CN214672493U - 下电极组件和等离子体处理装置 - Google Patents

Abstract

一种下电极组件和等离子体处理装置，其中，所述下电极组件包括：基座，其内设有凹槽；静电夹盘，位于所述基座上，用于吸附待处理基片，其内设有第一气体通道，所述第一气体通道与凹槽对应；第一陶瓷件和第二陶瓷件，设于所述凹槽内，且二者相互配合形成第二气体通道，所述第二气体通道与第一气体通道相互连通，用于向待处理基片的背面输送冷却气体，以控制所述待处理基片的温度，其中，所述第二气体通道为非直线。所述下电极组件有利于降低静电夹盘发生点火放电。

Description

下电极组件和等离子体处理装置

技术领域

本实用新型涉及半导体领域，尤其涉及一种下电极组件和等离子体处理装置。

背景技术

在半导体器件制造的各种工序中，等离子体处理是将待处理基片加工成设计图案的关键工艺。在典型的等离子体处理工艺中，工艺气体在射频(Radio Frequency，RF)激励作用下形成等离子体。这些等离子体在经过上电极和下电极之间的电场(电容耦合或者电感耦合)作用后与待处理基片表面发生物理轰击作用及化学反应，从而对待处理基片表面进行处理。

所述等离子体处理工艺在等离子体处理装置内进行，所述等离子体处理装置包括基座和位于基座上方的静电夹盘，所述静电夹盘用于吸附待处理基片。通常所述基座和静电夹盘内设有氦气孔，所述氦气孔用于向所述待处理基片的背面输送氦气，以控制所述待处理基片的温度。然而，现有氦气孔很容易发生点火放电问题。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是提供了一种下电极组件和等离子体处理装置，以减少静电夹盘内发生点火放电。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种下电极组件，包括：基座，其内设有凹槽；静电夹盘，位于所述基座上，用于吸附待处理基片，其内设有第一气体通道，所述第一气体通道与凹槽对应；用于向待处理基片的表面输送冷却气体，以控制所述待处理基片的温度；第一陶瓷件和第二陶瓷件，设于所述凹槽内，且二者相互配合形成第二气体通道，所述第二气体通道与第一气体通道相互连通，用于向待处理基片的背面输送冷却气体，以控制所述待处理基片的温度，其中，所述第二气体通道为非直线的。

可选的，所述基座的材料为金属；所述静电夹盘的材料为陶瓷材料。

可选的，所述第二气体通道为：弯折结构或者曲线结构。

可选的，当所述第二气体通道的非直线为弯折结构时，所述第一陶瓷件底部设有贯穿部分第一陶瓷件的第一开孔，所述第一陶瓷件的顶部的侧壁设有第二开孔；所述第二陶瓷件底部设有开口，所述开口用于容纳所述第一陶瓷件的顶部，且所述第二开孔被所述开口包围，所述第一陶瓷件的顶部与开口内侧壁之间形成间隙，所述第二陶瓷件的顶部设有第三开孔，且所述第一开孔、第二开孔、间隙和第三开孔连通，所述第一开孔、第二开孔、间隙和第三开孔构成所述第二气体通道，所述间隙的中心线与第一开孔、第三开孔的中心线不共线。

可选的，所述第一陶瓷件包括底部件和位于底部件上方的凸台件，所述凸台件在基座上的投影面积小于底部件在基座上的投影面积，所述第一开孔贯穿所述底部件和部分凸台件，所述第二开孔设有所述凸台件的侧壁，所述第二陶瓷件的开口用于容纳凸台件，所述凸台件与开口的侧壁形成所述间隙。

可选的，所述第一陶瓷件和第二陶瓷件左右或者上下放置，两者相互配合形成非直线的第二气体通道。

可选的，所述第一陶瓷件包括第一侧，所述第二陶瓷件包括第二侧，所述第一侧的第一陶瓷件为锯齿状，所述第二侧的第二陶瓷件为锯齿状，所述第一侧与第二侧相互配合形成所述第二气体通道。

可选的，所述第一陶瓷件的外壁设有螺旋状的沟槽，所述第二陶瓷件与为筒状结构，所述第二陶瓷件套设在所述第一陶瓷件的外部，所述螺旋形的沟槽与第二陶瓷件的内壁之间形成所述第二气体通道。

可选的，所述第一陶瓷件与第二陶瓷件一体成型，所述第一陶瓷件和第二陶瓷件内设有所述第二气体通道，所述第二气体通道是由若干个菱形通道堆叠而成，且每个菱形通道还包括连接对角线的连接通道。

