CN105632993B

CN105632993B - 静电夹盘外围的插入环的介电常数的调整方法

Info

Publication number: CN105632993B
Application number: CN201410612314.7A
Authority: CN
Inventors: 叶如彬; 浦远; 倪图强
Original assignee: Advanced Micro Fabrication Equipment Inc Shanghai
Current assignee: Medium and Micro Semiconductor Equipment (Shanghai) Co., Ltd.
Priority date: 2014-11-03
Filing date: 2014-11-03
Publication date: 2019-01-29
Anticipated expiration: 2034-11-03
Also published as: TW201631697A; CN105632993A; TWI581366B

Abstract

本发明提供了一种静电夹盘外围的插入环的介电常数的调整方法，所述插入环为能够通入和排出流体的中空腔体结构，所述调整方法包括：步骤A、获取插入环的预定介电常数；所述预定介电常数由反应腔体内待加工晶圆上方的等离子体密度及其分布确定；步骤B、根据所述插入环的预定介电常数，选取与所述预定介电常数相对应的流体介电质；步骤C、向所述中空腔体内通入选取的流体介电质。通过本发明提供的调整方法，可以实现插入环介电常数的大幅度且精确调整。

Description

静电夹盘外围的插入环的介电常数的调整方法

技术领域

本领域涉及半导体加工工艺领域，尤其涉及一种静电夹盘外围的插入环的介电常数的调整方法。

背景技术

对待加工晶圆的等离子体加工处理过程通常发生在电容耦合放电等离子体加工设备的腔体内。如图1所示，电容耦合放电等离子体加工设备的腔体1内部包括用于放置和固定待加工晶圆的静电夹盘2以及位于静电夹盘2外围的插入环(insert ring)3。该插入环3为绝缘体，并且该插入环3用于实现静电夹盘2’与地隔离。

在等离子体加工处理时，待加工晶圆4固定在静电夹盘2上，腔体1外部的射频功率源RF源产生的射频功率P₀输入到反应腔体1内，反应腔体1内部的静电夹盘2和位于静电夹盘2外围的插入环3对该输入的射频功率进行耦合。利用两者耦合的功率在反应腔体1内对待加工晶圆4进行等离子体加工处理。

其中，通过静电夹盘耦合的射频功率和通过插入环耦合的射频功率会影响腔体内待加工晶圆上方的等离子体密度及其分布。

通常情况下，为了提高待加工晶圆的加工质量，如待加工晶圆表面的均匀性，需要根据待加工晶圆的性能参数以及加工处理要达到的目标性能参数调整待加工晶圆边缘上方的等离子体密度及其分布。

位于静电夹盘外围的插入环的介电性能影响下电极边缘表面上方的等离子体密度及其分布，并且在等离子体加工过程中，待加工晶圆的边缘与下电极的边缘靠近或者重合，所以，当插入环的介电常数变化后，待加工晶圆边缘表面上方的等离子体密度及其分布也会发生变化。因此，可以通过调整插入环的介电常数实现对待加工晶圆边缘表面上方的等离子体密度及其分布的调整。

由于插入环可以为中空腔体，其内部可以填充流体介电质。流体介电质的多少导致插入环的介电常数不同。而流体介电质的多少可以通过液位来确定。因此，现有技术中，通常通过调整填充在中空腔体内的流体介电质的液位高低来达到调整插入环的介电常数的目的。

然而，中空腔体的横截面尺寸有限，填充在其内的流体介电质的液位变化范围也较小，因此，通过调整流体介电质的液位调整插入环的介电常数的方法，其调整幅度较小，有时不能使得介电常数达到目标值。而且，插入环内的流体介电质的液位一般只能通过目测粗略估计，因此，通过液位调整插入环的介电常数的方法不能对介电常数进行精确调整。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种静电夹盘外围的插入环的介电常数的调整方法，以实现对位于静电夹盘外围的插入环的介电常数精确且大幅度的调整。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种静电夹盘外围的插入环的介电常数的调整方法，所述插入环为能够通入和排出流体的中空腔体结构，所述调整方法包括：

