CN102867723B - 一种等离子体处理装置的载置台及对应等离子体处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种等离子体处理装置的载置台，其用于载置被处理基板，其特征在于，所述载置台至少包括：下部电极，所述下部电极为一电导体元件并至少包括第一部件以及第二部件，所述第一部件连接一射频电源，所述第二部件设置在所述第一部件的上方，所述第一部件和第二部件之间进一步设置有绝缘体层，使所述第一部件和第二部件不相互接触；基板固定装置，其设置于所述第二部件的上方，用于载置被处理基板。还提供一种等离子体处理装置，其包括上述等离子体处理装置用的载置台。本发明优选地使得下部电极变化为一块电容，从而使得等离子体在通过该下部电极后十分均匀地流向被处理基板，明显改善被处理基板的特性。

Description

一种等离子体处理装置的载置台及对应等离子体处理装置

技术领域

本发明涉及半导体制程设备，尤其是对于半导体晶片实施等离子体处理的等离子体处理装置，具体地，涉及用于载置被实施等离子体处理的半导体晶片等被处理体的载置台以及具有该载置台的等离子体处理装置。

背景技术

在半导体设备的制造过程中，例如蚀刻、沉积、氧化、溅射等处理过程中，通常会利用等离子体对晶片(wafer)进行处理。一般地，对于等离子体处理装置来说，作为生成等离子体的方式，大体上可分为利用电晕(glow)放电或者高频放电，和利用微波等方式。

在高频放电方式的等离子体处理装置中，等离子体处理装置的反应腔通常配置上部电极和下部电极，优选地这两个电极平行设置。而且，通常在下部电极之上载置被处理基板(半导体晶片、玻璃基板等)，经由整合器将等离子体生成用的高频电源施加于上部电极或者下部电极。通过由该高频电源所生成的高频电场来使电子加速，因电子与处理气体的冲击电离而发生等离子体。

在现有工艺中，在等离子体处理装置中通常会出现在电极中心部的等离子体密度高于电极边缘部的状况，造成这种状况的原因比较多。例如，因为在等离子体处理装置中使用较高的频率完成高频放电，一旦提高高频放电的频率，则从射频电源通过供电棒而施加于电极里面的高频电力，因为趋肤效应而传到电极表面并从电极主面(与等离子体相对的面)的边缘部向中心部流动。如果高频电流在一样的电极主面上从边缘部向中心部流动，则电极主面的中心部处的电场强度比边缘部处的电场强度变高，从而造成电极中心部的等离子体密度高于电极边缘部的状况。

为了解决上述电极中心部的等离子体密度高于电极边缘部的状况的问题，技术人员已经提出了一些解决方案。例如在发明名称为“等离子体处理装置用的载置台以及等离子体处理装置”的中国发明专利申请(申请号：200710140387.0)中，提出通过在分割的电极膜之间设置隔离区域，或在对应于载置台中央部的位置在电极膜上形成孔部，在晶片等的被处理基板上传播的高频就能够穿过这些隔离区和孔部。穿过这些区域的高频，能够使TM模式的空腔圆筒谐振产生，使得潜入电介体层的下方成为可能，电介体层用于使通过被处理基板施加于等离子体的高频电场均匀。结果，在设置有静电卡盘的情况下，利用上述电介体层也能够使TM模式的空腔圆筒谐振产生，所以可以降低从被处理基板的面上向等离子体供给的中央部分的电场，也就是说，能够使山状的电场强度分布的电场强度的大区域平坦。结果，能够提高等离子体处理例如蚀刻处理的面内均匀性(说明书第3页)。

类似地，还有部分专利文献也提出了不同的解决方案。又例如，发明名称为“等离子体处理装置和等离子体装置用的电极板和电极板制造法”的中国专利申请(专利申请号：200480003417.8)提出了在等离子体处理装置的下部电极上设置凸出部或者凹进部(说明书第4页等)，以便控制等离子体的均匀性。

作为上述解决方案，其均为从不同角度来解决等离子体均匀性的技术问题，而这些方案并不十分理想。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种等离子体处理装置用的载置台以及对应的包括该载置台的等离子体处理装置。

根据本发明的一个方面，提供一种等离子体处理装置的载置台，其用于载置被处理基板，其特征在于，所述载置台至少包括：

下部电极，所述下部电极为一电导体元件并至少包括第一部件以及第二部件，所述第一部件连接一射频电源，所述第二部件设置在所述第一部件的上方，所述第一部件和第二部件之间进一步设置有绝缘体层，使所述第一部件和第二部件不相互接触；

