TW201523683A

TW201523683A - 下電極裝置以及電漿加工裝置

Info

Publication number: TW201523683A
Application number: TW103141717A
Authority: TW
Inventors: Lu Zhang; Yan-Zhao Zhang; Peng Chen
Original assignee: Beijing Nmc Co Ltd
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2015-06-16
Also published as: CN104715996A; WO2015085882A1; CN104715996B

Abstract

本發明提供一種下電極裝置以及電漿加工裝置。該下電極裝置包括用於承載被加工工件的承載件，承載件採用導電材料製作，並且在承載件的上表面形成有電場強度調節部，電場強度調節部的位置與承載件的上表面的電場強度的補償區域相對應，電場強度調節部的表現形式與電場強度的補償方向相對應。本發明提供的下電極裝置及電漿加工裝置，通過使承載件上表面的不同區域之間存在高度差，即，使承載件上表面的不同位置與地之間的距離不同，以調節承載件上表面各個區域的電場強度，補償在各個區域之間存在的電場強度的差異，從而使電漿相對於承載件上表面所承載的被加工工件的各個區域的分佈趨於均勻，進而提高製程的均勻性，改善製程結果。

Description

下電極裝置以及電漿加工裝置

本發明涉及微電子加工技術領域，具體地，涉及一種下電極裝置以及電漿加工裝置。

目前，電漿加工裝置已被廣泛應用於半導體、太陽能電池和平板顯示等的製造製程中。針對不同的應用，電漿加工裝置具有多種類型，例如，電容耦合電漿（CCP）、電感耦合電漿（ICP）以及電子迴旋共振電漿（ECR）等類型的電漿加工裝置。這些類型的電漿加工裝置已被廣泛應用在物理氣相沉積（PVD）、電漿蝕刻和電漿化學氣相沉積（CVD）等。第1圖為現有的一種電漿加工裝置的局部剖視圖。如第1圖所示，電漿加工裝置包括反應腔室101、下電極裝置、射頻電源103和匹配器102。其中，反應腔室101的腔體接地；下電極裝置包括基座105，基座105設置在反應腔室101內的底部區域，用於承載被加工工件106；並且基座105經由匹配器102與射頻電源103電連接；環繞基座105的外周壁設置有絕緣環104，用於防止電漿蝕刻基座105。在進行蝕刻或沉積等製程的過程中，射頻電源103通過基座105將能量耦合到反應腔室101中，以產生一個垂直於基座105的上表面且指向基座105的負偏壓電場，從而吸引電漿蝕刻置於基座105上的被加工工件106。上述電漿加工裝置在實際應用中不可避免地存在以下問題，即，在進行製程的過程中，在基座105周圍產生的電場因受到絕緣環104的影響而發生畸變，導致被加工工件106邊緣區域的電場強度大於中心區域的電場強度，從而造成電漿對被加工工件106邊緣區域的轟擊力度偏大、蝕刻速率偏快，進而影響整個被加工工件106的蝕刻均勻性。人們通常把上述現象稱為邊緣效應，該邊緣效應在諸如PECVD、PVD等的各種具有電容耦合放電模式的電漿加工裝置中均有體現。目前，通常採用改變電漿分佈的方式來改善製程結果。例如，在反應腔室的外側增設邊磁鐵，或者通過上電極裝置對在反應腔室內產生的電漿進行干預。然而，這些方式均無法改變電漿在不同區域內的分佈，因而無法克服電漿在基座的徑向上分佈不均的問題。電漿在基座的徑向上分佈不均可以表現為上述邊緣效應的情形，也可以表現為使用ICP類型的電漿源時電漿在反應腔室的中心區域分佈較多、在邊緣區域分佈較少的情形。

