CN103594315A - 一种等离子体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种等离子体加工设备，包括反应腔室、上激励射频功率源、直流功率源以及晶片支撑装置，所述上激励射频功率源用以提供产生等离子体的能量；所述晶片支撑装置设于所述反应腔室内，其包括用于承载晶片的托盘和用于承载所述托盘的卡盘；托盘内设有托盘电极，卡盘内设有卡盘电极，托盘和卡盘相互电绝缘，并与等离子体电绝缘，直流功率源用于在托盘电极与卡盘电极之间以及托盘电极与晶片之间分别产生电压差；并在晶片与托盘电极之间形成第一电容，在托盘电极与卡盘电极之间形成第二电容，第一电容和第二电容并联。该等离子体设备腔室结构，不仅性能良好，可靠性高，而且结构简单，成本低廉。

Description

一种等离子体加工设备

技术领域

本发明属于半导体加工领域，涉及一种等离子体加工设备。 

背景技术

ICP等离子体干法刻蚀设备是加工半导体器件的常用设备。为了同时处理多片晶片，常将多片晶片放置在尺寸较大的托盘表面，再将托盘放入等离子体处理腔室的卡盘的承载面进行加工处理。 

在实际加工过程中，等离子体会使晶片的温度超过工艺所需的温度，因此需要对晶片的温度进行控制。传统的控制温度方式是在晶片的背面（与晶片加工面相反的另一面）吹冷媒气体（如氦气），借助冷媒气体对晶片的温度进行调节。为了固定晶片以及避免冷媒气体泄漏，需用按压单元在晶片的边缘施加朝向卡盘方向的作用力。这种固定方式不仅实施麻烦，而且稳定性差，影响冷却效果。另外，按压单元需要占据晶片的加工面，减小了晶片的有效加工面积。 

为此，相关技术人员开发了利用静电力（或者称之为库仑力）固定晶片的方式。图1为现有的一种利用静电力固定晶片的一个实例的剖面示意图。如图1所示，托盘102放置在托盘支撑台101的承载面，晶片S放置在托盘102的承载面。在托盘102内设有电极106，电极106通过弹簧式端子与ESC用供电电源105电连接。通电后，晶片S的被加工面感应出与电极106的极性相反的电荷层，使得晶片S和电极106之间产生电压差，从而将晶片S固定于托盘106的承载面。盖板103用于将托盘106的未被晶片S覆盖的区域覆盖。托盘102是通过机械压环104固定于托盘支撑台101的承载面。 

这种利用静电力固定晶片S的方式固定在托盘102的表面但托盘102仍需机械压环104来固定，其不仅结构复杂，成本高，操作麻烦，而且机械部件容易损坏，维修工作将影响等离子体加工设备的使 用效率。 

发明内容

为至少解决上述问题之一，本发明提供一种等离子体加工设备，其卡盘和托盘的结构简单，成本低，使用方便，而且不易损坏。 

解决上述技术问题的所采用的技术方案是提供一种等离子体加工设备，包括反应腔室、上激励射频功率源、直流功率源以及晶片支撑装置，所述上激励射频功率源用以提供产生等离子体的能量； 

所述晶片支撑装置设于所述反应腔室内，其包括用于承载晶片的托盘和用于承载所述托盘的卡盘； 

所述托盘内设有托盘电极，所述卡盘内设有卡盘电极，所述托盘和所述卡盘相互电绝缘，并与等离子体电绝缘，所述直流功率源用以在所述托盘电极与所述卡盘电极之间以及所述托盘电极与所述晶片之间分别产生电压差；并在所述晶片与所述托盘电极之间形成第一电容，在所述托盘电极与所述卡盘电极之间形成第二电容，所述第一电容和所述第二电容并联。 

其中，所述直流功率源包括一个直流电源，所述直流电源包括正极输出端和负极输出端，所述正极输出端与所述托盘电极电连接，所述负极输出端接地，所述卡盘电极接地；或者，所述负极输出端与所述托盘电极电连接，所述正极输出端接地，所述卡盘电极接地。 

其中，所述直流功率源包括一个直流电源，所述直流电源包括正极输出端、负极输出端和公共端，所述托盘电极与所述直流电源的正极输出端或所述直流电源的负极输出端电连接，所述公共端接地，所述卡盘电极接地。 

