TWI533397B - A placing table of the plasma processing apparatus, and a corresponding plasma processing apparatus - Google Patents

Description

等離子體處理裝置的載置台及對應等離子體處理裝置

本發明涉及半導體制程設備，特別是對於半導體晶片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半導體晶片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晶片(wafer)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，較佳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，因電子與處理氣體的衝擊電離而發生等離子體。

在現有工藝中，在等離子體處理裝置中通常會出現在電極中心部的等離子體密度高於電極邊緣部的狀況，造成這種狀況的原因比較多。例如，因為在等離子體處理裝置中使用較高的頻率完成高頻放電，一旦提高高頻放電的頻率，則從射頻電源通過供電棒而施加於電極裏面的高頻電力，因為趨膚效應而傳到電極表面並從電極主面(與等離子體相對的面)的邊緣部向 中心部流動。如果高頻電流在一樣的電極主面上從邊緣部向中心部流動，則電極主面的中心部處的電場強度比邊緣部處的電場強度變高，從而造成電極中心部的等離子體密度高於電極邊緣部的狀況。

為了解決上述電極中心部的等離子體密度高於電極邊緣部的狀況的問題，技術人員已經提出了一些解決方案。例如在發明名稱為“等離子體處理裝置用的載置台以及等離子體處理裝置”的中國發明專利申請(申請號：200710140387.0)中，提出通過在分割的電極膜之間設置隔離區域，或在對應於載置台中央部的位置在電極膜上形成孔部，在晶片等的被處理基板上傳播的高頻就能夠穿過這些隔離區和孔部。穿過這些區域的高頻，能夠使TM模式的空腔圓筒諧振產生，使得潛入電介體層的下方成為可能，電介體層用於使通過被處理基板施加於等離子體的高頻電場均勻。結果，在設置有靜電卡盤的情況下，利用上述電介體層也能夠使TM模式的空腔圓筒諧振產生，所以可以降低從被處理基板的面上向等離子體供給的中央部分的電場，也就是說，能夠使山狀的電場強度分佈的電場強度的大區域平坦。結果，能夠提高等離子體處理例如蝕刻處理的面內均勻性(該案說明書第3頁)。

類似地，還有部分專利文獻也提出了不同的解決方案。又例如，發明名稱為“等離子體處理裝置和等離子體裝置用的電極板和電極板製造法”的中國專利申請(專利申請號：200480003417.8)提出了在等離子體處理裝置的下部電極上設置凸出部或者凹進部(該案說明書第4頁)，以便控制等離子體的均勻性。

作為上述解決方案，其均為從不同角度來解決等離子體均 勻性的技術問題，而這些方案並不十分理想。

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。

根據本發明的一個方面，提供一種等離子體處理裝置的載置台，其用於載置被處理基板，其中載置台至少包括：下部電極，該下部電極為一電導體元件並至少包括第一部件以及第二部件，第一部件連接一射頻電源，第二部件設置在第一部件的上方，第一部件和第二部件之間進一步設置有絕緣體層，使第一部件和第二部件不相互接觸；基板固定裝置，其設置於第二部件的上方，用於載置被處理基板，基板固定裝置為一靜電夾卡盤，靜電夾卡盤包括一個直流電極和覆蓋在直流電極上下表面的絕緣材料層。

根據本發明的另一個方面，還提供一種等離子體處理裝置，其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；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。

本發明通過將下部電極拆分為兩塊獨立的部件，較佳地使得下部電極變化為一塊電容，從而使得等離子體在通過下部電極後十分均勻地流向被處理基板，從而可以明顯改善被處理基板的特性。與現有的解決方案相比較，本發明具有明顯的效果。本發明便於在現有設備的基礎上進行改進，成本小且與現有等離子體處理裝置的其他部件的連接關係不需要進行大的改動，便於產業化、便於推廣。