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提出了一種下電極裝置以及電漿加工裝置，其可以改變電漿在不同區域內的分佈，從而可以克服電漿在反應腔室的徑向上分佈不均的問題，進而可以提高製程的均勻性，改善製程結果。為實現本發明的目的而提供一種下電極裝置，其包括用於承載被加工工件的承載件，該承載件採用導電材料製作，並且在該承載件的上表面形成有電場強度調節部，該電場強度調節部的位置與該承載件的上表面的電場強度的補償區域相對應，該電場強度調節部的表現形式與電場強度的補償方向相對應。其中，該電場強度調節部在該承載件的軸線方向上的高度與該電場強度調節部的設置區域的電場強度的變化量存在正相關的對應關係。其中，該電場強度調節部的設置區域指的是該承載件的上表面中的形成有該電場強度調節部的區域；該電場強度的變化量指的是在設置電場強度調節部之後與設置電場強度調節部之前，該電場強度調節部的設置區域的電場強度的變化量。其中，該電場強度調節部在該承載件上表面的投影呈現為以該承載件上表面的幾何中心為中心的閉合環形結構。其中，該電場強度調節部的數量為1個；或者該電場強度調節部的數量為多個，且該多個電場強度調節部在該承載件上表面的投影呈現為這樣的形式：即，該多個電場強度調節部相互嵌套且相鄰的兩個電場強度調節部彼此間隔一定距離。其中，以該電場強度調節部的法平面為剖切面所得到的電場強度調節部的剖視圖呈現為規則多邊形、弧形或者不規則形。其中，以該電場強度調節部的法平面為剖切面所得到的電場強度調節部的剖視圖呈現為三角形、矩形或梯形。其中，該電場強度調節部被設置成自該承載件上表面向下凹進的凹部；或者被設置成自該承載件上表面向上凸起的凸部。其中，在該電場強度調節部被設置成凹部的情況下，該下電極裝置還包括絕緣部件，該絕緣部件設置在該凹槽內。其中，該絕緣部件的縱斷面的形狀與該凹部的縱斷面的形狀相適配。其中，該絕緣部件所採用的材料包括陶瓷或石英。其中，該承載件的上表面具有一個被加工工件承載位，該電場強度調節部在該承載件的上表面的投影與該一個被加工工件承載位重疊；並且該承載件包括基座、機械卡盤或者靜電卡盤。其中，該承載件的上表面排布有多個被加工工件的承載位，該電場強度調節部在該承載件的上表面的投影與該多個被加工工件承載位重疊；並且該下電極裝置還包括用於支撐該承載件的支撐件；該支撐件包括基座、機械卡盤或者靜電卡盤。作為本發明的另一個方面，本發明還提供了一種電漿加工裝置，其包括反應腔室和設置在該反應腔室內的下電極裝置，該下電極裝置採用了本發明上述任意一種下電極裝置。本發明具有以下有益效果：本發明提供的下電極裝置，在承載件上表面的電場強度待補償區域設置電場強度調節部，使電場強度調節部的上表面與承載件上表面產生高度差，即，使電場強度調節部的上表面與電性接地的反應腔室的底壁之間的距離不同於承載件上表面與電性接地的反應腔室的底壁之間的距離，以此改變電場強度調節部所對應位置處的電場強度，以補償在承載件上表面各個區域之間的電場強度的差異，從而可以使電漿相對於承載件所承載的被加工工件的各個區域的分佈趨於均勻，進而可以提高製程的均勻性，改善製程結果。本發明提供的電漿加工裝置，其通過採用本發明提供的上述下電極裝置，可以使電漿相對於承載件所承載的被加工工件的各個區域的分佈趨於均勻，從而可以提高製程的均勻性，改善製程結果。

