半导体工艺设备的制作方法

1.本发明涉及半导体工艺技术领域，具体地，涉及一种半导体工艺设备。


背景技术：

2.在半导体工艺流程中，对晶圆进行镀膜工艺之前，一般需要先进行预清洗处理，以去除晶圆表面的杂质(例如氧化物、有机物等)，增加晶圆表面洁净度或对晶圆表面进行分子级活化，从而提高后续镀膜工艺(例如物理气相沉积工艺)沉积薄膜的附着力，提高工艺的可靠性和产品良率。
3.预清洗处理的基本原理是通过等离子体中的离子对晶圆表面进行轰击和/或通过等离子体中的自由基与晶圆表面发生反应，从而实现杂质的去除。工艺气体(例如氩气、氢气、氦气等)在预清洗腔室内被激发成等离子体。由于等离子体中离子和电子的可移动性差异，在等离子体与晶圆表面之间会形成鞘层，带正电的离子进入鞘层后被电场加速以轰击晶圆。
4.在28nm及以下先进制程工艺技术中，往往采用超低介电常数材料作为制作介质层的材料。超低介电常数材料通常具有多孔结构，结构疏松且柔软。当采用现有预清洗工艺时，由于离子轰击容易对超低介电常数材料造成损伤，对材料的成分、晶圆表面形貌及器件电性造成负面影响。因此，如何降低预清洗工艺中的离子轰击带来的损伤已成为行业中亟待解决的问题。
5.在现有技术中，解决上述问题的通常做法是在预清洗腔室内设置过滤结构，通过过滤结构在离子到达晶圆表面前对其进行过滤，以降低作用于晶圆表面的离子密度，从而降低发生离子轰击损伤的概率，与此同时，希望通过等离子体中自由基与晶圆表面的化学反应进行预清洗工艺，进而保证产品良率。
6.如图1所示，现有的预清洗设备包括第一腔室1-1、第二腔室1-2以及设置在两者之间的过滤结构1-3。第一腔室1-1设有线圈1-4，射频源与线圈1-4电连接，能量由射频源加载到线圈1-4上并通过电感耦合馈入至第一腔室1-1内以产生等离子体。晶圆1-5通过承载基座1-6放置于第二腔室1-2内。等离子体仅能通过过滤结构1-3上分布的通孔才能到达位于第二腔室1-2内的晶圆1-5表面。通过调整过滤结构1-3上的通孔的数量、密度、孔径、分布方式、过滤结构1-3本身的厚度等来降低等离子体中离子的通过率，从而增强对离子的过滤效果，进而降低离子轰击带来的损伤。
7.然而，为了保证对等离子体中离子的过滤效果、防止通孔内发生寄生放电，需要将通孔的孔径缩小至等离子体鞘层宽度的级别(通常在毫米级以下)，加工难度极大。另外，缩小通孔的孔径在降低等离子体中离子的通过率的同时，也会以近乎相同的比例降低等离子体中自由基的通过率(例如过滤结构对于离子和自由基的过滤比接近1：1)，从而影响自由基与晶圆1-5表面的化学反应效果，不利于晶圆1-5的预清洗效果。


技术实现要素：

8.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种半导体工艺设备。
9.本发明提供一种半导体工艺设备，包括：工艺腔室，具有工艺腔，工艺腔包括用于生成等离子体的发生腔和用于处理晶圆的加工腔；过滤结构及直流电源，过滤结构包括第一过滤部，第一过滤部设置在发生腔与加工腔之间，且具有用于连通发生腔和加工腔的多个第一通孔，第一过滤部由导电材料制成，直流电源与第一过滤部电连接，且通过直流电源向第一过滤部上施加负电压，当等离子体经过第一过滤部时，通过多个第一通孔对等离子体进行过滤，且在负电压的作用下等离子体中的至少部分离子发生复合，以降低过滤后进入加工腔的等离子体中的离子数目。
10.进一步地，过滤结构还包括：第一延伸部，沿工艺腔的轴向延伸且沿工艺腔的周向环绕一周，第一延伸部由导电材料制成，第一延伸部与工艺腔的周向腔壁接触贴合以接地；第一绝缘部，第一过滤部通过第一绝缘部与第一延伸部连接固定，且第一绝缘部设置在第一过滤部朝向第一延伸部的一侧，用于对第一过滤部与第一延伸部之间以及第一过滤部与工艺腔的周向腔壁之间进行电隔离。
11.进一步地，过滤结构还包括：第二延伸部，沿工艺腔的轴向延伸且沿工艺腔的周向环绕一周，第二延伸部由导电材料制成，第一过滤部与第二延伸部一体连接；第二绝缘部，设置在第二延伸部朝向工艺腔的周向腔壁的一侧，用于对第一过滤部与工艺腔的周向腔壁之间以及第二延伸部与工艺腔的周向腔壁之间进行电隔离。
