CN103165380B - 一种降低射频耦合的等离子体处理装置及载置台 - Google Patents
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Abstract
本发明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并配合产生用于对被处理基本进行的射频；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，至少所述下部电极的上部的至少一个区域被设置为电容耦合区，所述电容耦合区由多层金属层与多层绝缘层间隔地组成。还提供一种等离子体处理装置，其包括所述载置台。本发明通过在载置台的下部电极上设置电容耦合区，通过多层绝缘层、金属层的叠加来形成多个电容，进而改善所述载置台的射频耦合的均一程度。
Description
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（晶片）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，产生等离子体。
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分布不均情况。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并配合产生用于对被处理基本进行的射频；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，至少所述下部电极的上部的至少一个区域被设置为电容耦合区，所述电容耦合区由多层金属层与多层绝缘层间隔地组成。
优选地，所述耦合区的最下层为绝缘层，从该绝缘层向上依次为金属层、绝缘层地相间隔设置。
优选地，所述耦合区的最上层为金属层，且从该金属层向下依次为绝缘层、金属层地相间隔设置。
优选地，所述绝缘层的厚度在如下范围内：0.1到10毫米。
优选地，至少两个所述绝缘层的厚度是不同的。
优选地，至少两层所述绝缘层的材质是不同的。
优选地，所述绝缘层包括如下物质中的任一种或任多种：氧化铝；氮化铝；Low-K材料；或者其他高电阻硅材料。
优选地，所述金属层的厚度在如下范围内：0.1到10毫米。
优选地，至少两个所述金属层的厚度是不同的。
优选地，至少两层所述金属层的材质是不同的。
优选地，所述金属层包括如下物质中的任一种或任多种：铝；铁；铜；锡；以及多晶硅材料。
根据本发明的另一个方面，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上述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。
本发明通过在载置台的下部电极上设置电容耦合区，通过多层绝缘层、金属层的叠加来形成多个电容，进而改善所述载置台的射频耦合的均一程度。
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。
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之上设置一个静电夹卡盘32，在所述静电夹卡盘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，其上方设置所述静电夹卡盘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的纵截面图。所述下部电极20呈一个圆柱形，其面向上部电极10的上表面设置有一个电容耦合区21，所述电容耦合区21可以是圆形、矩形、梯形等规则形状，也可以是一些不规则的形状，本领域技术人员理解，所述电容耦合区21的形状并不会影响所述实施例的实现，在此不予赘述。更具体地，在本实施例的一些变化例中，所述电容耦合区21可以设置有多个（图3中仅仅示出一个电容耦合区，以下各图同），本领域技术人员理解，这些实施例的变化例均可以结合图3所示实施例予以实现，在此不予赘述。
进一步地，根据图3所示实施例，所述电容耦合区21由多层金属层22和多层绝缘层23间隔地组成，优选地，所述金属层22和绝缘层23呈凹状，且所述电容耦合区21的最底层为绝缘层23，其最顶层应为金属层22，进而，所述电容耦合从下至上至少应为绝缘层—金属层—绝缘层—金属层四层（如图4所示）。
更为具体地，所述电容耦合区21的绝缘层23的厚度应为0.1到10毫米，其可以由氧化铝、氮化铝、Low-K材料或者其他高电阻硅材料组成，且多层所述绝缘层23中至少有两层的厚度不相同，至少有两层所述绝缘层23的材料不同，例如有四层所述绝缘层23的电容耦合区21中，可以有两层绝缘层23的厚度与材料都不相同，而其他两层的厚度与材料都相同，又例如，四层绝缘层23中，其中两层的材料不同厚度相同，而另两层的厚度不同材料相同等，本领域技术人员理解，在类似情形下，都能通过图3所示实施例予以实现，并可以达到与图3所示实施例类似的效果，在此不予赘述。
类似地，根据图3所述实施例的电容耦合区21，其金属层22由铝、铁、铜、锡或者其他多晶硅材料组成，所述金属层22的厚度为0.1到10毫米，且多层所述金属层22中至少有两层的厚度不相同，至少有两层所述金属层22的材料不同，例如有四层所述金属层22的电容耦合区21中，可以有两层金属层22的厚度与材料都不相同，而其他两层的厚度与材料都相同，又例如，四层金属层22中，其中两层的材料不同厚度相同，而另两层的厚度不同材料相同等，本领域技术人员理解，在类似情形下，都能通过图3所示实施例予以实现，并可以达到与图3所示实施例类似的效果，在此不予赘述。