本發明的實質是提供一種下電極裝置，其包括用於承載被加工工件的承載件，該承載件採用導電材料製作，並且在該承載件的上表面形成有電場強度調節部，該電場強度調節部的位置與該承載件的上表面的電場強度的補償區域相對應，該電場強度調節部的表現形式與電場強度的補償方向相對應。在實際應用中，電場強度調節部可以設置成凹部和/或凸部的形式。並且，電場強度調節部在承載件的軸線方向上的高度與該電場強度調節部的設置區域的電場強度的變化量存在正相關的對應關係。其中，電場強度調節部的設置區域指的是承載件的上表面中的形成有該電場強度調節部的區域；電場強度的變化量指的是在設置電場強度調節部之後與設置電場強度調節部之前，該電場強度調節部的設置區域的電場強度的變化量。為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖來對本發明提供的下電極裝置以及電漿加工裝置進行詳細描述。第一實施例第2A圖為本發明第一實施例提供的一種下電極裝置的剖視圖。第2B圖為本發明第一實施例提供的一種下電極裝置的俯視圖。請一併參閱第2A圖和第2B圖，本實施例提供的下電極裝置包括用於承載被加工工件206的承載件201，該承載件201採用例如鋁等的金屬導電材料、或者其他非金屬導電材料製作。該承載件201還用作反應腔室204內的下電極，其經由匹配器207與射頻電源208電連接，而將能量耦合到反應腔室204中，以產生一個垂直於承載件201的上表面且指向承載件201的負偏壓電場，從而吸引電漿蝕刻置於承載件201上的被加工工件206。環繞承載件201的外周壁設置有絕緣環205。在本實施例中，承載件201的上表面僅具有一個被加工工件承載位，即，該承載件201所承載的被加工工件206的數量為一個，該被加工工件206的直徑與承載件201上表面的直徑相近，如第2A圖所示。在實際應用中，承載件201可以表現為基座、機械卡盤或者靜電卡盤等形式。在本實施例中，電場強度調節部設置成凹部的形式，具體地，在承載件201的上表面形成有一凹部202，其在承載件201的上表面的投影與被加工工件承載位相重疊。由於該凹部202的底面與承載件201的上表面之間存在高度差，而且該凹部202的底面與電性接地的反應腔室204的底壁之間的間距小於承載件201上表面與該底壁之間的間距，這使得凹部202的底面所在區域的電場強度小於該凹部202在該承載件201上表面的正投影區域在未形成該凹部202時的電場強度，即，凹部202在該承載件201上表面的正投影區域的電場強度小於該投影區域在未形成該凹部202時的電場強度。因此，通過在承載件201上表面的某些區域設置凹部202，可以改變該區域的電場強度，補償該區域與該承載件201上表面的其他區域之間的電場強度差異，從而可以使電漿在該承載件201上表面的不同區域的分佈趨於均勻，進而可以提高製程的均勻性，改善製程結果。在實際應用中，根據實際情況確定承載件201上表面的需補償電場的區域，以在該區域設置凹部202。例如，當承載件201上表面的邊緣區域的電場強度高於其他區域時，則確定邊緣區域為待補償區域，且在邊緣區域設置凹部202；當承載件201上表面的中心區域的電場強度高於其他區域時，則確定中心區域為待補償區域，且在中心區域設置凹部202。也就是說，在承載件201上表面開設凹部202的位置與被加工工件206表面各個區域內的電場分佈情況相關，以使該電場相對於被加工工件206表面分佈均勻。例如，為了克服邊緣效應，可以將凹部202設置在靠近承載件201邊緣的區域，以減小在該區域內的電場強度，從而可以補償被加工工件206邊緣區域的電場強度與中心區域的電場強度之間的差異，進而可以使電漿對被加工工件206的中心區域和邊緣區域的轟擊力度、蝕刻速率趨於均勻，從而可以提高整個被加工工件206的蝕刻均勻性。又如，當電漿在反應腔室204的中心區域分佈較多，而在邊緣區域分佈較少時，可以將凹部202設置在靠近承載件201中心的區域，以減小在該區域內的電場強度，從而可以補償被加工工件206的邊緣區域的電場強度與中心區域的電場強度之間的差異，進而可以使電漿在中心區域和邊緣區域內的分佈趨於均勻，進而可以提高製程的均勻性，改善製程結果。在本實施例中，凹部202所影響的電場區域的寬度與該凹部202的寬度d存在正相關關係，具體地，該寬度d越大，則由該凹部202所影響的電場區域的寬度越大；反之，該寬度d越小，則由該凹部202所影響的電場區域的寬度越小。其中，所謂凹部202的寬度d，指的是在承載件201上表面中，該凹部202沿承載件201徑向的寬度；所謂所影響的電場區域的寬度，指的是該凹部202所影響的電場區域沿承載件201徑向的寬度。在本實施例中，凹部202的底面相對於承載件201上表面的深度h與該凹部202所對應區域處的電場強度的變化量存在正相關的對應關係。即，該深度h越大，則凹部202所對應區域處的電場強度的減小量越大；反之，該深度h越小，則凹部202所對應區域處的電場強度的減小量越小。由上可知，採用本實施例提供的下電極裝置，可以根據實際製程需求，確定該凹部202在承載件201上表面上的位置和/或深度h和/或寬度d，借助該凹部202的補償作用而使被加工工件206不同位置處的電場強度趨於均勻，以更好地適應不同製程的要求。較佳的，凹部202可以採用以承載件201上表面的中心為幾何中心的閉合環形結構，對應地，該凹部202所影響的電場區域也為環形，通過在環形區域對電場強度進行補償，使環形區域與其他區域之間的電場強度趨於均勻。請參閱第2C圖，為製程時晶片的不同半徑處的電場強度示意圖。