12.进一步地，过滤结构还包括第二过滤部，第二过滤部设置在发生腔与加工腔之间，且第一过滤部位于第二过滤部与晶圆之间，第二过滤部具有用于连通发生腔和加工腔的多个第二通孔，第二过滤部由导电材料制成并接地，当等离子体经过第二过滤部时，通过多个第二通孔对等离子体进行一次过滤，且通过第二过滤部接地使等离子体中部分离子发生复合，过滤后的等离子体再经过第一过滤部进行二次过滤。
13.进一步地，多个第一通孔与多个第二通孔在工艺腔的轴向上一一对应，相对应的第一通孔与第二通孔同心设置，且第一通孔的孔径大于等于第二通孔的孔径。
14.进一步地，过滤结构还包括：第三延伸部，沿工艺腔的轴向延伸且沿工艺腔的周向环绕一周，第三延伸部由导电材料制成，第二过滤部与第三延伸部一体连接，且第三延伸部与工艺腔的周向腔壁接触贴合，以使第二过滤部和第三延伸部接地；第三绝缘部，第一过滤部通过第三绝缘部与第三延伸部连接固定，且第一过滤部与第二过滤部间隔设置，所述第三绝缘部用于第一过滤部与第三延伸部之间进行电隔离。
15.进一步地，过滤结构还包括：第二延伸部，沿工艺腔的轴向延伸且沿工艺腔的周向环绕一周，第二延伸部由导电材料制成，第一过滤部与第二延伸部一体连接；第二绝缘部，设置在第二延伸部朝向工艺腔的周向腔壁的一侧，以对第一过滤部与工艺腔的周向腔壁之间以及第二延伸部与工艺腔的周向腔壁之间进行电隔离；第四绝缘部，夹设在第一过滤部与第二过滤部之间，第一过滤部与第二过滤部通过第四绝缘部连接固定，且所述第四绝缘部用于对两者之间进行电隔离，其中，第四绝缘部具有多个第三通孔，多个第三通孔与多个第二通孔在工艺腔的轴向上一一对应，相对应的第三通孔与第二通孔同心设置，且第三通孔的孔径大于等于第二通孔的孔径。
16.进一步地，通过直流电源向第一过滤部上施加的负电压可进行调整，通过调整负电压的电压值控制等离子体中离子在第一过滤部上发生复合的数目，以此调整过滤后进入加工腔的等离子体中的离子数目。
17.进一步地，第一过滤部包括多个子过滤部，各子过滤部上具有多个均匀分布的第一通孔，多个子过滤部中的一个呈板状，其余的子过滤部呈环状，呈环状的多个子过滤部沿呈板状的子过滤部的径向由内向外依次设置；过滤结构还包括第五绝缘部，第五绝缘部夹设在相邻的子过滤部之间，该相邻的子过滤部通过第五绝缘部连接固定，且两者之间通过第五绝缘部进行电隔离，通过直流电源向各子过滤部上施加的负电压可独立进行调整。
18.进一步地，在沿呈板状的子过滤部的径向由内向外的方向上，多个子过滤部上施加的负电压的电压值逐渐增大。
19.本发明具有以下有益效果：
20.本发明提供的半导体工艺设备包括工艺腔室、过滤结构及直流电源。工艺腔室具有工艺腔，工艺腔包括用于生成等离子体的发生腔和用于处理晶圆的加工腔。过滤结构包括第一过滤部，第一过滤部设置在发生腔与加工腔之间。第一过滤部具有用于连通发生腔和加工腔的多个第一通孔，发生腔内生成的等离子体仅通过上述多个第一通孔才能够进入至加工腔。第一过滤部整体由导电材料制成，直流电源与第一过滤部电连接，并且通过直流电源向第一过滤部上施加负电压。
21.当等离子体经过第一过滤部时，通过多个第一通孔对等离子体进行过滤，且在负电压的作用下等离子体中的至少部分离子发生复合，以降低过滤后进入加工腔的等离子体中的离子数目。具体地，一方面，由于粒子的不规则运动，碰撞到第一过滤部表面(包括第一过滤部朝向发生腔的表面、第一过滤部朝向加工腔的表面、第一通孔的孔壁)的离子发生复合或离子、自由基等粒子被吸收；另一方面，由于第一过滤部具有负电压，通过该负电压能够选择性地将带正电的离子吸引至第一过滤部上进行复合，进一步降低过滤后进入加工腔的等离子体中的离子数目。
