避免晶圆被压坏。
[0028]
进一步的，所述压齿为等腰梯形压齿，且压齿的长边与所述内环内缘面固定，短边朝内环中心延伸，所述压齿与所述内环一体成型设置。
[0029]
进一步的，所述内环内缘面均匀设置一圈偶数个所述压齿。
[0030]
进一步的，所述外环内缘半径与所述内环的内缘半径之差不小于2cm。
[0031]
通过采用上述方案，限定内环凸出外环内缘的部分宽度，有效避免聚酰亚胺外环接触刻蚀气体等发生腐蚀，提高晶圆使用寿命。
附图说明
[0032]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0033]
图1是本发明的实施例的结构示意图。
[0034]
图2是本发明的实施例的剖视结构爆炸示意图。
[0035]
图中所示：
[0036]
1、内环；101、沉头孔；102、减重区域；
[0037]
2、压齿；
[0038]
3、外环；
[0039]
4、环形槽口；401、螺孔；
[0040]
5、陶瓷螺钉。
具体实施方式
[0041]
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0042]
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
[0043]
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0044]
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0045]
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0046]
如图1和图2所示，本实施例提供的一种新型刻蚀机晶圆压环，包括内环1和外环3。
[0047]
内环1外缘直径与内缘直径之差为6cm。
[0048]
内环1内缘面均匀设置有一圈共8个压齿2，压齿2为等腰梯形压齿2，且压齿2的长边与内环1内缘面固定，短边朝内环1中心延伸。
[0049]
压齿2用于压紧下方的晶圆，并且压齿内缘直径与晶圆外缘直径之差为1cm。
[0050]
内环1和压齿2为一体成型的高频绝缘陶瓷材质。同时内环1上均匀开设有减重区域102，减重区域102分布在压齿2以外区域。
[0051]
开设减重区域102进一步降低内环1质量，进一步避免晶圆被压坏。
[0052]
本实施例中减重区域102为开设在内环1底面的圆环形凹槽，另外减重区域102也可以采用圆形、长方形、菱形或多边形等多种形状的槽口及其组合，不影响本实施例的有益效果。
[0053]
本实施例中减重区域102的圆环形凹槽的体积占内环1总体积的40％，陶瓷的密封为聚酰亚胺密度的2～3倍，减重区域102体积设置在30～50％之间即保证结构强度，又将内环1重量控制为与同材质聚酰亚胺内环1重量接近，有助于避免晶圆被压坏。
[0054]
外环3为聚酰亚胺外环3，且外环3与内环1同心设置在内环1外围，外环3与内环1固定。
[0055]
外环3的内缘开设与内环1匹配的下沉式的环形槽口4，内环1的外周部分搭设在环形槽口4内，且内环1顶面和外环3顶面处于同一水平面。
[0056]
内环1嵌套设计，保证内环1顶面和外环3顶面处于同一水平面，便于压环的固定和控制，避免存在凸棱导致压环损坏。
[0057]
外环3的外缘直径与内缘直径差为12cm，环形槽口4的宽度为0.5cm，因此外环3内缘半径与内环1内缘半径为2.5cm，有效避免聚酰亚胺外环3接触刻蚀气体等发生腐蚀，提高晶圆使用寿命。
[0058]
环形槽口4底面均匀设有一圈共四个螺孔401，内环1和外环3通过穿过螺孔401的陶瓷螺钉5固定。陶瓷螺钉5进行固定，避免受到刻蚀腐蚀。
[0059]
内环1表面设有与陶瓷螺钉5匹配的沉头孔101。陶瓷螺钉5的头部嵌入沉头孔101中，保证压环表面平整，便于固定和控制，避免陶瓷螺钉5凸出导致晶圆受力不均容易损坏。
[0060]
本实施例内环1采用耐刻蚀、但是质量密度较高的陶瓷材质，外环3采用质量密度低，耐热性、绝缘性和成型性好的聚酰亚胺材质，即避免高质量压环压碎晶圆，又能够避免晶圆受到刻蚀腐蚀，提高了晶圆压环的使用寿命，降低了耗材成本。
[0061]
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
[0062]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0063]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。