CN102117726A - 等离子体处理装置的聚焦环及具有聚焦环的等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及等离子体处理装置的聚焦环及具有聚焦环的等离子体处理装置。更具体而言，本发明涉及等离子体处理装置的聚焦环以及具有聚焦环的等离子体处理装置，该聚焦环能够通过在执行刻蚀工艺或沉积工艺而在等离子态中处理晶片的等离子体处理装置中有效地装载和卸载晶片或托盘来固定晶片或承载晶片的托盘。本发明的等离子体处理装置包括：处理室；卡盘，其设置在处理室中并竖直地致动；聚焦环，其安装在卡盘的外周上；以及夹具，其用于将置于卡盘上的晶片或晶片托盘固定至卡盘，其中，聚焦环由固定至聚焦环底座的第一聚焦环与固定至或置于卡盘的外周上的第二聚焦环的结合而形成，当卡盘下移时第二聚焦环比第一聚焦环下移得更多。

Description

等离子体处理装置的聚焦环及具有聚焦环的等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及等离子体处理装置的聚焦环及具有所述聚焦环的等离子体处理装置。更具体而言，本发明涉及等离子体处理装置的聚焦环以及具有所述聚焦环的等离子体处理装置，所述聚焦环能够通过在执行刻蚀工艺或沉积工艺而在等离子态中处理晶片的等离子体处理装置中有效地装载和卸载晶片或托盘来固定晶片或承载晶片的托盘。
背景技术
在半导体制造过程中，使用等离子体是为了在衬底上形成薄膜或以预期的图案处理衬底。利用等离子体来处理衬底的典型例子可以包括等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺和等离子体刻蚀工艺。
等离子体将气相化合物改变成具有高反应性的自由基以增加其反应能力。利用以上原理的PECVD工艺是通过在等离子体环境下使气态工艺气反应而在衬底上形成薄膜的工艺。同时，等离子体中的离子碰撞衬底的表面而物理性地去除待被刻蚀的材料，或将材料中的化合作用切断，从而容许快速地产生利用自由基的刻蚀。使用以上操作的等离子体刻蚀工艺通过使衬底区覆盖光致抗蚀剂等并且用腐蚀气选择性地去除剩下的部分而在衬底上形成半导体电路图案。
根据产生等离子体的方法，等离子体处理装置可以分为电容耦合等离子体(CCP)型和电感耦合等离子体(ICP)型。在CCP型等离子体处理装置中，为了形成等离子体，在反应室的顶部设置上电极，在其上放置衬底或衬底托盘的卡盘底部设置下电极。相比之下，在ICP型等离子体处理装置中，在反应室顶部或顶部周围设置电感线圈，在卡盘底部设置下电极。CCP型和ICP型等离子体处理装置将射频RF电源或直流DC电源提供至上电极和下电极或电感线圈和下电极，从而在反应室中产生等离子体。同时，在等离子体处理装置中，为了防止卡盘因等离子体而受损并且将产生的等离子体聚集在晶片上，在卡盘外围安装聚焦环。
此外，等离子处理装置还包括反应室以及将装载了单个晶片或多个晶片的晶片托盘输送至反应室的输送室或真空装载室(Loadlock Chamber)。包括多个反应室的集群型等离子体处理装置包括真空装载室和输送室，以经由输送室而将经真空装载室真空处理的晶片或晶片托盘输送至反应室。相比之下，在等离子体处理装置具有单个反应室的情况下，晶片或晶片托盘直接从真空装载室输送至反应室，而不使用输送室。
在输送室或真空装载室与反应室之间装载和卸载晶片或晶片托盘的过程中，输送臂进入反应室的内部。此时，穿过卡盘并竖直地致动的升降销支撑晶片或晶片托盘。
然而，在现有技术中设置有升降销的情况下，会产生下列问题。
第一，在形成在卡盘中用于使升降销穿过卡盘并移动的贯通孔附近，热量是不平稳地传递的，从而不能形成晶片或晶片托盘的均匀温度分布。
第二，输送臂上移至卡盘顶部，在此情况下，为了防止升降销突伸于卡盘顶部并与输送臂彼此碰撞，输送臂应该具有复杂的形状。
