CN113838732A - 一种聚焦环升降机构、安装方法及等离子体处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于等离子体处理装置的聚焦环升降机构，聚焦环升降机构位于一真空反应腔内，真空反应腔内底部设置一载台，载台包括基座和基座上方的静电夹盘，一聚焦环环绕设置于载台外周；聚焦环升降机构包括驱动杆和驱动驱动杆升降的驱动源，基座下方设置一屏蔽环，驱动源设置于屏蔽环内部，驱动杆贯穿基座至聚焦环下方以实现聚焦环的升降。本申请通过设置驱动杆和用于使得驱动杆升降的驱动源，实现了聚焦环的自动升降，聚焦环因此可以升降到一定位置后从用于取放基片的传片口中取出，整个过程简单方便。

Description

一种聚焦环升降机构、安装方法及等离子体处理装置

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种在等离子体处理装置内对聚焦环位 置进行调节的技术领域。

背景技术

现有技术中，常用的等离子体刻蚀设备有电容耦合等离子体刻蚀设备(CCP) 和电感耦合型等离子体刻蚀设备(ICP)等。

电容耦合等离子体刻蚀设备是一种由施加在极板上的射频电源通过电容耦 合的方式在反应腔内产生等离子体并用于刻蚀的设备。真空反应腔内的上电极 和下电极之间形成一反应区域。至少一射频电源通过匹配网络施加到上电极或 下电极之一，在上电极和下电极之间产生射频电场，用以将反应气体解离为等 离子体，等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等 活性粒子，上述活性粒子可以和待处理基片的表面发生多种物理和化学反应， 使得基片表面的形貌发生改变，即完成刻蚀过程。

电感耦合型等离子体刻蚀设备是一种将射频电源的能量经由电感线圈，以 磁场耦合的形式进入反应腔内部，从而产生等离子体并用于刻蚀的设备。电感 耦合型等离子体反应装置包括真空反应腔，反应腔侧壁上方设置一绝缘窗口， 绝缘窗口上方设置电感耦合线圈，射频功率源通过射频匹配网络将射频电压施 加到电感耦合线圈上。

上述两种刻蚀设备均包括真空反应腔，真空反应腔侧壁上设置一开口用于 容纳基片进出。两者的下电极的结构类似。在下电极上，承载有基片的基座周 围通常环绕设置有聚焦环，聚焦环能够改善待处理基片的边缘部附近的等离子 体分布的均匀。

然而，在等离子体蚀刻基片的过程中，聚焦环也会被损耗，从而导致被处 理基片的边缘等离子体分布的不均匀，因此需要在聚焦环损耗到一定程度时进 行及时的更换。现有技术中，聚焦环的更换通常采用拆开真空反应腔来直接进 行更换，但这样的方式增加了人工成本和更换时间，影响生产效率，因此需要 提供一种能够便捷快速更换聚焦环的方案。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种聚焦环升降机构，解决了现有技术中 无法便捷快速更换聚焦环的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

本申请提供一种用于等离子体处理装置的聚焦环升降机构，所述聚焦环升 降机构位于一真空反应腔内，所述真空反应腔内底部设置一载台，所述载台包 括基座和基座上方的静电夹盘，一聚焦环环绕设置于所述基座外周；

所述聚焦环升降机构包括驱动杆和驱动所述驱动杆升降的驱动源，所述安 装板下方设置一屏蔽环，所述驱动源设置于所述屏蔽环内部，所述驱动杆贯穿 所述安装板至所述聚焦环下方以实现所述聚焦环的升降。

