CN110416046A - 一种极板间距可调容性耦合等离子体处理系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种极板间距可调容性耦合等离子体处理系统及其方法,所述系统包含:上电极、下电极、桥联环、外环导轨、接地环、传片门;下电极通过桥联环连接到外环导轨构成下电极系统;外环导轨沿着刻蚀腔体内壁上下移动,且在某一特定位置上设置接地环,使外环导轨固定在所述接地环完成接地状态,此时外环导轨把传片门完全阻挡和屏蔽。所述系统克服传统技术方案当中存在的无法规避传片门而导致的刻蚀工艺不对称问题及刻蚀工艺所需极板间距较大时传片门处等离子体无效约束等缺陷。
Description
技术领域
等离子体刻蚀、等离子体约束系统。
背景技术
传统电容耦合等离子体刻蚀机的极板间距无法实时在线调控,这极大限制了刻蚀机的工艺范围和对不同工艺的兼容性。极板间距可调等离子体刻蚀机的基本思路在于或通过固定下电极调节上电极,或通过固定上电极调节下电极来实现极板间距的调控。以后者为例,结合附图说明了通过下电极(Lower Cathode)移动实现极板间距调节过程:
(1)如附图1,将下电极2移动至传片门(Slit door)5以下,完成晶圆3传入过程;此时极板间距为h1。
(2)如附图2,将下电极2上移至工艺所需位置,完成刻蚀工艺;此时极板间距为h2。
(3)将下电极2重新下移至极板间距为h1的位置,如附图1,完成晶圆3传出过程。
上述操作过程的一个基本逻辑思路在于通过简单的下电极移动实现极板间距的大范围调节。在下电极2移动过程中,为了确保RF路径的畅通以及等离子体约束系统对等离子体约束的可靠性,需要使用由多个低阻抗金属导体构成的桥联环4(如铜或铝的导线材质)将环绕下电极2的等离子体约束系统11与腔体连接起来。等离子约束系统11中包括导体,最终下电极2经过等离子约束系统中的导体和桥联环连接到反应腔侧壁的接地处,这一个通路中只有桥联环4的长度受到下电极上下运动幅度的限制无法缩短,最终导致这个通路上的电感很大,高频射频功率流通的阻抗也很大。桥联环4的阻抗大小决定了整个腔体RF回路的畅通性,从而影响等离子体的约束效果。显而易见,当下电极2移动范围增加时,相应地,桥联环4长度和阻抗均要增加,从而减弱等离子体的约束效果。典型地,较大长度的桥联环4对等离子体源频率(60MHz)具有更大的阻抗,因此更多的是影响60MHz等离子体的约束能力。
另外,上述操作过程还有两个比较大的缺陷。一是它无法规避传片门(Slitdoor)5,腔体不对称因素所造成的刻蚀工艺不对称问题;二是当刻蚀工艺所需极板间距较大时,等离子约束系统11到传片门5之间无法形成有效回路,等离子体无效约束问题变得非常明显。基于此,本发明针对以上所述提出了一种极板间距可调容性耦合等离子体刻蚀系统。
发明内容
本发明针对极板间距可调刻蚀机制提出了一种极板间距可调容性耦合等离子体处理系统,克服传统技术方案当中存在的无法规避传片门而导致的刻蚀工艺不对称问题及刻蚀工艺所需极板间距较大时传片门处等离子体无效约束等缺陷。
为了达到上述目的,本发明通过以下技术方案实现:
提供一种极板间距可调容性耦合等离子体处理系统,其系统包含:腔体、上电极、下电极、桥联环、外环导轨、传片门、接地环;
所述上电极在腔体内的上部,下电极在腔内下部承载晶圆的基座中;
所述外环导轨沿腔壁上下移动;所述下电极在腔体内上下移动;所述下电极与外环导轨之间设有桥联环;
腔壁的一侧开设有传片门,使所述晶圆通过传片门传入腔体并放置到移动至第一位置的下电极处,或通过传片门将晶圆从第一位置的下电极处传送到腔体外;
所述下电极移动到第二位置时,所述外环导轨向上移动到一个与接地环实现电连接的接地位置,使得下电极通过所述桥联环、外环导轨、接地环实现接地;
所述下电极移动到高于所述第二位置的第三位置时到达工艺处理所需的位置,且下电极在第二位置与第三位置之间移动期间,所述外环导轨保持与接地环的电连接的接地位置。
优选地,所述下电极在腔体内上下移动时,所述上电极的位置固定。
