CN115394623A - 一种边缘环更换装置、等离子体处理设备及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种边缘环更换装置、等离子体处理设备及使用方法，所述边缘环更换装置，其位于等离子体刻蚀腔中，所述等离子体刻蚀腔的底部设有基座，所述边缘环围绕所述基座外侧；所述边缘环更换装置包括：可上下移动的上接地环，位于所述等离子体刻蚀腔的顶部；位于所述上接地环内的若干个电极组，每一所述电极组与所述边缘环相对设置；电路系统，用于向每一所述电极组提供直流电压，以使每一所述电极组产生静电吸力。本发明电极组可以产生静电吸力吸附边缘环以及解除静电吸力将已吸附的边缘环放置于预设位置，从而在对等离子体蚀刻设备不开腔以及在腔室内不设置多个驱动部件的情况下移出或移入边缘环，进而更换边缘环。

Description

一种边缘环更换装置、等离子体处理设备及使用方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种边缘环更换装置、等离子体处理设备及使用方法。

背景技术

在等离子体蚀刻设备中，基板处理装置主要使用静电吸盘来夹持基板；在静电吸盘周围则通常设置有围绕基板的边缘环等部件，以调节基板周围的电场或温度分布，从而提高基板的等离子体分布的均匀性。然而，在对基板进行等离子体蚀刻的过程中，围绕基板的边缘环会直接或间接暴露于化学蚀刻和物理蚀刻中，导致边缘环被快速损耗。为了保证基板的等离子体蚀刻工艺的正常进行，则必须在预定时间段内对已损耗的边缘环进行更换处理。

目前，更换边缘环的方法主要包括：其一、在腔室处于大气压力的情况下，人工手动地替换边缘环；其二、通过围绕静电吸盘的升降致动器来替换边缘环。然而，若采用上述方法更换边缘环，则需要对等离子体蚀刻设备进行开腔，打破真空环境，再次进行工艺前要进行长时间的抽真空流程，这会使生产进程产生延误，或在腔室内静电吸盘周围设置多个驱动部件，又会出现下部射频馈入的稳定性及射频调节的复杂性等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种边缘环更换装置、等离子体处理设备及使用方法，可以在对等离子体蚀刻设备不开腔以及在腔室内不设置多个驱动部件的情况下，对边缘环进行移出和移入，从而更换边缘环。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种边缘环更换装置，其位于等离子体刻蚀腔中，所述等离子体刻蚀腔的底部设有基座，所述边缘环围绕所述基座外侧；所述边缘环更换装置包括：

可上下移动的上接地环，位于所述等离子体刻蚀腔的顶部；

位于所述上接地环内的若干个电极组，每一所述电极组与所述边缘环相对设置；

电路系统，用于向每一所述电极组提供直流电压，以使每一所述电极组产生静电吸力。

优选地，所述电路系统包括开关，用于控制所述直流电压的通断。

优选地，所述等离子体刻蚀腔的侧壁上设有一传片口，所述上接地环的下表面在高位和低位两个位置之间移动，所述高位在所述传片口之上，所述低位在所述传片口之下。

优选地，所述低位使所述上接地环的下表面与所述边缘环的上表面接触。

优选地，所述电极组的下表面靠近所述上接地环的下表面。

优选地，所述电极组包括极性相反的第一电极和第二电极，且所述第一电极和所述第二电极沿周向或径向设置。

优选地，所述电极组的数量为1个，所述第一电极和所述第二电极为圆环形，且同心设置。

优选地，所述电极组的数量为1个，所述第一电极和所述第二电极为半环形，且沿所述上接地环的周向设置。

优选地，所述电极组的表面设有绝缘层，且所述绝缘层的厚度为20μm～90μm。

优选地，所述直流电压为100V～10000V。

另一方面，本发明还提供一种等离子体处理设备，包括：等离子体刻蚀腔，位于等离子体刻蚀腔内的上电极，围绕所述上电极设置的可移动的上接地环，以及如上述的边缘环更换装置。

