聚焦环及其耐腐蚀防护方法与流程

本发明涉及半导体加工设备领域，具体涉及一种聚焦环、包括该聚焦环的静电卡盘及其耐腐蚀防护方法。

背景技术：

现有技术中，在等离子体蚀刻室中，直接暴露在等离子体中的聚焦环(focusring)一般会优选高纯度材料制成，例如硅或者硅碳化物等。在当刻蚀(etch)机台在对晶圆进行等离子处理时，常常会遇到聚焦环损耗较大，使用寿命短的问题；且特别是在对静电卡盘(electrostaticchuck，简称esc)进行无晶圆清理(waferlessclean)时，如图1所示，由于在静电卡盘陶瓷层3上不放置晶圆(wafer)，此时由于聚焦环1完全暴露在刻蚀环境7中，则加大了对聚焦环1的损耗，增快了其损耗速率；由于聚焦环的过渡损耗，会导致静电卡盘与聚焦环1之间的间隙8，造成使更多的具有腐蚀性与污染性的刻蚀气体(processgases)、自由基(radicals)、等离子体(plasma)等气体通过上述增大的静电卡盘与聚焦环之间的间隙，腐蚀攻击静电卡盘侧壁(escsidewall)，静电卡盘侧壁密封圈(escsidesealing)以及其他的零部件；减少上述静电卡盘的使用寿命，且造成静电卡盘灭弧放电失败(escarcingfail)的同时，也导致对晶圆的处理造成不良的影响，比如其释放出的颗粒(particle)污染所述晶圆，静电卡盘等一系列问题。

在现有的涂层(coating)应用技术中，氧化钇(y2o3)等陶瓷是耐等离子体刻蚀的涂层。然而，目前使用等离子体喷涂(plasmaspray，ps)制备的y2o3等涂层具有高表面粗糙度(ra大于4微米)和高孔隙度(体积率大于3％)的组织，在等离子体刻蚀工艺中易产生颗粒污染。其它氧化钇涂层制备工艺，如化学气相沉积(chemicalvapordeposition，cvd)通常在高温(>600℃)基体上制作y2o3涂层，而物理气相沉积(physicalvapordeposition，pvd)的沉积速率低，生产成本高。这些工艺技术缺陷限制了制备高致密y2o3涂层以及在16纳米以下尺度的高精密芯片等离子体刻蚀加工工艺中的应用。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种聚焦环，利用镀膜技术，等离子体增强物理气相沉积(plasmaenhancedphysicalvapourdeposition,pepvd)实现在聚焦环上对高致密y2o3涂层的沉积,以克服聚焦环被等离子体刻蚀损耗的问题，达到稳定等离子体刻蚀工艺，保护静电卡盘，降低成本等一系列生产问题的目的。

为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种用于等离子处理的聚焦环，所述聚焦环由陶瓷材料制成，所述聚焦环包括一个主环，其中主环顶部的第一上表面具有第一高度，主环内侧为向聚焦环中心凸出的延伸环，所述延伸环顶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，

其中第二上表面内侧区域涂覆有抗等离子涂层，延伸环内侧侧壁同时涂覆有抗等离子涂层。

优选地，涂覆有所述抗等离子涂层的表面，包含主环顶部的第一上表面与延伸环顶部的第二上表面。

优选地，所述第一上表面与主环内侧侧壁的陶瓷材料直接暴露于所述等离子体。

优选地，制成所述涂层的材料包含氧化钇，氟化钇，氧化铒，碳化硅，氮化硅，氧化锆，氧化铝之中任意一个或它们的组合。

优选地，所述涂层的厚度范围为2μm～200μm。

优选地，所述涂层的致密度的范围为0～10％。

本发明第二个技术方案为一种等离子反应器，所述等离子反应器中包括一基座，基座上方设置有一静电卡盘，根据上述聚焦环设置在静电卡盘的外周侧，静电卡盘的基体外周侧设有绝缘环，所述聚焦环设置在所述绝缘环的上方；在所述静电卡盘的基体上方依次设置静电卡盘中间层与静电卡盘陶瓷层，所述静电卡盘中间层外套置有静电卡盘侧密封圈；待处理的晶圆设置在所述静电卡盘陶瓷层与所述聚焦环的延伸环上，且处于所述聚焦环主环的内侧圆周内。

优选地，所述聚焦环的延伸环内侧圆周表面与所述静电卡盘侧密封圈的侧面及所述静电卡盘陶瓷层的侧面之间设有间隙，所述间隙宽度处在设定的数值范围内。

本发明第三个技术方案为一种基于上述聚焦环的耐腐蚀防护方法，一待处理晶圆设置在所述静电卡盘上，且晶圆的边缘超出所述静电卡盘的边缘并覆盖所述聚焦环顶部第二上表面内侧区域，使得第二上表面内侧区域涂覆的抗等离子涂层不会被等离子体轰击。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明通过采用等离子体增强物理气相沉积(plasmaenhancedphysicalvapourdeposition,pepvd)实现在聚焦环上沉积高致密y2o3涂层,以克服聚焦环被等离子体刻蚀损耗的问题，增加了聚焦环的使用寿命，稳定等离子体刻蚀工艺，保持了聚焦环与静电卡盘之间设定的间隙值不变，进而保护静电卡盘，增加了静电卡盘及其他零部件的使用寿命，降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明一种聚焦环受损结构示意图；

