TW202240646A - 約束環組件、電漿處理裝置及其排氣控制方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露了一種約束環組件、電漿處理裝置及其排氣控制方法，其中約束環組件包含：約束環，約束環具有複數個氣體通道，用於將氣體排放至約束環下方的排氣區域；複數個氣體通道調節件，位於所述約束環的下方，各氣體通道調節件包含阻擋件，阻擋件能相對約束環移動，對約束環的氣體通道的間隙進行調節，以將整個約束環分為複數個調節區域。本發明能夠利用微觀調試製程改變約束環氣體通道的間隙，可分區域調節腔體的環境，改善製程區域不對稱的問題，並進一步改善基片的製程均一性問題。

Description

約束環組件、電漿處理裝置及其排氣控制方法
本發明涉及半導體領域的裝置，特別涉及一種約束環組件、電漿處理裝置及其排氣控制方法。
電漿處理裝置利用真空反應室的工作原理進行半導體基片和電漿面板的基片的加工。真空反應室的工作原理是在真空反應室中通入含有適當蝕刻劑或澱積源氣體的反應氣體，然後再對真空反應室進行射頻能量輸入，以激發反應氣體，來點燃和維持電漿，以便分別蝕刻基片表面上的材料層或在基片表面上澱積材料層，進而對半導體基片和電漿面板進行加工。舉例來說，電容性電漿反應器已經被廣泛地用來加工半導體基片和顯示器面板，在電容性電漿反應器中，當射頻功率被施加到二個電極之一或二者時，就在一對平行電極之間形成電容性放電。
電漿是擴散性的，雖然大部分電漿會停留在一對電極之間的處理區域中，但部分電漿可能充滿整個工作腔室。舉例來說，電漿可能會洩露到真空反應室下方的非處理區域。若電漿到達這些區域，則這些區域可能隨之發生腐蝕、澱積或者侵蝕，這會造成反應室內部的顆粒玷污，進而降低電漿處理裝置的重複使用性能，並可能會縮短反應室或反應室零部件的工作壽命。如果不將電漿約束在一定的工作區域內，帶電粒子將撞擊未被保護的區域，進而導致半導體基片表面具有雜質和污染。
由此，業內一般在電漿處理裝置中設置了約束環(confinement ring)，用以控制使用過的反應氣體的排出並且當反應氣體中的帶電粒子通過電漿約束裝置時將它們電中和，從而將放電基本約束在處理區域以內，以防止電漿處理裝置使用過程中可能造成的腔體污染問題。
然而，本領域具有通常知識者應當理解，電漿處理裝置內的電漿製程區域會產生不均勻的現象，而製程區域的不均勻將進一步導致基片的製程不均一性，眾所周知的事，基片製程的不均一性是本領域需要解決的核心技術問題，本發明正是基於此提出的。
本發明的目的是提供一種約束環組件、電漿處理裝置及其排氣控制方法，利用微觀調試製程改變約束環氣體通道的間隙，可分區域調節腔體的環境，改善製程區域不對稱的問題，並進一步改善基片的製程均一性問題。
為了實現以上目的，本發明是透過以下技術方案實現的：
本發明提供一種用於電漿處理裝置的約束環組件，電漿處理裝置包含一反應腔，反應腔內設置用於支撐基片的基座，其中約束環組件環繞設置於基座外圍與反應腔的側壁之間，約束環組件包含：約束環，約束環具有複數個氣體通道，用於將氣體排放至約束環下方的排氣區域；複數個氣體通道調節件，位於約束環的下方，各氣體通道調節件包含阻擋件，阻擋件能相對約束環移動，對約束環的氣體通道的間隙進行調節，以將整個約束環分為複數個調節區域。
進一步地，複數個氣體通道調節件沿約束環的圓周向佈置。
進一步地，阻擋件能夠在水平方向上相對於約束環移動，調節氣體通道的間隙，及/或，阻擋件能夠在垂直方向上相對於約束環，調節氣體通道的氣體阻力。
進一步地，氣體通道調節件進一步包含：活動架，其豎直設置於約束環的周向外側；支撐架，其用於支撐阻擋件，且與活動架相連；活動架與驅動裝置相連，並透過支撐架帶動阻擋件移動。