本发明还提供一种如上述的边缘环更换装置的使用方法，包括：

使所述电路系统导通，向所述电极组施加直流电压，产生静电吸力；

使所述上接地环向下移动，吸附所述边缘环；

使所述上接地环带动所述边缘环执行放置操作。

优选地，所述放置操作包括：

所述上接地环带动所述边缘环向上运动，待机械臂移动到所述边缘环底部时解除所述静电吸力将所述边缘环放置在所述机械臂上方。

优选地，所述放置操作包括：

待机械臂从所述边缘环底部移开时，所述上接地环带动所述边缘环继续向下运动后解除所述静电吸力将所述边缘环放置在所述基座的外侧。

本发明与现有技术相比至少具有以下优点之一：

本发明提供一种边缘环更换装置、等离子体处理设备及使用方法，通过电路系统能够向位于可上下移动的上接地环内的电极组提供直流电压，使得电极组可以产生静电吸力，以吸附边缘环，从而完成对边缘环进行更换。

本发明中电路系统通过开关可以控制直流电压的通断，使得电极组可以产生静电吸力吸附边缘环以及解除静电吸力将已吸附的边缘环放置于预设位置，从而移出或移入边缘环，进而更换边缘环。

本发明电极组中极性相反的第一电极和第二电极可以在直流电压导通时产生静电吸力，从而通过静电吸力对边缘环进行吸附。

本发明电极组中极性相反的第一电极和第二电极可以在直流电压中断时解除静电吸力，或在电路系统提供与原直流电压极性相反的电压时解除静电吸力。

本发明可以在对等离子体蚀刻设备不开腔不破坏真空以及在腔室内不设置多个驱动部件的情况下，对边缘环进行移出和移入。

本发明还可以对聚焦环进行更换。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种边缘环更换装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的一种边缘环更换装置的电极组中第一电极和第二电极沿径向设置的示意图；

图3是本发明实施例一提供的一种边缘环更换装置的电极组中第一电极和第二电极沿周向设置的示意图；

图4是本发明实施例二提供的一种边缘环更换装置的电极组中第一电极和第二电极的示意图；

图5是本发明实施例三提供的一种边缘环更换装置的电极组中第一电极和第二电极的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种边缘环更换装置、等离子体处理设备及使用方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

实施例一：

结合附图1～3所示，本实施例提供一种边缘环更换装置，其位于等离子体刻蚀腔100中，所述等离子体刻蚀腔100的底部设有基座110，所述边缘环130围绕所述基座110外侧；所述边缘环更换装置包括：可上下移动的上接地环120，位于所述等离子体刻蚀腔100的顶部；位于所述上接地环120内的若干个电极组210，每一所述电极组210与所述边缘环130相对设置；电路系统220，用于向每一所述电极组210提供直流电压，以使每一所述电极组210产生静电吸力。

请继续参考图1，所述电路系统220包括开关，用于控制所述直流电压的通断。

可以理解的是，在一些其他的实施例中，所述直流电压为100V～10000V。

具体的，在本实施例中，所述电路系统220与每一所述电极组210进行连接；且将所述开关闭合时，所述电路系统220会导通，从而能够向每一所述电极组210提供所述直流电压，进而使得每一所述电极组210的电极聚集相反极性的电荷，可以产生所述静电吸力，以吸附所述边缘环130；将所述开关断开时，所述电路系统220则会中断，且无法向每一所述电极组210提供所述直流电压，使得每一所述电极组210可以解除所述静电吸力，从而将吸附的所述边缘环130放置于预设位置，但本发明不以此为限。

在一些实施例中，需要解除所述静电吸力将所述边缘环130放置于所述预设位置时，还可以将所述开关闭合，且所述电路系统220向每一所述电极组210提供与原所述直流电压极性相反且大小相等的电压，从而使每一所述电极组210的每个电极上的电荷逆向流动，达到快速退电荷的目的，依次可以解除所述静电吸力，进而将吸附的所述边缘环130放置于所述预设位置，同时还能够对每一所述电极组210中残留的电荷进行中和，但本发明不以此为限。

具体的，在本实施例中，所述电路系统220提供的所述直流电压的大小直接影响着每一所述电极组210产生的所述静电吸力的大小，而所述静电吸力的大小则决定着能否持续且稳定地吸附所述边缘环130，因此所述直流电压的大小可以根据待吸附的所述边缘环130进行确定。更具体的，若待吸附的所述边缘环130的重量越大，则所述电路系统220提供的所述直流电压就应越大；若待吸附的所述边缘环130的绝缘性越强，则所述电路系统220提供的所述直流电压同样应越大，但本发明不以此为限。

请同时参考图1至图3，所述电极组210的下表面靠近所述上接地环120的下表面，既可以当所述上接地环120下降时，使所述电极组210更贴近所述边缘环130，又可以保证所述电极组210不突出所述上接地环120表面而产生更高的等离子体腐蚀。