22.其中，第一过滤部通过其多个第一通孔的结构能够对等离子体中的离子、自由基等粒子同时进行过滤，而第一过滤部具有的负电压则是针对等离子体中的离子进行过滤，通过负电压对离子的主动吸引使离子的复合作用更为显著，此时可认为第一过滤部对离子的过滤不再依赖于第一通孔。在对第一过滤部的多个第一通孔的结构(例如第一通孔的数量、密度、孔径、分布方式等)以及负电压的具体数值进行合理设计后，便能够实现在尽量降低进入加工腔的离子数目的同时，尽量减少对进入加工腔的自由基数目的影响。因此，上述实施例的技术方案能够增强等离子体中离子的过滤效果，降低作用于晶圆表面的离子密度，从而降低发生离子轰击损伤概率，与此同时，还能够保证作用于晶圆表面的自由基密度，不会对自由基与晶圆表面的化学反应效果产生过多影响，有利于晶圆的预清洗效果，从而提高产品良率。
附图说明
23.图1为现有技术中的预清洗设备的结构示意图；
24.图2为根据本发明的实施例一的半导体工艺设备的结构示意图；
25.图3a为采用图2的半导体工艺设备进行等离子体过滤仿真时离子密度模拟结果示
意图；
26.图3b为采用图2的半导体工艺设备进行等离子体过滤仿真时自由基密度模拟结果示意图；
27.图4为根据本发明的实施例二的半导体工艺设备的结构示意图；
28.图5为根据本发明的实施例三的半导体工艺设备的结构示意图；
29.图6a为采用图5的半导体工艺设备进行等离子体过滤仿真时离子密度模拟结果示意图；
30.图6b为采用图5的半导体工艺设备进行等离子体过滤仿真时自由基密度模拟结果示意图；
31.图7为根据本发明的实施例四的半导体工艺设备的结构示意图；
32.图8为根据本发明的一个实施例的半导体工艺设备的第一过滤部和第五绝缘部的结构示意图。
具体实施方式
33.为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的半导体工艺设备进行详细描述。
34.本发明提供了一种半导体工艺设备，采用该半导体工艺设备具体进行的工艺并不作限定，可以为任何通过等离子体作用于待加工件(例如晶圆)进行的工艺，例如，上述半导体工艺设备主要用于对晶圆进行预清洗处理。
35.如图2、图4以及图5所示，在一些实施例中，半导体工艺设备包括工艺腔室，工艺腔室具有工艺腔10，工艺腔10包括发生腔11和加工腔12。其中，发生腔11用于生成等离子体，加工腔12内设有承载结构50，晶圆20被放置并固定在承载结构50上，等离子体进入加工腔12后作用于晶圆20，以对晶圆20进行处理(即加工腔12用于处理晶圆20)。
36.当上述半导体工艺设备用于对晶圆20进行预清洗处理时，工艺腔室为预清洗腔室。预清洗腔室通常采用感应耦合等离子体源(icp)或电容耦合等离子体源(ccp)进行工艺。以采用感应耦合等离子体源的预清洗腔室为例，工艺腔室对应于发生腔11的部分环绕设置有线圈60，该线圈60通过匹配电路与射频源电连接，同时承载结构50的下电极也与另一射频源(图中未示出)电连接，通过上述线圈60和下电极馈入射频能量，频率一般为2mhz或13.56mhz。在上述馈入的射频能量作用下，工艺气体进入到发生腔11内离化形成等离子体，且等离子体朝向加工腔12内承载结构50上的晶圆20进行运动。
37.发生腔11内生成的等离子体主要包括三种粒子，即带正电的离子、带负电的电子以及电中性的粒子(分子或原子)。在电中性的粒子中，一部分粒子处于高能激发态(即处于高能量状态)，该部分粒子称为自由基。其中，离子的具体类型、自由基的具体成分与生成等离子体的工艺气体种类有关。例如，工艺气体为h2时，离子指的是氢离子(h

)，自由基指的是处于高能激发态的氢原子(h*)；工艺气体为n2时，离子指的是氮离子(n

)，自由基指的是处于高能激发态的氮原子(n*)。
38.进一步地，半导体工艺设备还包括过滤结构及直流电源40。过滤结构包括第一过滤部31，第一过滤部31设置在发生腔11与加工腔12之间，也可看作是第一过滤部31将工艺腔10分隔为发生腔11和加工腔12。第一过滤部31具有用于连通发生腔11和加工腔12的多个
第一通孔311，发生腔11内生成的等离子体仅通过上述多个第一通孔311才能够进入至加工腔12。第一过滤部31整体由导电材料制成，直流电源40与第一过滤部31电连接，并且通过直流电源40向第一过滤部31上施加负电压。
