CN106298420B - 下电极以及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供的下电极以及半导体加工设备，包括用于支撑和固定基座的腔体，在该腔体内，且位于基座的下方选择性地对应基座的不同区域中的至少一个区域设置有磁控管，以调节基座附近的等离子体分布。本发明提供的下电极，其可以对任意局部的等离子体分布进行调节，调节灵活性较高，从而可以满足不同工艺对均匀性的要求。

Description

下电极以及半导体加工设备

技术领域

本发明涉及半导体设备制造领域，具体地，涉及一种下电极以及半导体加工设备。

背景技术

目前，等离子体加工设备已被广泛地应用在集成电路、LED芯片或MEMS器件的制造工艺中，以对晶片进行刻蚀、沉积或溅射等工艺。在进行上述工艺的过程中，通常在反应腔室内设置有下电极，其主要具有以下两个作用：其一，安装和固定用于承载晶片的基座；其二，形成供用于将基座的射频等接口与反应腔室外部的射频电源电连接的线缆通过的通道。

图1为现有的下电极的剖视图。如图1所示，下电极由侧壁1和底壁2组成封闭的腔体10。该下电极设置在反应腔室(图中未示出)中，且腔体10处于大气状态，而反应腔室的位于腔体10之外的空间则处于真空状态。用于承载晶片的基座3由该下电极支撑和固定，且在侧壁1上还设置有可供线缆4通过的通道，射频电源5通过线缆4与基座3的射频接口电连接，以通过基座3将射频能量耦合到反应腔室中，从而在反应腔室内产生等离子体，同时产生一个方向与基座2上表面的法线方向相互平行、且指向基座3的负偏压。

但是，上述上电极在实际工艺过程中往往会出现以下问题，即：以刻蚀工艺为例，往往晶片边缘的刻蚀速率比晶片中心的刻蚀速率快，导致整片晶片的刻蚀均匀性受到影响，这种现象称为边缘效应。究其原因，是由于电场会在晶片边缘处发生畸变，晶片边缘的电场强度变大，导致离子的轰击能量增大，这导致晶片边缘的刻蚀速率增大，从而影响整片晶片的刻蚀速率。此现象在各种具有电容耦合放电模式的等离子体加工设备中都有体现。

为此，通常的做法是通过改变基座3附近的等离子体分布来改善工艺的均匀性，例如在反应腔室的外部增设边磁铁，又如通过上电极改变等离子体的分布进行补偿。但是，这些方式无法对任意局部的等离子体分布进行调节，调节灵活性较差，无法满足不同工艺对均匀性的要求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种下电极以及半导体加工设备，其可以灵活地调节基座附近的等离子体分布，从而可以满足不同工艺对均匀性的要求。

为实现本发明的目的而提供一种下电极，包括用于支撑和固定基座的腔体，在所述腔体内，且位于所述基座的下方选择性地对应所述基座的不同区域中的至少一个区域设置有磁控管，以调节所述基座附近的等离子体分布。

其中，在所述腔体内的底部对应于所述基座的不同区域分布有多个安装孔；且选择性地在所述多个安装孔中的至少一部分安装孔内设置所述磁控管。

优选的，所述多个安装孔相对于所述基座用于承载被加工工件的表面均匀分布。

优选的，所述多个安装孔分布在以所述基座的中心为圆心的不同半径的圆周上。

优选的，所述下电极还包括驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述磁控管旋转，以实时改变所述磁控管对应所述基座的区域。

优选的，所述驱动装置包括：旋转件，其设置在所述腔体内，且在所述旋转件上对应于所述基座的不同区域分布有多个安装孔；并且选择性地在所述多个安装孔中的至少一部分安装孔内设置所述磁控管；旋转电机，用于驱动所述旋转件作旋转运动。

优选的，所述旋转件为圆盘，所述圆盘的中心与所述基座的中心相对应，所述多个安装孔均匀分布在以所述圆盘的中心为圆心的不同半径的圆周上；所述旋转电机用于驱动所述圆盘围绕其中心作旋转运动。

优选的，所述旋转件为摇臂，所述摇臂的一端位于所述基座的中心，且所述摇臂的长度方向在所述基座的径向上，所述多个安装孔沿所述摇臂的长度方向间隔排布；所述旋转电机用于驱动所述摇臂的另一端围绕其位于所述基座中心的一端作旋转运动。

