CN103227086A - 一种用于等离子体处理装置的载片台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于等离子体处理装置的用于承载玻璃基片的载片台，其中，包括：第一电极，其与具有第一频率的射频电源连接，用于产生等离子体，静电吸盘，其位于所述第一电极上方，其中，所述静电吸盘包括：第一电介质层，其埋设有用于产生静电吸力的电极；电介质层，其位于所述第一电介质层的下方，所述电介质层至少包括对应于玻璃基片中央区域的第一区域，对应于玻璃基片边缘区域的第三区域，以及位于所述第一区域和所述第三区域之间的第二区域；驱动装置，其用于可选地驱动所述第一区域、第二区域和第三区域的其中之一进行垂直方向上的伸缩。本发明还提供了一种包括所述载片台的等离子体处理装置。本发明能够改善边缘效应，实现制程均一性。

Description

一种用于等离子体处理装置的载片台

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种用于等离子体处理装置的载片台。

背景技术

半导体工艺件的边缘效应是困扰半导体产业的一个问题。所谓半导体工艺件的边缘效应是指在等离子体处理过程中，由于等离子体受电场控制，而上下两极边缘处的场强会受边缘条件的影响，总有一部分电场线弯曲，而导致电场边缘部分场强不均，进而导致该部分的等离子体浓度不均匀。在该种情况下，生产出的半导体工艺件周围也存在一圈处理不均匀的区域。这一不均匀现象在射频电场频率越高时越明显，在射频频率大于60MHZ甚至大于100Mhz时这一等离子浓度的不均匀性程度已经很难再用其它装置如位于静电夹盘边缘的聚集环来调控。

由于半导体工艺件是圆形的，因此愈外圈面积愈大，边缘部分的各个工艺环节的均一性不佳将导致成品率显著下降。在普遍采用300mm制程的今天，半导体工艺件边缘效应带来的损失更为巨大。

因此，业内需要能够简单有效地改善边缘效应，提高制程均一性。

发明内容

针对背景技术中的上述问题，本发明提出了能够改善均一性的用于等离子体处理装置的载片台。

本发明第一方面提供了一种应用于等离子体处理装置的用于承载玻璃基片的载片台，其中，所述玻璃基片位于所述载片台上方，其特征在于，所述载片台包括：

第一电极，其与具有第一频率的射频电源连接，用于产生等离子体，

静电吸盘，其位于所述第一电极上方，其中，所述静电吸盘包括：

电介质层，其位于所述第一电介质层的下方，所述电介质层至少包括对应于玻璃基片中央区域的第一区域，对应于玻璃基片边缘区域的第三区域，以及位于所述第一区域和所述第三区域之间的第二区域；