其中，所述直流功率源包括一个直流电源，所述直流电源包括正极输出端和公共端，所述正极输出端与所述托盘电极电连接，所述公共端接地，所述卡盘电极接地； 

或者，所述直流电源包括负极输出端和公共端，负极输出端与所述托盘电极电连接，所述公共端接地，所述卡盘电极接地。 

其中，在所述托盘电极与所述直流电源之间串接有滤波电路。 

其中，所述滤波电路为高频电阻。 

其中，所述滤波电路为射频衰减小于-10dB的滤波电路。 

其中，所述滤波电路包括n个电感和n个电容，n个所述电感串联，n个所述电容并联，所述电容与所述电感并联，而且所述电容的一端接地，n≥1的整数。 

其中，所述直流功率源包括第一直流电源和第二直流电源，所述第一直流电源和所述第二直流电源各自包括正极输出端、负极输出端和公共端，所述托盘电极与所述第一直流电源的正极输出端或负极输出端电连接，所述卡盘电极与所述第二直流电源的正极输出端或负极输出端电连接，所述第一直流电源的公共端和所述第二直流电源的公共端均接地。 

其中，在所述托盘电极和所述直流功率源之间以及所述卡盘电极与所述直流功率源之间分别串接有滤波电路。 

其中，所述滤波电路为高频电阻。 

其中，所述滤波电路为射频衰减小于-10dB的滤波电路。 

其中，所述滤波电路包括n个电感和n个电容，n个所述电感串联，n个所述电容并联，所述电容与所述电感并联，而且所述电容的一端接地，n≥1的整数。 

其中，所述托盘包括托盘本体和绝缘层，所述托盘本体采用导电材料制作，所述绝缘层包覆所述托盘本体的外表面，所述托盘本体作为所述托盘电极； 

所述卡盘包括卡盘本体和绝缘层，所述卡盘本体采用导电材料制作，所述绝缘层包覆所述卡盘本体的外表面，所述卡盘本体作为所述卡盘电极。 

其中，所述绝缘层为通过喷涂绝缘材料方式获得；或为通过阳极氧化方式获得的三氧化二铝层。 

其中，所述绝缘材料包括石英或者陶瓷或金属氧化物。 

其中，在所述卡盘内设有第一卡盘冷媒通道，第一冷媒介质借助所述第一卡盘冷媒通道对所述卡盘进行冷却。 

其中，所述第一冷媒介质为冷媒液体。 

其中，所述冷媒液体为氟冷却液。 

其中，在所述卡盘内还设有贯穿其厚度方向的第二卡盘冷媒通道，在所述卡盘的承载面设有卡盘环形凹槽，所述卡盘环形凹槽与所述第二卡盘冷媒通道连通； 

在所述托盘内设有贯穿其厚度方向的托盘冷媒通道，在所述托盘的下表面设有托盘环形凹槽，所述托盘环形凹槽与所述卡盘环形凹槽的位置相对，且所述托盘冷媒通道与所述卡盘环形凹槽连通，第二冷媒介质依次经由第二卡盘冷媒通道、卡盘环形凹槽、托盘环形凹槽以及托盘冷媒通道供给到晶片的背面，以对晶片进行冷却。 

