CN202585324U

CN202585324U - 等离子体处理装置及其汇聚装置、静电夹盘

Info

Publication number: CN202585324U
Application number: CN 201120569756
Authority: CN
Inventors: 陶铮; 松尾裕史; 曹雪操
Original assignee: Advanced Micro Fabrication Equipment Inc Shanghai
Current assignee: Medium and Micro Semiconductor Equipment (Shanghai) Co., Ltd.
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2021-12-30

Abstract

本实用新型提供了等离子体处理装置及其汇聚装置、静电夹盘，所述汇聚装置至少包括：盘状第一部分，其具有能够与所述静电夹盘的表面相结合的第一表面，并具有与所述基片的下表面相结合的第二表面；围状第二部分，其与所述第一部分垂直设置，并连接于所述第一部分的***，其中，所述第一部分的面积大于所述基片的面积，所述第二部分的高度大于所述基片的厚度。本实用新型还提供了一种静电夹盘，将上述汇聚装置集成于其中。本实用新型能够有效地改善制程均一性。

Description

等离子体处理装置及其汇聚装置、静电夹盘

技术领域

本实用新型涉及半导体制造领域，尤其涉及一种等离子体处理装置及其汇聚装置、静电夹盘

背景技术

半导体工艺件的边缘效应是困扰半导体产业的一个问题。所谓半导体工艺件的边缘效应是指在等离子体处理过程中，由于等离子体受电场控制，而上下两极边缘处的场强会受边缘条件的影响，总有一部分电场线弯曲，而导致电场边缘部分场强不均，进而导致该部分的等离子体浓度不均匀。在该种情况下，生产出的半导体工艺件周围也存在一圈处理不均匀的区域。这一不均匀现象在射频电场频率越高时越明显，在射频频率大于60MHZ甚至大于100Mhz时这一等离子浓度的不均匀性程度已经很难再用其它装置如位于静电夹盘边缘的聚集环来调控。

由于半导体工艺件是圆形的，因此愈外圈面积愈大，边缘部分的各个工艺环节的均一性不佳将导致成品率显著下降。在普遍采用300mm制程的今天，半导体工艺件边缘效应带来的损失更为巨大。

因此，业内需要能够简单有效地改善边缘效应，提高制程均一性。

实用新型内容

针对背景技术中的上述问题，本实用新型提出了能够改善均一性的用于等离子体处理装置的汇聚装置及静电夹盘。汇聚装置设置于静电夹盘的上表面，所述汇聚装置上方还承载有基片，其中，所述汇聚装置至少包括：盘状第一部分，其具有能够与所述静电夹盘的表面相结合的第一表面，并具有与所述基片的下表面相结合的第二表面；围状第二部分，其与所述第一部分垂直设置，并连接于所述第一部分的***，其中，所述第一部分的面积大于所述基片的面积，所述第二部分的高度大于所述基片的厚度。汇聚装置采用金属铝或氧化铝陶瓷材料制成。

第一部分的厚度为1mm～5mm，所述第二部分的高度为1cm～3cm。第一部分上设置有若干个能够通过升举顶针的通道，所述升举顶针通过所述通道对基片进行升举。

一种应用于等离子体处理装置的静电夹盘，其特征在于，所述静电吸盘包括：第一电介质层；第二电介质层，其位于所述第一电介质层上方，并埋设有用于产生静电吸力的电极，其中，所述第二电介质层至少包括：盘状第三部分，其具有能够与静电夹盘基盘的表面相结合的第一表面，并具有与所述基片的下表面相结合的第二表面；围状第四部分，其与所述第三部分垂直设置，并连接于所述第三部分的***，其中，所述第三部分的面积大于所述基片的面积，所述第四部分的高度大于所述基片的厚度。其中所述第二电介质层采用铝或陶瓷制成，陶瓷可以是氧化铝，氧化钇等材料。所述第三部分的厚度可以为1mm～5mm，所述第四部分的高度可以为1cm～3cm。

