CN110634727A - 一种等离子体处理装置及其调节方法 - Google Patents

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Abstract

一种等离子体处理装置及其调节方法，其中，等离子体处理装置包括：处理腔；基座，位于所述处理腔内的底部；静电夹盘，位于所述基座上，用于承载和吸附待处理基片；聚焦环，包围所述静电夹盘；热传导环，位于所述聚焦环的下方，且环绕所述基座；可膨胀件，固定于处理腔的底部且与所述热传导环连接，所述可膨胀件包括高热膨胀系数材料，所述可膨胀件内具有第一流体槽，所述第一流体槽用于容纳第一流体，改变所述第一流体的温度，使得所述可膨胀件膨胀或者收缩，通过带动所述热传导环沿垂直于静电夹盘表面的方向移动实现对所述聚焦环高度的改变。所述等离子体处理装置能够动态调节待处理基片边缘刻蚀的准直性。

Description

一种等离子体处理装置及其调节方法
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种等离子体处理装置及其调节方法。
背景技术
现有的等离子体处理设备包括电容耦合等离子体刻蚀设备（CCP）和感应耦合等离子体刻蚀设备（ICP）。由于电感耦合等离子体（ICP）刻蚀装置和电容耦合等离子体（CCP）刻蚀装置结构简单，较为便宜，广泛地运用到干法刻蚀领域。
所述等离子体处理装置中等离子体的密度分布与待处理基片的刻蚀速率成正比，等离子体的密度越高刻蚀速率越高，等离子体的密度越低刻蚀速率越低。由于等离子体气流作用，待处理基片中心区域的等离子体密度减小，待处理基片边缘部分的等离子体密度增大，导致待处理基片表面中心区域刻蚀速率下降，边缘部分刻蚀速率上升，导致待处理基片刻蚀速率不均匀。
为解决上述问题，在所述待处理基片的外围设置聚焦环，相当于向外扩大了待处理基片的半径，使得聚焦环上方产生和待处理基片上方相同条件的等离子体，有效地将待处理基片上方的等离子体分布边缘延展到聚焦环的外侧壁，增大了等离子体的分布范围，拓宽了待处理基片表面上等离子体的密度分布曲线，使待处理基片上等离子体的密度分布趋于平缓，则待处理基片上的等离子体密度分布更加均匀化，有利于保证边缘区域和中心区域刻蚀工艺的均匀性。
通常采用硅或者碳化硅作为聚焦环的材料，随着刻蚀工艺时间的延长，聚焦环表面也会被等离子体刻蚀消耗掉。聚焦环表面高度降低，使聚焦环上方的等离子体鞘层下移，则待处理基片边缘区域刻蚀准直性较差。然而，除非更换新的聚焦环，否则现有的等离子体处理装置难以调节聚焦环的高度，使得待处理基片边缘刻蚀准直性难以在线调节。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种等离子体处理装置及其调节方法，以在不更换新的聚焦环的情况下，动态调节待处理基片边缘刻蚀的垂直性。
为解决上述技术问题，本发明提供一种等离子体处理装置，包括：处理腔；基座，位于所述处理腔内的底部；静电夹盘，位于所述基座上，用于承载和吸附待处理基片；聚焦环，包围所述静电夹盘；热传导环，位于所述聚焦环的下方，且环绕所述基座；可膨胀件，固定于处理腔的底部且与所述热传导环连接，所述可膨胀件包括高热膨胀系数材料，所述可膨胀件内具有第一流体槽，所述第一流体槽用于容纳第一流体，改变所述第一流体的温度，使得所述可膨胀件受热膨胀或者冷却收缩，通过带动所述热传导环沿垂直于静电夹盘表面的方向移动实现对所述聚焦环高度的改变。
可选的，所述可膨胀件的材料为高热膨胀系数的金属材料；所述高热膨胀系数的金属材料包括铝合金。
可选的，所述可膨胀件的材料为高热膨胀系数的有机材料；所述高热膨胀系数的有机材料包括：聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚酰胺。
可选的，所述可膨胀件的顶部与热传导环的底部连接。
可选的，所述可膨胀件的侧壁与热传导环的侧壁连接，所述可膨胀件包围热传导环。
可选的，所述可膨胀件与热传导环之间通过螺钉固定。
可选的，还包括：位于所述可膨胀件与热传导环之间的热隔离环。
可选的，所述可膨胀件为筒状结构。
可选的，所述可膨胀件的个数大于1个，多个所述可膨胀件之间相互分立，且环绕热基座分布。
可选的，还包括：边缘环，所述边缘环位于所述可膨胀件上，且所述可膨胀件与边缘环之间具有缝隙，使所述可膨胀件有足够的空间进行膨胀。
可选的，还包括：位于所述处理腔顶部的安装基板和位于安装基板上的气体喷淋头，所述气体喷淋头与静电夹盘相对设置。
可选的，还包括：位于所述处理腔顶部的绝缘窗口；位于所述绝缘窗口上的电感线圈。
