CN111354672A - 静电卡盘及等离子体加工装置 - Google Patents

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Abstract

一种静电卡盘，包括：一卡盘本体；至少一隔离环，穿设于所述卡盘本体中，每一所述隔离环用于将所述卡盘本体划分为两个卡盘区，两个所述卡盘区分别位于所述隔离环的内侧和外侧且相互电性隔绝；以及一偏置射频功率源，通过一功率分配器连接每一所述卡盘区，所述偏置射频功率源用于通过所述功率分配器独立地向每一所述卡盘区提供射频功率。本发明还提供一种具有所述静电卡盘的等离子体加工装置。

Description

静电卡盘及等离子体加工装置
技术领域
本发明涉及一种半导体制造领域，尤其涉及一种静电卡盘及具有所述静电卡盘的等离子体加工装置。
背景技术
对半导体晶圆的蚀刻过程中通常需要使用等离子加工装置。所述等离子加工装置包括密封的处理室和设置于所述处理器中的静电卡盘。所述静电卡盘作为承载所述半导体晶圆的载物台。通过对上部电极和下部电极之间施加高频电力，从而产生等离子体，并通过所述等离子体对所述半导体晶圆进行蚀刻处理。
然而，在所述等离子体朝向所述半导体晶圆运动的过程中，所述等离子体在所述半导体晶圆不同位置上的分布浓度/密度可能有所差异，造成所述半导体晶圆不同位置蚀刻速度(单位时间在所述半导体晶圆上的蚀刻深度)不同，蚀刻均匀性不佳。例如，所述半导体晶圆的中心附近的蚀刻速度大而周边区域蚀刻速度小。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种能够有效提高半导体晶圆的蚀刻均匀性的静电卡盘。
另，还有必要提供一种具有所述静电卡盘的等离子体加工装置。
本发明提供一种静电卡盘，包括：一卡盘本体；至少一隔离环，穿设于所述卡盘本体中，每一所述隔离环用于将所述卡盘本体划分为两个卡盘区，两个所述卡盘区分别位于所述隔离环的内侧和外侧且相互电性隔绝；以及一偏置射频功率源，通过一功率分配器连接每一所述卡盘区，所述偏置射频功率源用于通过所述功率分配器独立地向每一所述卡盘区提供射频功率。
在本发明一些实施方式中，所述卡盘本体包括一导电基底以及一位于所述导电基底上的导电层，所述隔离环穿过所述导电基底和所述导电层，并将所述导电层划分为至少两个导电区域，至少两个所述导电区域分别位于至少两个所述卡盘区内，所述偏置射频功率源通过所述功率分配器独立地向每一所述导电区域提供射频功率。
在本发明一些实施方式中，所述静电卡盘还包括一第一绝缘层，所述第一绝缘层包覆所述导电层的侧面以及所述导电层远离所述导电基底的表面，所述第一绝缘层中设有一静电电极。
在本发明一些实施方式中，所述静电卡盘还包括至少两个导电销，所述导电基底在每一所述卡盘区内开设有一通孔，每一所述导电销穿设于其中一所述通孔并连接所述导电层，所述偏置射频功率源通过所述功率分配器连接每一所述导电销，从而通过所述导电销向每一所述导电区域提供射频功率。
在本发明一些实施方式中，所述导电基底在形成每一所述通孔的内壁设有一第二绝缘层，每一所述第二绝缘层围绕其中一所述导电销的外周以电性隔绝所述导电销和所述导电基底。
在本发明一些实施方式中，所述静电卡盘还包括一位于所述偏置射频功率源和所述功率分配器之间的功率变换器，所述偏置射频功率源用于产生一原始总射频功率，所述功率变换器用于将所述原始总射频功率调整至一实际总射频功率，所述功率分配器用于将所述实际总射频功率分割为所述射频功率并提供给每一所述导电区域。
在本发明一些实施方式中，所述卡盘区的数量为两个，包括一位于所述隔离环内侧的第一卡盘区和一位于所述隔离环外侧且围绕所述第一卡盘区的第二卡盘区，所述导电层包括分别位于所述第一卡盘区和所述第二卡盘区内的第一导电区域和第二导电区域，所述第一导电区域和所述第二导电区域的表面积之比为4:1。
