一種高度可調節的聚焦環及其高度調節方法與流程

本發明涉及半導體加工技術領域，具體涉及一種高度可調節的聚焦環及其高度調節方法。

背景技術：
隨著刻蝕工藝時間的延長，等離子體刻蝕聚焦環表面也會被刻蝕消耗掉。聚焦環表面高度降低，其上方的等離子體鞘層下移，硅片邊緣部分刻蝕工藝發生變化。因此希望聚焦環在垂直方向上可以移動，當其因刻蝕消耗表面高度降低時，可以通過縱向移動調節彌補表面高度。現有技術通常采用氣缸或者電機驅動一個升降桿來實現對聚焦環的上下驅動，但是這些機構會帶來很多問題，氣缸或電機占用很大空間，聚焦環下方是下電極等機構無法放置，需要在放置半導體基片的基座下額外設置一個空間才行，這就提高了設計和維護的難度。而且聚焦環被刻蝕消耗的速度很慢，進行幾十甚至上百小時的刻蝕才需要調整一次聚焦環的高度，所以這些高成本設置的升降機構利用率很低，得不償失。此外，為了實現對聚焦環的升降也會需要在基座上設置多個讓升降桿穿過的孔洞，這些額外設置的孔洞會造成射頻電場在半導體基片表面的分布不均勻。由于等離子處理中需要非常潔凈，不能有顆粒物的產生，所以這些升降桿不能與孔洞的側壁相摩擦產生顆粒，所以在聚焦環從最低位置也就是被下方絕緣環支撐的位置逐漸上升到脫離絕緣環的過程中，聚焦環的電勢會從與絕緣環相同變化為一個由等離子中負電荷在聚焦環上積累形成的電勢，兩者之間存在巨大的電勢差，而且兩者之間只存成很小真空間隙，這會導致放電現象的產生。放電現象會導致半導體基片被損壞，所以是在等離子處理中要極力避免的。這些問題都是現有技術的驅動裝置無法解決的，所以需要設計一種新的簡易的驅動裝置實現對聚焦環的微量驅動，同時還能避免產生放電現象。

技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種高度可調節的聚焦環及其高度調節方法，通過氣動調節聚焦環的縱向高度，實現改變等離子體鞘層的目的。為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案實現：一種高度可調節的聚焦環組件，設為環形結構，位于一等離子體蝕刻腔中，等離子體蝕刻腔中包括一個基座，基座中心區域上方支撐有晶圓，基座外圍還包括一環形延展部圍繞所述晶圓，所述延展部的上表面低于所述晶圓的下表面，其特點是，所述聚焦環組件包含：一絕緣環，設置在所述延展部的上方；一外聚焦環，設置在所述絕緣環的上方，環繞套設在所述晶圓的外側壁，；一內聚焦環，設置在所述絕緣環的上方，其內徑小于所述晶圓的直徑，其外徑小于所述外聚焦環的內徑，使所述內聚焦環至少部分位于晶圓下表面的邊緣以內；彈性圈，設置在所述外聚焦環與所述絕緣環之間，所述彈性圈內為中空且可充氣，通過改變彈性圈中氣體的壓力，調節外聚焦環的高度。優選地，所述的彈性圈的材料為橡膠。優選地，所述的絕緣環的頂部開設一個限位槽，所述彈性圈設置在所述限位槽內。優選地，所述的絕緣環的材料為陶瓷。優選地，所述的改變彈性圈中氣體的壓力是通過在彈性圈外設置一個充氣裝置實現的。優選地，所述的改變彈性圈中氣體的壓力是通過在彈性圈外設置一個溫控裝置實現的。優選地，所述的改變彈性圈中氣體的壓力是通過在彈性圈外同時設置一個充氣裝置及一個溫控裝置實現的。本發明還公開了一種聚焦環高度調節方法，其特點是，利用上述的聚焦環組件進行蝕刻工藝，所述方法包含以下步驟：S1、將待刻蝕的晶圓放置到基座中心區域的上表面上方；S2、將絕緣環設置在基座外圍的延展部的上方；S3、將外聚焦環設置在絕緣環的上方，環繞套設在所述晶圓的外側壁；S4、將內聚焦環設置在絕緣環的上方，使內聚焦環至少部分位于晶圓下表面的邊緣以內；S5、將彈性圈設置在外聚焦環與絕緣環之間；S6、在等離子體蝕刻腔中進行刻蝕工藝；S7、在刻蝕工藝中，根據外聚焦環的消耗量，調節所述外聚焦環的縱向高度；其中，彈性圈內為中空且可充氣，通過改變彈性圈中氣體的壓力，調節外聚焦環的高度。