TWI554159B - Electrolyte processing device - Google Patents

Description

電漿體處理裝置

本發明涉及半導體製造技術領域，尤其涉及一種應用於電漿體處理裝置的調節環。

用於積體電路的製造的半導體處理工藝包括化學氣相沉積工藝、和電漿體蝕刻工藝等，典型的如矽或絕緣材料氧化矽的蝕刻需要用到電漿蝕刻設備。如圖1所示的電漿蝕刻設備，電漿蝕刻設備包括一個反應腔100，反應腔底部包括基座22，基座上連接有射頻電源。基座上設置有靜電夾盤21用於固定靜電夾盤上方放置的待處理基片20。靜電夾盤週邊還包括一個均一性調節環，透過對調節環材料、形狀甚至厚度的設計可以改善基片20邊緣區域相對中性區域的處理均勻性。反應腔內與基片相對的頂部包括一個氣體分佈裝置如氣體噴淋頭11，氣體噴淋頭連接到一個外部氣源200。在電漿蝕刻中調節環的設計對基片處理效果起非常重要的作用，比如調節環材料選擇不同，特別是導電特性的不同會導致饋入基座22中的射頻功率分配到基片中心區域和邊緣區域的比例不同，進一步的電漿分佈也會不同；基片20邊緣下表面與調節環10最內側形成的間隙大小可以影響基片邊緣背面區域聚合物沉積的量，同時也會影響基片20邊緣區域的溫度分佈，也間接影響電漿處理效果；調節環厚度，特別是上表面高度會大幅影響反應氣體的流向，比如調節環10的上表面高於待處理基片高度時反應氣體沿基片表面向四周擴散，形成平流氣體遇到調節環時，氣流會被 隆起的調節環抬升，反之如果調節環較低時氣流也會下降，這些不同情況都會引起基片表面的氣體分佈不同。所以調節環10的設計綜合影響了電漿處理中的電漿濃度分佈、溫度分佈、氣流分佈等多種因素。

在現有電漿處理腔中調節環10會被通入反應腔的反應氣體腐蝕，所以調節環20中暴露於上方電漿體的上表面隨著時間推移會慢慢變低，這樣就會導致上述電漿濃度分佈、溫度分佈、氣流分佈等因素也會隨著時間變化慢慢變化，這些因素的變化會導致電漿處理效果隨時間偏移，經過長時間調試獲得的處理參數隔段時間其處理效果會逐漸惡化。要徹底恢復原始狀態需要更換原有形狀的調節環，但是這樣做不僅部件成本高昂，而且每次更換部件都需要非常繁複的驗證和調試步驟來保證更換新部件後反應腔內的各項指標與更換前相同，時間成本也非常大。為了解決這一問題習知技術KR20080023569中採用了可整體升降的調節環，在需要提高調節環上表面時驅動機構會抬升調節環的位置以匹配不同的處理參數。但是這種方式卻不可避免的帶來很多問題：在升到較高位置時調節環底部表面和下方部件上表面之間產生很寬的空隙，由於調節幅度的需要，這個空隙高度往往大於1mm，所以基片邊緣的電漿體可以沿著縫隙進入該空隙，或者反應氣體流入該空隙後會被射頻電場點燃形成電漿體，這些底部形成的電漿體不僅會腐蝕周圍部件還會形成污染物顆粒影響處理效果。同時在調節環逐漸抬升過程中，調節環底部表面與下方接觸面脫離時會由於電場分佈急劇變化而產生放電(arcing)這不僅會損耗部件而且會嚴重影響基片處理效果，需要避免。

所以業界需要一種新的設計，該設計既能靈活設置調節環各項參數而且能防止電漿體流入調節環縫隙，也能防止放電現象產生的新的調節環。

本發明解決的問題是提供一種電漿處理裝置，能夠補償因調節環被損耗而造成的電漿處理效果偏移，同時防止電漿進入部件之間產生的縫隙以及放電現象的發生。為解決上述問題，發明人提供了一種一種電漿體處理裝置，包括：反應腔，反應腔內包括一個基座，基座上設置有靜電夾盤，待處理基片設置在所述靜電夾盤上；一調節環圍繞在所述靜電夾盤週邊，其中所述調節環包括一個固定環和一個位於固定環上方的移動環，其中：固定環圍繞所述靜電夾盤或基座，固定環上表面包括一個支持面，支持面上包括一個凹槽，所述移動環的底面與所述固定環的支持面匹配，所述移動環包括緊貼靜電夾盤並位於待處理基片邊緣下方的第一部分，所述第一部分具有第一高度的上表面，一個具有第二高度上表面的第二部分位於所述第一部分週邊，所述移動環的第二部分下表面包括一個突出部與下方固定環上的凹槽位置匹配，一個驅動裝置驅動所述移動環的第二部分在較低的第一位置和較高的第二位置間上下移動，其中在移動到第二位置時所述突出部下端仍然位於凹槽中。移動環移動到第二位置時移動環下表面和固定環支持面之間存在間隙。

