CN108962810A - 一种承载基座及预清洗装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了承载基座及预清洗装置。该承载基座用于承载待加工工件，承载基座上形成有第一凹部，待加工工件容纳于第一凹部中；第一凹部的底壁上设有第二凹部，第二凹部用于降低待加工工件中心区域的刻蚀速率。本发明的承载基座的一个用途在于用于预清洗装置。

Description

一种承载基座及预清洗装置
技术领域
本发明涉及等离子体设备领域，更具体地，涉及一种承载基座及预清 洗装置。
背景技术
等离子体设备广泛应用于半导体、太阳能电池、平板显示等制造领域 中。常见的等离子体设备包括电容耦合等离子体(CapacitivelyCoupled Plasma，CCP)、电感耦合等离子体(InductivelyCoupled Plasma，ICP)以及电 子回旋共振等离子体(ElectronCyclotron Resonance，ECR)等类型的等离子体 处理设备。这些等离子体设备通常可在等离子体刻蚀、物理气相沉积 (Physical Vapor Deposition，PVD)、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition， CVD)以及增强化学气相沉积(Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition， PECVD)等加工工艺中使用。
物理气相沉积工艺是半导体工业中最广为使用的一类薄膜制备技术， 在进行物理气相沉积前，一般需要去气工艺(Degas)和预清洗工艺 (Preclean)。去气工艺是在去气腔，将基片加热至一定温度，以去除基片 上吸附的水蒸气及其它易挥发杂质。预清洗工艺则是通过射频功率的作用， 将低气压的反应气体(常见气体如，氩气)激发为等离子体，等离子体中含有 大量的电子、离子和激发态的原子等活性基团，其中的离子在射频电场中获得足够的能量，对晶圆表面进行轰击，从而将表面以及沟槽底部的残留 物和金属氧化物清除。
由于通常承载晶圆的基片台为简单的平面圆盘结构，在预清洗工艺中， 一方面，由于基片台的尺寸与晶圆相近，且基片台的边缘电场较强，会使 得晶圆的边缘刻蚀速率偏快；另一方面，由于等离子体密度的分布往往在 径向不均匀，且通常为基片台中心区域的等离子密度较高，从而导致对晶 圆中心区域的刻蚀速率偏快。综上两方面的原因，最终导致对晶圆整体的 刻蚀均匀性较差，进而影响工艺效果。
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，提出了一种承 载基座及预清洗装置，该承载基座不仅可减弱待加工工件的边缘电场，从 而降低对待加工工件边缘的刻蚀速率，而且可减弱中心区域的电压，有效 降低中心区域攻击待加工工件的离子能量，从而降低对待加工工件中心区 域的刻蚀速率，进而有效提高了待加工工件的刻蚀均匀性，可获得更佳的 工艺结果。
为实现本发明的目的而提供一种承载基座，该承载基座用于承载待加 工工件，所述承载基座上形成有第一凹部，所述待加工工件容纳于所述第 一凹部中；所述第一凹部的底壁上设有第二凹部，所述第二凹部用于降低 所述待加工工件中心区域的刻蚀速率。
可选地，所述第一凹部、所述第二凹部与所述承载基座同心设置。
可选地，所述第一凹部开设于所述承载基座的承载面上。
可选地，所述第一凹部的直径大于所述待加工工件的直径，且二者直 径的差值范围为1mm-6mm，所述第一凹部的深度的取值范围为 0.3mm-1.5mm。
可选地，所述第二凹部的开口的面积为所述待加工工件的表面积的 40％-95％，所述第二凹部的深度的取值范围为0.1mm-0.5mm。
可选地，所述承载基座上设有用于所述待加工工件的支撑针升降的通 孔，所述通孔与所述待加工工件的边缘的径向距离不小于10mm。
可选地，所述承载基座上未设置有所述第一凹部的表面设有陶瓷层。
可选地，所述第一凹部和第二凹部的表面上均设有阳极氧化膜。
可选地，所述承载基座的边缘区域设有介质环，所述介质环的内周壁 与所述承载基座的承载面形成所述第一凹部。
可选地，所述介质环的内径大于所述待加工工件的直径，且二者直径 的差值范围为2mm-4mm，所述介质环的厚度取值范围为3mm-5mm。
可选地，所述承载基座还包括定位件，所述定位件与所述承载基座的 径向配合，用于使所述介质环定位在所述承载基座上。
可选地，所述定位件与所述介质环二者一体成型。
本发明还提供了一种预清洗装置，所述预清洗装置包括腔体和承载基 座，该承载基座采用本发明中所述的承载基座，且所述承载基座设置于所 述腔体中。
本发明具有以下有益效果：
本发明的承载基座设有第一凹部以及设置于第一凹部底壁的第二凹 部，该第一凹部可减弱待加工工件的边缘电场，降低待加工工件边缘的刻 蚀速率；该第二凹部的设置可减弱第二凹部所在中心区域内的电压，有效 降低中心区域攻击待加工工件的离子能量，从而降低待加工工件中心区域 的刻蚀速率，通过二者的作用，可有效提高待加工工件的刻蚀均匀性，进 而可获得更佳的工艺结果。