本实用新型提供的汇聚装置及静电夹盘的等离子体处理装置能够简单有效地改善边缘效应，提高制程均一性。

附图说明

图1是现有技术的等离子体处理装置的结构示意图；

图2是本实用新型的具体实施例的等离子体处理装置的等离子体汇聚装置的结构示意图；

图3是本实用新型的具体实施例的等离子体处理装置的等离子体汇聚装置的俯视图；

图4是本实用新型的具体实施例的等离子体处理装置的静电夹盘的结构示意图；

图5是本实用新型的具体实施例的等离子体处理装置的静电夹盘的俯视图；

图6是本实用新型实用新型效果示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行说明。

请参阅图1，图1是现有技术的等离子体处理装置的结构示意图。如图所示的等离子体处理装置1具有一个处理腔体（未示出），处理腔体基本上为柱形，且处理腔体侧壁基本上垂直，处理腔体内具有相互平行设置的上电极（未示出）和下电极13。通常，在上电极与下电极13之间的区域为处理区域，该区域将形成高频能量以点燃和维持等离子体。在下电极13上方设置有静电夹盘，静电夹盘至少包括第一电介质层14和第二电介质层11，第二电介质层中买设有直流电极12，其用于产生夹持基片W的静电吸力。静电夹盘上放置有待要加工的基片W，该基片W可以是待要刻蚀或加工的半导体基片或者待要加工成平板显示器的玻璃平板。反应气体从气体源（未示出）中被输入至处理腔体内，一个或多个射频电源15可以被单独地施加在下电极13上或同时被分别地施加在上电极与下电极13上，用以将射频功率输送到下电极13上或上电极与下电极13上，从而在处理腔体内部产生大的电场。大多数电场线被包含在上电极和下电极13之间的处理区域内，此电场对少量存在于处理腔体内部的电子进行加速，使之与输入的反应气体的气体分子碰撞。这些碰撞导致反应气体的离子化和等离子体的激发，从而在处理腔体内产生等离子体。反应气体的中性气体分子在经受这些强电场时失去了电子，留下带正电的离子。带正电的离子向着下电极13方向加速，与被处理的基片中的中性物质结合，激发基片加工，即刻蚀、淀积等。在等离子体处理装置1的合适的某个位置处设置有排气区域（未示出），排气区域与外置的排气装置（未示出）相连接，用以在处理过程中将用过的反应气体及副产品气体抽出处理区域。

由于等离子体受电场控制，而上下两极边缘处的场强会受边缘条件的影响，总有一部分电场线弯曲，而导致电场边缘部分场强不均，进而导致现有技术的等离子体处理装置该部分的等离子体浓度不均匀。具体地，基片W的中心部分制程速率最快，边缘部分的制程速率最弱。

下面对本实用新型的实用新型机制进行介绍。

本实用新型提供了一个应用于等离子体处理装置的单独的汇聚装置。图2是本实用新型的具体实施例的等离子体处理装置的等离子体汇聚装置的结构示意图，如图2所示，该等离子体处理装置2包括处理腔体（未示出），处理腔体内具有相互平行设置的上电极（未示出）和下电极23。通常，在上电极与下电极23之间的区域为处理区域，该区域将形成高频能量以点燃和维持等离子体。在下电极23上方设置有静电夹盘，静电夹盘至少包括第一电介质层24和第二电介质层21，第二电介质层中买设有直流电极22，其用于产生夹持基片W的静电吸力。反应气体从气体源（未示出）中被输入至处理腔体内，一个或多个射频电源25。

其中，参见图2，所述汇聚装置26设置于静电夹盘的上表面，所述汇聚装置上方还承载有基片，其中，所述汇聚装置26至少包括：

盘状第一部分26a，其具有能够与所述静电夹盘的表面相结合的第一表面，并具有与所述基片W的下表面相结合的第二表面。

围状第二部分26b，其与所述第一部分26a垂直设置，并连接于所述第一部分26a的***。

其中，为了能够将基片W放置入汇聚装置26中，可以理解，所述第一部分26a的面积必然大于所述基片W的面积，所述第二部分26b的高度必然大于所述基片W的厚度。

进一步地，所述汇聚装置采用铝或陶瓷（ceramic）制成，陶瓷材料可以是Al₂O₃，RF电场能够部分穿透Al₂O₃但是对直流电压确保持高阻抗。

图3是本实用新型的具体实施例的等离子体处理装置的等离子体汇聚装置的俯视图，如图3所示，汇聚装置26呈“碗状”结构，其中，中间的圆盘状第一部分26a厚度d₂为1mm～5mm，第二部分26b设置于所述第一部分26a的***，其高度l₂为1cm～5cm。所述第一部分26a和第二部分26b示例性地以一体成型制成。