在本发明一些实施方式中，所述隔离环包括一内表面和一与所述内表面相对的外表面，所述内表面和所述外表面之间的距离为0.1-0.8厘米。
本发明还提供一种应用上述静电卡盘的等离子体加工装置，包括：一加工腔室，所述静电卡盘容置于所述加工腔室中。
在本发明一些实施方式中，所述等离子体加工装置还包括：一上电极；一下电极，所述上电极和所述下电极容置于所述加工腔室中且分别位于所述静电卡盘的两侧；以及一高频功率源，连接所述上电极或所述下电极，所述高频功率源用于向所述上电极或所述下电极提供高频功率，从而在所述上电极和所述下电极之间产生等离子体，每一所述卡盘区具有的射频功率用于控制每一所述卡盘区上方所述等离子体的浓度。
相较于现有技术，本发明由于能够独立地向每一所述卡盘区提供射频功率，从而可以控制每一所述卡盘区上方所述等离子体的浓度。如此，可以使得所述半导体晶圆不同位置的蚀刻速度均匀，提高制备良率。
附图说明
图1为本发明实施方式提供的静电卡盘的结构示意图。
图2为图1所示的静电卡盘的俯视图。
图3为具有图1所示的静电卡盘的等离子体加工装置的结构示意图。
主要元件符号说明
等离子体加工装置 1
加工腔室 1A
气体管道 1B
排气口 1C
卡盘本体 10
导电基底 11
导电层 12
第一绝缘层 13
卡盘区 14
第一卡盘区 14A
第二卡盘区 14B
隔离环 20
内表面 21
外表面 22
偏置射频功率源 30
功率分配器 40
导电销 50
第一导电销 50A
第二导电销 50B
第二绝缘层 51
端部 52
第一端部 52A
第二端部 52B
第一功率变换器 60
静电卡盘 100
第一导电区域 120A
第二导电区域 120B
上电极 200
高频功率源 300
第二功率转换器 400
边缘环 500
等离子体 P
半导体晶圆 S
射频功率 WA、WB
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合具体实施例及附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
在本发明的实施方式的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的实施方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的实施方式的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的实施方式的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1和图2，本发明实施方式提供一种静电卡盘100，用于固定一半导体晶圆S(在图2中示出)。所述静电卡盘100包括一卡盘本体10、至少一隔离环20、一偏置射频功率源30以及一功率分配器40。所述隔离环20穿设于所述卡盘本体10中，每一所述隔离环20用于将所述卡盘本体10划分为两个卡盘区14，两个所述卡盘区14分别位于所述隔离环20的内侧和外侧且相互电性隔绝。所述偏置射频功率源30通过所述功率分配器40连接每一所述卡盘区14，所述偏置射频功率源30用于通过所述功率分配器40独立地向每一所述卡盘区14提供射频功率。其中，所述隔离环20采用绝缘材料制成，如聚四氟乙烯。
本发明由于能够独立地向每一所述卡盘区14提供射频功率，从而可以控制每一所述卡盘区14上方所述等离子体P的浓度。如此，可以使得所述半导体晶圆S不同位置的蚀刻速度均匀，提高制备良率。
在本发明一些实施方式中，所述静电卡盘100还包括一位于所述偏置射频功率源30和所述功率分配器40之间的第一功率变换器60，所述偏置射频功率源30用于产生一原始总射频功率，所述第一功率变换器60用于将所述原始总射频功率调整至一实际总射频功率，所述功率分配器40用于将所述实际总射频功率分割为所述射频功率并提供给每一所述卡盘区14。