其中，所述第二冷媒介质为冷媒气体。 

其中，所述冷媒气体为氦气。 

其中，所述托盘的下表面的尺寸不小于所述卡盘的承载面的尺寸。 

其中，在所述反应腔室的顶部设有介质窗，所述上电极包括电感耦合线圈，所述电感耦合线圈设于所述介质窗的上方。 

其中，包括下射频功率源，所述下射频功率源与所述卡盘电极连接，用以在晶片表面产生直流自偏压，以吸引等离子对晶片表面进行加工处理。 

其中，所述上激励射频功率源和所述下射频功率源为两个独立的射频电源，或者由一个射频电源输出的两个独立的射频功率。 

其中，所述托盘的承载面设有凸台，所述晶片置于所述凸台的顶端； 

还包括盖板，所述盖板叠置于所述托盘的承载面，在所述盖板上设有定位孔，所述定位孔与所述凸台的位置相对，所述晶片的被加工面通过所述定位孔暴露于所述等离子体。 

其中，所述盖板采用石英或陶瓷材料制作。 

其中，所述等离子体加工设备为ICP等离子体干法刻蚀机或者ITO物理气相沉积设备。 

其中，所述晶片的材质为蓝宝石、硅或氧化硅。 

本发明具有以下有益效果： 

本发明提供的等离子体加工设备，在托盘内设有托盘电极，卡盘内设有卡盘电极，通过直流功率源在所述托盘电极与所述卡盘电极之间以及所述托盘电极与所述晶片之间分别产生电压差，托盘电极与所述卡盘电极之间的电压差使得托盘和卡盘之间产生静电吸附力，从而将托盘固定于卡盘的承载面；托盘电极与所述晶片之间的电压差使得托盘和晶片之间产生静电吸附力，从而将晶片固定在托盘的承载面；即，通过静电吸附方式将晶片和托盘分别固定于托盘和卡盘，避免使用机械压环，首先设计简单，简化了结构，降低了等离子体加工设备的制造成本；其次操作简单，可以提高等离子体加工设备的加工效率；再次可靠性高，不易损坏，降低了维修费用，可以提高等离子体加工设备的使用率。此外，采用静电吸附方式固定晶片和托盘，可以有效地避免冷媒气体的外泄，从而对晶片的温度进行有效的管理。另外，所述第一电容和所述第二电容并联，可以有效地利用直流功率源的功率，能够使托盘和晶片之间的静电吸附力以及托盘和卡盘之间的静电吸附力最大化，一方面提高了晶片和托盘的吸附效果，使晶片和托盘更好地固定，防止冷媒气体的外泄；另一方面，产生相同大小的静电吸附力需要较低电压，从而降低了托盘和卡盘的耐压等级，进而降低了托盘和卡盘的成本。 

附图说明

图1为现有的一种利用静电力固定晶片的一个实例的剖面示意图； 

图2为本发明实施例等离子体加工装置的部分结构的剖面示意图； 

图3为本发明另一实施例等离子体加工设备的部分结构的剖面示意图； 

图4为本发明再一实施例等离子体加工设备的结构示意图。 

图5为本发明静电卡盘等结构的剖面示意图； 

图6为本发明实施例另一滤波电路的原理图； 

图7为本发明实施例再一滤波电路的原理图 

图8为两块带有相反电荷的直流电极板的示意图。 

具体实施方式

为使本领域的技术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等离子体加工装置进行详细描述。 

本发明实施例提供一种等离子体加工装置，图2为本发明实施例等离子体加工装置的部分结构的剖面示意图。如图2所示，等离子体加工装置包括反应腔室16，反应腔室16的室壁接地。在反应腔室16内的底部设有卡盘底座8，卡盘6固定于卡盘底座8的顶端，托盘5放置于卡盘6的承载面（图中所示卡盘的上表面），托盘5用于承载晶片3。在反应腔室16的顶端设有介质窗17，电感耦合线圈15置于介质窗17的上方，电感耦合线圈15通过上匹配器9与上激励射频功率源10电连接。其中，上激励射频功率源10、上匹配器9和电感耦合线圈15组成上电极，用于激发反应腔室16内工艺气体电离形成等离子体11。直流功率源14用于提供固定晶片3和托盘8的能量。下激励功率源12通过下匹配器11连接至卡盘6，下激励射频功率源12、下匹配器11和卡盘6组成下电极，用于在晶片3表面产生直流自偏压，吸引等离子体，以对晶片3表面进行加工处理。激励射频功率源13和直流功率源24也可以置于反应腔室20内。 

卡盘6包括卡盘本体和绝缘层，卡盘本体作为卡盘电极（或称卡盘静电吸附电极），其采用金属等导电材料制作，如铜、铝。绝缘层由绝缘材料制作，如石英、陶瓷或金属氧化物，其包覆卡盘本体的外表面。绝缘层可以通过喷涂或阳极氧化等方式形成于卡盘本体的外表面。绝缘层是为了使卡盘6和托盘5之间电绝缘，以及使卡盘6与反应腔室16内的等离子体1之间电绝缘。 

托盘5包括托盘本体和绝缘层，绝缘层包覆托盘本体的外表面。托盘本体作为托盘电极（或称静电吸附电极），其采用金属等导电材料制作，如铜、铝。绝缘层由绝缘材料制作，如石英、陶瓷，其可以通过喷涂或阳极氧化等方式形成于导电材料表面。绝缘层为了使托盘5绝缘，以使托盘5与卡盘6之间电绝缘，以及使托盘5与反应腔室 16内的等离子体10之间电绝缘。 

托盘5和卡盘6也可采用其它结构，只要确保托盘5和卡盘6相互电绝缘，同时与等离子体电绝缘即可。 

在本实施例中，直流功率源14为一个直流电源，直流电源14包括正极输出端（HV+）、负极输出端（HV-）以及公共端（或称之为中间点CT），公共端接地，或者公共端接机壳，再将机壳接地。托盘电极与直流电源的负极输出端电连接，卡盘电极直接接地,（或者通过滤波电路接地）。当然，托盘电极也可与直流电源14的正极输出端电连接，卡盘电极与直流电源14的公共端电连接（公共端接地）。 

