CN111326393B - 等离子体处理系统与操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种等离子体处理系统与操作方法。所述等离子体处理系统包括静电吸盘(ESC)和边缘环组件(edge ring assembly)。边缘环组件(edge ring assembly)具有导电环，所述导电环被配置为产生电场以调节离子的方向。

Description

等离子体处理系统与操作方法
技术领域
本发明公开总体上涉及等离子体处理系统，并且更具体地，涉及具有边缘环组件(edge ring assembly)的等离子体处理系统，边缘环组件用于在等离子体制程中弯曲/调整离子方向。
本申请要求于2018年12月13日提交的美国临时专利申请号62778934的优先权，其通过引用并入本文，并且成为说明书的一部分。
背景技术
在半导体工艺中，等离子体的离子行进方向不一致会导致等离子体在晶圆边缘区的均匀性差，以及造成离子轰击的能量变化。在等离子体处理系统的边缘环的生命周期早期或后期所制造的晶圆，常因为离子在晶圆边缘区的方向偏差而在晶圆边缘区形成倾斜的图案，以致良率下降。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种等离子体处理系统和用于操作等离子体处理系统的方法，以解决上述技术问题。
一种等离子体处理系统，其包括：静电吸盘；和环绕所述静电吸盘的边缘环组件，所述边缘环组件包括：侧面围绕所述静电吸盘并具有凹槽的基环；导电环，其为具有多边形截面的环形，所述多边形截面具有从所述多边形截面的中心向外延伸的多个凸缘，所述多个凸缘的一部分适配为容纳于所述基环的所述凹槽内；和可连接在所述导电环上的盖环，所述多个凸缘的其余部分适配为被所述盖环覆盖。
一种用于操作等离子体处理系统的方法，其包括：在基环上安装导电环和盖环，所述导电环是具有多边形截面的环形结构，所述多边形截面具有多个远离所述多边形截面的中心而延伸的凸缘，所述导电环夹在所述基环和所述盖环之间；在第一模式期间，将晶圆提供给被所述基环包围的静电吸盘；将电源的输出设置为第一功率水平以在所述第一模式期间提供给所述导电环；确定所述盖环的结构完整性；以及在第二模式期间，将电源的输出调整为第二功率水平，其中第二功率水平根据所述盖环的结构完整性来设定。
一种边缘环组件的结构，包括：导电环，其具有呈十字形横截面的环形结构，所述十字形的横截面具有从所述横截面的中心延伸的四个凸缘，所述四个凸缘与相邻凸缘彼此相互垂直；基环，其具有凹槽适配用以容纳导电环的第一部分；以及盖环，其具有凹槽适配用以覆盖导电环的第二部分。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明公开的一些实施例的等离子体处理系统的局部截面示意图；
图2示出了根据本发明公开的一些实施例的用于不同制程的直流(DC)电源的示意列表；
图3示出了根据本发明公开的一些实施例的用于不同制程的射频(RF)电源的示意列表；
图4示出了根据本发明公开的一些实施例的用于操作等离子体处理系统的方法的流程图。
图5示出了根据本发明公开的一些实施例的边缘环组件的功率趋势的图表；
图6示出了根据本发明公开的一些实施例的边缘环组件的功率趋势的图表。
然而，要注意的是，随附图式仅说明本案之示范性实施态样并因此不被视为限制本案的范围，因为本案可承认其他等效实施态样。
主要元件符号说明
等离子体处理系统 100
静电吸盘 101
基环 102-1
导电环 102-2
盖环 102-3
晶圆 103
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下描述将参考附图以更全面地描述本发明。附图中所示为本公开的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于在此阐述的示例性实施例。提供这些示例性实施例是为了使本公开透彻和完整，并且将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。类似的附图标记表示相同或类似的组件。