其中移動環的突出部和凹槽具有垂直的側壁，且在移動到第二位置時所述突出部側壁與凹槽內側壁的間距小於1mm，這樣能夠保證在升降過程中電漿不會洩露，也能夠防止移動環的電勢突變產生放電。

移動環的第一部分和第二部分可以同步升降，其中第一部分也可以固定在下方的固定環上使第一部分與基片下表面具有穩定的間距。

第一部分和第二部分之間還包括過渡部分，過渡部分的上表面在第一高度和第二高度之間逐漸變化。

調節環由石英或者碳化矽或者氧化鋁製成以實現對電場分佈的調節。

所述驅動裝置包括一個驅動杆穿過所述固定環連接到移動環，所述驅動杆下端連接到一個用於使驅動杆上下可控移動的電機或者氣缸。

本發明還提供了一種所述電漿體處理裝置的運行方法，其中多次完成對所述待處理基片的電漿處理後，所述驅動裝置驅動所述移動環的第二部分上升，使移動環第二部分的上表面相對基片表面具有固定的高度差。這樣就能保證電漿處理效果的長期穩定。

習知

100‧‧‧反應腔

10‧‧‧調節環

200‧‧‧外部氣源

11‧‧‧氣體噴淋頭

20‧‧‧待處理基片

21‧‧‧靜電夾盤

22‧‧‧基座

本發明

10‧‧‧調節環

101‧‧‧可移動環

101a‧‧‧固定調節環

101b‧‧‧可移動調節環

102‧‧‧第一固定環

103‧‧‧第二固定環

104‧‧‧突出部

105‧‧‧驅動裝置

20‧‧‧基片

圖1是習知技術半導體處理裝置的結構示意圖；圖2a是本發明調節環在第一位置時的截面圖；圖2b是本發明調節環在第二位置時的截面圖；圖3是本發明調節環第二實施例的截面圖。

請參考圖2a、2b理解本發明方案，圖2a所示為圖1中A處的放大結構圖，本發明調節環10包括位於底部的第一固定環102和圍繞在第一固定環102外側的第二固定環103。還包括一個暴露到反應腔內電漿體的頂部可移動環101，可移動環圍繞在圍繞靜電夾盤或基座的側壁，可移動環包括靠近靜電夾盤的第一部分具有較小的第一厚度，保證基片20下表面和移動環上表面具有足夠的間隙。可移動環101在遠離靜電夾盤處的具有較大的第二厚度第二部分，其上表面直接暴露於上方的電漿體。可移動環在靠近和遠離靜電夾盤的兩端之 間還包括一個過渡部分，其厚度在第一厚度和第二厚度之間逐漸向外側升高。其中第一固定環102內還包括一個卡槽，上方的可移動環下表面相應位置處延伸出一個突出部104伸入所述卡槽。可移動環固定到一個驅動裝置105，驅動裝置可以驅動可移動環上下運動，圖2a為可移動環位於最低位置時的截面圖。如圖2b所示驅動裝置105使可移動環101上升時其底面脫離了下方固定環102、103的上表面，但是突出部104仍然有部分處於凹槽中，突出部的側壁與凹槽內壁接觸或者緊貼，確保不會有電漿洩露進入由於移動環抬升而形成的空間內。第一部分內側面與靜電夾盤側壁緊貼(間距小於1mm)也能保證電漿體不會洩露。突出部104不會完全脫離凹槽可以確保101與下方102始終保持接觸這樣兩者之間的電勢不會突變也就不會產生放電現象(arcing)。圖2中的凹槽為側面截面，實際凹槽在平面上為圓環狀圍繞整個靜電夾盤分佈，或者也可以是多個互相分離的小凹槽，這些小凹槽一起構成移動環11和固定環102之間的本發明咬合結構。

在部分應用場合，位於基片投影下方的調節環高度要求固定，以確保溫度分佈的穩定，所以最靠近靜電夾盤的調節環不能隨驅動機構同步移動。本發明提出了第二實施例，如圖3所示，本發明調節環10中的移動環101被分割成內側的固定調節環的101a和位於外側的可移動調節環101b。第二實施例中101b在位於最低位置時與圖2a所示的結構相同，在101b向上升時，突出部104靠近靜電夾盤的內側側壁緊貼固定調節環101a外側側壁，這些緊貼的垂直側壁的寬度會使進入該縫隙的電漿碰撞側壁後熄滅無法近一步向下洩露。

本發明驅動裝置105除了圖2-3中所示的可以固定到移動調節環101側壁也可以固定在移動調節環底部，其支撐部穿過下方的固定環102或者103中穿設的孔洞。驅動裝置105與反應腔外部的驅動電機或者氣缸向連結，實 現對移動調節環101位置的修正。本發明電漿處理裝置在運行中可以根據不同加工工藝的需要自動調節可移動調節環101的高度，實現最佳的處理效果，也可以在運行一段時間後根據處理效果偏移的程度微量提升可移動調節環，以補償由於調節環頂部被腐蝕產生的問題。