其中，曲線1為採用未設置凹部的承載件進行製程所獲得的電場強度的示意曲線；曲線2為採用設置有凹部的承載件進行製程所獲得的電場強度的示意曲線。在晶片放置於承載件的上表面且與之同軸設置的情況下，對比曲線1和曲線2可知，在承載件的上表面上，在以其中心為中心、以50mm為半徑的位置處設置環形的凹部，可以減小晶片上的與該凹部所對應的位置處（即，以晶片的幾何中心為中心、以50mm為半徑的位置處）的電場強度。在實際應用中，該環形結構的凹部也可以不以承載件上表面的幾何中心為中心。而且，凹部的結構也並不侷限於本實施例提供的閉合環形結構，而是也可以採用非閉合的弧、長條狀等的其他任意結構。此外，以該凹部的法平面為剖切面所得到的該凹部的剖視圖呈現為規則多邊形、弧形或者不規則形。也就是說，該凹部的縱斷面的形狀可以為規則多邊形、弧形或者其他形狀。所謂凹部的縱斷面形狀指的是，該凹部的垂直於承載件上表面的法平面剖切該凹部所得到的該凹部的截面與承載件上表面在該法平面中的投影所共同構成的閉合圖形。為便於加工，可將該凹部的縱斷面的形狀設置為矩形。需要說明的是，儘管本實施例中的凹部202的數量為一個，但是本發明並不侷限於此，在實際應用中，凹部也可以為兩個以上，且兩個以上的凹部可以根據具體情況選擇合適的排布方式。例如，若多個凹部均採用上述環形結構，則可以使多個凹部的半徑不同，且相互嵌套並使相鄰的兩個凹部彼此間隔一定距離。例如，如第3A圖和第3B圖所示，凹部202為三個，三個凹部202為半徑彼此不等的閉合環形結構，且相互嵌套而形成以承載件201上表面的幾何中心為中心且彼此間隔一定距離的同心圓環。每個凹部202縱截面的形狀均為矩形。而且，三個凹部202的寬度d可以相同，如第3A圖和第3B圖所示；或者，三個凹部202的寬度d也可以不同，例如，在承載件201的徑向上，且沿自承載件201的中心朝向邊緣的方向，三個凹部202的寬度分別為d1、d2和d3，且d1＜d2＜d3，如第4A圖和第4B圖所示。分別設置三個凹部202的寬度d，可以對應地獲得各凹部202所影響的電場區域的寬度。此外，三個凹部202的深度h可以相同，如第3A圖和第3B圖所示；或者，三個凹部202的深度h也可以不同，如第4A圖和第4B圖所示，三個凹部202的深度分別為h1、h2和h3，且在承載件201的徑向上沿自承載件201的中心朝向邊緣的方向，三個凹部202的深度逐漸遞增，即h1＜h2＜h3。在實際應用中，可以根據三個凹部202所對應的位置處所期望的電場強度的補償量，設定三個凹部202的深度h；並且，可以根據期望的補償位置，確定三個凹部202的設置位置。在實際應用中，可以根據實際需要設定凹部的數量，至於凹部在承載件201的上表面的投影形狀以及凹部的縱斷面的形狀類似於前面結合第2A圖至第2C圖所示的實施例，在此不再贅述。並且，這些凹部在承載件201的上表面的投影形狀以及凹部的縱斷面的形狀可以相同或不同。較佳的，第5A圖為本發明第一實施例提供的再一種下電極裝置的剖視圖。第5B圖為本發明第一實施例提供的再一種下電極裝置的俯視圖。請一併參閱第5A圖和第5B圖，下電極裝置還包括絕緣部件203，絕緣部件203設置在每個凹部202內，用以進一步保證凹部202的內部空間與地之間絕緣。絕緣部件203所採用的材料包括陶瓷或石英。在本實施例中，絕緣部件203的縱斷面的形狀與凹部202的縱斷面的形狀相適配（即，形狀相同且絕緣部件203能夠嵌入凹部202），以便絕緣部件203可以採用填充或內嵌的方式完全充滿整個凹部202的內部空間。當然，絕緣部件203和凹部202的縱斷面的形狀也可以不同，這種情況下，絕緣部件203未完全充滿整個凹部202的內部空間。需要說明的是，在實際應用中，絕緣部件的數量可以與凹部的數量相同，或者也可以少於凹部的數量，即，可以在所有的凹部內設置絕緣部件，也可以選擇性地在其中幾個凹部內設置絕緣部件。當然，當凹部只有一個時，可以選擇設置絕緣部件或者不設置絕緣部件。此外，不同凹部內的絕緣部件的縱斷面的形狀可以相同，也可以不同，較佳地，使絕緣部件的縱斷面形狀與凹部的縱斷面形狀相適配。第二實施例第6A圖為本發明第二實施例提供的一種下電極裝置的剖視圖。第6B圖為本發明第二實施例提供的一種下電極裝置的俯視圖。請一併參閱第6A圖和第6B圖，本實施例與上述第一實施例相比，其區別僅在於：在本實施例提供的下電極裝置中，電場強度調節部可以設置成凹部和凸部兩種形式，具體地，其不僅在承載件201上表面上形成有一凹部202，而且還形成有一凸部209。該凹部202的結構和設置方式與上述第一實施例相類似，在此不再贅述。下面僅對該凸部209的結構和設置方式進行描述。具體地，該凸部209的頂面與承載件201上表面之間存在高度差，且該凸部209的頂面與電性接地的反應腔室204的底壁之間的間距大於承載件201上表面與該底壁之間的間距，這使得凸部209的頂面所在區域的電場強度小於該頂部209在該承載件201上表面的正投影區域在未形成該頂部209時的電場強度。因此，通過在承載件201上表面的某些區域設置凸部209，可以改變該區域的電場強度，補償該區域與該承載件201上表面的其他區域之間的電場強度差異，從而可以使電漿在該承載件201所承載的被加工工件206的不同區域的分佈趨於均勻，進而可以提高製程的均勻性，改善製程結果。與凹部相類似，可根據實際情況確定承載件201上表面的需補償電場的區域，並在該區域設置凸部209，以使電場相對於被加工工件206表面分佈均勻。