下电极组件、等离子体处理装置和更换聚焦环的方法与流程

1.本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种下电极组件、等离子体处理装置和更换聚焦环的方法。


背景技术：

2.在半导体器件制造的各种工序中，等离子体处理是将待处理基片加工成设计图案的关键工艺。在典型的等离子体处理工艺中，工艺气体在射频(radio frequency，rf)激励作用下形成等离子体。这些等离子体在经过上电极和下电极之间的电场(电容耦合或者电感耦合)作用后与待处理基片表面发生物理轰击作用及化学反应，从而对待处理基片表面进行处理。
3.现有等离子体处理装置通常会在待处理基片的外围设置一个聚焦环，所述聚焦环用于改变待处理基片边缘的气流和电磁场分布，起到提高待处理基片刻蚀性能的作用。由于聚焦环长期处于等离子体刻蚀环境中，聚焦环随着刻蚀时间的增加会被逐渐侵蚀，因此在达到一定的刻蚀时长时，需要更换聚焦环。目前更换聚焦环的方法需要人工打开等离子体处理装置的反应腔，该过程增加了维护人员工作强度同时也会降低等离子体处理装置的实际工作效率。针对这一问题，迫切需要设计一种新的聚焦环托举、搬运结构，使得无需打开反应腔就能够实现更换。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是提供了一种下电极组件、等离子体处理装置和更换聚焦环的方法，以使无需打开反应腔就能实现聚焦环的更换。
5.为解决上述技术问题，本发明提供一种下电极组件，包括：基座，用于承载待处理基片；聚焦环，环绕于所述基座的外围；遮盖环，设于所述聚焦环下方，沿其周向设有若干个凹槽；移动块，设于所述凹槽内，其内侧设有台阶，所述台阶用于支撑部分聚焦环；驱动装置，与所述移动块连接，用于驱动所述移动块带动聚焦环上下移动。
6.可选的，所述移动块的材料为陶瓷材料。
7.可选的，所述移动块相对于遮盖环的外侧壁向外凸出，所述驱动装置与所述凸出的移动块连接。
8.可选的，所述驱动装置为气缸驱动装置或者电驱动装置。
9.可选的，所述驱动装置为气缸驱动装置时，所述驱动装置包括气缸和驱动杆，所述驱动杆与所述移动块连接。
10.可选的，还包括：等离子体约束装置，位于所述遮盖环下方，所述驱动杆穿过等离子体约束装置；接地环，位于所述遮盖环的下方，包围所述基座，与所述气缸连接。
11.可选的，所述凹槽的个数为3个及3个以上。
12.可选的，还包括：承载环，所述承载环包括环部和沿环部径向设置的若干个辐条，所述辐条设于所述移动环下方，所述环部的直径大于遮盖环的直径；所述驱动装置与承载
环连接，驱动所述承载环运动，带动所述移动块和聚焦环上下移动。
13.可选的，所述承载环与移动块之间可拆卸连接。
14.可选的，所述承载环与移动块之间通过螺丝连接。
15.可选的，所述承载环的材料包括：为陶瓷材料。
16.可选的，所述承载环为环状结构，所述承载环设于所述移动块的下方。
17.可选的，还包括：机械手装置，当所述聚焦环被驱动装置抬起后，用于取出所述聚焦环，或者用于将所述聚焦环至于基座的外围。
18.可选的，所述台阶位于所述移动块的内侧的顶角。
19.相应的，本发明还提供一种形成上升半导体零部件的方法，包括：反应腔；上述下电极组件，位于所述反应腔内。
20.可选的，还包括：气体喷淋头，位于所述反应腔的顶部，与所述下电极相对设置，用于向所述反应腔内输送反应气体。
21.可选的，还包括：绝缘窗口，位于所述反应腔的顶部；电感线圈，位于所述绝缘窗口上；气体输送装置，用于向所述反应腔内输送反应气体。
22.可选的，还包括：真空泵，用于使反应腔内为真空环境。
23.相应的，本发明还提供一种更换聚焦环的方法，包括：提供上述下电极组件；利用所述驱动装置，使移动块向上移动带动聚焦环向上移动；当所述聚焦环被抬起后，利用机械手装置取下所述聚焦环。
