TWI828132B - 約束環、等離子處理裝置及其排氣控制方法 - Google Patents
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Abstract
一種約束環、等離子處理裝置及其排氣控制方法，約束環環繞設置於等離子處理裝置的反應腔內的基座外圍與反應腔的側壁之間，約束環包含形成一環形結構的至少一個環狀組件，環狀組件包含具有多個氣體通道的主體部分，以及用於調節氣體通道高度的高度調節裝置。驅動環狀組件中的高度調節裝置運動，調節環狀組件中的氣體通道的高度，從而調節反應腔內氣體流量分布。本發明通過多區域統一或分別調節約束環中氣體通道的高度，從而調節並均衡反應腔內的氣體流量分布，操作性強，適應性高。本發明可以在進氣流量不變的情况下，降低反應腔內的氣壓，有利於反應腔內氣體交換及反應副産物的抽出，減少反應副産物在晶圓上的沉積，從而提高蝕刻性能。
Description
本發明涉及半導體領域的裝置，尤其涉及一種約束環、等離子處理裝置及其排氣控制方法。
用於積體電路製造的等離子體處理製程中包含等離子體沉積製程和等離子體蝕刻製程。在通過等離子體處理製程加工晶圓的過程中，首先將晶圓固定放置在等離子反應腔內，晶圓上形成有圖案化的微電子層。接著通過射頻功率發射裝置發射射頻能量到等離子體反應腔內形成射頻電場；然後各種反應氣體（蝕刻氣體或沉積氣體）被注入到等離子反應腔中，在射頻電場的作用下使注入的反應氣體在晶圓上方被激勵成等離子體狀態；最後等離子體和晶圓之間發生化學反應和/或物理作用（比如蝕刻、沉積等等）形成各種特徵結構，化學反應中形成的揮發性的反應生成物脫離被蝕刻物質表面，並被抽真空系統抽出等離子反應腔。
為避免反應副産物在排出反應腔時攜帶等離子體至等離子體處理區域以外的區域對該區域造成損傷，通常在承載晶圓的基座與反應腔側壁之間設置等離子體約束環（confinement ring），也即FEIS Ring（Flow Equalizing Ion Shield Ring均流離子屏蔽環）。約束環上具有多個貫穿約束環上下表面的氣體通道，約束環可以保證基座上方形成的等離子體氣體在流經約束環時，其中的帶電粒子全部熄滅，成為中性氣體向下流動。
隨著半導體行業技術節點的逐漸縮小，在特徵尺寸（CD critical dimension）日漸縮小的等離子體蝕刻中，尤其是特徵尺寸到了3nm以下，對小洞蝕刻的要求就越來越高。例如BARC（BottomAnti-ReflectiveCoatings底部抗反射塗層）的小洞蝕刻中，到了特徵尺寸為3nm的技術節點時，小洞內的BARC就會很容易殘留在洞底，導致後續製程受影響。BARC在洞底的殘留是由於特徵尺寸非常小，使得蝕刻氣體的進入與副産物的抽出變得更加困難，導致蝕刻性能降低，影響晶圓加工質量和加工速率。
這裡的陳述僅提供與本發明有關的背景技術，而並不必然地構成現有技術。
本發明的目的在於提供一種約束環、等離子處理裝置及其排氣控制方法，操作性強，適應性高，有利於反應腔內氣體交換及反應副産物的抽出，減少反應副産物在晶圓上的沉積，提高蝕刻性能。
為了達到上述目的，本發明提供一種用於等離子處理裝置的約束環，所述等離子處理裝置包含一反應腔，所述反應腔內設置一用於支撑基片的基座，所述約束環環繞設置於基座外圍與反應腔的側壁之間，所述約束環包含：至少一個環狀組件，所述環狀組件共同形成一環形結構；
所述環狀組件包含：
主體部分，所述主體部分具有多個氣體通道，用於將氣體排放至約束環下方的排氣區域；
高度調節裝置，所述高度調節裝置用於調節所述氣體通道的高度。
所述高度調節裝置包含：沿所述氣體通道的側壁活動設置的延長部件，所述延長部件的形狀與所述氣體通道的形狀相匹配。
一方面，所述氣體通道為環狀通道時，所述主體部分包含：至少兩個同心設置的弧形擋板。
所述弧形擋板的長度從反應腔側壁由外至內依次遞減。
