聚焦環(huán)及其耐腐蝕防護方法技術

本發(fā)明專利技術公開了一種聚焦環(huán)及其耐腐蝕防護方法，其位于陶瓷的靜電卡盤以及套置有靜電卡盤側密封圈的靜電卡盤中間層的外周側，靜電卡盤陶瓷層位于所述靜電卡盤中間層上方，靜電卡盤中間層位于設置在等離子體蝕刻室中的靜電卡盤的基體上方，靜電卡盤的基體外周側設有絕緣環(huán)，聚焦環(huán)設在絕緣環(huán)的上方；晶圓設置在靜電卡盤陶瓷層上，覆蓋住聚焦環(huán)的延伸環(huán)的一部分上表面，所述聚焦環(huán)設有主環(huán)與延伸環(huán)；聚焦環(huán)整體或部分沉積有抗等離子體腐蝕的涂層。本發(fā)明專利技術具有增加了聚焦環(huán)的使用壽命，穩(wěn)定等離子體刻蝕工藝，保護靜電卡盤，增加了靜電卡盤及其他零部件的使用壽命，降低了生產(chǎn)成本的優(yōu)點。

Focusing Ring and Corrosion Resistance Protection Method

The invention discloses a focusing ring and a corrosion-resistant protection method thereof, which are located on the outer side of the electrostatic chuck of ceramics and the middle layer of the electrostatic chuck with the side sealing ring of the electrostatic chuck. The ceramic layer of the electrostatic chuck is located above the middle layer of the electrostatic chuck, and the middle layer of the electrostatic chuck is located above the base of the electrostatic chuck in the plasma etching chamber, and the base of the electrostatic chuck. An insulating ring is arranged on the peripheral side, and the focusing ring is arranged above the insulating ring. The wafer is arranged on the ceramic layer of the electrostatic chuck, covering part of the upper surface of the extension ring of the focusing ring. The focusing ring is provided with a main ring and an extension ring. The whole or part of the focusing ring is deposited with a plasma corrosion resistant coating. The invention has the advantages of increasing the service life of the focusing ring, stabilizing the plasma etching process, protecting the electrostatic chuck, increasing the service life of the electrostatic chuck and other parts, and reducing the production cost.