优选地,所述下电极在第二位置与第三位置之间移动期间,所述桥联环产生形变。
优选地,移动到接地位置的所述外环导轨足以将传片门完全遮盖。
优选地,所述外环导轨的接地位置是外环导轨沿腔壁移动的上限位置。
优选地,所述外环导轨在接地位置处与设置在腔壁上的接地环电性接触。
优选地,所述外环导轨通过其上部设置的垫圈与接地环电性接触。
优选地,所述下电极处于第一位置时,所述下电极、外环导轨及桥联环分别位于传片门以下的位置,使晶圆得以传入或传出腔体。
一种极板间距可调容性耦合等离子体处理方法,其步骤包含:
S1、将下电极和外环导轨移动至传片门以下,将晶圆传入腔体并放置到下电极处;
S2、移动下电极和外环导轨,直至外环导轨到达接地位置,并通过外环导轨将所述传片门完全遮挡;
S3、移动下电极直至到达工艺处理所需位置,并使外环导轨在其接地位置保持不动;通过向下电极或上电极之一施加射频源功率,将引入到腔体内的反应气体激发形成等离子体,对晶圆进行工艺处理。
优选地,对晶圆完成工艺处理之后,进一步包含以下过程:
S4、移动下电极,使下电极回到步骤S2时的位置,并在下电极移动期间使外环导轨在其接地位置保持不动;
S5、移动下电极和外环导轨,使下电极和外环导轨回到步骤S1时的位置,通过传片门进行晶圆传出操作。
优选地,外环导轨在其接地位置与腔壁上的接地环电性接触。
优选地,步骤S1时上电极和下电极的间距为h1,步骤S2时上电极和下电极的间距为h2,步骤S3时上电极和下电极的间距为h3,其中h1>h2>h3。
优选地,射频源功率的频率大于等于60MHz。
一种极板间距可调容性耦合等离子体处理系统,其系统包含:腔体、上电极、下电极、桥联环、外环导轨、传片门和接地环;
所述上电极在腔体内的上部,下电极在腔内下部承载晶圆的基座中;
所述外环导轨沿腔壁上下移动;所述下电极在腔体内上下移动;所述下电极与外环导轨之间设有桥联环;
第一驱动装置驱动所述下电极在第一位置和第二位置之间移动,第二驱动装置驱动所述外环导轨在第三位置和第四位置之间移动,其中下电极的移动范围大于所述外环导轨的移动范围;
腔壁的一侧开设有传片门,使所述晶圆通过传片门传入腔体并放置到移动至第一位置的下电极处,或通过传片门将晶圆从第一位置的下电极处传送到腔体外;
所述外环导轨从第三位置向上移动到第四位置时,与接地环实现电连接,使得下电极通过所述桥联环、外环导轨、接地环实现接地;所述下电极进一步向上移动且外环导轨停留在第四位置时,所述桥联环变形延展,保持外环导轨与下电极的电连接。
优选地,所述外环导轨在第四位置时完全遮挡所述传片门。
本发明针对极板间距可调刻蚀机制提出了一种极板间距可调容性耦合等离子体刻蚀系统。该系统具有以下优点:
(1)通过外环导轨的灵活移动接地过程,可以最大程度缩减桥联环的长度,增强刻蚀系统对60MHz等高频等离子体的约束能力;
(2)接地的外环导轨可同时用于传片门的有效遮挡和屏蔽,从而消除刻蚀机传片门所引入的诸多问题,例如刻蚀过程不对称性、等离子体漏约束以及聚合物(Polymer)沉积带来的颗粒污染(Particle)问题。
附图说明
图1为传统极板间距可调电容耦合等离子体处理机的示意图;
图2为传统极板间距可调电容耦合等离子体处理机的实现极板间距调节过程示意图;
图3为一种极板间距可调容性耦合等离子体处理方法的流程图;
图4为一种极板间距可调容性耦合等离子体处理系统的完成晶圆传入操作示意图;
图5为一种极板间距可调容性耦合等离子体处理系统的外环导轨通过垫圈完成接地的示意图;
图6为一种极板间距可调容性耦合等离子体处理系统的下电极系统上移至工艺所需位置的示意图。
具体实施方式
以下结合附图,通过详细说明一个较佳的具体实施案例,对本发明做进一步阐述。
如附图4所示,本发明针对极板间距可调刻蚀机制提出了一种极板间距可调容性耦合等离子体处理系统及其方法,所述系统包含:刻蚀腔体、上电极1、下电极2、桥联环4、外环导轨6、传片门5、接地环8、垫圈7。