驱动装置，其用于可选地驱动所述第一区域、第二区域和第三区域的其中之一进行垂直方向上的伸缩。

可选地，分别位于所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域的电介质的介电值相同。

可选地，所述驱动装置可选地驱动所述第一区域和第二区域进行垂直方向上的伸缩。

可选地，所述第一区域进行垂直方向上的伸缩产生的位于所述第一区域的真空空洞的体积大于所述第二区域进行垂直方向上的伸缩产生的位于所述第二区域的真空空洞的体积。

可选地，所述第一区域进行垂直方向上的伸缩产生的位于所述第一区域的真空空洞的体积等于所述第二区域进行垂直方向上的伸缩产生的位于所述第二区域的真空空洞的体积。

可选地，分别位于所述第一区域、第二区域和第三区域的电介质的介电值不同。

可选地，位于所述第一区域的电介质的介电值小于所述第二区域的电介质的介电值以及所述第三区域的电介质的介电值。

进一步地，所述驱动装置包括电机装置、液压装置、气压装置。

其中，所述第一频率为13M赫兹以上。

本发明第二方面还提供了一种等离子体处理装置，其中，包括本发明第一方面提供的载片台。

其中，所述第一频率为13M赫兹以上。

本发明提供的载片台及包括该载片台的等离子体处理装置能够简单有效地改善边缘效应，提高制程均一性。

附图说明

图1是SOG的结构示意图；

图2是SOG受热后表面突起的结构示意图；

图3是本发明的第一具体实施例的真空处理装置的载片台结构示意图；

图4是本发明对玻璃基片进行区域划分的示意图；

图5是本发明的第二具体实施例的真空处理装置的载片台结构示意图；

图6是本发明的第三具体实施例的真空处理装置的载片台结构示意图；

图7是本发明的第四具体实施例的真空处理装置的载片台结构示意图；

图8是本发明的第五具体实施例的真空处理装置的载片台结构示意图；

图9是本发明的第六具体实施例的真空处理装置的载片台结构示意图；

图10是本发明发明效果示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方式进行说明。

本发明通过将在真空处理装置的位于下电极和玻璃基片之间的电介质划分为多个可在垂直方向上伸缩移动的区域，以在对应于玻璃基片的不同位置产生一个或多个空洞，来改变所述下电极和玻璃基片下表面之间等效电容的介电常数，从而进一步改变所述等效电容的大小，以实现对玻璃基片的制程均一性进行优化。

半导体制造中常用的一种基底结构包括于绝缘体衬底上具有半导体材料的结构(semiconductor on insulation，SOI)，这种结构在经过后续半导体工艺处理或微加工后常用于制造高性能的薄膜晶体管、太阳能电池和有源矩阵显示器之类的显示器以及其他器件。SOI结构的一种具体结构为SOG(silicon onglass)结构，即绝缘体上的硅材料结构，也被称为玻璃基片，被国际上公认为“二十一世纪硅集成电路技术”的基础。它能突破体硅材料的诸多限制，在航天领域、光电子领域以及微机械系统等多方面有广阔的应用前景。

下面以SOG结构为例对玻璃基片进行说明，图1示出了SOG的结构示意图，如图1所示，SOG结构从下到上主要包括三层结构：玻璃衬底层20、粘合物质层等，其用于充当所述玻璃衬底层20和硅层22的结合物质层。并且，获得SOG结构的方法包括利用压力、温度(典型地为150摄氏度)和电压施加到硅层22和玻璃衬底20以促进其间的接合。

由此可知，现有技术主要通过施加一定温度(比如，高于常温)来促进半导体材料和绝缘体衬底的接合从而制成SOI结构，但是在SOI结构制成后会冷却到常温状态，由于其中的各种材料的热膨胀系数不同，半导体材料层(如图1的硅层22)会在平面方向发生扭曲或位移，使得制得的SOI结构整体上不平整，图2示出了SOI结构表面出现不平整的情况。如图2所示，由于常温下玻璃层20’和硅层22’的热膨胀系数的不同，导致所述硅层22’表面以及底层的玻璃层20’整体上呈现缓缓地凸起，所述凸起于水平面大概0.5mm～1mm或更多。因此，对玻璃基片进行制程通常是不需要静电吸力将其固定在载片台上，而是采用特定装置从上方对玻璃基片施加一个力来固定。

图3是本发明一个具体实施例的真空处理装置的载片台结构示意图。在下文将描述的具体实施例中，所述真空处理装置特别地为刻蚀机台。如图1所示，本发明提供了一种应用于等离子体处理装置的用于承载玻璃基片W的载片台1，其中，所述玻璃基片典型地为一SOI工艺片，所述玻璃基片W位于所述载片台1上方，所述载片台1包括：

第一电极13，所述第一电极13与具有第一频率f的射频电源15连接。需要说明的是，在刻蚀机台腔室上部分还包括一个与所述第一电极13平行的第二电极(未示出)，两者结合起来用于产生制程用的等离子体，以对所述玻璃基片W进行刻蚀处理。

其中，所述第一电极13是由电导体材料制程，特别地，可由金属铝制成。

静电吸盘，其位于所述第一电极13上方，其中，包括：

电介质层12，其位于所述第一电介质层11的下方，所述电介质层至少包括对应于玻璃基片中央区域的第一区域C，对应于玻璃基片边缘区域的第三区域E，以及位于所述第一区域C和所述第三区域E之间的第二区域M。