本文使用的术语仅用于描述特定示例性实施例的目的，而不意图限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一”，“一个”和“所述”旨在也包括复数形式。此外，当在本文中使用时，“包括”和/或“包含”或“包括”和/或“包括”或“具有”和/或“具有”，整数，步骤，操作，组件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征，区域，整数，步骤，操作，组件，组件和/或其群组。
除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。此外，除非文中明确定义，诸如在通用字典中定义的那些术语应该被解释为具有与其在相关技术和本公开内容中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化或过于正式的含义。以下内容将结合附图对示例性实施例进行描述。须注意的是，参考附图中所描绘的组件不一定按比例显示；而相同或类似的组件将被赋予相同或相似的附图标记表示或类似的技术用语。
图1示出了根据本发明公开的一些实施例的等离子体处理系统100的截面图。等离子体处理系统100包括静电吸盘(electrostatic chuck,ESC)101和边缘环组件102。边缘环组件102围绕所述静电吸盘101。边缘环组件102包括基环102-1、导电环102-2、和盖环102-3。在一些实施例中，基环102-1侧面围绕所述静电吸盘101。在一些实施例中，基环102-1上设有凹槽。在一些实施例中，盖环102-3可耦合在导电环102-2上。在一些实施例中，盖环102-3可由包括石英、硅、陶瓷、或Vespel的至少一种材料制成。在一些实施例中，用户可以将晶圆103提供至被基环102-1所包围的静电吸盘101。
在一些实施例中，导电环102-2可由包括硅、碳、或铝的至少一种材料制成。在一些实施例中，导电环102-2是具有多边形截面轮廓的环形结构。所述多边形截面具有多个远离多边形截面的中心而延伸的凸缘。所述多个凸缘的一部分被设计成能够适配容纳于基环102-1的凹槽内。而所述多个凸缘的其余部分则被适配为能够被盖环102-3所覆盖。在一些实施例中，所述多个凸缘为四个凸缘。于前述实施例中，四个凸缘中的其中三个可被嵌入基环102-1的凹槽内，其余的一个凸缘则可被盖环102-3所遮盖。
在一些实施例中，多个凸缘从多边形截面的中心呈对称性延伸。多个凸缘中的每个凸缘从所述多边形截面的中心起算的长度在大约2.5到14毫米(mm)的范围内。多个凸缘中的每个凸缘的厚度为约5至10毫米(mm)。
在一些实施例中，多个凸缘从多边形截面的中心不对称地延伸。在一些实施例中，多个凸缘中从多边形截面的中心水平延伸的两个凸缘的长度比多个凸缘中从多边形截面的中心垂直延伸的两个凸缘的长度短。在一些实施例中，多个凸缘中从多边形截面的中心水平延伸的两个凸缘的长度比多个凸缘中从多边形截面的中心垂直延伸的两个凸缘的长度长。从多边形截面的中心水平延伸的两个凸缘中的每个凸缘从所述多边形截面的中心水平延伸的长度在大约2.5到14毫米(mm)的范围内。从多边形截面的中心垂直延伸的两个凸缘中的每个凸缘从所述多边形截面的中心垂直延伸的长度在大约2.5到14毫米(mm)的范围内。
在一些实施例中，上述多边形截面呈十字形。上述多边形截面的多个凸缘实质地垂直于相邻的凸缘。基环102-1的凹槽具有台阶轮廓，以容纳多个凸缘中的其中三个。同时，盖环102-3上设有能盖住多个凸缘之一(如，最上端的凸缘)的槽。
图2示出了根据本发明公开的一些实施例的用于不同制程的直流(DC)电源的示意设定表。在一些实施例中，等离子体处理系统100还包括耦合到导电环102-2的直流电源(提供如图2中所示的edge power)。直流电源的供应电压范围为0至300V。直流电源的频率范围为1KHz至10MHz。直流电源的占空比(duty ratio)为10％至90％。
图3示出了根据本发明公开的一些实施例的用于不同制程的射频(RF)电源的示意设定表。在一些实施例中，等离子体处理系统100还包括耦合到导电环102-2的射频电源(提供如图3中所示的edge power)。射频电源的供应功率范围为0至500W。