所述主體部分包含：至少一連接筋，所述連接筋用於連接所述弧形擋板。
所述高度調節裝置包含：至少兩個同心設置的弧形擋板延長片，所述弧形擋板延長片與所述弧形擋板活動連接。
所述弧形擋板延長片具有凹槽，所述凹槽用於容納所述弧形擋板。
所述弧形擋板延長片的長度與其容納的所述弧形擋板的長度匹配。
另一方面，所述氣體通道為孔狀通道時，所述主體部分包含：多個通孔。
所述高度調節裝置包含：多個延長管，所述延長管活動設置在與其匹配的所述通孔內。
所述氣體通道的高度大於等於兩倍的氣體通道的寬度。
所述環狀組件的數量為至少兩個，所述環狀組件呈扇形結構，所述環狀組件的圓心角相等或不等。
所述環狀組件還包含：連接件，所述連接件用於將所述環狀組件固定連接至所述反應腔的側壁。
所述高度調節裝置還包含：至少一升降桿，所述升降桿連接所述弧形擋板延長片或延長管，所述升降桿用於帶動所述弧形擋板延長片或延長管上下移動。
所述高度調節裝置還包含：驅動裝置，所述驅動裝置用於驅動所述升降桿移動。
所述驅動裝置包含電機裝置、液壓裝置或氣壓裝置中的一種。
還包含控制機構，用於控制所述驅動裝置工作。
本發明還提供一種等離子處理裝置，包含：
反應腔，所述反應腔內設置一用於支撑基片的基座；
所述的約束環，所述約束環環繞設置於基座外圍與反應腔的側壁之間。
本發明還提供一種等離子體處理裝置的排氣控制方法，包含如下步驟：
提供所述的等離子處理裝置；以及
當需要對等離子處理裝置內的反應腔環境進行調節時，利用驅動裝置驅動環狀組件中的高度調節裝置運動，調節環狀組件中的氣體通道的高度；
通過調節環狀組件中的氣體通道的高度，調節所述反應腔內氣體流量分布。
所述驅動裝置驅動所述升降桿帶動所述弧形擋板延長片或延長管上下移動，從而調節環狀組件中的氣體通道的高度。
一方面，不同環狀組件中的氣體通道的高度相同。
另一方面，不同環狀組件中的氣體通道的高度不同。
所述環狀組件中的氣體通道的高度根據所述環狀組件距離排氣區域由近至遠依次遞減。
本發明通過多區域統一或分別調節約束環中氣體通道的高度，從而調節並均衡反應腔內的氣體流量分布，操作性強，適應性高。本發明可以在進氣流量不變的情况下，降低反應腔內的氣壓，有利於反應腔內氣體交換及反應副産物的抽出，減少反應副産物在晶圓上的沉積，從而提高蝕刻性能。
以下根據圖1～圖11，具體說明本發明的較佳實施例。
圖1示出了一種包含約束環的等離子體處理裝置，所述等離子體處理裝置1具有一個反應腔10，反應腔10基本上為柱形，且反應腔側壁基本上垂直，反應腔10內具有相對設置的上電極11和下電極13。通常，在上電極11與下電極13之間的區域為處理區域A，該處理區域A將形成高頻能量以點燃和維持等離子體。下電極13包含一基座131，在基座131上方放置待加工的晶圓W。反應氣體從氣體源12中被輸入至反應腔10內，一個或多個射頻電源14可以被單獨地施加在下電極13上或同時被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內部産生大的電場。大多數電場綫被包含在上電極11和下電極13之間的處理區域A內，此電場對少量存在於反應腔11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等離子體的激發，從而在反應腔10內産生等離子體。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，與被處理的晶圓W中的中性物質結合，激發晶圓W加工，即蝕刻、沉積等。在等離子體處理裝置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産品氣體抽出處理區域A，通過氣體流動並在處理區域A中建立適當的壓力。圖1中的等離子體處理裝置1還包含一個固定設置的約束環16，該約束環16環繞設置在基座外圍與反應腔側壁之間。通過約束環16熄滅等離子體中的帶電粒子，防止污染約束環下方的反應腔內壁和排氣管道。