例如，為了克服邊緣效應，可以將凸部209設置在靠近承載件201中心的區域，以增大在該區域內的電場強度，從而可以補償被加工工件206邊緣區域的電場強度與中心區域的電場強度之間的差異，進而可以使電漿分別對被加工工件206的中心區域和邊緣區域的轟擊力度、蝕刻速率趨於均勻，從而可以提高整個被加工工件206的蝕刻均勻性。又如，當電漿在反應腔室的中心區域分佈較多，而在邊緣區域分佈較少時，可以將凸部209設置在靠近承載件201邊緣的區域，以增大在該區域內的電場強度，從而可以補償被加工工件206的邊緣區域的電場強度與中心區域的電場強度之間的差異，使電漿分別在中心區域和邊緣區域內的分佈趨於均勻，進而可以提高製程的均勻性，改善製程結果。與凹部相類似，凸部209所影響的電場區域的寬度與該凸部209的寬度D存在正相關關係，具體地，該寬度D越大，則由該凸部209所影響的電場區域的寬度越大；反之，該寬度D越小，則由該凸部209所影響的電場區域的寬度越小。其中，所謂凸部209的寬度D，指的是在承載件201上表面中，該凸部209沿承載件201徑向的寬度。與凹部相類似，凸部209的頂面相對於承載件201上表面的高度H與該凸部209所對應區域處的電場強度的變化量存在正相關的對應關係。即，該高度H越大，則凸部209所對應區域處的電場強度的增加量越大；反之，該高度H越小，則凸部209所對應區域處的電場強度的增加量越小。本實施例中，凸部209可以採用以承載件201上表面的幾何中心為中心的閉合環形結構，對應地，該凸部209所影響的電場區域也為環形，通過在環形區域對電場強度進行補償，使環形區域與其他區域之間的電場強度區域均勻。當然，在實際應用中，環形結構的凸部也可以不以承載件上表面的幾何中心為中心。需要說明的是，在實際應用中，若在製程時需要對置於承載件201上的被加工工件206進行冷卻時，通常需要向承載件201上表面與被加工工件206的下表面之間的縫隙內通入冷卻氣體（又稱背吹氣體），以實現對被加工工件206的降溫。在這種情況下，為了既保證冷卻氣體能夠均勻地擴散至被加工工件206的各個區域，尤其是邊緣區域，又保證該冷卻氣體不會自承載件201與被加工工件206之間的縫隙洩漏出去，則必須將凸部209設置在承載件201上表面的冷卻氣體通道出口的外側，且被加工工件206由該凸部209支撐，即，該凸部209的內徑應小於被加工工件206的直徑且二者大致同心設置，以將冷卻氣體被封閉在由凸部209的內側壁、承載件201的上表面中的位於該凸部209之內的區域和被加工工件206的下表面中的位於該凸部209之內的區域所共同圍成的空間內。如第7A圖和第7B圖所示，也可以根據實際需要設置多個環形結構的凸部209。該多個凸部209的半徑不同，且相互嵌套並使相鄰的兩個凸部209彼此間隔一定距離，即，多個凸部209分別設置在承載件201上表面的半徑不同的多個圓周，從而可以增大該多個圓周處的電場強度，以實現補償被加工工件206表面上的與該多個圓周處相對應的區域與其他區域之間的電場強度差異。而且，不同的凸部209的寬度D可以相同，也可以不同，例如，在承載件201的徑向上，且沿自承載件201的中心朝向邊緣的方向，三個凸部209的寬度分別為D1、D2和D3，且D1＜D2＜D3，如第7B圖所示。分別設置三個凸部209的寬度D，可以對應地獲得各凸部209所影響的電場區域的寬度。此外，不同的凸部209的高度H可以相同，也可以不同。例如第7A圖所示，三個凸部209的高度分別為H1、H2和H3，且在承載件201的徑向上沿自承載件201的中心朝向邊緣的方向，三個凸部209的高度逐漸遞增，即H1＜H2＜H3。在實際應用中，可以根據三個承載件201上的所對應的位置處所期望的電場強度的補償量，設定三個凸部209的高度H。類似於凹部202，在實際應用中，每個凸部209除了可以採用閉合的環形結構之外，還可以採用非閉合的弧形狀、長條狀等的其他任意結構，並且，每個凸部209的縱截面形狀可以為多邊形、弧形或者其他任意形狀。這樣設置該凸部209的形狀，即，以該凸部209的法平面為剖切面所得到的該凸部209的剖視圖呈現為規則多邊形、弧形或者不規則形。也就是說，該凸部209的縱斷面的形狀可以為規則多邊形、弧形或者其他形狀。所謂凸部209的縱斷面形狀指的是，該凸部209的垂直於承載件上表面的法平面剖切該凸部209所得到的該凸部209的截面與承載件上表面在該法平面中的投影所共同構成的閉合圖形。並且，這些凸部209在承載件201的上表面的投影形狀以及凸部209的縱斷面的形狀可以相同或不同。可以理解，本實施例中，針對需要向承載件上表面與被加工工件的下表面之間的縫隙內通入冷卻氣體的情況，處於最外側的凸部應採用閉合的環形結構，且使其高度大於其他凸部的高度，以保證冷卻氣體被封閉在由凸部209的內側壁、承載件201的上表面中的位於該凸部209之內的區域和被加工工件206的下表面中的位於該凸部209之內的區域所共同圍成的空間內。還可以理解的是，在實際應用中，可以根據具體情況在承載件上表面上僅設置凹部或者僅設置凸部，亦或者同時設置凹部和凸部。容易理解，凸部可以增大其所在區域的電場強度，與之相反，凹部可以減小其所在區域的電場強度。而若在承載件上表面上同時設置凹部和凸部，則可以增大承載件上表面上，對應於凸部所在區域和凹部所在區域之間的高度差，從而可以增大電場強度的調節範圍。第三實施例第8A圖為本發明第三實施例提供的下電極裝置的剖視圖。第8B圖為本發明第三實施例提供的下電極裝置的俯視圖。