可选的，还包括：高频功率源，与所述下电极电连接。

可选的，所述高频功率源的功率为：3KW～12KW。

可选的，所述第一陶瓷件和第二陶瓷件的材料包括：氧化铝、氮化铝或者氧化锆。

可选的，所述冷却气体包括：惰性气体、N₂和O₂中的至少一种。

相应的，本实用新型还提供一种等离子体处理装置，包括：反应腔；上述的下电极组件，位于所述反应腔内的底部。

可选的，所述等离子体处理装置为电感耦合等离子体处理装置，所述电感耦合等离子体处理装置还包括：绝缘窗口，位于所述反应腔的顶部；电感线圈，位于所述绝缘窗口上方。

可选的，所述等离子体处理装置为电容耦合等离子体处理装置，所述电容耦合等离子体处理装置包括：安装基板，位于所述反应腔的顶部；气体喷淋头，位于所述安装基板的下方，与所述下电极组件相对设置，用于向所述反应腔内输送反应气体。

与现有技术相比，本实用新型实施例的技术方案具有以下有益效果：

本实用新型技术方案提供的等离子体处理装置中，所述等离子体处理装置包括下电极组件，所述下电极组件的基座中设有凹槽，所述凹槽用于容纳第一陶瓷件和第二陶瓷件，所述第一陶瓷件与第二陶瓷件之间相互配合形成第二气体通道，所述静电夹盘内设有第一气体通道，所述第一气体通道与第二气体通道相互连通，形成用于向待处理基片背面输送冷却气体的传输路径，其中所述第二气体通道为非直线的，使得所述冷却气体在传输的过程中发生拐弯，并且在拐弯处发生熄灭，因此，有利于降低静电夹盘内发生点火放电的问题。

附图说明

图1为本实用新型一种等离子体处理装置的结构示意图；

图2为本实用新型另一种等离子体处理装置的结构示意图；

图3为图1中区域A的一种放大示意图；

图4为图3中一种第一陶瓷件的立体图；

图5a和图5b为图3中一种第二陶瓷件的立体图；

图6为图1中区域A的另一种放大示意图；

图7为图1中区域A的又一种放大示意图；

图8为图1中区域A的再一种放大示意图；

图9为图8中第一陶瓷件与第二陶瓷件的俯视图。

具体实施方式

正如背景技术所述，现有等离子体处理装置的静电夹盘内易发生点火放电，为此，本实用新型致力于提供一种等离子体处理装置，以降低静电夹盘内发生点火放电，以下进行详细说明：

图1为本实用新型一种等离子体处理装置的结构示意图。

请参考图1，等离子体处理装置1包括：反应腔10；下电极组件，位于所述反应腔10内的底部，所述下电极组件包括基座12和基座12上方的静电夹盘13，所述静电夹盘13内设有电极14，用于吸附待处理基片W。

在本实施例中，所述等离子体处理装置为电容耦合等离子体处理装置，所述电容耦合等离子体处理装置还包括：安装基板15，位于所述反应腔10的顶部；气体喷淋头16，位于所述安装基板15的下方，与反应气体源17相连，用于向反应腔10内输送反应气体，与所述下电极组件相对设置。所述气体喷淋头16作为等离子体处理装置的上电极，所述静电夹盘13作为等离子体处理装置的下电极，所述上电极和所述下电极之间形成一反应区域。至少一射频电源19通过匹配网络18施加到所述上电极或下电极之一，在所述上电极和所述下电极之间产生射频电场，用以将反应气体解离为等离子体，等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，上述活性粒子可以和待处理基片W的表面发生多种物理和化学反应，使得基片表面的形貌发生改变，即完成刻蚀过程。反应腔10的下方还设置一排气泵20，用于将反应副产物排出反应腔，维持反应腔的真空环境。

所述射频电源19为高频功率源，所述高频功率源的功率范围为：3KW～12KW。所述基座12的材料为金属；所述静电夹盘13的材料为陶瓷材料，所述静电夹盘13用于静电吸附待处理基片W，当所述基座12上施加所述高频功率源的功率时，所述静电夹盘13之间存在电压差。