图4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的下部电极20的电容耦合区21的纵截面图，本实施例可以理解为上述图3的一个变化例，为了更清楚地阐述本发明，图4单独示出了所述下部电极20的电容耦合区21的纵截面图，具体地，所述下部电极20的电容耦合区21由两层金属层22和两层绝缘层23组成，所述电容耦合区21的顶部为金属层221，底部为绝缘层232，所述两层金属层22与两层绝缘层23间隔地组成，从下至上依次为绝缘层232—金属层222—绝缘层231—金属层221，优选地，所述两层金属层221、222与所述两层绝缘层231、232均呈凹状，所述绝缘层232的凹状大小与所述金属层222整体的大小相适应，能使所述金属层222正好放入所述绝缘层232的凹状内，类似地，所述金属层222的凹状大小与所述绝缘层231整体的大小相适应，能使所述绝缘层231正好放入所述金属层222内，进而使所述两层金属层221、222与所述两层绝缘层231、232依次间隔嵌套。
更具体地，本领域技术人员理解，所述电容耦合区21的两层绝缘层231、232的材料与厚度都不相同，其两层金属层221、222的材料与厚度也都不相同，在此情形下，所述电容耦合去21也能通过图3所示实施例予以实现，并可以达到与图3所示实施例类似的效果，在此不予赘述。
更进一步地，根据图4所示实施例，优选地，所述金属层22和绝缘层23呈凹状，而在本实施例的一些变化例中，所述金属层22和绝缘层23也可以呈其他形状如平板状（例如图5所示），与图4所述相同的由下至上依次为绝缘层232—金属层222—绝缘层231—金属层221。本领域技术人员结合上述实施例以及变化例可以实现图4所示实施例，在此不予赘述。
图5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的纵截面图，本实施例可以理解为上述图3的一个变化例，具体地，所述电容耦合区21由多层金属层22和多层绝缘层23间隔地组成，所述金属层22和绝缘层23呈平板状，且所述电容耦合区21的最底层为绝缘层23，其最顶层应为金属层22，进而，所述电容耦合从下至上至少应为绝缘层—金属层—绝缘层—金属层四层，优选地，所述金属层22与绝缘层23的面积大小相同，与图3所示实施例类似地，所述多层金属层22中至少有两层材料不相同，至少有两层的厚度不相同，所述多层绝缘层23中至少有两层的材料不相同，至少有两层的厚度不相同，本领域技术人员理解，在类似情形下，都能通过图3所示实施例予以实现，并可以达到与图3所示实施例类似的效果，在此不予赘述。
参考图3~图5所示实施例，更进一步地，本领域技术人员理解，本发明所述等离子体处理装置在下部电极20上设置一个由绝缘材料与金属材料间隔叠加组成的电容耦合区21，通过间隔叠加的所述金属层22与绝缘层23材料的不同，形成多个电容，该多个电容叠加形成一个可变的电容，从而达到可选择性地降低射频耦合的目的。进一步地，本领域技术人员理解，通过本发明提供的电容耦合区21内的多个电容大小的调节，可以实现不同程度降低射频耦合的目的，例如每个电容的大小可以通过电容两极的间距来调节，在此不予赘述。
进一步地，参考图3至图5所示实施例，本领域技术人员理解，在一个变化例中，所述电容耦合区21的最底层为绝缘层23，其最顶层应为金属层22，具体地，所述两层金属层22与两层绝缘层23间隔地组成，从下至上依次为金属层222—绝缘层232—金属层221—绝缘层231，在有更多金属层与绝缘层叠加的情况下继续以此次序向上叠加、在工艺允许的情况下层数并无限制，本领域技术人员理解，这些变化例并不影响本发明的具体实施，此处不予赘述。
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并配合产生用于对被处理基板进行处理的射频；
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，至少所述下部电极的上部的至少一个区域被设置为电容耦合区，所述电容耦合区由多层金属层与多层绝缘层上下间隔地组成。
2.根据权利要求1所述的载置台，其特征在于，所述电容耦合区的最下层为绝缘层，从该绝缘层向上依次为金属层、绝缘层地相间隔设置。
3.根据权利要求1或2所述的载置台，其特征在于，所述耦合区的最上层为金属层，且从该金属层向下依次为绝缘层、金属层地相间隔设置。
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，至少两个所述绝缘层的厚度是不同的。
6.根据权利要求1或2所述的载置台，其特征在于，至少两层所述绝缘层的材质是不同的。
7.根据权利要求1或2所述的载置台，其特征在于，所述绝缘层包括如下物质中的任一种或任多种：
-氧化铝；
-氮化铝；
-低介电常数材料。
8.根据权利要求1或2所述的载置台，其特征在于，所述金属层的厚度在如下范围内：0.1到10毫米。
9.根据权利要求1或2所述的载置台，其特征在于，至少两个所述金属层的厚度是不同的。
10.根据权利要求1或2所述的载置台，其特征在于，至少两层所述金属层的材质是不同的。
11.根据权利要求1或2所述的载置台，其特征在于，所述金属层包括如下物质中的任一种或任多种：
-铝；
-铁；
-铜；
-锡；以及
-多晶硅材料。
12.根据权利要求1或2所述的载置台，其特征在于，所述绝缘层与金属层呈凹状。
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。
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