CN106898534B - 等离子体约束环、等离子体处理装置与基片处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可提高等离子体处理全局均匀性的等离子体约束环、等离子体处理装置与处理方法。其中，该等离子体约束环包括呈环形的壁体，所述壁体所环绕的空间用于约束等离子体于其内，所述壁体包括：呈环形的内壁，由导体或半导体材料制成；呈环形的外壁，由电绝缘材料制成。
Description
技术领域
本发明涉及半导体加工领域，尤其涉及可提高等离子体处理全局均匀性的等离子体约束环、等离子体处理装置与处理方法。
背景技术
目前，随着超大规模集成电路的器件特征尺寸不断地等比例缩小，集成度不断地提高，对各步工艺的控制及其工艺结果的精确度提出了更高的要求。以刻蚀工艺为例，需要基片（晶圆）各区域的刻蚀速率趋于相同，否则将导致芯片成品率不高。因而，有必要持续提高基片各区域加工的均匀性。
发明内容
本发明提供一种用于等离子体处理装置的等离子体约束环，其包括呈环形的壁体，所述壁体所环绕的空间用于约束等离子体于其内，所述壁体包括：
呈环形的内壁，由导体或半导体材料制成；
呈环形的外壁，由电绝缘材料制成。
可选的，所述内壁的材料包括硅或碳化硅。
可选的，所述内壁的表面镀有石墨。
可选的，所述外壁的材料包括石英或陶瓷。
可选的，所述内壁接地。
本发明还提供一种等离子体处理装置，包括：
由多个壁围成的反应腔；
设置在反应腔内的基座，用于固定基片；
设置在反应腔内的气体喷淋头，用于引入气体至反应腔内，所述气体喷淋头与所述基座之间为等离子体处理区域；
如前面所述的等离子体约束环，所述等离子体约束环设置在所述反应腔内，所述等离子体处理区域被所述等离子体约束环所环绕。
可选的，所述等离子体约束环呈空心圆柱形。
可选的，所述等离子体约束环与所述反应腔的侧壁之间存在间隙。
可选的，还包括升举装置，用于上下移动所述等离子体约束环。
可选的，所述升举装置包括与等离子体约束环接触的顶针，所述等离子体约束环通过所述顶针实现接地。
本发明另提供一种基片处理方法，包括：
将基片自基片进出通道移入反应腔；
移动等离子体约束环并将其停留在工作位置，位于工作位置的等离子体约束环遮挡所述基片进出通道，并限定一等离子体处理区域，所述等离子体约束环包括由导体或半导体材料制成的、呈环形的内壁，以及由绝缘材料制成的、呈环形的外壁；
通入反应气体至反应腔，并将其解离为等离子体，所述等离子体在所述等离子体处理区域对基片进行处理，在基片处理过程中，所述等离子体约束环的内壁接地。
可选的，还包括：
移动等离子体约束环并将其停留在传送位置，位于传送位置的等离子体约束环暴露所述基片进出通道，以移出处理完毕的基片或移入待处理的基片至反应腔。
可选的，所述反应腔包括顶壁、底壁与侧壁，所述等离子体约束环沿所述侧壁在竖直方向上移动以在工作位置和传送位置之间切换。
可选的，所述等离子体约束环与所述反应腔的侧壁之间存在间隙。
可选的，所述内壁的材料包括硅或碳化硅。
可选的，所述外壁的材料包括石英或陶瓷。
附图说明
图1至图3是一种电容耦合式等离子体刻蚀装置的示意图；
图4与图5是依据本发明一个实施例的等离子体处理装置的结构示意图；
图6是依据本发明一个实施例的基片处理方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
图1所示为一种电容耦合式等离子体刻蚀装置。该刻蚀装置包括一气密的反应腔2。围成反应腔2的各壁被接地。反应腔2内设置有用于固定基片W的基座3、用于引入刻蚀气体至反应腔2内的气体喷淋头4，所述气体喷淋头4与所述基座3之间为等离子体处理区域PS。通常气体喷淋头4可作为上电极，基座3可作为下电极。一高频射频功率9施加在基座3上，用于将等离子体处理区域PS内的刻蚀气体解离为等离子体与自由基。到达基片W上表面的等离子体与自由基可将基片W刻蚀成预定的图案。刻蚀所产生的刻蚀副产物与未来得及参与反应的刻蚀气体会被泵（未图示）抽出反应腔2。
反应腔2内还可设置有等离子体约束环6’，该等离子体约束环6’用于将生成的等离子体约束在其内部，也用于将反应腔2的侧壁22电绝缘。这使得等离子体约束环6’的制作材料通常被局限于绝缘材料，如石英或陶瓷。若等离子体约束环6’为导电或半导电材料，则会有电弧放电等方面的隐忧。
