CN103165370A - 一种降低射频耦合等离子体装置的载置台及等离子体装置 - 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，其与设置于所述载置台之外的上部电极相适应以在上下部电极之间形成射频电场；基板固定装置，其设置于所述下部电极的上方，用于载置被处理基板；其特征在于，所述下部电极面向上部电极的表面上设置有多个耦合区，其中至少包括一个弱耦合区，弱耦合区中包括多个沟或槽。通过这些弱耦合区的设置使得原有射频耦合过强的区域的射频电场得到减弱，最终在基片上方得到均一的射频电场分布。

Description

一种降低射频耦合等离子体装置的载置台及等离子体装置

技术领域

本发明涉及半导体制程设备，尤其是对于基板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基板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基板（半导体晶片、玻璃基板等）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，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射频等离子体。

在现有工艺中，在等离子体处理装置中通常会存在比较严重的射频耦合不均一情况。造成这种状况的原因比较多，例如集肤效应造成高频电流会沿电极边沿流动造成边缘和中心区域电场强度不均，驻波效应使得沿不同方向传播的射频电场在互相叠加后会形成驻波造成部分区域的电场强度强于其它部分。其它硬件设备的不对称也会造成在整个加工晶圆上的电场强度不均一。为了抵消这些原因造成的电场强度不均，需要一种简单有效的方法来使得最终在等离子加工过程中上下电极间的电场在晶圆上按需要的强度分布。

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，提供一种降低射频耦合的等离子体处理装置的载置台，所述载置台用于载置被处理基板，所述载置台至少包括：下部电极，其与设置于所述载置台之外的上部电极相适应以在上下部电极之间形成射频电场；基板固定装置，其设置于所述下部电极的上方，用于载置被处理基板；其特征在于，所述下部电极面向上部电极的表面上设置有多个耦合区，其中至少包括一个弱耦合区，弱耦合区中包括多个沟或槽。

根据本发明的另一个方面，还提供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。

根据本发明的另一个方面，还提供一种在等离子体处理装置中降低射频耦合的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：通过设置于所述等离子体装置的下部电极中的弱耦合部区来改变所述射频在所述等离子体装置中的入射角度。

本发明通过在载置台的下部电极上设置弱耦合区来改变通过所述下部电极的射频的入射角度，从而明显改善射频耦合的均一程度。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示出了根据现有技术的等离子体处理装置用的载置台的下部电极20的纵截面图；

图3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2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2的横截面图；

图5示出根据本发明第二实施例的，等离子体处理装置用的载置台2的纵截面图；

图6示出根据本发明第二实施例的，等离子体处理装置用的载置台2的纵截面图； 

图7示出根据本发明第二实施例的，等离子体处理装置用的载置台2的纵截面图；以及

图8示出根据本发明第二实施例的，等离子体处理装置用的载置台2的纵截面图。

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纵截面示意图。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80。

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基板30用的基板固定装置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基板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示出了根据现有技术的等离子体处理装置用的载置台的下部电极20的纵截面图。为了简单明了起见，在本实施例中仅仅画出了载置台的下部电极20的基本组成。所述下部电极20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20为电导体。所述下部电极20之上设置一个基板固定装置32，在所述基板固定装置32上放置被处理的基板30。

在图2所示现有技术中，所述下部电极20连接高频电源81，其上方设置所述基板固定装置32。本领域技术人员理解，基于上述结构，最终，用于处理被处理基板的等离子体由所述下部电极20射向所述被处理基板30，在此不予赘述。但由于上述各种原因，导致射频耦合的缺陷比较严重，影响了等离子化的效果。