图4示出了根据本发明公开的一些实施例的用于操作等离子体处理系统的方法的流程图。用于操作等离子体处理系统的方法包括：流程(401)，将导电环和盖环安装在基环上；流程(402)，在第一模式期间，将晶圆提供给被所述基环包围的静电吸盘(ESC)；流程(403)，将电源的输出设置为第一功率水平以在第一模式期间提供给导电环；流程(404)，确定盖环(盖)的结构完整性；以及流程(405)，在第二模式期间，将电源的输出调整为第二功率水平。在一些实施例中，上述第二功率水平是根据盖环的结构完整性来设定。在一些实施例中，导电环是具有多边形截面的环形结构。所述多边形截面具有多个远离多边形截面的中心而延伸的凸缘。导电环是夹设在基环和盖环之间。
在一些实施例中，电源是直流电源。直流电源的供应电压范围为0至300V。直流电源的频率范围为1KHz至10MHz。直流电源的占空比为10％至90％。
在一些实施例中，电源是射频电源。射频电源的供应功率范围为0至500W。
图5示出了根据本发明公开的一些实施例的边缘环组件的功率趋势的图表。在一些实施例中，盖环的结构完整性体现于盖环的厚度；当所述盖环的厚度小于在所述第一模式之前的所述盖环的厚度时，电源的供应被从第一功率水平调降至第二功率水平。在一些实施例中，边缘环组件的生命周期为约1000小时。
在前200个小时中(如，图5中的0～200Hrs)，施加到边缘环组件的边缘功率(edgepower)可能落在控制上限(upper control limit,UCL)和控制下限(lower controllimit,LCL)之间(即，最高和最低可接受功率)。在一些实施例中，前述控制下限和控制上限可以分别为约200W和约500W。边缘环组件的功率水平可能会落在规格上限(upperspec.limit,USL)和规格下限(lower spec.limit,LSL)之间(即，当前可用的规格建议的功率限制)。在一些实施例中，规格下限和规格上限可以分别为约300W和约400W。
在接下来的200个小时中(如，图5中的201～400Hrs)，施加到边缘环的边缘功率可能落在控制上限和控制下限之间(即，最高和最低可接受功率)。在一些实施例中，控制下限和控制上限分别可以是大约150W和大约450W。边缘环组件的功率水平可能会落在规格上限和规格下限之间(即，当前可用的规格建议的功率限制)。在一些实施例中，规格下限和规格上限可以分别为约250W和约350W。
在之后的200个小时中(如，图5中的401～600Hrs)，施加到边缘环的边缘功率可能落在控制上限和控制下限之间(即，最高和最低可接受功率)。在一些实施例中，控制下限和控制上限可以分别为约100W和约400W。边缘环组件的功率水平可能会落在规格上限和规格下限之间(即，当前可用的规格建议的功率限制)。在一些实施例中，规格下限和规格上限可以分别为约200W和约300W。
在第四个200个小时中(如，图5中的601～800Hrs)，施加到边缘环的边缘功率可能落在控制上限和控制下限之间(即，最高和最低可接受功率)。在一些实施例中，控制下限和控制上限可以分别为约50W和约350W。边缘环组件的功率水平可能会落在规格上限和规格下限之间(即，当前可用的规格建议的功率限制)。在一些实施例中，规格下限和规格上限可以分别为约150W和约250W。
在第五个200个小时中(如，图5中的801～1000Hrs)，施加到边缘环的边缘功率可能落在控制上限和控制下限之间(即，最高和最低可接受功率)。在一些实施例中，控制下限和控制上限可以分别为约20W和约300W。边缘环组件的功率水平可能会落在规格上限和规格下限之间(即，当前可用的规格建议的功率限制)。在一些实施例中，规格下限和规格上限可以分别为约100W和约200W。
图6示出了根据本发明公开的一些实施例的边缘环组件的功率趋势的图表。在一些实施例中，盖环的结构完整性包含了盖环的厚度；当所述盖环的厚度小于在所述第一模式之前的所述盖环的厚度时，电源的供应被从第一功率水平调升至第二功率水平。在一些实施例中，边缘环组件的生命周期为约1000小时。
在初始的200个小时中(如，图6中的0～200Hrs)，施加到边缘环的边缘功率可能落在控制上限和控制下限之间(即，最高和最低可接受功率)。在一些实施例中，控制下限和控制上限可以分别为大约0W和大约150W。边缘环组件的功率水平可能会落在规格上限和规格下限之间(即，当前可用的规格建议的功率限制)。在一些实施例中，规格下限和规格上限可以分别为约50W和约100W。
在接下来的200小时中(如，图6中的201～400Hrs)，施加到边缘环的边缘功率可能会落在控制上限和控制下限之间(即，最高和最低可接受功率)。在一些实施例中，控制下限和控制上限可以分别为约50W和约200W。边缘环组件的功率水平可能会落在规格上限和规格下限之间(即，当前可用的规格建议的功率限制)。在一些实施例中，规格下限和规格上限可以分别为约100W和约150W。
