一种聚焦环和等离子体处理装置的制作方法

本发明涉及等离子体处理技术领域，具体地，涉及一种聚焦环和等离子体处理装置。

背景技术：

等离子装置广泛地应用于集成电路(ic)或mems器件的制造工艺中。此系统的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，这些活性粒子和衬底相互作用使材料表面发生各种物理和化学反应,从而使材料表面性能获得变化。

如图1所示为晶片在等离子腔室内进行刻蚀工艺的示意图。如图2所示，静电卡盘4(esc)在等离子体处理晶片5的过程中，利用静电吸附的原理来对晶片5进行固定。下电极结构(即基台结构)中的聚焦环6位于静电卡盘4周围，其主要作用有以下两点，一是对晶片5进行限位，保证晶片5和静电卡盘4的相对位置在一个较为准确的相对位置上，保证静电卡盘4对晶片5的吸附固定；二是对分布在晶片5边缘部分的等离子体进行局部控制，保证晶片5边缘刻蚀的均匀性。

如图3所示为晶片传入和传出反应腔室的流程图，在刻蚀工艺完成后静电卡盘电源向电极施加反向电压，通过在晶片上感应出与晶片本身自带电荷不同极性的电荷来进行中和，完成静电释放；如图4所示，在完成静电释放后，由上下运动机构7带动针8(pin)升起，真空手将晶片5抓出反应腔室。

如图5和图6所示，传统的聚焦环的正面由上台阶面61和下台阶面62两个圆环状的台阶面组成。其中，聚焦环内圈的台阶面比静电卡盘的上表面稍低，这样设计的目的是能够让晶片受静电卡盘的吸附作用和静电卡盘上表面背吹氦气的压力作用，并 且在两种作用力下保持平衡固定。聚焦环的下台阶面的圆环外径尺寸比晶片稍大，如此设置的目的是对晶片的位置进行控制，保证晶片落在静电卡盘上表面时能够保证相对位置的准确性，并确保晶片不发生侧向滑移。

在等离子体刻蚀工艺过程中，如图7所示。由于原子团9运动的方向性较差，造成某些原子团9会跟静电卡盘4边缘的聚焦环6产生碰撞，从而使部分原子团9在晶片5的背面边缘和聚焦环6下台阶面62之间富集，产生一些聚合物10。

这些在晶片5背面和聚焦环6下台阶面62所形成的聚合物10会对晶片5产生一定的吸附作用。如图8所示，当晶片5进行完工艺被针8(pin)顶起时，晶片5会发生一边翘起的现象，甚至会出现粘片或晶片5偏移情况发生，导致晶片5无法正常传出。这种粘片现象的存在是较为危险的隐患，特别在自动化生产中，由于升针和真空手臂伸入抓片为连贯动作，粘片会导致晶片5与机械手出现刮蹭，致使机械手发生手臂损伤甚至会出现晶片5破碎的严重情况。另一方面，会有一些聚合物10被粘附在晶片5背面，这些聚合物10会在晶片5传回的过程中对传输用的机械手、传输腔室、放置晶片5的盒子造成一定的污染，也会对后续的工艺流程产生一定的污染。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种聚焦环和等离子体处理装置。该聚焦环能够减少第二环形台阶面与基片背面的接触面，从而减少处理过程中沉积在基片背面边缘与第二环形台阶面之间的聚合物对基片背面的吸附，降低基片与聚合物粘连的发生几率，进而增加基片传输的稳定性，避免出现基片破碎；同时还能避免聚合物粘附在基片的背面，从而避免基片在传输过程中对传输系统造成污染，同时也避免基片在处理工艺过程中对处理工艺造成污染。

本发明提供一种聚焦环，围设在处理腔室中用于承载基片的 基台外侧，包括第一环形台阶面和第二环形台阶面，所述第一环形台阶面和所述第二环形台阶面均位于所述聚焦环的面向所述基片的一侧，所述第二环形台阶面位于所述第一环形台阶面的内侧，并低于所述第一环形台阶面，所述第二环形台阶面上设置有凹凸结构。