需指出的是，直流电源14也可以仅包括正极输出端和公共端，或者仅包括负极输出端和公共端，或者仅包括正极输出端和负极输出端。当直流电源仅包括正极输出端和公共端时，托盘电极与正极输出端连接，公共端接地，卡盘电极接地。当直流电源仅包括负极输出端和公共端时，托盘电极与负极输出端，公共端接地，卡盘电极接地（或者通过滤波电路接地）。当直流电源仅包括正极输出端和负极输出端时，正极输出端与托盘电极电连接，负极输出端接地，卡盘电极接地（或者通过滤波电路接地）；或者，负极输出端与托盘电极电连接，正极输出端接地，卡盘电极接地（或者通过滤波电路接地）。 

在等离子体环境中，在晶片3的被加工面（图中晶片的上表面）形成一层电荷层（即所谓的直流自偏压），当直流功率源14向托盘电极提供通电时，托盘和晶片3之间存在电压差，形成静电场，托盘5和晶片3之间形成相互吸引的静电引力（根据晶片类型不同，电压差形成的位置有所区别。当晶片背部是半导体（例如Si）或者导体材料(例如金属)时，托盘电极通电，则晶片背部感应出与托盘电极相反极性的电荷，此时电压差是托盘电极与晶片背部感应出的电荷层。当晶片背部材料是绝缘材料（例如蓝宝石），则电压差是托盘电极与晶片上表面所形成的一层电荷层（即所谓的直流自偏压），该静电引力将晶片3固定于托盘5的承载面。与此同时，在托盘5和卡盘6之间也产生电压差，形成静电场，托盘和卡盘之间形成相互吸引的静电引力，该静电引力将托盘5固定于卡盘6的承载面。 

下面介绍托盘5与晶片3之间的静电引力以及托盘5与卡盘6之间的静电引力的大小。 

如图8所示，真空中，两块带有相反电荷的直流电极板示意图，根据库仑定律，两极板间静电引力计算公式为： 

$F=\frac{{\mathrm{k\ϵ}}_0{\mathrm{AV}}^2}{{2d}^2}=\frac{{\mathrm{CV}}^2}{2d}$

其中， 

F-静电引力； 

k-绝缘层介电常数； 

ε₀-真空介电常数； 

A-直流电极层面积； 

V-直流电极间电压差； 

d-直流电极间距离。 

将托盘电极与直流电源14的负极输出端(HV-)连通，设E是直流电源14负极输出端（HV-）对直流电压中间点的电压值，由于中间点（CT）接机壳，机壳接地，那么直流电源14负极输出端（HV-）对地的电压值为E,托盘电极对地（GND）或者机壳的电压值同样也为E。 

对于晶片背部为半导体、导体材料的晶片，托盘电极通电后，晶片背部感应出电荷层，晶片背部电荷层对地或者机壳的电压值设为E₁,托盘电极与晶片电荷层之间绝缘距离设为d₁，托盘电极与晶片形成的等效电容值设为C₁，则，根据上述计算静电引力的公式，晶片3与托盘5之间的静电引力为： 

$F_1=\frac{1}{{2d}_1}{C}_1{(E-E_1)}^2$

对于晶片背部为绝缘材料的晶片，等离子启辉后，将在晶片上表面形成电荷层，即直流自偏压，该电荷层对地或者机壳的电压值设为E₂，托盘电极与晶片电荷层之间绝缘距离设为d₂托盘电极与晶片形成的等效电容值设为C₂。则，根据上述计算静电引力的公式，晶片3与托盘5之间的静电引力为： 

$F_2=\frac{1}{{2d}_2}{C}_2{(E-E_2)}^2$

另外，相对于直流电源负极输出端（HV-）对地电压值E,直流自偏压的值E₂,对地电压值很小，几乎可以忽略，因此，晶片3与托盘5之间的静电引力可以近似为： 

$F_2=\frac{1}{{2d}_2}{C}_2{(E-E_2)}^2\≈\frac{1}{{2d}_2}{C}_2{E}^2$

卡盘电极通过滤波电路接地或者接机壳，即直流接地，托盘电极与卡盘电极之间绝缘距离设为d₃，托盘电极与卡盘电极的等效电容值设为C₃，则，根据上述计算静电引力，托盘5与卡盘6之间的静电引力F₁为： 