優選地，所述的改變彈性圈中氣體的壓力是通過改變彈性圈中氣體的充氣量來實現的。優選地，所述的改變彈性圈中氣體的壓力是通過改變彈性圈中氣體的溫度來實現的。優選地，所述的改變彈性圈中氣體的壓力是通過同時改變彈性圈中氣體的充氣量及氣體的溫度來實現的。本發明的另外一種技術方案公開了一種高度可調節的聚焦環組件，設為環形結構，位于一等離子體蝕刻腔中，等離子體蝕刻腔中包括一個基座，基座中心區域上方支撐有晶圓，基座外圍還包括一環形延展部圍繞所述晶圓，所述延展部的上表面低于所述晶圓的下表面，其特點是，所述聚焦環組件包含：一下絕緣環，設置在所述延展部上方；一上絕緣環，設置在所述下絕緣環的上方；一彈性圈，設置在所述下絕緣環與所述上絕緣環之間；一聚焦環，設置在所述上絕緣環的上方，所述聚焦環包括一主環部分，環繞套設在所述晶圓的外側壁，還包括一延伸部分，至少部分位于晶圓下表面的邊緣以內，其中所述彈性圈內為中空且可充氣，通過改變彈性圈中氣體的壓力，調節聚焦環的高度。較佳地，所述的彈性圈的材料為橡膠。較佳地，所述的下絕緣環的頂部開設一個限位槽，所述彈性圈設置在所述限位槽內。較佳地，所述的上絕緣環的底部開設一個限位槽，所述彈性圈設置在所述限位槽內。較佳地，所述的上絕緣環的底部與下絕緣環的頂部對應開設限位槽，所述彈性圈設置在所述限位槽內。較佳地，所述的上絕緣環的材料及下絕緣環的材料均為陶瓷。較佳地，所述的改變彈性圈中氣體的壓力是通過在彈性圈外設置一個充氣裝置實現的。較佳地，所述的改變彈性圈中氣體的壓力是通過在彈性圈外設置一個溫控裝置實現的。較佳地，所述的改變彈性圈中氣體的壓力是通過在彈性圈外設置一個充氣裝置及一個溫控裝置實現的。本發明還公開了一種聚焦環高度調節方法，其特點是，利用上述的聚焦環組件進行蝕刻工藝，所述方法包含以下步驟：S1、將待刻蝕的晶圓放置到基座中心區域的上表面上方；S2、將下絕緣環設置在基座延展部的上方；S3、將上絕緣環設置在下絕緣環的上方；S4、將彈性圈設置在下絕緣環與上絕緣環之間；S5、將聚焦環設置在上絕緣環的上方，其中，聚焦環的主環部分環繞套設在晶圓的外側壁，聚焦環的延伸部分至少部分位于晶圓下表面的邊緣以內；S6、在等離子體蝕刻腔中進行刻蝕工藝；S7、在刻蝕工藝中，根據聚焦環的消耗量，調節所述聚焦環的縱向高度；其中，彈性圈內為中空且可充氣，通過改變彈性圈中氣體的壓力，調節聚焦環的高度。較佳地，所述的改變彈性圈中氣體的壓力是通過改變彈性圈中氣體的充氣量來實現的。較佳地，所述的改變彈性圈中氣體的壓力是通過改變彈性圈中氣體的溫度來實現的。較佳地，所述的改變彈性圈中氣體的壓力是通過同時改變彈性圈中氣體的充氣量及氣體的溫度來實現的。本發明一種高度可調節的聚焦環及其高度調節方法與現有技術相比具有以下優點：聚焦環的高度可以調節，實現改變等離子體鞘層的目的，采用氣動的方式實現，結構簡單，實現簡易；聚焦環為分離式，可以補償刻蝕工藝隨時間的漂移，更好的實現刻蝕重復性；通過在絕緣環上開設限位槽，固定彈性圈。附圖說明圖1為本發明一個實施例中聚焦環組件的整體結構示意圖；圖2為本發明另一個實施例中聚焦環組件的整體結構示意圖。具體實施方式以下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發明做進一步闡述。