39.当等离子体经过第一过滤部31时，通过多个第一通孔311对等离子体进行过滤，且在负电压的作用下等离子体中的至少部分离子发生复合，以降低过滤后进入加工腔12的等离子体中的离子数目。具体地，一方面，由于粒子的不规则运动，碰撞到第一过滤部31表面(包括第一过滤部31朝向发生腔11的表面、第一过滤部31朝向加工腔12的表面、第一通孔311的孔壁)的离子发生复合或离子、自由基等粒子被吸收；另一方面，由于第一过滤部31具有负电压，通过该负电压能够选择性地将带正电的离子吸引至第一过滤部31上进行复合，进一步降低过滤后进入加工腔12的等离子体中的离子数目。
40.其中，第一过滤部31通过其多个第一通孔311的结构能够对等离子体中的离子、自由基等粒子同时进行过滤，而第一过滤部31具有的负电压则是针对等离子体中的离子进行过滤，通过负电压对离子的主动吸引使离子的复合作用更为显著，此时可认为第一过滤部31对离子的过滤不再依赖于第一通孔311。在对第一过滤部31的多个第一通孔311的结构(例如第一通孔311的数量、密度、孔径、分布方式等)以及负电压的具体数值进行合理设计后，便能够实现在尽量降低进入加工腔12的离子数目的同时，尽量减少对进入加工腔12的自由基数目的影响。因此，上述实施例的技术方案能够增强等离子体中离子的过滤效果，降低作用于晶圆20表面的离子密度，从而降低发生离子轰击损伤概率，与此同时，还能够保证作用于晶圆20表面的自由基密度，不会对自由基与晶圆20表面的化学反应效果产生过多影响，有利于晶圆20的预清洗效果，从而提高产品良率。
41.需要说明的是，直流电源40与第一过滤部31电连接的具体方式并不作限定。在图中示出的实施例中，直流电源40通过导线和处理电路(分压、滤波等)与第一过滤部31电连接。直流电源40施加在第一过滤部31的负电压可以为连续形式，也可以为脉冲形式。此外，在一些实施例中，直流电源40施加在第一过滤部31的负电压可以为通过计算确定的一预设固定值，在工艺进行中负电压的电压值(即绝对值)保持不变。当然，在另一些实施例中，通过直流电源40向第一过滤部31上施加的负电压可进行调整，通过调整负电压的电压值控制等离子体中离子在第一过滤部31上发生复合的数目，以此调整过滤后进入加工腔12的等离子体中的离子数目。其中，调整负电压的方式可以为采用本地或远程控制、通过直流电源40本身或处理电路进行输出负电压的调整。上述负电压能够根据不同工艺条件、工艺要求等因素进行合理调整，通用性更高，使用更为灵活。
42.实施例一
43.如图2所示，在实施例一中，过滤结构还包括第一延伸部32，第一延伸部32沿工艺腔10的轴向(即图中所示的工艺腔10的竖直方向，也可认为是等离子体大致的运动方向)延伸且沿工艺腔10的周向环绕一周，也就是说，第一延伸部32大致呈筒状。第一延伸部32整体由导电材料制成。第一延伸部32与工艺腔10的周向腔壁13(即加工腔12的周向腔壁)接触贴合。由于工艺腔10的周向腔壁13始终接地，第一延伸部32通过与周向腔壁13接触贴合实现接地。
44.通常情况下，第一延伸部32与工艺腔10的周向腔壁13之间是相对固定的。需要注意的是，第一延伸部32相对于周向腔壁13固定的具体方式并不作限定。例如，在图2所示的
具体实施例中，周向腔壁13的中下部或下部具有第一环形台阶面，该第一环形台阶面朝上设置，第一延伸部32的底端端面放置在第一环形台阶面上，第一延伸部32的底端端面与第一环形台阶面紧密贴合。当然，在其它实施方式中，也可以采用额外连接件将第一延伸部32与周向腔壁13固定连接。第一延伸部32的顶端与第一过滤部31连接，第一延伸部32主要用于对第一过滤部31进行有效地支撑。此外，第一延伸部32还可作为内衬紧邻周向腔壁13设置，从而用于避免等离子体轰击周向腔壁13后产生的粒子进入加工腔12、污染晶圆20。