$F_1=\frac{1}{{2d}_1}{C}_1{E}^2$

在托盘电极和晶片S之间的静电吸附力F₂为： 

$F_2=\frac{1}{{2d}_2}{C}_2(E_1-E_2)\≈\frac{1}{{2d}_2}{C}_2{E}^2$

晶片3与托盘电极之间，以及托盘电极与卡盘电极之间分别形成两个等效电容，我们将晶片3与托盘电极之间形成的电容称之为第一电容，托盘电极与卡盘电极之间形成的电容称之为第二电容。第一电容和第二电容并联。第一电容和第二电容并联关系，使得卡盘电极和托盘电极之间的电压差以及托盘电极和晶片之间电压差分别均近似等于或者大于直流电源14负极输出端（HV-）电压值E，这种电压值分配方式，也使得卡盘电极和托盘电极之间的静电引力以及托盘电极和晶片之间的静电引力最大化。或者说，如果要获得相同大小的静电引力，第一电容和第二电容并联时，所需的直流电源14提供的输出电压值最小化，这样即可以有效的降低卡盘、托盘的耐压等级，降低直流电源的设计难度，而且有助于降低等离子体加工设备的制造成本。 

在直流功率源14与托盘电极之间还可以串接一滤波电路13a，用以避免射频能量通过回路外泄而造成射频能量衰减，以及避免对其 它器件造成射频干扰。滤波电路13a包括第一电感L1和第一电容C1，第一电感L1的一端作为滤波电路的第一输出端与托盘5连接，另一端作为滤波电路的第二输出端与直流电源14的负极输出端（HV-）连接。第一电容C1的一端接地或者机壳，另一端与滤波电路的第二输出端与（及）直流功率源14的负极输出端（HV-）连接。在卡盘电极和地或者机壳之间串接一滤波电路13b,滤波电路13b由电感L2组成，滤波电路13b同样用以避免射频能量通过回路外泄而造成射频能量衰减，以及避免对其它器件造成射频干扰。 

滤波电路13a也可以采用能够避免射频能量衰减以及抗射频干扰的其它滤波电路。如图6所示，滤波电路13a包括第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1和第二电容C2，其中，第一电感L1和第二电感L2串联，第一电感L1和第二电感L2另的一端分别作为滤波电路的第一输出端和第二输出端。第一电容C1和第二电容C2并联，第一电容C1和第二电容C2的一端接地，另一端连接滤波电路的第二输出端。 

虽然在此列举了两种结构的滤波电路13a，但滤波电路13a的结构并不局限于此。实际上，滤波电路可以包括n个电感和n个电容，n为≥1的整数。只要将电感和电容按照下述方法连接即可，即，将n个电感串联，n个电容并联，然后将n个电容与n个电感并联，并将电容的一端接地。当然，滤波电路13a可以由电感、电阻和电容任意组合而成，如采用高频电阻。只要能够避免射频能量通过回路外泄的滤波电路13a均可以应用于本发明。在实际应用中，滤波电路13a采用能够满足射频衰减小于-10dB的滤波电路。 

滤波电路13b也可以采用能够避免射频能量衰减以及抗射频干扰的其它滤波电路。如图4所示，滤波电路13b包括第一电感L3、第二电感L4。其中，第一电感L3和第二电感L3串联，第一电感L1和第二电感L2另的一端分别作为滤波电路的第一输出端和第二输出端。 

虽然在此列举了两种结构的滤波电路13b，但滤波电路13b的结构并不局限于此。实际上，滤波电路可以包括n个电感,n为≥1的整 数。只要将将n个电感串联连接即可。当然，滤波电路13b可以由电感、电阻任意组合而成，如采用高频电阻。只要能够避免射频能量通过回路外泄的滤波电路13b均可以应用于本发明。在实际应用中，滤波电路13b采用能够满足射频衰减小于-10dB的滤波电路。 

在工艺过程中，受等离子体的影响，晶片3、托盘5和卡盘6的温度容易升高而影响掩膜的质量以及托盘5和卡盘6的使用寿命。因此，需要利用冷媒介质来调节晶片3、托盘5和卡盘6的温度。 

如图2所示，在卡盘6内设有用于冷却卡盘6及托盘5的第一卡盘冷媒通道7，在第一卡盘冷媒通道7内通入第一冷媒介质可以对卡盘6及托盘5进行冷却。第一冷媒介质为冷媒液体，如Galden(氟冷却液)液。 

在卡盘6内还设有贯穿其厚度方向的第二卡盘冷媒通道4b，在托盘5内还设有贯穿其厚度方向的托盘冷媒通道4a，在卡盘6的承载面（上表面）设有卡盘环形凹槽A，在托盘的下表面设有托盘环形凹槽B，托盘环形凹槽B与卡盘环形凹槽A的位置相对，卡盘环形凹槽A、托盘环形凹槽B将第二卡盘冷媒通道4b和托盘冷媒通道4a连通。卡盘底座8设有贯穿其厚度方向的冷媒通道4c,作为冷媒气体进入冷媒气体通道内的入口。在卡盘的下表面设有卡盘环形凹槽D，在卡盘底座上表面设有环形凹槽C,卡盘环形凹槽D与底座环形凹槽C的位置相对，卡盘环形凹槽D、底座环形凹槽C将第二卡盘冷媒通道4b和卡盘底座冷媒通道4c连通。 