优选的，所述磁控管与所述安装孔螺纹连接。

优选的，通过旋紧或旋松所述磁控管，来调节所述磁控管相对于所述安装孔在所述安装孔的轴向上的高度。

优选的，根据不同的工艺状况选择相邻两个所述安装孔的中心距、所述磁控管的安装位置、安装在所述安装孔上的所述磁控管的尺寸、数量和/或所述磁控管相对于所述安装孔在所述安装孔的轴向上的高度。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室和设置在其内的下电极，所述下电极采用了本发明提供的上述下电极。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的下电极，其通过在腔体内，且位于基座的下方选择性地对应基座的不同区域中的至少一个区域设置磁控管，可以调节基座附近的等离子体分布，进一步说，在对应基座的部分区域设置磁控管，而基座的其余区域未设置磁控管，由磁控管产生的磁场可以起到调节基座对应该磁控管所在位置的负偏压分布，从而可以改变基座对应该位置处的等离子体分布。由于仅需要选择将磁控管安装在基座的哪些区域内即可，因此，本发明提供的下电极可以对任意局部的等离子体分布进行调节，调节灵活性较高，从而可以满足不同工艺对均匀性的要求。

本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述下电极，可以对任意局部的等离子体分布进行调节，调节灵活性较高，从而可以满足不同工艺对均匀性的要求。

附图说明

图1为现有的下电极的剖视图；

图2A为本发明第一实施例提供的下电极的剖视图；

图2B为本发明第一实施例提供的下电极的底部俯视图；

图2C为本发明第一实施例提供的下电极的局部剖视图；

图3A为本发明第二实施例提供的下电极的剖视图；

图3B为本发明第二实施例中旋转件的俯视图；

图4A为本发明第二实施例的一个变型实施例提供的下电极的剖视图；以及

图4B为本发明第二实施例的变型实施例中旋转件的俯视图。

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，下面结合附图来对本发明提供的下电极以及半导体加工设备进行详细描述。

图2A为本发明实施例提供的下电极的剖视图。图2B为本发明第一实施例提供的下电极的底部俯视图。请一并参阅图2A和图2B，下电极包括用于支撑和固定基座23的腔体210，该基座23用于承载被加工工件。并且，在腔体210内的底部对应于基座23的不同区域分布有多个安装孔221；且选择性地在多个安装孔中的至少一部分安装孔内设置磁控管26，以调节基座23附近的等离子体分布。进一步说，可以在相应的一部分安装孔221内设置磁控管26，而其余安装孔221内未设置磁控管26；或者，也可以在各个安装孔221内均设置磁控管26，同时根据不同的工艺状况设计磁控管的尺寸和/或磁控管相对于安装孔在安装孔的轴向上的高度等的参数。例如，如图2A所示，将磁控管26安装在对应于基座23边缘区域的安装孔221内，而对应于基座23中心区域的安装孔221内未安装磁控管26。

由磁控管产生的磁场可以起到调节基座对应该磁控管所在位置的负偏压分布，从而可以改变基座对应该位置处的等离子体分布。由于仅需要选择将磁控管安装在哪些安装孔内即可，因此，本发明提供的下电极可以对任意局部的等离子体分布进行调节，调节灵活性较高，从而可以满足不同工艺对均匀性的要求。

优选的，多个安装孔221相对于基座23用于承载被加工工件的表面(一般为基座的上表面)均匀分布，从而可以保证基座表面的各个区域均可安装磁控管26，以实现能够调节对应基座26表面的各个区域的等离子体分布。

在本实施例中，如图2B所示，多个安装孔221均匀分布在以基座23的中心为圆心的不同半径的圆周上，这种排布方式可以使任意相邻的两个安装孔221之间的中心距大致相等，从而有利于调节对应基座26表面的各个区域的等离子体分布。当然，在实际应用中，也可以采用其他方式设计安装孔的排布方式。

在本实施例中，图2C为本发明第一实施例提供的下电极的局部剖视图。请参阅图2C，磁控管26与安装孔221螺纹连接。具体来说，安装孔221为螺纹孔，且磁控管26类似于螺钉，即具有与该螺纹孔相配合的螺柱。此外，通过旋紧或旋松磁控管26，来调节磁控管26相对于安装孔221在安装孔221的轴向上的高度，从而可以进一步调节磁控管26所在位置处的电场。