圖1示出根據現有技術的等離子體處理裝置的載置台一個縱截面圖示例。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；在該處理容器100的底面中央配設的載置台；以及在載置台的上方以與該載置台相對的方式設置著的上部電極10。

上述載置台的結構通常包括：基座34，該基座34設置有下部電極20，該下部電極20與所述上部電極10相適應；基座上方設置有固定晶片30用的靜電夾卡盤32。所述下部電極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，該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。較佳地，該處理氣體供給源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→構成通路。通過等離子體處理裝置的這種作用，對固定在載置臺上的晶片30實施利用等離子體的蝕刻。

在圖1所示現有技術基礎上，圖2示出了根據本發明的第 一實施例的等離子體處理裝置用的載置台的縱截面圖。本發明的技術方案重點對圖1所示載置台予以改進，為了簡單明瞭起見，在本實施例中僅僅畫出了載置台的基本組成。載置台至少包括下部電極6，下部電極6與所述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。較佳地，下部電極6為電導體。下部電極6之上設置一個基板固定裝置5，在基板固定裝置5上放置被處理的基片w，基板固定裝置5為靜電夾卡盤，靜電夾卡盤包括一個直流電極和覆蓋在直流電極上下表面的絕緣材料層。

其中，所述載置台的下部電極6由兩部分組成，即圖2所示第一部件61以及第二部件62。其中第一部件61連接高頻電源並被置於所述載置台的下側，第二部件62在第一部件61的上方與第一部件61相對地平行設置。較佳地，第二部件上方設置所述基板固定裝置5。

本領域技術人員理解，基於上述結構，第一部件61與第二部件62相分離，即在例如圖1所示的現有技術中作為一個整體的下部電極6被分為兩個獨立的部分。較佳地，第一部件61以及第二部件62均為電導體，從而第一部件61以及第二部件62構成一個電容。當用於處理被處理基板的等離子體進入本發明所提供的等離子體的反應腔內後，由於第一部件61以及第二部件62所組成的電容的特性，使得等離子體相對均勻地射出，從而克服了現有技術中等離子體中心區域密度高、在下部電極的周邊區域密度低的技術問題。

進一步地，本領域技術人員理解，在第一部件61以及第二部件62之間，較佳地包括絕緣體層63。絕緣體層63的厚度足夠小，在0.1到10毫米的範圍內，使得下部電極的第一 部件61與第二部件62間能夠電容耦合，因此，在此不予贅述。

進一步地，本領域技術人員理解，在圖2所示實施例中，較佳地，所述第二部件62的橫截面形狀與其相對的第一部件61的橫截面形狀基本一致。例如，較佳地，可以參考圖4所示對第二部件62的橫截面形狀以及第一部件61的形狀予以說明。例如第一部件61與第二部件62均為圓形，且兩者面積基本一致。而在一個變化例中，第一部件61的面積大於第二部件62的面積，例如後續實施例所述，在此不予贅述。

進一步地，本領域技術人員理解，在圖2所示實施例的一個變化例中，第二部件62與第一部件61並未平行地放置。例如，較佳地，在一個變化例中，從圖2所示角度看，第二部件62的左側與第一部件61的距離小於第二部件62的右側與第一部件61的距離，簡單地講，第二部件62的左側低、右側高。但原則上，第二部件62與第一部件61還是分離的，並不接觸，例如其中包括絕緣體層63。類似地，本領域技術人員還可以實現其他變化例，例如，從圖2所示縱截面圖來看，第二部件62形成“V”字形，其左側與右側相對於中間部位而言略高。而在另一個變化例中，第二部件62形成倒“V”字形，例如“︵”狀。而在另一個變化例中，第二部件62呈波浪狀。本領域技術人員理解，這些變化例均可以結合圖2所示實施例予以實現，並可以達到與圖2所示實施例類似的效果，在此不予贅述。

