TW201324576A - 降低射頻耦合的等離子體處理裝置及載置台 - Google Patents

Abstract

一種降低射頻耦合的等離子體處理裝置的載置台，載置台用於載置被處理基板，載置台包括：下部電極，其與設置於載置台之外的上部電極相適應並配合產生用於對被處理基板進行的射頻；基板固定裝置，其設置於下部電極的上方，用於載置被處理基板；其中下部電極的上部的至少一個區域被設置為電容耦合區，電容耦合區由多層金屬層與多層絕緣層間隔地組成，再者，還提供一種等離子體處理裝置，包括載置台，本發明通過在載置台的下部電極上設置電容耦合區，通過多層絕緣層、金屬層的疊加來形成多個電容，進而降低了載置台的射頻耦合。

Description

降低射頻耦合的等離子體處理裝置及載置台

本發明涉及半導體製程設備，尤其是對於基板實施等離子體處理的等離子體處理裝置，具體地，涉及用於載置被實施等離子體處理的基板等被處理體的載置台以及具有該載置台的等離子體處理裝置。

在半導體設備的製造過程中，例如蝕刻、沉積、氧化、濺射等處理過程中，通常會利用等離子體對基板(晶片)進行處理。一般地，對於等離子體處理裝置來說，作為生成等離子體的方式，大體上可分為利用電暈(glow)放電或者高頻放電，和利用微波等方式。

在高頻放電方式的等離子體處理裝置中，等離子體處理裝置的反應腔通常配置上部電極和下部電極，優選地這兩個電極平行設置。而且，通常在下部電極之上載置被處理基板(半導體晶片、玻璃基板等)，經由整合器將等離子體生成用的高頻電源施加於上部電極或者下部電極。通過由該高頻電源所生成的高頻電場來使電子加速，產生等離子體。

在現有工藝中，等離子體處理裝置中通常會存在比較嚴重的射頻耦合分佈不均情況。造成這種狀況的原因比較多，例如：集膚效應造成高頻電流會沿電極邊沿流動造成邊緣和中心區域電場強度不均，駐波效應使得沿不同方向傳播的射頻電場在互相疊加後會形成駐波造成部分區域的電場強度強於其他部分。其他硬體設備 的不對稱也會造成在整個加工晶圓上的電場強度不均一。為了抵消這些原因造成的電場強度不均，需要一種簡單有效的方法來使得最終在等離子加工過程中上下電極間的電場在晶圓上分佈需要的強度。

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種等離子體處理裝置用的載置台以及對應的包括該載置台的等離子體處理裝置。

本發明提供一種降低射頻耦合的等離子體處理裝置的載置台，載置台用於載置被處理基板，載置台至少包括：下部電極，其與設置於載置台之外的上部電極相適應並配合產生用於對被處理基板進行的射頻；基板固定裝置，其設置於下部電極的上方，用於載置被處理基板；其中至少下部電極的上部的至少一個區域被設置為電容耦合區，電容耦合區由多層金屬層與多層絕緣層間隔地組成。

優選地，耦合區的最下層為絕緣層，從該絕緣層向上依次為金屬層、絕緣層地相間隔設置。

優選地，耦合區的最上層為金屬層，且從該金屬層向下依次為絕緣層、金屬層地相間隔設置。

優選地，絕緣層的厚度在如下範圍內：0.1到10毫米。

優選地，至少兩個絕緣層的厚度是不同的。

優選地，至少兩層絕緣層的材質是不同的。

優選地，絕緣層包括如下物質中的任一種或任多 種：氧化鋁；氮化鋁；Low-K材料；或者其他高電阻矽材料。

優選地，金屬層的厚度在如下範圍內：0.1到10毫米。

優選地，至少兩個金屬層的厚度是不同的。

優選地，至少兩層金屬層的材質是不同的。

優選地，金屬層包括如下物質中的任一種或任多種：鋁；鐵；銅；錫；以及多晶矽材料。

此外，本發明提供一種等離子體處理裝置，用於對基板進行等離子化處理，其包括：對被處理基板進行等離子體處理的處理容器；將處理氣體導入處理容器的處理氣體導入部；用於對處理容器內進行真空排氣的單元；其中還包括設置在處理容器內的上述等離子體處理裝置用的載置台；以及與載置台相對的方式設置在載置台的上方的上部電極。