具体地，所述功率分配器40可以用于调节提供至不同所述卡盘区14的射频功率的比值，即，调节提供至每一所述卡盘区14的射频功率在实际总射频功率中所占的比例。例如，当需要相对提高所述半导体晶圆S的边缘区域的蚀刻速度(即，相对降低所述半导体晶圆S的边缘区域的蚀刻速度)时，可以通过所述功率分配器40的作用相对增加提供至位于所述边缘区域下方的所述卡盘区14的射频功率在实际总射频功率中所占的比例，即，相对降低提供至位于所述中心区域下方的所述卡盘区14的射频功率在实际总射频功率中所占的比例。反之，当需要相对降低所述半导体晶圆S的边缘区域的蚀刻速度(即，相对提高所述半导体晶圆S的边缘区域的蚀刻速度)时，可以通过所述功率分配器40的作用相对降低提供至位于所述边缘区域下方的所述卡盘区14的射频功率在实际总射频功率中所占的比例，即，相对提高提供至位于所述中心区域下方的所述卡盘区14的射频功率在实际总射频功率中所占的比例。
请一并参阅图2，所述隔离环20的数量仅为一个。对应的，所述卡盘区14的数量为两个，包括一位于所述隔离环20内侧的第一卡盘区14A和一位于所述隔离环20外侧且围绕所述第一卡盘区14A的第二卡盘区14B。如此，所述第一卡盘区14A对应所述半导体晶圆S的中心区域，所述第二卡盘区14B对应所述半导体晶圆S的边缘区域。通过独立控制两个所述卡盘区14的射频功率，便可控制所述半导体晶圆S的边缘区域和中心区域的蚀刻速度趋于一致。当然，在其它实施方式中，所述隔离环20和所述卡盘区14的数量也可以根据需要进行变更，例如，可以设置所述隔离环20的数量为两个，从而将所述卡盘本体10划分为三个所述卡盘区14。三个所述卡盘区14由所述半导体晶圆S的中心区域向边缘区域依次设置。
在本发明一些实施方式中，所述卡盘本体10包括一导电基底11以及一位于所述导电基底11上的导电层12，所述隔离环20穿过所述导电基底11和所述导电层12并将所述导电层12划分为至少两个导电区域120，至少两个所述导电区域120分别位于至少两个所述卡盘区14内。其中，所述导电基底11和所述导电层12可采用金属材料制成，如铝。
其中，所述导电层12作为所述静电卡盘100的偏置电极，所述偏置射频功率源30通过所述功率分配器40独立地向每一所述导电区域120提供射频功率，从而在所述静电卡盘100上产生偏置电压。具体地，当所述卡盘区14的数量为两个(即，包括第一卡盘区14A和第二卡盘区14B)时，位于所述第一卡盘区14A和所述第二卡盘区14B内的所述导电层12分别为第一导电区域120A和第二导电区域120B。即，所述功率分配器40独立地向所述第一导电区域120A和所述第二导电区域120B提供射频功率，从而可以控制所述第一导电区域120A和所述第二导电区域120B上方所述等离子体P的浓度。
在本实施方式中，所述第一导电区域120A和所述第二导电区域120B的表面积之比为4:1。
更具体地，所述功率分配器40能够调节提供至每一所述卡盘区14内的所述导电层12的射频功率的比值。以所述导电层12包括第一导电区域120A和第二导电区域120B为例进行说明。当需要相对提高所述半导体晶圆S的边缘区域的蚀刻速度(即，相对降低所述半导体晶圆S的边缘区域的蚀刻速度)时，可以通过所述功率分配器40提高提供至第一导电区域120A的射频功率WA和提供至第二导电区域120B的射频功率WB的比值WA/WB，即提高WA在实际总射频功率(WA+WB)中所占的比例WA/(WA+WB)。反之，当需要相对降低所述半导体晶圆S的边缘区域的蚀刻速度(即，相对提高所述半导体晶圆S的边缘区域的蚀刻速度)时，可以通过所述功率分配器40降低所述比值WA/WB，即降低WA在实际总射频功率(WA+WB)中所占的比例WA/(WA+WB)。