第二冷媒介质依次经由卡盘底座冷媒通道4c、卡盘底座环形凹槽C、卡盘环形凹槽D、第二卡盘冷媒通道4b、卡盘环形凹槽A、托盘环形凹槽B、以及托盘冷媒通道4a，最终被输送至晶片3的背面，对晶片3进行冷却。第二冷媒介质为冷媒气体，如氦气等惰性气体。 

优选地，在卡盘6内设有多个与卡盘环形凹槽A连通的第二卡盘冷媒通道4b，在托盘5内设有多个托盘冷媒通道4a，多个第二卡盘冷媒通道4b和托盘冷媒通道4a不仅可以有效地调节温度，而且可以提高温度的均匀性。 

将晶片3置于托盘5的承载面时，晶片3并不能将托盘5的承载 面完全遮挡。在工艺过程中，未被晶片S遮挡的托盘5的承载面会被等离子体1刻蚀，影响托盘5的使用寿命。为此，等离子体加工设备还包括陶瓷或石英材料制作的盖板2，在盖板2上设有贯穿盖板厚度的定位孔2a，每一定位孔2a可以放置一个晶片3。盖板2叠置于托盘5的承载面，并通过螺钉（图中未示出）与托盘5固定，螺钉同样采用石英或陶瓷材料制作。晶片3嵌置于定位孔2a，而且晶片3的被加工面通过定位孔2a暴露于等离子体中。因此设置在盖板2上的定位孔2a有利于提高晶片3的装载效率。不难理解，定位孔2a的内径尺寸等于或略大于晶片3的外径尺寸。优选地，盖板2的外径尺寸等于或略大于托盘5的外径尺寸，这样可以将裸露在等离子体1中的托盘5部分遮挡，从而避免等离子体1刻蚀托盘5。 

在托盘5的承载面还设有凸台5a，凸台5a与定位孔2a相对，晶片3放置在凸台5a的顶端。为了使托盘5能够承载多个晶片3，在托盘5的承载面设有多个凸台5a，对应地，在盖板内设置多个定位孔2a，定位孔2a的数量与凸台5a的数量相等。 

优选地，托盘5下表面的直径等于或略大于卡盘6承载面的直径，即托盘5的下表面的尺寸不小于卡盘6的承载面的尺寸，以使托盘5和卡盘6之间可靠密封，以及防止等离子体损伤卡盘6的承载面。 

如图2所示，上电极包括电感耦合线圈15，电感耦合线圈设置在介质窗17的上方，介质窗17设置在反应腔室16的顶部。介质窗17采用石英或陶瓷材料制作。电感耦合线圈通过上匹配器9与上激励射频功率源10连接，下偏压射频功率源12通过下匹配器11与卡盘6，即卡盘6导电部分电连接。 

需要指出的是，上激励射频功率源10和下激励射频功率源12为两个相互独立的射频电源。但本发明并不局限于此，上激励射频功率源10和下激励射频功率源12也可以共用一个射频电源获得，即由一个射频电源产生两个独立的射频功率输出。 

上述实施例提供的等离子体加工设备可以作为ICP等离子干法刻蚀机，特别适用图形化蓝宝石衬底（PSS-Patterned Saphire Substrate）的刻蚀；或者作为ITO（铟锡氧化物）物理气相沉积设 备，用于制备ITO薄膜。 

为了提高等离子体加工设备的加工效率，托盘5上通常会设置多个晶片3。托盘5的承载面设置多个凸台5a，在盖板2上同样设有与晶片3数量相等的定位孔2a，而且定位孔2a的设置位置与凸台5a的位置相对。使用时，每一凸台5a对应一个晶片3，每一定位孔2a对应一个晶片3。 