可选的，还包括：位于所述可膨胀件与处理腔底部之间的绝缘环。
相应的，本发明还提供一种等离子体处理装置的调节方法，包括：提供上述等离子体处理装置，所述聚焦环顶部至静电夹盘之间的距离超出预设范围；向所述第一流体槽内输入第一流体，调节所述第一流体的温度，使所述可膨胀件膨胀或者收缩，带动热传导环和聚焦环沿垂直于静电夹盘表面的方向移动，直至所述聚焦环到静电夹盘之间的距离在预设范围内。
可选的，在所述等离子体处理装置内进行第一等离子体工艺，设定在第一等离子体工艺初始阶段所述聚焦环顶部到静电夹盘之间的距离为L，随着第一等离子体工艺的进行，所述聚焦环顶部至静电夹盘之间的距离逐渐小于L，当所述聚焦环顶部至静电夹盘之间的距离超出预设范围L-ΔL时，升高所述第一流体的温度，使所述可膨胀件膨胀，以带动聚焦环向上移动，直至所述聚焦环顶部到静电夹盘之间的距离恢复为L。
可选的，在所述等离子体处理装置内进行第一等离子体工艺之后，进行第二等离子体工艺；所述第二等离子体工艺与第一等离子体工艺的预设范围不同，通过调节第一流体的温度，使所述可膨胀件膨胀或者收缩，带动热传导环和聚焦环沿垂直于静电夹盘表面的方向移动，直至所述聚焦环到静电夹盘之间的距离在第二等离子体工艺的预设范围内。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
本发明技术方案提供的等离子体处理装置中，所述可膨胀件包括高热膨胀系数材料，可通过调节可膨胀件内第一流体的温度，使所述可膨胀件膨胀或者收缩。由于所述可膨胀件与热传导环连接，则当所述可膨胀件发生膨胀或者收缩时将带动热传导环运动。而所述热传导环位于聚焦环的下方，因此，当可膨胀件发生膨胀或者收缩时，能够实现聚焦环的抬高或者降低，使所述聚焦环到静电夹盘表面的高度差可调，则静电夹盘表面待处理基片边缘区域的电场方向可调，因此，有利于动态调节待处理基片边缘区域的准直性。
进一步，所述可膨胀件的侧壁与热传导环的侧壁连接，使得可膨胀件的高度较高，则当可膨胀件升高的温度一定时，使得可膨胀件的膨胀补偿量较大。或者说，要达到同样的膨胀补偿量，由于可膨胀件的高度较大，使得可膨胀件需升高的温度较低。
附图说明
图1是本发明一种等离子体处理装置的结构示意图；
图2是本发明另一种等离子体处理装置的结构示意图；
图3是图1等离子体处理装置中一种可膨胀件与热传导环的俯视图；
图4是图1等离子体处理装置中另一种可膨胀件与热传导环的俯视图；
图5是本发明等离子体处理装置的调节方法流程图。
具体实施方式
正如背景技术所述，现有的等离子体处理装置难以调节待处理基片边缘刻蚀的准直性，为了解决上述技术问题，本发明技术方案提供一种等离子体处理装置，包括：处理腔；基座，位于所述处理腔内的底部；静电夹盘，位于所述基座上，用于承载和吸附待处理基片；聚焦环，包围所述静电夹盘；热传导环，位于所述聚焦环的下方，且环绕所述基座；可膨胀件，与所述热传导环连接，所述可膨胀件包括高热膨胀系数材料，所述可膨胀件内具有第一流体槽，所述第一流体槽用于容纳第一流体。所述等离子体处理装置能够在不更换新的聚焦环的情况下，动态调节待处理基片边缘区域刻蚀的准直性。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1是本发明一种等离子体处理装置的结构示意图。
请参考图1，处理腔100；基座101，位于所述处理腔100内的底部；静电夹盘102，位于所述基座101上，用于承载和吸附待处理基片；聚焦环103，包围所述静电夹盘102；热传导环104，位于所述聚焦环103的下方，且环绕所述基座101；可膨胀件105，与所述热传导环104连接，所述可膨胀件105包括高热膨胀系数材料，所述可膨胀件105内具有第一流体槽105a，所述第一流体槽105a用于容纳第一流体，改变所述第一流体的温度，使得所述可膨胀件105膨胀或者收缩，通过带动所述热传导环104沿垂直于静电夹盘102表面的方向移动实现对所述聚焦环103高度的改变。
在本实施例中，等离子体处理装置为电容耦合等离子体刻蚀装置（CCP），所述等离子体处理装置还包括：位于所述处理腔100顶部的安装基板（图中未示出）和位于安装基板（图中未示出）上的气体喷淋头106，所述气体喷淋头106与静电夹盘102相对设置；与所述气体喷淋头106连接的气体供给装置107，所述气体供给装置107用于向气体喷淋头106内输送反应气体；连接于气体喷淋头106或者基座101的射频功率源，对应的气体喷淋头106或者基座101接地，所述射频功率源产生的射频信号通过气体喷淋头106与基座101形成的电容使反应气体转化为等离子体，所述等离子体用于对待处理基片进行等离子体工艺处理。