在实际应用中，根据不同的工艺状况选择相邻两个安装孔的中心距、磁控管的安装位置、安装在安装孔上的磁控管的尺寸、数量和/或磁控管相对于安装孔在安装孔的轴向上的高度。

在本实施例中，下电极为由侧壁21和底壁22组成封闭的腔体210。该下电极设置在反应腔室(图中未示出)中，且腔体210处于大气状态，而反应腔室的位于腔体210之外的空间则处于真空状态。用于承载晶片的基座23安装在侧壁21的顶部，安装孔221设置在底壁22的上表面上。

而且，在侧壁21上还设置有可供与基座23电连接的线缆24引出腔体210的通道(图中未示出)，射频电源25通过线缆24与基座23的射频接口电连接，以通过基座23将射频能量耦合到反应腔室中，从而在反应腔室内产生等离子体，同时产生一个方向与基座23上表面的法线方向相互平行、且指向基座23的负偏压。

图3A为本发明第二实施例提供的下电极的剖视图。图3B为本发明第二实施例中旋转件的俯视图。请一并参阅图3A和图3B，本实施例与上述第一实施例相比，同样是在腔体210内，且位于基座23的下方选择性地对应基座23的不同区域中的至少一个区域设置磁控管26，但是不同处在于：第二实施例提供的下电极利用驱动装置驱动磁控管26旋转，以实时改变磁控管26对应基座23的区域，从而可以根据当前的工艺情况及时地调节基座附近的等离子体分布，从而可以进一步提高工艺质量。

驱动装置包括旋转件27和旋转电机28。其中，旋转件27设置在腔体210内，且在该旋转件27上对应于基座23的不同区域分布有多个安装孔271；并且选择性地在多个安装孔271中的至少一部分安装孔内设置磁控管26，进一步说，可以在相应的一部分安装孔271内设置磁控管26，而其余安装孔271内未设置磁控管26；或者，也可以在各个安装孔271内均设置磁控管26，同时根据不同的工艺状况设计磁控管的尺寸和/或磁控管相对于安装孔在安装孔的轴向上的高度等的参数。旋转电机用于驱动旋转件27作旋转运动，从而可以使旋转件27上的磁控管26相对于基座23移动，进而实时改变磁控管26对应基座23的区域。

在本实施例中，该旋转件27为圆盘，该圆盘的中心与基座23的中心相对应，且在圆盘上设置有多个安装孔271，多个安装孔271均匀分布在以圆盘的中心为圆心的不同半径的圆周上，如图3B所示。而且，多个磁控管26安装在其中一部分安装孔271中，基座23在该部分安装孔271对应的区域会受到由磁控管26产生的磁场的影响，而其余区域则不会受到影响。旋转电机用于驱动圆盘围绕其中心作旋转运动，从而可以使各个磁控管26沿圆盘的周向旋转至与基座不同的区域相对应的位置。

与上述第一实施例相类似的，磁控管与安装孔可以螺纹连接。此外，根据不同的工艺状况选择相邻两个安装孔的中心距、磁控管的安装位置、安装在安装孔上的磁控管的尺寸、数量和/或磁控管相对于安装孔在安装孔的轴向上的高度。本实施例提供的下电极的其他结构和功能与上述第一实施例相类似，在此不再赘述。

需要说明的是，在实际应用中，根据不同的工艺状况，圆盘的中心也可以偏离基座的中心，在这种情况下，可以在相应的一部分安装孔内设置磁控管，而其余安装孔内未设置磁控管；或者，也可以在各个安装孔内均设置磁控管。此外，多个安装孔的分布方式并不局限于上述实施例所采用的方式，也可以采用其他任意方式分布在圆盘上。

作为第二实施例的一个变型实施例，图4A为本发明第二实施例的一个变型实施例提供的下电极的剖视图。图4B为本发明第二实施例的变型实施例中旋转件的俯视图。请一并参阅图4A和图4B，本实施例与上述第二实施例相比，同样包括驱动装置，其区别仅在于，旋转件的结构不同。

具体地，旋转件为摇臂29，摇臂29的一端位于基座23的中心，且摇臂29的长度方向在基座23的径向上，在摇臂29上设置有多个安装孔291，多个安装孔291沿摇臂29的长度方向间隔排布，如图4B所示。而且，多个磁控管26安装在其中一部分安装孔291中，基座23在该部分安装孔291对应的区域会受到由磁控管26产生的磁场的影响，而其余区域则不会受到影响。旋转电机30用于驱动摇臂29的另一端(即，对应基座23边缘的一端)围绕其位于基座23中心的一端作旋转运动，从而可以使各个磁控管26沿基座23的周向旋转至与基座23不同的区域相对应的位置。