在对待处理基片W表面进行处理的过程中，需要精确控制待处理基片W的温度，所述基座12内通常还设置有冷却通道，所述冷却通道内用于输送冷却液，所述冷却液用于对基座12进行冷却。所述静电夹盘13与基座12之间还设置有绝缘层(图中未示出)，所述绝缘层内设有加热器(图中未示出)，所述加热器用于对待处理基片进行加热。另外，为了更好地控制待处理基片W的温度，通常会在基座12和静电夹盘13内设置气体通道21，所述气体通道21用于向待处理基片W的背面输送冷却气体，所述冷却气体包括：惰性气体、N₂和O₂中的至少一种，所述惰性气体包括氦气。由于所述静电夹盘13之间存在电压差，因此，所述冷却气体在气体通道21内传输的过程中易发生点火放电。

图2为本实用新型另一种等离子体处理装置的结构示意图。

在本实施例中，等离子体处理装置为电感耦合等离子体处理装置，所述电感耦合等离子体处理装置5包括反应腔501，反应腔501包括由金属材料制成的大致为圆柱形的反应腔侧壁，反应腔侧壁上设置一开口502用于容纳基片进出。反应腔侧壁上方设置一绝缘窗口517，绝缘窗口517上方设置电感耦合线圈515，射频功率源518通过射频匹配网络516将射频电压施加到电感耦合线圈515上。

反应腔内部设置一内衬520，用以保护反应腔内壁不被等离子体腐蚀，反应腔侧壁靠近绝缘窗口的一端设置气体注入口503，在其他实施例中也可以在绝缘窗口517的中心区域设置气体注入口，气体注入口503用于将反应气体注反应腔501内，射频功率源518的射频功率驱动电感耦合线圈515产生较强的高频交变磁场，使得反应腔内低压的反应气体被电离产生等离子体。反应腔500的下游位置设置一基座510，基座510上设置静电吸盘512，静电吸盘512内部设置一静电电极513，用于产生静电吸力，以实现在工艺过程中对待处理基片W的支撑固定。等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，上述活性粒子可以和待处理基片的表面发生多种物理和化学反应，使得基片表面的形貌发生改变，即完成刻蚀过程。一偏置射频功率源550通过射频匹配网络552将偏置射频电压施加到基座上，用于控制等离子体中带电粒子的轰击方向。反应腔501的下方还设置一排气泵540，用于将反应副产物排出反应腔501，维持反应腔501的真空环境。

同样的，为了更好地控制待处理基片W的温度，通常会在基座510和静电夹盘512内设置气体通道51，所述气体通道51用于向待处理基片W的背面输送冷却气体，所述冷却气体包括：惰性气体、N₂和O₂中的至少一种，所述惰性气体包括氦气。由于所述静电夹盘512之间存在电压差，因此，所述冷却气体在气体通道51内传输的过程中易发生点火放电。

以下对下电极组件进行详细说明：

请参考图3至图5，图3为图1中区域A的一种放大示意图，下电极组件包括：基座12，其内设有凹槽120(见图2)；静电夹盘13，位于所述基座12上，用于吸附待处理基片W，其内设有第一气体通道131，所述第一气体通道131与凹槽120对应；第一陶瓷件121和第二陶瓷件122，设于所述凹槽120内，且二者相互配合形成第二气体通道，所述第二气体通道与第一气体通道131相互连通，用于向待处理基片W的背面输送冷却气体，以控制所述待处理基片W的温度，其中，所述第二气体通道为非直线的。

所述第一陶瓷件121和第二陶瓷件122的材料包括：氧化铝、氮化铝或者氧化锆。

设置所述第一陶瓷件121和第二陶瓷件122的意义在于：由于所述第一陶瓷件121和第二陶瓷件122均为陶瓷材料，使得所述待处理基片W到基座12的距离需跨越静电夹盘13、第一陶瓷件121和第二陶瓷件122，因此，所述待处理基片W到基座12的距离较远，则有利于防止所述第一气道131发生电弧放电(arcing)。

图4为第一陶瓷件121的立体图，结合图3和图4可以看出，在本实施例中，所述第一陶瓷件121包括：底部件121a和位于底部件121a上方的凸台件121b，所述凸台件121b在基座12上的投影面积小于底部件121a在基座12上的投影面积，所述第一陶瓷件121设有贯穿底部件121a和部分凸台件121b的第一开孔123，所述凸台件121b的侧壁设有第二开孔124。