基板固定装置，其设置于所述第二部件的上方，用于载置被处理基板。

根据本发明的另一个方面，还提供一种等离子体处理装置，其用于对基板进行等离子化处理，其包括：对被处理基板进行等离子体处理的处理容器；将处理气体导入该处理容器的处理气体导入部；用于对所述处理容器内进行真空排气的单元；其特征在于，还包括设置在所述处理容器内的上述的等离子体处理装置用的载置台；以及与所述载置台相对的方式设置在所述载置台的上方的上部电极。

本发明通过将下部电极拆分为两块独立的部件，优选地使得该下部电极变化为一块电容，从而使得等离子体在通过该下部电极后十分均匀地流向被处理基板，从而可以明显改善被处理基板的特性。与现有的解决方案相比较，本发明具有明显的效果。本发明便于在现有设备的基础上进行改进，成本小且与现有等离子体处理装置的其他部件的连接关系不需要进行大的改动，便于产业化、便于推广。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出根据现有技术的等离子体处理装置用的载置台的纵截面图；

图2示出根据本发明的第一实施例的，等离子体处理装置用的载置台的纵截面图；

图3示出根据本发明的第二实施例的，等离子体处理装置用的载置台的纵截面图；

图4示出根据本发明的第二实施例的，等离子体处理装置用的载置台的横截面图；

图5示出根据本发明的第三实施例的，等离子体处理装置用的载置台的纵截面图；

图6示出根据本发明的第四实施例的，等离子体处理装置用的载置台的纵截面图；以及

图7示出根据本发明的一个优选实施例的，等离子体通过本发明提供的等离子体处理装置对被处理基板进行等离子化处理的指标示意图。

具体实施方式

图1示出根据现有技术的等离子体处理装置的载置台一个纵截面图示例。本领域技术人员理解，在现有技术中，等离子体处理装置通常包括：例如由内部成为密闭空间的真空腔室构成的处理容器100；在该处理容器100的底面中央配设的载置台；以及在载置台的上方以与该载置台相对的方式设置着的上部电极10。

上述载置台2的结构通常包括：基座34，该基座设置有下部电极20，该下部电极20与所述上部电极10相适应；基座上方设置有固定晶片30用的静电夹卡盘32。所述下部电极20，例如经由绝缘部件24被固定在所述基座34上。且所述下部电极20连接射频电源。

另外，上部电极10形成为中空状，在其下面例如均匀分散地形成有向处理容器100内分散供给处理气体用的多个气体供给孔。上部电极10的上面中央设有气体导入管，该气体导入管贯通处理容器100的上面中央，在上游与处理气体供给源110连接。优选地，该处理气体供给源100能够对等离子体处理装置的处理气体供给量的给断以及增减进行控制。

通过以上的各装置结构，在等离子体处理装置的处理容器100内形成由下部电极20和上部电极10构成的一对平行平板电极。调整处理容器100内部至指定的压力后，通过导入处理气体，从射频电源供给高频电力，处理气体等离子体化，高频流过由下部电极20→等离子体→上部电极10→处理容器100的壁部→大地构成的通路。通过等离子体处理装置的这种作用，对固定在载置台上的晶片30实施利用等离子体的蚀刻。

在图1所示现有技术基础上，图2示出了根据本发明的第一实施例的，等离子体处理装置用的载置台7的纵截面图。本发明的技术方案重点对图1所示载置台予以改进，为了简单明了起见，在本实施例中仅仅画出了载置台7的基本组成。所述载置台7至少包括下部电极6，所述下部电极6与所述用于等离子体处理的反应器所包含的上部电极(图2中未示出)相适应。优选地，所述下部电极7为电导体。所述下部电极7之上设置一个基板固定装置5，在所述基板固定装置5上放置被处理的基片w。

其中，所述载置台7的所述下部电极6由两部分组成，即图2所示第一部件61以及第二部件62。其中，所述第一部件61连接高频电源81并被置于所述载置台7的下侧，所述第二部件62在所述第一部件61的上方与所述第一部件相对地平行设置。优选地，所述第二部件上方设置所述基板固定装置5。

