CN205692814U

CN205692814U - 一种具有内外射频电极的静电吸盘

Info

Publication number: CN205692814U
Application number: CN201620158289.4U
Authority: CN
Inventors: 睢智峰
Original assignee: Shanghai Betone Semiconductor Energy Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Betone Semiconductor Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2016-03-02
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2026-03-02

Abstract

本实用新型是一种具有内外射频电极的静电吸盘，该静电吸盘上沿径向划分设有至少两个独立的射频电极，每个独立的射频电极连接独立的射频电源和射频匹配网络。本实用新型把单电极静电吸盘的电极沿着径向分成内射频电极和外射频电极，内外电极连接独立的射频电源和射频匹配网络，内外射频电源的频率可以是同频率,也可以是不同频率，内外射频电源的功率可以独立控制用于改善晶圆刻蚀的均匀性。

Description

一种具有内外射频电极的静电吸盘

技术领域

本实用新型作为一种半导体等离子刻蚀设备的核心部件，可以改善晶圆刻蚀的均匀性，属于国家集成电路先进装备制造产业技术领域。

背景技术

在半导体集成电路前道晶圆制造过程中，等离子干法刻蚀是一道必不可少的工序。对介质膜和金属膜的刻蚀要求随着晶圆的尺寸越来越大和集成度越来越高而提高。其中对刻蚀的均匀度的要求也越来越高,因而对静电吸盘的要求也愈来愈高。在刻蚀腔中,为了防止光阻材料在刻蚀过程中过热而产生胡胶,晶圆的背面要用氦气进行热交换,把等离子体刻蚀过程中在晶圆上产生的热量带走。由于晶圆的背面氦气的压力远大于晶圆自身的重量,因而早期的刻蚀腔用的是机械环把晶圆压住。但机械环的主要缺点是减少了晶圆的可用面积, 因而静电吸盘成为了现在刻蚀腔的一个非常关键的核心子部件。

静电吸盘根据它的物理特性基本分为两类:第一类为库仑类,第二类为约翰森瑞百克（JR或Johnsen-Rahbek）类。这两类吸盘都靠静电荷的异性相吸来固定硅晶圆片。在吸盘电极与晶片接触的表面之间有一层电介质。纯电介质(电阻率大于10E14Ωcm)做成的吸盘为库仑类，参杂电介质(电阻率介于10E8 - 10E13Ωcm之间)做成的吸盘为约翰森瑞百克类。在吸盘的电介质层中镶嵌着一个直流和射频共用的电极（尺寸比硅片稍小），用以接通到高压（低电流）直流电源和射频电源。在没有等离子体的情况下，当直流电极被接通到高压（低电流）直流电源后，电介质的表面会产生极化电荷（对库仑吸盘而言）。如果是约翰森瑞百克类吸盘，电介质表面不仅有极化电荷，还有很大部分自由电荷，这是因为JR吸盘的电介质有一定导电性。电介质的表面电荷会产生电场，这一电场会进一步在置于吸盘之上的晶片表面产生极化电荷（也可能包括部分自由电荷，取决于什么样的晶片及晶片表面是什么膜，有导电性或绝缘），分布在晶片背面的电荷与分布在吸盘上面的电荷极性相反，这样晶片解就吸盘吸住了。在没有等离子体的情况下，如果关掉被接通到直流电极（镶嵌在吸盘的电介质中）的高压（低流）直流电源，假若分布在晶片背面的电荷与分布在吸盘上面的电荷都是极化电荷，则晶片就被释放了，即吸力自动消失。在没有等离子体的情况下，假若分布在晶片背面的电荷与分布在吸盘上面的电荷中有一部分是自由电荷，即使关掉被接通到直流电极（镶嵌在吸盘的电介质中）的高压（低流）直流电源，则晶片也不会完全被释放，即因残留电荷而仍存在一定的静电吸力。这种情况下，通常需要用反向的静电压来强制消除残留电荷，然后才能释放晶片。在有等离子体的情况下，由于直流自偏压（self DC bias）的缘故，即使关掉被接通到直流电极（镶嵌在吸盘的电介质中）的高压（低流）直流电源，即在吸盘电压为零的情况下，晶片仍然会被吸盘·吸住。这是因为直流自偏压起到了吸盘电压的作用。在某些反应腔中（不一定是蚀刻腔），甚至不需要用高压（低流）直流电源的静电压，完全靠直流自偏压就足够完成吸住晶片的任务。所以，在处理完晶片后，需要一个释放菜单（dechucking recipe)来释放晶片，否则无法从反应腔中把晶片取出。一般来说，约翰森瑞百克类吸盘的吸力比库仑类的要大。在对晶片温度控制要求很高的蚀刻机中，越来越多地采用约翰森瑞百克类吸盘，其电介质通常是参杂的氮化铝陶瓷材料。氮化铝具有很好的导热性和耐腐蚀性。在吸盘中，除了直流电极外，还有射频电极。射频电极用来提供晶片处理过程中需要的射频偏置功率。此外，吸盘中也需要冷却液的循环渠道和氦气的气道。其设计还是需要特别小心细致的。而且，它的设计受到别的方面的制约，如体积不能过大，否则会堵塞或降低反应腔的排气速度.等离子刻蚀机所用的静电吸盘中的电极在使用过程中会同时接上直流电压和射频交流电压。直流电压用于产生电极和晶圆之间的电压差,而射频交流电压用于电离刻蚀腔内的气体,产生等离子体。