步骤A、获取插入环的预定介电常数；所述预定介电常数由反应腔体内待加工晶圆上方的等离子体密度及其分布确定；

步骤B、根据所述插入环的预定介电常数，选取与所述预定介电常数相对应的流体介电质；

步骤C、向所述中空腔体内通入选取的流体介电质。

可选地，根据所述插入环的预定介电常数选取的流体介电质至少包括两种，所述步骤B之后，所述步骤C之前，还包括：

步骤D、根据所述插入环的预定介电常数以及不同种类的流体介电质的介电常数，确定不同种类的流体介电质的体积比例；

所述步骤C具体为：按照确定的不同种类的流体介电质的体积比例向所述中空腔体内通入选取的流体介电质。

可选地，所述不同种类的流体介电质之间不相容。

可选地，所述流体介电质的介电常数随着温度的变化而变化。

可选地，所述流体介电质为纯水。

可选地，所述流体介电质为化学性能稳定的液体介电质和/或气体介电质。

可选地，所述液体介电质包括水、乙醇或全氟聚醚物。

可选地，所述气体介电质包括空气或惰性气体。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的静电夹盘外围的插入环的介电常数的调整方法，根据插入环的预定介电常数选取与之相对应的流体介电质，然后将该流体介电质通入到插入环的中空腔体内。因此，本发明通过改变通入到插入环中空腔体内的流体介电质的种类使得插入环的介电常数达到预定介电常数的目的。由于不同种类的流体介电质其介电常数可以相差很大，因此，通过选取不同种类的流体介电质可以实现插入环介电常数的大幅度调整；另外，一旦流体介电质确定，其介电常数确定，所以填充有该流体介电质的插入环的介电常数也非常精确地确定出来，所以，通过本发明提供的调整方法，可以实现插入环介电常数的精确调整。

由于待加工晶圆边缘表面上方的等离子体密度及其分布与插入环的介电常数有关，由于本发明的调整方法能够使得插入环的介电常数精确地达到预定介电常数，因此，通过本发明的调整方法可以将待加工晶圆边缘表面上方的等离子体密度及其分布精确地调整到目标等离子体密度及其分布。因此，通过本发明的方法可以提高待加工晶圆的加工质量，提高器件的生产良率。

附图说明

为了清楚地理解本发明的技术方案，下面结合附图对描述本发明的具体实施方式时用到的附图作一简要说明。显而易见地，这些附图仅是本发明实施例的部分附图，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以获得其它的附图。

图1是电容耦合放电等离子体加工设备的腔体的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种静电夹盘外围的插入环的介电常数的调整方法的流程示意图；

图3是本发明实施例提供的另外一种静电夹盘外围的插入环的介电常数的调整方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、效果以及技术方案更加清楚完整，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述。

为了清楚地理解本发明提供的调整方法的应用场景，首先介绍下等离子体加工设备腔体内的加工处理过程。

图1是电容耦合放电等离子体加工设备的具体结构示意图。如图1所示，电容耦合放电等离子体加工设备包括腔体1、位于腔体内部的静电夹盘2、位于静电夹盘2外围的插入环3以及移动环5、约束环6、蓬蓬头7、在所述插入环3的外侧还包括聚焦环8。插入环3用于实现静电夹盘2与地的隔离。

在本发明实施例中，插入环3为中空腔体结构，其包括中空腔体31和填充在中空腔体31内部的预定介电材料32。该中空腔体31的材料为固体绝缘材料。

在进行等离子体加工过程中，待加工晶圆4放置在静电夹盘2上，腔体外部的射频源产生的射频功率P₀经过下电极(图1中未示出，位于静电夹盘的底部)输入到反应腔体1内。输入的射频功率P₀通过静电夹盘2以及插入环3进行耦合，从而耦合成通过静电夹盘2耦合的射频功率P_C和通过插入环3耦合的射频功率P_E。利用该耦合的功率P_C和P_E会影响反应腔体内部的等离子体密度及其分布，从而会对待加工晶圆的处理效果产生影响。

通常情况下，利用等离子体进行加工处理时，由于等离子体加工设备的腔体结构的限制，待加工晶圆的边缘性能不甚理想，所以，为了提高处理后的待加工晶圆的边缘性能，需要对位于晶圆边缘表面上方的等离子密度及等离子体鞘层分布进行控制。

由于晶圆边缘表面上方的等离子体密度及等离子体鞘层分布情况与晶圆边缘上方的射频功率(即电场分布)有关。所以，要实现对位于晶圆边缘表面上方的等离子密度及等离子体鞘层分布进行控制，必须控制晶圆边缘上方的射频功率。

由于在加工过程中，晶圆放置在静电夹盘上，所以晶圆边缘与静电夹盘的边缘靠近，所以，晶圆边缘上方的射频功率与通过插入环耦合的射频功率有关，所以，为了控制调整晶圆边缘上方的射频功率需要控制调整通过插入环耦合的射频功率。

本发明的发明人研究发现，位于静电夹盘外围的插入环的介电性能影响通过插入环耦合的功率。也就是说，通过插入环耦合的功率依赖于插入环的介电性能。所以，要实现通过插入环耦合的功率的控制调整，就必须使得插入环的介电性能可以控制调整。