本發明所述的調節環10可以由石英、碳化矽、氧化鋁等陶瓷材料製成，也可以在上述材料中混入其它元素或化合物以調節其導電導熱特性，或者改善調節環的堅固程度。固定環102、103與移動調節環101可以選擇相同或者相近的材料，不同的材料並不影響本發明的實現。固定環102、103可以直接固定在基座向外周方向的延伸部上(圖中未示出)，也可以間接透過其它固定的環狀部件坐落在基座向外的延伸部上。本發明中固定環102、103也可以集成為一個部件，或者為了其它目的需要分隔成更多不同的固定環，只要在移動環的突出部104對應位置處存在匹配的垂直凹槽就能實現本發明目的。本發明調節環10外周圍還可以設置其他的邊緣環以進一步調節電場分佈，這些邊緣環的內側壁和移動環101的外側壁互相緊貼以防止電漿移動環升起時進入移動環與下方固定環之間的間隙。移動環的下表面也可以再設置一個突出部，該突出部靠近邊緣環，相應的下方的固定環103上表面也要設置一個凹槽，這樣的雙咬合結構能夠更有效的防止放電現象產生也能防止電漿洩露如移動環與固定環之間的間隙。

在應用本發明調節環的電漿處理裝置中，可以進行多次電漿處理，然後根據調節環上表面損耗的速度相應抬升移動環101的高度，使得移動環上表面相對於靜電夾盤上的基片具有固定的位置關係，從而使得氣流分佈長期穩定。本發明調節環由於具有可升降的上表面結構所以可以長期維持電漿處理效果的穩定，而不需要頻繁的更換新的固定調節環。

雖然本發明披露如上，但本發明並非限定於此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應當以請求項所限定的範圍為准。

101‧‧‧可移動環

102‧‧‧第一固定環

103‧‧‧第二固定環

104‧‧‧突出部

105‧‧‧驅動裝置

20‧‧‧基片

Claims (9)

1. 一種電漿體處理裝置，包括：反應腔，反應腔內包括一個基座，基座上設置有靜電夾盤，待處理基片設置在所述靜電夾盤上；一調節環圍繞在所述靜電夾盤週邊，其中所述調節環包括一個固定環和一個位於固定環上方的移動環，其中：固定環圍繞所述靜電夾盤或基座，固定環上表面包括一個支持面，支持面上包括一個凹槽，所述移動環的底面形狀與所述固定環的支持面匹配，所述移動環包括緊貼靜電夾盤並位於待處理基片邊緣下方的第一部分，所述第一部分具有第一高度的上表面，一個具有第二高度上表面的第二部分位於所述第一部分週邊，所述移動環的第二部分下表面包括一個突出部，且所述突出部的位置及結構與所述固定環上的凹槽的位置及結構相匹配，所述移動環藉由所述突出部設置於所述凹槽中而接合於所述固定環，一個驅動裝置驅動所述移動環的第二部分在較低的第一位置和較高的第二位置間上下移動，其中在移動到第二位置時，所述移動環的底面係脫離於所述固定環的支持面，所述突出部的下端仍然位於所述凹槽中，以及所述凹槽的內壁係為與所述突出部的側壁為保持相接觸或相緊貼，以防止電漿泄露入所述移動環經抬升而形成的空間內。
2. 如請求項1所述電漿體處理裝置，其中所述移動環的突出部和凹槽具有垂直的側壁，且在移動到第二位置時所述突出部側壁與凹槽內側壁的間距小於1mm。
3. 如請求項1所述電漿體處理裝置，其中所述移動環的第一部分和第二部分同步升降。
4. 如請求項1所述電漿體處理裝置，其中所述移動環的第一部分固定在所述固定環上方。
5. 如請求項1所述電漿體處理裝置，其中所述第一部分和第二部分之間還包括過渡部分，過渡部分的上表面在第一高度和第二高度之間逐漸變化。
6. 如請求項2所述電漿體處理裝置，其中所述移動環移動到第二位置時移動環下表面和固定環支持面之間存在間隙。
7. 如請求項1所述電漿體處理裝置，其中所述調節環由石英或者碳化矽或者氧化鋁製成。
8. 如請求項1所述電漿體處理裝置，其中所述驅動裝置包括一個驅動杆穿過所述固定環連接到移動環，所述驅動杆下端連接到一個用於使驅動杆上下可控移動的電機或者氣缸。
9. 一種如請求項1所述電漿體處理裝置的運行方法，其中多次完成對所述待處理基片的電漿處理後，所述驅動裝置驅動所述移動環的第二部分上升，使移動環第二部分的上表面相對基片表面具有固定的高度差。