本发明的预清洗装置，其通过采用上述承载基座，不仅可减弱待加工 工件的边缘电场，从而降低对待加工工件边缘的刻蚀速率，而且减弱第二 凹部所在中心区域内的电压，可有效降低中心区域攻击待加工工件的离子 能量，从而降低对待加工工件中心区域的刻蚀速率，进而有效提高了待加 工工件的刻蚀均匀性，获得更佳的工艺结果。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实 施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明一实施例中承载基座的剖示图。
图2为图1所述承载基座的俯视图。
图3为本发明另一实施例中承载基座的剖示图。
图4为本发明承载基座的技术效果实现的原理示意图。
图中标示如下：
承载基座-1，第一凹部-11，第二凹部-12，通孔-13，介质环-14，定位 件-15，待加工工件-2，等离子体-3。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到： 除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、 数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作 为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨 论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例 性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的 值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一 旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步 讨论。
为了解决预清洗时晶圆的刻蚀均匀性较差的问题，本发明提供了一种 承载基座。
该承载基座用于承载待加工工件。该待加工工件通常为晶圆。承载基 座上形成有第一凹部，待加工工件容纳于第一凹部中。待加工工件可限制 在第一凹部内，从而避免待加工工件在承载基座上出现较大的移位，影响 到待加工工件的传输。此外，第一凹部可减弱待加工工件的边缘电场，以 避免待加工工件边缘的刻蚀速率过快。
第一凹部的底壁上设有第二凹部。第二凹部用于降低待加工工件中心 区域的刻蚀速率。
如图4所示，通常情况下，等离子体3中心区域的密度较高，导致对 待加工工件2的中心区域的刻蚀速率较快。第二凹部12可降低等离子体3 轰击待加工工件2的中心区域的离子能量，来降低待加工工件2的中心区 域刻蚀速率。
具体原理如下：等离子体3与承载基座1之间存在着直流偏压VDC。 由于第二凹部12的存在，相当于待加工工件2与承载基座1之间存在电容 C1，该电容C1的厚度为d；等离子体3与待加工工件2之间存在鞘电容 C2，该鞘电容C2的厚度为Sm，且电容C1与鞘电容C2串联。根据等离子 体鞘层理论可知，鞘电容C2在中心区域的分压VS为电容C1在中心 区域的分压V1为k·Sm·d，其中，k为与等离子体密度有关的系数。由于 VDC＝VS+V1，这样，入射到第二凹部12上方的待加工工件2的离子能量 相比于入射到第二凹部12以外的待加工工件2的离子能量降低了V1，且 从而使得第二凹部12上方的待加工工件2的刻蚀速率 变慢。
可选地，第一凹部11、第二凹部12与承载基座1同心设置。第一凹 部11、第二凹部12和承载基座1三者同心设置有利于进一步地提高待加 工工件2的刻蚀均匀性。
具体实施时，可选地，承载基座1的承载面的直径大于第一凹部11 的直径，且二者的直径差值范围为10mm-30mm。
如图1所示，该第一凹部11可直接在承载基座1上的承载面上形成。 该处承载基座1的承载面是指承载基座1用于承载待加工工件2的表面。 第一凹部11开设于承载基座1的承载面上。上述承载面是指承载基座1用 于承载待加工工件2的表面。
进一步地，第一凹部11的直径大于待加工工件2的直径，且二者直 径的差值范围为1mm-6mm。第一凹部11的深度的取值范围为 0.3mm-1.5mm。上述第一凹部11的尺寸的限定有利于更好地将待加工工件2限制在第一凹部11内，并且有利于进一步地提高待加工工件2的刻蚀均 匀性。
以承载直径为200mm的晶圆为例，具体实施时，第一凹部11的直径 可为204mm，第一凹部11的深度可为0.5mm。
可选地，第二凹部12的开口的面积为待加工工件2的表面积的 40％-95％。进一步地，第二凹部12的开口的面积为待加工工件2的表面积 的75％-95％。第二凹部12的深度的取值范围为0.1mm-0.5mm。上述第二 凹部12的尺寸的限定有利于更有效地降低待加工工件2中心区域的刻蚀速 率，并且有利于进一步地提高待加工工件2的刻蚀均匀性。
以承载直径为200mm的晶圆为例，具体实施时，第二凹部12的直径 可为180mm。以承载直径为200mm的晶圆为例，第二凹部12的深度可为 0.2mm。
可选地，如图2所示，承载基座1上设有用于待加工工件2的支撑针 升降的通孔13。通孔13与待加工工件2的边缘的径向距离不小于10mm， 以避免等离子体进入通孔13内，引起刻蚀速率异常。支撑针可在通孔13 内移动，以将待加工工件2升起或下降。