所述静电卡盘100还包括一第一绝缘层13，所述第一绝缘层13包覆所述导电层12的侧面以及所述导电层12远离所述导电基底11的表面，所述第一绝缘层13中设有一静电电极(图未示)。通过向所述静电电极施加直流电压，从而在所述静电卡盘100和所述半导体晶圆S上产生极性相反的电荷，使得所述半导体晶圆S在库仑力的作用下被吸附至所述静电卡盘100的表面。其中，所述第一绝缘层13采用绝缘材料制成，如陶瓷。所述第一绝缘层13可以通过等离子喷涂、热沉积或溅射等方式形成。
在本发明一些实施方式中，所述静电卡盘100还包括至少两个导电销50，所述导电销50的数量与所述卡盘区14的数量相同。所述导电基底11在每一所述卡盘区14内开设有一通孔(图未标)，每一所述导电销50穿设于其中一所述通孔并连接所述导电层12。例如，当所述卡盘区14的数量为两个(即，包括第一卡盘区14A和第二卡盘区14B)时，所述导电销50的数量也为两个，包括第一导电销50A和第二导电销50B(参图2)。所述导电基底11在所述第一卡盘区14A和所述第二卡盘区14B内分别开设有所述通孔，以供所述第一导电销50A和所述第二导电销50B穿设。所述偏置射频功率源30通过所述功率分配器40连接每一所述导电销50，从而通过所述导电销50向所述第一导电区域120A和所述第二导电区域120B提供射频功率。其中，所述导电销50可采用金属材料制成，如铜。
具体地，每一所述导电销50包括露出于所述通孔且用于连接所述导电层12的端部52，所述端部52可以作为用于电性连接所述导电层12的导电端子。更具体地，定义所述第一导电销50A的所述端部52为第一端部52A，定义所述第二导电销50B的所述端部52为第二端部52B，所述第一端部52A用于连接所述第一导电区域120A，所述第二端部52B用于连接所述第二导电区域120B。
在本发明一些实施方式中，所述导电基底11在形成每一所述通孔的内壁设有一第二绝缘层51，每一所述第二绝缘层51围绕其中一所述导电销50的外周以电性隔绝所述导电销50和所述导电基底11。其中，所述第二绝缘层51采用绝缘材料制成，如聚四氟乙烯。
在本发明一些实施方式中，所述隔离环20包括一内表面21和一与所述内表面21相对的外表面22，所述内表面21和所述外表面22之间的距离为0.1-0.8厘米。其中，当所述内表面21和所述外表面22之间的距离超过0.8厘米时，将会导致所述静电卡盘100没有足够的可以固定所述半导体晶圆S的静电抓力。本申请发明人发现，当所述内表面21和所述外表面22之间的距离小于0.8厘米时，将会导致所述隔离环20的绝缘效果不佳。
请一并参阅图3，本发明还提供一种应用上述静电卡盘100的等离子体加工装置1，所述等离子加工装置1包括一加工腔室1A。所述静电卡盘100容置于所述加工腔室1A中。
在本发明一些实施方式中，所述等离子体加工装置1还包括一上电极200、一下电极(图未示)和一高频功率源300。所述上电极200和所述下电极容置于所述加工腔室1A中且分别位于所述静电卡盘100的两侧。所述加工腔室1A中设有一连接所述上电极200的气体通道1B，一气体源(图未示)通过所述气体通道1B向所述上电极200输送处理气体。所述上电极200可作为喷头将所述处理气体喷出至所述加工腔室1A中。所述高频功率源300连接所述上电极200或所述下电极，所述高频功率源300用于向所述上电极200或所述下电极提供高频功率，从而使所述处理气体被电离以在所述上电极200和所述下电极之间产生等离子体P。每一所述卡盘区14具有的射频功率用于控制每一所述卡盘区14上方所述等离子体P的浓度。
所述加工腔室1A的底部还可设有一排气口1C，所述排气口1C用于将蚀刻过程中产生的气体排出所述加工腔室1A。
在本发明一些实施方式中，所述高频功率源300连接所述上电极200。所述等离子体加工装置1还包括一连接于所述高频功率源300和所述上电极200之间的第二功率变换器400。所述高频功率源300用于产生一原始高频功率，所述第二功率变换器400用于将所述原始高频功率调整至所述高频功率并提供至所述上电极200。
