CN110379701A - 具有可调射频组件的晶圆支撑座 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种晶圆支撑座，包含：一盘体，具有用于承载晶圆的一承载面及位于该承载面下方的一第一下电极和第二下电极，该第一下电极和该第二下电极彼此结构独立且该第下一电极位于该第二下电极上方。

Description

具有可调射频组件的晶圆支撑座
技术领域
本发明是关于制造半导体结构的晶圆支撑座，尤其是适用于等离子体处理的晶圆支撑座，其一般装配有射频电路的部分组件。
背景技术
等离子体处理被使用于如集成电路、光罩、等离子体显示及太阳能科技的制造。在集成电路的制造中，晶圆由等离子体腔体处理，例如蚀刻、化学气相沉积PECVD或物理气相沉积PEPVD。针对尺寸更微小的集成电路而言，处理参数的控制需要更精确，像是等离子体能量频谱、等离子体能量径向分布、等离子体密度及等离子体密度径向分布。尤其是等离子体密度，其决定了晶圆表面的沉积率和蚀刻率。而等离子体密度径向分布和等离子体能量径向分布更影响沉积和蚀刻的均匀性。已知的半导体处理装置提供有一上电极和一下电极，其可在两者之间产生等离子体。然而，已知的配置仍不容易达到这些精确的控制，甚至限制了等离子体调整的自由度。
因此，有必要发展一种半导体处理装置或者射频组件，可提供不同的射频控制策略，以满足工艺设计的自由度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体处理装置，包含：一腔体，具有由一顶部、一底部及一壁部所定义的一腔室；一上电极，固定于该顶部；一射频电源和一匹配器，电性耦接至该上电极；一晶圆支撑座，固定于该底部且具有一第一电极和一第二电极；及一第一反馈装置与一第二反馈装置，分别电性耦接至该第一下电极和该第二下电极，并配置成选择地提供一第一反馈讯号与一第二反馈讯号至该射频电源及/或该匹配器，该第一反馈讯号与该第二反馈讯号与该第一下电极和该第二下电极分别接收的功率有关。
在一具体实施例中，其中该第一下电极和该第二下电极分别经由该第一反馈装置和该第二反馈装置电性耦接至一接地端。
在一具体实施例中，其中该晶圆支撑座包含：一盘体，具有用于承载晶圆的一承载面及位于该承载面下方的该第一下电极和该第二下电极，该第一下电极和该第二下电极彼此结构独立且该第下一电极位于该第二下电极上方。
在一具体实施例中，其中该第一下电极由一第一半径定义，该第二下电极由一第二半径和一第三半径定义，该第三半径大于该第一半径和该第二半径，该第二半径小于或大于该第一半径。
本发明的再一目的在于提供一种射频控制方法，适用于一半导体处理装置，该半导体处理装置包含：电性耦接至一上电极的一射频电源和一匹配器、一晶圆支撑座及电性耦接至该射频电源和该匹配器一第一反馈装置与一第二反馈装置。其中，晶圆支撑座包含一盘体，该盘体具有用于承载晶圆的一承载面及位于该承载面下方的一第一下电极和第二下电极，该第一下电极和该第二下电极彼此结构独立且该第下一电极位于该第二下电极上方。其中，该第一反馈装置与该第二反馈装置分别电性耦接至该第一下电极和该第二下电极，并配置成选择地提供一第一反馈讯号与一第二反馈讯号至该射频电源及/或该匹配器，该第一反馈讯号与该第二反馈讯号与该第一下电极和该第二下电极分别接收的功率有关。该方法包含：根据该半导体装置执行的一处理，该第一反馈装置与该第二反馈装置选择性提供该第一反馈讯号与该第二反馈讯号，以调整位于该上电极与该承载面之间的等离子体分布。
本发明的又一目的在于提供一种半导体处理装置，包含：一腔体，具有由一顶部、一底部及一壁部所定义的一腔室；一或多个上电极，固定于该顶部；一晶圆支撑座，固定于该底部且具有至少一下电极；一射频电源和一匹配器，电性耦接至该至少一下电极；及一或多个反馈装置，电性耦接至该一或多个上电极，并配置成选择地提供一或多个反馈讯号至该射频电源及/或该匹配器，该一或多个反馈讯号与该一或多个上电极接收的功率有关。
在以下本发明的说明书以及藉由本发明原理所例示的图式当中，将更详细呈现本发明的这些与其他特色和优点。
附图说明
参照下列图式与说明，可更进一步理解本发明。非限制性与非穷举性实例系参照下列图式而描述。在图式中的构件并非必须为实际尺寸；重点在于说明结构及原理。
图1显示本发明射频组件的方块示意图。
图2显示本发明下电极的一实施例。