請一併參閱第8A圖和第8B圖，本實施例與上述第一、第二實施例相比，區別在於：本實施例提供的下電極裝置，其承載件表現形式為用於承載多個被加工工件的托盤301，即，在該托盤301的上表面排布有多個被加工工件的承載位，每一個被加工工件的承載位用於承載一個被加工工件，且電場強度調節部在該托盤301的上表面的投影與該多個被加工工件承載位重疊；而前述第一和第二實施例中的下電極裝置的承載件僅具有1個被加工工件承載位，且用於承載1個被加工工件。具體地，托盤301上表面的直徑遠遠大於被加工工件305的直徑，如第8B圖所示，在托盤301上設置有多個承載位，且分別在托盤301上表面的不同半徑所在的圓周處均勻排布，多個被加工工件305一一對應地被置於多個承載位上。而且，該托盤301採用例如鋁等的金屬導電材料，或者其他非金屬導電材料製作，用於作為反應腔室304內的下電極，通過依次與匹配器306和射頻電源307電連接，而將能量耦合到反應腔室304中。此外，在反應腔室304內設置有支撐件303，用以支撐承載件301，該支撐件301包括基座、機械卡盤或者靜電卡盤。在向反應腔室304內裝載被加工工件305的過程中，首先將多個被加工工件305全部擺放至托盤301的各個承載位上；然後將托盤301傳輸至反應腔室304內的支撐件303上，從而完成被加工工件305的裝載。由此可知，與上述第一、第二實施例相比，本實施例中的承載件除了具有下電極的功能之外，而且還具有在反應腔室304的內外之間運載被加工工件305的功能。在托盤301上表面上，且對應於各個承載位的位置處設置有凹部302。該凹部302的結構與上述第一、第二實施例相類似，但是，其設置方式略有不同。具體地，由於該托盤301承載有多個被加工工件305，因此，在選擇凹部的設置方式時，應考慮同一被加工工件305的不同區域的電場強度的分佈情況，以及不同被加工工件305之間的電場強度的分佈情況。也就是說，若電場強度在同一被加工工件305的不同區域之間存在差異，則應針對該差異在每個被加工工件305的相應區域內設置凹部，以補償在同一被加工工件305不同區域之間電場強度存在的差異。若電場強度在不同被加工工件305之間存在差異，則應針對該差異在相應的被加工工件305所在區域設置凹部302，以補償電場強度在不同被加工工件305之間存在的差異。當然，即使電場強度在同一以及不同被加工工件305之間均存在差異，也可以通過設計凹部302的結構和設置位置來補償該差異。例如，在本實施例中，多個被加工工件305分別在承載件301上表面的不同半徑所在的圓周處均勻排布兩圈。針對被加工工件305的這種排布方式，可以在承載件301上表面上分別設置四個環形結構的凹部302，且四個凹部302相互嵌套，並且對應於同一半徑的圓周上的被加工工件305的底部，分別分配兩個環形凹部302，從而不僅可以使同一半徑的圓周上被加工工件305之間的電場強度的變化量相同，而且還可以通過調節各個凹部302的半徑，來改變其影響的被加工工件305的區域位置。可以理解，在實際應用中，托盤301上所設置的多個承載位可以排布成一圈，也可以排布成更多圈，而不必侷限於本實施例中的兩圈。綜上所述，本發明實施例提供的下電極裝置，在承載件上表面的電場強度待補償區域設置電場強度調節部，使電場強度調節部的上表面與承載件上表面產生高度差，即，使電場強度調節部的上表面與電性接地的反應腔室204的底壁之間的距離不同於承載件上表面與電性接地的反應腔室204的底壁之間的距離，以此改變電場強度調節部所對應位置處的電場強度，以補償在承載件上表面各個區域之間的電場強度的差異，從而可以使電漿相對於承載件所承載的被加工工件的各個區域的分佈趨於均勻，進而可以提高製程的均勻性，改善製程結果。作為另一個技術方案，第9圖為本發明實施例提供的電漿加工裝置的剖視圖。請參閱第9圖，電漿加工裝置為電感耦合電漿加工裝置，其包括反應腔室401、下電極裝置405、下電極射頻電源403、下電極匹配器402、電感耦合線圈407、線圈匹配器408和線圈射頻電源409。其中，反應腔室401的腔體接地；電感耦合線圈407設置在反應腔室401的頂壁上方，且依次經由線圈匹配器408與線圈射頻電源409電連接；下電極裝置405通常採用平板式結構，用於作為承載被加工工件406的承載件而設置在反應腔室401內的底部區域，並且下電極裝置405經由下電極匹配器402與下電極射頻電源403電連接；環繞下電極裝置405的外周壁而設置有絕緣環404，用於防止電漿蝕刻下電極裝置405。下電極裝置405可以採用本發明上述各實施例提供的下電極裝置。在進行蝕刻或沉積等製程的過程中，線圈射頻電源409向電感耦合線圈407提供射頻功率，以將進入反應腔室401的製程氣體電離形成電漿；下電極射頻電源403通過下電極裝置405將能量耦合到反應腔室401中，以產生一個方向垂直於下電極裝置405的上表面且指向下電極裝置405的負偏壓電場，從而吸引電漿蝕刻置於下電極裝置405上的被加工工件406。需要說明的是，儘管在本實施例中的電漿加工裝置為電感耦合電漿加工裝置，但是本發明並不侷限於此，而是在實際應用中，電漿加工裝置也可以為電容耦合電漿加工裝置、電子迴旋共振電漿加工裝置，等等。本發明實施例提供的電漿加工裝置，由於其採用了本發明上述實施例提供的下電極裝置，因而可以使電漿在不同區域內的分佈趨於均勻，進而可以提高製程的均勻性，改善製程結果。可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而採用的示例性實施方式，然而本發明並不侷限於此。對於本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護範圍。