图4为本发明再一实施例等离子体加工设备的结构示意图。如图4所示，在本实施例中，直流电源14包括第一直流电源14a和第二直流电源14b，第一直流电源14a和第二直流电源14b分别包括正极输出端（HV+）、负极输出端(HV-)和公共端(CT)。其中，托盘电极与第一直流电源`14a的负极输出端(HV-)电连接，第一直流电源14a的公共端(CT)接地。卡盘电极与第二直流电源14b的负极输出端(HV-)电连接，第二直流电源14b的公共端(CT)接地。或者，托盘电极与第一直流电源14a的正极输出端(HV+)电连接，第一直流电源14a的公共端(CT)接地。卡盘电极与第二直流电源14b的正极输出端(HV+)或者负极输出端（HV-）电连接，第二直流电源14b的公共端(CT)接地。这种双直流电源的结构设计，只要分别控制两电源直流电源输出的值，保证托盘电极与晶片、托盘电极与卡盘电极之间存在一定的电压差，即可在托盘与晶片之间、托盘与卡盘之间产生静电引力。 

在托盘电极与第一直流电源14a之间设有第一滤波电路13a，在卡盘电极与第二直流电源14b之间串接第二滤波电路13b，第一滤波电路13a和第二滤波电路13b可以避免射频能量通过回路外泄而造成射频能量衰减，以及避免对其它器件造成射频干扰。第一滤波电路14a和第二滤波电路13b同样可以采用上述实施例介绍的其它结构的滤波电路。本实施例未提及的其它部件的结构与上述实施例对应的部件结构相同，均可以用于本实施例使用，在此不再赘述。 

上述实施例提供的等离子体加工设备，在托盘内设有托盘电极，卡盘内设有卡盘电极，通过直流电源在所述托盘电极与所述卡盘电极之间以及所述托盘电极与所述晶片之间分别产生电压差，托盘电极与所述卡盘电极之间的电压差使得托盘和卡盘之间产生静电引力，从而 将托盘固定于卡盘的承载面；托盘电极与所述晶片之间的电压差使得托盘和晶片之间产生静电引力，从而将晶片固定在托盘的承载面；即，通过静电吸附方式将晶片和托盘分别固定于托盘和卡盘，避免使用机械压环，首先设计简单，简化了结构，降低了等离子体加工设备的制造成本；其次操作简单，可以提高等离子体加工设备的加工效率；再次可靠性高，不易损坏，降低了维修费用，可以提高等离子体加工设备的使用率。此外，采用静电吸附方式固定晶片和托盘，可以有效地避免冷媒气体的外泄，从而对晶片的温度进行有效的管理。另外，所述第一电容和所述第二电容并联，可以有效地利用直流电源的功率，能够使托盘和晶片之间的静电引力以及托盘和卡盘之间的静电引力最大化，一方面提高了晶片和托盘的吸附效果，使晶片和托盘更好地固定，防止冷媒气体的外泄；另一方面，产生相同大小的静电引力，需要直流电源提供的电压最小化，从而降低了托盘和卡盘的耐压等级，进而降低了托盘和卡盘的成本。 

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 (30)

1.一种等离子体加工设备，包括反应腔室、上激励射频功率源、直流功率源以及晶片支撑装置，所述上激励射频功率源用以提供产生等离子体的能量；

所述晶片支撑装置设于所述反应腔室内，其包括用于承载晶片的托盘和用于承载所述托盘的卡盘；

其特征在于，所述托盘内设有托盘电极，所述卡盘内设有卡盘电极，所述托盘和所述卡盘相互电绝缘，并与等离子体电绝缘，所述直流功率源用以在所述托盘电极与所述卡盘电极之间以及所述托盘电极与所述晶片之间分别产生电压差；并在所述晶片与所述托盘电极之间形成第一电容，在所述托盘电极与所述卡盘电极之间形成第二电容，所述第一电容和所述第二电容并联。

2.根据权利要求1所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述直流功率源包括一个直流电源，所述直流电源包括正极输出端和负极输出端，所述正极输出端与所述托盘电极电连接，所述负极输出端接地，所述卡盘电极接地；或者，所述负极输出端与所述托盘电极电连接，所述正极输出端接地，所述卡盘电极接地。

3.根据权利要求1所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述直流功率源包括一个直流电源，所述直流电源包括正极输出端、负极输出端和公共端，所述托盘电极与所述直流电源的正极输出端或所述直流电源的负极输出端电连接，所述公共端接地，所述卡盘电极接地。

4.根据权利要求1所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述直流功率源包括一个直流电源，所述直流电源包括正极输出端和公共端，所述正极输出端与所述托盘电极电连接，所述公共端接地，所述卡盘电极接地；

或者，所述直流电源包括负极输出端和公共端，负极输出端与所述托盘电极电连接，所述公共端接地，所述卡盘电极接地。

5.根据权利要求2-4任意一项所述的等离子体加工设备，其特征在于，在所述托盘电极与所述直流电源之间串接有滤波电路。

6.根据权利要求5所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述滤波电路为高频电阻。

7.根据权利要求5所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述滤波电路为射频衰减小于-10dB的滤波电路。