可以理解的是，在一些其他的实施例中，所述电极组210的表面设有绝缘层，且所述绝缘层的厚度为20μm～90μm，相应地，所述电极组210的下表面距离所述上接地环120的下表面的距离也为20μm～90μm，用于防止工艺进程中等离子体轰击，避免产生污染颗粒，所述绝缘层厚度低于20μm不足以保护电极，高于90μm则会使所述电极组210在所述上接地环120的下表面产生的静电场不足，显著增加产生足够静电吸力的直流电压，造成过多损耗。

具体的，在本实施例中，每一所述电极组210可以嵌入于所述上接地环120的下表面，以在所述接地环120的下表面与所述边缘环130的上表面接触时，每一所述电极组210可以与所述边缘环130的上表面处于最小距离状态，从而对所述边缘环130产生最大的静电吸力，但本发明不以此为限。

具体的，在本实施例中，每一所述电极组210与所述上接地环120之间的接触面上可以设有所述绝缘层，以使每一所述电极组210与所述上接地环120之间完全绝缘，从而防止施加至所述电极组210上的所述直流电压通过介电环(导体)而加到所述等离子体刻蚀腔100的整个腔室上，进而防止人员触摸腔室外壁时发生触电危险。同时，每一所述电极组210靠近所述基座110的一端端面上也设有所述绝缘层，既可以防止所述等离子体刻蚀腔100内的等离子体腐蚀所述电极组210，又可以使所述上接地环120的接地作用不受影响。此外，设置于每一所述电极组210端面上的所述绝缘层的厚度还影响着所述直流电压的大小，且设置于所述电极组210端面上的所述绝缘层越厚，所述电路系统220提供的所述直流电压就应越大。优选地，所述绝缘层的材料可以为陶瓷或二氧化硅，但本发明不以此为限。

请同时参考图1至图3，所述电极组210包括极性相反的第一电极2101和第二电极2102，且所述第一电极2101和所述第二电极2102沿周向或径向设置。

具体的，在本实施例中，所述电极组210的数量大于1个时，所有所述电极组210可以沿所述上接地环120的周向进行间隔设置，从而使得所有所述电极组210可以在所述上接地环120的下表面均匀分布，进而能够对所述边缘环130进行稳定吸附。如图2和图3所示，所述电极组210的数量为3个时，3个所述电极组210可以间隔120度设置。更具体的，每一所述电极组210中的所述第一电极2101和所述第二电极2102既可以沿所述上接地环120的径向设置(如图2所示)，也可以沿所述上接地环120的周向设置(如图3所示)，但本发明不以此为限。

请继续参考图1，所述等离子体刻蚀腔100的侧壁102上设有一传片口101，所述上接地环120的下表面在高位和低位两个位置之间移动，所述高位在所述传片口101之上，所述低位在所述传片口101之下。

可以理解的是，在一些其他的实施例中，所述低位使所述上接地环120的下表面与所述边缘环130的上表面接触。

具体的，所述上接地环120的上表面可以与贯穿所述等离子刻蚀腔100的升降致动器230进行固定连接，所述升降致动器230可以带动所述上接地环120进行上下移动，从而使得所述上接地环120的下表面可以在所述高位和所述低位两个位置之间移动，但本发明不以此为限。

具体的，所述等离子体刻蚀腔100的外部设有一机械臂，且所述机械臂可以通过所述传片口101进出所述等离子体刻蚀腔100，以将所述边缘环130移出/移入所述等离子体刻蚀腔100，从而完成对所述边缘环130的更换，但本发明不以此为限。

在本实施例中，所述上接地环120向下运动，使得所述上接地环120的下表面处于所述低位，从而使得嵌入于所述上接地环120的下表面的每一所述电极组210可以贴近待更换的所述边缘环130的上表面，进而使得所述电极组210通过其产生的所述静电吸力可以吸附待更换的所述边缘环130；随后所述上接地环120带动已吸附的待更换的所述边缘环130向上运动，使得所述上接地环120的下表面及已吸附的待更换的所述边缘环130移动至所述传片口101的高度，以待所述机械臂移动到已吸附的待更换的所述边缘环130底部后，所述电极组210解除所述静电吸力将待更换的所述边缘环130放置于所述机械臂上方，从而由所述机械臂通过所述传片口101将待更换的所述边缘环130移出至所述等离子体刻蚀腔100外。此外，所述机械臂还可以将新的所述边缘环130通过所述传片口101移入至所述等离子体刻蚀腔100内；且所述上接地环120向下运动，使得所述电极组210可以贴近新的所述边缘环130的上表面，从而使得所述电极组210通过其产生的所述静电吸力可以吸附新的所述边缘环130；待所述机械臂从已吸附的新的所述边缘环130底部移开后，所述上接地环120带动已吸附的新的所述边缘环130继续向下运动，使得所述上接地环120的下表面及已吸附的新的所述边缘环130处于所述低位，从而使得所述电极组210解除所述静电吸力将新的所述边缘环130放置于所述基座110的外侧，进而完成对所述边缘环130的更换。