图2是图1的俯视图，其显示了反应腔2与基座3的相对位置。为方便基片进出反应腔2，反应腔2的侧壁22上开设有一狭槽，作为基片进出通道26。由于基片进出通道26的存在，会导致基片进出通道26所在处的侧壁22的射频接地状态不同于侧壁22的其它位置，这会进一步导致等离子体在侧壁22周围分布不均。不仅如此，由于等离子体约束环6’为绝缘材质，射频路径为自基座3至气体喷淋头4，如图3所示。这会使得等离子体被主要约束在正对基座3与气体喷淋头4的区域，等离子体的这种分布会造成基片边缘区域的刻蚀速率明显小于基片中央区域。
图4是依据本发明一个实施例的等离子体处理装置的结构示意图，其用于提高等离子体在各区域分布的均匀性。所述等离子体处理装置可为等离子体刻蚀装置，比如，电容耦合式等离子体刻蚀装置。
如图4所示，等离子体处理装置包括由底壁（未图示）、侧壁22与顶壁（未图示）围成的反应腔2。围成反应腔2的各壁被接地。反应腔2内设置有用于固定基片W的基座3（基座3设置在反应腔底壁的上方）、用于引入刻蚀气体至反应腔2内的气体喷淋头4（气体喷淋头4设置在反应腔顶壁的下表面，或，可将气体喷淋头4看作反应腔顶壁的一部分），所述气体喷淋头4与所述基座3之间为等离子体处理区域PS。通常气体喷淋头4可作为上电极，基座3可作为下电极。一高频射频功率9施加在基座3上，用于将等离子体处理区域PS内的刻蚀气体解离为等离子体与自由基。到达基片W上表面的等离子体与自由基可将基片W刻蚀成预定的图案。刻蚀所产生的刻蚀副产物与未来得及参与反应的刻蚀气体会被泵（未图示）抽出反应腔2。基座3的外围还可设置有出气装置H，被泵抽出的气体会优先通过该出气装置H。该出气装置H包括若干细长的通孔，组成该通孔的侧壁上带有与反应腔内等离子体电性相反的电荷，使得将被气体携带的等离子体在通过该通孔时被中和，从而可避免等离子体进入下游的排气管路。
为改善等离子体分布的均匀性，等离子体处理装置还包括一种新型的等离子体约束环6。如图4与图5（图5是等离子体约束环6的俯视图）所示，等离子体约束环6包括呈环形的壁体，所述壁体所环绕的空间用于约束等离子体于其内，所述壁体包括由导体或半导体材料制成的呈环形的内壁61、由电绝缘材料制成的呈环形的外壁63。在利用等离子体进行处理（比如刻蚀）的过程中，导电或半导电的内壁61可被接地。
接地的内壁61加强了基片边缘区域的射频耦合，使得基片中心区域和边缘区域的等离子体分布变得更均匀。不仅如此，由于反应腔的侧壁22被内壁61电隔离于等离子体处理区域PS，使得由基片进出通道26（如图2所示）所带来的反应腔侧壁22的不对称性对等离子体分布的影响也显著降低，几乎不再对处理工艺起负面作用。外环63则起到电绝缘反应腔侧壁22的作用，避免侧壁22与等离子体约束环6之间的间隙G内产生等离子体或电弧放电现象。
在本实施例中，等离子体约束环6整体呈空心圆柱形。但在其它实施例中，等离子体约束环可为其它空心形状，如，上下端宽、中间窄的环形，或其它不规则的环形。
用于制备内壁61的材料可包括硅或碳化硅等。作为内壁的硅或碳化硅的内表面可进一步镀一层石墨（graphite），以减少颗粒杂质的产生。用于制备外壁63的材料可包括石英或陶瓷等。
说明一点，这里所说的内壁、外壁，并不表示内壁是等离子体约束环的最内层结构、外壁是等离子体约束环的最外层结构。这里所说的内与外仅在强调内壁与外壁之间的相对关系，即，内壁比外壁更靠内（即更靠近反应腔内的等离子体处理区域），外壁比内壁更靠外（即更靠近反应腔的侧壁）。
等离子体约束环6可以是可上下移动的结构，即，等离子体约束环6至少具有两个状态/位置：工作位置与传送位置。位于工作位置的等离子体约束环6遮挡基片进出通道26，并环绕所述等离子体处理区域PS。位于传送位置的等离子体约束环6暴露所述基片进出通道26，以移出处理完毕的基片或移入待处理的基片至反应腔。
对应的，等离子体处理装置还可包括用于上下移动所述等离子体约束环6的升举装置（未图示）。具体的，所述升举装置可包括与等离子体约束环接触的顶针76，所述等离子体约束环6可通过所述顶针76实现接地。
图6是依据本发明一个实施例的基片处理方法的流程示意图。如图6所示，该基片处理方法包括：
将基片自基片进出通道移入反应腔；
移动等离子体约束环并将其停留在工作位置，位于工作位置的等离子体约束环遮挡所述基片进出通道，并限定一等离子体处理区域，所述等离子体约束环包括由导体或半导体材料制成的、呈环形的内壁，以及由绝缘材料制成的、呈环形的外壁；