在其它实施例中，所述第一陶瓷件底部设有贯穿部分第一陶瓷件的第一开孔，所述第一陶瓷件的顶部的侧壁设有第二开孔；所述第二陶瓷件底部设有开口，所述开口用于容纳所述第一陶瓷件的顶部，且所述第二开孔被所述开口包围，且所述第一陶瓷件的顶部与开口内侧壁之间形成间隙，所述第二陶瓷件的顶部设有第三开孔，且所述第一开孔、第二开孔、间隙和第三开孔连通，所述第一开孔、第二开孔、间隙和第三开孔构成所述第二气体通道。

图5a和图5b为图2中一种第二陶瓷件的立体图。

请参考图3、图4、图5a和图5b，所述第二陶瓷件122底部设有开口127，所述开口127用于容纳所述凸台件121b，且所述凸台件121b与开口127内侧壁之间形成间隙125，所述第二陶瓷件122的顶部设有第三开孔126，且所述第一开孔123、第二开孔124、间隙125和第三开孔126连通，所述第一开孔123、第二开孔124、间隙125和第三开孔126构成第二气体通道，所述第二气体通道与第一气体通道131连通，则所述第一开孔123、第二开孔124、间隙125、第三开孔126和第一气体通道141形成所述冷却气体的传输路径，所述间隙的中心线与第一开孔、第三开孔的中心线不共线。

由于所述第一开孔123贯穿所述底部件121a和部分凸台件121b，而所述第二开孔124设于所述凸台件121b的侧壁，因此，所述第一开孔123与第二开孔124构成夹角，而所述间隙125包括：所述凸台件121b侧壁与第二陶瓷件122的开口127的内侧壁之间的第一间隙、以及凸台件121b顶部与第二陶瓷件122的开孔127底部之间的第二间隙，所述第一间隙与第二间隙之间构成夹角，且所述所述凸台件121b的侧壁与第二陶瓷件122的开口127的内侧壁之间的第一间隙与第二开孔124构成夹角，而所述第三开孔126设于所述开口127底部的第二陶瓷件122内，因此，所述第二间隙与所述第三开孔126之间构成夹角，由此可见，所述第二气体通道为多次弯折结构，使得冷却气体在第二气体通道内传输的过程中不断拐弯，使其能量不断降低，因此，尽管所述静电夹盘13上下表面存在电压差，也不易发生点火放电。

所述冷却气体的传输路径为非直线传输，所述非直线传输除了上述的弯折结构外，还可以为曲线传输。

图6为图1中区域A的另一种放大示意图。

在本实施例中，静电夹盘23内设于第一气体通道231，基座22内设于凹槽，所述凹槽内设于第一陶瓷件221和第二陶瓷件222，所述第一陶瓷件221包括第一侧1，所述第二陶瓷件222包括第二侧2，所述第一侧1与第二侧2左右相互匹配放置，在所述第一陶瓷件221与第二陶瓷件222之间形成第二气体通道223。

在本实施例中，所述第一侧1为锯齿状，所述第二侧2为锯齿状，二者相互配合形成的第二气体通道223，由于所述第二气体通道223为非直线，使得所述冷却气体在第一气体通道231和第二气体通道223传输的过程中发生拐弯，并且在拐弯处发生熄灭，因此，有利于降低待处理基片与静电夹盘23之间发生点火放电的问题。

图7为图1中区域A的又一种放大示意图。

请参考图7，所述第一陶瓷件与第二陶瓷件一体成型为一陶瓷件34，所述陶瓷件34内设有所述第二气体通道341，所述第二气体通道341包括若干个菱形通道堆叠而成，且每个菱形通道还包括连接对角线的连接通道342。

在本实施例中，由于所述第二气体通道341为非直线，使得所述冷却气体在第一气体通道331和第二气体通道341传输的过程中发生拐弯，并且在拐弯处发生熄灭，因此，有利于降低待处理基片与静电夹盘33之间发生点火放电的问题。

图8为图1中区域A的再一种放大示意图；图9为图8中第一陶瓷件与第二陶瓷件的俯视图。

请参考图8和图9，所述第一陶瓷件421的外壁设有螺旋状的沟槽423，所述第二陶瓷件422与为筒状结构，所述第二陶瓷件422套设在所述第一陶瓷件421的外部，所述螺旋形的沟槽423与第二陶瓷件422的内壁之间形成所述第二气体通道。

在本实施例中，由于所述螺旋形的沟槽423为非直线，因此，所述螺旋形的沟槽423与第二陶瓷件422的内壁之间形成的所述第二气体通道为非直线的，使得所述冷却气体在第一气体通道431和第二气体通道传输的过程中发生拐弯，并且在拐弯处发生熄灭，因此，有利于降低待处理基片与静电夹盘43之间发生点火放电的问题。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离。本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (16)