本發明通過在載置台的下部電極上設置電容耦合區，通過多層絕緣層、金屬層的疊加來形成多個電容，進而降低了載置台的射頻耦合。

圖1顯示出根據現有技術的等離子體處理裝置的縱截面示意圖。本領域技術人員理解，在現有技術中，等離子體處理裝置通常包括：例如由內部成為密閉空間的真空腔室構成的處理容器100；在處理容器100的底面中央配設的載置台；以及在載置台的上方以與載置台相對的方式設置著的上部電極10。

上述載置台2的結構通常包括：基座34，基座34 設置有下部電極20，下部電極20與上部電極10相適應；基座34上方設置有固定基板30用的靜電夾卡盤32。下部電極20，例如經由絕緣部件被固定在基座34上。且下部電極20連接射頻電源。

另外，上部電極10形成為中空狀，在其下面例如均勻分散地形成有向處理容器100內分散供給處理氣體用的多個氣體供給孔。上部電極10的上面中央設有氣體導入管，氣體導入管貫通處理容器100的上面中央，在上游與處理氣體供給源110連接。優選地，處理氣體供給源110能夠對等離子體處理裝置的處理氣體供給量的給斷以及增減進行控制。

通過以上的各裝置結構，在等離子體處理裝置的處理容器100內形成由下部電極20和上部電極10構成的一對平行平板電極。調整處理容器100內部至指定的壓力後，通過導入處理氣體，從射頻電源供給高頻電力，處理氣體等離子體化，高頻流過由下部電極20→等離子體→上部電極10→處理容器100的壁部→大體構成的通路。通過等離子體處理裝置的這種作用，對固定在載置臺上的基板30實施利用等離子體的蝕刻。

在圖1所示之現有技術基礎上，圖2顯示出了根據現有技術的等離子體處理裝置用的載置台的下部電極20的縱截面圖。為了簡單明瞭起見，在本實施例中僅僅畫出了載置台的下部電極20的基本組成。下部電極20與用於等離子體處理的反應器所包含的上部電極(圖2中未示出)相適應。優選地，下部電極20為電導體。下部電極20之上設置一個靜電夾卡盤32，在靜 電夾卡盤32上放置被處理的基板30。

在圖2所示現有技術中，下部電極20連接高頻電源81，其上方設置靜電夾卡盤32。本領域技術人員理解，基於上述結構，最終，用於處理被處理基板的等離子體由下部電極20射向被處理基板30，且在此不予贅述。但由於上述各種原因，導致射頻耦合的缺陷比較嚴重，影響了等離子化的效果。

圖3顯示出根據本發明的第一實施例的等離子體處理裝置用的載置台的縱截面圖。下部電極20呈一個圓柱形，其面向上部電極10的上表面設置有一個電容耦合區21，電容耦合區21可以是圓形、矩形、梯形等規則形狀，也可以是一些不規則的形狀，本領域技術人員理解，電容耦合區21的形狀並不會影響所述實施例的實現，故在此不予贅述。更具體地，在本實施例的一些變化例中，電容耦合區21可以設置有多個(圖3中僅僅示出一個電容耦合區，以下各圖相同)，本領域技術人員理解，這些實施例的變化例均可以結合圖3所示之實施例予以實現而在此不予贅述。

進一步地，根據圖3所示實施例，電容耦合區21由多層金屬層22和多層絕緣層23間隔地組成，優選地，金屬層22和絕緣層23呈凹狀，且電容耦合區21的最底層為絕緣層23，其最頂層應為金屬層22，進而電容耦合從下至上至少應為絕緣層-金屬層-絕緣層-金屬層四層(如圖4所示)。

更為具體地，電容耦合區21的絕緣層23的厚度應為0.1到10毫米，其可以由氧化鋁、氮化鋁、Low-K 材料或者其他高電阻矽材料組成，且多層絕緣層23中至少有兩層的厚度不相同，至少有兩層絕緣層23的材料不同，例如：有四層絕緣層23的電容耦合區21中，可以有兩層絕緣層23的厚度與材料都不相同，而其他兩層的厚度與材料都相同。又例如：四層絕緣層23中，其中兩層的材料不同厚度相同，而另兩層的厚度不同材料相同等，本領域技術人員理解，在類似情形下，都能通過圖3所示之實施例予以實現，並可以達到與圖3所示之實施例類似的效果，故在此不予贅述。