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
聚焦環(huán)及其耐腐蝕防護方法
本專利技術涉及半導體加工設備領域，具體涉及一種聚焦環(huán)、包括該聚焦環(huán)的靜電卡盤及其耐腐蝕防護方法。
技術介紹
現(xiàn)有技術中，在等離子體蝕刻室中，直接暴露在等離子體中的聚焦環(huán)(focusring)一般會優(yōu)選高純度材料制成，例如硅或者硅碳化物等。在當刻蝕(ETCH)機臺在對晶圓進行等離子處理時，常常會遇到聚焦環(huán)損耗較大，使用壽命短的問題；且特別是在對靜電卡盤(Electrostaticchuck，簡稱ESC)進行無晶圓清理(waferlessclean)時，如圖1所示，由于在靜電卡盤陶瓷層3上不放置晶圓(wafer)，此時由于聚焦環(huán)1完全暴露在刻蝕環(huán)境7中，則加大了對聚焦環(huán)1的損耗，增快了其損耗速率；由于聚焦環(huán)的過渡損耗，會導致靜電卡盤與聚焦環(huán)1之間的間隙8，造成使更多的具有腐蝕性與污染性的刻蝕氣體(processgases)、自由基(radicals)、等離子體(plasma)等氣體通過上述增大的靜電卡盤與聚焦環(huán)之間的間隙，腐蝕攻擊靜電卡盤側壁(ESCsidewall)，靜電卡盤側壁密封圈(ESCsidesealing)以及其他的零部件；減少上述靜電卡盤的使用壽命，且造成靜電卡盤滅弧放電失敗(ESCarcingfail)的同時，也導致對晶圓的處理造成不良的影響，比如其釋放出的顆粒(particle)污染所述晶圓，靜電卡盤等一系列問題。在現(xiàn)有的涂層(Coating)應用技術中，氧化釔(Y2O3)等陶瓷是耐等離子體刻蝕的涂層。然而，目前使用等離子體噴涂(plasmaspray，PS)制備的Y2O3等涂層具有高表面粗糙度(Ra大于4微米)和高孔隙度(體積率大于3％)的組織，在等離子體刻蝕工藝中易產(chǎn)生顆粒污染。其它氧化釔涂層制備工藝，如化學氣相沉積(chemicalvapordeposition，CVD)通常在高溫(>600℃)基體上制作Y2O3涂層，而物理氣相沉積(physicalvapordeposition，PVD)的沉積速率低，生產(chǎn)成本高。這些工藝技術缺陷限制了制備高致密Y2O3涂層以及在16納米以下尺度的高精密芯片等離子體刻蝕加工工藝中的應用。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術目的是提供一種聚焦環(huán)，利用鍍膜技術，等離子體增強物理氣相沉積(Plasmaenhancedphysicalvapourdeposition,PEPVD)實現(xiàn)在聚焦環(huán)上對高致密Y2O3涂層的沉積,以克服聚焦環(huán)被等離子體刻蝕損耗的問題，達到穩(wěn)定等離子體刻蝕工藝，保護靜電卡盤，降低成本等一系列生產(chǎn)問題的目的。為了實現(xiàn)以上目的，本專利技術通過以下技術方案實現(xiàn)：一種用于等離子處理的聚焦環(huán)，所述聚焦環(huán)由陶瓷材料制成，所述聚焦環(huán)包括一個主環(huán)，其中主環(huán)頂部的第一上表面具有第一高度，主環(huán)內(nèi)側為向聚焦環(huán)中心凸出的延伸環(huán)，所述延伸環(huán)頂部的第二上表面具有第二高度，第二高度小于所述第一高度，其中第二上表面內(nèi)側區(qū)域涂覆有抗等離子涂層，延伸環(huán)內(nèi)側側壁同時涂覆有抗等離子涂層。優(yōu)選地，涂覆有所述抗等離子涂層的表面，包含主環(huán)頂部的第一上表面與延伸環(huán)頂部的第二上表面。優(yōu)選地，所述第一上表面與主環(huán)內(nèi)側側壁的陶瓷材料直接暴露于所述等離子體。優(yōu)選地，制成所述涂層的材料包含氧化釔，氟化釔，氧化鉺，碳化硅，氮化硅，氧化鋯，氧化鋁之中任意一個或它們的組合。優(yōu)選地，所述涂層的厚度范圍為2μm～200μm。優(yōu)選地，所述涂層的致密度的范圍為0～10％。本專利技術第二個技術方案為一種等離子反應器，所述等離子反應器中包括一基座，基座上方設置有一靜電卡盤，根據(jù)上述聚焦環(huán)設置在靜電卡盤的外周側，靜電卡盤的基體外周側設有絕緣環(huán)，所述聚焦環(huán)設置在所述絕緣環(huán)的上方；在所述靜電卡盤的基體上方依次設置靜電卡盤中間層與靜電卡盤陶瓷層，所述靜電卡盤中間層外套置有靜電卡盤側密封圈；待處理的晶圓設置在所述靜電卡盤陶瓷層與所述聚焦環(huán)的延伸環(huán)上，且處于所述聚焦環(huán)主環(huán)的內(nèi)側圓周內(nèi)。優(yōu)選地，所述聚焦環(huán)的延伸環(huán)內(nèi)側圓周表面與所述靜電卡盤側密封圈的側面及所述靜電卡盤陶瓷層的側面之間設有間隙，所述間隙寬度處在設定的數(shù)值范圍內(nèi)。本專利技術第三個技術方案為一種基于上述聚焦環(huán)的耐腐蝕防護方法，一待處理晶圓設置在所述靜電卡盤上，且晶圓的邊緣超出所述靜電卡盤的邊緣并覆蓋所述聚焦環(huán)頂部第二上表面內(nèi)側區(qū)域，使得第二上表面內(nèi)側區(qū)域涂覆的抗等離子涂層不會被等離子體轟擊。本專利技術與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點：本專利技術通過采用等離子體增強物理氣相沉積(Plasmaenhancedphysicalvapourdeposition,PEPVD)實現(xiàn)在聚焦環(huán)上沉積高致密Y2O3涂層,以克服聚焦環(huán)被等離子體刻蝕損耗的問題，增加了聚焦環(huán)的使用壽命，穩(wěn)定等離子體刻蝕工藝，保持了聚焦環(huán)與靜電卡盤之間設定的間隙值不變，進而保護靜電卡盤，增加了靜電卡盤及其他零部件的使用壽命，降低了生產(chǎn)成本。附圖說明圖1為本專利技術一種聚焦環(huán)受損結構示意圖；圖2為本專利技術一種聚焦環(huán)結構示意圖；圖3為本專利技術一種聚焦環(huán)的實施例一任意一截面的涂層范圍示意圖；、圖4為本專利技術一種聚焦環(huán)上帶有晶圓的結構示意圖；圖5為本專利技術一種聚焦環(huán)的實施例二任意一截面的涂層范圍示意圖；圖6為本專利技術一種聚焦環(huán)的涂層采用PSY2O3andPEPVDY2O3兩種工藝的表面形貌組織的對比示意圖。具體實施方式以下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本專利技術做進一步闡述。如圖2所示，本專利技術一種聚焦環(huán)，所述聚焦環(huán)位于靜電卡盤外周側，與靜電卡盤陶瓷層3以及套置有靜電卡盤側密封圈4的靜電卡盤中間層5位置對應；所述靜電卡盤陶瓷層3位于所述靜電卡盤中間層5上方，所述靜電卡盤中間層5位于設置在等離子體蝕刻室中的靜電卡盤的基體6上方；所述靜電卡盤的基體6外周側設有絕緣環(huán)2，所述聚焦環(huán)1設在所述絕緣環(huán)2的上方。所述聚焦環(huán)1包含有主環(huán)10，和在所述主環(huán)10內(nèi)側向聚焦環(huán)1中心凸出的延伸環(huán)11。所述聚焦環(huán)1一般會優(yōu)選高純度陶瓷材料制成，例如硅或者硅碳化物等。所述延伸環(huán)11的上表面略低于所述靜電卡盤陶瓷層3的上表面；所述延伸環(huán)11內(nèi)側圓周表面與所述靜電卡盤側密封圈的側面及所述靜電卡盤陶瓷層3的側面之間設有間隙，所述間隙寬度處于設定的數(shù)值范圍內(nèi)。如圖4所示，當在所述靜電卡盤陶瓷3上放置待處理晶圓12時，所述晶圓12處在所述主環(huán)10內(nèi)側圓周內(nèi)，所述晶圓12上表面與聚焦環(huán)1的主環(huán)10上表面等高或低于所述主環(huán)10上表面。所述靜電卡盤陶瓷層3為一絕緣層，用于承載待加工件，例如晶圓12；所述靜電卡盤陶瓷層3內(nèi)部設有電極，用于連接一可控直流電源以產(chǎn)生靜電力吸附所述待加工件；靜電卡盤中間層5為另一絕緣層，所述靜電卡盤中間層5內(nèi)部設有加熱器，所述加熱器產(chǎn)生的熱量通過所述靜電卡盤中間層5傳遞至所述靜電卡盤陶瓷層3來加熱所述待加工件；靜電卡盤的基體6，用于支撐所述靜電卡盤陶瓷層3以及靜電卡盤中間層5。靜電卡盤的基體6內(nèi)部設有至少一個冷卻液流道，用于注入冷卻液對所述靜電卡盤進行冷卻。實施例一，結合圖2與圖3所示，對于氧化釔等抗腐蝕性元素無要求的晶圓，即對于等離子體激發(fā)出的涂層的材料顆粒不敏感的晶圓，或者在靜電卡盤上不放置晶圓時，對靜電卡盤作無晶圓清潔處理時，可選用全部表面噴有抗腐蝕性涂層的聚焦環(huán)1，即通過等離子體增強物理氣相沉積的涂層工藝在所述聚焦環(huán)1的主環(huán)1本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
1.一種用于等離子處理的聚焦環(huán)，其特征在于，所述聚焦環(huán)由陶瓷材料制成，所述聚焦環(huán)包括一個主環(huán)，其中主環(huán)頂部的第一上表面具有第一高度，主環(huán)內(nèi)側為向聚焦環(huán)中心凸出的延伸環(huán)，所述延伸環(huán)頂部的第二上表面具有第二高度，第二高度小于所述第一高度，其中第二上表面內(nèi)側區(qū)域涂覆有抗等離子涂層，延伸環(huán)內(nèi)側側壁同時涂覆有抗等離子涂層。