45.如图2所示，在实施例一中，过滤结构还包括第一绝缘部33，第一过滤部31通过第一绝缘部33与第一延伸部32连接固定。第一绝缘部33整体由绝缘材料制成。由于在第一过滤部31上施加负电压，而第一延伸部32和工艺腔10的周向腔壁13始终接地，因此将第一绝缘部33设置在第一过滤部31朝向第一延伸部32的一侧，以通过第一绝缘部33对第一过滤部31与第一延伸部32之间以及第一过滤部31与周向腔壁13之间(也可看作是对第一过滤部31与第一延伸部32、周向腔壁13构成的整体之间)进行电隔离，从而避免负电压被施加在第一延伸部32上而在第一延伸部32环绕的空间内形成电场，进而避免该电场改变等离子体的运动轨迹和分布、对晶圆20的工艺进行产生影响。
46.需要说明的是，第一绝缘部33的具体结构并不作限定，可以为任何能够实现固定第一过滤部31和第一延伸部32、且能够实现第一过滤部31与第一延伸部32和周向腔壁13构成的整体之间电隔离的结构。此外，导电材料和绝缘材料的具体材料并不作限定，可以为任何能够满足使用要求的材料。例如，导电材料可以包括铝合金；绝缘材料可以包括陶瓷。
47.在图2所示的具体实施例中，周向腔壁13的顶部具有第二环形台阶面，第一过滤部31为铝制的圆盘，第一延伸部32为铝制的圆筒，第一过滤部31的直径大于第一延伸部32的外径，即第一过滤部31的边缘沿径向凸出于第一延伸部32，第一过滤部31位于第二环形台阶面的上方。此时，第一绝缘部33呈圆环形，第一绝缘部33包括环形固定部和第一环形凸缘部，第一环形凸缘部连接在环形固定部的周向外侧且沿径向向外凸出，环形固定部分别与第一过滤部31的下表面和第一延伸部32的顶端端面连接固定，第一环形凸缘部被夹设在第一过滤部31的下表面与周向腔壁13的第二环形台阶面之间，第一环形凸缘部与第一过滤部31的下表面和/或第二环形台阶面连接固定。当然，第一绝缘部33的具体结构不限于此，在图中未示出的其它实施例中，第一绝缘部33也可以仅包括环形固定部。另外，第一绝缘部33也不限于呈环形，在其它实施方式，第一绝缘部33也可以包括多个沿周向间隔设置的绝缘块。
48.现针对图2所示的实施例一的半导体工艺设备进行等离子体过滤的仿真模拟，在第一过滤部31上施加同一形式的负电压的前提下，模拟不同负电压下，等离子体经过过滤后的离子密度和自由基密度，具体模拟结果如图3a和图3b所示：
49.图3a的横坐标为第一过滤部31施加的负电压的电压值(即绝对值)，纵坐标为过滤后的离子密度。图3b的横坐标为第一过滤部31施加的负电压的电压值(即绝对值)，纵坐标为过滤后的自由基密度。经过对比可知，随着负电压的电压值的逐渐增加，离子密度和自由基密度均降低，且离子密度降低的幅度明显远大于自由基密度降低的幅度，即对离子的过滤效果更为显著。当负电压的电压值为15v时，离子密度可以降低至0.1％以下，但自由基密度降低得非常少，具体降低至90％左右。由此可知，相比于现有的离子与自由基以近乎相同的比例(1：1)降低，本实施例的离子与自由基以近似1000：1的比例降低，从而有效地降低离
子通过率(即离子数目)的同时几乎不影响自由基通过率(即自由基数目)。
50.如果将第一过滤部31的第一通孔311的数量、密度、孔径、分布方式等设置为与现有的过滤部相同的情况下，本实施例的半导体工艺设备能够降低离子通过率，从而最大限度地满足低损伤要求；换言之，如果过滤后进入加工腔12的自由基数目与现有的相同时，加工腔12内的离子数目会远小于现有的离子数目，从而最大限度地降低对晶圆20的损伤。
51.实施例二
52.如图4所示，在实施例二中，过滤结构还包括第二延伸部34，第二延伸部34沿工艺腔10的轴向(即图中所示的工艺腔10的竖直方向，也可认为是等离子体大致的运动方向)延伸且沿工艺腔10的周向环绕一周，也就是说，第二延伸部34大致呈筒状。第二延伸部34整体由导电材料制成。第一过滤部31与第二延伸部34的顶端一体连接。也就是说，通过直流电源40对第一过滤部31与第二延伸部34同时施加负电压。通常情况下，第二延伸部34与工艺腔10的周向腔壁13之间应该是相对固定的，这样才能够通过第二延伸部34对第一过滤部31进行有效地支撑。