不同等离子体加工工艺过程，所需的等离子体密度及其分布有着很大的差别，因此，不同加工过程所需的插入环的介电常数差别很大。然而，现有技术中调整插入环的介电常数的方法无法实现介电常数的大幅度调整。并且，现有技术也无法实现对介电常数的精确调整。

为了实现介电常数大幅度的调整，并且实现对介电常数的精确调整，本发明提供了一种静电夹盘外围的插入环的介电常数的调整方法。

图2是本发明实施例提供的一种静电夹盘外围的插入环的介电常数的调整方法的流程示意图。如图2所示，该调整方法包括以下步骤：

S201、获取插入环的预定介电常数；所述预定介电常数由反应腔体内待加工晶圆上方的等离子体密度及其分布确定：

具体地，根据等离子加工工艺条件，确定待加工晶圆上方的等离子体密度及其分布，根据该待加工晶圆上方的等离子体密度及其分布确定出插入环的预定介电常数。最后，获取插入环的预定介电常数。

S202、根据所述插入环的预定介电常数，选取与所述预定介电常数相对应的流体介电质：

由于不同种类的流体介电质，其介电常数不同，所以，根据上述步骤获取到的插入环的预定介电常数，选取与所述预定介电常数相对应的流体介电质。

S203、向所述中空腔体内通入选取的流体介电质：

向所述插入环的中空腔体内通入选取的流体介电质。进一步地，所述流体介电质可以填充满所述中空腔体。

当插入环内填充有流体介电质时，该插入环就包括中空腔体和填充在其内的流体介电质。因此，填充在中空腔体内部的流体介电质就会影响插入环的介电常数。因此，将根据插入环的预定介电常数选取的流体介电质通入到插入环的中空腔体后，插入环的介电常数就可以达到预定介电常数。因此，通过本发明的调整方法可以使得插入环的介电常数达到预定要求。

由于不同种类的流体介电质其介电常数可以相差很大，因此，通过选取不同种类的流体介电质可以实现插入环介电常数的大幅度变化，另外，一旦流体介电质确定，其介电常数确定，所以填充有该流体介电质的插入环的介电常数也非常精确地确定出来，所以，通过本发明提供的调整方法，可以实现插入环介电常数的精确调整。

进一步地，由于待加工晶圆边缘表面上方的等离子体密度及其分布与插入环的介电常数有关，由于本发明的调整方法能够使得插入环的介电常数精确地达到预定介电常数，因此，通过本发明的调整方法可以将待加工晶圆边缘表面上方的等离子体密度及其分布精确地调整到目标等离子体密度及其分布。因此，通过本发明的方法可以提高待加工晶圆的加工质量，提高器件的生产良率。

进一步地，上述根据插入环的预定介电常数，选取的与所述预定介电常数相对应的流体介电质可以为一种，也可以为多种。尤其当目前手头没有与预定介电常数相对应的流体介电质时，可以通过多种流体介电质按照不同的比例进行配置得到与预定介电常数相对应的流体介电质。

当选取的流体介电质为多种时，所述的静电夹盘外围的插入环的介电常数的调整方法的流程示意图如图3所示。该调整方法包括以下步骤：

S301、获取插入环的预定介电常数；所述预定介电常数由反应腔体内待加工晶圆上方的等离子体密度及其分布确定：

该步骤与上述实施例所述的步骤S201相同，为了简要起见，在此不再详细描述。具体请参见步骤S201的描述。

S302、根据所述预定介电常数，选取与所述预定介电常数相对应的多种流体介电质：

当现有的流体介电质中，其介电常数没有与预定介电常数相对应的流体介电质时，从现有的流体介电质中选取多种流体介电质。选取的这些流体介电质中，其中一部分流体介电质的介电常数大于预定介电常数，另外一部分流体介电质的介电常数小于预定介电常数，因此通过将这些不同种类的流体介电质按照不同比例配置，能够得到具有预定介电常数的流体介电质混合物。

S303、根据所述插入环的预定介电常数以及不同种类的流体介电质的介电常数，确定不同种类的流体介电质的体积比例：

根据插入环的预定介电常数以及不同种类的流体介电质的介电常数，确定这些不同种类的流体介电质配置成具有预定介电常数的流体介电质时的体积比例。

S304、按照确定的不同种类的流体介电质的体积比例向所述中空腔体内通入选取的流体介电质。

通过图3所示的插入环介电常数的调整方法可以将插入环的介电常数精准地调整到目标值即预定介电常数。

当选取多种不同的流体介电质配置填充在中空腔体内的流体介电质时，为了能够使得流体介电质重复循环使用，优选地，选取的这些不同种类的流体介电质之间的相容性很差，彼此不相容。例如，当包括两种流体介电质时，一种流体介电质为水溶性的，另外一种流体介电质为油溶性的，这样，各种流体介电质在中空腔体内彼此分层。当需要将这些流体介电质从中空腔体内排出时，可以依次排出不同的流体介电质。分别用不同的容器收集不同的流体介电质，以方便后续重复循环利用这些流体介电质。