在所述待处理基片的外围设置聚焦环103，相当于向外扩大了待处理基片的半径，使得聚焦环103上方产生和待处理基片上方相同条件的等离子体，有效地将待处理基片上方的等离子体分布边缘延展到聚焦环103的外侧壁，增大了等离子体的分布范围，拓宽了待处理基片表面上等离子体的密度分布曲线，使待处理基片上等离子体的密度分布趋于平缓，则待处理基片上的等离子体密度分布更加均匀化，有利于保证边缘区域和中心区域刻蚀工艺的均匀性。
所述聚焦环103的材料包括硅或者碳化硅，所述待处理基片的材料包括硅，因此，在对待处理基片表面进行等离子体处理的过程中，也易对聚焦环103的表面进行刻蚀，即：在对待处理基片表面进行等离子体处理的过程中，聚焦环103的高度会被不断削减，鉴于此，所述聚焦环103的初始设计高度稍高于待处理基片的高度，定义聚焦环103的初始设计高度与待处理基片表面的高度差为L，此时，对待处理基片表面边缘区域和中心区域的准直性均较好。
随着刻蚀工艺的进行，所述聚焦环103的高度不断被削减，使得所述聚焦环103与待处理基片的高度差小于L，在聚焦环103高度的一定削减范围内，所述待处理基片边缘区域的准直性可以接受，定义此时聚焦环103与待处理基片表面的高度差为L-ΔL（大于0）。当聚焦环103的高度继续降低时，所述聚焦环103与待处理基片的高度差将小于L-ΔL，此时，所述待处理基片边缘的准直性将超出可接受范围。通常的解决方法是：更换新的聚焦环103。然而，更换新的聚焦环103，势必增加成本。本发明的解决方法包括：在不更换新的聚焦环103的情况下，通过可膨胀件105抬高聚焦环103，使所述聚焦环103与待处理基片的高度差恢复至L。以下对可膨胀件105抬高聚焦环103进行详细说明：
在本实施例中，所述可膨胀件105的材料包括：高热膨胀系数的金属材料，所述高热膨胀系数的金属材料包括铝合金（热膨胀系数为23.3×10-6/摄氏度）。
在其他实施例中，所述可膨胀件的材料包括：高热膨胀系数的有机材料；所述高热膨胀系数的有机材料包括：聚甲基丙烯酸甲酯（热膨胀系数为130×10-6/摄氏度）、聚氯乙烯（热膨胀系数为80×10-6/摄氏度）、聚酰胺（热膨胀系数为110×10-6/摄氏度～140×10-6/摄氏度）。
由于所述可膨胀件105与热传导环104硬性连接，所述热传导环104位于聚焦环103下方，用于支撑聚焦环103并控制聚焦环的温度，因此，可通过升高第一流体的温度，使可膨胀件105膨胀，这样，所述可膨胀件105将带动热传导环104顶起聚焦环103，使得聚焦环103表面的等离子体鞘层被抬高，则有利于改善待处理基片边缘区域的电场方向，因此，有利于提高待处理基片边缘区域的准直性，提高待处理基片边缘区域与中心区域刻蚀的均匀性。
所述第一流体包括液体或者气体。
在本实施例中，还包括位于：聚焦环103与热传导环104之间的导热耦合环108；所述导热耦合环108与聚焦环103的界面处、以及导热耦合环108与热传导环104的界面处设置导热胶109。
所述导热耦合环108能够促进热传导环104与聚焦环103之间的热传导。所述导热耦合环108的材料包括：导热性良好但电绝缘的材料，例如，所述导热耦合环108的材料包括：氧化铝或者石英。
所述导热胶109用于提高所述导热耦合环108与聚焦环103的界面处、以及导热耦合环108与热传导环104的界面处的传热，有利于热传导环104更好的控制聚焦环103的温度。
聚焦环103在等离子体处理过程中持续受等离子体轰击，使得聚焦环103的温度较高。所述聚焦环103的温度较高，不利于提高等离子体的分布，因此，在所述热传导环104内设置第二流体槽104a，通过控制所述第二流体槽104a内第二流体的温度，以对聚焦环103进行降温，防止聚焦环103的温度过高。
所述可膨胀件105与热传导环104连接的意义在于：所述可膨胀件105带动热传导环104顶起聚焦环103的过程中，一方面，所述聚焦环103与热传导环104之间的电容不变，而所述热传导环104与基座101等电位，则所述聚焦环103与基座101之间的电容不变，使得待处理基片边缘区域等离子体鞘层的厚度不变。另一方面，在移动的过程中，所述热传导环104仍能够对聚焦环103进行独立控温，使得聚焦环103与待处理基片边缘的温度差可调，则能够调节所述待处理基片边缘聚合物的分布，有利于在待处理基片边缘区域形成满足工艺要求的沟槽。
并且，所述可膨胀件105带动热传导环104顶起聚焦环103的过程中，所述热传导环104、导热耦合环108和聚焦环103同时被抬起，而不是仅仅聚焦环103被抬起，使得聚焦环103与导热耦合环108之间不会因聚焦环103的抬起导热耦合环108未被抬起而形成缝隙，因此，有利于避免在聚焦环103与导热耦合环108之间发生电弧放电现象，同时，热传导环104、导热耦合环108和聚焦环103同时升降，能有效保证聚焦环和热传导环之间的温度传递。