101、204、304‧‧‧反應腔室
102、207、306‧‧‧匹配器
103、208、307‧‧‧射頻電源
104、205‧‧‧絕緣環
105‧‧‧基座
106、206、305‧‧‧被加工工件
201‧‧‧承載件
202、302‧‧‧凹部
209‧‧‧凸部
301‧‧‧托盤
303‧‧‧支撐件
d‧‧‧寬度
h‧‧‧深度

第1圖為現有的一種電漿加工裝置的局部剖視圖；第2A圖為本發明第一實施例提供的一種下電極裝置的剖視圖；第2B圖為本發明第一實施例提供的一種下電極裝置的俯視圖；第2C圖為晶片在不同半徑處的電場強度的分佈圖；第3A圖為本發明第一實施例提供的另一種下電極裝置的剖視圖；第3B圖為本發明第一實施例提供的另一種下電極裝置的俯視圖；第4A圖為本發明第一實施例提供的又一種下電極裝置的剖視圖；第4B圖為本發明第一實施例提供的又一種下電極裝置的俯視圖；第5A圖為本發明第一實施例提供的再一種下電極裝置的剖視圖；第5B圖為本發明第一實施例提供的再一種下電極裝置的俯視圖；第6A圖為本發明第二實施例提供的一種下電極裝置的剖視圖；第6B圖為本發明第二實施例提供的一種下電極裝置的俯視圖；第7A圖為本發明第二實施例提供的另一種下電極裝置的剖視圖；第7B圖為本發明第二實施例提供的另一種下電極裝置的俯視圖；第8A圖為本發明第三實施例提供的下電極裝置的剖視圖；第8B圖為本發明第三實施例提供的下電極裝置的俯視圖；以及第9圖為本發明實施例提供的電漿加工裝置的剖視圖。