【技術特征摘要】
1.一種用于等離子處理的聚焦環(huán)，其特征在于，所述聚焦環(huán)由陶瓷材料制成，所述聚焦環(huán)包括一個主環(huán)，其中主環(huán)頂部的第一上表面具有第一高度，主環(huán)內(nèi)側為向聚焦環(huán)中心凸出的延伸環(huán)，所述延伸環(huán)頂部的第二上表面具有第二高度，第二高度小于所述第一高度，其中第二上表面內(nèi)側區(qū)域涂覆有抗等離子涂層，延伸環(huán)內(nèi)側側壁同時涂覆有抗等離子涂層。2.如權利要求1所述一種聚焦環(huán)，其特征在于，涂覆有所述抗等離子涂層的表面，包含主環(huán)頂部的第一上表面與延伸環(huán)頂部的第二上表面。3.如權利要求1所述一種聚焦環(huán)，其特征在于，所述第一上表面與主環(huán)內(nèi)側側壁的陶瓷材料直接暴露于所述等離子體。4.如權利要求1所述一種聚焦環(huán)，其特征在于，制成所述涂層的材料包含氧化釔，氟化釔，氧化鉺，碳化硅，氮化硅，氧化鋯，氧化鋁之中任意一個或它們的組合。5.如權利要求1所述一種聚焦環(huán)，其特征在于，所述涂層的厚度范圍為2μm～200μm。6.如權利要求1所述一種聚焦環(huán)，其特征在于，所述涂層的致密度的范...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：倪圖強，賀小明，左濤濤，陳星建，
申請(專利權)人：中微半導體設備上海有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：上海,31