在本实施例中，所述可膨胀件105的侧壁与热传导环104的侧壁连接，所述可膨胀件105包围热传导环104，且所述可膨胀件105的底部与处理腔100连接，使得所述可膨胀件105的高度较高。可膨胀件105补偿量公式
Δd=d*(T-T0)*α，其中，Δd为可膨胀件105的补偿量，d为可膨胀件105的高度，T为可膨胀件105的温度，T0为可膨胀件105的基准温度。从可膨胀件105补偿量的公式可知，当T-T0一定时，可膨胀件105的高度越高，可膨胀件105的补偿量越大，或者说，可膨胀件105的补偿量一定时，高度越高，只需升高较小的温度较可实现。
在本实施例中，所述可膨胀件105与热传导环104之间设置热隔离环110。所述热隔离环110用于防止可膨胀件105与热传导环104之间发生相互干扰。
在本实施例中，等离子体处理装置还包括：边缘环111，所述边缘环111位于所述可膨胀件105上，且所述可膨胀件105与边缘环111之间具有缝隙150，使所述可膨胀件105有足够的空间进行膨胀；位于所述边缘环111下方的隔离环112，所述隔离环112包围可膨胀件105；包围所述隔离环112的底部接地环113；位于所述底部接地环113与处理腔100之间的等离子体约束环114。
在本实施例中，所述可膨胀件105的高度不至于过高，有利于布局边缘环111。
在本实施例中，还在可膨胀件105与处理腔100底部之间设置绝缘环160。所述绝缘环160用于将可膨胀件105与处理腔100之间隔开。尽管所述热传导环104为高电位，处理腔100接地，但是，由于所述绝缘环160将可膨胀件105与处理腔100之间隔开，使得所述热传导环104与可膨胀件105之间不易发生电弧放电。同时，热传导环104、导热耦合环108和聚焦环103同时升降，能有效保证聚焦环和热传导环之间的温度传递。
在本实施例中，驱动聚焦环103升降的装置较简单，避免了复杂的机械升降装置。
所述可膨胀件105除了上述抬高聚焦环103，使所述聚焦环103与待处理基片的高度差恢复至L，以继续进行原本的等离子体工艺之外，所述可膨胀件105还可以用于调节聚焦环103的高度，以满足其他等离子体工艺需求。这是因为：为了提高等离子体处理装置的利用率，所述等离子体处理装置内不会仅仅只进行一种等离子体工艺，而是能够进行多种不同的等离子体工艺，而不同的等离子体工艺对聚焦环103顶部至静电夹盘102之间的距离要求不同，因此，可以通过调节第一流体的温度，使所述可膨胀件105膨胀或者收缩，带动热传导环104和聚焦环103沿垂直于静电夹盘102表面的方向移动，直至所述聚焦环103到静电夹盘102之间的距离满足不同的等离子体工艺需求。
图2为本发明另一种等离子体处理装置的结构示意图。
请参考图2，处理腔200；基座201，位于所述处理腔200内的底部；静电夹盘202，位于所述基座201上，用于承载和吸附待处理基片；聚焦环203，包围所述静电夹盘202；热传导环204，位于所述聚焦环203的下方，且环绕所述基座201；可膨胀件205，与所述热传导环204连接，所述可膨胀件205包括高热膨胀系数材料，所述可膨胀件205内具有第一流体槽205a，所述第一流体槽205a用于容纳第一流体，改变所述第一流体的温度，使得所述可膨胀件105膨胀或者收缩，通过带动所述热传导环104沿垂直于静电夹盘102表面的方向移动实现对所述聚焦环103高度的改变。
在本实施例中，等离子体处理装置为感应耦合等离子体刻蚀设备（ICP），所述等离子体处理装置包括：位于所述处理腔200顶部的绝缘窗口206；位于所述绝缘窗口206上的电感线圈207；气体输送通道208，用于向处理腔200内输送反应气体。所述电感线圈207连接射频功率源（图中未示出），所述射频功率源驱动电感线圈207产生较强的高频交变磁场，使反应气体转化为等离子体，所述等离子体用于对待处理基片表面进行等离子体工艺处理。
在本实施例中，所述可膨胀件205顶部与所述热传导环204底部连接。
与上述实施例相同，所述可膨胀件205除了抬高聚焦环203，使所述聚焦环203与待处理基片的高度差恢复至L，继续进行原本的等离子体工艺之外，所述可膨胀件205还可以用于调节聚焦环203的高度，以满足不同的等离子体工艺需求。在本实施例中，所述聚焦环203与热传导环204之间还具有导热耦合环和导热胶，所述导热耦合环和导热胶与上述实施例相同，在此不作赘述。