实施例二：

请参考图4，与实施例一不同之处在于，所述电极组210的数量为1个，所述第一电极2101和所述第二电极2102为圆环形，且同心设置。

在本实施例中，所述第一电极2101的内径可以大于所述上接地环120的内径，所述第二电极2102的内径则可以大于所述第一电极2101的外径，且所述第二电极2102的外径小于所述上接地环120的外径，即所述第一电极2101为内圈，所述第二电极2102为外圈，但本发明不以此为限。

实施例三：

请参考图5，与实施例一不同之处在于，所述电极组210的数量为1个，所述第一电极2101和所述第二电极2102为半环形，且沿所述上接地环120的周向设置。

在本实施例中，所述第一电极2101的内径可以与所述第二电极2102的内径相等，所述第一电极2101的外径可以与所述第二电极2102的外径相等，但本发明不以此为限。

实施例四：

本实施例还提供一种等离子体处理设备，包括：等离子体刻蚀腔100，位于等离子体刻蚀腔100内的上电极，围绕所述上电极设置的可移动的上接地环120，以及如上述的边缘环更换装置。所述边缘环更换装置位于所述等离子体刻蚀腔100中，用于对所述边缘环130进行更换。

实施例五：

本实施例还提供一种如上述的边缘环更换装置的使用方法，包括：步骤1：使所述电路系统220导通，向所述电极组210施加直流电压，产生静电吸力；步骤2：使所述上接地环120向下移动，吸附所述边缘环130；步骤3：使所述上接地环120带动所述边缘环130执行放置操作。其中，产生直流电压的步骤1和上接地环向下移动的步骤2顺序可以颠倒，即先使上接地环120向下移动与边缘环130接触后再施加直流电压产生静电吸力。

可以理解的是，在一些其他的实施例中，所述放置操作包括：所述上接地环120带动所述边缘环130向上运动，待机械臂移动到所述边缘环130底部时解除所述静电吸力将所述边缘环130放置在所述机械臂上方。

在一些实施例中，所述放置操作包括：待机械臂从所述边缘环130底部移开时，所述上接地环120带动所述边缘环130继续向下运动后解除所述静电吸力将所述边缘环130放置在所述基座110的外侧。

具体的，在本实施例中，所述步骤1包括：将所述开关闭合，以使所述电路系统220导通。此外，由于所述机械臂位于所述等离子体刻蚀腔100的外部且所述机械臂可以通过所述传片口101进出所述等离子体刻蚀腔100，则通过执行所述步骤3中的所述放置操作可以将所述边缘环130移出/移入所述等离子体刻蚀腔100，从而完成对所述边缘环130的更换，但本发明不以此为限。

更具体的，移出待更换的所述边缘环130时，所述步骤2包括：所述上接地环120向下运动，使所述上接地环120的下表面处于所述低位；嵌入于所述上接地环120的下表面的每一所述电极组210贴近待更换的所述边缘环130的上表面；以及所述电极组210通过其产生的所述静电吸力吸附待更换的所述边缘环130。所述步骤3包括：所述上接地环120带动已吸附的待更换的所述边缘环130向上运动，使所述上接地环120的下表面及已吸附的待更换的所述边缘环130移动至所述传片口101的高度；将所述机械臂通过所述传片口101移动到已吸附的待更换的所述边缘环130底部；将所述开关断开，所述电极组210解除所述静电吸力将待更换的所述边缘环130放置于所述机械臂上方；以及所述机械臂通过所述传片口将待更换的所述边缘环130移出至所述等离子体刻蚀腔100外，但本发明不以此为限。