进一步地，所述屏蔽环内设有容纳腔，所述容纳腔内设有一限位板，所述 驱动杆远离所述聚焦环的一端与所述限位板相连。

进一步地，所述驱动源为气压驱动源，所述容纳腔设有与所述气压驱动源 连通的气体通道，向所述容纳腔内输送气体，以驱动所述限位板带动所述驱动 杆上升。

进一步地，所述聚焦环升降机构还包括控制所述驱动杆回到原始位置的复 位装置

进一步地，还包括边缘环，所述边缘环设于所述聚焦环和所述基座之间， 所述边缘环设有供所述驱动杆穿过的通孔。

进一步地，所述基座和所述屏蔽环之间还设有安装板，所述安装板上设有 供所述驱动杆穿过的通孔。

进一步地，所述复位装置为弹性复位件，所述驱动杆一端设有限位板，所 述弹性复位件一端与所述限位板抵接，另一端与所述屏蔽环抵接。

进一步地，所述屏蔽环设有容纳腔，所述驱动杆的限位板位于所述容纳腔 内，所述弹性复位件套设于所述驱动杆上，所述弹性复位件设于所述容纳腔内， 所述弹性复位件一端与所述限位板的上表面抵接，另一端与所述容纳腔的顶部 抵接。

进一步地，所述弹性复位件为压缩弹簧，所述真空反应腔设有基片入口， 当所述聚焦环上升至所述基片入口的高度时，所述弹性复位件的压缩量小于其 最大压缩量。

进一步地，所述聚焦环处于工作位置时，所述气体通道的入口低于所述限 位板的最低点。

进一步地，所述限位板与所述容纳腔之间设有第一密封圈。

进一步地，所述容纳腔上部设有台阶沉孔，所述台阶沉孔内设有盖板，所 述盖板开设有供驱动杆穿过的盖板通孔，所述盖板通孔和所述驱动杆之间设有 第二密封圈。

进一步地，所述盖板下表面与所述台阶沉孔设有第三密封圈。

进一步地，所述驱动杆设有三个或三个以上，多个所述驱动杆沿聚焦环均 布设置。

进一步地，所述容纳腔的数量与所述驱动杆数量相同，所述气压驱动源为 一个，所述气压驱动源同时与所有容纳腔连通。

进一步地，所述复位装置为复位气源，所述屏蔽环设有容纳腔，所述驱动 杆的一端设有限位板，所述限位板位于所述容纳腔内，所述复位气源与所述容 纳腔通过复位通道连通，当所述聚焦环上升至最高点时，所述复位通道在容纳 腔上的开口高于驱动杆的上表面。

进一步地，当所述聚焦环上升至最高点时，高于所述基座底座上表面的所 述驱动杆的材料为介电材料。

另外，本申请还提供一种等离子体处理装置，包括真空反应腔、设于真空 反应腔底部的载台和如上述提到的聚焦环升降机构，所述载台包括基座和基座 上方的静电夹盘，聚焦环位于安装板上方且套设于所述基座外周；所述聚焦环 下方设有屏蔽环。