图3显示本发明晶圆支撑座及电路连接的一实施例。
图4显示本发明晶圆支撑座及电路连接的另一实施例。
其中图中标记为，
100 射频组件 202 第二下电极
101 上电极 203 第三下电极
102 下电极 300 盘体
103 下电极 301 承载面
104 射频产生器和匹配器 302 上电极
105 反馈装置 303 射频产生器和匹配器
106 反馈装置 304 第一下电极
201 第一下电极 305 第二下电极
R1 第一半径 306 第一反馈装置
R2 第二半径 307 第二反馈装置
R3 第三半径 308 第一反馈路径
309 第二反馈路径
具体实施方式
以下将参考图式更完整说明本发明，并且藉由例示显示特定范例具体实施例。不过，本主张主题可具体实施于许多不同形式，因此所涵盖或申请主张主题的建构并不受限于本说明书所揭示的任何范例具体实施例；范例具体实施例仅为例示。同样，本发明在于提供合理宽阔的范畴给所申请或涵盖之主张主题。除此之外，例如主张主题可具体实施为方法、装置或系统。因此，具体实施例可采用例如硬件、软件、韧体或这些的任意组合(已知并非软件)之形式。
本说明书内使用的词汇「在一实施例」并不必要参照相同具体实施例，且本说明书内使用的「在其他(一些/某些)实施例」并不必要参照不同的具体实施例。其目的在于例如主张的主题包括全部或部分范例具体实施例的组合。本文所指「上」和「下」的意义并不限于图式所直接呈现的关系，其应包含具有明确对应关系的描述，例如「左」和「右」，或者是「上」和「下」的相反。
图1显示本发明的射频组件100示意图。射频组件100包含位于半导体处理装置的一腔体(如处理腔体)中的一上电极101和多个下电极102、103以及射频产生器和匹配器104的组合。其中，射频产生器和匹配器104电性耦接至上电极101，例如以同轴电缆连接，以提供射频讯号。下电极102、103则经由多个反馈装置105、106分别电性耦接至射频产生器和匹配器104。所述反馈装置105、106配置成从下电极102、103接收一或多个感应讯号并据此产生相应的多个反馈讯号，以及提供所述反馈讯号至射频产生器和匹配器104。反馈装置105、106还可配置成作为切换开关，用于执行回路截断使下电极102、103电性耦接至接地端，而非电性耦接至射频产生器和匹配器104。相似地，在以下电极作为射频讯号发射端的应用中，本发明的反馈装置则连接至上电极以处理自上电极所接收的讯号。
一般而言，上电极101是配置在腔体的顶部。虽然图1没有显示腔体的结构，但典型的腔体具有一腔室，其由一顶部、一底部及一壁部所定义。顶部通常具有复杂的进气歧管、气体分配气、气体通道及喷淋头。在典型的配置中，上电极101包含在喷淋头的结构中。腔体的顶部或喷淋头电性耦接至射频产生器和匹配器104使上电极101接收来自射频源的讯号。
下电极102、103配置在晶圆支撑座中。尽管图1未显示，但典型的晶圆支撑座与所述腔体的底部连接，使晶圆可被支撑在腔室中的一高度。一等离子体区域可被形成在上电极101与包含下电极102、103的晶圆支撑座之间。
虽然未显示，在一实施例中，射频产生器和匹配器104中的射频产生器可包含一低频射频源、一射频高频源或两者的组合，而射频产生器和匹配器104中的匹配器可包含低频专用的匹配网络、高频专用的匹配网络或两者的组合。所述匹配网络包含一或多个电容器、电感器及一些电子组件，其详细组成不在此赘述。依据不同处理，选择低频或高频射频操作为已知的，亦不在此赘述。射频产生器和匹配器104配置成接收来自反馈装置105、106提供的一或多个反馈讯号并据此调整所述低频或高频射频源的输出频率及/或所述匹配网络中的一或多个可变电子组件，如可变电容器，或是射频电路组件中的其他可变组件，以控制腔室中所述等离子体的特性。此外，根据不同目的，本发明反馈装置可作为用于决定与下电极关联的各种操作，如决定下电极是否接地、是否调整相关的可变电子组件或施加于下电极的功率等。
