一种等离子体处理装置及其运行方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种应用于等离子体处理装置的调节环。
【背景技术】
[0002]用于集成电路的制造的半导体处理工艺包括化学气相沉积工艺、和等离子体刻蚀工艺等，典型的如硅或绝缘材料氧化硅的刻蚀需要用到等离子刻蚀设备。如图1所示的等离子刻蚀设备，等离子刻蚀设备包括一个反应腔100，反应腔底部包括基座22，基座上连接有射频电源。基座上设置有静电夹盘21用于固定静电夹盘上方放置的待处理基片20。静电夹盘外围还包括一个均一性调节环，通过对调节环材料、形状甚至厚度的设计可以改善基片20边缘区域相对中性区域的处理均匀性。反应腔内与基片相对的顶部包括一个气体分布装置如气体喷淋头11，气体喷淋头连接到一个外部气源110。在等离子刻蚀中调节环的设计对基片处理效果起非常重要的作用，比如调节环材料选择不同，特别是导电特性的不同会导致馈入基座22中的射频功率分配到基片中心区域和边缘区域的比例不同，进一步的等离子分布也会不同；基片20边缘下表面与调节环10最内侧形成的间隙大小可以影响基片边缘背面区域聚合物沉积的量，同时也会影响基片20边缘区域的温度分布，也间接影响等离子处理效果；调节环厚度，特别是上表面高度会大幅影响反应气体的流向，比如调节环10的上表面高于待处理基片高度时反应气体沿基片表面向四周扩散，形成平流气体遇到调节环时，气流会被隆起的调节环抬升，反之如果调节环较低时气流也会下降，这些不同情况都会引起基片表面的气体分布不同。所以调节环10的设计综合影响了等离子处理中的等离子浓度分布、温度分布、气流分布等多种因素。
[0003]在现有等离子处理腔中调节环10会被通入反应腔的反应气体腐蚀，所以调节环20中暴露于上方等离子体的上表面随着时间推移会慢慢变低，这样就会导致上述等离子浓度分布、温度分布、气流分布等因素也会随着时间变化慢慢变化，这些因素的变化会导致等离子处理效果随时间偏移，经过长时间调试获得的处理参数隔段时间其处理效果会逐渐恶化。要彻底恢复原始状态需要更换原有形状的调节环，但是这样做不仅部件成本高昂，而且每次更换部件都需要非常繁复的验证和调试步骤来保证更换新部件后反应腔内的各项指标与更换前相同，时间成本也非常大。为了解决这一问题现有技术KR20080023569中采用了可整体升降的调节环，在需要提高调节环上表面时驱动机构会抬升调节环的位置以匹配不同的处理参数。但是这种方式确不可避免的带来很多问题:在升到较高位置时调节环底部表面和下方部件上表面之间产生很宽的空隙，由于调节幅度的需要，这个空隙高度往往大于1_，所以基片边缘的等离子体可以沿着缝隙进入该空隙，或者反应气体流入该空隙后会被射频电场点燃形成等离子体，这些底部形成的等离子体不仅会腐蚀周围部件还会形成污染物颗粒影响处理效果。同时在调节环逐渐抬升过程中，调节环底部表面与下方接触面脱离时会由于电场分布急剧变化而产生放电(arcing)这不仅会损耗部件而且会严重影响基片处理效果，需要避免。
[0004]所以业界需要一种新的设计，该设计既能灵活设置调节环各项参数而且能防止等离子体流入调节环缝隙，也能防止放电现象产生的新的调节环。
【发明内容】
[0005]本发明解决的问题是提供一种等离子处理装置，能够补尝因调节环被损耗而造成的等离子处理效果偏移，同时防止等离子进入部件之间产生的缝隙以及放电现象的发生。为解决上述问题，发明人提供了一种一种等离子体处理装置，包括:反应腔，反应腔内包括一个基座，基座上设置有静电夹盘，待处理基片设置在所述静电夹盘上；一调节环围绕在所述静电夹盘外围，其中所述调节环包括一个固定环和一个位于固定环上方的移动环，其中:固定环围绕所述静电夹盘或基座，固定环上表面包括一个支持面，支持面上包括一个凹槽，所述移动环的底面与所述固定环的支持面匹配，所述移动环包括紧贴静电夹盘并位于待处理基片边缘下方的第一部分，所述第一部分具有第一高度的上表面，一个具有第二高度上表面的第二部分位于所述第一部分外围，所述移动环的第二部分下表面包括一个突出部与下方固定环上的凹槽位置匹配，一个驱动装置驱动所述移动环的第二部分在较低的第一位置和较高的第二位置间上下移动，其中在移动到第二位置时所述突出部下端仍然位于凹槽中。移动环移动到第二位置时移动环下表面和固定环支持面之间存在间隙。
[0006]其中移动环的突出部和凹槽具有垂直的侧壁，且在移动到第二位置时所述突出部侧壁与凹槽内侧壁的间距小于1mm，这样能够保证在升降过程中等离子不会泄露，也能够防止移动环的电势突变产生放电。
[0007]移动环的第一部分和第二部分可以同步升降，其中第一部分也可以固定在下方的固定环上使第一部分与基片下表面具有稳定的间距。
[0008]第一部分和第二部分之间还包括过渡部分，过渡部分的上表面在第一高度和第二高度之间逐渐变化。
[0009]调节环由石英或者碳化硅或者氧化铝制成以实现对电场分布的调节。
[0010]所述驱动装置包括一个驱动杆穿过所述固定环连接到移动环，所述驱动杆下端连接到一个用于使驱动杆上下可控移动的电机或者气缸。
[0011]本发明还提供了一种所述等离子体处理装置的运行方法，其特征在于，多次完成对所述待处理基片的等离子处理后，所述驱动装置驱动所述移动环的第二部分上升，使移动环第二部分的上表面相对基片表面具有固定的高度差。这样就能保证等离子处理效果的长期稳定。
【附图说明】
[0012]图1是现有技术半导体处理装置的结构示意图；
[0013]图2a是本发明调节环在第一位置时的截面图；
[0014]图2b是本发明调节环在第二位置时的截面图；
[0015]图3是本发明调节环第二实施例的截面图。
【具体实施方式】
[0016]请参考图2a，2b理解本发明方案，图2a所示为图1中A处的放大结构图，本发明调节环10包括位于底部的第一固定环102和围绕在第一固定环102外侧的第二固定环103。还包括一个暴露到反应腔内等离子体的顶部可移动环101，可移动环围绕在围绕静电夹盘或基座的侧壁，可移动环包括靠近静电夹盘的第一部分具有较小的第一厚度，保证基片20下表面和移动环上表面具有足够的间隙。可移动环101在远离静电夹盘处的具有较大的第二厚度第二部分，其上表面直接暴露于上方的等离子体。可移动环在靠近和远离静电夹盘的两端之间还包括一个过渡部分，其厚度在第一厚度和第二厚度之间逐渐向外侧升高。其中第一固定环102内还包括一个卡槽，上方的可移动环下表面相应位置处延伸出一个突出部104伸入所述卡槽。可移动环固定到一个驱动装置105，驱动装置可以驱动可移动环上下运动，图2a为可移动环位于最低位置时的截面图。如图2b所示驱动装置105使可移动环101上升时其底面脱离了下方固定环102、103的上