[发明专利]一种高度可调节的聚焦环及其高度调节方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，具体涉及一种高度可调节的聚焦环及其高度调节方法。

背景技术

随着刻蚀工艺时间的延长，等离子体刻蚀聚焦环表面也会被刻蚀消耗掉。聚焦环表面高度降低，其上方的等离子体鞘层下移，硅片边缘部分刻蚀工艺发生变化。因此希望聚焦环在垂直方向上可以移动，当其因刻蚀消耗表面高度降低时，可以通过纵向移动调节弥补表面高度。现有技术通常采用气缸或者电机驱动一个升降杆来实现对聚焦环的上下驱动，但是这些机构会带来很多问题，气缸或电机占用很大空间，聚焦环下方是下电极等机构无法放置，需要在放置半导体基片的基座下额外设置一个空间才行，这就提高了设计和维护的难度。而且聚焦环被刻蚀消耗的速度很慢，进行几十甚至上百小时的刻蚀才需要调整一次聚焦环的高度，所以这些高成本设置的升降机构利用率很低，得不偿失。此外，为了实现对聚焦环的升降也会需要在基座上设置多个让升降杆穿过的孔洞，这些额外设置的孔洞会造成射频电场在半导体基片表面的分布不均匀。由于等离子处理中需要非常洁净，不能有颗粒物的产生，所以这些升降杆不能与孔洞的侧壁相摩擦产生颗粒，所以在聚焦环从最低位置也就是被下方绝缘环支撑的位置逐渐上升到脱离绝缘环的过程中，聚焦环的电势会从与绝缘环相同变化为一个由等离子中负电荷在聚焦环上积累形成的电势，两者之间存在巨大的电势差，而且两者之间只存成很小真空间隙，这会导致放电现象的产生。放电现象会导致半导体基片被损坏，所以是在等离子处理中要极力避免的。这些问题都是现有技术的驱动装置无法解决的，所以需要设计一种新的简易的驱动装置实现对聚焦环的微量驱动，同时还能避免产生放电现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高度可调节的聚焦环及其高度调节方法，通过气动调节聚焦环的纵向高度，实现改变等离子体鞘层的目的。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种高度可调节的聚焦环组件，设为环形结构，位于一等离子体蚀刻腔中，等离子体蚀刻腔中包括一个基座，基座中心区域上方支撑有晶圆，基座外围还包括一环形延展部围绕所述晶圆，所述延展部的上表面低于所述晶圆的下表面，其特点是，所述聚焦环组件包含：

一绝缘环，设置在所述延展部的上方；

一外聚焦环，设置在所述绝缘环的上方，环绕套设在所述晶圆的外侧壁，；

一内聚焦环，设置在所述绝缘环的上方，其内径小于所述晶圆的直径，其外径小于所述外聚焦环的内径，使所述内聚焦环至少部分位于晶圆下表面的边缘以内；

弹性圈，设置在所述外聚焦环与所述绝缘环之间，所述弹性圈内为中空且可充气，通过改变弹性圈中气体的压力，调节外聚焦环的高度。

优选地，所述的弹性圈的材料为橡胶。

优选地，所述的绝缘环的顶部开设一个限位槽，所述弹性圈设置在所述限位槽内。

优选地，所述的绝缘环的材料为陶瓷。

优选地，所述的改变弹性圈中气体的压力是通过在弹性圈外设置一个充气装置实现的。

优选地，所述的改变弹性圈中气体的压力是通过在弹性圈外设置一个温控装置实现的。

优选地，所述的改变弹性圈中气体的压力是通过在弹性圈外同时设置一个充气装置及一个温控装置实现的。

本发明还公开了一种聚焦环高度调节方法，其特点是，利用上述的聚焦环组件进行蚀刻工艺，所述方法包含以下步骤：

S1、将待刻蚀的晶圆放置到基座中心区域的上表面上方；

S2、将绝缘环设置在基座外围的延展部的上方；

S3、将外聚焦环设置在绝缘环的上方，环绕套设在所述晶圆的外侧壁；

S4、将内聚焦环设置在绝缘环的上方，使内聚焦环至少部分位于晶圆下表面的边缘以内；

S5、将弹性圈设置在外聚焦环与绝缘环之间；

S6、在等离子体蚀刻腔中进行刻蚀工艺；

S7、在刻蚀工艺中，根据外聚焦环的消耗量，调节所述外聚焦环的纵向高度；

其中，弹性圈内为中空且可充气，通过改变弹性圈中气体的压力，调节外聚焦环的高度。

优选地，所述的改变弹性圈中气体的压力是通过改变弹性圈中气体的充气量来实现的。

优选地，所述的改变弹性圈中气体的压力是通过改变弹性圈中气体的温度来实现的。

优选地，所述的改变弹性圈中气体的压力是通过同时改变弹性圈中气体的充气量及气体的温度来实现的。