進一步地，本領域技術人員理解，在圖2所示實施例以及上述變化例中，較佳地，第二部件62的厚度是均勻的。而在一個變化例中，第二部件62的厚度是不均勻的。例如，以圖2所示縱截面圖為基礎，第二部件62的左半部分的厚度大於 右半部分。或者在其他變化例中，第二部件62的厚度呈其他變化，例如圖5所示實施例，在此不予贅述。

圖3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。在本實施例中，所述下部電極6仍然被分為兩部分，即第一部件61以及第二部件62。其中，第一部件61連接高頻電源並被置於載置台的下側，第二部件62在第一部件61的上方與第一部件61相對地平行設置。與上述圖2所示實施例不同的是，所述第二部件62為一環形，而非圖2所示實施例中的圓形。較佳地，第二部件62的環狀的週邊與第一部件61的凸起部分的橫截面形狀的周邊相對應，例如圖4所示，在此不予贅述。

根據圖3所示實施例，所述環狀的第二部件62與所述第一部件61形成了一個環狀的電容。而所述環狀電容的中間空心部分則由厚度在0.1到10毫米的範圍內之絕緣體填充，較佳地，該絕緣體為氧化鋁。從圖3所示實施例可以看出，所述絕緣體層63的中間部分631凸出，且絕緣體層63的中間部分631向上凸起並與所述基板固定裝置5接觸，且下部電極6的第二部件62呈環狀圍繞絕緣體層63的所述向上凸起部分；絕緣體層63的周邊部分632則處於第二部件62與第一部件61之間，即周邊部分632的上表面與第二部件62的下表面接觸，而該周邊部分632的下表面與第二部件62的上表面接觸。

進一步地，本領域技術人員理解，較佳地，第二部件62的環狀的寬度小於下部電極6半徑的一半。

進一步地，本領域技術人員理解，較佳地，第二部件62是均勻的。而參考上述圖2所示實施例的變化例，本領域技術人員理解，在圖3所示變化例中，第二部件62也可以是不均 勻的，即在圖3所示實施例基礎上，例如第二部件62呈周邊部分的厚度大於第二部件62的中間部分的構成。進一步地，本領域技術人員還可以實現其他類似的變化例，在此不予贅述。第一部件61和第二部件62由於有絕緣材料層隔離開可以連接到不同的射頻電源以產生等離子體或調節等離子體能量。

圖4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橫截面圖。為了更清楚地闡述本發明，圖4示出了去除被處理基片、基板固定裝置5之後的載置台的橫截面圖。從本實施例可以看出，俯視所述載置台，其呈三個環狀。最周邊的環為第一部件61的周邊部分，該部分的上方無任何覆蓋物，第一部件61的中心部分從圖4中無法看到，故在此不予贅述。中間的環為第二部件62，其本身呈一環狀。最內部為所述絕緣體層63，其中心部分為圖4所示最內部，而絕緣體層63的周邊部分從圖4中無法看到。

圖5示出根據本發明的第三實施例的等離子體處理裝置用的載置台的縱截面圖。與上述圖2所示實施例相類似，在本實施例中，下部電極6仍然被分為兩部分，即第一部件61以及第二部件62。其中，所述第一部件61連接高頻電源並被置於載置台的下側，第二部件62在所述第一部件61的上方與所述第一部件相對地平行設置。與上述圖2所示實施例不同的是，絕緣體層63中間具有一向下凸出部與下部電極6的第一部件61中間的凹進部分相匹配，即所述絕緣體層63的周邊部分632的厚度小於其中心部分631的厚度。相應地，第一部件61的中心部分的厚度小於其周邊部分的厚度。

進一步地，本領域技術人員理解，在圖5所示實施例中，較佳地，第二部件62的厚度是均勻的。而在一個變化例中， 第二部件62的厚度是不均勻的。例如，以圖5所示縱截面圖為基礎，所述第二部件62的左半部分的厚度大於右半部分。或者在其他變化例中，第二部件62的厚度呈其他變化，具體地，本領域技術人員可以參考上述實施例以及變化例對此予以實現，在此不予贅述。