另外本申请还提供一种用于安装上述提及的所述聚焦环升降机构的方法， 所述方法包括：

在驱动杆的一端的限位板外周套设第一密封圈；

将驱动杆的一端插入屏蔽环的容纳腔内，直至限位板插入最低位置；

将弹性复位件从驱动杆的另一端套设至驱动杆上；

在盖板下表面安装第三密封圈，盖板通孔中安装第二密封圈；

将盖板从驱动杆另一端套入，盖板沿着驱动杆压入台阶沉孔中，并将弹性 复位件压入屏蔽环的容纳腔内。

根据上述方案，本申请具有如下有益效果：

通过设置驱动杆和用于使得驱动杆升降的驱动源，实现了聚焦环的自动升 降，聚焦环因此可以升降到一定位置后从用于取放基片的传片口中取出，整个 过程简单方便；

驱动源设置于屏蔽环内部，驱动杆贯穿安装板至聚焦环下方以实现聚焦环 的升降，利用了等离子体反应装置腔内本身具有的部件，不需要额外增加安置 升降机构的空间；

通过针对具体结构设计的密封部件，保证了在增加升降机构后不会影响真 空反应腔的气密性；

通过设置弹性复位件，使得驱动源不启动时，聚焦环可以自然且紧密地固 定在安装板上，不需要额外的力来保持其固定位置。

附图说明

图1为一种电容耦合等离子体刻蚀设备结构示意图；

图2为实施例一驱动杆向上运动时的结构示意图；

图3为实施例一驱动杆向下运动时的结构示意图；

图4为实施例一盖板以及密封装置的结构示意图；

图5为实施例一的承载台的俯视图；

图6为实施例一驱动杆向上运动时的结构示意图；

图7为实施例一驱动杆向下运动时的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。

实施例1

本申请的实施例应用于真空反应腔内，尤其包括需要定期更换零部件的真 空反应腔内，该零部件包括但不限于聚焦环、边缘环等结构，所述真空反应腔 可以为电容耦合等离子体刻蚀设备和电感耦合型等离子体刻蚀设备等，由于两 者的真空反应腔以及下电极结构相类似，聚焦环对应的设置位置也相近，因此 本实施例以电容耦合等离子体刻蚀设备为例加以说明，但也不限于该种类的等 离子体刻蚀设备。

图1示出一种电容耦合等离子体刻蚀设备结构示意图，其包括真空反应腔 100，真空反应腔包括由金属材料制成的大致为圆柱形的反应腔侧壁101，反应 腔侧壁上设置传片口102用于容纳基片进出。反应腔内设置一气体喷淋头103 和一与气体喷淋头相对设置的基座3气体喷淋头103与一气体供应装置104相 连，用于向真空反应腔输送反应气体，气体喷淋头103同时作为真空反应腔的 上电极，基座3上方设置一静电夹盘，基座3同时作为真空反应腔的下电极， 上电极和下电极之间形成一反应区域。至少一射频电源通过匹配网络施加到上 电极或下电极之一，在上电极和下电极之间产生射频电场，用以将反应气体解离为等离子体，等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自 由基等活性粒子，上述活性粒子可以和待处理基片的表面发生多种物理和化学 反应，使得基片表面的形貌发生改变，即完成刻蚀过程。真空反应腔100的下 方还设置一排气泵105，用于将反应副产物排出反应腔，维持反应腔的真空环 境。静电夹盘内部设置一静电电极，用于产生静电吸力，以实现在工艺过程中 对待处理基片6的支撑固定。环绕安装板2设置聚焦环及边缘环5，聚焦环1 和边缘环5用于调节基片周围的电场或温度分布，提高基片处理的均匀性。边缘环5下方的设置有屏蔽环4，用于将施加到基座上的射频信号屏蔽在基座内。

在本实施例中，在等离子体刻蚀设备中增加了聚焦环升降机构，如图2-5 所示，真空反应腔(图中未示出)内底部设置一载台，载台包括基座3和基座 3上方的静电夹盘，基座3上方设置有产生静电吸力的静电夹盘，以将待加工 基片吸附在其上方，基座3为台阶状，具有底座和设置于底座的上部，聚焦环 1环绕设置于载台外周。

聚焦环升降机构也同样位于真空反应腔内，聚焦环升降机构包括驱动杆11 和驱动驱动杆11升降的驱动源，安装板2下方设置一屏蔽环4，驱动源设置于 屏蔽环4内部，驱动杆11贯穿安装板2至聚焦环1下方以实现聚焦环1的升降。 基座3上设有供驱动杆11通过的升降通孔31。驱动源设置于屏蔽环内部，驱 动杆贯穿基座至聚焦环下方以实现聚焦环的升降，利用了等离子体反应装置腔 内本身具有的部件，不需要额外增加安置升降机构的空间；本实施例中，驱动 源为大于标准大气压的气体，具体可以为CDA气体(Clean Dry Air)，实施例 中的驱动源设置于屏蔽环4内部即在气体驱动驱动杆11时，气体是设置于屏蔽 环4腔内的。

