CN101754565B - 一种电极组件及应用该电极组件的等离子体处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电极组件，包括阻抗匹配环、边缘环、聚焦环和绝缘环。其中，阻抗匹配环具有与静电夹持装置相近或相同的结构和材料，从而能够对工件边缘和中心的电场和温度进行有效匹配并使之均匀分布。边缘环、聚焦环、电极保护环和绝缘环相互配合，可调整工件中心位置处和边缘位置处的电场和温度分布，并有效保护静电夹持装置免受等离子体轰击，延长设备使用寿命。另外，本发明还提供一种采用上述电极组件的等离子体处理设备。

Description

一种电极组件及应用该电极组件的等离子体处理设备

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，具体地，涉及一种电极组件及应用该电极组件的等离子体处理设备。 

背景技术

随着微电子技术在生产活动中的广泛应用，大规模集成电路已成为电子产业发展的主流趋势，半导体生产企业必须不断提高自身的生产/加工能力才能适应新的市场需求。 

目前，微电子技术领域多采用等离子体处理设备对半导体器件进行加工/处理。请参阅图1所示出的一种等离子体处理设备，在反应腔室1内设置有静电夹持装置4，其用于固定诸如晶片等的待加工工件5，下电极3置于静电夹持装置4正下方，上电极2位于腔室1的上部并与下电极3对置。该设备的工艺过程如下：将工艺气体注入腔室1内，在上电极2和下电极3射频功率的激发下，工艺气体被激发而形成等离子体区域6，借助该等离子体区域6完成对工件5的刻蚀和/或淀积等工艺操作。 

然而在实际应用中，工件中心与边缘的电场分布经常处于不均匀的状态，进而影响到工艺结果的均匀性。因此，本领域技术人员在静电夹持装置的周围设置一组电极组件，用于匹配工件边缘与中心处的电场并使之趋于均匀。例如，图2就示出这样一种电极组件：位于下电极152上方中心区域的静电夹持装置154用于固定待加工工件160；电极组件环绕静电夹持装置154而设置，包括边缘环156和阻抗匹配层158。其中，阻抗匹配层158的阻抗可被调整，用以使工件160边缘和中心位置的阻抗相匹配，进而在工件160的边缘和中心位置得到均匀分布的电场。 

尽管上述电极组件的设计在一定程度上考虑了阻抗匹配的问  题，但是其却没有考虑温度匹配的问题。然而，在等离子体加工过程中，工件上的温度分布其实也是影响工艺结果和加工质量的关键因素之一。 

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种电极组件，用以有效匹配工件中心位置处和边缘位置处的电场和温度分布。 

此外，本发明还提供一种应用上述电极组件的等离子体处理设备，其同样能有效地匹配工件中心位置处和边缘位置处的电场和温度分布。 

为此，本发明提供一种环绕静电夹持装置而设置的电极组件，静电夹持装置具有基体和设置于基体表面的表层。本发明提供的电极组件包括：阻抗匹配环，其环绕静电夹持装置而设置并具有基体和设置于基体表面的表层，阻抗匹配环表层材料具有与静电夹持装置表层材料相同或相近的导热性和比热容，阻抗匹配环基体材料具有与静电夹持装置基体材料相同或相近的导热性和比热容，用以匹配置于静电夹持装置上的工件的电场和温度分布；边缘环，其环绕静电夹持装置而设置并叠置于阻抗匹配环之上，用以调整工件边缘位置处的电场和温度分布，并保护阻抗匹配环免受上方的等离子体轰击；聚焦环，其设置于阻抗匹配环和边缘环的外侧，用以调整工件边缘位置处的电场分布；绝缘环，其位于聚焦环的下方并环绕静电夹持装置而设置，用以使静电夹持装置与周围环境电隔离。 