图3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2的纵截面图。为了清楚描述，在图3中仅仅示出了所述载置台2的下部电极20。优选地，在本实施例中，所述下部电极20呈一个圆柱形，其面向上部电极10的表面上设置有多个耦合区。优选地，在本实施例中，所述耦合区呈圆环状，所述耦合区中分为一个弱耦合区201和一个强耦合区202，所述弱耦合区201与所述强耦合区202呈中心和边缘分布，所述弱耦合区201优选地位于中心部分。具体地，本领域技术人员理解，图3示出了所述下部电极20的纵截面图，而下图4则示出了所述下部电极20的纵截面图，图4示意地显示出了所述下部电极20中弱耦合区201和强耦合区202的分布，在此不予赘述。

进一步地，本领域技术人员理解，在本实施例的一些变化例中，所述下部电极20表面上所述弱耦合区201可以设置有多个，所述强耦合区202也可以设有多个，所述多个弱耦合区201与多个强耦合区202呈中心分布，所述多个弱耦合区201优选地位于中心部分，且每个弱耦合区201之间具有一定的间隔（图3中未示出），例如优选地，所述间隔之间为现有技术中组成所述下部电极20的材料，又例如所述间隔之间为所述强耦合区，在此不予赘述。更进一步地，本领域技术人员理解，在一个变化例中，所述多个弱耦合区201之间的间隔是不等间距的，在此不予赘述。

更进一步地，在本实施例中，所述一个或多个弱耦合区201包括多个沟或槽203，所述的多个沟或槽呈圆环分布如图4所示，优选地，所述多个沟或槽203为多个同心圆，与所述弱耦合区为同一圆心。

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2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32之后的所述载置台2的横截面图，更准确地讲，其示出了所述下部电极20的横截面图。从本实施例可以看出，俯视所述载置台2，所述下部电极20呈一个圆形，其面向上部电极10的表面上设置有多个耦合区，优选地，所述耦合区呈圆环状，所述耦合区至少分为一个弱耦合区201和一个强耦合区202，所述弱耦合区201与所述强耦合区202呈中心和边缘分布，所述弱耦合区201优选地位于中心部分。

进一步地，所述一个或多个弱耦合区201包括多个沟或槽203，所述的多个沟或槽呈圆环分布，优选地，所述多个沟或槽203为多个同心圆，与所述弱耦合区为同一圆心，而在本实施例的一些变化例中，所述沟或槽203可以为其他形状（例如所述沟或槽203呈直线形），本领域技术人员理解，这些实施例的变化例均可以结合图4所示实施例予以实现，在此不予赘述。

更具体地，所述沟或槽203的宽度优选地小于1mm，优选地，每个所述沟或槽203之间的距离均相等。

更为具体地，本领域技术人员理解，在图4所示实施例的一个变化例中，所述沟或槽203之间的距离不相等，具体地，所述下部电极20表面弱耦合区201中心区域的沟或槽203的密度大于边缘区域的沟或槽203的密度，而在另一个变化例中，具体地，所述下部电极20表面弱耦合区201中心区域的沟或槽203的密度小于边缘区域的沟或槽203的密度，本领域技术人员理解，这些变化例均可以结合图4所示实施例予以实现，在此不予赘述。

更进一步地，至少一个所述沟或槽203被填充与所述下部电极20不同的电介质材料，本领域技术人员理解，所述电介质材料优选地可以为：、云母、玻璃、树脂、瓷、橡胶以及高分子聚合物等材料。

而更进一步地，本领域技术人员理解，根据图2所述实施例的一个变化例中，所述下部电极6可以呈其他的形状，例如长方形等，其面向上部电极10的表面上部发生其他的变化，这并不影响所述发明的具体应用。