如圖2所示，約束環上具有多個貫穿約束環上下表面的氣體通道17，這些氣體通道17的開口大小及深度經過設計可以保證基座上方形成的等離子體氣體在流經約束環時，其中的離子全部熄滅，成為中性氣體向下流動。約束環要能够很好的限制等離子體則需要滿足條件：約束環上的氣體通道17的高度S’大於等於兩倍的氣體通道的寬度g’。
在BARC（BottomAnti-ReflectiveCoatings底部抗反射塗層）小洞蝕刻中，為了提高蝕刻氣體的進入與副産物的抽出，會傾向於使用使等離子體反應腔內壓力更小，氣體流量更大的製程制度（process regime），從而得到更快的小洞內蝕刻速率，以減少洞內BARC的殘留。
在反應腔內氣壓不變的情况下，真空泵15的閥開度會隨著從氣體源12中輸入的氣流量的增加而增大；當氣流量到達一定的值後，真空泵15的閥開度會達到最大極限，為保證反應腔內氣壓不變，則不能够再繼續增大氣流量。另一方面，當向反應腔10內輸入的氣流量不變時，反應腔10內的氣壓值也會有一個最低極限（此時閥開度達到最大極限）。在一些蝕刻製程中，我們希望在不改變氣流量的情况下，能够降低反應腔內氣壓，這樣有助於反應副産物的抽出，減少反應副産物在晶圓的沉積。
如圖3所示，在一個實驗中，提供如圖1所示的兩個等離子體處理裝置1，該兩個等離子體處理裝置1內各設有一個約束環16，其中一個等離子反應裝置1中的約束環高度為
，另一個等離子反應裝置1中的約束環高度為
。向該兩個等離子體處理裝置1的反應腔10內輸入反應氣體的氣流量相同。在約束環高度為
時，反應腔10內氣壓的最低極限值能够達到15mT，且隨著真空泵15閥開度的變化，反應腔10內氣壓的最低極限值的調節範圍為10~25mT。在約束環高度為
時，反應腔10內氣壓的最低極限值只能到20mT，反應腔10內氣壓的最低極限值的調節範圍為20~25mT。該實驗證明，調整約束環16的高度能够拓寬反應腔10內的氣壓調節範圍，增大製程參數的窗口。並且，當閥開度相同時，約束環高度為a的氣壓較約束環高度為1.5a的氣壓低，因此，降低約束環16的高度有利於增加反應腔10內的流導（conductance），因此流進相同的氣流時反應腔10內能够達到更低的氣壓，所述反應腔10內的氣壓降低有助於反應物進入小洞以及反應副産物的抽出，減少反應副産物在晶圓W上的沉積。限定了反應腔10內氣壓的等離子體處理裝置被證明能够在晶圓W上製造和/或形成不斷縮小的特徵。蝕刻製程中，當氣流量不變，反應腔10內氣壓值越小，越有利於反應腔內氣體交換及反應副産物的抽出，從而提高蝕刻性能。
通過上述實驗中用到的兩個等離子反應裝置1，進一步驗證約束環16的高度對於晶圓小洞蝕刻製程的影響。圖4顯示了在特徵尺寸小於10nm時，小洞蝕刻的兩種TEM（Transmission Electron Microscope 透射電子顯微鏡）結果對比圖。圖4中左、右圖對應的等離子體處理裝置1分別採用了高度為
和
的約束環16。圖4顯示，在相同的製程參數下，當約束環高度為
時，小洞洞底無反應副産物殘留（圖4的左圖）；而當約束環高度為
時，小洞洞底有明顯的反應副産物殘留（圖4的右圖）。
上文示例性地描述了降低約束環高度以適用BARC層蝕刻製程的需求，可以看出，約束環16的高度調節對反應腔10內氣壓有著明顯的影響，由於一個反應腔內需要進行多種不同的蝕刻製程，有的製程需要製程氣體大流量、低氣壓，有的製程則相反，因此，通過改變約束環16的高度能够使反應腔10內氣壓滿足不同的製程需求。