通入反应气体至反应腔，并将其解离为等离子体，所述等离子体在所述等离子体处理区域对基片进行处理，在基片处理过程中，所述等离子体约束环的内壁接地。
在一片或一批基片处理完成后，可移动等离子体约束环并将其停留在传送位置，位于传送位置的等离子体约束环暴露所述基片进出通道，以移出处理完毕的基片或移入待处理的基片至反应腔。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
Claims (16)
1.一种用于等离子体处理装置的等离子体约束环，包括呈环形的壁体，所述壁体所环绕的空间用于约束等离子体和反应气体于其内，其特征在于：所述壁体环绕一基片设置，所述基片包括中心区域和边缘区域；所述壁体包括：
呈环形的内壁，一侧与所述等离子体和反应气体相接触，由导体或半导体材料制成，所述内壁接地，用于加强基片边缘区域的射频耦合，使得基片中心区域和边缘区域的等离子体分布变得更均匀；
呈环形的外壁，由电绝缘材料制成；
所述等离子体约束环内侧设置一出气装置，所述出气装置环绕基片设置。
2.如权利要求1所述的等离子体约束环，其特征在于，所述内壁的材料包括硅或碳化硅。
3.如权利要求1所述的等离子体约束环，其特征在于，所述内壁的表面镀有石墨。
4.如权利要求1所述的等离子体约束环，其特征在于，所述外壁的材料包括石英或陶瓷。
5.如权利要求1所述的等离子体约束环，其特征在于，所述内壁接地。
6.一种等离子体处理装置，包括：
由多个壁围成的反应腔；
设置在反应腔内的基座，用于固定基片；
设置在反应腔内的气体喷淋头，用于引入气体至反应腔内，所述气体喷淋头与所述基座之间为等离子体处理区域；
如权利要求1至5任一项所述的等离子体约束环，所述等离子体约束环设置在所述反应腔内，所述等离子体处理区域被所述等离子体约束环所环绕，所述等离子体约束环用于将等离子体和未解离的反应气体约束在处理区域内，所述等离子体约束环内侧设置一出气装置，所述出气装置环绕基片设置。
7.如权利要求6所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体约束环呈空心圆柱形。
8.如权利要求6所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体约束环与所述反应腔的侧壁之间存在间隙。
9.如权利要求8所述的等离子体处理装置，还包括升举装置，用于上下移动所述等离子体约束环。
10.如权利要求9所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述升举装置包括与等离子体约束环接触的顶针，所述等离子体约束环通过所述顶针实现接地。
11.一种基片处理方法，包括：
将基片自基片进出通道移入反应腔；
移动等离子体约束环并将其停留在工作位置，位于工作位置的等离子体约束环遮挡所述基片进出通道，并限定一等离子体处理区域，所述等离子体约束环包括由导体或半导体材料制成的、呈环形的内壁，所述内壁一侧与所述等离子体和反应气体相接触，以及由绝缘材料制成的、呈环形的外壁；
通入反应气体至反应腔，并将其解离为等离子体，所述等离子体在所述等离子体处理区域对基片进行处理，在基片处理过程中，所述等离子体约束环的内壁接地，所述等离子体约束环将等离子体和未解离的反应气体约束在处理区域内；
所述等离子体约束环内侧设置一出气装置，所述出气装置环绕基片设置，反应气体通过所述出气装置排出反应腔。
12.如权利要求11所述的基片处理方法，还包括：
移动等离子体约束环并将其停留在传送位置，位于传送位置的等离子体约束环暴露所述基片进出通道，以移出处理完毕的基片或移入待处理的基片至反应腔。
13.如权利要求12所述的基片处理方法，其特征在于，所述反应腔包括顶壁、底壁与侧壁，所述等离子体约束环沿所述侧壁在竖直方向上移动以在工作位置和传送位置之间切换。
14.如权利要求13所述的基片处理方法，其特征在于，所述等离子体约束环与所述反应腔的侧壁之间存在间隙。
15.如权利要求11所述的基片处理方法，其特征在于，所述内壁的材料包括硅或碳化硅。
16.如权利要求11所述的基片处理方法，其特征在于，所述外壁的材料包括石英或陶瓷。
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