另外，还包括边缘环5，边缘环5设于聚焦环1和基座3之间，边缘环5 设有供驱动杆11穿过的通孔，如果还需要额外布置或者连接其余部件，基座3 和屏蔽环4之间还可以设有安装板2，安装板2上设有供驱动杆11穿过的通孔。

具体地，屏蔽环4内设有容纳腔41，容纳腔41内设有一限位板12，驱动 杆11远离聚焦环1的一端与限位板12相连。作为驱动源的气体进入容纳腔41， 推动限位板12以带动驱动杆11上升。容纳腔41设有与气压驱动源连通的气体 通道42，气压驱动源通过气体通道42向容纳腔41内输送气体，以驱动限位板 12带动驱动杆11上升。

在气压驱动源控制CDA气体停止向容纳腔41供应时，聚焦环1和驱动杆 11可以在自身的重力作用下慢慢下降；本实施例中，具体地，驱动聚焦环1下 降的装置还进一步包括控制驱动杆11回到原始位置的复位装置。

具体地，本实施例中，复位装置具体为弹性复位件13，具体设置为：驱动 杆11的限位板12位于容纳腔41内，弹性复位件13套设于驱动杆11上，弹性 复位件13设于容纳腔41内，弹性复位件13一端与限位板12的上表面抵接， 另一端与容纳腔41的顶部抵接。

具体地，弹性复位件13为压缩弹簧，当气压驱动源通过气体通道42向容 纳腔41内输送气体，用于驱动的气体推动限位板12以克服弹簧的压缩力以及 压缩弹簧所在空间的空气被压缩时产生的压力，使得聚焦环1上升，在真空反 应腔上设有基片入口，即送片口，当聚焦环1上升至基片入口的高度时，弹性 复位件13的压缩量小于其最大压缩量，以保证聚焦环1能够上升至与基片入口 齐平的位置，以便于反应腔外部的机械手通过送片口取出聚焦环1。当气压驱 动源不再向容纳腔41输气时，驱动杆11在弹性复位件13的驱动下复位，并且 把气体从气体通道42中挤压出去，当复位完成后，在弹性复位件13的作用下， 使得驱动源不启动时，聚焦环1可以自然且紧密地固定在基座上，不需要额外 的力来保持其固定位置。另外，为了能够无论限位板12位于何处，都可以通过 输入气体驱动其上升，气体通道42的入口低于限位板12的最低点。

本实施例中，具体还包括提高整个装置气密性的密封装置，具体为：限位 板12与容纳腔41之间设有第一密封圈21，限位板12的外侧和容纳腔41内侧 保持一致，优选地均为圆形，并且第一密封圈21正好将限位板12与容纳腔41 密封起来，使得限位板12将容纳腔41分为上下两部分，通过气体的输入即可 实现驱动上升而不会漏气。为了便于安装，限位板12的外周设有容纳第一密封 圈21的密封槽。

进一步地，为了保证容纳腔和其上方空间的气密性，容纳腔41上部设有台 阶沉孔，台阶沉孔内设有盖板20，盖板20开设有供驱动杆11穿过的盖板20 通孔，盖板20通孔和驱动杆11之间设有第二密封圈22；盖板20下表面与台 阶沉孔设有第三密封圈23。盖板20上对应设有便于第二密封圈22和第三密封 圈23安装的密封槽。

为了保证升降的稳定性，驱动杆11设有三个或三个以上，多个驱动杆11 沿聚焦环1均布设置；并且，容纳腔41的数量与驱动杆11数量相同，气压驱 动源为一个或一个以上，一个气压驱动源可以同时与多个容纳腔41连通，既可 以实现同步升降，还能够通过共用气源减少额外的结构和成本。也可以是多个 气源，每个容纳腔41连接一个气压驱动源，从而对每个升降装置分别进行控制。