上电极1在腔体内的上部,下电极2在腔内下部承载晶圆3的基座中,腔壁的一侧开设传片门5。所述下电极2通过桥联环(Strap)4连接到外环导轨(Slide guide)6。固定所述上电极1位置,下电极2在刻蚀腔体内上下移动,外环导轨6沿腔壁上下移动,桥联环4随着下电极2和外环导轨6一起移动。所述外环导轨6的上部设置垫圈7,该外环导轨6移动的上限位置设置一个接地环8,使外环导轨6通过垫圈7接触接地环8完成接地状态。所述外环导轨6处于上限位置并与接地环接触时,能够完全遮挡所述传片门5。
下电极有三种位置状态。如附图4所示,外环导轨在传片门以下位置时,所述下电极也在传片门以下位置,进行晶圆传入、传出等操作。如附图5所示,外环导轨处于完全遮挡所述传片门的位置时,下电极也跟着移动到下电极顶部与外环导轨上部齐平的位置;本例中外环导轨与下电极移动速度保持一致,且桥联环也无形变。如附图6所示,外环导轨完全遮盖传片门后停止移动,下电极继续移动到工艺所需位置,此时桥联环发生形变。
桥联环与下电极通过独立的两套驱动机构驱动,可以同步升降也可以不同步,不同步升降时桥联环会发生形变,外环导轨与下电极之间的相对位置也会发生变化。外环导轨是圆桶形的导体,能够在整个反应腔内壁上下移动,使得反应腔内的气流和电场分布具有更好的均匀性。
具体实施方法通过下述步骤实现极板间距调节过程:
S1、将下电极和外环导轨移动至传片门以下,进行晶圆传入操作,本例的下电极顶部与外环导轨顶部处在一条水平线上,且极板间距为h1。
S2、移动下电极和外环导轨,直至外环导轨移动至接地环(GND ring)所在位置,使外环导轨通过垫圈(Gasket)与接地环接触完成接地状态,此时极板间距为h2;该过程中,下电极与外环导轨同时以相同速率进行移动,桥联环也无任何形变,同时接地的外环导轨实现对传片门的阻挡和屏蔽作用。
S3、将下电极上移至工艺所需位置,进行刻蚀工艺,此时极板间距为h3;该过程中,外环导轨停止不动,一端随下电极上移的桥联环被拉伸。
S4、将下电极下移至接地环,此时极板间距为h2;在此过程中,接地外环导轨保持不变。
S5、将下电极、桥联环、外环导轨下移至传片门以下,完成晶圆传出操作,此时极板间距为h1;该过程中,外环导轨脱离接地环,下电极与外环导轨相对位置保持不变,桥联环无任何形变。
本例中极板间距大小关系是h1>h2>h3。但在其他示例中,刻蚀工艺需要的极板间距可能较大,为此可以在S3中将下电极往下移动,使极板间距相比S2时有所增加。
其中垫圈可以是形如弹簧的金属导体围成的弹性导体环,以使得接地环与外环导轨稳定电连接。
上述极板间距调节方法具有以下优点:
(1)通过外环导轨的灵活移动接地过程,桥联环的长度取决于极板间距h2到h3的距离之差,可以最大程度缩减桥联环的长度来减小阻抗,增强刻蚀系统对60MHz以上的高频等离子体的约束能力。
(2)接地的外环导轨可同时用于传片门的有效遮挡和屏蔽,从而消除刻蚀机传片门所引入的诸多问题,例如刻蚀过程不对称性、等离子体漏约束以及聚合物(Polymer)沉积带来的颗粒污染(Particle)问题。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍,但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后,对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此,本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (15)
1.一种极板间距可调容性耦合等离子体处理系统,其特征在于,所述系统包含:腔体、上电极、下电极、桥联环、外环导轨、传片门、接地环;
所述上电极在腔体内的上部,下电极在腔内下部承载晶圆的基座中;
所述外环导轨沿腔壁上下移动;所述下电极在腔体内上下移动;所述下电极与外环导轨之间设有桥联环;
腔壁的一侧开设有传片门,使所述晶圆通过传片门传入腔体并放置到移动至第一位置的下电极处,或通过传片门将晶圆从第一位置的下电极处传送到腔体外;
所述下电极移动到第二位置时,所述外环导轨向上移动到一个与接地环实现电连接的接地位置,使得下电极通过所述桥联环、外环导轨、接地环实现接地;
