CN105789107A - 一种基座及等离子体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基座，包括设有凸台的金属圆盘和绝缘环，所述绝缘环嵌套于所述凸台的外侧，在所述金属圆盘的承载面设有凹部，所述凹部的深度在所述金属圆盘的径向方向上不完全相同。该基座可以提高加工工艺的均匀性，而且成本低，使用寿命长。另外，本发明还提供一种等离子体加工设备。

Description

一种基座及等离子体加工设备

技术领域

本发明属于微电子技术，涉及半导体设备制造领域，具体涉及一种基座及应用该基座的等离子体加工设备。

背景技术

电感耦合等离子体发生装置(ICP)可以在较低工作气压下获得高密度的等离子体，而且结构简单，造价低，因此，被广泛应用于等离子体刻蚀(IC)、物理气相沉积(PVD)、等离子体化学气相沉积(CVD)、微电子机械系统(MEMS)和发光二极管(LED)等工艺中。

在PVD工艺中，为了增加基片与薄膜之间的附着力，降低电路的电阻，以减少热损耗以及提高芯片的性能。在沉积薄膜之前需要对基片表面进行预清洗。如图1所示，用于预清洗的电感耦合等离子体发生装置包括反应腔体1，在反应腔体1内设有基座，其用于固定支撑被加工的基片12。基座包括金属圆盘10和绝缘环11，在金属圆盘10的顶部设有凸台17，基片12放置于凸台17的上表面(承载面)。为了避免刻蚀到金属圆盘10，将绝缘环11嵌套在凸台17的外围。金属圆盘10与下电极射频电源9电连接，并在金属圆盘10和下电极射频电源9之间串接下电极匹配器8。下电极射频电源9产生射频偏压吸引离子轰击基片12，从而去除基片12的表面以及沟槽底部的残留物和金属氧化物，实现预清洗。

由于基座上各区域的耦合效率不同，而且凸台17的外径小于基片12的外径，在预清洗过程中，基片12的中心区域等离子体密度较高，而边缘区域同时受边缘电场的影响，等离子体密度较低，从而导致中心区域的刻蚀速度较快，边缘区域的刻蚀速度较慢，影响了刻蚀的均匀性。图2为基片在径向方向刻蚀速率的分布图。

目前使用的另一种基座结构，如图3所示，金属圆盘10的表面平齐，在金属圆盘10的表面喷涂绝缘层13。这种金属圆盘10的上表面面积比基片12的面积大，使边缘效应外移。虽然这种结构可以在一定程度上改善刻蚀的均匀性，但绝缘层13的裸露部分在工艺中会被刻蚀，一方面污染了基片；另一方面降低了金属圆盘10的使用寿命，增加了维护成本。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基座及包含该基座的等离子体加工设备，其不仅可以改善基座上各区域的射频耦合效率，进而控制基座上各区域形成的电场的场强，而且不影响基座的使用寿命。

解决上述技术问题的所采用的技术方案是提供一种基座，包括设有凸台的金属圆盘和绝缘环，所述绝缘环嵌套于所述凸台的外侧，其特征在于，在所述金属圆盘的承载面设有凹部，所述凹部的深度在所述金属圆盘的径向方向上不同。

优选的，所述凹部的深度从所述金属圆盘的边缘到所述金属圆盘的中心呈梯度变化，而且越靠近所述金属圆盘的中心位置所述凹部的深度越深。

优选的，所述凹部的深度根据中心区域的射频耦合效率确定，中心区域的射频耦合效率越低，所述凹部的深度越深，且所述凹部中心区域的深度小于1mm。

优选的，将所述凹部分为两个区域，第一区域为以所述承载面的对称中心为圆心，直径为D1内的区域；第二区域为以所述承载面的对称中心为圆心，位于直径D1外和D2内之间的区域，其中，D1为刻蚀速率曲线中心鼓包的半峰宽，D2为所述刻蚀速率曲线两个波谷之间的距离。

