[发明专利]一种等离子体处理装置及其运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种应用于等离子体处理装置的调节环。 

背景技术

用于集成电路的制造的半导体处理工艺包括化学气相沉积工艺、和等离子体刻蚀工艺等，典型的如硅或绝缘材料氧化硅的刻蚀需要用到等离子刻蚀设备。如图1所示的等离子刻蚀设备，等离子刻蚀设备包括一个反应腔100，反应腔底部包括基座22，基座上连接有射频电源。基座上设置有静电夹盘21用于固定静电夹盘上方放置的待处理基片20。静电夹盘外围还包括一个均一性调节环，通过对调节环材料、形状甚至厚度的设计可以改善基片20边缘区域相对中性区域的处理均匀性。反应腔内与基片相对的顶部包括一个气体分布装置如气体喷淋头11，气体喷淋头连接到一个外部气源110。在等离子刻蚀中调节环的设计对基片处理效果起非常重要的作用，比如调节环材料选择不同，特别是导电特性的不同会导致馈入基座22中的射频功率分配到基片中心区域和边缘区域的比例不同，进一步的等离子分布也会不同；基片20边缘下表面与调节环10最内侧形成的间隙大小可以影响基片边缘背面区域聚合物沉积的量，同时也会影响基片20边缘区域的温度分布，也间接影响等离子处理效果；调节环厚度，特别是上表面高度会大幅影响反应气体的流向，比如调节环10的上表面高于待处理基片高度时反应气体沿基片表面向四周扩散，形成平流气体遇到调节环时，气流会被隆起的调节环抬升，反之如果调节环较低时气流也会下降，这些不同情况都会引起基片表面的气体分布不同。所以调节环10的设计综合影响了等离子处理中的等离子浓度分布、温度分布、气流分布等多种因素。 

在现有等离子处理腔中调节环10会被通入反应腔的反应气体腐蚀，所以调节环20中暴露于上方等离子体的上表面随着时间推移会慢慢变低，这样就会导致上述等离子浓度分布、温度分布、气流分布等因素也会随着时间变化 慢慢变化，这些因素的变化会导致等离子处理效果随时间偏移，经过长时间调试获得的处理参数隔段时间其处理效果会逐渐恶化。要彻底恢复原始状态需要更换原有形状的调节环，但是这样做不仅部件成本高昂，而且每次更换部件都需要非常繁复的验证和调试步骤来保证更换新部件后反应腔内的各项指标与更换前相同，时间成本也非常大。为了解决这一问题现有技术KR20080023569中采用了可整体升降的调节环，在需要提高调节环上表面时驱动机构会抬升调节环的位置以匹配不同的处理参数。但是这种方式确不可避免的带来很多问题：在升到较高位置时调节环底部表面和下方部件上表面之间产生很宽的空隙，由于调节幅度的需要，这个空隙高度往往大于1mm，所以基片边缘的等离子体可以沿着缝隙进入该空隙，或者反应气体流入该空隙后会被射频电场点燃形成等离子体，这些底部形成的等离子体不仅会腐蚀周围部件还会形成污染物颗粒影响处理效果。同时在调节环逐渐抬升过程中，调节环底部表面与下方接触面脱离时会由于电场分布急剧变化而产生放电（arcing）这不仅会损耗部件而且会严重影响基片处理效果，需要避免。 

所以业界需要一种新的设计，该设计既能灵活设置调节环各项参数而且能防止等离子体流入调节环缝隙，也能防止放电现象产生的新的调节环。 

发明内容

本发明解决的问题是提供一种等离子处理装置，能够补尝因调节环被损耗而造成的等离子处理效果偏移，同时防止等离子进入部件之间产生的缝隙以及放电现象的发生。为解决上述问题，发明人提供了一种一种等离子体处理装置，包括：反应腔，反应腔内包括一个基座，基座上设置有静电夹盘，待处理基片设置在所述静电夹盘上；一调节环围绕在所述静电夹盘外围，其中所述调节环包括一个固定环和一个位于固定环上方的移动环，其中：固定环围绕所述静电夹盘或基座，固定环上表面包括一个支持面，支持面上包括一个凹槽，所述移动环的底面与所述固定环的支持面匹配，所述移动环包括紧贴静电夹盘并位于待处理基片边缘下方的第一部分，所述第一部分具有第一高度的上表面，一个具有第二高度上表面的第二部分位于所述第一部分外围，所述移动环的第二部分下表面包括一个突出部与 下方固定环上的凹槽位置匹配，一个驱动装置驱动所述移动环的第二部分在较低的第一位置和较高的第二位置间上下移动，其中在移动到第二位置时所述突出部下端仍然位于凹槽中。移动环移动到第二位置时移动环下表面和固定环支持面之间存在间隙。 

其中移动环的突出部和凹槽具有垂直的侧壁，且在移动到第二位置时所述突出部侧壁与凹槽内侧壁的间距小于1mm，这样能够保证在升降过程中等离子不会泄露，也能够防止移动环的电势突变产生放电。