進一步地，約束環包含同圓心佈置的複數個導流環，和對導流環進行連接的複數個連接架，氣體通道為相鄰導流環之間的環狀槽形通道；與約束環的一個調節區域所對應的阻擋件呈扇形分佈，阻擋件包含複數個弧形件，與調節區域的至少一部分氣體通道相對應；弧形件在氣體通道下方徑向移動，調節弧形件對氣體通道進行遮擋的範圍，來調節氣體通道的間隙。
進一步地，支撐架對應設置於連接架下方；活動架豎直設置於最外側的導流環中。
進一步地，連接架沿約束環的圓周方向有間隔的分佈，各自沿徑向設置；各調節區域關於本調節區域的連接架對稱。
進一步地，氣體通道調節件的材質與約束環的材質相同或不同。
進一步地，阻擋件的複數個弧形件的長度由外而內依序遞減。
進一步地，第一弧形件的長度和與阻擋件對應的調節區域中的約束環外圈開始的第二個弧長度相等。
進一步地，驅動裝置包含馬達裝置、液壓裝置或氣壓裝置中的一種。
基於上述目的，本發明進一步提供一種電漿處理裝置，其包含：反應腔，反應腔內設置用於支撐基片的基座；上述的約束環組件，約束環組件環繞設置於基座外圍與反應腔的側壁之間。
基於上述目的，本發明進一步提供一種電漿處理裝置的排氣控制方法，其包含以下步驟：提供上述的電漿處理裝置；以及當需要對電漿處理裝置內的反應腔環境進行調節時，利用驅動裝置驅動氣體通道調節件運動，調整氣體通道的間隙；透過調整氣體通道的間隙，調整氣體通道調節件對應下方的排氣區域氣體流量分佈。
進一步地，利用驅動裝置驅動氣體通道調節件運動，調節氣體通道的間隙包含：驅動裝置驅動氣體通道調節件向下運動，使得阻擋件與約束環分離；驅動裝置驅動氣體通道調節件徑向運動，使得氣體通道的間隙變大或變小；驅動裝置驅動氣體通道調節件向上運動，使得阻擋件與約束環接觸。
本發明與現有技術相比，具有以下優點：
本發明透過微觀調試製程改變約束環氣體通道的間隙，可分區域調節腔體的環境，改善製程區域不對稱的問題，並進一步改善基片的製程均一性問題。
本發明可以配合真空泵接口，提高抽氣效率，有效降低機台的雜質顆粒。
為了瞭解本發明的特徵、內容與優點及其所能達成的功效，茲將本發明配合附圖，並以實施方式的表達形式詳細說明如下，而其中所使用的附圖，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後的真實比例與精準配置，故不應就所附的圖式的比例與配置關係解讀、局限本發明於實際實施上的保護範圍。
本發明的發明機制為透過在約束環的下方設置複數個氣體通道調節件，各氣體通道調節件包含阻擋件，阻擋件能相對約束環移動，對約束環的氣體通道的間隙進行調節，以將整個約束環分為複數個調節區域。圖1示出了使用本發明之前的電漿處理裝置中的製程區域，如圖1所示，由於其例示性地在所繪示腔室的右側直接或不直接地將約束環16接地，在接地處附近(所繪示的電漿處理裝置1左側)的製程區域A被「托起」的較高，較沒有接地端17的腔室的另一側(所繪示的電漿處理裝置1右側)電漿濃度較低。由此，使得圖1中待處理的基片W在接地端17一側的邊緣部分製程速率降低，而在另一側的製程速率相對較高，製程所得的基片W必然會產生均一性的缺陷。
請參閱圖2，圖2為運用本發明的約束環組件的電漿處理裝置的結構示意圖。如圖2所示的電漿處理裝置1具有一個反應腔10，反應腔10基本上為柱形，且反應腔10側壁基本上垂直，反應腔10內具有相互平行設置的上電極11和下電極13。通常來說，在上電極11與下電極13之間的區域為處理區域B，處理區域B將形成高頻能量以點燃和維持電漿。下電極13包含一基座131，在基座131上方放置待加工的基片W，基片W可以是待蝕刻或加工的半導體基片或者待加工成平板顯示器的玻璃面板。反應氣體從氣體源12中輸入至反應腔10內，一個或複數個射頻電源14可以單獨地施加在下電極13上或同時分別地施加在上電極11與下電極13上，用以將射頻功率輸送到下電極13上或上電極11與下電極13上，從而在反應腔10內部產生大的電場。大多數電場線被包含在上電極11和下電極13之間的製程區域A內，此電場對少量存在於反應腔10內部的電子進行加速，使之與輸入的反應氣體的氣體分子碰撞。這些碰撞導致反應氣體的離子化和電漿的激發，從而在反應腔10內產生電漿。反應氣體的中性氣體分子在經受這些強電場時失去了電子，留下帶正電的離子。帶正電的離子向著下電極13方向加速，與被處理的基片W中的中性物質結合，以激發基片W進行加工，即蝕刻、澱積等。在電漿處理裝置1的合適的某個位置處設置有排氣區域，排氣區域域與外置的排氣裝置(例如，真空泵15)相連接，用以在處理過程中將用過的反應氣體及副產品氣體抽出處理區域B。