优选的，所述凹部从所述金属圆盘的边缘到所述金属圆盘的中心逐渐平滑过度形成凹面。

优选的，在所述金属圆盘的承载面设有绝缘层，借助所述绝缘层使所述金属圆盘的承载面保持平坦。

优选的，所述绝缘层采用喷涂、溅射或涂覆工艺形成。

优选的，所述绝缘层为陶瓷层或石英层。

作为另一个技术方案，一种等离子体加工设备，包括反应腔室和设于所述反应腔室内的基座，所述基座与下电极射频电源电连接，所述基座采用本发明提供的上述基座。

优选的，其用于刻蚀设备或物理气相沉积设备。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的基座在金属圆盘的承载面设有凹部，借助凹部改变基片不同区域与金属圆盘之间的距离，这将改变了基片不同区域的阻抗，从而改变了基片不同区域的射频耦合效率，进而控制基座上各区域形成的电场的场强，提高加工工艺的均匀性。另外，这种结构的基座不会增加硬件，降低了成本。

附图说明

图1为用于预清洗的电感耦合等离子体发生装置的结构简图；

图2为基片在径向方向刻蚀速率的分布图；

图3为另一种基座结构的示意图；

图4为本发明实施例基座的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的基座和等离子体加工设备进行详细描述。

等离子体加工设备可用于实施薄膜沉积、刻蚀等工艺。图1为用于刻蚀的等离子体加工设备的结构示意图。如图1所示，等离子体加工设备包括反应腔室，反应腔室包括反应腔体1、金属环状部件2和穹形绝缘顶盖5，穹形绝缘顶盖5设于反应腔室1的顶端，金属环状部件2设于反应腔体1和穹形绝缘顶盖5之间。在穹形绝缘顶盖5的外侧环绕设置柱形立体线圈4，柱形立体线圈4与上电极射频电源7连接，并在柱形立体线圈4和上电极射频电源7之间串接上电极阻抗匹配器6。金属屏蔽罩3设于柱形立体线圈4的外侧。

在反应腔室内设有基座，基座与下电极射频电源9电连接，并在基座和下电极射频电源9之间串接有下电极匹配器8。下电极射频电源9的射频功率通过下电极匹配器8在基片12产生射频偏压，吸引离子轰击基片12，去除基片表面及沟槽内的残留物，从而实现预清洗。

在等离子体加工设备中，基座是用来承载和固定被加工的基片。基座的结构会影响基片的加工效果，如刻蚀的速率和刻蚀的均匀性。

如图4所示，基座包括金属圆盘10和绝缘环11，金属圆盘10设有凸台17，绝缘环11嵌套于凸台17的外侧。在金属圆盘10的承载面设有凹部14，凹部14的深度在金属圆盘10的径向方向上不同。具体地，凹部14的深度在金属圆盘10的径向方向上从金属圆盘10的边缘到金属圆盘10的中心呈梯度变化，而且越靠近金属圆盘的中心位置凹部14的深度越深。凹部14的深度根据根据中心区域的射频耦合效率确定，中心区域的射频耦合效率越低，凹部14的深度越深。为了不影响刻蚀速率，控制下电极射频耦合效率，凹部14的深度的取值范围应控制在1mm以内。在刻蚀速率较快的区域，可以增加凹部14的深度，反之，减少凹部14的深度。

在本实施例中，凹部14被分为两个区域，第一区域为以承载面的对称中心为圆心，直径为D1内的区域，也就是，金属圆盘10的中心区域。D1为图2所示刻蚀速率曲线中心鼓包的半峰宽，中心鼓包为刻蚀速率较快的位置A。第二区域为以承载面的对称中心为圆心，位于直径D1外和D2内之间的区域，D2为刻蚀速率曲线两个波谷之间的距离，波谷是边缘效应引起的刻蚀速率较慢的位置B和C。不难理解，第二区域为环状的区域。由于第一区域刻蚀速率较快，第二区域刻蚀速率较慢，因此，凹部14在第一区域的深度较深，在第二区域的深度较浅。另外，第二区域可以是平滑的面，用以将第一区域和凸台17的边缘平滑过度。