第三，在升降销位于卡盘中央的情况下，当升降销并未精确地支撑晶片或晶片托盘的中央时，晶片或晶片托盘可能从升降销滑动并下移。相反，当升降销被设置于卡盘中央的外围时，输送臂应当具有较小的宽度以与升降销之间的间隙对应。由此，晶片或晶片托盘也可能下移。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种等离子体处理装置的聚焦环以及一种具有所述聚焦环的等离子体处理装置，在装载和卸载晶片或晶片托盘时不使用升降销而使聚焦环支撑晶片或晶片托盘。
根据本发明的实施例，一种等离子体处理装置包括：处理室；卡盘，卡盘设置在处理室中并竖直地致动；聚焦环，聚焦环安装在卡盘的外周上；以及夹具，夹具用于将置于卡盘上的晶片或晶片托盘固定至卡盘，其中，聚焦环由固定至聚焦环底座的第一聚焦环与固定或置于卡盘的外周上的第二聚焦环的结合而形成，当卡盘下移时，第二聚焦环比第一聚焦环下移得更多。
优选地，聚焦环底座由与第一聚焦环接合的第一聚焦环底座单元和对应于第二聚焦环的位置的第二聚焦环底座单元构成，第二聚焦环在第二聚焦环底座单元的内部竖直地移动。
优选地，在第一聚焦环和第二聚焦环中任何一个的侧端部设置有凸翼，并且在第一聚焦环和第二聚焦环中的另一个的侧端部设置有对应于凸翼的翼槽。
同时，优选的是夹具包括用于对晶片或晶片托盘的外周施加压力的夹具板、支撑夹具板的夹具主体、和与夹具主体接合或连接并置于处理室底部的夹具下环，当卡盘下移时聚焦环底座置于夹具下环的短边上的预定位置处，并且不再下移。
在根据本发明实施例的等离子体装置的致动中，在第二聚焦环比第一聚焦环下移得更多的状态下，将晶片或晶片托盘装载在第一聚焦环的上表面上，或从第一聚焦环的上表面上卸载晶片或晶片托盘。为此，根据本发明实施例的等离子体处理装置还包括进入处理室并竖直地致动的输送臂，以便装载或卸载晶片或晶片托盘。
此外，根据本发明的另一实施例，一种安装在卡盘的外周上的聚焦环包括：聚焦环底座；第一聚焦环，第一聚焦环固定至聚焦环底座；以及第二聚焦环，第二聚焦环固定或置于卡盘的外周上，其中，当卡盘下移时，第二聚焦环比第一聚焦环下移得更多。
根据本发明的又一实施例，一种等离子体处理装置包括：处理室；静电卡盘，静电卡盘设置在处理室中并竖直地致动；以及聚焦环，聚焦环安装在卡盘的外周上，其中，聚焦环由固定至聚焦环底座的第一聚焦环与固定或置于卡盘的外周上的第二聚焦环的接合而形成，当卡盘下移时，第二聚焦环比第一聚焦环下移得更多。
根据本发明，通过去除穿过卡盘而设置的升降销，可以使卡盘顶部的温度分布均匀。此外，可以简化由升降销所限制的输送臂的形状。
而且，根据本发明，通过使聚焦环稳定地支撑晶片或晶片托盘，可以防止晶片或晶片托盘因其滑落而受损。
另外，根据本发明，可以不在卡盘中形成用于升降销的移动路径，并且可以除去用于致动升降销的部件，从而节省等离子体处理装置的制造成本。
附图说明
图1是根据本发明第一个实施例的等离子体处理装置的配置图；
图2是根据本发明第一个实施例的等离子体处理装置中的卡盘、聚焦环和夹具的展开立体图；
图3是根据本发明第一个实施例的等离子体处理装置中的聚焦环的分解立体图；
图4是图示在根据本发明第一个实施例的等离子体处理装置中卡盘下移的状态的图；
图5是示意性地图示在根据本发明第一个实施例的等离子体处理装置中将晶片托盘置于卡盘上的过程的图；
图6是根据本发明另一实施例的聚焦环的分解立体图；
图7是根据本发明第二个实施例的等离子体处理装置的配置图；以及
图8是根据本发明第二个实施例的等离子体处理装置中的卡盘和聚焦环的展开立体图。
具体实施方式
下文中将结合附图详细描述本发明的优选实施例。首先，应注意的是，在所给定的对应每个附图的元件的附图标记中，相似的附图标记标识相似的元件，即使相似的元件出现在不同的附图中。而且，在描述本发明的过程中，将不详细描述公知的功能和构造，因为其可能不会造成对本发明的理解不清晰。下文中将描述本发明的优选实施例，但本领域的技术人员将理解本发明的主旨和范围并不局限于本发明的优选实施例，可以进行各种修改和变化。
图1是根据本发明第一个实施例的等离子体处理装置的配置图，图2是根据本发明第一个实施例的等离子体处理装置中的卡盘、聚焦环和夹具的展开立体图，图3是根据本发明第一个实施例的等离子体处理装置中的聚焦环的分解立体图。