所述可膨胀件205同时抬起或者降低热传导环204、导热耦合环和聚焦环203，一方面，使得所述聚焦环203与热传导环204之间的电容不变，而所述热传导环204与基座201等电位，则所述聚焦环203与基座201之间的电容不变，使得待处理基片边缘区域等离子体鞘层的厚度不变。另一方面，在移动的过程中，所述热传导环204仍能够对聚焦环203进行独立控温，使得聚焦环203与待处理基片边缘的温度差可调，则能够调节所述待处理基片边缘聚合物的分布，有利于在待处理基片边缘区域形成满足工艺要求的沟槽。
并且，所述可膨胀件205同时抬起或者降低热传导环204和聚焦环203，而不是仅仅聚焦环203被抬起或者降低，使得聚焦环203与导热耦合环之间不会因聚焦环203的抬起导热耦合环未被抬起或者降低而形成缝隙，因此，有利于避免在聚焦环203与导热耦合环之间发生电弧放电现象。
在本实施例中，所述可膨胀件205与处理腔200之间还设置有绝缘环260，所述绝缘环260与上述实施例的相同，在此不做赘述。
在本实施例中，驱动聚焦环203升降的装置较简单，避免了复杂的机械升降装置。
无论是图1还是图2中的等离子体处理装置中，所述可膨胀件均可以为筒状结构；或者，所述可膨胀件的个数大于1个，多个所述可膨胀件之间相互分立，且环绕基座分布。以下以图1中等离子体处理装置中可膨胀件与热传导环的俯视图进行说明。
图3是图1等离子体处理装置中一种可膨胀件与热传导环的俯视图。
请参考图3，可膨胀件105包围热传导环104，所述可膨胀件105的侧壁与热传导环104的侧壁之间通过连接件300连接。
在本实施例中，所述可膨胀件105为筒状结构。所述连接件300分布于可膨胀件105与热传导环104之间。
在本实施例中，所述连接件300为螺钉。在其他实施例中，所述连接件还可以为其他连接器件。
在本实施例中，还包括：位于所述可膨胀件105与热传导环104之间的热隔离环110。所述热隔离环110用于实现可膨胀件105与热传导环104之间的热隔离。
图4是图1等离子体处理装置中另一种可膨胀件与热传导环的俯视图。
请参考图4，可膨胀件105包围热传导环104，所述可膨胀件105的侧壁与热传导环104的侧壁之间通过连接件400连接。
在本实施例中，所述可膨胀件105为弧形结构，且所述可膨胀件105的个数大于1个，多个可膨胀件105分布于热传导环104的外围，则当沿聚焦环周向需要的高度不同时，可通过分别调节不同区域的可膨胀件105来实现，有利于提高聚焦环周向等离子体分布的均匀性。
在本实施例中，还包括位于所述可膨胀件105与热传导环104之间的热隔离环110。
所述热隔离环110和连接件400与图3所示实施例相同，在此不做赘述。
图5是本发明等离子体处理装置的调节方法流程图。
请参考图5，步骤S1：提供上述等离子体处理装置，所述聚焦环顶部至静电夹盘表面的距离超出预设范围；
步骤S2：向所述第一流体槽内输入第一流体，调节所述第一流体的温度，使所述可膨胀件膨胀或者收缩，带动热传导环和聚焦环沿垂直于静电夹盘表面的方向移动，直至所述聚焦环到静电夹盘之间的距离在预设范围内。
在所述等离子体处理装置内进行第一等离子体工艺，考虑到聚焦环在对待处理基片表面进行处理的过程中会被不断损耗，新的聚焦环高度略高于待处理基片的表面，定义所述新的聚焦环高度与待处理基片的高度差为L，此时，等离子体处理装置对待处理基片表面边缘区域和中心区域刻蚀的准直性均较好。随着刻蚀工艺的进行，所述聚焦环103的高度不断被削减，使得所述聚焦环103与待处理基片的高度差小于L，在聚焦环103高度的一定削减范围内，所述待处理基片边缘区域的准直性仍可以接受，此时定义聚焦环103与待处理基片表面的高度差为L-ΔL。当聚焦环103的高度继续降低时，所述聚焦环103与待处理基片的高度差将大于L-ΔL，此时，所述待处理基片边缘的准直性将超出可接受范围。
新的聚焦环与待处理基片的高度差由L变为L-ΔL所需的时间为第一寿命，所述预设范围为：L~（L-ΔL）。
当所述聚焦环103与待处理基片表面的高度差为L-ΔL时，通过可膨胀件膨胀抬高聚焦环103，使所述聚焦环与待处理基片的高度差恢复至L，以继续满足第一等离子体工艺的需要。
具体关于抬高聚焦环103，使所述聚焦环与待处理基片的高度差恢复L的定量分析如下：
在本实施例中，（1）可膨胀件的高度d=200mm，可膨胀件内第一流体的温度范围为T: 0摄氏度-100摄氏度；（2）可膨胀件的材质为铝合金，热膨胀系数为α=23.3*10-6/摄氏度；（3）聚焦环与待处理基片的初始高度差为L=2mm，第一标准寿命为T1=200 RF hrs，对应的聚焦环高度降低ΔL=0.2mm；（4）可膨胀环对聚焦环高度的补偿量为：Δd=d*(T-T0)*α，其中T0为可膨胀件的基准温度，假定T0=Tlow=0摄氏度。