類似地，根據圖3所述實施例的電容耦合區21，其金屬層22由鋁、鐵、銅、錫或者其他多晶矽材料組成，所述金屬層22的厚度為0.1到10毫米，且多層金屬層22中至少有兩層的厚度不相同，至少有兩層金屬層22的材料不同，例如有四層所述金屬層22的電容耦合區21中，可以有兩層金屬層22的厚度與材料都不相同，而其他兩層的厚度與材料都相同，又例如，四層金屬層22中，其中兩層的材料不同厚度相同，而另兩層的厚度不同材料相同等，本領域技術人員理解，在類似情形下，都能通過圖3所示實施例予以實現，並可以達到與圖3所示實施例類似的效果，故在此不予贅述。

圖4顯示出根據本發明的第一實施例的等離子體處理裝置用的載置台2的下部電極20的電容耦合區21的縱截面圖，本實施例可以理解為上述圖3的一個變化例，為了更清楚地闡述本發明，圖4單獨顯示出了所述下部電極20的電容耦合區21的縱截面圖，具體地，下部電極20的電容耦合區21由兩層金屬層22和兩層絕 緣層23組成，電容耦合區21的頂部為金屬層221，底部為絕緣層232，兩層金屬層22與兩層絕緣層23間隔地組成，從下至上依次為絕緣層232-金屬層222-絕緣層231-金屬層221，優選地，兩層金屬層221、222與兩層絕緣層231、232均呈凹狀，絕緣層232的凹狀大小與金屬層222整體的大小相適應，能使金屬層222正好放入絕緣層232的凹狀內，類似地，金屬層222的凹狀大小與絕緣層231整體的大小相適應，能使絕緣層231正好放入金屬層222內，進而使兩層金屬層221、222與兩層絕緣層231、232依次間隔嵌套。

更具體地，本領域技術人員理解，電容耦合區21的兩層絕緣層231、232的材料與厚度都不相同，其兩層金屬層221、222的材料與厚度也都不相同，在此情形下，電容耦合區21也能通過圖3所示之實施例予以實現，並可以達到與圖3所示之實施例類似的效果，故在此不予贅述。

更進一步地，根據圖4所示實施例，優選地，金屬層22和絕緣層23呈凹狀，而在本實施例的一些變化例中，金屬層22和絕緣層23也可以呈其他形狀如平板狀(例如圖5所示)，與圖4相同的由下至上依次為絕緣層232-金屬層222-絕緣層231-金屬層221。本領域技術人員結合上述實施例以及變化例可以實現圖4所示實施例，故在此不予贅述。

圖5顯示出根據本發明的第二實施例的等離子體處理裝置用的載置台2的縱截面圖，本實施例可以理解為上述圖3的一個變化例，具體地，電容耦合區21由 多層金屬層22和多層絕緣層23間隔地組成，金屬層22和絕緣層23呈平板狀，且電容耦合區21的最底層為絕緣層23，其最頂層應為金屬層22，進而，所述電容耦合從下至上至少應為絕緣層-金屬層-絕緣層-金屬層四層，優選地，所述金屬層22與絕緣層23的面積大小相同，與圖3所示之實施例類似，多層金屬層22中至少有兩層材料不相同，至少有兩層的厚度不相同，多層絕緣層23中至少有兩層的材料不相同，至少有兩層的厚度不相同，本領域技術人員理解，在類似情形下，都能通過圖3所示之實施例予以實現，並可以達到與圖3所示之實施例的類似效果，故在此不予贅述。

參考圖3至圖5所示之實施例，更進一步地，本領域技術人員理解，本發明所述等離子體處理裝置在下部電極20上設置一個由絕緣材料與金屬材料間隔疊加組成的電容耦合區21，通過間隔疊加的金屬層22與絕緣層23材料的不同，形成多個電容，該多個電容疊加形成一個可變的電容，從而達到可選擇性的降低射頻耦合的目的。進一步地，本領域技術人員理解，通過本發明提供的電容耦合區21內的多個電容大小的調節，可以實現不同程度降低射頻耦合的目的，例如每個電容的大小可以通過電容兩極的間距來調節，故在此不予贅述。

進一步地，參考圖3至圖5所示實施例，本領域技術人員理解，在一個變化例中，電容耦合區21的最底層為絕緣層23，其最頂層應為金屬層22，具體地，兩層金屬層22與兩層絕緣層23間隔地組成，從下至上 依次為金屬層222-絕緣層232-金屬層221-絕緣層231，在有更多金屬層與絕緣層疊加的情況下繼續以此次序向上疊加、在工藝允許的情況下層數並無限制，本領域技術人員理解，這些變化例並不影響本發明的具體實施，故在此處不予贅述。