当前在商用市场上的等离子刻蚀机所用的静电吸盘主要分为单电极和双电极两种。单电极静电吸盘在没有等离子产生之前，对晶圆没有吸力。只有在等离子产生之后，由于随时间平均的从晶圆表面流入的电子电流和离子电流达到动态平衡,即净电流为零，而导致晶圆表面带有负电荷,在单电极上加静电压差,达到吸晶圆的目地.双电极和多电极静电吸盘是在不同的电极上加不同的静电压,即使在没有等离子体的情况下也能对晶圆产生吸力.但不管是单电极和多电极,都是对静电压而设计的.对射频电源来说,不管是单电极还是多电极,都是连接到同一个射频电源用于产生腔体内的等离子体。

发明内容

本实用新型提供了一种具有内外射频电极的静电吸盘，其中：该静电吸盘上沿径向划分设有至少两个独立的射频电极，每个独立的射频电极连接独立的射频电源和射频匹配网络。

上述的具有内外射频电极的静电吸盘, 其中：连到每个独立射频电极的射频电源频率为相同的射频频率。

上述的具有内外射频电极的静电吸盘, 其中：连到每个独立射频电极的射频电源频率为不同的射频频率。

上述的具有内外射频电极的静电吸盘, 其中：连到每个独立射频电极的射频电源频率为13.56 MHz。

另外，该静电吸盘上可沿径向划分设置两个独立的射频电极，分别是内射频电极和外射频电极。内射频电极的射频电源频率为13.56 MHz，外射频电极的射频电源频率为12.56 MHz。内射频电极和外射频电极的静电压为不同的直流电压。

本实用新型提供的一种具有内外射频电极的静电吸盘，具有如下有益效果：静电吸盘上沿径向划分设有至少两个独立的射频电极，射频电极连接独立的射频电源和射频匹配网络，射频电源的频率可以是同频率,也可以是不同频率，内外射频电源的功率可以独立控制用于改善晶圆刻蚀的均匀性。

附图说明

图1 现有技术中静电吸盘的立体图。

图2 为现有技术中静电吸盘的平面图。

图3为现有技术中静电吸盘的结构示意图。

图4 为本实用新型提供的具有内外射频电极的静电吸盘的平面图。

图5为本实用新型提供的具有内外射频电极的静电吸盘的横截面图。

具体实施方式

本实用新型提供的具有内外射频电极的静电吸盘，该静电吸盘1上设有两个以上的沿径向划分的独立的射频电极2，通过对射频电源3功率的调节可用于调节晶圆沿径向的刻蚀速率,从而达到改善沿径向的刻蚀均匀性，连到独立射频电极2的射频电源3的频率可以用相同或不同的射频频率，例如，连到射频电极2的射频电源3的频率均为13.56 MHz的射频频率；连到内电极的射频电源3的频率可以用13.56 MHz, 连到外电极的射频电源3的频率可以用12.56 MHz。另外，连到内外电极的静电压可以用不同的直流电压。

如附图5所示，静电吸盘1上设有两个独立的射频电极2，分别为外射频电极21和内射频电极22，外射频电极21和内射频电极22连接阻尼电感6和直流电压源4，外射频电极21和内射频电极22独立连接网络匹配电路5，外射频电极21和内射频电极22独立连接射频电源3，外射频电极21连接射频电源一31，内射频电极22连接射频电源二32。

有两个实施方法:

1) 把耐高温的金属钼网裁剪成如图5所示的形状和尺寸,然后埋入陶瓷坯体进行烧结；

2) 在陶瓷件上电镀金属膜,然后用光阻加刻蚀的方法制作成电极。

Claims

1.一种具有内外射频电极的静电吸盘，其特征在于：该静电吸盘上沿径向划分设有至少两个独立的射频电极，每个独立的射频电极连接独立的射频电源和射频匹配网络。

2.根据权利要求1所述的具有内外射频电极的静电吸盘, 其特征在于：连到每个独立射频电极的射频电源频率为相同的射频频率。

3.根据权利要求1所述的具有内外射频电极的静电吸盘, 其特征在于：连到每个独立射频电极的射频电源频率为不同的射频频率。

4.根据权利要求2所述的具有内外射频电极的静电吸盘, 其特征在于：连到每个独立射频电极的射频电源频率为13.56 MHz。

5.根据权利要求1所述的具有内外射频电极的静电吸盘, 其特征在于：该静电吸盘上沿径向划分设置两个独立的射频电极，分别是内射频电极和外射频电极。

6.根据权利要求5所述的具有内外射频电极的静电吸盘, 其特征在于：内射频电极的射频电源频率为13.56 MHz，外射频电极的射频电源频率为12.56 MHz。

7.根据权利要求6所述的具有内外射频电极的静电吸盘, 其特征在于：内射频电极和外射频电极的静电压为不同的直流电压。