在之后的200个小时中(如，图6中的401～600Hrs)，施加到边缘环的边缘功率可能落在控制上限和控制下限之间(即，最高和最低可接受功率)。在一些实施例中，控制下限和控制上限可以分别为约100W和约300W。边缘环组件的功率水平可能会落在规格上限和规格下限之间(即，当前可用的规格建议的功率限制)。在一些实施例中，规格下限和规格上限可以分别为约150W和约200W。
在第四个200个小时中(如，图6中的601～800Hrs)，施加到边缘环的边缘功率可能落在控制上限和控制下限之间(即，最高和最低可接受功率)。在一些实施例中，控制下限和控制上限可以分别为约150W和约400W。边缘环组件的功率水平可能会落在规格上限和规格下限之间(即，当前可用的规格建议的功率限制)。在一些实施例中，规格下限和规格上限可以分别为约200W和约250W。
在第五个200个小时中(如，图6中的801～1000Hrs)，施加到边缘环的边缘功率可能落在控制上限和控制下限之间(即，最高和最低可接受功率)。在一些实施例中，控制下限和控制上限可以分别为约200W和约500W。边缘环组件的功率水平可能会落在规格上限和规格下限之间(即，当前可用的规格建议的功率限制)。在一些实施例中，规格下限和规格上限可以分别为约250W和约300W。
有鉴于前述揭露内容，本发明公开的一个方面提供了一种等离子体处理系统，其包括：静电吸盘；和环绕所述静电吸盘的边缘环组件，所述边缘环组件包括：侧面围绕所述静电吸盘并具有凹槽的基环；导电环，其为具有多边形截面的环形，所述多边形截面具有从所述多边形截面的中心向外延伸的多个凸缘，所述多个凸缘的一部分适配为容纳于所述基环的所述凹槽内；和可连接在所述导电环上的盖环，所述多个凸缘的其余部分适配为被所述盖环覆盖。
在一些实施例中，所述系统还包括耦合到所述导电环的直流电源。
在一些实施例中，所述直流电源的供应电压范围为0至300V，所述直流电源的频率范围为1KHz至10MHz，所述直流电源的占空比范围为10％至90％。
在一些实施例中，所述系统还包括耦合到所述导电环的射频电源。
在一些实施例中，所述射频电源的供应功率在0至500W的范围内。
在一些实施例中，所述盖环由包括石英、硅、陶瓷、与Vespel的至少一种材料制成。
在一些实施例中，所述导电环由包括硅、碳、与铝的至少一种材料制成。
在一些实施例中，所述多个凸缘是四个凸缘；所述四个凸缘中的三个适配为被嵌入所述基环的所述凹槽内，而所述凸缘之一适配为被所述盖环覆盖。
在一些实施例中，所述多个凸缘从所述多边形截面的中心对称地延伸。
在一些实施例中，所述多个凸缘中的每一个凸缘距离所述多边形截面的中心的长度在约2.5至14毫米的范围内。
在一些实施例中，所述多个凸缘从所述多边形截面的中心不对称地延伸。
在一些实施例中，所述多个凸缘中从所述多边形截面的中心水平延伸的两个凸缘的长度短于所述多个凸缘中从所述多边形截面的中心垂直延伸的两个凸缘的长度。
在一些实施例中，所述水平延伸的两个凸缘中的每个凸缘从所述多边形截面的中心水平延伸的长度在大约2.5毫米至14毫米的范围内，所述垂直延伸的两个凸缘中的每个凸缘从所述多边形截面的中心垂直延伸的长度在大约2.5毫米至14毫米的范围内。
在一些实施例中，所述多边形截面呈十字形，所述多个凸缘垂直于相邻凸缘，所述基环的所述凹槽具有台阶轮廓以容纳所述凸缘的其中三个凸缘，所述盖环具有凹槽适配于覆盖所述多个凸缘的其中一个凸缘。
本发明公开的另一个方面提供了一种用于操作等离子体处理系统的方法，其包括：在基环上安装导电环和盖环，所述导电环是具有多边形截面的环形结构，所述多边形截面具有多个远离所述多边形截面的中心而延伸的凸缘，所述导电环夹在所述基环和所述盖环之间；在第一模式期间，将晶圆提供给被所述基环包围的静电吸盘；将电源的输出设置为第一功率水平以在所述第一模式期间提供给所述导电环；确定所述盖环的结构完整性；以及在第二模式期间，将电源的输出调整为第二功率水平，其中第二功率水平根据所述盖环的结构完整性来设定。
在一些实施例中，所述电源为直流电源，所述直流电源的供电电压范围为0-300V，所述直流电源的频率范围为1KHz-10MHz，且所述直流电源的占空比范围为10％到90％。