此外，本发明还提供一种等离子体处理设备，包括反应腔室和置 

于其内的静电夹持装置，在反应腔室内环绕静电夹持装置设置有上述 

本发明提供的电极组件，用以匹配置于静电夹持装置上的工件的电场 

和温度分布。 

本发明具有下述有益效果： 

本发明提供的电极组件，采用了与静电夹持装置的结构和材料都相同或者相近的阻抗匹配环，这样，不仅在工件中心位置处和边缘位置处能得到均匀分布的电场，还能对中心位置处和边缘位置处的温度分布进行有效匹配和控制，从而有效改善工艺结果、提高工件加工  质量。 

本发明提供的等离子体处理设备，由于采用了本发明提供的上述电极组件，其同样能够对工件中心位置处和边缘位置处的电场和温度分布进行有效匹配和控制，进而有效提高工件加工质量，并延长设备的使用寿命。 

此外，本发明的一个优选实施例中，绝缘环***还设置有电接地的电极保护环，其能够全面保护静电夹持装置免受等离子体的轰击，从而延长设备的使用寿命。 

附图说明

图1为一种使用电极组件的等离子体处理设备； 

图2为一种电极组件的结构示意图；以及 

图3为本发明提供的电极组件的一个具体实施例的结构示意图。 

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的电极组件及应用该电极组件的等离子体处理设备进行详细描述。 

请参阅图3，本发明的一个具体实施例中所采用的静电夹持装置为静电卡盘8，其包括基体9和表层10两部分，其表层10多采用陶瓷、石英、聚酰胺等的介电材料，用于使下电极和等离子体之间形成一定的阻抗；而静电卡盘8的基体9则多由铝合金或不锈钢等的导电材料构成，因而可接入射频电源而直接作为下电极使用，同时还可利用金属材料的导热性能对工件11的温度进行控制。 

基于上述静电卡盘8的结构特征，本发明提供一种电极组件，可用于匹配工件11的电场和温度分布，包括阻抗匹配环1、边缘环4、聚焦环5、绝缘环7和电极保护环6。其中，阻抗匹配环1环绕静电卡盘8而设置并具有基体2和设置于基体2表面的表层3。 

上述阻抗匹配环1的表层3材料与静电卡盘8的表层10的材料  具有相同或相近的导热性和比热容，例如可以采用陶瓷、石英、聚酰胺等材料中的一种，为了达到最佳的匹配效果，最好采用与静电卡盘8的表层10一致的材料，并将其厚度设置成与静电卡盘8的表层10的厚度大致相等或完全相等。同样，该阻抗匹配环1的基体2的材料与静电卡盘8的基体9的材料也具有相同或相近的导热性和比热容，例如可以采用铝合金或不锈钢等的导电材料，具体地，静电卡盘8和阻抗匹配环1的基体材料可以分别采用牌号为6061和5052的铝合金，也可以采用其中的同一种材料。 

下面以升温过程为例具体说明阻抗匹配环1对工件11边缘和中心位置的温度匹配过程。当需要加热时，一部分热量直接经由静电卡盘8的基体9传导至其表层10以加热工件11的中心区域，另一部分热量经由静电卡盘8的基体9传导给阻抗匹配环1的基体2，再传导至阻抗匹配环1的表层3以加热工件的边缘区域；由于阻抗匹配环1的基体2和表层3具有与静电卡盘8的基体9和表层10相近甚至相同的导热性和比热容，故可使工件边缘和中心的升温速率保持一致而均匀升温，从而达到匹配温度的目的。降温过程与此类似，不再详述。 

另外，由于阻抗匹配环1的基体2和表层3具有与静电卡盘8的基体9和表层10相同或相近的结构和材料特性，故二者具有相同或相近的阻抗。从而能够对工件11边缘和中心位置的阻抗进行有效匹配，在理想状态下，甚至可使工件11附近区域的阻抗处处相等。 

边缘环4环绕静电卡盘8而设置并叠置于阻抗匹配环1之上，用以调整工件11边缘位置处的电场和温度分布，并保护阻抗匹配环1免受上方的等离子体轰击。边缘环4所采用的材料可以是陶瓷、石英、单晶硅和多晶硅中的一种，优选的方案是采用与所加工工件11相同的材料，例如单晶硅或多晶硅。 

