配备聚焦环的基板处理装置及方法与流程

1.本发明涉及一种用于防止在半导体工程中使用的聚焦环发生腐蚀的基板处理装置及方法。


背景技术：

2.半导体整体工程大体上可以包括用于形成电路图案的曝光、蚀刻、净化以及沉积工程。蚀刻是对通过曝光沉积的薄膜进行雕刻的工程，最近伴随着电路图案的精细化，对蚀刻精度的要求也变得越来越高，因此原子层蚀刻(ale：atomic layer etching)以及原子层沉积(ald：atomic layer deposition)作为发展前景良好的半导体生产相关技术而备受人们的关注。


技术实现要素：

3.技术课题
4.可以配备用于在蚀刻或蚀刻以及净化工程之后将源气体或反应气体集中到晶圆上的聚焦环(focus ring)(或边缘换(edge ring))。但是蚀刻工程的蚀刻气体中所包含的化学物质可能会对聚焦环造成腐蚀并因此降低其耐久性，从而进一步导致如工程经时变化以及设备运行率下降等问题。
5.因此，本发明涉及一种可以提升所述聚焦环的耐久性的基板处理装置及方法。
6.技术方案
7.本发明的基板处理装置，可以包括：腔室，用于执行处理工程；卡盘，安装在腔室内部，用于对所述晶圆进行支撑；以及，聚焦环，与所述卡盘的边缘相向。
8.处理工程，可以包括：第一工程，用于执行对所述晶圆的工程；以及，第二工程，用于执行对所述聚焦环的工程。
9.本发明的基板处理方法，可以包括：第一工程，用于执行对晶圆的工程；以及，第二工程，用于执行对聚焦环的工程。
10.可以在第一工程之后执行所述第二工程，而在第一工程以及第二工程之间可以追加执行用于对所述第一工程的副产物进行去除或对聚合物性颗粒进行去除的净化工程。
11.发明效果
12.在为了执行处理工程而将晶圆安置到卡盘上时，借助于对晶圆的边缘进行围绕的形状的聚焦环，可以保护卡盘的上部面、侧面一部分以及形成聚焦环的结合部的上侧面免受腔室内部的等离子体环境的影像。
13.可以执行用于执行对晶圆的工程的第一工程以及用于执行对聚焦环的工程的第二工程，在第一工程之后执行所述第二工程，而在第一工程以及第二工程之间可以追加执行用于对所述第一工程的副产物进行去除或对聚合物性颗粒进行去除的净化工程。
14.作为第二工程的一实施例，第一工程可以是蚀刻工程，第一工程可以包含蚀刻气体，而蚀刻气体可以包含第一化学物质，在第二工程中可以向聚焦环供应用于防止因为第
一化学物质而导致所述聚焦环发生腐蚀的第二化学物质，在第二化学物质与所述第一化学物质发生反应而生成第三化学物质时，第一化学物质可以是氟(f)，而第二化学物质可以是硅(si)。
15.作为第二工程的另一实施例，在晶圆的沉积膜是通过原子层沉积(ald：atomic layer deposition)方式形成时，在第二工程中向聚焦环供应的第二化学物质可以与所述原子层沉积(ald)前驱体相同，而且在供应所述第二化学物质之后，可以追加执行供应用于在所述聚焦环中形成与晶圆的沉积膜相同的追加膜的反应气体或吹扫气体中的至少一个的工程。
附图说明
16.图1是本发明的聚焦环以及卡盘的平面图，图1中的(a)是聚焦环与卡盘结合之前的状态的平面图，而(b)是聚焦环与卡盘结合的状态的平面图。
17.图2是本发明的基板处理方法的顺序图。
18.图3是本发明的基板处理装置的概要性说明图。
19.图4是本发明的聚焦环以及卡盘的实施例。
20.符号说明
21.10：腔室，100：卡盘，120：安置部，140：下部电极，200：聚焦环，300：结合部，s100：第一工程，s200：第二工程，s300：净化工程。
具体实施方式
22.本发明作为半导体制造工程的一部分工程，可以包括蚀刻(etching)、净化(cleaning)以及沉积(deposition)工程中的至少一个。
23.在本发明的晶圆中沉积膜的方法，可以包括原子层沉积(ald：atomic layer deposition)，也可以是等离子体强化原子层沉积(plasma enhanced atomic layer deposition，peald)，因为等离子体强化原子层沉积(peald)可以在较低的温度下形成薄膜，因此最近被广泛适用于半导体工程。