在一些实施例中，所述电源是射频电源，所述射频电源的供应功率范围为0至500W。
在一些实施例中，确认所述盖环的结构完整性包括确认所述盖环的厚度，当所述盖环的厚度小于在所述第一模式之前的所述盖环的厚度时，增加所述第一功率水平至所述第二功率水平。
在一些实施例中，确认所述盖环的结构完整性包括确认所述盖环的厚度，当所述盖环的厚度小于在所述第一模式之前的所述盖环的厚度时，减少所述第一功率水平至所述第二功率水平。
本发明公开的又一个方面提供了一种边缘环组件的结构，其包括：导电环，其具有呈十字形横截面的环形结构，所述十字形的横截面具有从所述横截面的中心延伸的四个凸缘，所述四个凸缘与相邻凸缘彼此相互垂直；基环，其具有凹槽适配用以容纳导电环的第一部分；以及盖环，其具有凹槽适配用以覆盖导电环的第二部分。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种等离子体处理系统，其特征在于，包括：
静电吸盘；
和环绕所述静电吸盘的边缘环组件，所述边缘环组件包括：
侧面围绕所述静电吸盘并具有凹槽的基环；
导电环，其为具有多边形截面的环形，所述多边形截面具有从所述多边形截面的中心向外延伸的多个凸缘，所述多个凸缘的一部分适配为容纳于所述基环的所述凹槽内；和
可耦合在所述导电环上的盖环，所述多个凸缘的其余部分适配为被所述盖环覆盖；
其中，所述多边形截面呈十字形，所述多个凸缘垂直于相邻凸缘，所述基环的所述凹槽具有台阶轮廓以容纳所述凸缘的其中三个凸缘，所述盖环具有凹槽适配于覆盖所述多个凸缘的其中一个凸缘。
2.据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括耦合到所述导电环的直流电源，其中，所述直流电源的供应电压范围为0至300V，所述直流电源的频率范围为1KHz至10MHz，所述直流电源的占空比范围为10％至90％。
3.据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括耦合到所述导电环的射频电源，其中，所述射频电源的供应功率在0至500W的范围内。
4.据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个凸缘从所述多边形截面的中心对称地延伸，其中，所述多个凸缘中的每一个凸缘距离所述多边形截面的中心的长度为2.5至14毫米。
5.据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个凸缘从所述多边形截面的中心不对称地延伸，其中，所述多个凸缘中从所述多边形截面的中心水平延伸的两个凸缘的长度短于所述多个凸缘中从所述多边形截面的中心垂直延伸的两个凸缘的长度。
6.据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述水平延伸的两个凸缘中的每个凸缘从所述多边形截面的中心水平延伸的长度为2.5毫米至14毫米，所述垂直延伸的两个凸缘中的每个凸缘从所述多边形截面的中心垂直延伸的长度为2.5毫米至14毫米。
7.一种用于操作等离子体处理系统的方法，其特征在于，包括：
在基环上安装导电环和盖环，所述导电环是具有多边形截面的环形结构，所述多边形截面具有多个远离所述多边形截面的中心而延伸的凸缘，所述导电环夹在所述基环和所述盖环之间；
在第一模式期间，将晶圆提供给被所述基环包围的静电吸盘；
将电源的输出设置为第一功率水平以在所述第一模式期间提供给所述导电环；
确定所述盖环的结构完整性；以及
在第二模式期间，将电源的输出调整为第二功率水平，其中第二功率水平根据所述盖环的结构完整性来设定；
其中，所述多边形截面呈十字形，所述多个凸缘垂直于相邻凸缘，所述基环的凹槽具有台阶轮廓以容纳所述凸缘的其中三个凸缘，所述盖环具有凹槽适配于覆盖所述多个凸缘的其中一个凸缘。
8.据权利要求7所述的方法，其特征在于，确认所述盖环的结构完整性包括确认所述盖环的厚度，当所述盖环的厚度小于在所述第一模式之前的所述盖环的厚度时，增加所述第一功率水平至所述第二功率水平。
9.据权利要求7所述的方法，其特征在于，确认所述盖环的结构完整性包括确认所述盖环的厚度，当所述盖环的厚度小于在所述第一模式之前的所述盖环的厚度相比时，减少所述第一功率水平至所述第二功率水平。
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