为了保证安全性能，当聚焦环1上升至最高点时，高于基座3底座的上表 面的驱动杆11的材料为介电材料。

实施例二：

本实施例还提供一种用于安装实施例一中聚焦环升降机构的方法，具体为：

在驱动杆11的一端的限位板12外周套设第一密封圈21；

将驱动杆11的一端插入屏蔽环4的容纳腔41内，直至限位板12插入最低 位置；

将弹性复位件13从驱动杆11的另一端套设至驱动杆11上；

在盖板20下表面安装第三密封圈23，盖板20通孔中安装第二密封圈22；

将盖板20套从驱动杆11另一端套入，盖板20沿着驱动杆11压入台阶沉 孔中，并将弹性复位件13压入屏蔽环4的容纳腔41内。

采用本实施例的案子方法，可以将本申请中连接有驱动杆的限位板顺利安 装至容纳腔中，并且在安装完成之后，可以保证整个容纳腔与外界的气密性， 也可以保证限位板与容纳腔之间的气密性，以顺利完成通过气体驱动限位板升 降的效果。

实施例三：

如图6-7所示，本实施例中，聚焦环升降机构包括驱动杆11和驱动驱动杆 11升降的驱动源，安装板2下方设置一屏蔽环4，驱动源设置于屏蔽环4内部， 驱动杆11贯穿安装板2至聚焦环1下方以实现聚焦环1的升降。实施例中的驱 动源设置于屏蔽环4内部即在气体驱动驱动杆11时，气体是设置于屏蔽环4腔 内的。

与实施例1不同之处在于，复位装置为复位气源，屏蔽环4设有容纳腔41， 驱动杆11的一端设有限位板12，限位板12位于容纳腔41内，复位气源与容 纳腔41通过复位通道43连通，当聚焦环1上升至最高点时，复位通道43在容 纳腔41上的开口高于驱动杆11的上表面。其上升和复位均通过气体来实现， 结构更加简便；本实施例中，来自复位气源的用于驱动的气体为大于标准大气 压的气体，具体可以为CDA气体。

上升和复位均采用气体驱动的形式，节省了容纳腔中的部件，结构更加简 洁，安装方便；并且可以更加精确地进行升降调节控制。

实施例四：

本实施例中，复位装置为弹性复位件13，驱动杆11一端设有限位板12， 弹性复位件13一端与限位板12抵接或固定连接，另一端与屏蔽环4抵接或连 接。与实施例1不同之处在于，弹性复位件13可以是拉伸弹簧，其一端限位板 12的底部连接，另一端与屏蔽环4底部连接，以通过提供收缩力来使得驱动杆 11复位。在其他实施例中，弹性复位件也可以是设置在屏蔽环4的外部，只要 能够提供驱动杆11和屏蔽环4之间的弹性复位力即可。

本实施例中提供了其他形式的弹性复位件的安装形式，可以根据实际刻蚀 设备的尺寸和相对位置进行适应性地选择，弹性复位件设置在外部也可以更加 方便地安装和拆卸。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征能够相互结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于 此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到 变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应 以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (18)

1.一种用于等离子体处理装置的聚焦环升降机构，所述聚焦环升降机构位于一真空反应腔内，所述真空反应腔内底部设置一载台，所述载台包括基座和基座上方的静电夹盘，一聚焦环环绕设置于所述载台外周；

其特征在于，所述聚焦环升降机构包括驱动杆和驱动所述驱动杆升降的驱动源，所述基座下方设置一屏蔽环，所述驱动源设置于所述屏蔽环内部，所述驱动杆贯穿所述基座至所述聚焦环下方以实现所述聚焦环的升降。

2.如权利要求1所述的聚焦环升降机构，其特征在于，所述屏蔽环内设有容纳腔，所述容纳腔内设有一限位板，所述驱动杆远离所述聚焦环的一端与所述限位板相连。

3.如权利要求2所述的聚焦环升降机构，其特征在于，所述驱动源为气压驱动源，所述容纳腔设有与所述气压驱动源连通的气体通道，向所述容纳腔内输送气体，以驱动所述限位板带动所述驱动杆上升。