53.过滤结构还包括第二绝缘部35，第二绝缘部35整体由绝缘材料制成。由于第一过滤部31与第二延伸部34上具有负电压，而工艺腔10的周向腔壁13始终接地，因此将第二绝缘部35设置在第二延伸部34朝向工艺腔10的周向腔壁13的一侧，以对第一过滤部31与工艺腔10的周向腔壁13之间以及第二延伸部34与工艺腔10的周向腔壁13之间(也可看作是对第一过滤部31和第二延伸部34构成的整体与周向腔壁13之间)进行电隔离，从而避免接地的周向腔壁13对第一过滤部31上的负电压产生影响。
54.需要说明的是，第二绝缘部35的具体结构并不作限定，可以为任何能够实现第一过滤部31和第二延伸部34构成的整体与周向腔壁13之间电隔离的结构。例如，在图4所示的具体实施例中，第一过滤部31为铝制的圆盘，第二延伸部34为铝制的圆筒，两者一体加工而成，第一过滤部31的直径大于第二延伸部34的外径，即第一过滤部31的边缘沿径向凸出于第二延伸部34，第一过滤部31位于第二环形台阶面的上方。此时，第二绝缘部35大致呈圆筒状，第二绝缘部35包括圆筒隔离部和第二环形凸缘部，第二环形凸缘部连接在圆筒隔离部的底端边缘处且沿径向向内凸出，圆筒隔离部沿工艺腔10的轴向延伸(与第二延伸部34的延伸方向相同)，且圆筒隔离部环绕在周向腔壁13的内侧并与周向腔壁13紧密贴合，第二环形凸缘部放置在第一环形台阶面上。第二延伸部34的底端端面放置于第二环形凸缘部上，且第二延伸部34的底端端面与第二环形凸缘部的顶面之间紧密贴合，第二延伸部34的周向侧壁与圆筒隔离部紧密贴合。第一过滤部31的边缘凸出于第二延伸部34的部分压在圆筒隔离部的顶端端面上。其中，第二延伸部34可以通过第二绝缘部35与周向腔壁13固定连接，当然，在其它实施方式中，也可以采用额外连接件将第二延伸部34与周向腔壁13固定连接。
55.上述第二延伸部34可作为周向腔壁13的内衬，用于避免等离子体轰击周向腔壁13后产生的粒子进入加工腔12、污染晶圆20；第一过滤部31与第二延伸部34一体成型，更加便于加工和安装；另外，一体成型的第一过滤部31与第二延伸部34之间不存在缝隙，从而避免等离子体轰击组装处的缝隙，进而可以大幅降低过滤结构的更换频率。
56.上述实施例一和实施例二中的半导体工艺设备均采用单层过滤的过滤结构，即发生腔11内生成的等离子体只需要经过一层第一过滤部31，便可进入加工腔12作用于晶圆20。当然，在另一些实施例中，半导体工艺设备可以采用多层过滤的过滤结构。例如，将第一
过滤部31设置为沿等离子体运动方向设置的多层，或者，在第一过滤部31上方设置其它的过滤部。
57.如图5和图7所示，在一些实施例中，过滤结构还包括第二过滤部36，第二过滤部36设置在发生腔11与加工腔12之间，且第一过滤部31位于第二过滤部36与晶圆20之间，第二过滤部36具有用于连通发生腔11和加工腔12的多个第二通孔361。也就是说，在等离子体的运动方向上，第二过滤部36、第一过滤部31、晶圆20依次设置。第二过滤部36由导电材料制成并接地。当等离子体经过第二过滤部36时，通过多个第二通孔361对等离子体进行一次过滤，且通过第二过滤部36接地使等离子体中部分离子发生复合。其中，第二过滤部36通过其多个第二通孔361的结构能够对等离子体中的离子、自由基等粒子同时进行过滤，而第二过滤部36接地则是针对等离子体中的离子进行过滤。此后，过滤后的等离子体再经过第一过滤部31进行二次过滤，等离子体通过第一过滤部31进行过滤的过程与前述实施例一相同，在此不再赘述。
58.外部负电压施加在第一过滤部31上，第二过滤部36接地，在离子通过第二过滤部36之后，在第一过滤部31的电场作用下运动至第一过滤部31表面复合，很难再通过第一过滤部31到达晶圆20表面。进一步地，多个第一通孔311与多个第二通孔361在工艺腔10的轴向上一一对应，相对应的第一通孔311与第二通孔361同心设置，且第一通孔311的孔径大于等于第二通孔361的孔径，这样可以降低第一通孔311对由第二通孔361通过的自由基的扩散运动的影响。
59.需要说明的是，上述第一过滤部31和第二过滤部36相结合的方式对各个过滤部的层数并不作限定，可以根据实际需求进行合理设计。
60.实施例三