参照图1，根据本发明第一个实施例的等离子体处理装置包括处理室10、设置在处理室10中的卡盘20、聚焦环30和夹具50。虽然在图1的处理室10中为了利用ICP型来产生等离子体而在处理室10的顶部设置电感线圈12，但是为了利用CCP型来产生等离子体也可以在处理室10中设置上电极。
卡盘20是竖直地致动的，具有大直径的单个晶片或图1所示的装载多个晶片W的晶片托盘40置于卡盘20的顶部。聚焦环30防止卡盘20因等离子体而受损，并且聚焦环30设置于卡盘20的外周以便将等离子体聚焦到晶片W上。
设置夹具50以固定晶片托盘40。如图1所示，当卡盘20移至顶部时，夹具板56向晶片托盘40的外周施加压力，从而将晶片托盘40固定至卡盘20的顶部。
参照图2，卡盘20包括位于其上表面的轮廓上的密封件22以及其内部的冷却气通道24。诸如氦气He的气体被提供至冷却气通道24以冷却置于卡盘20顶部的晶片托盘40。可以使用O形环或唇形密封件作为密封件22。当将晶片托盘40置于卡盘20的顶部并执行等离子体处理工艺时，密封件22防止提供至冷却气通道24的冷却气泄露，从而有效地冷却晶片托盘40。
聚焦环30包括环形聚焦环底座32、固定至聚焦环底座32的一对彼此面对的第一聚焦环34、和连接至第一聚焦环34的端部并且未固定至聚焦环底座32的一对彼此面对的第二聚焦环36。第二聚焦环36固定至卡盘20的外周，并且当卡盘20竖直移动时与卡盘20一起移动。
参照图3，聚焦环30的聚焦环底座32由第一聚焦环底座单元32a和第二聚焦环底座单元32b构成。第二聚焦环底座单元32b的内径大于第一聚焦环底座单元32a的内径。更具体地，第二聚焦环底座单元32b的内径等于或大于第二聚焦环36的外径，使得第二聚焦环36在第二聚焦环底座单元32b的内表面上竖直移动。同时，在第一聚焦环34的两个端部的内侧上形成有翼槽35，并且在第二聚焦环36的两个端部的外侧上突伸有凸翼37。因此，优选地当第一聚焦环34和第二聚焦环36彼此接合时，凸翼37与翼槽35的内部接合，以防止等离子体侵蚀第一聚焦环34和第二聚焦环36的接合面，并且使偏压RF的泄露最小化。但是，在本发明的实施例中，可以在第一聚焦环34中设置凸翼37，并且可以在第二聚焦环36中设置翼槽35。
参照图2，夹具50包括筒形夹具底座52、圆盘形夹具板56、以及将夹具板56连接至夹具底座52的一对彼此面对的夹具主体54。夹具板56向置于卡盘20顶部的晶片托盘40的轮廓施加压力以固定晶片托盘40，并防止冷却气经设置在卡盘20中的密封件22泄露。夹具主体54具有如图2所示的前方开口或后方开口的结构，而不是圆筒形的，从而保证了装载或卸载晶片托盘40的输送臂60的移动路径。
同时，如图1所示，在夹具底座52的下方设置有圆筒形的夹具下环58。包括夹具下环58的夹具50在卡盘20下移时位于处理室10的底部。当卡盘20在晶片托盘40置于卡盘20顶部的时侯上移时，夹具板56与晶片托盘40的轮廓相接触。在此状态下，当卡盘20继续上移时，如图1所示，夹具下环58脱离处理室10的底部。因此，夹具50的全部重量向晶片托盘40的轮廓施加压力，从而实现夹具50的功能。然而，在本发明的实施例中，通过在夹具下环58不脱离处理室10的底部或夹具下环58固定在处理室10的底部的限制之内调整卡盘20的上移程度，当然也可以向晶片托盘40施加适当的负荷量。
此外，参照图1，夹具下环58的内径小于聚焦环30的聚焦环底座32的外径，使得当卡盘20下移时聚焦环底座32的底部置于夹具下环58的上部内表面。通过此配置，聚焦环30可以替代已知的升降销的功能。下文将详细描述利用本发明的单独的聚焦环30来装载或卸载晶片托盘40的配置。
图4是图示在根据本发明第一个实施例的等离子体处理装置中卡盘下移的状态的图。
如上所述，根据本发明的聚焦环30被划分为第一聚焦环34和第二聚焦环36。第一聚焦环34固定至聚焦环底座32，当卡盘20下移时，聚焦环底座32置于夹具下环58的上部内侧部位，使得第一聚焦环34不再继续下移。相反，由于第二聚焦环36固定至卡盘20的外周，因此当卡盘20下移时，第二聚焦环36也跟着卡盘20一起下移，使得第二聚焦环36回到图4所示的状态。