本领域技术人员理解，基于上述结构，所述第一部件61与第二部件62相分离，即在例如图1所示的现有技术中作为一个整体的下部电极6被分为两个独立的部分。优选地，所述第一部件61以及第二部件62均为电导体，从而该第一部件61以及第二部件62构成一个电容。当用于处理被处理基板的等离子体进入本发明所提供的等离子体的反应腔内后，由于所述第一部件61以及第二部件62所组成的电容的特性，使得等离子体相对均匀地射出，从而克服了现有技术中等离子体中心区域密度高、在下部电极的周边区域密度低的技术问题。

进一步地，本领域技术人员理解，在上述第一部件61以及第二部件62之间，优选地包括绝缘体层63。优选地，该绝缘体层63的厚度足够小使得所述下部电极的第一部件61与所述第二部件62间能够电容耦合，优选地，绝缘体层63的厚度在如下范围内：0.1到10毫米。在此不予赘述。

进一步地，本领域技术人员理解，在图2所示实施例中，优选地，所述第二部件62的横截面形状与其相对的所述第一部件61的横截面形状基本一致。例如，优选地，可以参考图4所示对所述第二部件62的横截面形状以及所述第一部件61的形状予以说明。例如优选地，所述第一部件11与所述第二部件62均为圆形，且两者面积基本一致。而在一个变化例中，所述第一部件61的面积大于所述第二部件62的面积，例如后续实施例所述，在此不予赘述。

进一步地，本领域技术人员理解，在图2所示实施例的一个变化例中，所述第二部件62与所述第一部件61并未平行地放置。例如，优选地，在一个变化例中，从图2所示角度看，所述第二部件62的左侧与所述第一部件61的距离小于所述第二部件62的右侧与所述第一部件61的距离，即简单地讲，所述第二部件62的左侧低、右侧高。但原则上，所述第二部件62与所述第一部件61还是分离的，并不接触，例如优选地其中包括绝缘体层63。类似地，本领域技术人员还可以实现其他变化例，例如，从图2所示纵截面图来看，所述第二部件62形成“V”字形，其左侧与右侧相对于中间部位而言略高。而在另一个变化例中，所述第二部件62形成倒“V”字形，例如“⌒”状。而在另一个变化例中，所述第二部件62呈波浪状。本领域技术人员理解，这些变化例均可以结合图2所示实施例予以实现，并可以达到与图2所示实施例类似的效果，在此不予赘述。

进一步地，本领域技术人员理解，在图2所示实施例以及上述变化例中，优选地，所述第二部件62的厚度是均匀的。而在一个变化例中，所述第二部件62的厚度是不均匀的。例如，以图2所示纵截面图为基础，所述第二部件62的左半部分的厚度大于所述右半部分。或者在其他变化例中，所述第二部件62的厚度呈其他变化，例如图5所示实施例，在此不予赘述。

图3示出根据本发明的第二实施例的，等离子体处理装置用的载置台7的纵截面图。在本实施例中，所述下部电极6仍然被分为两部分，即第一部件11以及第二部件62。其中，所述第一部件11连接高频电源81并被置于所述载置台7的下侧，所述第二部件62在所述第一部件61的上方与所述第一部件相对地平行设置。与上述图2所示实施例不同的是，所述第二部件62为一环形，而非图2所示实施例中的圆形。优选地，所述第二部件62的环状的外围与所述第一部件61的凸起部分的横截面形状的外围相对应，例如图4所示，在此不予赘述。

根据图3所示实施例，所述环状的第二部件62与所述第一部件61形成了一个环状的电容。而所述环状电容的中间空心部分则由绝缘体填充，例如优选地该绝缘体为氧化铝。从图3所示实施例可以看出，所述绝缘体63的中间部分631凸出，且所述绝缘体层63的中间部分631向上凸起并与所述基板固定装置5接触，且所述下部电极6的第二部件62呈环状围绕所述绝缘体层63的所述向上凸起部分；所述绝缘体63的周边部分632则处于所述第二部件62与第一部件61之间，即该周边部分632的上表面与所述第二部件62的下表面接触，而该周边部分632的下表面与所述第二部件62的上表面接触。

进一步地，本领域技术人员理解，优选地，所述第二部件62的环状的宽度优选小于下部电极6半径的一半。

进一步地，本领域技术人员理解，优选地，所述第二部件62是均匀的。而参考上述图2所示实施例的变化例，本领域技术人员理解，在图3所示变化例中，所述第二部件62也可以是不均匀的，即在图3所示实施例基础上，例如所述第二部件62呈周边部分的厚度大于所述第二部件62的中间部分的构成。进一步地，本领域技术人员还可以实现其他类似的变化例，在此不予赘述。第一部件62和第二部件由于有绝缘材料层隔离开可以连接到不同的射频电源以产生等离子体或调节等离子体能量。