61.如图5所示，在实施例三中，过滤结构还包括第三延伸部37，第三延伸部37沿工艺腔10的轴向延伸且沿工艺腔10的周向环绕一周，也就是说，第三延伸部37大致呈筒状。第三延伸部37由导电材料制成。第二过滤部36与第三延伸部37的顶端一体连接。第三延伸部37与工艺腔10的周向腔壁13接触贴合。由于工艺腔10的周向腔壁13始终接地，第二过滤部36和第三延伸部37整体通过与周向腔壁13接触贴合实现接地。
62.过滤结构还包括第三绝缘部38，第一过滤部31通过第三绝缘部38与第三延伸部37连接固定，且第一过滤部31与第二过滤部36间隔设置。第三绝缘部38整体由绝缘材料制成。由于在第一过滤部31上施加负电压，而第二过滤部36和第三延伸部37均接地，通过第三绝缘部38对第一过滤部31与第三延伸部37之间进行电隔离，从而避免负电压被施加在第三延伸部37上而在第三延伸部37环绕的空间内形成电场，进而避免该电场改变等离子体的运动轨迹和分布、对晶圆20的工艺进行产生影响。此外，第一过滤部31通过第三绝缘部38与第二过滤部36和第三延伸部37形成的一体件连接，更加方便装配和加工。
63.在图5中示出的具体实施例中，第三延伸部37的底端端面放置在第一环形台阶面上，并用于对第二过滤部36进行支撑。第二过滤部36为铝制的圆盘，第三延伸部37为铝制的圆筒，第二过滤部36的直径大于第三延伸部37的外径，即第二过滤部36的边缘沿径向凸出于第三延伸部37，第二过滤部36凸出的部分与第二环形台阶面相贴合。上述第三延伸部37可作为周向腔壁13的内衬，用于避免等离子体轰击周向腔壁13后产生的粒子进入加工腔12、污染晶圆20；第二过滤部36与第三延伸部37一体成型，更加便于加工和安装；另外，一体
成型的第二过滤部36与第三延伸部37之间不存在缝隙，从而避免等离子体轰击组装处的缝隙，进而可以大幅降低过滤结构的更换频率。第三绝缘部38大致呈环形，第三绝缘部38具有一环形安装槽，第一过滤部31的边缘装入至该环形安装槽内。
64.需要说明的是，第三绝缘部38的具体结构不限于此，在其它实施方式中，可以为任何能够实现连接固定和电隔离的结构；另外，第三绝缘部38也不限于呈环形，在其它实施方式中，第三绝缘部38也可以包括多个沿周向间隔设置的绝缘块。需要注意的是，第一过滤部31的安装高度可调，以使第一过滤部31与第二过滤部36之间的间距、第一过滤部31与晶圆20之间的间距可根据实际应用情况进行灵活调整。其中，调整第一过滤部31的安装高度，可以控制负电压对离子的过滤效果，例如若想要增强负电压对离子的复合作用，则将第一过滤部31向上调整，即第一过滤部31靠近发生腔11设置；若想要减小负电压对离子的复合作用，则将第一过滤部31向下调整，即第一过滤部31远离发生腔11设置。此外，第一过滤部31和第二过滤部36的厚度、通孔的结构也可根据实际应用情况进行灵活调整。
65.现针对图5所示的实施例三的半导体工艺设备进行等离子体过滤的仿真模拟，在第一过滤部31上施加同一形式的负电压的前提下，模拟不同负电压下，等离子体经过过滤后的离子密度和自由基密度，具体模拟结果如图6a和图6b所示：
66.图6a的横坐标为第一过滤部31施加的负电压的电压值(即绝对值)，纵坐标为过滤后的离子密度。图6b的横坐标为第一过滤部31施加的负电压的电压值(即绝对值)，纵坐标为过滤后的自由基密度。经过对比可知，随着负电压的电压值的逐渐增加，离子密度和自由基密度均降低，且离子密度降低的幅度明显远大于自由基密度降低的幅度，即对离子的过滤效果更为显著。当负电压的电压值为15v时，离子密度可以降低至0.1％以下，但自由基密度降低得比较少，具体降低至50％左右。
67.实施例四
68.如图7所示，实施例四与实施例二的主要区别在于，过滤结构还包括第二过滤部36和第四绝缘部39。其中，第四绝缘部39夹设在第一过滤部31与第二过滤部36之间，第一过滤部31与第二过滤部36通过第四绝缘部39连接固定，且通过第四绝缘部39对两者之间进行电隔离。第一过滤部31、第四绝缘部39、第二过滤部36三层结构上下紧密安装。第一过滤部31的直径大于第四绝缘部39和第二过滤部36的直径，即第一过滤部31沿径向向外凸出于第四绝缘部39和第二过滤部36。