基於此，本發明提供一種用於等離子處理裝置的約束環16，所述約束環環繞設置於基座外圍與反應腔的側壁之間，如圖5所示，在本實施例中，所述約束環16包含一完整的圓環形環狀組件23，所述環狀組件23包含固定不動的主體部分，以及與所述主體部分可拆卸連接且可移動的高度調節裝置，所述主體部分具有多個氣體通道17，用於將氣體排放至約束環下方的排氣區域，所述高度調節裝置用於調節所述氣體通道17的高度。如圖5和圖6所示，所述主體部分包含多個圓環形擋板19，相鄰的圓環形擋板19之間形成氣體通道17，所述圓環形擋板19呈同心圓設置，所述圓環形擋板19的直徑從反應腔側壁開始由外至內依次遞減，以保證相鄰的圓環形擋板19之間形成氣體通道17，氣體通道17的寬度可以一致，在另外的實施例中，也可以設置氣體通道17的寬度不一致。示例性的，可以將最外層的圓環形擋板19固定至反應腔的側壁，以完成對圓環形環狀組件23的固定，或者可以採用連接件（圖中未顯示）將所述圓環形環狀組件23固定連接至所述反應腔的側壁。進一步採用連接筋20來連接所有的圓環形擋板19，防止圓環形擋板19掉落。連接筋20可以位於所有的圓環形擋板19的下方，即遠離處理區域A的一側，在另外的實施例中，由於所述高度調節裝置一般是安裝在所述主體部分的下方，所以為了防止連接筋20阻礙所述高度調節裝置的動作，可以將所述連接筋20設置在比較接近所述主體部分頂部的位置。由於本實施例中採用的是一個完整的圓環形環狀組件23，可以沿圓環形環狀組件23的半徑方向，多設置幾個連接筋20，以保證連接的均勻性和穩定性。如圖5和圖6所示，所述高度調節裝置包含多個圓環形擋板延長片21，所述圓環形擋板延長片21的材質與所述圓環形擋板19的材質相同，且所述圓環形擋板延長片21和所述圓環形擋板19同樣都進行過表面處理，所述圓環形擋板延長片21的數量與所述圓環形擋板19的數量一致，且所述圓環形擋板延長片21也呈同心圓設置，所述圓環形擋板延長片21具有凹槽，該凹槽的形狀和尺寸與所述圓環形擋板19的形狀和尺寸匹配，每一個圓環形擋板19對應設置在與其匹配的圓環形擋板延長片21的凹槽內。所述圓環形擋板延長片21的凹槽兩側壁的厚度不宜過厚，應該保證其不影響由所述圓環形擋板19所確定的氣體通道17的寬度。為了承載所述圓環形擋板延長片21且實現所述圓環形擋板延長片21的上下移動，設置一連接桿22，其固定連接所有的圓環形擋板延長片21，所述連接桿22在驅動裝置（圖中未示出）的驅動下帶動所述圓環形擋板延長片21上下移動，當圓環形擋板延長片21向上移動時，其與所述圓環形擋板19發生部分重疊，降低了氣體通道17高度，當圓環形擋板延長片21向下移動時，所述圓環形擋板19從圓環形擋板延長片21中至少部分伸出，升高了氣體通道17的高度。同理，由於本實施例中採用的是一個完整的圓環形環狀組件23，可以沿圓環形環狀組件23的半徑方向，多設置幾個連接桿22，以保證連接的均勻性和穩定性。如圖6所示，在該實施例中，所述連接桿22設置在所述圓環形擋板延長片21的底部，便於其連接驅動裝置。如圖7所示，在另一個實施例中，所述連接桿22可以設置在所述圓環形擋板延長片21的中部，分別連接所述圓環形擋板延長片21的側壁，同樣可以達到同時帶動所有圓環形擋板延長片21上下移動的功能。所述驅動裝置包含電機裝置、液壓裝置或氣壓裝置中的一種或幾種，可以採用計算機系統根據半導體製程自動控制驅動裝置，也可以採用人工根據半導體製程控制驅動裝置。在上述實施例中，通過驅動裝置驅動連接桿22帶動圓環形擋板延長片21沿著圓環形擋板19上下移動，實現對氣體通道17的高度調節，根據製程工藝需要，通過降低約束環16內的氣體通道17的高度來降低反應腔內的氣壓，有利於反應腔內氣體交換及反應副産物的抽出，減少反應副産物在晶圓上的沉積，從而提高蝕刻性能。