为了实现这种调节控制方式，在插入环的中空腔体上优选设置有至少一个用于填充和排出流体介电质的开口。该开口可以为能够控制打开和关闭的阀门。在向中空腔体内通入流体介电质或者将流体介电质从中空腔体内排出时，该开口连接一个管道，这样流体介电质通过该开口填充到中空腔体内或者从中空腔体内排出。

另外，进一步地，由于不同种类的流体介电质位于不同层，所以，优选在插入环的中空腔体的不同高度处设置多个开口，以实现更加方便地将流体介电质排出和分离。

在本发明实施例中，所述流体介电质可以为化学性能稳定的液体介电质，也可以为气体介电质。

其中，液体介电质可以为纯水、乙醇或全氟聚醚物等通用的稳定液态物质。上述所述的各种液体介电质的介电常数如表1所示。

表1

液体介电质	纯水	乙醇	全氟聚醚物
				介电常数	78.5	24.5	1.9

所述气体介电质可以包括空气或惰性气体，其中，所述惰性气体可以为氮气、氩气或氦气等等。当空腔内的介电质为气体时，其介电常数接近于1，并且随空腔内气压不同而有所变化。

进一步地，为了更加灵活地调整插入环的介电常数，优选，通入到中空腔体内的流体介电质的介电常数随着温度的变化而变化。这样，不仅可以根据流体介电质的种类调整插入环的介电常数，也可以通过控制插入环的温度调整插入环的介电常数。由于纯水的介电常数随着温度的不同而发生变化，所以，填充在中空腔体内的流体介电质可以为纯水。

在不同温度下对应的水的介电常数如下表所示：

表2：

当采用介电常数随温度变化的介电材料时，可以根据工艺条件以及待处理晶圆的目标性能确定出晶圆边缘的等离子体密度及等离子体鞘层分布。根据确定出的等离子体密度及等离子体鞘层分布确定插入环的介电常数，根据确定出的插入环的介电常数以及介电材料的介电常数与温度的关系确定插入环的温度，通过温度控制器(图1中未示出)使得插入环的温度达到前述确定出的温度，从而达到控制调节插入环的介电常数的目的。

当处理工艺所需要的通过插入环耦合的射频功率发生变化时，改变插入环的温度，进而改变插入环的介电常数，从而达到改变待加工晶圆边缘上方的等离子体密度和等离子体鞘层分布的目的。

需要说明的是，该插入环介电常数的调整可以发生在同一个工艺过程中，也可以发生在不同工艺过程中。

以上为本发明实施例提供的静电夹盘外围的插入环的介电常数的调整方法的具体实施方式。在该调整方法中，其插入环的介电常数根据填充在其中空腔体内的流体介质的种类可以调整到预定介电常数，进而可以实现调整待加工晶圆边缘表面上方的等离子体密度以及等离子体鞘层分布，进而能够提高待加工晶圆的加工质量，提高器件的生产良率。

当等离子体加工设备为等离子体刻蚀机时，晶圆边缘表面上方的等离子体密度以及等离子体鞘层分布可以精确调整，能够使得晶圆表面上方的等离子体密度分布一致，因此可以提高晶圆整个表面刻蚀的均匀性，提高晶圆的生产良率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种静电夹盘外围的插入环的介电常数的调整方法，所述插入环为能够通入和排出流体的中空腔体结构，其特征在于，包括：

步骤C、向所述中空腔体内通入选取的流体介电质；

所述方法还包括：改变通入中空腔体结构中的流体介电质的温度以调整所述插入环的介电常数；

其中，根据所述插入环的预定介电常数选取的流体介电质至少包括两种，所述步骤B之后，所述步骤C之前，还包括：

2.根据权利要求1所述的调整方法，其特征在于，所述不同种类的流体介电质之间不相容。

3.根据权利要求1或2所述的调整方法，其特征在于，所述流体介电质的介电常数随着温度的变化而变化。

4.根据权利要求3所述的调整方法，其特征在于，所述流体介电质为纯水。

5.根据权利要求或2所述的调整方法，其特征在于，所述流体介电质为化学性能稳定的液体介电质和/或气体介电质。

6.根据权利要求5所述的调整方法，其特征在于，所述液体介电质包括水、乙醇或全氟聚醚物。

7.根据权利要求5所述的调整方法，其特征在于，所述气体介电质包括空气或惰性气体。