图4示出根据本发明的第二实施例的，等离子体处理装置用的载置台7的横截面图。为了更清楚地阐述本发明，图4示出了去除被处理基片、基板固定装置5之后的所述载置台7的横截面图。从本实施例可以看出，俯视所述载置台7，其呈三个环状。最外围的环为所述第一部件61的周边部分，该部分的上方无任何覆盖物，所述第一部件11的中心部分从图4中无法看到，在此不予赘述。中间的环为所述第二部件62，其本身呈一环状。最内部为所述绝缘体63，其中心部分为图4所示最内部，而所述绝缘体63的周边部分从图4中无法看到。

图5示出根据本发明的第三实施例的，等离子体处理装置用的载置台7的纵截面图。与上述图2所示实施例相类似，在本实施例中，所述下部电极6仍然被分为两部分，即第一部件61以及第二部件62。其中，所述第一部件61连接高频电源81并被置于所述载置台6的下侧，所述第二部件162在所述第一部件161的上方与所述第一部件相对地平行设置。与上述图2所示实施例不同的是，所述绝缘体层63中间具有一向下凸出部与所述下部电极6的第一部件61中间的凹进部分相匹配，即所述绝缘体613的周边部分633的厚度小于其中心部分634的厚度。相应地，所述第一部件61的中心部分611的厚度小于其周边部分612的厚度。

进一步地，本领域技术人员理解，在图5所示实施例中，优选地，所述第二部件62的厚度是均匀的。而在一个变化例中，所述第二部件62的厚度是不均匀的。例如，以图5所示纵截面图为基础，所述第二部件62的左半部分的厚度大于所述右半部分。或者在其他变化例中，所述第二部件62的厚度呈其他变化，具体地本领域技术人员可以参考上述实施例以及变化例对此予以实现，在此不予赘述。

图6示出根据本发明的第四实施例的，等离子体处理装置用于等离子体处理的反应器用的载置台7的纵截面图。本实施例可以作为图2所示实施例与图3所示实施例的一个综合体。在本实施例中，所述绝缘体层63的中间部分向上凸起，所述下部电极6的第二部件62的上表面与所述基板固定装置5的下表面接触，所述下部电极6的第二部件62的下表面包括一中间凹进部与所述绝缘体层63的中间凸起部分相匹配。例如，优选地，所述第二部件62为图6所示形状，即其中心部分621的厚度小于其周边部分622的厚度。而中心部分621与周边部分622之间形成的空隙则优选地由绝缘体63填充。本领域技术人员理解，所述绝缘体63的形状与图3所示绝缘体类似，但其上表面均与所述第二部件62的下表面接触，即该绝缘体63不会作为所述载置台6的上表面，在所述载置台6的使用过程中该绝缘体63不会接触到被处理的基板。

进一步地，参考上述图2至图6所示实施例，本领域技术人员理解，在上述各实施例的各自的变化例中，所述第二部件62可以连接高频电源，即所述下部电极6的两个组成部分均连接高频电源，这两个高频的射频电源可以是来自同一个高频发生器产生的电源经过功率分别分配到第一部件61和第二部件62，也可以是两个独立的高频电源具有独立控制的功率和频率，在此不予赘述。两个独立控制的高频电源连接到两个互相电隔离的下电极(优选地为上述第一部件61和第二部件62)，而且这两个下电极具有不同的空间分布，这样可以更大幅度的调节等离子反应腔中等离子的分布以及射频电场的分布。相对于现有技术只有一个电极连接多个射频电源来说，由于本发明两个电极具有不同的空间分布所以具有更好的调节空间，最终获得更均一的等离子处理效果。除了上述各个实施例中所示的情况外，第一部分和第二部分下电极还可以有其它形状组合，比如第二部分也可以是多个环状的电极安装在绝缘材料制成的平台上与第一部分电极电容耦合。第二部分62还可以是中间小的圆盘状电极与第二频率的射频电源连接，圆盘状电极外部由环状电极围绕，环状电极与中心圆盘状电极通过绝缘材料隔离并与第三射频电源连接，与下方第一电极61构成一个空间立体的多频率等离子发生系统等。