如圖1所示，一種高度可調節的聚焦環組件，設為環形結構，位于一等離子體蝕刻腔中，等離子體蝕刻腔中包括一個基座101，基座101中心區域上方支撐有晶圓102，基座101外圍還包括一環形延展部圍繞所述晶圓102，所述延展部的上表面低于所述晶圓102的下表面，所述聚焦環組件包含：一絕緣環1031，設置在所述延展部上方；一外聚焦環1032，設置在所述絕緣環1031的上方，環繞套設在所述晶圓102的外側壁；一內聚焦環1033，設置在所述絕緣環1031的上方，其內徑小于所述晶圓102的直徑，其外徑小于所述外聚焦環1032的內徑，使所述內聚焦環1033至少部分位于晶圓102下表面的邊緣以內，內聚焦環1033固定不動，從而不影響等離子體鞘層104；彈性圈1034，設置在所述外聚焦環1032與所述絕緣環1031之間，所述彈性圈1034內為中空且可充氣，通過改變彈性圈1034中氣體的壓力，調節外聚焦環1032的高度。改變彈性圈1034中氣體的壓力，可以通過在彈性圈1034的外側設置一個充氣裝置，充氣裝置向彈性圈1034中充入氣體，改變壓力，從而達到調節外聚焦環1032的高度的目的。在一個可選實施例中通過一個設置在彈性圈1034的外側的溫控裝置，改變彈性圈1034中氣體的溫度，從而改變氣體壓力，從而達到調節外聚焦環1032的高度的目的。在本發明的另一個可選實施例中可同時設置充氣裝置和溫控裝置，來達到改變氣體壓力的目的。本發明所述充氣裝置可以是任意排布的管道，只要能與彈性圈內的空間氣體聯通就可以，這樣管道能夠根據需要任意設計管路，繞開會導致機械設計和后期維護困難的空間，而且能減小對基座上方等離子分布的干擾。在本發明的較佳實施例中，絕緣環1031的材料選用陶瓷，彈性圈1034的材料選用橡膠。為了更好的固定彈性圈1034，在絕緣環1031的頂部開設一個限位槽，將彈性圈1034設置在所述限位槽內。為了更好的描述聚焦環組件的工作原理，通過一種聚焦環高度調節方法來詳細闡述，所述方法包含以下步驟：S1、將待刻蝕的晶圓102放置到基座101中心區域的上表面上方；S2、將絕緣環1031設置在基座101外圍的延展部上方；S3、將外聚焦環1032設置在絕緣環1031的上方，環繞套設在所述晶圓102的外側壁；S4、將內聚焦環1033設置在絕緣環1031的上方，使內聚焦環1033至少部分位于晶圓102下表面的邊緣以內；S5、將彈性圈1034設置在外聚焦環1032與絕緣環1031之間；S6、在等離子體蝕刻腔中進行刻蝕工藝；S7、在刻蝕工藝中，根據外聚焦環1032的消耗量，調節所述外聚焦環1032的縱向高度，從而實現改變等離子體鞘層104的目的；其中，彈性圈1034內為中空且可充氣，通過改變彈性圈1034中氣體的壓力，調節外聚焦環1032的高度。所述的改變彈性圈1034中氣體的壓力是通過改變彈性圈1034中氣體的充氣量和/或改變彈性圈1034中氣體的溫度來實現。如圖2所示在本發明的另一個實施例中，考慮到聚焦環與絕緣環之間如果有間隙出現，其間電位差可能引起其他問題。因此可將絕緣環分離為上下兩件，將彈性圈卡位于其中。一種高度可調節的聚焦環組件，設為環形結構，位于一等離子體蝕刻腔中，等離子體蝕刻腔中包括一個基座201，基座201中心區域上方支撐有晶圓202，基座201外圍還包括一環形延展部圍繞所述晶圓202，所述延展部的上表面低于所述晶圓202的下表面，所述聚焦環組件包含：一下絕緣環2031，設置在所述延展部上方；一上絕緣環2032，設置在所述下絕緣環2031的上方；一彈性圈2033，設置在所述下絕緣環2031與所述上絕緣環2032之間；一聚焦環，設置在所述上絕緣環2032的上方，所述聚焦環包括一主環部分2034，環繞套設在所述晶圓202的外側壁，所述聚焦環還包括一延伸部分2035，至少部分位于晶圓202下表面的邊緣以內，不影響等離子體鞘層204；其中，所述彈性圈2033內為中空且可充氣，通過改變彈性圈2033中氣體的壓力，調節聚焦環的高度。