24.可选的，还包括：提供一新的聚焦环；将所述新的聚焦环至于所述移动块的台阶上；将所述新的聚焦环置于所述移动块的台阶上之后，利用驱动装置带动移动块和聚焦环向下移动，直至所述待处理基片置于基座的表面。
25.与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
26.本发明技术方案提供的下电极组件中，所述聚焦环暴露于等离子体环境中被侵蚀的不再满足工艺要求时，利用所述驱动装置驱动移动块向上移动，所述移动块在向上移动的过程中会带动聚焦环向上运动，再利用机械手装置就能够将不满足工艺要求的聚焦环取出。再利用机械手装置将一新的聚焦环置于移动块的凹槽内，新的聚焦环和移动块在驱动装置的作用下向下移动至工艺状态以用于下一步的刻蚀工艺。即：更换聚焦环无需打开反应腔，使反应腔内的真空环境不被破坏，那么更换聚焦环后，无需再调整反应腔内的真空度可以直接进行下一步工艺，因此，有利于提高等离子体处理装置的工作效率。
附图说明
27.图1为本发明一种等离子体处理装置的结构示意图；
28.图2为本发明一种下电极组件的结构示意图；
29.图3是本发明一种遮盖环的俯视图；
30.图4是本发明图2下电极组件的俯视图；
31.图5是图2一种承载环的俯视示意图；图6是图2下电极组件中聚焦环被升起时的结构示意图；
32.图7是本发明另一种下电极组件的结构示意图；
33.图8是图7下电极组件的俯视示意图；
34.图9为本发明一种更换聚焦环的方法流程图。
具体实施方式
35.正如背景技术所述，聚焦环的更换需要手动打开反应腔，为此，本发明致力于提供一种下电极组件和等离子体处理装置，使聚焦环的更换无需打开反应腔就能够实现更换，以下进行详细说明：
36.图1为本发明一种等离子体处理装置的结构示意图。
37.请参考图1，等离子体处理装置1包括：反应腔10；下电极组件11，位于所述反应腔10的底部，用于承载待处理基片w；绝缘窗口12，位于所述反应腔10的顶部；电感线圈13，位于所述绝缘窗口12的表面。
38.在本实施例中，所述等离子体处理装置1为电感耦合等离子体刻蚀装置(icp)，所述等离子体处理装置1还包括：气体输送装置14，用于向所述反应腔10内输送反应气体；射频功率源15，与电感线圈13连接；偏置射频功率源16通过射频匹配网络17将偏置射频电压施加到下电极组件11上，用于控制等离子体中带电粒子的轰击方向；反应腔10的下方还设置一真空泵18，用于将反应副产物排出反应腔10，维持反应腔10的真空环境。
39.在一种实施例中，反应腔10的侧壁靠近绝缘窗口12的一端设置气体输送装置14，在另一实施例中还可以在绝缘窗口12的中心区域设置气体输送装置14，气体输送装置14用于将反应气体注入反应腔10内，所述射频功率源15的射频功率驱动电感线圈13产生较强的高频交变磁场，使得反应腔100内低压的反应气体被电离产生等离子体。等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，所述活性粒子可以和待处理基片的表面发生多种物理和化学反应，使得基片表面的形貌发生改变，即完成刻蚀过程。
40.在本实施例中，等离子体处理装置为电容耦合等离子体刻蚀装置(ccp)，所述等离子体处理装置还包括：位于所述处理腔顶部的安装基板(和位于安装基板上的气体喷淋头，所述气体喷淋头与静电夹盘相对设置；与所述气体喷淋头连接的气体供给装置，所述气体供给装置用于向气体喷淋头内输送反应气体；连接于气体喷淋头或者基座的射频功率源，对应的气体喷淋头或者基座接地，所述射频功率源产生的射频信号通过气体喷淋头与基座形成的电容使反应气体转化为等离子体，所述等离子体用于对待处理基片进行等离子体工艺处理。
41.以下对下电极组件11进行详细说明：
42.图2为本发明一种下电极组件的结构示意图；图3是本发明一种遮盖环的俯视图；图4是本发明图2下电极组件的俯视图；图2是图4沿a-a1线的剖面示意图。