进一步地，参考上述图2至图6所示实施例，本领域技术人员理解，在上述各实施例以及各实施例的各自变化例中，所述绝缘体可以是多种类型的物质，例如优选地为氧化铝或氮化铝，但在变化例中也可以采用碳化硅或者其他高电阻硅材料。个别情况下也可以采用空气，在此不予赘述。

根据本发明的另一个实施例，还提供一种用于等离子处理的反应器，其用于对基板进行等离子化处理。优选地，该反应器包括：对被处理基板进行等离子体处理的处理容器、将处理气体导入该处理容器的处理气体导入部、用于对所述处理容器内进行真空排气的单元、载置台6以及与所述载置台相对的方式设置在所述载置台的上方的上部电极。进一步地，本领域技术人员理解，所述载置台是上述图2至图6所示实施例所描述的载置台，而所述反应器的其余部分则可以参考图1所示内容实现，在此不予赘述。

图7示出根据本发明的第二实施例的，下部电极1的周边部分至中心部分的电场强度分布特性示意图。图7的横坐标表示下部电极1的某一点至下部电极1的中心点的距离，横坐标的中间点为所述下部电极1的中心点，横坐标的最左侧点为所述下部电极1的最外围一点，在此不予赘述。图7所示纵坐标为刻蚀速率，单位为埃/分钟(angstrom/min)，横坐标为下部电极1中的各点距离所述下部电极1的中心的距离。通过图7所示图例可以看出，基于本发明提供的等离子体处理装置的载置台，在所述下部电极1的中心部分的电场强度与所述下部电极1的周边部分的电场强度的差异不大，即所述下部电极1所对应区域的电场强度非常地平均，这与现有技术相比较有了极为明显的改善，在此不予赘述。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (13)

1.一种等离子体处理装置的载置台，其用于载置被处理基板，其特征在于，所述载置台至少包括：

下部电极，所述下部电极为一电导体元件并至少包括第一部件以及第二部件，所述第一部件连接一射频电源，所述第二部件连接另一射频电源，所述第二部件设置在所述第一部件的上方，所述第一部件和第二部件之间进一步设置有绝缘体层，使所述第一部件和第二部件不相互接触；

基板固定装置，其设置于所述第二部件的上方，用于载置被处理基板。

2.根据权利要求1所述的载置台，其特征在于，所述第一部件与所述第二部件平行放置。

3.根据权利要求1或2所述的载置台，其特征在于，所述绝缘体层均匀分布于所述第一部件与第二部件之间。

4.根据权利要求1或2所述的载置台，其特征在于，所述绝缘体层的厚度在如下范围内：0.1到10毫米。

5.根据权利要求1或2所述的载置台，其特征在于，所述绝缘体层的中间部分的厚度大于所述绝缘体层的边缘部分的厚度。

6.根据权利要求5所述的载置台，其特征在于，所述绝缘体层中间部分向上凸起并与基板固定装置接触，且所述下部电极的第二部件呈环状围绕所述绝缘体层向上凸起部分。

7.根据权利要求6所述的载置台，其特征在于，所述第二部件的截面宽度小于下部电极半径的一半。

8.根据权利要求5所述的载置台，其特征在于，所述绝缘体层中间具有一向下凸出部与下部电极第一部件中间的凹进部分相匹配。

9.根据权利要求5所述的载置台，其特征在于，所述绝缘体层中间部分向上凸起，所述下部电极的第二部件的上表面与所述基板固定装置的下表面接触，所示下部电极的第二部件的下表面包括一中间凹进部与所述绝缘体层中间凸起部分相匹配。

10.根据权利要求1或2或6至9中任一项所述的载置台，其特征在于，所述绝缘体层包括如下物质中的任一种：

-氧化铝；

-氮化铝；

-或者其他高电阻硅材料。

11.根据权利要求1或2或6至9中任一项所述的载置台，其特征在于，所述绝缘体层厚度足够小使得下部电极第一部件与所述第二部件间能够电容耦合。

12.根据权利要求11所述的载置台，其特征在于，所述绝缘体层的厚度在如下范围内：0.1到10毫米。

13.一种等离子体处理装置，用于对基板进行等离子化处理，其包括：

对被处理基板进行等离子体处理的处理容器；

将处理气体导入该处理容器的处理气体导入部；

用于对所述处理容器内进行真空排气的单元；

其特征在于，还包括设置在所述处理容器内的根据权利要求1～12中任一项所述的等离子体处理装置的载置台；以及

与所述载置台相对的方式设置在所述载置台的上方的上部电极。