改變彈性圈2033中氣體的壓力，可以通過在彈性圈2033的外側設置一個充氣裝置，充氣裝置向彈性圈2033中充入氣體，改變壓力，從而達到調節聚焦環的高度的目的。在一個可選實施例中通過一個設置在彈性圈2033的外側的溫控裝置，改變彈性圈2033中氣體的溫度，從而改變氣體壓力，從而達到調節聚焦環的高度的目的。在本發明的另一個可選實施例中可同時設置充氣裝置和溫控裝置，來達到改變氣體壓力的目的。由于上絕緣環2032、下絕緣環2031都是由絕緣材料制成，優選地采用陶瓷，所以在聚焦環升降前后，聚焦環與上絕緣環2032的組合體的電勢始終保持不變，所以能夠避免放電現象的產生。本發明所述充氣裝置可以是任意排布的管道，只要能與彈性圈2033內的空間氣體聯通就可以，這樣管道能夠根據需要任意設計管路，繞開會導致機械設計和后期維護困難的空間，而且能減小對基座上方等離子分布的干擾。本發明彈性圈2033的材料優選為氟橡膠，較佳的為全氟橡膠這樣能夠抵御等離子體蝕刻腔中腐蝕性的刻蝕氣體,如氟碳化合物的腐蝕。由于彈性圈2033在向上膨脹和向下收縮過程中不會與周圍部件發生機械摩擦所以也就不會產生顆粒污染。同時彈性圈2033可以在外表面或者管道內表面涂覆導電涂層，這樣可以減小聚焦環上升脫離下方上絕緣環2032后兩者之間的電勢差，避免放電（arcing）現象產生。為了更好的固定彈性圈2033，在下絕緣環2031的頂部開設一個限位槽，將彈性圈2033設置在所述限位槽內。在一個可選實施例中，在上絕緣環2032的底部開設一個限位槽，將彈性圈2033設置在所述限位槽內。在另一個可選實施例中，可同時在上絕緣環2032的底部與下絕緣環2031的頂部對應開設限位槽，將彈性圈2033設置在所述限位槽內。為了更好的描述聚焦環組件的工作原理，通過一種聚焦環高度調節方法來詳細闡述，所述方法包含以下步驟：S1、將待刻蝕的晶圓202放置到基座201中心區域的上表面上方；S2、將下絕緣環2031設置在基座201延展部的上方；S3、將上絕緣環2032設置在下絕緣環的上方；S4、將彈性圈2033設置在下絕緣環2031與上絕緣環2032之間；S5、將聚焦環設置在上絕緣環的上方，其中，聚焦環的主環部分2034環繞套設在晶圓的外側壁，聚焦延伸部分2035至少部分位于晶圓202下表面的邊緣以內；S6、在等離子體蝕刻腔中進行刻蝕工藝；S7、在刻蝕工藝中，根據聚焦環的消耗量，調節所述聚焦環的縱向高度，從而實現改變等離子體鞘層204的目的；其中，彈性圈內為中空且可充氣，通過改變彈性圈中氣體的壓力，調節聚焦環的高度。改變彈性圈2033中氣體的壓力，可以通過在彈性圈1034的外側設置一個充氣裝置，充氣裝置向彈性圈2033中充入氣體，改變壓力，從而達到調節聚焦環的高度的目的。在一個可選實施例中通過一個設置在彈性圈2033的外側的溫控裝置，改變彈性圈2033中氣體的溫度，從而改變氣體壓力，從而達到調節聚焦環的高度的目的。在本發明的另一個可選實施例中可同時設置充氣裝置和溫控裝置，來達到改變氣體壓力的目的。盡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。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。