在其他实施例中，可膨胀件的高度还可以为其他值。
根据如上条件，获取可膨胀件的补偿量随着可膨胀件温度变化如下：
可膨胀件的温度（摄氏度） 20 40 60 80 100
聚焦环高度补偿量（mm） 0.09 0.19 0.28 0.37 0.47
从上表可以看出，当第一寿命结束时，可将第一流体的温度升至40摄氏度，此时，可膨胀件对聚焦环的高度补偿量为0.19mm。当聚焦环被抬高0.19mm后，聚焦环基本上被恢复至初始位置，此时，待处理基片边缘区域的刻蚀准直性较好。当聚焦环的高度补偿量为0.19mm，继续对待处理基片进行刻蚀处理，只有当聚焦环与待处理基片的高度差大于L-ΔL，所述聚焦环的第二寿命将结束，粗略认为所述第二寿命与第一寿命相等，那么，此时聚焦环的总寿命将被延长为2倍的第一寿命，即此时聚焦环的总寿命为400 RF hrs。
当聚焦环的第二寿命结束时，将第一流体的温度需要升至80摄氏度左右再次对聚焦环的高度进行补偿，补偿量为0.18mm。当聚焦环被抬高0.18mm后，聚焦环基本上被恢复至初始位置，此时，待处理基片边缘区域的刻蚀准直性较好。当聚焦环的高度补偿量为0.18mm，继续对待处理基片进行刻蚀处理，只有当聚焦环与待处理基片的高度差大于L-ΔL，所述聚焦环的第三寿命将结束，粗略认为所述第三寿命与第一寿命相等，那么，此时聚焦环的总寿命将被延长为3倍的第一寿命，即此时聚焦环的总寿命为600 RF hrs。
当聚焦环的第三寿命结束时，将第一流体的温度升高至最高点100摄氏度，完成对聚焦环的最后一次补偿，这次对聚焦环的高度补偿量为0.1mm，聚焦环的总寿命将被延长为3.5倍的第一寿命，即此时聚焦环的总寿命为700 RF hrs。
综上可知，所述聚焦环的使用寿命的影响因素包括：第一流体温度上限，具体的，当第一流体温度的上限温度越高时，所述聚焦环的使用寿命越长，相反的，当第一流体温度的上限越低时，所述聚焦环的使用寿命越短。
当第一流体温度的上限温度和聚焦环初始高度足够高时，聚焦环的使用寿命将被延长至第N寿命，且Tn=NT1，其中T1为第一寿命。
第一流体的升温方式可以是跳跃式升温，如：0摄氏度-40摄氏度-80摄氏度-100摄氏度；或者，第一流体的升温方式是渐进式升温，如：0摄氏度-5摄氏度-10摄氏度…-100摄氏度。
然而，在实际的等离子体处理装置中，所述等离子体处理装置内不仅仅只进行第一等离子体工艺，还进行第二等离子体工艺。所述第二等离子体工艺与第一等离子体工艺的预设范围不同，通过调节第一流体的温度，使所述可膨胀件膨胀或者收缩，带动热传导环和聚焦环沿垂直于静电夹盘表面的方向移动，直至所述聚焦环到静电夹盘之间的距离在第二等离子体工艺的预设范围内。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (16)

1.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
处理腔；
基座，位于所述处理腔内的底部；
静电夹盘，位于所述基座上，用于承载和吸附待处理基片；
聚焦环，包围所述静电夹盘；
热传导环，位于所述聚焦环的下方，且环绕所述基座；
可膨胀件，固定于处理腔的底部且与所述热传导环连接，所述可膨胀件包括高热膨胀系数材料，所述可膨胀件内具有第一流体槽，所述第一流体槽用于容纳第一流体，改变所述第一流体的温度，使所述可膨胀件膨胀或者收缩，通过带动所述热传导环沿垂直于静电夹盘表面的方向移动实现对所述聚焦环高度的改变。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述可膨胀件的材料为高热膨胀系数的金属材料；所述高热膨胀系数的金属材料包括铝合金。
3.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述可膨胀件的材料为高热膨胀系数的有机材料；所述高热膨胀系数的有机材料包括：聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚酰胺。
4.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述可膨胀件的顶部与热传导环的底部连接。
5.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述可膨胀件的侧壁与热传导环的侧壁连接，所述可膨胀件包围热传导环。
6.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述可膨胀件与热传导环之间通过螺钉固定。