在一個應用場景中，由於在如圖1所示的電漿處理裝置1的右側腔體附近將約束環16連接於接地端17，則電漿製程區域A在右側的約束環16上方被「托起」，從空間上來講，電漿製程區域A呈現不對稱的雲狀，具體地，在連接有接地端17的約束環16附近，其製程區域A被「托起」，而在遠離接地端17的約束環16附近，其製程區域A一直延伸至基片下方。因此，此區域處的基片區域Wa的電漿濃度較低。相對地，在基片W水平方向上的另一側對應基片區域Wb的電漿濃度較高。
需要說明的是，雖然圖式中的約束環16直接連接於接地端17，但是本領域具有通常知識者應當理解的是，約束環16可選擇性地間接地連接於接地端17，例如，透過一種連接組件(未繪示出)連接於接地端17。
圖3為本發明的約束環的仰視圖，如圖3所示，上述的約束環16包含同圓心佈置的複數個導流環162，和對導流環162進行連接的複數個連接架163，氣體通道161為相鄰導流環162之間的環狀槽形通道，沿著約束環16的圓周方向，將整個約束環16虛擬地分成複數個調節區域160。
圖4為用於電漿處理裝置的約束環組件的示意圖，參照圖4並結合圖2和圖3，本發明提供的約束環組件，其環繞設置於基座131外圍與反應腔10的側壁之間，約束環組件包含約束環16和複數個氣體通道調節件2，其中約束環16具有複數個氣體通道161，用於將氣體排放至約束環16下方的排氣區域，複數個氣體通道調節件2位於約束環16的下方，具體地，可以對應於上述約束環16的調節區域160下方設置氣體通道調節件2，各氣體通道調節件2包含阻擋件21，阻擋件21能相對約束環16移動，對約束環16的氣體通道161的間隙進行調節，以將整個約束環16分為複數個調節區域160。
需要說明的是，上述的阻擋件21可以將整個約束環16等比例分割成複數個調節區域160，分區域地調節反應腔10內電漿濃度的環境，例如當基片區域Wa的電漿濃度較低時，控制氣體通道調節件2的阻擋件21移動，使得約束環16的氣體通道161的間隙減小；及/或，當基片區域Wb的電漿濃度較高時，控制氣體通道調節件2的阻擋件21移動，使得約束環16的氣體通道161的間隙增大。
進一步地，複數個氣體通道調節件2沿約束環16的圓周向佈置，阻擋件21能夠在水平方向或垂直方向上相對於約束環16移動，以調節氣體通道161的間隙。
圖5a至圖5d為本發明的調節氣體通道的間隙的結構示意圖，如圖5a所示，在具體實施例中，氣體通道調節件2進一步包含：活動架22，其豎直設置於約束環16的周向外側；支撐架23，其用於支撐阻擋件21，且與活動架22相連；活動架22與驅動裝置(未繪示出)相連，並透過支撐架23帶動阻擋件21移動。
參見圖3和圖4，約束環16包含同圓心佈置的複數個導流環162，和對導流環162進行連接的複數個連接架163，氣體通道161為相鄰導流環162之間的環狀槽形通道；與約束環16的一個調節區域160所對應的阻擋件21呈扇形分佈，阻擋件21包含複數個弧形件，與此調節區域160的至少一部分氣體通道161相對應；弧形件在氣體通道161下方徑向移動，調節弧形件對氣體通道161進行遮擋的範圍，來調節氣體通道161的間隙，這樣透過調節各個區域的氣體通道161的間隙，使得整個約束環16流過的氣流量相近。
需要說明的是，支撐架23對應設置於連接架163下方；活動架22豎直設置於最外側的導流環162中。連接架163沿約束環16的圓周方向有間隔的分佈，各自沿徑向設置；各調節區域160關於本調節區域160的連接架163對稱。