图2为本发明一种聚焦环结构示意图；

图3为本发明一种聚焦环的实施例一任意一截面的涂层范围示意图；、

图4为本发明一种聚焦环上带有晶圆的结构示意图；

图5为本发明一种聚焦环的实施例二任意一截面的涂层范围示意图；

图6为本发明一种聚焦环的涂层采用psy2o3andpepvdy2o3两种工艺的表面形貌组织的对比示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图2所示，本发明一种聚焦环，所述聚焦环位于静电卡盘外周侧，与静电卡盘陶瓷层3以及套置有静电卡盘侧密封圈4的静电卡盘中间层5位置对应；所述静电卡盘陶瓷层3位于所述静电卡盘中间层5上方，所述静电卡盘中间层5位于设置在等离子体蚀刻室中的静电卡盘的基体6上方；所述静电卡盘的基体6外周侧设有绝缘环2，所述聚焦环1设在所述绝缘环2的上方。

所述聚焦环1包含有主环10，和在所述主环10内侧向聚焦环1中心凸出的延伸环11。所述聚焦环1一般会优选高纯度陶瓷材料制成，例如硅或者硅碳化物等。所述延伸环11的上表面略低于所述静电卡盘陶瓷层3的上表面；所述延伸环11内侧圆周表面与所述静电卡盘侧密封圈的侧面及所述静电卡盘陶瓷层3的侧面之间设有间隙，所述间隙宽度处于设定的数值范围内。

如图4所示，当在所述静电卡盘陶瓷3上放置待处理晶圆12时，所述晶圆12处在所述主环10内侧圆周内，所述晶圆12上表面与聚焦环1的主环10上表面等高或低于所述主环10上表面。

所述静电卡盘陶瓷层3为一绝缘层，用于承载待加工件，例如晶圆12；所述静电卡盘陶瓷层3内部设有电极，用于连接一可控直流电源以产生静电力吸附所述待加工件；静电卡盘中间层5为另一绝缘层，所述静电卡盘中间层5内部设有加热器，所述加热器产生的热量通过所述静电卡盘中间层5传递至所述静电卡盘陶瓷层3来加热所述待加工件；静电卡盘的基体6，用于支撑所述静电卡盘陶瓷层3以及静电卡盘中间层5。静电卡盘的基体6内部设有至少一个冷却液流道，用于注入冷却液对所述静电卡盘进行冷却。

实施例一，结合图2与图3所示，对于氧化钇等抗腐蚀性元素无要求的晶圆，即对于等离子体激发出的涂层的材料颗粒不敏感的晶圆，或者在静电卡盘上不放置晶圆时，对静电卡盘作无晶圆清洁处理时，可选用全部表面喷有抗腐蚀性涂层的聚焦环1，即通过等离子体增强物理气相沉积的涂层工艺在所述聚焦环1的主环10的上表面与内侧圆周表面以及延伸环11的上表面与内侧圆周表面全部沉积高致密抗等离子体腐蚀的涂层。

实施例二，结合图2与图5所示，对于氧化钇等抗腐蚀性元素有要求的晶圆，即对于等离子体激发出的涂层的材料颗粒敏感的晶圆，如果等离子体激发所述聚焦环1涂层材料，会在等离子体中混入含有涂层材料元素如钇等的颗粒，对被处理的晶圆造成污染等影响。

为避免该问题，本实施例中对于此类晶圆则选用局部喷有抗腐蚀性涂层的聚焦环1。在晶圆的直径大于所述聚焦环1的延伸环11的内径尺寸时，晶圆设置在所述静电卡盘陶瓷层3上，使晶圆的边缘部分覆盖住所述延伸环11的上表面靠近所述聚焦环1中心的一部分；通过等离子体增强物理气相沉积的涂层工艺在所述延伸环11的内侧圆周表面与被所述晶圆覆盖住的所述延伸环11的上表面部分沉积高致密抗等离子体7腐蚀的涂层。

实施例三，所述聚焦环与所述静电卡盘之间设有设定宽度范围的间隙，所述间隙宽度过小，则造成在装配过程中，由于静电卡盘和聚焦环之间的机械摩擦产生大量粒子，污染等离子气体，进而影响需要刻蚀的晶圆；如聚焦环内侧壁被等离子气体腐蚀会导致间隙宽度变大，间隙快递变大会产生电击穿，电击穿会损坏静电夹盘，产生大量粒子，污染等离子气体，溅射到晶圆表面，污染晶圆；因此本实施例三提供一种聚焦环的耐腐蚀防护方法，即在聚焦环以及设置在静电卡盘上的聚焦环上沉积抗等离子体腐蚀的涂层。通过所述涂层减缓控制聚焦环的损耗，延长聚焦环的使用寿命，使所述聚焦环与所述静电卡盘之间的间隙宽度维持在设定的数值范围内，延长了静电卡盘的使用寿命，避免静电卡盘侧壁电弧放电，发出颗粒物。

上述实施例一至实施例三所述的涂层，包含但不限于：氧化钇(y2o3)，氟化钇(yf3)，氧化铒(ero2)，碳化硅(sic)，氮化硅(si3n4)，氧化锆(zro2)，氧化铝(al2o3)之中的任意一个或它们的组合，或者它们和其它成份的组合；所述涂层的厚度范围例如是2μm～200μm；所述涂层的致密度的范围例如是0～10％。

如图6所示，本发明实施例一至实施例三中聚焦环的涂层均采用等离子体增强物理气相沉积(plasmaenhancedphysicalvapourdeposition,pepvd)实现在聚焦环上沉积高致密抗等离子体腐蚀的涂层,如y2o3涂层；以克服聚焦环关键部位等离子体刻蚀损耗的问题，达到稳定等离子体刻蚀工艺，解决保护静电卡盘，降低成本等一系列生产问题。所述pepvd工艺能够在低温材料表面制备厚度可控的高致密的y2o3等陶瓷涂层，所述低温材料如200℃，所述涂层厚度可达0.1毫米以上，所述涂层致密度可达到无孔隙率；克服了前述各种涂层制备工艺的不足，因而实现了本发明的生产应用目标。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。