7.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，还包括：位于所述可膨胀件与热传导环之间的热隔离环。
8.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述可膨胀件为筒状结构。
9.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述可膨胀件的个数大于1个，多个所述可膨胀件之间相互分立，且环绕基座分布。
10.如权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于，还包括：边缘环，所述边缘环位于所述可膨胀件上，且所述可膨胀件与边缘环之间具有缝隙，使所述可膨胀件有足够的空间进行膨胀。
11.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，还包括：位于所述处理腔顶部的安装基板和位于安装基板上的气体喷淋头，所述气体喷淋头与静电夹盘相对设置。
12.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，还包括：位于所述处理腔顶部的绝缘窗口；位于所述绝缘窗口上的电感线圈。
13.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，还包括：位于所述可膨胀件与处理腔底部之间的绝缘环。
14.一种等离子体处理装置的调节方法，包括：
提供一种如权利要求1至权利要求13任一项的等离子体处理装置，所述聚焦环顶部至静电夹盘之间的距离超出预设范围；
向所述第一流体槽内输入第一流体，调节所述第一流体的温度，使所述可膨胀件膨胀或者收缩，带动热传导环和聚焦环沿垂直于静电夹盘表面的方向移动，直至所述聚焦环到静电夹盘之间的距离在预设范围内。
15.如权利要求14所述等离子体处理装置的调节方法，其特征在于，在所述等离子体处理装置内进行第一等离子体工艺，设定在第一等离子体工艺初始阶段所述聚焦环顶部到静电夹盘之间的距离为L，随着第一等离子体工艺的进行，所述聚焦环顶部至静电夹盘之间的距离逐渐小于L，当所述聚焦环顶部至静电夹盘之间的距离超出预设范围L-ΔL时，升高所述第一流体的温度，使所述可膨胀件膨胀，以带动聚焦环向上移动，直至所述聚焦环顶部到静电夹盘之间的距离恢复为L。
16.如权利要求15所述等离子体处理装置的调节方法，其特征在于，在所述等离子体处理装置内进行第一等离子体工艺之后，进行第二等离子体工艺；所述第二等离子体工艺与第一等离子体工艺的预设范围不同，通过调节第一流体的温度，使所述可膨胀件膨胀或者收缩，带动热传导环和聚焦环沿垂直于静电夹盘表面的方向移动，直至所述聚焦环到静电夹盘之间的距离在第二等离子体工艺的预设范围内。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111863578A (zh) * 2019-04-28 2020-10-30 中微半导体设备(上海)股份有限公司 一种等离子体处理设备

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113921365B (zh) * 2021-09-29 2024-03-26 北京北方华创微电子装备有限公司 半导体工艺设备及其边缘保护机构
KR102646591B1 (ko) * 2022-05-13 2024-03-12 세메스 주식회사 기판 처리 장치

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101488468A (zh) * 2008-01-17 2009-07-22 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 一种晶片夹持系统及应用该夹持系统的半导体处理设备
CN103794538A (zh) * 2012-10-31 2014-05-14 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 静电卡盘以及等离子体加工设备
US20180053674A1 (en) * 2016-08-18 2018-02-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Electrostatic chuck assembly and substrate processing apparatus including the same