氣體通道調節件2的材質與約束環16的材質相同，可以防止腔體反應副產物蝕刻氣體通道調節件2，進一步的，約束環16的材料包含絕緣材料，例如石英、氧化鋁或塗覆有耐腐蝕材料的導體鋁，只要能保證電位是浮動的即可。
較佳地，參見圖4，阻擋件21的複數個弧形件的長度由外而內依序遞減，且第一弧形件210的長度和與阻擋件21對應的調節區域160中的約束環16外圈開始的第二個弧1620長度相等。採用上述結構，可以較好的防止水平移動時，相鄰的兩個氣體通道161的氣體通道調節件2的阻擋件21接觸摩擦而損害。
驅動裝置包含馬達裝置、液壓裝置或氣壓裝置中的一種。
需要說明的是，驅動裝置在現有技術中已有成熟的技術支持(例如，採用GUI電腦控制或手動控制)，為簡明敘述，此處不再贅述。
本發明實施例提供的電漿處理裝置，與上述實施例提供的約束環組件具有相同的技術特徵，所以也能解決相同的技術問題，達到相同的技術效果。
請參閱圖6，其是本發明的電漿處理裝置的排氣控制方法的流程圖。如圖6所示，本發明的第三實施例是提供一種電漿處理裝置的排氣控制方法，包含下列步驟：
步驟S61、提供電漿處理裝置；
步驟S62、當需要對電漿處理裝置內的反應腔環境進行調節時，利用驅動裝置驅動氣體通道調節件運動，調整氣體通道的間隙；
步驟S63、透過調整氣體通道的間隙，調整氣體通道調節件對應下方的排氣區域氣體流量分佈。
進一步地，利用驅動裝置驅動氣體通道調節件運動，調節氣體通道的間隙進一步包含如下步驟：
驅動裝置驅動氣體通道調節件向下運動，使得阻擋件與約束環分離(參見圖5a、圖5b)；透過調整阻擋件與約束環之間的垂直距離，可以實現阻擋件對約束環的氣阻調節作用，透過調節不同位置的阻擋件高度相同或不相同，可以實現對約束環上方不同區域的電漿濃度分佈的調節。
驅動裝置驅動氣體通道調節件徑向運動，使得氣體通道的間隙變大或變小，進一步地，當需要控制氣體通道的間隙變大時，驅動裝置驅動氣體通道調節件朝著遠離約束環中心徑向運動，當需要控制氣體通道的間隙變小時，驅動裝置驅動氣體通道調節件朝著靠近約束環中心徑向運動(參見圖5c)。
驅動裝置驅動氣體通道調節件向上運動，使得阻擋件與約束環接觸(參見圖5d)。
在具體應用中，電漿處理裝置可以對基片進行預蝕刻製程，運行一段時間後，取出基片，並根據基片的蝕刻情況，調整基片對應調節區域的約束環的氣體通道的間隙。並在後續蝕刻製程中，按照設置好的氣體通道間隙執行相應的蝕刻製程。
儘管本發明的內容已經透過上述較佳實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的說明不應被認為是對本發明的限制。在本領域具有通常知識者閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。
1:電漿處理裝置 10:反應腔 11:上電極 12:氣體源 13:下電極 131:基座 14:射頻電源 15:真空泵 16:約束環 160:調節區域 161:氣體通道 162:導流環 1620:第二個弧 163:連接架 17:接地端 2:氣體通道調節件 21:阻擋件 210:第一弧形件 22:活動架 23:支撐架 A:製程區域 B:處理區域 W:基片 Wa,Wb:基片區域 S61,S62,S63:步驟
圖1為未採用本發明的電漿處理裝置的結構示意圖； 圖2為本發明的一個具體實施例的電漿處理裝置的結構示意圖； 圖3為本發明的約束環的仰視圖； 圖4為本發明的用於電漿處理裝置的約束環組件的結構示意圖； 圖5a至圖5d為本發明的調節氣體通道的間隙的結構示意圖； 圖6為本發明的電漿處理裝置的排氣控制方法的流程圖。
1:電漿處理裝置
10:反應腔
11:上電極
12:氣體源
13:下電極
14:射頻電源
15:真空泵
16:約束環
17:接地端
A:製程區域
W:基片