所述下电极移动到高于所述第二位置的第三位置时到达工艺处理所需的位置,且下电极在第二位置与第三位置之间移动期间,所述外环导轨保持与接地环的电连接的接地位置。
2.如权利要求1所述的一种极板间距可调容性耦合等离子体处理系统,其特征在于,所述下电极在腔体内上下移动时,所述上电极的位置固定。
3.如权利要求1所述的一种极板间距可调容性耦合等离子体处理系统,其特征在于,所述下电极在第二位置与第三位置之间移动期间,所述桥联环产生形变。
4.如权利要求1所述的一种极板间距可调容性耦合等离子体处理系统,其特征在于,移动到接地位置的所述外环导轨足以将传片门完全遮盖。
5.如权利要求4所述的一种极板间距可调容性耦合等离子体处理系统,其特征在于,所述外环导轨的接地位置是外环导轨沿腔壁移动的上限位置。
6.如权利要求1或4或5所述的一种极板间距可调容性耦合等离子体处理系统,其特征在于,所述外环导轨在接地位置处与设置在腔壁上的接地环电性接触。
7.如权利要求6所述的一种极板间距可调容性耦合等离子体处理系统,其特征在于,所述外环导轨通过其上部设置的垫圈与接地环电性接触。
8.如权利要求1所述的一种极板间距可调容性耦合等离子体处理系统,其特征在于,所述下电极处于第一位置时,所述下电极、外环导轨及桥联环分别位于传片门以下的位置,使晶圆得以传入或传出腔体。
9.一种极板间距可调容性耦合等离子体处理方法,其特征在于,所述步骤包含:
S1、将下电极和外环导轨移动至传片门以下,将晶圆传入腔体并放置到下电极处;
S2、移动下电极和外环导轨,直至外环导轨到达接地位置,并通过外环导轨将所述传片门完全遮挡;
S3、移动下电极直至到达工艺处理所需位置,并使外环导轨在其接地位置保持不动;通过向下电极或上电极之一施加射频源功率,将引入到腔体内的反应气体激发形成等离子体,对晶圆进行工艺处理。
10.如权利要求9所述的一种极板间距可调容性耦合等离子体处理方法,其特征在于,对晶圆完成工艺处理之后,进一步包含以下过程:
S4、移动下电极,使下电极回到步骤S2时的位置,并在下电极移动期间使外环导轨在其接地位置保持不动;
S5、移动下电极和外环导轨,使下电极和外环导轨回到步骤S1时的位置,通过传片门进行晶圆传出操作。
11.如权利要求9所述的一种极板间距可调容性耦合等离子体处理方法,其特征在于,外环导轨在其接地位置与腔壁上的接地环电性接触。
12.如权利要求9或10所述的一种极板间距可调容性耦合等离子体处理方法,其特征在于,步骤S1时上电极和下电极的间距为h1,步骤S2时上电极和下电极的间距为h2,步骤S3时上电极和下电极的间距为h3,其中h1>h2>h3。
13.如权利要求9所述的一种极板间距可调容性耦合等离子体处理方法,其特征在于,射频源功率的频率大于等于60MHz。
14.一种极板间距可调容性耦合等离子体处理系统,其特征在于,所述系统包含:腔体、上电极、下电极、桥联环、外环导轨、传片门和接地环;
所述上电极在腔体内的上部,下电极在腔内下部承载晶圆的基座中;
所述外环导轨沿腔壁上下移动;所述下电极在腔体内上下移动;所述下电极与外环导轨之间设有桥联环;
第一驱动装置驱动所述下电极在第一位置和第二位置之间移动,第二驱动装置驱动所述外环导轨在第三位置和第四位置之间移动,其中下电极的移动范围大于所述外环导轨的移动范围;
腔壁的一侧开设有传片门,使所述晶圆通过传片门传入腔体并放置到移动至第一位置的下电极处,或通过传片门将晶圆从第一位置的下电极处传送到腔体外;
所述外环导轨从第三位置向上移动到第四位置时,与接地环实现电连接,使得下电极通过所述桥联环、外环导轨、接地环实现接地;所述下电极进一步向上移动且外环导轨停留在第四位置时,所述桥联环变形延展,保持外环导轨与下电极的电连接。
15.如权利要求14所述的一种极板间距可调容性耦合等离子体处理系统,其特征在于,所述外环导轨在第四位置时完全遮挡所述传片门。
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