驱动装置16，其用于可选地驱动所述第一区域C、第二区域M和第三区域E的其中之一进行垂直方向上的伸缩，从而在所述电介质层14中的上述区域中产生一个或多个空洞。本发明对上述一个或多个真空空洞根据不同的工艺需要有不同的配置方式，在下文中将进行具体讲述。

图4是本发明对玻璃基片进行区域划分的示意图。如图4所示，其示出了一个水平放置的玻璃基片的俯视图，所述玻璃基片为圆盘形的，以圆盘形的玻璃基片的圆心为起点，将位于中央区域的圆形部分设定为玻璃基片的中央区域C’，位于所述中央区域C’外围的圆环形区域设定为玻璃基片的中间区域M’，位于所述中间区域M’外围的圆环区域设定为玻璃基片的边缘区域E’。结合附图1，在静电吸盘中的第一电介质层14中，对应于所述玻璃基片W的中央区域C’的区域即为第一区域C，对应于所述玻璃基片W的中间区域M’的区域即为第二区域M，对应于玻璃基片W的边缘区域E’的区域即为第三区域E。其中，所述第二区域M位于所述第一区域C和第三区域E之间。

驱动装置16，其用于可选地驱动所述第一区域C、第二区域M和第三区域E的其中之一进行垂直方向上的伸缩。

可选地，位于所述第一区域C、所述第二区域M和所述第三区域E的电介质的介电值相同。

进一步地，在本发明一个具体实施例中，所述驱动装置16可选地驱动所述第一区域C和第二区域M进行垂直方向上的伸缩。

本发明的原始思路是通过改变腔体与上电极之间寄生电容来改变半导体工艺件边缘电场密度，半导体工艺件边缘效应得到改善。也就是说通过调节等离子体边缘与腔体之间的寄生电容可以使半导体工艺件边缘的电场重新分布。一般来说，影响这个寄生电容值的因素有三个，即上电极边缘与腔体的相对面积、上电极边缘与腔体之间的距离，以及等离子体边缘与腔体形成空间的等效介电值。等离子处理腔室一旦制成，很明显，其上电极边缘与腔体的相对面积和它们之间的距离是固定的，而寄生电容与电场分布的关系比较复杂，不同的射频能量输入也会影响这一关系，以及考虑到工艺上的可行性，预先计算并制造出具有适当大小寄生电容的真空反应室是很困难的。

因此，唯一有可能改变的就是等离子体与腔体相对空间的等效介电常数，也就是上文所述的第一介电质层的等效介电值。本发明基于这样的考虑，对该空间的等效介电常数进行调节来取得一个合适的寄生电容，使得电场重新分布，进而使半导体工艺件等离子体处理效果均一。

如图3所示，所述驱动装置16可以通过选择装置17选择驱动第一区域C进行垂直方向上的伸缩，从而在对应于硅片W中央区域下方的所述电介质层14中产生第一空洞H11。具体地，将第一电极13和硅片W按照第一区域C、第二区域M和第三区域E分别看做三个等效电容Cc、Cm、Ce，其中的电介质层14即充当了该等效电容其中的介质，因此，根据电容公式：

C＝εS/4πkd，其中，ε为介电常数，d为距离。

由于在本实施例中，空洞H11位于容易产生刻蚀速率较高的中央区域下方的电介质层14的第一区域C中，使得第一区域C中的电介质较其外围的第二区域M和第三区域E的电介质少，即，第一区域C的等效电容Cc的介电常数降低，进而使得所述等效电容Cc降低，从而使得连接于第一电极13上的射频源15能够到达玻璃基片第一区域C的射频能量减少，由此使得玻璃基片中央区域单位时间产生的等离子数量减少，最终降低所述玻璃基片中央区域的刻蚀速率，以改善硅片W的边缘效应，从而使得产生的等离子和玻璃基片之间的相互作用活跃度降低，实现对硅片的制程均一性进行优化。