24.作为本发明的一实施例，在等离子体强化原子层沉积(peald)中，执行工程的腔室10内的等离子体生成方式可以是电感耦合等离子体(inductively coupled plasma，icp)方式或电容耦合等离子体(capacitively coupled plasma，ccp)方式。
25.等离子体可以由带电粒子构成，而且等离子体可以通过对如电场以及磁场等变量进行调节而轻易地对等离子体内的电子、离子、质子以及活性物质等进行控制，并大幅提升等离子体化的源气体或反应气体的反应性。在接下来的内容中，等离子体可以是包含反应性得到提升的离子的基团或等离子体化的气体的含义。
26.本发明可以包括用于执行对晶圆的处理工程的腔室10以及可以在工程期间内对晶圆进行支撑的卡盘(chuck)100。
27.在卡盘100中可以配备可供晶圆安置的安置部120，而且可以配备可供聚焦环200(focus ring)结合的结合部300。
28.卡盘100可以是利用静电力对晶圆进行固定的静电卡盘100(electro static chuck，esc)。静电卡盘100可以在与晶圆的整体接触面上借助于均匀的静电力作用对晶圆
进行固定，而且可以维持晶圆表面的平整度，还可以通过使晶圆与静电卡盘esc表面整体紧密接触而有效地对晶圆的热量进行释放并借此轻易地实现温度调节。
29.在静电卡盘100中可以配备用于生成静电的下部电极140。在向下部电极140加载电压时，在晶圆上也将感应生成与下部电极140相反的电荷，从而即使是在没有如夹钳等机械固定装置的情况下，也可以将晶圆固定到卡盘100上。
30.在将晶圆安置到安置部120时，聚焦环200可以位于晶圆的外部，从而在工程过程中对晶圆的移动进行限制。借此，可以使得腔室10内的等离子体状态的离子与晶圆上侧面发生碰撞，而且在执行蚀刻工程的干燥蚀刻中更为有效。
31.聚焦环200可以是对晶圆的边缘进行围绕的边缘环(edge ring)形状，只要是可以起到在本说明书中进行说明的等离子体集中、静电卡盘100防腐蚀等作用的部件就可以不受限制地使用。
32.本发明的陈集工程可以包括原子层沉积(ald)或等离子体强化原子层沉积(pe-ald)，蚀刻工程可以包括原子层蚀刻(atomic layer etching，ale)。
33.聚焦环200可以配备于静电卡盘100的边缘，可以帮助等离子体的凝聚并对静电卡盘100的表面进行保护。
34.本发明的第一工程s10可以是向腔室10喷射蚀刻气体的工程，可以通过沉积到晶圆上的膜的一部分与蚀刻气体的反应而使得沉积膜的一部分成分从沉积膜脱离，而且可以在与沉积膜的反应过程中生成第一化学物质。
35.作为一实施例，第一工程s100可以是蚀刻工程，蚀刻气体可以包含氟(f)，在执行蚀刻工程时第一化学物质即氟可以被解离。蚀刻气体可以通过气体放电而提升反应性，可以通过对粒子进行加速而使其与晶圆发生碰撞，可以包含如nf3、cf4、clf3、sif4、c3f8、c2f6、chf3、cclf3、c3f8、chf3、cclf3等。
36.本发明的沉积膜形成可以通过原子层沉积(ald)工程完成，原子层沉积(ald)工程可以是将晶圆表面交替暴露在气体状态的有机金属前驱体(precursor)以及反应物(reactant)中的工程。前驱体可以被称之为源气体，而反应物可以被称之为反应气体，在将源气体以及反应气体注入到腔室10内之后可以供应吹扫气体。吹扫气体为惰性气体，与其他化学物质的反应性较低，从而可以起到对元提提以及反应气体形成原子层之后剩余的副产物进行吹扫(purge)的作用。
37.因此，原子层沉积(ald)的一个循环可以是供应源气体、吹扫气体、反应气体以及吹扫气体的一系列过程，而各个工程的气体被等离子体强化(enhanced)的情况可以是等离子体强化原子层沉积(pe-ald)工程。类似于基于原子层沉积(ald)的自身限制性反应的原子层层叠，通过相反的过程对原子层膜进行蚀刻的过程被称之为原子层蚀刻(ale)，而在所述过程中通过等离子体进行强化的情况可以是等离子体强化原子层蚀刻(pe-ale)。