4.如权利要求2所述的聚焦环升降机构，其特征在于，所述聚焦环升降机构还包括控制所述驱动杆回到原始位置的复位装置。

5.如权利要求1所述的聚焦环升降机构，其特征在于，还包括边缘环，所述边缘环设于所述聚焦环和所述基座之间，所述边缘环设有供所述驱动杆穿过的通孔。

6.如权利要求5所述的聚焦环升降机构，其特征在于，所述基座和所述屏蔽环之间还设有安装板，所述安装板上设有供所述驱动杆穿过的通孔。

7.如权利要求4所述的聚焦环升降机构，其特征在于，所述复位装置为弹性复位件，所述驱动杆一端设有限位板，所述弹性复位件一端与所述限位板抵接，另一端与所述屏蔽环抵接。

8.如权利要求7所述的聚焦环升降机构，其特征在于，所述屏蔽环设有容纳腔，所述驱动杆的限位板位于所述容纳腔内，所述弹性复位件套设于所述驱动杆上，所述弹性复位件设于所述容纳腔内，所述弹性复位件一端与所述限位板的上表面抵接，另一端与所述容纳腔的顶部抵接。

9.如权利要求7所述的聚焦环升降机构，其特征在于，所述弹性复位件为压缩弹簧，所述真空反应腔设有基片入口，当所述聚焦环上升至所述基片入口的高度时，所述弹性复位件的压缩量小于其最大压缩量。

10.如权利要求8所述的聚焦环升降机构，其特征在于，所述限位板与所述容纳腔之间设有第一密封圈。

11.如权利要求8所述的聚焦环升降机构，其特征在于，所述容纳腔上部设有台阶沉孔，所述台阶沉孔内设有盖板，所述盖板开设有供驱动杆穿过的盖板通孔，所述盖板通孔和所述驱动杆之间设有第二密封圈。

12.如权利要求11所述的聚焦环升降机构，其特征在于，所述盖板下表面与所述台阶沉孔设有第三密封圈。

13.如权利要求8所述的聚焦环升降机构，其特征在于，所述驱动杆设有三个或三个以上，多个所述驱动杆沿聚焦环均布设置。

14.如权利要求13所述的聚焦环升降机构，其特征在于，所述容纳腔的数量与所述驱动杆数量相同，所述气压驱动源为一个，所述气压驱动源同时与所有容纳腔连通。

15.如权利要求4所述的聚焦环升降机构，其特征在于，所述复位装置为复位气源，所述屏蔽环设有容纳腔，所述驱动杆的一端设有限位板，所述限位板位于所述容纳腔内，所述复位气源与所述容纳腔通过复位通道连通，当所述聚焦环上升至最高点时，所述复位通道在容纳腔上的开口高于驱动杆的上表面。

16.如权利要求1所述的聚焦环升降机构，其特征在于，当所述聚焦环上升至最高点时，高于所述基座底部上表面的所述驱动杆的材料为介电材料。

17.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括真空反应腔、设于真空反应腔底部的载台和如权利要求1-16任一项所述的聚焦环升降机构，所述载台包括基座和基座上方的静电夹盘，聚焦环位于基座的底座上方且套设于所述基座上部的外周；所述聚焦环下方设有屏蔽环。

18.一种用于安装如权利要求1-16任一项所述聚焦环升降机构的方法，其特征在于，所述方法包括：

在驱动杆的一端的限位板外周套设第一密封圈；

将驱动杆的一端插入屏蔽环的容纳腔内，直至限位板插入最低位置；

将弹性复位件从驱动杆的另一端套设至驱动杆上；

在盖板下表面安装第三密封圈，盖板通孔中安装第二密封圈；

将盖板从驱动杆另一端套入，盖板沿着驱动杆压入台阶沉孔中，并将弹性复位件压入屏蔽环的容纳腔内。

Images