201‧‧‧承載件

202‧‧‧凹部

204‧‧‧反應腔室

205‧‧‧絕緣環

206‧‧‧被加工工件

207‧‧‧匹配器

208‧‧‧射頻電源

d‧‧‧寬度

h‧‧‧深度

Claims

一種下電極裝置，包括用於承載被加工工件的承載件，該承載件採用導電材料製作，其特徵在於，在該承載件的上表面形成有電場強度調節部，該電場強度調節部的位置與該承載件的上表面的電場強度的補償區域相對應，該電場強度調節部的表現形式與電場強度的補償方向相對應。
如申請專利範圍第1項所述的下電極裝置，其特徵在於，該電場強度調節部在該承載件的軸線方向上的高度與該電場強度調節部的設置區域的電場強度的變化量存在正相關的對應關係，其中該電場強度調節部的設置區域指的是該承載件的上表面中的形成有該電場強度調節部的區域；該電場強度的變化量指的是在設置電場強度調節部之後與設置電場強度調節部之前，該電場強度調節部的設置區域的電場強度的變化量。
如申請專利範圍第2項所述的下電極裝置，其特徵在於，該電場強度調節部在該承載件上表面的投影呈現為以該承載件上表面的幾何中心為中心的閉合環形結構。
如申請專利範圍第3項所述的下電極裝置，其特徵在於，該電場強度調節部的數量為1個；或者該電場強度調節部的數量為多個，且該多個電場強度調節部在該承載件上表面的投影呈現為這樣的形式：即，該多個電場強度調節部相互嵌套且相鄰的兩個電場強度調節部彼此間隔一定距離。
如申請專利範圍第1項所述的下電極裝置，其特徵在於，以該電場強度調節部的法平面為剖切面所得到的電場強度調節部的剖視圖呈現為規則多邊形、弧形或者不規則形。
如申請專利範圍第5項所述的下電極裝置，其特徵在於，以該電場強度調節部的法平面為剖切面所得到的電場強度調節部的剖視圖呈現為三角形、矩形或梯形。
如申請專利範圍第1項所述的下電極裝置，其特徵在於，該電場強度調節部被設置成自該承載件上表面向下凹進的凹部；或者被設置成自該承載件上表面向上凸起的凸部。
如申請專利範圍第7項所述的下電極裝置，其特徵在於，在該電場強度調節部被設置成凹部的情況下，該下電極裝置還包括絕緣部件，該絕緣部件設置在該凹槽內。
如申請專利範圍第8項所述的下電極裝置，其特徵在於，該絕緣部件的縱斷面的形狀與該凹部的縱斷面的形狀相適配。
如申請專利範圍第8項所述的下電極裝置，其特徵在於，該絕緣部件所採用的材料包括陶瓷或石英。
如申請專利範圍第1項所述的下電極裝置，其特徵在於，該承載件的上表面具有一個被加工工件承載位，該電場強度調節部在該承載件的上表面的投影與該一個被加工工件承載位重疊；並且該承載件包括基座、機械卡盤或者靜電卡盤。
如申請專利範圍第1項所述的下電極裝置，其特徵在於，該承載件的上表面排布有多個被加工工件的承載位，該電場強度調節部在該承載件的上表面的投影與該多個被加工工件承載位重疊；並且該下電極裝置還包括用於支撐該承載件的支撐件；該支撐件包括基座、機械卡盤或者靜電卡盤。
一種電漿加工裝置，包括反應腔室和設置在該反應腔室內的下電極裝置，其特徵在於，該下電極裝置採用了申請專利範圍第1項至第12項任意一項所述的下電極裝置。