43.请参考图2，下电极组件10包括：基座101，用于承载待处理基片w；聚焦环103，环绕于所述基座101的外围；遮盖环104，设于所述聚焦环103下方，沿其周向设有若干个凹槽；移动块105，设于所述凹槽内，其内侧设有台阶，所述台阶用于支撑部分聚焦环103；承载环106，位于所述移动块105的下方；驱动装置，与所述承载环106连接，用于驱动所述承载环106带动移动环105和聚焦环103上下移动。
44.所述下电极组件10还包括：静电夹盘102，位于所述基座101上，用于静电吸附待处理基片w。在对待处理基片w进行表面处理时，为了改善待处理基片w边缘等离子体分布的不均匀性，在所述待处理基片w的外围设置聚焦环103，相当于向外扩大了待处理基片w的半
径，使得聚焦环103上方产生和待处理基片w上方相同条件的等离子体，有效地将待处理基片w上方的等离子体分布边缘延展到聚焦环103的外侧壁，增大了等离子体的分布范围，拓宽了待处理基片w表面上等离子体的密度分布曲线，使待处理基片w上等离子体的密度分布趋于平缓，则待处理基片w上的等离子体密度分布更加均匀化，有利于保证边缘区域和中心区域刻蚀工艺的均匀性。
45.所述聚焦环103的材料包括硅或者碳化硅，所述待处理基片w的材料包括硅，因此，在对待处理基片w表面进行等离子体处理的过程中，也易对聚焦环103的表面进行刻蚀，即：在对待处理基片w表面进行等离子体处理的过程中，聚焦环103的高度会被不断削减，当所述聚焦环103的高度削减到一定程度时，将难以满足工艺的要求，此时需要更换新的聚焦环103。
46.在本实施例中，所述驱动装置为气缸驱动装置，具体包括：气缸108和驱动杆107。在其他实施例中，所述驱动装置为电驱动装置。
47.在本实施例中，所述移动块105相对于遮盖环104的外侧壁向外凸出，所述驱动装置与所述凸出的移动块105连接。
48.所述遮盖环104用于保护位于所述遮盖环104下方的零部件免受等离子体的腐蚀。所述遮盖环104的材料包括：氧化硅。沿所述遮盖环104的周向开设若干个凹槽104a(请见图3)，所述凹槽104a用于容纳移动块105，所述移动块105的材料包括：陶瓷材料，使所述移动块105暴露于等离子体环境中，能够抵抗等离子体的腐蚀。在一种实施例中，所述移动块105的内侧顶角还设有台阶105a，在其他实施例中，所述台阶还可以设于移动块内侧的其它位置，所述台阶用于支撑部分聚焦环103，这样利用驱动装置(气缸108和驱动杆107)驱动承载环106上下移动时，能够带动聚焦环103上下移动。
49.所述承载环106与移动块105之间通过连接件110(见图4)可拆卸连接，具体的，在一种实施例中，所述承载环106与移动块105之间通过螺丝固定连接。
50.等离子体处理装置还包括：等离子体约束装置，位于所述遮盖环104下方，所述驱动杆107穿过等离子体约束装置；接地环109，位于所述遮盖环104的下方，包围所述基座101，与所述气缸108连接。
51.请参考图5，所述承载环106包括环部106a和沿环部106a径向设置的若干个辐条106b，在此以辐条106b的个数为3个进行示意性说明，实际上所述辐条106b的个数不做限定。
52.所述辐条106b设于所述遮盖环104的外围，且所述辐条106b设于移动块105下方，这样所述驱动装置在驱动承载环106向上运动时，所述辐条106b与移动块105的接触面积较大，所述辐条106b能够支撑所述移动块105。由于移动块105顶升力受力点位于端部，并不居中，为了防止顶升时，移动块105产生转矩发生偏转。通过辐条106b增大与移动块105之间的接触面积，使得移动块105受力方向垂直向上，以免与遮盖环104的凹槽壁发生刮擦或者卡顿。