输送臂60在将晶片托盘40输送至卡盘20的顶部之后下移，以使晶片托盘40置于第一聚焦环34的顶部。也就是说，在本发明中，为了将晶片托盘40置于卡盘20上，在不使用升降销的情况下聚焦环30用来执行升降销的功能。
图5是示意性地图示在根据本发明第一个实施例的等离子体处理装置中将晶片托盘置于卡盘上的过程的图。
参照图5a，聚焦环30在卡盘20下移时跟着卡盘20一起下移，当聚焦环底座32置于夹具下环58的顶部时第一聚焦环34停止下移，而第二聚焦环36跟着卡盘20一起下移。在此状态下，输送臂60将晶片托盘40输送至卡盘20的顶部。
然后，参照图5b，输送臂60上移至卡盘20的顶部，随后下移。由此，如图5c所示，晶片托盘40置于第一聚焦环34上，并且输送臂60回收。在本发明中，由于第二聚焦环36比第一聚焦环34下移得更多，因此输送臂60将晶片托盘40置于聚焦环34顶部，并且随后在第一聚焦环34之间回收。
参照图5d，在晶片托盘40置于第一聚焦环34上的状态下，卡盘20上移，这样，第二聚焦环36也与晶片托盘40底部的外周相接触。在此状态下，当卡盘20进一步上移时，晶片托盘40在如图1所示的第一聚焦环34与卡盘20的外周相接触的状态下一起上移，使得夹具板56与晶片托盘40的外周相接触。
同时，在卸载晶片托盘40时，在卡盘20下移至最低位置的状态下，输送臂60进入聚焦环34的端部之间并上移，并且抬起晶片托盘40并回收。
在以上的描述中，已经描述了聚焦环30包括固定至聚焦环底座32的一对彼此面对的第一聚焦环34，以及跟着卡盘20一起上移而同时固定至卡盘20的一对彼此面对的第二聚焦环36。但是，在本发明的实施例中可以仅在输送臂60进入的部位设置第二聚焦环36。
图6是根据本发明另一实施例的聚焦环的分解立体图。
如图6所示，聚焦环30包括一个固定至聚焦环底座32的第一聚焦环34和一个仅沿输送臂60的一个进入方向设置的第二聚焦环36。但是，在此情况下，输送臂60配置为在由输送臂60输送的晶片托盘40位于卡盘20的顶部时不与第一聚焦环34碰撞。
下面将描述根据本发明第二个实施例的等离子体处理装置。
图7是根据本发明第二个实施例的等离子体处理装置的配置图。图8是根据本发明第二个实施例的等离子体处理装置中的卡盘和聚焦环的展开立体图。
根据本发明第二个实施例的等离子体处理装置包括静电卡盘200，而不是卡盘20，并且与第一实施例相比不包括夹具50。
由于设置了静电卡盘200，因此在无需静电卡盘200上的夹具50的情况下，晶片托盘40可以固定至或紧密地附接至静电卡盘200。除此之外，在根据本发明第二个实施例的等离子体处理装置中，聚焦环30具有与第一个实施例中的配置相同的配置。
同时，由于在静电卡盘200下移时需要支撑聚焦环30的聚焦环底座32的构件，因此将圆筒形的聚焦环支撑件210固定至处理室10的内底部。由此，当静电卡盘200下移时，与第一聚焦环34固定在一起的聚焦环底座32在被支撑在聚焦环支撑件210的顶部时停止下移，并且固定至静电卡盘200的外周的第二聚焦环36跟着静电卡盘200下移。
以上示例性地说明了本发明的实质。本领域的技术人员将意识到在不脱离本发明的必要特征的情况下可以进行各种修改、改变和替换。相应地，使用本发明中所公开的实施例和附图并不是要限制本发明，而是要说明本发明的实质。本发明的范围并非仅限制于实施例和附图。本发明的保护范围必须通过所附权利要求来分析，并且应当分析出的是在等效范围内的所有实质内容都被包括在本发明的所附权利要求中。

Claims (17)

1.一种等离子体处理装置，包括：
处理室；
卡盘，所述卡盘设置在所述处理室中并竖直地致动；
聚焦环，所述聚焦环安装在所述卡盘的外周上；以及
夹具，所述夹具用于将置于所述卡盘上的晶片或晶片托盘固定至所述卡盘，
其中，所述聚焦环是通过将固定至聚焦环底座的第一聚焦环与固定至或置于所述卡盘的外周上的第二聚焦环接合而形成的，并且当所述卡盘下移时所述第二聚焦环比所述第一聚焦环下移得更多。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，所述聚焦环底座由与所述第一聚焦环接合的第一聚焦环底座单元以及对应于所述第二聚焦环的位置的第二聚焦环底座单元构成，并且所述第二聚焦环在所述第二聚焦环底座单元的内部竖直地移动。