优选地，所述凹凸结构包括设置在所述第二环形台阶面上的凹陷部和凸起部，所述凹陷部和所述凸起部依次交错分布。

优选地，所述凹陷部和所述凸起部均匀分布。

优选地，所述凹陷部在所述第二环形台阶面上的占用面积与所述凸起部在所述第二环形台阶面上的占用面积的比例大于1:1且小于20:1。

优选地，所述凹陷部沿所述第二环形台阶面周向的纵切面形状包括矩形、半圆形、梯形、正方形或倒三角形；

所述凸起部沿所述第二环形台阶面周向的纵切面形状包括矩形、半圆形、梯形、正方形或倒三角形。

优选地，所述第二环形台阶面和所述第一环形台阶面平行于所述基台的承载所述基片的承载面，且所述第二环形台阶面低于所述基台的承载面。

优选地，所述第二环形台阶面的中心与所述基台的中心重合，所述第二环形台阶面的外径大于所述基片的直径。

优选地，所述第一环形台阶面高于所述基台的承载面。

优选地，所述聚焦环的材质与所述基片的材质相同。

本发明还提供一种等离子体处理装置，包括上述聚焦环。

本发明的有益效果：本发明所提供的聚焦环，通过在第二环形台阶面上设置凹凸结构，能够减少第二环形台阶面与基片背面的接触面，从而减少处理过程中沉积在基片背面边缘与第二环形台阶面之间的聚合物对基片背面的吸附，降低基片与聚合物粘连的发生几率，进而增加基片传输的稳定性，避免出现基片破碎；同时还能避免聚合物粘附在基片的背面，从而避免基片在传输过程中对传输系统造成污染，同时也避免基片在处理工艺过程中对 处理工艺造成污染。

本发明所提供的等离子体处理装置，通过采用上述聚焦环，避免了处理过程中由于聚合物粘连基片对该等离子体处理装置的传输系统和工艺系统造成的污染和损坏，从而提高了该等离子体处理装置的处理品质。

附图说明

图1为现有技术中等离子体刻蚀腔室内的结构示意图；

图2为图1中聚焦环设置位置的结构剖视图；

图3为图1中晶片传入和传出反应腔室的流程图；

图4为图1中晶片从静电卡盘上释放后，上下运动机构将晶片顶起的示意图；

图5为图2中聚焦环的结构俯视图；

图6为图2中聚焦环的结构剖视图；

图7为等离子体刻蚀过程中，原子团在晶片背面边缘和聚焦环下台阶面之间聚集形成聚合物的示意图；

图8为晶片被上下运动机构顶起时，由于受到聚合物粘连而发生一边翘起的示意图；

图9为本发明实施例1中聚焦环的结构俯视图；

图10为图9中第二环形台阶面局部放大后的结构俯视图；

图11为图9中聚焦环在一凹陷部处的结构剖视图；

图12为图9中第二环形台阶面上凹陷部与凸起部交错分布的结构剖视图；

图13为图9中聚焦环设置位置的结构剖视图。

其中的附图标记说明：

1.基台；11.承载面；12.基片；2.第一环形台阶面；3.第二环形台阶面；31.凹凸结构；310.凹陷部；311.凸起部；4.静电卡盘；5.晶片；6.聚焦环；61.上台阶面；62.下台阶面；7.上下运动机构；8.针；9.原子团；10.聚合物。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明所提供的一种聚焦环和等离子体处理装置作进一步详细描述。

实施例1：

本实施例提供一种聚焦环，如图9-图11所示，围设在处理腔室中用于承载基片的基台1外侧，包括第一环形台阶面2和第二环形台阶面3，第一环形台阶面2和第二环形台阶面3均位于聚焦环的面向基片的一侧，第二环形台阶面3位于第一环形台阶面2的内侧，并低于第一环形台阶面2，第二环形台阶面3上设置有凹凸结构31。

通过在第二环形台阶面3上设置凹凸结构31，能够减少第二环形台阶面3与基片背面的接触面，从而减少处理过程中沉积在基片背面边缘与第二环形台阶面3之间的聚合物对基片背面的吸附，降低基片与聚合物粘连的发生几率，进而增加基片传输的稳定性，避免出现基片破碎；同时还能避免聚合物粘附在基片的背面，从而避免基片在传输过程中对传输系统造成污染，同时也避免基片在处理工艺过程中对处理工艺造成污染。

本实施例中，如图10所示，凹凸结构31包括设置在第二环形台阶面3上的凹陷部310和凸起部311，凹陷部310和凸起部311依次交错分布。凹陷部310的设置，能使处理过程中沉积在基片背面边缘与第二环形台阶面3之间的聚合物绝大多数聚集在凹陷部310中，从而减少了第二环形台阶面3与基片背面边缘的接触面积，进而减少了聚合物对基片背面的吸附。