在另一实施例中，凹部14的表面从金属圆盘10的边缘到金属圆盘10的中心逐渐平滑过度，形成一个平滑的弧面。

优选地，在金属圆盘10的承载面还设有绝缘层15，绝缘层15采用喷涂、溅射或涂覆等方式获得，绝缘层15的材料可以是陶瓷或石英等绝缘材料。绝缘层15不仅可以用于保护金属圆盘10，而且还可以用绝缘材料填充凹部14，使金属圆盘10的承载面形成平坦的面。绝缘层15越厚，阻抗越大，可以调节下电极射频耦合效率，从而达到调节刻蚀速率的目的。在实际应用中，如果边缘区域刻蚀速率较慢，可以在金属圆盘10的承载面的边缘区域不设置绝缘层，以提高电场强度，提高离子的轰击能量，从而提高原波谷处的刻蚀速率，进而改善刻蚀的均匀性。

需要说明的是，即使在金属圆盘10的承载面不设置绝缘层15，在真空环境中的气体同样能够改变阻抗，从而调节下电极射在基座上各区域的射频耦合效率，进而控制基座上各区域形成的电场的场强，改善加工工艺(如刻蚀和沉积)的均匀性。

本实施例提供的基座不仅可以用于刻蚀等离子体加工设备，而且可以用于预清洗腔室和沉积腔室的PVD等离子体加工设备。

本发明提供的基座在金属圆盘的承载面设有凹部，借助凹部改变基片不同区域与金属圆盘之间的距离，这将改变了基片不同区域的阻抗，从而改变了基片不同区域的射频耦合效率，进而控制基座上各区域形成的电场的场强，改善了加工工艺的均匀性。另外，当凸台17的外径尺寸小于被加工的基片，可以避免等离子体刻蚀到金属圆盘，从而提高了金属圆盘的使用寿命，降低了维护成本。此外，该基座无需增加硬件，降低了成本。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基座，包括设有凸台的金属圆盘和绝缘环，所述绝缘环嵌套于所述凸台的外侧，其特征在于，在所述金属圆盘的承载面设有凹部，所述凹部的深度在所述金属圆盘的径向方向上不同。

2.根据权利要求1所述的基座，其特征在于，所述凹部的深度从所述金属圆盘的边缘到所述金属圆盘的中心呈梯度变化，而且越靠近所述金属圆盘的中心位置所述凹部的深度越深。

3.根据权利要求2所述的基座，其特征在于，所述凹部的深度根据中心区域的射频耦合效率确定，中心区域的射频耦合效率越低，所述凹部的深度越深，且所述凹部中心区域的深度小于1mm。

4.根据权利要求3所述的基座，其特征在于，将所述凹部分为两个区域，第一区域为以所述承载面的对称中心为圆心，直径为D1内的区域；第二区域为以所述承载面的对称中心为圆心，位于直径D1外和D2内之间的区域，其中，D1为刻蚀速率曲线中心鼓包的半峰宽，D2为所述刻蚀速率曲线两个波谷之间的距离。

5.根据权利要求1所述的基座，其特征在于，所述凹部从所述金属圆盘的边缘到所述金属圆盘的中心逐渐平滑过度形成凹面。

6.根据权利要求1所述的基座，其特征在于，在所述金属圆盘的承载面设有绝缘层，借助所述绝缘层使所述金属圆盘的承载面保持平坦。

7.根据权利要求6所述的基座，其特征在于，所述绝缘层采用喷涂、溅射或涂覆工艺形成。

8.根据权利要求6所述的基座，其特征在于，所述绝缘层为陶瓷层或石英层。

9.一种等离子体加工设备，包括反应腔室和设于所述反应腔室内的基座，所述基座与下电极射频电源电连接，其特征在于，所述基座为权利要求1-8任意一项所述的基座。

10.根据权利要求9所述的等离子体加工设备，其特征在于，其用于刻蚀设备或物理气相沉积设备。