8.根据权利要求7所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述滤波电路包括n个电感和n个电容，n个所述电感串联，n个所述电容并联，所述电容与所述电感并联，而且所述电容的一端接地，n≥1的整数。

9.根据权利要求1所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述直流功率源包括第一直流电源和第二直流电源，所述第一直流电源和所述第二直流电源各自包括正极输出端、负极输出端和公共端，所述托盘电极与所述第一直流电源的正极输出端或负极输出端电连接，所述卡盘电极与所述第二直流电源的正极输出端或负极输出端电连接，所述第一直流电源的公共端和所述第二直流电源的公共端均接地。

10.根据权利要求9所述的等离子体加工设备，其特征在于，在所述托盘电极和所述直流功率源之间以及所述卡盘电极与所述直流功率源之间分别串接有滤波电路。

11.根据权利要求10所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述滤波电路为高频电阻。

12.根据权利要求10所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述滤波电路为射频衰减小于-10dB的滤波电路。

13.根据权利要求12所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述滤波电路包括n个电感和n个电容，n个所述电感串联，n个所述电容并联，所述电容与所述电感并联，而且所述电容的一端接地，n≥1的整数。

14.根据权利要求1所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述托盘包括托盘本体和绝缘层，所述托盘本体采用导电材料制作，所述绝缘层包覆所述托盘本体的外表面，所述托盘本体作为所述托盘电极；

所述卡盘包括卡盘本体和绝缘层，所述卡盘本体采用导电材料制作，所述绝缘层包覆所述卡盘本体的外表面，所述卡盘本体作为所述卡盘电极。

15.根据权利要求14所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述绝缘层为通过喷涂绝缘材料方式获得；或为通过阳极氧化方式获得的三氧化二铝层。

16.根据权利要求15所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述绝缘材料包括石英或者陶瓷或金属氧化物。

17.根据权利要求1所述的等离子体加工设备，其特征在于，在所述卡盘内设有第一卡盘冷媒通道，第一冷媒介质借助所述第一卡盘冷媒通道对所述卡盘进行冷却。

18.根据权利要求17所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述第一冷媒介质为冷媒液体。

19.根据权利要求18所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述冷媒液体为氟冷却液。

20.根据权利要求1所述的等离子体加工设备，其特征在于，在所述卡盘内还设有贯穿其厚度方向的第二卡盘冷媒通道，在所述卡盘的承载面设有卡盘环形凹槽，所述卡盘环形凹槽与所述第二卡盘冷媒通道连通；

在所述托盘内设有贯穿其厚度方向的托盘冷媒通道，在所述托盘的下表面设有托盘环形凹槽，所述托盘环形凹槽与所述卡盘环形凹槽的位置相对，且所述托盘冷媒通道与所述卡盘环形凹槽连通，第二冷媒介质依次经由第二卡盘冷媒通道、卡盘环形凹槽、托盘环形凹槽以及托盘冷媒通道供给到晶片的背面，以对晶片进行冷却。

21.根据权利要求20所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述第二冷媒介质为冷媒气体。

22.根据权利要求21所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述冷媒气体为氦气。

23.根据权利要求1所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述托盘的下表面的尺寸不小于所述卡盘的承载面的尺寸。

24.根据权利要求1所述的等离子体加工设备，其特征在于，在所述反应腔室的顶部设有介质窗，所述上电极包括电感耦合线圈，所述电感耦合线圈设于所述介质窗的上方。

25.根据权利要求1所述的等离子体加工设备，其特征在于，包括下射频功率源，所述下射频功率源与所述卡盘电极连接，用以在晶片表面产生直流自偏压，以吸引等离子对晶片表面进行加工处理。

26.根据权利要求25所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述上激励射频功率源和所述下射频功率源为两个独立的射频电源，或者由一个射频电源输出的两个独立的射频功率。

27.根据权利要求1所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述托盘的承载面设有凸台，所述晶片置于所述凸台的顶端；

还包括盖板，所述盖板叠置于所述托盘的承载面，在所述盖板上设有定位孔，所述定位孔与所述凸台的位置相对，所述晶片的被加工面通过所述定位孔暴露于所述等离子体。

28.根据权利要求27所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述盖板采用石英或陶瓷材料制作。

29.根据权利要求1所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述等离子体加工设备为ICP等离子体干法刻蚀机或者ITO物理气相沉积设备。

30.根据权利要求1所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述晶片的材质为蓝宝石、硅或氧化硅。

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