图2为一俯视图，示意下电极配置的一实施例(省略反馈装置)。本实施例所示下电极配置具有一第一下电极201、一第二下电极202及一第三下电极203。第一下电极201由一第一半径R1定义。第二下电极202至少由一第二半径R2定义。第三下电极203至少由一第三半径R3定义。其中第二半径R2大于第一半径R1但小于第三半径R3。在另一实施例中，第二下电极202可以是由第一半径R1和第二半径R2定义的一环型电极，第三下电极203可以是由第二半径R2和第三半径R3定义的另一环型电极。虽然未显示，但第一下电极201、第二下电极202和第三下电极R3可分不在不同的水平高度，相关举例如后。所述下电极201、202、203配置成结构独立，意即所述下电极彼此不接触也不构成电性导通。如图所示，所述下电极201、202、203的每一者分别与一接地端连接。
图3显示本发明晶圆支撑座及其电路连接的一具体实施例。尽管未显示处理腔体，但应了解所述晶圆支撑座是安装于处理腔体中的腔室。此处晶圆支撑座包含一盘体300，其具有一晶圆承载面301用于承载经历各种处理的晶圆。一上电极302位于腔体的顶部。在一实施例中，上电极302被包含在位于腔体顶部的喷淋头。例如，上电极302可以是喷淋头的一盖子或者壳体。上电极302电性耦接至射频产生器RFG和匹配器的一组合303以接收射频源，其电路组成如同前述射频产生器和匹配器104，故不重复说明。射频产生器和匹配器303可配置于腔体的顶部或者腔体的外部。可替代地，所述射频产生器和匹配器303电性耦接至一或多个下电极。或者，在可能实施例中，射频产生器和匹配器303可同时电性耦接至上电极和下电极。所述射频产生器和匹配器的组成和组合可以有多种变化，并不限于本文的描述。
本发明晶圆支撑座具有复数个下电极。在本实施例中，盘体300埋设有两个下电极，分别是一第一下电极304和一第二下电极305。两者位于承载面301的下方且彼此结构独立。第一下电极304位于承载面301下方，但位于第二下电极305上方。第一下电极304和第二下电极305具有大致相同的直径，并扩展至与承载面301相当的面积。第一下电极304与第二下电极305为同心排列。此处所述的下电极(304、305)为网状电极，其可经由烧结(sintering)和加压的制造手段成型于盘体300中。
第一下电极304和第二下电极305分别电性耦接至一第一反馈装置306和一第二反馈装置307。第一反馈装置306配置成具有适当的电路组成以接收来自第一下电极304的一感应讯号并据此产生一第一反馈讯号。相似地，第二反馈装置307配置成具有适当的电路组成以接收来自第二下电极305的一感应讯号并据此产生一第二反馈讯号。所述感应讯号与各下电极(304、305)自上电极302所接收到的射频功率有关，故所述反馈讯号可反应出腔室中等离子体的特性。第一反馈装置306经由一第一反馈路径308与射频产生器和匹配器303通讯连接并藉此提供第一反馈讯号至射频产生器和匹配器303。相似地，第二反馈装置307经由一第二反馈路径309通讯连接并提供第二反馈讯号至射频产生器和匹配器303。此外，第一反馈装置306和第二反馈装置307还配置成能够操作在截断回路的状态，即使所述反馈装置306、307与射频产生器和匹配器303之间形成开路，并使所述反馈装置306、307与一接地端连接，藉此可选择性将下电极(304、305)电性耦接至接地端。此外，虽然未显示，第一反馈路径308和第二反馈路径309可分别电性连接于射频产生器和匹配器303中的低频和高频控制部分，以实现低频和高频所对应的不同处理。
射频产生器和匹配器303被配置成用于接收第一反馈讯号及/或第二反馈讯号，并基于所述反馈讯号调整等离子体。所述射频产生器和匹配器303可进一步包括一控制器，其用于讯号的处理和输出。在可能的实施例中，射频产生器如高频产生器或低频产生器可根据控制器的指令调整其射频输出频率。可替代地，匹配器如高频匹配器或低频匹配器可根据控制器的指令调整其可变电容的值，以获得一适当的匹配阻抗。
在一些可能的实施例中，射频产生器和匹配器303可进一步包含其他的电路模块，像是带通(bandpass)滤波器及/或带阻(notch)滤波器组成的阻抗控制器，其可由多个电容器、电感器和可变电容器连接而成。所述阻抗控制器可配置成被包含在所述反馈装置(306、307)、所述射频产生器和匹配器303、所述控制器或电路独立于这些。一或多个阻抗控制器可配置成电性耦接至所述第一下电极304或第二下电极305及/或上电极302。据此，所述控制器基于第一反馈讯号或第二反馈讯号控制所述射频产生器、匹配器及/或所述阻抗控制器，进而达到调整等离子体的目的。