53.并且，如此设计所述遮挡环106，可使所述环部106a的宽度较小。由于所述环部106a的宽度较小，使得所述环部106a对下方等离子体约束装置的遮挡较少，则所述真空泵108抽出反应腔10内气体较顺畅。另外，所述环部106a的宽度较小，使得所述遮挡环106的重量较轻，使升举聚焦环103较容易。
54.当所述聚焦环103被抬起到一定高度后，由于所述移动块105位于所述承载环106上方，且相邻的移动块105之间相互分离，即：相邻移动块105之间的间隙能够允许机械手装置进入其中以取出不再满足工艺要求的聚焦环103，以更换新的聚焦环103。该取出聚焦环103的过程无需打开反应腔，使反应腔内的真空环境不被破坏，则更换新的聚焦环103之后，无需调整反应腔内的真空度，而可以直接进行下一步的工艺，因此，有利于提高等离子体处理装置的工作效率。
55.图6为图2下电极组件中聚焦环被顶起时的结构示意图。
56.利用气缸108驱动所述驱动杆107，所述驱动感107顶起承载环106，所述承载环106带动移动块105和聚焦环103向上移动，当所述聚焦环103、移动块105和承载环106移动至一定高度后，利用机械手装置130穿过相邻移动块105之间的间隙，置于所述聚焦环103的下方，以取出不满足工艺要求的所述聚焦环103。后续再利用所述机械手装置130将一新的聚焦环103置于所述移动块105的台阶上，所述气缸108驱动所述驱动感107向下运动，使所述聚焦环103环绕待处理基片w的外围，以进行下一步的工艺，这样在待处理基片w表面进行刻蚀的均匀性较好。
57.图7是本发明另一种下电极组件的结构示意图；图8是图7下电极组件的俯视图，图7是图8沿b-b1线的剖面结构示意图。
58.请参考图7和图8，下电极组件20包括：基座201；位于基座201上的静电夹盘202，用于承载待处理基片w；聚焦环203，环绕于所述基座201的外围；遮盖环204，设于所述聚焦环203下方，沿其周向设有若干个凹槽；移动块205，设于所述凹槽内，其内侧顶角设有台阶，所述台阶用于支撑部分聚焦环203；驱动装置，与所述移动块205连接，用于驱动所述移动块带动聚焦环203上下移动。
59.在本实施例中，所述驱动装置为气缸驱动装置，具体包括：气缸208和驱动杆207。在其他实施例中，所述驱动装置为电驱动装置。
60.在本实施例中，所述气缸208驱动所述驱动杆207，顶起所述移动块205，所述移动块205带动聚焦环203向上运动，由于相邻移动块205之间具有间隙，使机械手装置能够通过其中将聚焦环203取出，以更换不满足工艺要求的聚焦环203。该取出聚焦环103的过程无需打开反应腔，使反应腔内的真空环境不被破坏，则更换新的聚焦环103之后，无需调整反应腔内的真空度，而可以直接进行下一步的工艺，因此，有利于提高等离子体处理装置的工作效率。
61.相应的，本发明提供一种更换聚焦环的方法，具体请参考图9。
62.请参考图9，步骤s1：提供上述下电极组件；步骤s2：利用所述驱动装置，使移动块向上移动带动聚焦环向上移动；步骤s3：当所述聚焦环被抬起后，利用机械手装置取下所述聚焦环。
63.利用图9所示的方法取出不符合工艺要求的聚焦环时无需打开反应腔顶盖，使反应腔内的真空环境不被破坏，有利于提高工作效率。
64.更换聚焦环的方法还包括：提供一新的聚焦环；将所述新的聚焦环至于所述移动块的台阶上；将所述新的聚焦环置于所述移动块的台阶上之后，利用驱动装置带动移动块和聚焦环向下移动，直至所述待处理基片置于基座的表面，从而实现聚焦环的更换。
65.虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离。
本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

技术特征：