在本发明一些实施方式中，所述等离子体加工装置1还包括一围绕所述静电卡盘100外周设置的边缘环500。当所述半导体晶圆S固定于所述静电卡盘100上时，所述边缘环500也围绕所述半导体晶圆S的外周设置。所述边缘环500可用于保护所述静电卡盘100免受所述等离子体P轰击。
可以理解的是，以上实施例仅用来说明本发明，并非用作对本发明的限定。对于本领域的普通技术人员来说，根据本发明的技术构思做出的其它各种相应的改变与变形，都落在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种静电卡盘，其特征在于：包括：
一卡盘本体；
至少一隔离环，穿设于所述卡盘本体中，每一所述隔离环用于将所述卡盘本体划分为两个卡盘区，两个所述卡盘区分别位于所述隔离环的内侧和外侧且相互电性隔绝；以及
一偏置射频功率源，通过一功率分配器连接每一所述卡盘区，所述偏置射频功率源用于通过所述功率分配器独立地向每一所述卡盘区提供射频功率。
2.如权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述卡盘本体包括一导电基底以及一位于所述导电基底上的导电层，所述隔离环穿过所述导电基底和所述导电层并将所述导电层划分为至少两个导电区域，至少两个所述导电区域分别位于至少两个所述卡盘区内，所述偏置射频功率源通过所述功率分配器独立地向每一所述导电区域提供射频功率。
3.如权利要求2所述的静电卡盘，其特征在于，所述静电卡盘还包括一第一绝缘层，所述第一绝缘层包覆所述导电层的侧面以及所述导电层远离所述导电基底的表面，所述第一绝缘层中设有一静电电极。
4.如权利要求2所述的静电卡盘，其特征在于，所述静电卡盘还包括至少两个导电销，所述导电基底在每一所述卡盘区内开设有一通孔，每一所述导电销穿设于其中一所述通孔并连接所述导电层，所述偏置射频功率源通过所述功率分配器连接每一所述导电销，从而通过所述导电销向每一所述导电区域提供射频功率。
5.如权利要求4所述的静电卡盘，其特征在于，所述导电基底在形成每一所述通孔的内壁设有一第二绝缘层，每一所述第二绝缘层围绕其中一所述导电销的外周以电性隔绝所述导电销和所述导电基底。
6.如权利要求2所述的静电卡盘，其特征在于，所述静电卡盘还包括一位于所述偏置射频功率源和所述功率分配器之间的功率变换器，所述偏置射频功率源用于产生一原始总射频功率，所述功率变换器用于将所述原始总射频功率调整至一实际总射频功率，所述功率分配器用于将所述实际总射频功率分割为所述射频功率并提供给每一所述导电区域。
7.如权利要求2所述的静电卡盘，其特征在于，所述卡盘区的数量为两个，包括一位于所述隔离环内侧的第一卡盘区和一位于所述隔离环外侧且围绕所述第一卡盘区的第二卡盘区，所述导电层包括分别位于所述第一卡盘区和所述第二卡盘区内的第一导电区域和第二导电区域，所述第一导电区域和所述第二导电区域的表面积之比为4:1。
8.如权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述隔离环包括一内表面和一与所述内表面相对的外表面，所述内表面和所述外表面之间的距离为0.1-0.8厘米。
9.一种应用权利要求1-8中任一项所述的静电卡盘的等离子体加工装置，其特征在于，包括：
一加工腔室，所述静电卡盘容置于所述加工腔室中。
10.如权利要求9所述的等离子体加工装置，其特征在于，所述等离子体加工装置还包括：
一上电极；
一下电极，所述上电极和所述下电极容置于所述加工腔室中且分别位于所述静电卡盘的两侧；以及
一高频功率源，连接所述上电极或所述下电极，所述高频功率源用于向所述上电极或所述下电极提供高频功率，从而在所述上电极和所述下电极之间产生等离子体，每一所述卡盘区具有的射频功率用于控制每一所述卡盘区上方所述等离子体的浓度。
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