69.需要注意的是，第二过滤部36的结构及作用与实施例三中的类似，两者主要不同在于，本实施例的第二过滤部36是通过上述凸出的部分直接与周向腔壁13的第二环形台阶面接触实现接地。另外，第一过滤部31和第二延伸部34的结构以及两者与周向腔壁13之间的配合关系(例如设有第二绝缘部35)均与实施例二的相同，在此不再赘述。
70.进一步地，第四绝缘部39具有多个第三通孔391，多个第三通孔391与多个第二通孔361在工艺腔10的轴向上一一对应，相对应的第三通孔391与第二通孔361同心设置，且第三通孔391的孔径大于等于第二通孔361的孔径，这样可以降低第三通孔391对由第二通孔361通过的自由基的扩散运动的影响。优选地，第三通孔391与第一过滤部31上的第一通孔311的孔径可以相同。当然，第三通孔391的孔径也可以大于第一通孔311的孔径。
71.在晶圆20实际工艺过程中，往往存在因等离子体分布不均匀导致的工艺均匀性问题。例如，由于气道和能量馈入(线圈结构)设计，工艺腔10中靠近边沿位置的离子密度往往
比中心的离子密度高，反映在晶圆20(例如晶圆)上，晶圆20的边缘和中心工艺处理效果存在差异，造成工艺均匀性问题。
72.如图8所示，在一些实施例中，第一过滤部31包括多个子过滤部312，各子过滤部312上具有多个均匀分布的第一通孔311，多个子过滤部312中的一个呈板状，其余的子过滤部312呈环状，呈环状的多个子过滤部312沿呈板状的子过滤部312的径向由内向外依次设置，并且每个子过滤部312的径向尺寸由内至外依次增大。每个子过滤部312在工艺腔10的轴向上对应于晶圆20的一部分，且每个子过滤部312对应的晶圆20的部分之间不重叠。过滤结构还包括第五绝缘部313，第五绝缘部313夹设在相邻的子过滤部312之间，该相邻的子过滤部312通过第五绝缘部313连接固定，且两者之间通过第五绝缘部313进行电隔离。
73.通过直流电源40向各子过滤部312上施加的负电压可独立进行调整。具体地，根据晶圆20与各子过滤部312对应部位的离子数目需求，控制相应的子过滤部312上的负电压调整至所需电压值，所需电压值大于等于零。优选地，在沿呈板状的子过滤部312的径向由内向外的方向上，多个子过滤部312上施加的负电压的电压值(即绝对值)逐渐增大，也就是说，多个子过滤部312对应的所需电压值逐渐增大。
74.其中，晶圆20的工艺均匀性决定具体“离子数目需求”。例如，相较于晶圆20的中部，其边缘由于离子分布较多，工艺处理的速率较快，此时可将对应于晶圆20的边缘的子过滤部312的负电压调大，从而减小晶圆20的边缘处的离子密度。因此，可以根据离子数目需求对每个子过滤部312的负电压进行灵活调整，可以对不同子过滤部312施加不同的负电压或者某一个或某几个子过滤部312不施加负电压(此时所需电压值为零)、其余过滤部312施加负电压，实现对于工艺均匀性的调节和优化。
75.当然，在另一些实施例中，根据晶圆20工艺均匀性的不同情况，在沿呈板状的子过滤部312的径向由内向外的方向上，多个子过滤部312对应的所需电压值也可以逐渐减小。另外，多个子过滤部312的具体数量并不作限定，可以根据实际需要进行选择。
76.在图8示出的具体实施例中，子过滤部312为两个，两个子过滤部312之间通过第五绝缘部313进行电隔离。通过在两个子过滤部312上施加不同的负电压或只在其中一个子过滤部312上施加负电压，来实现在晶圆20的平面不同位置的差异化调节，从而改善均匀性等指标。例如，在外侧的子过滤部312上施加负电压dc1，在内侧的子过滤部312上施加负电压dc2，其中|dc1|》|dc2|。由于在发生腔11生成的等离子体在通过第一过滤部31到达加工腔12时，对于靠近边沿的离子通过率降低的程度大于对于中心的离子通过率的降低程度，在合适的dc1与dc2设置下，可使到达晶圆20表面的离子数目基本一致，从而提高工艺均匀性。
77.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。