在本發明的另一個實施例中，如圖8所示，所述約束環16’可以由多個扇環狀組件18構成，所有的扇環狀組件18共同形成一圓環形結構，所述扇環狀組件18的結構與圖5～圖7中示出的圓環形環狀組件23的結構一樣，也是包含固定不動的主體部分，以及與所述主體部分可拆卸連接且可移動的高度調節裝置。在本實施例中，每個扇環狀組件18的圓心角設置成相同，例如可以均勻設置6個或8個扇環狀組件18。如圖8所示，所述主體部分包含多個弧形擋板19’，相鄰的弧形擋板19’之間形成氣體通道17’，所述弧形擋板19’呈同心設置，所述弧形擋板19’的長度從反應腔側壁開始由外至內依次遞減，以保證每一個氣體通道17’的寬度一致。將最外層的弧形擋板19’固定至反應腔的側壁，以完成對扇環狀組件18的固定，或者可以採用連接件（圖中未顯示）將所述扇環狀組件18固定連接至所述反應腔的側壁。進一步採用連接筋20’來連接所有的弧形擋板19’，防止弧形擋板19’掉落。在本實施例中，如果單個的扇環狀組件18的圓心角不大（比如小於60°），那麼可以僅採用單個的連接筋20’，如果單個的扇環狀組件18的圓心角比較大（比如超過60°），那麼可以考慮採用兩個或者三個連接筋20’，以保證連接的均勻性和穩定性。如圖8和圖6所示，所述高度調節裝置包含多個弧形擋板延長片21’，所述弧形擋板延長片21’的數量與所述弧形擋板19’的數量一致，且所述弧形擋板延長片21’也呈同心設置，所述弧形擋板延長片21’具有凹槽，該凹槽的形狀和尺寸與所述弧形擋板19’的形狀和尺寸匹配，每一個弧形擋板19’對應設置在與其匹配的弧形擋板延長片21’的凹槽內，每一個弧形擋板延長片21’的長度和與其匹配的弧形擋板19’的長度相等。所述弧形擋板延長片21’的凹槽兩側壁的厚度不宜過厚，應該保證其不影響由所述弧形擋板19’所確定的氣體通道17’的寬度。為了承載所述弧形擋板延長片21’且實現所述弧形擋板延長片21’的上下移動，設置一連接桿22’，其固定連接所有的弧形擋板延長片21’，所述連接桿22’在驅動裝置（圖中未示出）的驅動下帶動所述弧形擋板延長片21’上下移動，當弧形擋板延長片21’向上移動時，其與所述弧形擋板19’發生部分重疊，降低了氣體通道17’高度，當弧形擋板延長片21’向下移動時，所述弧形擋板19’從弧形擋板延長片21中至少部分伸出，升高了氣體通道17’的高度。同理，如果單個的扇環狀組件18的圓心角不大（比如小於60°），那麼可以僅採用單個的連接桿22’，如果單個的扇環狀組件18的圓心角比較大（比如超過60°），那麼可以考慮採用兩個或者三個連接桿22’，以保證連接的均勻性和穩定性。如圖8所示，在該實施例中，所述連接桿22’設置在所述弧形擋板延長片21’的底部，便於其連接驅動裝置。如圖7所示，在另一個實施例中，所述連接桿22’可以設置在所述弧形擋板延長片21’的中部，分別連接所述弧形擋板延長片21’的側壁，同樣可以達到同時帶動所有弧形擋板延長片21’上下移動的功能。所述驅動裝置包含電機裝置、液壓裝置或氣壓裝置中的一種或幾種，可以採用計算機系統根據半導體製程自動控制驅動裝置，也可以採用人工根據半導體製程控制驅動裝置。
在上述實施例中，通過驅動連接桿22’帶動弧形擋板延長片21’沿著弧形擋板19’上下移動，實現對氣體通道17’的高度調節。在本實施例中，因為設置了多個扇環狀組件18，因此可以分別調節每個扇環狀組件18中的氣體通道17’的高度。可以將所有扇環狀組件18中的氣體通道17’的高度調節為一樣的高度，也可以根據製程工藝需要，分別調節各個扇環狀組件18中的氣體通道17’的高度，由於反應腔中的排氣裝置通常是設置在反應腔底壁的一側，因此約束環16’中的某些扇環狀組件18就離排氣裝置比較近，相應地，反應物抽出的就比較快，而約束環16’中的某些扇環狀組件18就離排氣裝置比較遠，相應地，反應物抽出的就比較慢。為了適應這種情况，可以將距離排氣裝置比較近的扇環狀組件18中的氣體通道17’的高度降低，而將距離排氣裝置比較遠的扇環狀組件18中的氣體通道17’的高度調節的更低，使得扇環狀組件18中的氣體通道17’的高度根據所述扇環狀組件18距離排氣裝置由近至遠依次遞減，這樣既可以均衡反應腔內不同區域的氣壓，又可以降低反應腔內的氣壓，有利於反應腔內氣體交換及反應副産物的抽出，減少反應副産物在晶圓上的沉積，從而提高蝕刻性能。