可选地，所述第一区域C进行垂直方向上的伸缩产生的位于所述第一区域C的真空空洞的体积等于所述第二区域M进行垂直方向上的伸缩产生的位于所述第二区域M的真空空洞的体积。参照图5，在本实施例中，H21的体积等于H22的体积，则由此可以降低硅片W中央区域C’和中间区域M’的刻蚀速率，使得硅片W边缘区域E的刻蚀速率变相得到补偿，改善了硅片W的边缘效应。

所述对应于硅片中央区域C’的一个或多个空洞H21与所述对应于硅片中间区域M’的一个或多个空洞H22相连，成为一体。

可选地，所述第一区域C进行垂直方向上的伸缩产生的位于所述第一区域C的真空空洞的体积大于所述第二区域M进行垂直方向上的伸缩产生的位于所述第二区域M的真空空洞的体积。如图6所示，在本实施例中，H31的体积大于H32的体积，则由此可以对硅片W的刻蚀速率分别按照中央区域C、中间M和边缘区域E进行逐步调整。具体地，由于位于第一区域C中的真空空洞H31的体积最大，则对应于硅片W的中央区域C’的刻蚀速率被降低得最多。其次，由于位于第二区域M的真空空洞H32的体积小于所述真空空洞H31，则对应于硅片W的中间区域M’的刻蚀速率也得到了降低，但其必降低幅度低于对应于硅片W的中央区域C’的刻蚀速率。再次，由于在本实施例中对应于硅片W的边缘区域E’的第三区域E并没有设置任何真空空洞，其刻蚀速率没有进行任何调整。因此，上述控制使得对应于硅片W中央区域C’的刻蚀速率最低，对应于硅片W的中间区域M’的刻蚀速率稍高于所述对应于硅片W中央区域C’的刻蚀速率，而对应于硅片W的边缘区域E’的刻蚀速率最高。由此对边缘效应进行了补偿，进一步优化了制程均一性。

其中，所述对应于硅片中央区域C’的一个或多个空洞H31与所述对应于硅片中间区域M’的一个或多个空洞H32相连，成为一体。

根据本发明的一个变化例，分别位于所述第一区域、第二区域和第三区域的电介质的介电值可以不同。

例如，如图7所示，位于所述第一区域C的电介质的介电值可以小于所述第二区域M的电介质的介电值以及所述第三区域E的电介质的介电值，这样，可以通过设置于第一区域C中的真空空洞H41和所述第二区域中的电介质材料进行双重调整，以达到更好的均一化效果。

再如，如图8所示，位于所述第一区域C进行垂直方向上的伸缩产生的位于所述第一区域C的真空空洞H51的体积等于所述第二区域M进行垂直方向上的伸缩产生的位于所述第二区域M的真空空洞H52的体积。同样，可以通过设置于第一区域C中的真空空洞H51和设置于第二区域M中的真空空洞H52，以及所述第一区域C中的电介质材料进行双重调整。

图9所示的实施例是图8的一个变化例，其不同之处在于，所述第一区域C进行垂直方向上的伸缩产生的位于所述第一区域C的真空空洞H51的体积大于所述第二区域M进行垂直方向上的伸缩产生的位于所述第二区域M的真空空洞H52的体积。本实施例也可以可以通过设置于第一区域C中的真空空洞H51和设置于第二区域M中的真空空洞H52，以及所述第一区域C中的电介质材料进行双重调整，以达到更好的均一化效果。

由上，本领域技术人员应当理解，还可以根据真空空洞的设置和不同电介质层材料的配置来对刻蚀速率进行调整。具体地，真空空洞可分别或同时设置于对应于玻璃基片中央区域、中间区域和边缘区域，而第一区域、第二区域和第三区域的电介质可以相同，也可以完全不同，还可以两两相同，而刻蚀速率的最终影响是由这两方面的因素共同造成的，可以根据实际的制程需要进行配置。

进一步地，所述驱动装置16包括电机装置、液压装置、气压装置。由于在现有技术中电机装置、液压装置、气压装置已经有成熟的技术进行支持，在此，为简明期间，不再赘述。当然，驱动装置16还有其他的实现方式，在此也不再赘述，任何对其实现方式的替换都应包含在本发明的保护范围之内。