1.一种用于等离子体处理装置的下电极组件，其特征在于，包括：基座，用于承载待处理基片；聚焦环，环绕于所述基座的外围；遮盖环，设于所述聚焦环下方，沿其周向设有若干个凹槽；移动块，设于所述凹槽内，其内侧设有台阶，所述台阶用于支撑部分聚焦环；驱动装置，与所述移动块连接，用于驱动所述移动块带动聚焦环上下移动。2.如权利要求1所述的下电极组件，其特征在于，所述移动块的材料为陶瓷材料。3.如权利要求1所述的下电极组件，其特征在于，所述移动块相对于遮盖环的外侧壁向外凸出，所述驱动装置与所述凸出的移动块连接。4.如权利要求1所述的下电极组件，其特征在于，所述驱动装置为气缸驱动装置或者电驱动装置。5.如权利要求4所述的下电极组件，其特征在于，所述驱动装置为气缸驱动装置时，所述驱动装置包括气缸和驱动杆，所述驱动杆与所述移动块连接。6.如权利要求5所述的下电极组件，其特征在于，还包括：等离子体约束装置，位于所述遮盖环下方，所述驱动杆穿过等离子体约束装置；接地环，位于所述遮盖环的下方，包围所述基座，与所述气缸连接。7.如权利要求1所述的下电极组件，其特征在于，所述凹槽的个数为3个及3个以上。8.如权利要求1所述的下电极组件，其特征在于，还包括：承载环，所述承载环包括环部和朝向环部的圆心设置的若干个辐条，所述辐条设于所述移动块下方，所述环部的直径大于遮盖环的直径；所述驱动装置与承载环连接，驱动所述承载环上下运动，带动所述移动块和聚焦环上下移动。9.如权利要求8所述的下电极组件，其特征在于，所述承载环与移动块之间可拆卸连接。10.如权利要求9所述的下电极组件，其特征在于，所述承载环与移动块之间通过螺丝连接。11.如权利要求8所述的下电极组件，其特征在于，所述承载环的材料为陶瓷材料。12.如权利要求8所述的下电极组件，其特征在于，所述承载环为环状结构，所述承载环设于所述移动块的下方。13.如权利要求1所述的下电极组件，其特征在于，还包括：机械手装置，当所述聚焦环被驱动装置抬起后，用于取出所述聚焦环，或者用于将所述聚焦环至于基座的外围。14.如权利要求1所述的下电极组件，其特征在于，所述台阶位于所述移动块的内侧的顶角。15.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：反应腔；如权利要求1至权利要求14任一项所述的下电极组件，置于所述反应腔内。16.如权利要求15所述的等离子体处理装置，其特征在于，还包括：气体喷淋头，位于所述反应腔的顶部，与所述下电极相对设置，用于向所述反应腔内输送反应气体。17.如权利要求15所述的等离子体处理装置，其特征在于，还包括：绝缘窗口，位于所述反应腔的顶部；电感线圈，位于所述绝缘窗口上；气体输送装置，用于向所述反应腔内输送
反应气体。18.如权利要求16或17所述的等离子体处理装置，其特征在于，还包括：真空泵，用于使反应腔内为真空环境。19.一种更换聚焦环的方法，其特征在于，包括：提供如权利要求13所述的下电极组件；利用所述驱动装置，使移动块向上移动带动聚焦环向上移动；当所述聚焦环被抬起后，利用机械手装置取下所述聚焦环。20.如权利要求19所述的更换聚焦环的方法，其特征在于，还包括：提供一新的聚焦环；将所述新的聚焦环至于所述移动块的台阶上；将所述新的聚焦环置于所述移动块的台阶上之后，利用驱动装置带动移动块和聚焦环向下移动，直至所述待处理基片置于基座的表面。

技术总结
一种下电极组件、等离子体处理装置和更换聚焦环的方法，其中，所述下电极组件包括：基座，用于承载待处理基片；聚焦环，环绕于所述基座的外围；遮盖环，设于所述聚焦环下方，沿其周向设有若干个凹槽；移动块，设于所述凹槽内，其内侧顶角设有台阶，所述台阶用于支撑部分聚焦环；驱动装置，与所述移动块连接，用于驱动所述移动块带动聚焦环上下移动。利用所述下电极组件更换聚焦环时无需打开反应腔就能够实现更换。换。换。


技术研发人员：裴江涛 连增迪 左涛涛 吴狄
受保护的技术使用者：中微半导体设备（上海）股份有限公司
技术研发日：2020.11.23
技术公布日：2022/5/25