在本發明的另一個實施例中，如圖9所示，所述約束環16’可以由多個扇環狀組件18構成，所有的扇環狀組件18共同形成一圓環形結構，所述扇環狀組件18的結構與圖5～圖7中示出的圓環形環狀組件23的結構一樣，也是包含固定不動的主體部分，以及與所述主體部分可拆卸連接且可移動的高度調節裝置。本實施例與圖8所示的實施例不同之處在於，每個扇環狀組件18的圓心角設置成不相同，例如可將距離排氣裝置比較近的扇環狀組件18的圓心角設置的比較小（比如小於60°），可將距離排氣裝置比較遠的扇環狀組件18的圓心角設置的比較大（比如大於120°），或者根據製程工藝需要，具體設置每個扇環狀組件18的大小和長度。這樣可以通過分別調節不同扇環狀組件18中的氣體通道17’的高度，實現對整個反應腔內的氣壓的更精細的調節，通過降低約束環16’內的氣體通道17’的高度來降低反應腔內的氣壓，有利於反應腔內氣體交換及反應副産物的抽出，減少反應副産物在晶圓上的沉積，從而提高蝕刻性能。
在本發明的另一個實施例中，本發明提供一種用於等離子處理裝置的約束環16-1，所述約束環環繞設置於基座外圍與反應腔的側壁之間，如圖10所示，在本實施例中，所述約束環16-1包含一完整的圓環形環狀組件23-1，所述環狀組件23-1包含固定不動的主體部分，以及與所述主體部分可拆卸連接且可移動的高度調節裝置，所述主體部分具有多個氣體通道17-1，用於將氣體排放至約束環下方的排氣區域，所述高度調節裝置用於調節所述氣體通道17-1的高度。如圖10所示，所述主體部分包含多個通孔24，每個通孔24形成一個氣體通道17-1，所述通孔24可以無序排列，也可以按照有序的隊列排列，例如可以呈同心環狀排列，形成多圈同心環，還可以沿圓環形環狀組件23-1的徑向放射狀排列。通過設置通孔24的直徑，可以將氣體通道17-1的直徑設置為一致或不一致。可以將圓環形環狀組件23-1直接固定至反應腔的側壁，或者可以採用連接件（圖中未顯示）將所述圓環形環狀組件23-1固定連接至所述反應腔的側壁。如圖11所示，所述高度調節裝置包含多個延長管25，所述延長管25的材質與所述圓環形環狀組件23-1的材質相同，且所述延長管25和所述圓環形環狀組件23-1同樣都進行過表面處理，所述延長管25的數量與所述通孔24的數量一致，所述延長管25的外徑尺寸與所述通孔24的內徑尺寸匹配，每一個延長管25對應設置在與其匹配的通孔24內，所述延長管25的側壁度不宜過厚，應該保證其不影響由所述通孔24所確定的氣體通道17-1的直徑。為了承載所述延長管25且實現所述延長管25的上下移動，設置一連接桿26，其固定連接所有的延長管25，所述連接桿26在驅動裝置（圖中未示出）的驅動下帶動所述延長管25上下移動，當延長管25向上移動時，其與所述通孔24發生部分重疊，降低了氣體通道17-1的高度，當延長管25向下移動時，所述延長管25從通孔24中至少部分伸出，升高了氣體通道17-1的高度。同理，由於本實施例中採用的是一個完整的圓環形環狀組件23-1，可以沿圓環形環狀組件23-1的半徑方向，多設置幾個連接桿26，以保證連接的均勻性和穩定性。在該實施例中，所述連接桿26設置在所述延長管25的底部，便於其連接驅動裝置。在另一個實施例中，所述連接桿26可以設置在所述延長管25的中部，分別連接所述延長管25的側壁，同樣可以達到同時帶動所有延長管25上下移動的功能。所述驅動裝置包含電機裝置、液壓裝置或氣壓裝置中的一種或幾種，可以採用計算機系統根據半導體製程自動控制驅動裝置，也可以採用人工根據半導體製程控制驅動裝置。
在上述實施例中，通過驅動裝置驅動連接桿26帶動延長管25沿著通孔24上下移動，實現對氣體通道17-1的高度調節，根據製程工藝需要，通過降低約束環16-1內的氣體通道17-1的高度來降低反應腔內的氣壓，有利於反應腔內氣體交換及反應副産物的抽出，減少反應副産物在晶圓上的沉積，從而提高蝕刻性能。
