[发明专利]一种具有可移动环的等离子体处理器

说明书

本发明提供一种等离子体处理器，包括：反应腔，所述反应腔内设置一个基座，所述基座上放置有一晶圆，第一源射频电源，施加第一射频周期信号到所述反应腔内，以点燃并维持等离子体；一气体喷淋头位于反应腔内与所述基座相对的上方，一偏置射频电源，用于施加第二射频周期信号到所述基座；一等离子约束环围绕所述基座，使得流过所述约束环的带电粒子被熄灭；一可移动环环绕所述气体喷淋头和基座之间的反应空间，所述可移动环在至少两个位置间移动，在等离子处理过程中，所述可移动环下降到低位；其中所述可移动环底部包括一个气体扩散腔与下方的约束环联通，所述气体扩散腔还通过位于可移动环内壁的多个通气槽与基片上方的反应空间相联通。

技术领域

本发明涉及半导体加工设备领域，特别涉及一种等离子体处理器中的可移动环。

背景技术

真空处理设备广泛应用于半导体工业，其中的等离子处理设备和化学气相沉积设备是最主要的真空处理设备。等离子体处理设备，是借助于射频耦合放电产生等离子体，进而利用等离子体进行沉积、刻蚀等加工工艺。

如图1所示为一种电容耦合等离子处理设备，包括反应腔10，反应腔内包括导电基座33，基座作为下电极连接到至少一个射频电源，其中偏置射频电源经过匹配器输出射频功率到基座33，一个源频射频电源经过匹配器输出射频功率到基座33或位于反应腔顶部的气体喷淋头22。其中源射频电源输出的高频(13、27、60MHz)射频功率用于点燃并维持反应腔内的等离子体，偏置射频电源输出低频(2MHz)射频功率的功率大小用于控制基片W上的偏置电压(Vdc)。基座33上的静电夹盘34上固定有待处理的基片W，围绕基片和静电夹盘的还包括一个边缘环32。与静电夹盘相对的反应腔上方设置有一个圆盘形的气体喷淋头22，气体喷淋头11通过供气管道与外部的反应气源20连接。基座和边缘环32的外围还包括一个约束环36用于约束等离子体，约束环中包括多个狭长的气流通道，气流通道的间隙小于2个毫米甚至小于1mm，深宽比大于10，使得带电粒子不会泄露到约束环36下方的排气空间，排气空间下方连接有抽真空用的泵，用于维持反应腔内接近真空的低压。气体喷淋头22外围与反应腔侧壁之间还包括一个可移动环140，通过一个驱动装置41可以在基片外围上下运动。可移动环140在等离子处理过程中处于较低位置，围绕基片与气体喷淋头之间的反应空间，既能保护反应腔壁，防止被等离子腐蚀，也能约束并引导反应气流。在完成处理后升起移动环以将处理后的基本从反应腔侧面开设的通道内移出反应腔。其中约束环外围还包括一隔离环36E，隔离环上端与可移动环的下端配合，在可移动环处于低位时两者的结合面互相紧密贴合，使得可移动环内侧的等离子体和腐蚀性气体无法穿过所述结合面到达反应腔体的内壁。其中在进行等离子体处理过程中反应气体从气体喷淋头22向下流出，被射频电场激励后形成等离子体，等离子体中的离子、自由基等对基片上的目标材料层进行轰击或者化学反应，形成需要的处理效果。在这些等离子处理过程中，自由基的分布决定了化学反应速度的分布。在基片边缘区域产生的自由基由于最靠近边缘的约束环和下方的排气系统，所以无法长期留存在基片边缘，刚产生就迅速的被抽走了，因此基片边缘区域的刻蚀或者反应速度明显低于中心区域，导致刻蚀均一性无法达到要求，基片边缘区域无法生产优质的芯片。其中，由于气流路径长短的区别，靠近约束环140内侧的反应气流的流量fa远大于流经约束环外侧的气流量fb。

为了降低边缘区域的排气速度，在等离子约束环140上方或下方设置挡板，可以大幅降低流速，但是处理工艺中需要确保反应气体维持足够大的流速被排出反应腔，所以简单的设置挡板的方法虽然改善边缘刻蚀速率，但是也大幅影响的基片其它区域的气流和反应速度，仍然无法获得均一的处理速度。另一方面这些挡板的设置会大幅降低流速，会在约束环外侧区域大量积累污染物，这些污染物会被气流携带或者等离子轰击后变成污染物颗粒到达基片区域，严重影响处理效果。

因此业内需要研发一种新的等离子体处理器，以改善等离子处理器边缘的气流速度或气压分布，同时保持处理工艺所需要的气流速度。

发明内容