本发明下电极可具有不同的尺寸、形状、材质、埋入深度或网状密度。图4显示本发明晶圆支撑座及其电路连接的另一实施例。与图3实施例不同的是下电极的配置，其包含一第一下电极401和一第二下电极402。两者仍是结构独立，其中第一下电极401位于承载面301的下方但位于第二下电极402的上方。虽然仅显示剖面图，但第一下电极401为由一第一半径R1定义的圆形下电极，第二下电极402为由一第二半径R2和一第三半径R3定义的一环型下电极，两者的面积总和大致上相当于承载面301的有效区域。其中，第三半径R3大于第一半径R1和第二半径R2，第二半径R2可小于或大于第一半径R1。根据图4的配置，靠近晶圆中心的等离子体可至少基于第一下电极401调整，而位于晶圆边缘的等离子体可至少基于第二下电极402调整。在其他可能的实施例中，第一下电极401和第二下电极402的位置可被交换。在其他可能的实施例中，最靠近承载面301的下电极可被配置成具有静电吸附的能力。更多数量的下电极也是可行的。下电极亦可为非对称的安排，意即多个下电极为不同形状且部分下电极为非旋转对称。例如下电极是不同的扇形。
综上所述，本发明提供的晶圆支撑座具有适用于调整等离子体的复数个独立的下电极，且这些下电极的每一个耦接至专用的反馈装置。因此，依据半导体处理装置所执行的不同处理，来自所述反馈装置的一或多个反馈讯号则用于选择性地决定等离子体特性的调控。由于反馈讯号是关联于各自的下电极，可更容易获得细致且精确的等离子体参数控制。
虽然为了清楚了解已经用某些细节来描述前述本发明，吾人将了解在申请专利范围内可实施特定变更与修改。因此，以上实施例仅用于说明，并不设限，并且本发明并不受限于此处说明的细节，但是可在附加之申请专利范围的领域及等同者下进行修改。

Claims (6)

1.一种半导体处理装置，其特征在于，包含：
一腔体，具有由一顶部、一底部及一壁部所定义的一腔室；
一上电极，固定于该顶部；
一射频电源和一匹配器，电性耦接至该上电极；
一晶圆支撑座，固定于该底部且具有一第一电极和一第二电极；及
一第一反馈装置与一第二反馈装置，分别电性耦接至该第一下电极和该第二下电极，并配置成选择地提供一第一反馈讯号与一第二反馈讯号至该射频电源及/或该匹配器，该第一反馈讯号与该第二反馈讯号与该第一下电极和该第二下电极分别接收的功率有关。
2.如权利要求1所述的半导体处理装置，其特征在于，其中该第一下电极和该第二下电极分别经由该第一反馈装置和该第二反馈装置电性耦接至一接地端。
3.如权利要求1所述的半导体处理装置，其特征在于，其中该晶圆支撑座包含：一盘体，具有用于承载晶圆的一承载面及位于该承载面下方的该第一下电极和该第二下电极，该第一下电极和该第二下电极彼此结构独立且该第下一电极位于该第二下电极上方。
4.如权利要求1所述的半导体处理装置，其特征在于，其中该第一下电极由一第一半径定义，该第二下电极由一第二半径和一第三半径定义，该第三半径大于该第一半径和该第二半径，该第二半径小于或大于该第一半径。
5.一种射频控制方法，适用于一半导体处理装置，其特征在于，该半导体处理装置包含：电性耦接至一上电极的一射频电源和一匹配器、一晶圆支撑座及电性耦接至该射频电源和该匹配器一第一反馈装置与一第二反馈装置，
其中，晶圆支撑座包含一盘体，该盘体具有用于承载晶圆的一承载面及位于该承载面下方的一第一下电极和第二下电极，该第一下电极和该第二下电极彼此结构独立且该第下一电极位于该第二下电极上方，
其中，该第一反馈装置与该第二反馈装置分别电性耦接至该第一下电极和该第二下电极，并配置成选择地提供一第一反馈讯号与一第二反馈讯号至该射频电源及/或该匹配器，该第一反馈讯号与该第二反馈讯号与该第一下电极和该第二下电极分别接收的功率有关，
该方法包含：根据该半导体装置执行的一处理，该第一反馈装置与该第二反馈装置选择性提供该第一反馈讯号与该第二反馈讯号，以调整位于该上电极与该承载面之间的等离子体分布。
6.一种半导体处理装置，其特征在于，包含：
一腔体，具有由一顶部、一底部及一壁部所定义的一腔室；
一或多个上电极，固定于该顶部；
一晶圆支撑座，固定于该底部且具有至少一下电极；
一射频电源和一匹配器，电性耦接至该至少一下电极；及
一或多个反馈装置，电性耦接至该一或多个上电极，并配置成选择地提供一或多个反馈讯号至该射频电源及/或该匹配器，该一或多个反馈讯号与该一或多个上电极接收的功率有关。
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