CN108028219A (zh) * 2015-09-25 2018-05-11 住友大阪水泥股份有限公司 静电卡盘装置
US20190198297A1 (en) * 2017-12-21 2019-06-27 Hitachi High-Technologies Corporation Plasma processing apparatus and plasma processing method

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5998932A (en) * 1998-06-26 1999-12-07 Lam Research Corporation Focus ring arrangement for substantially eliminating unconfined plasma in a plasma processing chamber
US7252738B2 (en) * 2002-09-20 2007-08-07 Lam Research Corporation Apparatus for reducing polymer deposition on a substrate and substrate support
CN104878363B (zh) * 2014-02-28 2017-07-21 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 机械卡盘及等离子体加工设备
US10541117B2 (en) * 2015-10-29 2020-01-21 Lam Research Corporation Systems and methods for tilting a wafer for achieving deposition uniformity
JP6683575B2 (ja) * 2016-09-01 2020-04-22 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
KR102581226B1 (ko) * 2016-12-23 2023-09-20 삼성전자주식회사 플라즈마 처리 장치
JP2019012656A (ja) * 2017-06-30 2019-01-24 東京エレクトロン株式会社 プラズマ発生ユニット及びプラズマ処理装置
CN111226309B (zh) * 2017-11-06 2023-09-19 日本碍子株式会社 静电卡盘组件、静电卡盘及聚焦环

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101488468A (zh) * 2008-01-17 2009-07-22 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 一种晶片夹持系统及应用该夹持系统的半导体处理设备
CN103794538A (zh) * 2012-10-31 2014-05-14 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 静电卡盘以及等离子体加工设备
CN108028219A (zh) * 2015-09-25 2018-05-11 住友大阪水泥股份有限公司 静电卡盘装置
US20180053674A1 (en) * 2016-08-18 2018-02-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Electrostatic chuck assembly and substrate processing apparatus including the same
US20190198297A1 (en) * 2017-12-21 2019-06-27 Hitachi High-Technologies Corporation Plasma processing apparatus and plasma processing method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111863578A (zh) * 2019-04-28 2020-10-30 中微半导体设备(上海)股份有限公司 一种等离子体处理设备

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