进一步地，所述射频源15的第一频率f为13M赫兹以上，优选的为60Mhz以上，甚至100Mhz。。

其中，本发明所应用的电介质材料可选自石英(Quarz)，陶瓷(Ceramic)，聚四氟乙烯(Tefflon)等。其中，所述石英的介电常数为3.58，聚四氟乙烯的介电常数为2.55，陶瓷的介电常数为3。本发明可以根据需要在不同区域根据大小设置上述电介质材料，例如，可在第一区域设置设置介电常数最小的聚四氟乙烯，在其他区域设置石英或陶瓷。又如，可在第一区域设置介电常数最小的聚四氟乙烯，第二区域设置陶瓷，第三区域设置石英。

此外，本发明还提供一种等离子体处理装置，其中，包括上文所述的载片台。为简明起见，不再赘述。

进一步地，所述射频源15的第一频率f为13M赫兹以上，优选的为60Mhz以上，甚至100Mhz。。

参照图10，其以硅片的圆心为原点，以硅片的直径为横轴，以刻蚀速率为Y轴确定了一个坐标轴。其中，S1是应用现有技术的载片台得到的硅片的刻蚀速率曲线，可见，其在圆心周围的中央区域刻蚀速率较高，而在其中间区域刻蚀速率有所降低，在其边缘区域的刻蚀速率最低。S2和S3对应于应用了本发明提供的载片台得到的硅片的刻蚀速率曲线。其中，S2仅对应于硅片中央区域实施本发明，可见其中央区域的刻蚀速率得到显著降低。S3则是对硅片中央区域和中间区域都实施本发明，其中央区域和中间区域的刻蚀速率都得到了降低。由此说明了本发明的优越性，本发明能够快速有效低功耗地改善边缘效应，实现制程均一化。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (11)

1.一种应用于等离子体处理装置的用于承载玻璃基片的载片台，其中，所述玻璃基片位于所述载片台上方，其特征在于，所述载片台包括：

第一电极，其与具有第一频率的射频电源连接，用于产生等离子体，

静电吸盘，其位于所述第一电极上方，其中，所述静电吸盘包括：

电介质层，所述电介质层至少包括对应于玻璃基片中央区域的第一区域，对应于玻璃基片边缘区域的第三区域，以及位于所述第一区域和所述第三区域之间的第二区域，

驱动装置，其用于可选地驱动所述第一区域、第二区域和第三区域的其中之一进行垂直方向上的伸缩。

2.根据权利要求1所述的载片台，其特征在于，分别位于所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域的电介质的介电值相同。

3.根据权利要求2所述的载片台，其特征在于，所述驱动装置可选地驱动所述第一区域和第二区域进行垂直方向上的伸缩。

4.根据权利要求3所述的载片台，其特征在于，所述第一区域进行垂直方向上的伸缩产生的位于所述第一区域的真空空洞的体积大于所述第二区域进行垂直方向上的伸缩产生的位于所述第二区域的真空空洞的体积。

5.根据权利要求3所述的载片台，其特征在于，所述第一区域进行垂直方向上的伸缩产生的位于所述第一区域的真空空洞的体积等于所述第二区域进行垂直方向上的伸缩产生的位于所述第二区域的真空空洞的体积。

6.根据权利要求1所述的载片台，其特征在于，分别位于所述第一区域、第二区域和第三区域的电介质的介电值不同。

7.根据权利要求6所述的载片台，其特征在于，位于所述第一区域的电介质的介电值小于所述第二区域的电介质的介电值以及所述第三区域的电介质的介电值。

8.根据权利要求1所述的载片台，其特征在于，所述驱动装置包括电机装置、液压装置、气压装置。

9.根据权利要求1至8任一项所述的载片台，其特征在于，所述第一频率为13M赫兹以上。

10.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的载片台。

11.根据权利要求10所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述第一频率为13M赫兹以上。

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