聚焦环5设置于阻抗匹配环1和边缘环4的外侧，用以调整工件11边缘位置处的电场分布，其采用例如陶瓷或石英等材料构成，用以调整静电卡盘8边缘的电场分布。 

绝缘环7位于聚焦环5的下方并环绕静电卡盘8而设置，其采用陶瓷或绝缘树脂等的绝缘材料构成，用以使静电卡盘8与周围环境  电隔离。这里，周围环境指静电卡盘8附近的腔室空间。 

此外，本发明提供的电极组件中，还包括电极保护环6，其位于绝缘环7***并电接地，用以保护静电卡盘8免受等离子体污染，其可以采用例如铝或铝合金等导电金属材料构成。此时，绝缘环7的作用为使静电卡盘8与电极保护环6电隔离。 

需要指出的是，本发明提供的阻抗匹配环1的表层3也可以设置成多层机构，并且其厚度可根据实际需要而增加或减少，用以使工件11边缘与中心的电场匹配更加精确。 

此外，本发明还提供一种等离子体处理设备，包括反应腔室和置于其内的静电卡盘，在反应腔室内环绕静电卡盘设置有本发明所提供的电极组件，用以匹配置于静电卡盘上的工件的电场和温度分布。 

由上述实施方式可见，本发明提供的电极组件和应用该电极组件的等离子体处理设备，通过采用与静电卡盘的结构和材料都相近或相同的阻抗匹配环，能够对工件边缘位置处的电场和温度分布进行有效匹配和控制，以使工件中心位置处和边缘位置处的电场和温度分布趋于均匀。另外，配合其它具有不同材料、导电性能和热传导性能的组件，使工件附近区域内形成所需的电场和温度分布，同时有效保护静电卡盘免受等离子体的轰击。因此，本发明提供的电极组件及应用该电极组件的等离子体处理设备可有效提高工件加工质量，并延长设备使用寿命。 

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电极组件，其环绕静电夹持装置而设置，所述静电夹持装置具有基体和设置于基体表面的表层，其特征在于，所述电极组件包括：

阻抗匹配环，其环绕静电夹持装置而设置并具有基体和设置于基体表面的表层，所述阻抗匹配环表层材料具有与静电夹持装置表层材料相同或相近的导热性和比热容，所述阻抗匹配环基体材料具有与静电夹持装置基体材料相同或相近的导热性和比热容，用以匹配置于静电夹持装置上的工件的电场和温度分布；

边缘环，其环绕静电夹持装置而设置并叠置于所述阻抗匹配环之上，用以调整所述工件边缘位置处的电场和温度分布，并保护阻抗匹配环免受上方的等离子体轰击；

聚焦环，其设置于阻抗匹配环和边缘环的外侧，用以调整所述工件边缘位置处的电场分布；

绝缘环，其位于所述聚焦环的下方并环绕所述静电夹持装置而设置，用以使静电夹持装置与周围环境电隔离。

2.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述阻抗匹配环表层的厚度与静电夹持装置表层的厚度大致相同。

3.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述阻抗匹配环表层材料选自陶瓷、石英、聚酰胺中的一种。

4.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述阻抗匹配环基体材料包括铝合金或不锈钢。

5.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述边缘环的材料选自陶瓷、石英、单晶硅、多晶硅中的一种。

6.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述聚焦环的材料包括陶瓷或石英。

7.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述绝缘环的材料包括陶瓷或绝缘树脂。

8.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述电极组件还包括电极保护环，其设置于绝缘环的***并电接地，用以保护所述静电夹持装置免受污染。

9.根据权利要求8所述的电极组件，其特征在于，所述电极保护环的材料包括铝或铝合金。

10.一种等离子体处理设备，包括反应腔室和置于其内的静电夹持装置，其特征在于，在反应腔室内环绕所述静电夹持装置设置有如权利要求1至9中任意一项所述的电极组件，用以匹配置于所述静电夹持装置上的工件的电场和温度分布。

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