圖6示出根據本發明的第四實施例的等離子體處理裝置用於等離子體處理的反應器用的載置台的縱截面圖。本實施例可以作為圖2所示實施例與圖3所示實施例的一個綜合體。在本實施例中，所述絕緣體層63的中間部分向上凸起，所述下部電極6的第二部件62的上表面與基板固定裝置5的下表面接觸，下部電極6的第二部件62的下表面包括一中間凹進部與絕緣體層63的中間凸起部分相匹配。例如，較佳地，第二部件62為圖6所示形狀，即其中心部分的厚度小於其周邊部分的厚度。而中心部分與周邊部分之間形成的空隙則較佳地由絕緣體層63填充。本領域技術人員理解，所述絕緣體層63的形狀與圖3所示絕緣體類似，但其上表面均與第二部件62的下表面接觸，即該絕緣體層63不會作為載置台的上表面，在載置台的使用過程中絕緣體層63不會接觸到被處理的基板。

進一步地，參考上述圖2至圖6所示實施例，本領域技術人員理解，在上述各實施例的各自的變化例中，所述第二部件62可以連接高頻電源，即所述下部電極6的兩個組成部分均連接高頻電源，這兩個高頻的射頻電源可以是來自同一個高頻發生器產生的電源經過功率分別分配到第一部件61和第二部件62，也可以是兩個獨立的高頻電源具有獨立控制的功率和頻率，在此不予贅述。兩個獨立控制的高頻電源連接到兩個互相電隔離的下電極(較佳地為上述第一部件61和第二部件 62)，而且這兩個下電極具有不同的空間分佈，這樣可以更大幅度的調節等離子反應腔中等離子的分佈以及射頻電場的分佈。相對於現有技術只有一個電極連接多個射頻電源來說，由於本發明兩個電極具有不同的空間分佈所以具有更好的調節空間，最終獲得更均一的等離子處理效果。除了上述各個實施例中所示的情況外，第一部件61和第二部件62下電極還可以有其他形狀組合，例如第二部件62也可以是多個環狀的電極安裝在絕緣材料製成的平臺上與第一部分電極電容耦合。第二部件62還可以是中間小的圓盤狀電極與第二頻率的射頻電源連接，圓盤狀電極外部由環狀電極圍繞，環狀電極與中心圓盤狀電極通過絕緣材料隔離並與第三射頻電源連接，與下方第一部件61構成一個空間立體的多頻率等離子發生系統等。

進一步地，參考上述圖2至圖6所示實施例，本領域技術人員理解，在上述各實施例以及各實施例的各自變化例中，所述絕緣體可以是多種類型的物質，例如較佳地為氧化鋁或氮化鋁，但在變化例中也可以採用碳化矽或者其他高電阻矽材料。個別情況下也可以採用空氣，在此不予贅述。

根據本發明的另一個實施例，還提供一種用於等離子處理的反應器，其用於對基板進行等離子化處理。較佳地，該反應器包括：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、用於對處理容器內進行真空排氣的單元、載置台以及與所述載置台相對的方式設置在所述載置台的上方的上部電極。進一步地，本領域技術人員理解，載置台是上述圖2至圖6所示實施例所描述的載置台，而所述反應器的其餘部分則可以參考圖1所示內容實現，在此不予贅述。

圖7示出根據本發明的第二實施例的下部電極6的周邊部分至中心部分的電場強度分佈特性示意圖。圖7的橫坐標表示下部電極6的某一點至下部電極6的中心點的距離，橫坐標的中間點為所述下部電極6的中心點，橫坐標的最左側點為所述下部電極6的最周邊一點，在此不予贅述。圖7所示縱坐標為刻蝕速率，單位為埃/分鐘(angstrom/min)，橫坐標為下部電極6中的各點距離所述下部電極6的中心的距離。通過圖7所示圖例可以看出，基於本發明提供的等離子體處理裝置的載置台，在所述下部電極6的中心部分的電場強度與所述下部電極6的周邊部分的電場強度的差異不大，即下部電極6所對應區域的電場強度非常地平均，這與現有技術相比較有了極為明顯的改善。