1.一种下电极组件，其特征在于，包括：

基座，其内设有凹槽；

静电夹盘，位于所述基座上，用于吸附待处理基片，其内设有第一气体通道，所述第一气体通道与凹槽对应；

第一陶瓷件和第二陶瓷件，设于所述凹槽内，且二者相互配合形成第二气体通道，所述第二气体通道与第一气体通道相互连通，用于向待处理基片的背面输送冷却气体，以控制所述待处理基片的温度，其中，所述第二气体通道为非直线。

2.如权利要求1所述的下电极组件，其特征在于，所述基座的材料为金属；所述静电夹盘的材料为陶瓷材料。

3.如权利要求1所述的下电极组件，其特征在于，所述第二气体通道为：弯折结构或者曲线结构。

4.如权利要求1所述的下电极组件，其特征在于，所述第一陶瓷件底部设有贯穿部分第一陶瓷件的第一开孔，所述第一陶瓷件的顶部的侧壁设有第二开孔；所述第二陶瓷件底部设有开口，所述开口用于容纳所述第一陶瓷件的顶部，且所述第二开孔被所述开口包围，所述第一陶瓷件的顶部与开口内侧壁之间形成间隙，所述第二陶瓷件的顶部设有第三开孔，且所述第一开孔、第二开孔、间隙和第三开孔连通，所述第一开孔、第二开孔、间隙和第三开孔构成所述第二气体通道，所述间隙的中心线与第一开孔、第三开孔的中心线不共线。

5.如权利要求4所述的下电极组件，其特征在于，所述第一陶瓷件包括底部件和位于底部件上方的凸台件，所述凸台件在基座上的投影面积小于底部件在基座上的投影面积，所述第一开孔贯穿所述底部件和部分凸台件，所述第二开孔设有所述凸台件的侧壁，所述第二陶瓷件的开口用于容纳凸台件，所述凸台件与开口的侧壁形成所述间隙。

6.如权利要求1所述的下电极组件，其特征在于，所述第一陶瓷件和第二陶瓷件左右或者上下放置，两者相互配合形成所述非直线的第二气体通道。

7.如权利要求6所述的下电极组件，其特征在于，所述第一陶瓷件包括第一侧，所述第二陶瓷件包括第二侧，所述第一侧的第一陶瓷件为锯齿状，所述第二侧的第二陶瓷件为锯齿状，所述第一侧与第二侧相互配合形成所述第二气体通道。

8.如权利要求1所述的下电极组件，其特征在于，所述第一陶瓷件的外壁设有螺旋形的沟槽，所述第二陶瓷件与为筒状结构，所述第二陶瓷件套设在所述第一陶瓷件的外部，所述螺旋形的沟槽与第二陶瓷件的内壁之间形成所述第二气体通道。

9.如权利要求1所述的下电极组件，其特征在于，所述第一陶瓷件与第二陶瓷件一体成型，所述第一陶瓷件和第二陶瓷件内设有所述第二气体通道，所述第二气体通道是由若干个菱形通道堆叠而成，且每个菱形通道还包括连接对角线的连接通道。

10.如权利要求1所述的下电极组件，其特征在于，还包括：高频功率源，与所述下电极电连接。

11.如权利要求10所述的下电极组件，其特征在于，所述高频功率源的功率为：3KW～12KW。

12.如权利要求1所述的下电极组件，其特征在于，所述第一陶瓷件和第二陶瓷件的材料包括：氧化铝、氮化铝或者氧化锆。

13.如权利要求1所述的下电极组件，其特征在于，所述冷却气体包括：惰性气体、N₂和O₂中的至少一种。

14.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：

反应腔；

如权利要求1至权利要求13任一项所述的下电极组件，位于所述反应腔内的底部。

15.如权利要求14所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体处理装置为电感耦合等离子体处理装置，所述电感耦合等离子体处理装置还包括：绝缘窗口，位于所述反应腔的顶部；电感线圈，位于所述绝缘窗口上方。

16.如权利要求14所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体处理装置为电容耦合等离子体处理装置，所述电容耦合等离子体处理装置包括：安装基板，位于所述反应腔的顶部；气体喷淋头，位于所述安装基板的下方，与所述下电极组件相对设置，用于向所述反应腔内输送反应气体。

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