本实施例中，凹陷部310和凸起部311均匀分布。如此设置，能使施加到基台1边缘区域的电场均匀分布，从而使处理过程中对应基片边缘区域的等离子体分布均匀，进而确保基片边缘区域处理的均匀性。

本实施例中，如图12所示，凹陷部310在第二环形台阶面 3上的占用面积与凸起部311在第二环形台阶面3上的占用面积的比例大于1:1且小于20:1。即凹陷部310的占用面积大于凸起部311的占用面积，如此设置，能使处理过程中沉积在基片12背面边缘与第二环形台阶面3之间的聚合物绝大多数聚集在凹陷部310中，而只有小部分聚集在凸起部311表面，即只有聚集在凸起部311表面的小部分聚合物与基片12背面边缘相接触，而聚集在凹陷部310中的绝大多数聚合物与基片12背面边缘不相接触，从而减少了第二环形台阶面3与基片12背面边缘的接触面积，进而减少了聚合物对基片12背面的吸附。

本实施例中，凹陷部310沿第二环形台阶面3周向的纵切面形状为矩形，凸起部311沿第二环形台阶面3周向的纵切面形状也为矩形，即凹陷部310和凸起部311的形状均为矩形。

需要说明的是，凹陷部310沿第二环形台阶面3周向的纵切面形状也可以为半圆形、梯形、正方形或倒三角形等其他形状；凸起部311沿第二环形台阶面3周向的纵切面形状也可以为半圆形、梯形、正方形或倒三角形等其他形状，对凹陷部310和凸起部311的具体形状不做限定，只要能确保第二环形台阶面3上凹陷部310和凸起部311均匀分布即可。

本实施例中，如图13所示，第二环形台阶面3和第一环形台阶面2平行于基台1的承载基片12的承载面11，且第二环形台阶面3低于基台1的承载面11。如此设置，使聚焦环整体呈环形槽状，通过高度低于第一环形台阶面2的第二台阶面3，能对置于基台1承载面11上的基片12起到位置限定作用，使基片12在基台1上的设置位置被限制在第二环形台阶面3圈定的区域内，从而使基片12与基台1的相对位置更加准确，以便基台1承载面11对基片12进行处理过程中的牢固固定，同时还能确保基片12不会发生侧向滑移。另外，第二环形台阶面3的高度略低于基台1的承载面11，如此设置，能使基片12与基台1承载面11贴合，以便基台1承载面11对基片12进行吸附固定，确保处理过程中基片12的稳定性。

本实施例中，第二环形台阶面3的外径大于基片12的直径。实际设计中，第二环形台阶面3的外径略大于基片12的直径，如此能够很好地对基片12在基台1上的设置位置进行控制，保证基片12置于基台1承载面11上的相对位置的准确性。

本实施例中，第一环形台阶面2高于基台1的承载面11。如此设置，能使整体呈环形槽状的聚焦环在基台1周边形成围栏，聚焦环围栏对基台1边缘电场的均匀分布形成一定的维护作用，从而使处理过程中，基片12边缘区域的等离子体分布保持均匀，进而确保了基片12处理的均匀性。

本实施例中，聚焦环的材质与基片12的材质相同。如聚焦环与基片12均采用石英材质，如此设置，使聚焦环的设置不会在基片12的处理过程中引入杂质，从而保证了处理工艺的品质。

实施例1的有益效果：实施例1中提供的聚焦环，通过在第二环形台阶面上设置凹凸结构，能够减少第二环形台阶面与基片背面的接触面，从而减少处理过程中沉积在基片背面边缘与第二环形台阶面之间的聚合物对基片背面的吸附，降低基片与聚合物粘连的发生几率，进而增加基片传输的稳定性，避免出现基片破碎；同时还能避免聚合物粘附在基片的背面，从而避免基片在传输过程中对传输系统造成污染，同时也避免基片在处理工艺过程中对处理工艺造成污染。

实施例2：

本实施例提供一种等离子体处理装置，包括实施例1中的聚焦环。本实施例中的等离子体处理装置包括等离子体刻蚀装置。

通过采用实施例1中的聚焦环，避免了处理过程中由于聚合物粘连基片对该等离子体处理装置的传输系统和工艺系统造成的污染和损坏，从而提高了该等离子体处理装置的处理品质。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领 域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。