以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明並不局限於上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的範圍內做出各種變形或修改，這並不影響本發明的實質內容。

100‧‧‧處理容器

110‧‧‧處理氣體供給源

10‧‧‧上部電極

2‧‧‧載置台

20‧‧‧下部電極

21‧‧‧電容耦合區

22‧‧‧金屬層

221‧‧‧金屬層

222‧‧‧金屬層

23‧‧‧絕緣層

231‧‧‧絕緣層

232‧‧‧絕緣層

30‧‧‧基板

32‧‧‧靜電夾卡盤

34‧‧‧基座

81‧‧‧高頻電源

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其他特徵、目的和優點將會變得更明顯：圖1顯示出根據現有技術的等離子體處理裝置用的載置台的縱截面圖；圖2顯示出根據現有技術的等離子體處理裝置用的載置台的下部電極20的縱截面圖；圖3顯示出根據本發明的第一實施例的等離子體處理裝置用的載置台的縱截面圖；圖4顯示出根據本發明的第一實施例的等離子體處理裝置用的載置台的下部電極的電容耦合區的縱截面圖；圖5顯示出根據本發明的第二實施例的等離子體處理裝置用的載置台的縱截面圖。

20‧‧‧下部電極

21‧‧‧電容耦合區

22‧‧‧金屬層

23‧‧‧絕緣層

Claims (13)

1. 一種降低射頻耦合的等離子體處理裝置的載置台，該載置台用於載置被處理基板，該載置台至少包括：下部電極，其與設置於該載置台之外的上部電極相適應並配合產生用於對被處理基板進行的射頻；基板固定裝置，其設置於該下部電極的上方，用於載置被處理基板；其中至少該下部電極的上部的至少一個區域被設置為電容耦合區，該電容耦合區由多層金屬層與多層絕緣層間隔地組成。
2. 如申請專利範圍第1項所述之降低射頻耦合的等離子體處理裝置的載置台，其中該電容耦合區的最下層為絕緣層，從該絕緣層向上依次為金屬層、絕緣層地相間隔設置。
3. 如申請專利範圍第2項所述之降低射頻耦合的等離子體處理裝置的載置台，其中該電容耦合區的最上層為金屬層，且從該金屬層向下依次為絕緣層、金屬層地相間隔設置。
4. 如申請專利範圍第1項所述之降低射頻耦合的等離子體處理裝置的載置台，其中絕緣層的厚度在如下範圍內：0.1到10毫米。
5. 如申請專利範圍第1項所述之降低射頻耦合的等離子體處理裝置的載置台，其中至少二個絕緣層的厚度是不同的。
6. 如申請專利範圍第1項所述之降低射頻耦合的等離子體處理裝置的載置台，其中至少二個絕緣層的材質是 不同的。
7. 如申請專利範圍第1項所述之降低射頻耦合的等離子體處理裝置的載置台，其中絕緣層包括如下物質中的任一種或任多種：- 氧化鋁；- 氮化鋁；- Low-K材料；或者- 其他高電阻矽材料。
8. 如申請專利範圍第1項所述之降低射頻耦合的等離子體處理裝置的載置台，其中金屬層的厚度在如下範圍內：0.1到10毫米。
9. 如申請專利範圍第1項所述之降低射頻耦合的等離子體處理裝置的載置台，其中至少二個金屬層的厚度是不同的。
10. 如申請專利範圍第1項所述之降低射頻耦合的等離子體處理裝置的載置台，其中至少二個金屬層的材質是不同的。
11. 如申請專利範圍第1項所述之降低射頻耦合的等離子體處理裝置的載置台，其中金屬層包括如下物質中的任一種或任多種：- 鋁；- 鐵；- 銅；- 錫；以及- 多晶矽材料。
12. 如申請專利範圍第1項所述之降低射頻耦合的等離 子體處理裝置的載置台，其中絕緣層與金屬層呈凹狀。
13. 一種等離子體處理裝置，用於對基板進行等離子化處理，其包括：對被處理基板進行等離子體處理的處理容器；將處理氣體導入該處理容器的處理氣體導入部；用於對該處理容器內進行真空排氣的單元；其中還包括設置在該處理容器內的如申請專利範圍第1至12項中任一項所述的等離子體處理裝置用的載置台；以及與該載置台相對的方式設置在該載置台的上方的上部電極。