图5示出根据本发明第二实施例的，等离子体处理装置用的载置台2的纵截面图。为了更清楚地阐述本发明，图5单独示出了所述下部电极20的弱耦合区201内沟或槽203的纵截面图，从本实施例可以看出，所述载置台2上的下部电极20的弱耦合区201设有多个沟或槽203，优选地，所述沟或槽203的纵截面呈矩形，且至少一个所述沟或槽203被填充与所述下部电极20不同的电介质材料。更优选地，每条所述沟或槽203的形状、尺寸都是相同的，且每条所述沟或槽203之间的间距也是相等的。而在一些变化例中，每条所述沟或槽203的尺寸可以是不同的，例如，一条所述沟或槽203的宽度大于另一条所述沟或槽的宽度或者一条所述沟或槽203的深度大于另一条的深度，在此不予赘述。而在另一些变化例中，每条所述沟或槽203之间的间距也可以是不同的，例如其中任意两条所述沟或槽203之间的间距大于另两条所述沟或槽203之间的间距，此处不予赘述。

参考图5所示实施例，更进一步地，本领域技术人员理解，所述沟或槽203使下部电极20发出原本平行的电场线不再平行，进一步地，本领域技术人员理解，所述沟或槽203改变所述射频在所述等离子体装置中的入射角度，使其两边发出的电场的向量的相加因发出电场水平方向相反而减小，达到降低射频耦合的目的。

更具体地，本领域技术人员理解，所述沟或槽203须开得很小，可能被蚀刻或被填满，从而遏制了空心阴极的效果。

图6示出根据本发明第二实施例的，等离子体处理装置用的载置台2的纵截面图。本实施例可以理解为上述图5所述实施例的一个变化例，为了更清楚地阐述本发明，图6单独示出了所述下部电极20的弱耦合区201内沟或槽203的纵截面图。优选地，从所述沟或槽203的截面看去，所述沟或槽203的两边对称，为一个等腰三角形，更进一步优选地，每条所述沟或槽203之间的间距是相等的，而每条沟或槽203的宽度与深度也是相等的即如图6所示。而在一些变化例中，每条所述沟或槽203的宽度与深度可以是不相同的，并且每条所述沟或槽203之间的间距也可以是不同的，即此时，所述弱耦合区201上的所述沟或槽203呈不规则分布，本领域技术人员理解，这些均可以结合图6所示实施例予以实现，此处不予赘述。

图7示出根据本发明第二实施例的，等离子体处理装置用的载置台2的纵截面图。本实施例可以理解为上述图5所述实施例的一个变化例，为了更清楚地阐述本发明，图7单独示出了所述下部电极20的弱耦合区201内沟或槽203的纵截面图，即从所述沟或槽203截面看去，所述沟或槽203的两边是对称的，更进一步优选地，每条所述沟或槽203之间的间距是相等的，而每条沟或槽203的宽度与深度也是相等的即如图7所示。而在一些变化例中，每条所述沟或槽203的宽度与深度可以是不相同的，并且每条所述沟或槽203之间的间距也可以是不同的，即此时，所述弱耦合区201上的所述沟或槽203呈不规则分布，本领域技术人员理解，这些均可以结合图7所示实施例予以实现，此处不予赘述。

图8示出根据本发明第二实施例的，等离子体处理装置用的载置台2的纵截面图。本实施例可以理解为上述图5所述实施例的一个变化例，为了更清楚地阐述本发明，图8单独示出了所述下部电极20的弱耦合区201内沟或槽203的纵截面图，具体地，所述沟或槽203呈半圆形，即从所述沟或槽203的纵截面处看去，所述沟或槽203是两边对称的圆弧。优选地，所述每条所述沟或槽203之间的间距是相等的，而每条沟或槽203的宽度与深度也是相等的即如图8所示。而在一些变化例中，每条所述沟或槽203的宽度与深度可以是不相同的，并且每条所述沟或槽203之间的间距也可以是不同的，即此时，所述弱耦合区201上的所述沟或槽203呈不规则分布，本领域技术人员理解，这些均可以结合图8所示实施例予以实现，此处不予赘述。

更进一步地，根据图5至图8所示实施例中所述的沟或槽203，其形状优选地可以是长方形（如图5所示），而其形状也可以为其他形状例如倒三角形（如图6所示）、倒梯形（如图7所示）或半圆形（如图8所示）等，本领域技术人员理解，这些实施例的变化例均可以结合图5所示实施例予以实现，且不影响图5所示实施例的实现，并可以达到与图5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，在本发明的一个具体实施方式中，还提供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；同时，还包括上述图3至图8所示之一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。