Claims (14)

  1. 一種用於電漿處理裝置的約束環組件，該電漿處理裝置包含一反應腔，該反應腔內設置用於支撐基片的一基座，其中該約束環組件環繞設置於該基座外圍與該反應腔的側壁之間，該約束環組件包含： 一約束環，該約束環具有複數個氣體通道，用於將氣體排放至該約束環下方的排氣區域； 複數個氣體通道調節件，位於該約束環的下方，各該氣體通道調節件包含一阻擋件，該阻擋件相對該約束環移動，對該約束環的該氣體通道的間隙進行調節，以將整個該約束環分為複數個調節區域。
  2. 如請求項1所述之用於電漿處理裝置的約束環組件，其中該複數個氣體通道調節件沿該約束環的圓周向佈置。
  3. 如請求項1所述之用於電漿處理裝置的約束環組件，其中該阻擋件能夠在水平方向上相對於該約束環移動，調節該氣體通道的間隙，及/或，該阻擋件能夠在垂直方向上相對於該約束環移動，調節該氣體通道的氣體阻力。
  4. 如請求項1所述之用於電漿處理裝置的約束環組件，其中該氣體通道調節件進一步包含： 一活動架，其豎直設置於該約束環的周向外側； 一支撐架，其用於支撐該阻擋件，且與該活動架相連； 該活動架與一驅動裝置相連，並透過該支撐架帶動該阻擋件移動。
  5. 如請求項1或請求項4所述之用於電漿處理裝置的約束環組件，其中該約束環包含同圓心佈置的複數個導流環，和對該導流環進行連接的複數個連接架，該氣體通道為相鄰的該導流環之間的環狀槽形通道； 與該約束環的一個該調節區域所對應的該阻擋件呈扇形分佈，該阻擋件包含複數個弧形件，與該調節區域的至少一部分該氣體通道相對應；該弧形件在該氣體通道下方徑向移動，調節該弧形件對該氣體通道進行遮擋的範圍，來調節該氣體通道的間隙。
  6. 如請求項5所述之用於電漿處理裝置的約束環組件，其中該支撐架對應設置於該連接架下方； 該活動架豎直設置於最外側的該導流環中。
  7. 如請求項5所述之用於電漿處理裝置的約束環組件，其中該連接架沿該約束環的圓周方向有間隔的分佈，各自沿徑向設置；各該調節區域關於該調節區域的該連接架對稱。
  8. 如請求項1所述之用於電漿處理裝置的約束環組件，其中該氣體通道的該氣體通道調節件的材質與該約束環的材質相同或不同。
  9. 如請求項5所述之用於電漿處理裝置的約束環組件，其中該阻擋件的該複數個弧形件的長度由外而內依序遞減。
  10. 如請求項9所述之用於電漿處理裝置的約束環組件，其中一第一弧形件的長度和與該阻擋件對應的該調節區域中的該約束環外圈開始的第二個弧長度相等。
  11. 如請求項4所述之用於電漿處理裝置的約束環組件，其中該驅動裝置包含馬達裝置、液壓裝置及氣壓裝置中的一種。
  12. 一種電漿處理裝置，其包含： 一反應腔，該反應腔內設置用於支撐基片的一基座； 如請求項1至請求項11中的任意一項所述之約束環組件，該約束環組件環繞設置於該基座外圍與該反應腔的側壁之間。
  13. 一種電漿處理裝置的排氣控制方法，其包含以下步驟： 提供如請求項12所述之電漿處理裝置；以及 當需要對該電漿處理裝置內的一反應腔環境進行調節時，利用一驅動裝置驅動一氣體通道調節件運動，調整一氣體通道的間隙； 透過調整該氣體通道的間隙，調整該氣體通道調節件對應下方的排氣區域氣體流量分佈。
  14. 如請求項13所述之電漿處理裝置的排氣控制方法，其中利用該驅動裝置驅動該氣體通道調節件運動，調節該氣體通道的間隙包含： 該驅動裝置驅動該氣體通道調節件向下運動，使得一阻擋件與一約束環分離； 該驅動裝置驅動該氣體通道調節件徑向運動，使得該氣體通道的間隙變大或變小； 該驅動裝置驅動該氣體通道調節件向上運動，使得該阻擋件與該約束環接觸。
TW110140242A 2020-12-16 2021-10-29 約束環組件、電漿處理裝置及其排氣控制方法 TWI834075B (zh)

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