移入新的所述边缘环130时，执行所述步骤2之前还包括：将新的所述边缘环130放置于所述机械臂上；以及将所述机械臂通过所述传片口101移入至所述等离子体刻蚀腔100内，且位于所述上接地环120的下方。所述步骤2包括：所述上接地环120向下运动，使所述电极组210贴近新的所述边缘环130的上表面；以及所述电极组210通过其产生的所述静电吸力吸附新的所述边缘环130。所述步骤3包括：将所述机械臂从已吸附的新的所述边缘环130底部移开；所述上接地环120带动已吸附的新的所述边缘环130继续向下运动，使所述上接地环120的下表面及已吸附的新的所述边缘环130处于所述低位；以及将所述开关断开，所述电极组210解除所述静电吸力将新的所述边缘环130放置于所述基座110的外侧，但本发明不以此为限。

在本实施例中，移入新的所述边缘环130后，所述上接地环120还处于所述低位，此时则需要使所述上接地环120向上运动且复位至所述高位，从而不影响所述等离子体刻蚀腔100内各装置的正常工作。

在一些实施例中，所述边缘环可以是聚焦环，也可以是位于聚焦环下方的插入环140或位于聚焦环外围的覆盖环等。

综上所述，本实施例提供一种边缘环更换装置、等离子体处理设备及使用方法，通过电路系统能够向位于可上下移动的上接地环内的电极组提供直流电压，使得电极组可以产生静电吸力，以吸附边缘环，从而完成对边缘环进行更换。本实施例可以在对等离子体蚀刻设备不开腔以及在腔室内不设置多个驱动部件的情况下，对边缘环进行移出和移入；此外本实施例还可以对聚焦环进行更换。

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 (14)

1.一种边缘环更换装置，其位于等离子体刻蚀腔中，所述等离子体刻蚀腔的底部设有基座，所述边缘环围绕所述基座外侧；其特征在于，所述边缘环更换装置包括：

可上下移动的上接地环，位于所述等离子体刻蚀腔的顶部；

位于所述上接地环内的若干个电极组，每一所述电极组与所述边缘环相对设置；

电路系统，用于向每一所述电极组提供直流电压，以使每一所述电极组产生静电吸力。

2.如权利要求1所述的边缘环更换装置，其特征在于，

所述电路系统包括开关，用于控制所述直流电压的通断。

3.如权利要求1所述的边缘环更换装置，其特征在于，

所述等离子体刻蚀腔的侧壁上设有一传片口，所述上接地环的下表面在高位和低位两个位置之间移动，所述高位在所述传片口之上，所述低位在所述传片口之下。

4.如权利要求3所述的边缘环更换装置，其特征在于，

所述低位使所述上接地环的下表面与所述边缘环的上表面接触。

5.如权利要求2所述的边缘环更换装置，其特征在于，所述电极组的下表面靠近所述上接地环的下表面。

6.如权利要求2所述的边缘环更换装置，其特征在于，

所述电极组包括极性相反的第一电极和第二电极，且所述第一电极和所述第二电极沿周向或径向设置。

7.如权利要求6所述的边缘环更换装置，其特征在于，

所述电极组的数量为1个，所述第一电极和所述第二电极为圆环形，且同心设置。

8.如权利要求6所述的边缘环更换装置，其特征在于，

所述电极组的数量为1个，所述第一电极和所述第二电极为半环形，且沿所述上接地环的周向设置。

9.如权利要求5所述的边缘环更换装置，其特征在于，

所述电极组的表面设有绝缘层，且所述绝缘层的厚度为20μm～90μm。

10.如权利要求1所述的边缘环更换装置，其特征在于，所述直流电压为100V～10000V。

11.一种等离子体处理设备，其特征在于，包括：等离子体刻蚀腔，位于等离子体刻蚀腔内的上电极，围绕所述上电极设置的可移动的上接地环，以及如权利要求1～10中任意一项所述的边缘环更换装置。

12.一种如权利要求1～10中任意一项所述的边缘环更换装置的使用方法，其特征在于，包括：

使所述电路系统导通，向所述电极组施加直流电压，产生静电吸力；

使所述上接地环向下移动，吸附所述边缘环；

使所述上接地环带动所述边缘环执行放置操作。

13.如权利要求12所述的边缘环更换装置的使用方法，其特征在于，所述放置操作包括：

所述上接地环带动所述边缘环向上运动，待机械臂移动到所述边缘环底部时解除所述静电吸力将所述边缘环放置在所述机械臂上方。

14.如权利要求12所述的边缘环更换装置的使用方法，其特征在于，所述放置操作包括：

待机械臂从所述边缘环底部移开时，所述上接地环带动所述边缘环继续向下运动后解除所述静电吸力将所述边缘环放置在所述基座的外侧。

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