同理，所述約束環16-1也可以由多個扇環狀組件（圖中未示出）構成，所有的扇環狀組件共同形成一圓環形結構，所述扇環狀組件的結構與圖10～圖11中示出的圓環形環狀組件23-1的結構一樣，也是包含固定不動的主體部分，以及與所述主體部分可拆卸連接且可移動的高度調節裝置。在本實施例中，每個扇環狀組件的圓心角設置成相同或不同。這樣可以通過分別調節不同扇環狀組件中的氣體通道的高度，實現對整個反應腔內的氣壓的更精細的調節，通過降低約束環內的氣體通道的高度來降低反應腔內的氣壓，有利於反應腔內氣體交換及反應副産物的抽出，減少反應副産物在晶圓上的沉積，從而提高蝕刻性能。本發明公開的高度可調的等離子體約束環可以適用於等離子體處理裝置的多種不同工藝製程。降低了不同製程切換時需要開腔更換不同高度的等離子體約束環帶來的效率損失，同時，當將等離子體約束環設置為若干個扇環狀組件時，可以通過調節不同位置的扇環狀組件的氣體通道高度實現對反應腔內不同位置的氣壓分布動態調節，保證處理區域A的各個區域壓力一致或刻意實現壓力的不一致從而實現對其他參數的補償。本發明控制延長片升降的驅動裝置可以採用計算機系統根據半導體製程自動控制驅動裝置，也可以採用人工根據半導體製程控制驅動裝置，實現靈活調整。
本發明通過多區域統一或分別調節約束環中氣體通道的高度，從而調節並均衡反應腔內的氣體流量分布，操作性強，適應性高。本發明可以在進氣流量不變的情况下，降低反應腔內的氣壓，有利於反應腔內氣體交換及反應副産物的抽出，減少反應副産物在晶圓上的沉積，從而提高蝕刻性能。
需要說明的是，在本發明的實施例中，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“後”、“左”、“右”、“竪直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”、“順時針”、“逆時針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述實施例，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情况理解上述術語在本發明中的具體含義。
儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本案所屬技術領域中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:等離子體處理裝置
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
16’:約束環
16-1:約束環
17:氣體通道
17’:氣體通道
17-1:氣體通道
18:扇環狀組件
19:圓環形擋板
19’:弧形擋板
20:連接筋
20’:連接筋
21:圓環形擋板延長片
22:連接桿
23:環狀組件
23-1:圓環形環狀組件
24:通孔
25:延長管
26:連接桿
A:處理區域
g':寬度
S’:高度
W:晶圓
圖1為一種包含約束環的等離子體處理裝置示意圖。
圖2為本發明約束環厚度與氣體通道寬度示意圖。
圖3為本發明在不同的約束環高度下，反應腔內氣壓的最低極限值隨真空泵閥開度變化示意圖。
圖4為本發明特徵尺寸小於10nm的小洞蝕刻中，在不同約束環的高度下，小洞洞底殘留對比示意圖。
圖5是本發明一個實施例中提供的約束環的俯視圖。
圖6是一個實施例中圖5中B-B向的剖視圖。
圖7是另一個實施例中圖5中B-B向的剖視圖。
圖8是本發明第三個實施例中提供的約束環的俯視圖。
圖9是本發明第四個實施例中提供的約束環的俯視圖。
圖10是本發明另一個實施例中提供的約束環的俯視圖。
圖11是圖10中C-C向的剖視圖。
19:圓環形擋板
20:連接筋
21:圓環形擋板延長片
22:連接桿
Claims (22)