与上述第二实施例相类似，在实际应用中，根据不同的工艺状况，摇臂位于其旋转中心的一端也可以偏离基座的中心，在这种情况下，可以在相应的一部分安装孔内设置磁控管，而其余安装孔内未设置磁控管；或者，也可以在各个安装孔内均设置磁控管。此外，多个安装孔的分布方式并不局限于上述变型实施例所采用的方式，也可以采用其他任意方式分布在圆盘上。

综上所述，本发明上述各个实施例提供的下电极，其通过在腔体内，且位于基座的下方选择性地对应基座的不同区域中的至少一个区域设置磁控管，可以调节基座附近的等离子体分布，进一步说，在对应基座的部分区域设置磁控管，而基座的其余区域未设置磁控管，由磁控管产生的磁场可以起到调节基座对应该磁控管所在位置的负偏压分布，从而可以改变基座对应该位置处的等离子体分布。由于仅需要选择将磁控管安装在基座的哪些区域内即可，因此，本发明提供的下电极可以对任意局部的等离子体分布进行调节，调节灵活性较高，从而可以满足不同工艺对均匀性的要求。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室和设置在其内的下电极，该下电极采用了本发明实施例提供的上述下电极。

本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的上述下电极，可以对任意局部的等离子体分布进行调节，调节灵活性较高，从而可以满足不同工艺对均匀性的要求。

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 (11)

1.一种下电极，包括用于支撑和固定基座的腔体，其特征在于，在所述腔体内，且位于所述基座的下方选择性地对应所述基座的不同区域中的至少一个区域设置有磁控管，以调节所述基座附近的等离子体分布，在所述腔体内的底部对应于所述基座的不同区域分布有多个安装孔；且选择性地在所述多个安装孔中的至少一部分安装孔内设置所述磁控管。

2.根据权利要求1所述的下电极，其特征在于，所述多个安装孔相对于所述基座用于承载被加工工件的表面均匀分布。

3.根据权利要求2所述的下电极，其特征在于，所述多个安装孔分布在以所述基座的中心为圆心的不同半径的圆周上。

4.根据权利要求1所述的下电极，其特征在于，所述下电极还包括驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述磁控管旋转，以实时改变所述磁控管对应所述基座的区域。

5.根据权利要求4所述的下电极，其特征在于，所述驱动装置包括：

旋转件，其设置在所述腔体内，且在所述旋转件上对应于所述基座的不同区域分布有多个安装孔；并且选择性地在所述多个安装孔中的至少一部分安装孔内设置所述磁控管；

旋转电机，用于驱动所述旋转件作旋转运动。

6.根据权利要求5所述的下电极，其特征在于，所述旋转件为圆盘，所述圆盘的中心与所述基座的中心相对应，所述多个安装孔均匀分布在以所述圆盘的中心为圆心的不同半径的圆周上；

所述旋转电机用于驱动所述圆盘围绕其中心作旋转运动。

7.根据权利要求5所述的下电极，其特征在于，所述旋转件为摇臂，所述摇臂的一端位于所述基座的中心，且所述摇臂的长度方向在所述基座的径向上，所述多个安装孔沿所述摇臂的长度方向间隔排布；

所述旋转电机用于驱动所述摇臂的另一端围绕其位于所述基座中心的一端作旋转运动。

8.根据权利要求1或5所述的下电极，其特征在于，所述磁控管与所述安装孔螺纹连接。

9.根据权利要求8所述的下电极，其特征在于，通过旋紧或旋松所述磁控管，来调节所述磁控管相对于所述安装孔在所述安装孔的轴向上的高度。

10.根据权利要求1或5所述的下电极，其特征在于，相邻两个所述安装孔的中心距、所述磁控管的安装位置、安装在所述安装孔上的所述磁控管的尺寸、数量和/或所述磁控管相对于所述安装孔在所述安装孔的轴向上的高度均为根据不同的工艺状况选择确定。

11.一种半导体加工设备，其包括反应腔室和设置在其内的下电极，其特征在于，所述下电极采用了权利要求1-10任意一项所述的下电极。