可选地，承载基座1上未设置有第一凹部11的表面设有陶瓷层。陶 瓷层可起到保护承载基座1以及避免污染待加工工件2的作用。陶瓷层的 厚度可根据实际需求设置，例如，在承载基座1的承载面上喷涂0.2mm的 陶瓷层。
可选地，第一凹部11和第二凹部12的表面上均设有阳极氧化膜。也 即是，在第一凹部11的侧壁，以及第二凹部12的侧壁和底壁上均设有阳 极氧化膜。
阳极氧化膜可通过对第一凹部11和第二凹部12进行阳极氧化处理形 成。阳极氧化膜致密不导电，耐磨性能好，可有效地保护第一凹部11和第 二凹部12，以及避免污染待加工工件2。
可选地，第一凹部11可由例如为介质环的构造件和承载基座的承载 面共同形成。如图3所述，承载基座1的边缘区域设有介质环14。介质环 14的内周壁与承载基座1的承载面形成第一凹部11。在此，承载基座1的 承载面上，也即是第一凹部11的底壁上设有第二凹部12。介质环14可选 地可为石英环。
可选地，介质环14的内径大于待加工工件2的直径，且二者直径的 差值范围为2mm-4mm。介质环14的厚度H的取值范围为3mm-5mm。介 质环14的厚度高于待加工工件的厚度，有利于改善第一凹部11的边缘电 场，从而提高待加工工件2的刻蚀均匀性。
可选地，承载基座1还包括定位件15。定位件15与承载基座1的径 向配合，用于使介质环14定位在承载基座1上。上述定位件15可例如为 销或螺栓等零件，通过销或螺栓将介质环14定位在承载基座1上。或者， 定位件15为可与承载基座1的边缘卡合的结构，通过定位件15与承载基 座1的边缘的卡合将介质环14定位在承载基座1上。又或者，定位件15可为介质环14的表面上的凸起，承载基座1上设有与该凸起相配合的凹槽， 通过凸起和凹槽的配合将介质环14定位在承载基座1上。
进一步地，定位件15与介质环14二者一体成型。定位件15和介质 环14一体成型有利于提高介质环14和定位件15的强度。
本发明进一步地提供了一种预清洗装置。该预清洗装置包括腔体和本 发明的承载基座1，承载基座1设置于腔体中。该预清洗装置可用于待加 工工件2的预清洗。
本发明提供的预清洗装置，采用本发明的承载基座1的第一凹部11 可减弱待加工工件2的边缘电场，降低待加工工件1边缘的刻蚀速率，有 效提高了待加工工件2的刻蚀均匀性。此外，第二凹部12的设置可减弱第 二凹部12所在区域内的电压，可有效降低中心区域攻击待加工工件的离子 能量降低对待加工工件2中心区域的刻蚀速率，从而有效提高了待加工工 件2的刻蚀均匀性。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是 本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限 制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围 和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求 来限定。

Claims (13)

1.一种承载基座，用于承载待加工工件，其特征在于，所述承载基座上形成有第一凹部，所述待加工工件容纳于所述第一凹部中；
所述第一凹部的底壁上设有第二凹部，所述第二凹部用于降低所述待加工工件中心区域的刻蚀速率。
2.根据权利要求1所述的承载基座，其特征在于，所述第一凹部、所述第二凹部与所述承载基座同心设置。
3.根据权利要求1所述的承载基座，其特征在于，所述第一凹部开设于所述承载基座的承载面上。
4.根据权利要求3所述的承载基座，其特征在于，所述第一凹部的直径大于所述待加工工件的直径，且二者直径的差值范围为1mm-6mm，所述第一凹部的深度的取值范围为0.3mm-1.5mm。
5.根据权利要求1所述的承载基座，其特征在于，所述第二凹部的开口的面积为所述待加工工件的表面积的40％-95％，所述第二凹部的深度的取值范围为0.1mm-0.5mm。
6.根据权利要求1所述的承载基座，其特征在于，所述承载基座上设有用于所述待加工工件的支撑针升降的通孔，所述通孔与所述待加工工件的边缘的径向距离不小于10mm。
7.根据权利要求1所述的承载基座，其特征在于，所述承载基座上未设置有所述第一凹部的表面设有陶瓷层。
8.根据权利要求1所述的承载基座，其特征在于，所述第一凹部和第二凹部的表面上均设有阳极氧化膜。
9.根据权利要求1所述的种承载基座，其特征在于，所述承载基座的边缘区域设有介质环，所述介质环的内周壁与所述承载基座的承载面形成所述第一凹部。
10.根据权利要求9所述的承载基座，其特征在于，所述介质环的内径大于所述待加工工件的直径，且二者直径的差值范围为2mm-4mm，所述介质环的厚度取值范围为3mm-5mm。
11.根据权利要求9所述的承载基座，其特征在于，所述承载基座还包括定位件，所述定位件与所述承载基座的径向配合，用于使所述介质环定位在所述承载基座上。
12.根据权利要求11所述的承载基座，其特征在于，所述定位件与所述介质环二者一体成型。
13.一种预清洗装置，其特征在于，包括腔体和权利要求1至12任一项中所述的承载基座，所述承载基座设置于所述腔体中。
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