3.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，在所述第一聚焦环和所述第二聚焦环中任何一个的侧端部设置有凸翼，并且在所述第一聚焦环和所述第二聚焦环中另一个的侧端部设置有对应于所述凸翼的翼槽。
4.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，所述夹具包括用于对所述晶片或晶片托盘的外周施加压力的夹具板、支撑所述夹具板的夹具主体、以及与所述夹具主体接合或连接并且置于所述处理室的底部的夹具下环，所述聚焦环底座置于所述夹具下环的短边上的预定位置处并且当所述卡盘下移时不再下移。
5.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，在所述第二聚焦环比所述第一聚焦环下移得更多的状态下，所述晶片或晶片托盘装载在所述第一聚焦环的上表面上，或者所述晶片或晶片托盘从所述第一聚焦环的上表面卸载。
6.根据权利要求5所述的等离子体处理装置，还包括输送臂，所述输送臂进入所述处理室，并且竖直地致动以便装载或卸载所述晶片或晶片托盘。
7.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，所述第一聚焦环由彼此面对的一对构成，并且一对彼此面对的第二聚焦环位于所述一对第一聚焦环的端部之间。
8.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，部分开口的所述聚焦环的所述第一聚焦环固定至所述聚焦环底座，并且所述第二聚焦环位于所述开口的部位。
9.一种安装在卡盘的外周上的聚焦环，包括：
聚焦环底座；
第一聚焦环，所述第一聚焦环固定至所述聚焦环底座；以及
第二聚焦环，所述第二聚焦环固定至或置于所述卡盘的外周上，
其中，当所述卡盘下移时，所述第二聚焦环比所述第一聚焦环下移得更多。
10.根据权利要求9所述的聚焦环，其中，所述聚焦环底座由与所述第一聚焦环接合的第一聚焦环底座单元以及对应于所述第二聚焦环的位置的第二聚焦环底座单元构成，并且所述第二聚焦环在所述第二聚焦环底座单元的内部竖直地移动。
11.根据权利要求9所述的聚焦环，其中，所述第一聚焦环由彼此面对的一对构成，并且一对彼此面对的第二聚焦环位于所述一对第一聚焦环的端部之间。
12.根据权利要求9所述的聚焦环，其中，部分开口的所述聚焦环的所述第一聚焦环固定至所述聚焦环底座，并且所述第二聚焦环位于所述开口的部位。
13.一种等离子体处理装置，包括：
处理室；
静电卡盘，所述静电卡盘设置在所述处理室中并且竖直地致动；以及
聚焦环，所述聚焦环安装在所述卡盘的外周上；
其中，所述聚焦环是由固定至聚焦环底座的第一聚焦环与固定至或置于所述卡盘的外周上的第二聚焦环的接合而形成的，并且当所述卡盘下移时所述第二聚焦环比所述第一聚焦环下移得更多。
14.根据权利要求13所述的等离子体处理装置，其中，所述聚焦环底座由与所述第一聚焦环接合的第一聚焦环底座单元以及对应于所述第二聚焦环的位置的第二聚焦环底座单元构成，并且所述第二聚焦环在所述第二聚焦环底座单元的内部竖直地移动。
15.根据权利要求13所述的等离子体处理装置，其中，在所述第一聚焦环和所述第二聚焦环中任何一个的侧端部设置有凸翼，并且在所述第一聚焦环和所述第二聚焦环中另一个的侧端部设置有对应于所述凸翼的翼槽。
16.根据权利要求13所述的等离子体处理装置，其中，在所述第二聚焦环比所述第一聚焦环下移得更多的状态下，所述晶片或晶片托盘装载在所述第一聚焦环的上表面上，或者所述晶片或晶片托盘从所述第一聚焦环的上表面卸载。
17.根据权利要求16所述的等离子体处理装置，还包括输送臂，所述输送臂进入所述处理室，并且竖直地致动以便装载或卸载所述晶片或晶片托盘。
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