[发明专利]一种优化等离子体均匀性的压力控制阀门及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体工艺，尤其涉及一种利用腔体真空分步控制以优化电浆均匀性的方法。

背景技术

随着半导体晶圆从4寸,5寸逐步增大到12寸甚至18寸等更大尺寸，晶圆工艺对反应的真空腔体等离子电浆的均匀性要求越来越高，反应腔体真空控制的抽气方向对电浆的非对称影响越来越敏感。

在8寸和12寸的设备技术中，供应商为减少真空抽气对电浆均匀性的影响，做多次的调试和腔体结构的更新改造，但是，到目前为止，量产机器还没有真正实现腔体真空抽气的对称设置，抽气方向的非对称性对高段工艺的影响也越来越明显。

图1是现有技术中8寸晶圆加工设备的真空腔结构原理示意图。如图1所示，该设备主要包括分子泵11、压力控制阀门12和反应腔室13。其中，该设备采用了真空控制阀门和分子泵水平旁置的设置，该设置会导致经过两个90度弯，严重导致抽气速度降低，在抽气过程中，等离子沿着抽气方向15进行移动，由于抽气方向偏心，其并没有按照理想等离子方向14移动，因而带来等离子电浆对晶圆反应的不对称性。

图2为现有技术中12寸晶圆加工设备的真空腔结构原理示意图。该设备主要包括分子泵21、压力控制阀门22和反应腔室23图3为现有技术中12寸晶圆加工设备的真空腔结构中的阀门门板开闭结构原理示意图，其主要结构为阀门22与气阀门板26。如图2所示，所述设备采用了压力控制阀门和分子泵垂直安置于反应腔体下方的设置，但由于阀门为水平平移开启，所以在抽气过程中，等离子沿着抽气方向25进行移动，由于抽气方向偏心，其并没有按照理想等离子方向24移动。只能提高真空的抽气速率，但是对降低抽气方向偏心缺陷，提高电浆均匀性，没有任何改进。

中国专利（CN102970812A）公开了一种改善电浆均匀性的方法，其包含下列步骤：（a）提供一电浆产生装置；（b）在电浆产生装置的电极板的边缘区域提供一金属表面处理层，用以改变其表面粗糙度以调整一射频电流分布；及（c）通入工艺气体于电浆产生装置中以产生电浆。藉此，电浆产生装置可以产生均匀电浆分布。

中国专利（CN1753152A）公开了一种高密度电浆化学气相沉积制程，此沉积制程是先于晶圆上进行第一沉积步骤；然后，将晶圆需旋转一角度；接着，进行第二沉积步骤，以完成薄膜的沉积。特别是，由上述制程所沉积的薄膜具有均匀的膜厚。

上述两篇专利均未提到利用压力控制阀门结构与阀门开启方式对等离子体均匀性的改进方案。

发明内容

鉴于上述问题，本发明公开了一种利用腔体真空分步控制以优化电浆均匀性的方法。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种压力控制阀门，应用于半导体工艺制程的等离子体设备中，其特征在于，所述压力控制阀门包括第一子阀门、第二子阀门和轴；

所述第一子阀门为中空结构，所述第二子阀门内嵌于所述第一子阀门中，且所述第一子阀门和所述第二子阀门的平面图形均为轴对称图形；

所述第一子阀门和所述第二子阀门的对称轴均设置于所述轴上。

所述的压力控制阀门，其中，所述第一子阀门和所述第二子阀门均为中心对称图形，且所述第二子阀门的对称中心设置于所述第一子阀门的对称中心处。

所述的压力控制阀门，其中，所述第一子阀门的平面图形为环形，所述第二子阀门的平面图形为圆形。

所述的压力控制阀门，其中，所述第一子阀门的平面面积与所述第二子阀门的平面面积相同。

所述的压力控制阀门，其中，所述等离子设备中包括分子泵和反应腔室，所述分子泵的顶部设置于所述反应腔室的正下方，所述压力控制阀门设置于所述反应腔室和所述分子泵之间。

一种优化等离子体均匀性的方法，其中，采用如权利要求1～5中任意一项所述的压力控制阀门，所述方法包括：

在对所述反应腔室进行抽气的过程中，将所述第一子阀门或所述第二子阀门绕其对称轴旋转以开启一定角度，当压力变化至所需的压力值时再将所述第一子阀门和所述第二子阀门中的另一个绕其对称中心旋转以开启与所述角度相反的角度，以降低所述反应腔室内的压力值至一目标压力值。

所述的方法，其中，所述目标压力值为根据实际工艺情况预先设定的压力值，所述所需的压力值为所述预先设定的压力值的两倍。

所述的方法，其中，所述压力控制阀门与一马达和一控制器连接，通过所述马达来开启所述第一子阀门或所述第二子阀门，通过所述控制器来关闭所述第一子阀门或所述第二子阀门。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：