38.本发明的沉积可以通过原子层沉积(ald)工程执行，而作为一实施例，前驱体可以是三甲基铝(tma，trimethyl aluminum，al(ch3)3)，反应物可以是h2o，而所沉积的膜可以是al2o3。
39.在本发明的第一工程s100中解离或生成的第一化学物质不仅可以对沉积到晶圆上的膜的一部分进行蚀刻，还可以与聚焦环200的成分发生反应。例如，第一工程s100可以是蚀刻工程，第一化学物质可以是氟f，聚焦环200可以包含al2o3或y2o3，而f因为与al或y
的亲和力较高而可以长时间反应并蚀刻。
40.聚焦环200的原材料可以包含氧化铝(al2o3)、氧化钇(y2o3)以及蓝宝石。聚焦环200在其结构上会在对各个晶圆执行半导体制造工程的过程中持续性地暴露在等离子体中，聚焦环200可能会因为第一化学物质与聚焦环200的原材料的反应而发生腐蚀。
41.因此，需要对腐蚀的聚焦环200进行更换，而在对聚焦环200进行更换时需要执行停止所有工程并在对蚀刻腔室10进行洗涤的同时更换聚焦环200的一系列过程。这会导致整体半导体制造工程的损失，而且不仅涉及到成本问题，而且还会涉及到聚焦环200的废弃问题。
42.因此，可以追加执行用于进一步延长聚焦环200的使用期限(life time)的第二工程s200。
43.第二工程s200可以是对聚焦环200进行处理的工程，聚焦环200可以是为了对多个基板进行处理而连续安装的情况。例如，可以配备需要进行处理的第一晶圆以及第二晶圆，而各个晶圆可以在腔室10内执行半导体工程处理。半导体工程处理可以由多个工程构成，第一工程s100或第二工程s200可以是多个工程中的至少一个。
44.可以在第一晶圆的半导体工程处理之后执行第二晶圆的半导体工程处理，在连续的工程处理中，聚焦环200可以是连续安置在结合部300中的状态。即，在第一晶圆上的第二工程s200可以是在第二晶圆中的半导体工程处理。
45.第二工程s200可以是利用第二化学物质对聚焦环200进行处理的工程。
46.作为第二工程s200的一实施例，当在第二工程s200中对晶圆进行处理的沉积膜工程为原子层沉积(ald)方式时，所述第二化学物质可以是原子层沉积(ald)的前驱体。即，当用于对聚焦环200进行处理的第二化学物质为原子层沉积(ald)工程的前驱体时，在第二工程s200中可以追加用于在聚焦环200中形成原子层沉积(ald)方式的沉积膜的后续工程。所述后续工程可以包括反应物供应工程或吹扫工程中的至少一个。
47.因此，所述一实施例可以是向聚焦环200上涂布追加膜，而追加膜可以是为了防止聚焦环200因为第一工程s100中的第一化学物质而发生腐蚀，追加膜的成分可以与在本发明的晶圆上沉积的膜的成分相同。
48.当在聚焦环200上形成追加膜时，可能会在因为第一化学物质而发生晶圆沉积膜的腐蚀的同时发生追加膜的腐蚀，但是借此可以保护聚焦环200本身不会被第一化学物质腐蚀。
49.此外，在晶圆上沉积的膜与在聚焦环200上沉积的追加膜相同的情况下，因为在如原子层沉积(ald)、原子层蚀刻(ale)等工程中产生的副产物相同，因此不需要考虑如净化等用于去除工程副产物的额外的气体成分。
50.作为第二工程s200的另一实施例，第二化学物质可以是si前驱体。
51.第一工程s100可以是用于形成电路图案的蚀刻工程，蚀刻气体可以是作为第一化学物质包含f的气体。因此，为了防止因为蚀刻气体而导致的聚焦环200的腐蚀，通过在第一工程s100转移后向聚焦环200供应与f的化学亲密度较高的si前驱体，可以形成包含于第三化学物质的sif4。如上所述，通过使第一化学物质与第二化学物质结合转换成第三化学物质，可以防止聚焦环200因为第一化学物质而发生腐蚀。