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‧‧‧氣體供給源

10‧‧‧上部電極

20‧‧‧下部電極

30‧‧‧晶片

32‧‧‧靜電夾卡盤

34‧‧‧基座

5‧‧‧基板固定裝置

6‧‧‧下部電極

61‧‧‧第一部件

62‧‧‧第二部件

63‧‧‧絕緣體層

631‧‧‧中間部分

632‧‧‧周邊部分

w‧‧‧基片

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3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；圖4示出根據本發明的第二實施例的等離子體處理裝置 用的載置台的橫截面圖；圖5示出根據本發明的第三實施例的等離子體處理裝置用的載置台的縱截面圖；圖6示出根據本發明的第四實施例的等離子體處理裝置用的載置台的縱截面圖；以及圖7示出根據本發明的一個較佳實施例的等離子體通過本發明提供的等離子體處理裝置對被處理基板進行等離子化處理的指標示意圖。

5‧‧‧基板固定裝置

6‧‧‧下部電極

61‧‧‧第一部件

62‧‧‧第二部件

63‧‧‧絕緣體層

w‧‧‧基片

Claims (13)

1. 一種等離子體處理裝置的載置台，其用於載置被處理基板，其中該載置台至少包括：一下部電極，該下部電極為一電導體元件並至少包括一第一部件以及一第二部件，該第一部件連接一射頻電源，該第二部件設置在該第一部件的上方，該第一部件和該第二部件之間更設置有一絕緣體層，使該第一部件和該第二部件不相互接觸，該絕緣體層的中間部分的厚度大於該絕緣體層的邊緣部分的厚度；一基板固定裝置，其設置於該第二部件的上方，用於載置被處理基板，該基板固定裝置為一靜電夾卡盤，該靜電夾卡盤包括一個直流電極和覆蓋在直流電極上下表面的絕緣材料層。
2. 如申請專利範圍第1項所述之載置台，其中該第一部件與該第二部件平行放置。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之載置台，其中該絕緣體層均勻分佈於該第一部件與該第二部件之間。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之載置台，其中該絕緣體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項所述之載置台，其中該絕緣體層中間部分向上凸起並與基板固定裝置接觸，且該下部電極的第二部件呈環狀圍繞該絕緣體層向上凸起部分。
6. 如申請專利範圍第5項所述之載置台，其中該環的截面寬度小於下部電極半徑的一半。
7. 如申請專利範圍第1項所述之載置台，其中該絕緣體層中間具有一向下凸出部與下部電極第一部件中間的凹進部分相匹配。
8. 如申請專利範圍第1項所述之載置台，其中該絕緣體層中間部分向上凸起，該下部電極的第二部件的上表面與該基板固定裝置的下表面接觸，下部電極的第二部件的下表面包括一中間凹進部與該絕緣體層中間凸起部分相匹配。
9. 如申請專利範圍第1項所述之載置台，其中該絕緣體包括如下物質中的任一種：氧化鋁；氮化鋁；或者其他高電阻矽材料。
10. 如申請專利範圍第1項所述之載置台，其中該第二部件也連接射頻電源。
11. 如申請專利範圍第1項所述之載置台，其中該絕緣體層厚度足夠小使得下部電極第一部件與該第二部件間能夠電容耦合。
12. 如申請專利範圍第11項所述之載置台，其中該絕緣體層的厚度在如下範圍內：0.1到10毫米。
13. 如申請專利範圍第1項所述之載置台，更包括一等離子體處理裝置，用於對基板進行等離子化處理，其包括：一對被處理基板進行等離子體處理的處理容器；一將處理氣體導入該處理容器的處理氣體導入部；一用於對該處理容器內進行真空排氣的單元；以及一與載置台相對的方式設置在載置台的上方的上部電極。