- 一種用於等離子處理裝置的約束環，該等離子處理裝置包含一反應腔，該反應腔內設置用於支撑基片的一基座，其中，該約束環環繞設置於該基座之外圍與該反應腔的側壁之間，該約束環包含：至少一個環狀組件，該環狀組件共同形成一環形結構；該環狀組件包含：一主體部分，該主體部分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；以及一高度調節裝置，該高度調節裝置用於調節該複數個氣體通道的高度，該高度調節裝置包含：沿該複數個氣體通道的側壁活動設置的一延長部件，該延長部件的形狀與該複數個氣體通道的形狀相匹配，該延長部件與該主體部分可拆卸連接且可移動。
- 如請求項1所述的用於等離子處理裝置的約束環，其中，該複數個氣體通道為環狀通道時，該主體部分包含：至少兩個同心設置的弧形擋板。
- 如請求項2所述的用於等離子處理裝置的約束環，其中，該弧形擋板的長度從該反應腔的側壁由外至內依次遞減。
- 如請求項3所述的用於等離子處理裝置的約束環，其中，該主體部分包含：至少一連接筋，該連接筋用於連接該弧形擋板。
- 如請求項2所述的用於等離子處理裝置的約束環，其中，該高度調節裝置包含：至少兩個同心設置的弧形擋板延長片，該弧形擋板延長片與該弧形擋板活動連接。
- 如請求項5所述的用於等離子處理裝置的約束環，其中，該弧形擋板延長片具有一凹槽，該凹槽用於容納該弧形擋板。
- 如請求項4所述的用於等離子處理裝置的約束環，其中，該弧形擋板延長片的長度與其容納的該弧形擋板的長度匹配。
- 如請求項1所述的用於等離子處理裝置的約束環，其中，該複數個氣體通道為孔狀通道時，該主體部分包含：複數個通孔。
- 如請求項8所述的用於等離子處理裝置的約束環，其中，該高度調節裝置包含：複數個延長管，該複數個延長管活動設置在與其匹配的該複數個通孔內。
- 如請求項1所述的用於等離子處理裝置的約束環，其中，該複數個氣體通道的高度大於等於兩倍的該複數個氣體通道的寬度。
- 如請求項1所述的用於等離子處理裝置的約束環，其中，該環狀組件的數量為至少兩個，該環狀組件呈扇形結構，兩個該環狀組件的圓心角相等或不等。
- 如請求項11所述的用於等離子處理裝置的約束環，其中，該環狀組件還包含：一連接件，該連接件用於將該環狀組件固定連接至該反應腔的側壁。
- 如請求項5或9所述的用於等離子處理裝置的約束環，其中，該高度調節裝置還包含：至少一升降桿，該升降桿連接該弧形擋板延長片或該複數個延長管，該升降桿用於帶動該弧形擋板延長片或該複數個延長管上下移動。
- 如請求項13所述的用於等離子處理裝置的約束環，其中，該高度調節裝置還包含：一驅動裝置，該驅動裝置用於驅動該升降桿移動。
- 如請求項14所述的用於等離子處理裝置的約束環，其中，該驅動裝置包含一電機裝置、一液壓裝置或一氣壓裝置中的一種。
- 如請求項15所述的用於等離子處理裝置的約束環，其中，還包含一控制機構，用於控制該驅動裝置工作。
- 一種等離子處理裝置，其包含：一反應腔，該反應腔內設置用於支撑基片的一基座；如請求項1~16中任一項所述的一約束環，該約束環環繞設置於該基座之外圍與該反應腔的側壁之間。
- 一種等離子體處理裝置的排氣控制方法，其包含如下步驟：提供如請求項17所述的一等離子處理裝置；當需要對該等離子處理裝置內的一反應腔之環境進行調節時，利用一驅動裝置驅動一環狀組件中的一高度調節裝置運動，調節該環狀組件中的一氣體通道的高度；以及通過調節該環狀組件中的該氣體通道的高度，調節該反應腔內氣體流量分布。
- 如請求項18所述的等離子體處理裝置的排氣控制方法，其中，該驅動裝置驅動升降桿帶動弧形擋板延長片或延長管上下移動，從而調節該環狀組件中的該氣體通道的高度。
- 如請求項18所述的等離子體處理裝置的排氣控制方法，其中，不同的該環狀組件中的該氣體通道的高度相同。
- 如請求項18所述的等離子體處理裝置的排氣控制方法，其中，不同的該環狀組件中的該氣體通道的高度不同。
- 如請求項21所述的等離子體處理裝置的排氣控制方法，其中，該環狀組件中的該氣體通道的高度根據該環狀組件距離排氣區域由近至遠依次遞減。
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