52.为了防止在第一工程s100之后生成的副产物以及聚合物性颗粒的产生，在第一工
程s100与第二工程s200之间可以追加净化工程s300。当第一工程s100为蚀刻工程时，净化工程s300可以是净化工程。
53.晶圆可以被安置在卡盘100的上侧面，构成卡盘100的上侧面的平面可以包含垂直相交的第一方向(x轴方向)以及第二方向(y轴方向)，第三方向(z轴方向)可以与第一方向以及第二方向垂直。
54.为了说明的便利，安置部120与聚焦环200的关系可以以沿着第一方向(x轴方向)裁切的截面为基准进行说明。
55.当晶圆被安置在安置部120中的情况下，可以将晶圆上侧面的垂直方向(第三方向，z轴方向)高度称之为第一高度h1，并将聚焦环200的上侧面的高度称之为第二高度h2。
56.在第二高度大于第一高度的情况下，可以使得喷射到晶圆上的等离子体发生凝聚，从而对蚀刻率(etching rate)或蚀刻散步进行改善。如上所述的情况属于聚焦环200的上部面的高度即第二高度大于所安置的晶圆的高度即第一高度的情况，等离子体的凝聚或集中可以是指喷射到晶圆上的等离子体与相当于第二高度与第一高度的差异的聚焦环200的一部分发生碰撞并重新返回到晶圆的现象。
57.在第二高度与第一高度相同的情况下，所安置的晶圆的上侧面与外廓上的聚焦环200的上侧面的高度可以相同，借此可以防止因为所喷射的等离子体集中于晶圆的边缘部分而导致的蚀刻集中在边缘的现象。此外，在如上所述的情况下，可以通过在聚焦环200中使用与晶圆的材质相同或类似的原材料，起到对晶圆的处理区域进行扩展的功能。
58.因此，根据等离子体工程的构成，当需要将等离子体集中到晶圆的边缘时，可以将第二高度设计成大于第一高度，而当需要通过缓解等离子体在晶圆边缘的集中而防止集中在边缘时，可以将第二高度设计成与第一高度类似或相同。
59.当以沿着第一方向的截面为基准观察时，以与第三方向平行的特定直线为基准(例如通过晶圆的中心点的z轴线)，可以将向第一方向凸出的晶圆的长度称之为第一长度，并将安置部120的长度称之为第二长度。
60.为了防止在执行蚀刻工程时安置部120或结合部300暴露在等离子体中，第一长度可以等于或大于第二长度。
61.在第一长度与第二长度相同的情况下，当以安置部120的上侧面高度与结合部300的上侧面高度相同并以围绕结合部300的上侧面的方式形成聚焦环200时，可以防止安置部120以及结合部300因为外部而发生腐蚀。此外，在安置部120的上侧面高度大于结合部300的上侧面高度的情况下，在结合部300与安置部120之间可以形成断坎，而在聚焦环200以对相当于断坎的侧面以及结合部300的上侧面进行围绕的方式安装时，可以保护安置部120的上侧面、侧面以及结合部300的上侧面免受外部腐蚀。
62.在第一长度大于第二长度的情况下，在聚焦环200上可以配备可供晶圆安置的安置面，在上部面与安置面之间可以配备与晶圆的侧面相向的中间面，而中间面可以是与第三方向平行的垂直或倾斜状态。在如上所述的情况下，可以在安装聚焦环200时保护安置部120的上侧面以及侧面、结合部300的上侧面不会因为裸露在外部而受到腐蚀。
63.借此，在晶圆被安装到安置部120中的状态下，可以通过聚焦环200将安置部120以及结合部300暴露在等离子体中的部分最小化，从而减少在执行蚀刻工程时与等离子体发生接触的面积并借此降低腐蚀。
64.可供聚焦环200结合的结合部300可以以与安置部120相向的方式配备。结合部300可以利用陶瓷材质构成，可以包含氧化铝(alumina，al2o3)。即，通过将聚焦环200结合到结合部300中，可以在将晶圆安置在安置部120时防止安置部120以及结合部300因为工程中的等离子体而发生腐蚀。
65.通过第一高度、第二高度、第一长度以及第二长度进行调整，可以实现多种晶圆、安置部120、聚焦环200的结构，但只要是可以在将聚焦环200结合到结合部300之后安置晶圆时暴露在等离子体下的结合部300或安置部120的部分较少的构成，就足以体现出本发明的特征。