进一步地，本领域技术人员理解，上述图3至图8所示实施例所述的电介质材料至少可以参考《电介质物理学（第2版）——凝聚态物理学丛书》（作者：殷之文，科学出版社，ISBN：7030106814，2003年5月出版）来实现，在此不予赘述。

更进一步地，结合上述图3至图8所示实施例，本领域技术人员理解，在另一个具体实施方式中，本发明还提供了一种的方法，具体地，所述控制方法包括如下步骤：通过设置于所述等离子体装置的下部电极中的弱耦合区来改变所述射频在所述等离子体装置中的入射角度。本领域技术人员理解，优选地，所述弱耦合区由与下部电极其他部分不同的物质组成。例如，优选地，可以结合上述图3至图8所示实施例实现这样的弱耦合区，例如所述弱耦合区201上具有沟或槽203，所述沟或槽203被填充与所述下部电极20不同的电介质材料。本领域技术人员理解，所述沟或槽203使下部电极20发出原本平行的电场线不再平行，进一步地，本领域技术人员理解，所述沟或槽203能改变所述射频在所述等离子体装置中的入射角度，使其两边发出的电场的向量的相加因发出电场水平方向相反而减小，达到降低射频耦合的目的。更具体地，本领域技术人员理解，所述沟或槽203须开得较小，可能被蚀刻或被填满，从而遏制空心阴极的效果。

进一步地，结合上述图3至图8所示实施例，本领域技术人员理解，所述弱耦合区201的组成可以根据不同实施需要而变化，例如图5至图8所示实施例所披露的各种不同形状的沟或槽等。这样的弱耦合区均可以实现本发明提供的控制方法，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 (11)

1.一种降低射频耦合的等离子体处理装置的载置台，所述载置台用于载置被处理基板，所述载置台至少包括：

下部电极，其与设置于所述载置台之外的上部电极相适应以在上下部电极之间形成射频电场；

基板固定装置，其设置于所述下部电极的上方，用于载置被处理基板；

其特征在于，所述下部电极面向上部电极的表面上设置有多个耦合区，其中至少包括一个弱耦合区，弱耦合区中包括多个沟或槽。

2.根据权利要求1所述的载置台，其特征在于，所述下部电极面向上部电极的表面上所设置的多个耦合区中还包括一个或多个强耦合区，所述弱耦合区与所述强耦合区呈中心和边缘分布，所述弱耦合区优选地位于中心部分。

3.根据权利要求1或2所述的载置台，其特征在于，所述沟或槽的宽度优选地小于1mm。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的载置台，其特征在于，所述至少一个沟或槽被填充与所述下部电极不同的电介质材料。

5.根据权利要求4所述的载置台，其特征在于，所述电介质材料包括如下材料中的任一种或任多种：

SiO₂；

云母；

玻璃；

树脂；

瓷；

橡胶；以及

高分子聚合物。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的载置台，其特征在于，所述沟或槽呈圆环分布，多个沟或槽优选地构成同心圆。

7.根据权利要求6所述的载置台，其特征在于，每个沟或槽之间的距离均相等的。

8.根据权利要求6所述的载置台，其特征在于，在所述下部电极的中心区域的沟或槽的密度大于所述下部电极的边缘区域的沟或槽的密度。

9.根据权利要求6所述的载置台，其特征在于，在所述下部电极的中心区域的沟或槽的密度小于所述下部电极的边缘区域的沟或槽的密度。

10.一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1~9中任一项所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。

11.一种在等离子体处理装置中降低射频耦合的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过设置于所述等离子体装置的下部电极中的弱耦合区来改变所述射频在所述等离子体装置中的入射角度。

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