由于“碗状”的汇聚装置26将基片W放置于中央平坦的第一部分26a的表面上，而周围第二部分26b与基片W的厚度比具有一定的高度，相当于在基片W的边缘部分的***均匀地设置了一圈“围栏”。这样的“围栏”改变等离子区域的等离子分布，具体地，参见图1，在基片W的边缘区域等离子体分布得更多，浓度更大，由此基片W边缘区域的制程速率得到了提高，而在基片W的其他区域上方的等离子体分布几乎不变，浓度一致。因此，基片制程速率原本较低的边缘区域得到了补偿，使得其均一性得到了极大改善。

本实用新型还提供了一种等离子体处理装置1，其特征在于，所述等离子体处理装置1包括本实用新型第一方面所述的汇聚装置26。

本实用新型还提供了一个应用于等离子体处理装置的能够改善基片制程均一性的静电夹盘。图4是本实用新型的具体实施例的等离子体处理装置的静电夹盘的结构示意图，如图4所示，该等离子体处理装置3包括处理腔体（未示出），处理腔体内具有相互平行设置的上电极（未示出）和下电极33。通常，在上电极与下电极33之间的区域为处理区域，该区域将形成高频能量以点燃和维持等离子体。在下电极33上方设置有静电夹盘，静电夹盘至少包括第一电介质层34和第二电介质层36，第二电介质层中买设有直流电极32，其用于产生夹持基片W的静电吸力。反应气体从气体源（未示出）中被输入至处理腔体内，一个或多个射频电源35。

其中，参见图4，前述静电夹盘至少包括：第一电介质层34；第二电介质层36，其位于所述第一电介质层34上方，并埋设有用于产生静电吸力的电极32，

其中，所述第二电介质层36至少包括：

盘状第三部分36a，其具有能够与静电夹盘基盘的表面相结合的第一表面，并具有与所述基片W的下表面相结合的第二表面；

围状第四部分36b，其与所述第三部分36a垂直设置，并连接于所述第三部分的***。

其中，为了能够将基片W放置入静电夹盘中，可以理解，所述第三部分36a的面积必然大于所述基片W的面积，所述第四部分36b的高度必然大于所述基片W的厚度。

进一步地，所述静电夹盘采用铝或陶瓷制成。

图5是本实用新型的具体实施例的等离子体处理装置的静电夹盘的俯视图，如图3所示，静电夹盘的第二电介质层36呈“碗状”结构，其中，中间的圆盘状第三部分36a厚度d₃为1mm～5mm，第四部分36b设置于所述第三部分36a的***，其高度l₃为1cm～5cm。所述第三部分36a和第四部分36b示例性地以一体成型制成。

由于“碗状”的静电夹盘第二电介质层36将基片W放置于中央平坦的第三部分36a的表面上，而周围第四部分36b与基片W的厚度比具有一定的高度，相当于在基片W的边缘部分的***均匀地设置了一圈“围栏”。这样的“围栏”改变等离子区域的等离子分布，具体地，参见图4，在基片W的边缘区域等离子体分布得更多，浓度更大，由此基片W边缘区域的制程速率得到了提高，而在基片W的其他区域上方的等离子体分布几乎不变，浓度一致。因此，基片制程速率原本较低的边缘区域得到了补偿，使得其均一性得到了极大改善。

本实用新型还提供了一种等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体处理装置前述的静电夹盘。

参照图6，其以基片的圆心为原点，以基片的直径为横轴，以刻蚀速率为Y轴确定了一个坐标轴。其中，S1是应用现有技术的采用聚集环调整前得到的基片的刻蚀速率曲线，可见，其在圆心周围的中央区域刻蚀速率较高，在其边缘区域的刻蚀速率最低，其必然存在均一性的缺陷。S2对应于应用了本实用新型聚集环调整后的刻蚀速率曲线，其中，边缘区域的刻蚀速率得到了提高，基片均一性缺陷得到了有效的改善。由此说明了本实用新型的优越性，本实用新型能够快速有效低功耗地改善边缘效应，实现制程均一化。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种应用于等离子体处理装置的等离子体汇聚装置，其特征在于，所述汇聚装置设置于静电夹盘的上表面，所述汇聚装置上方还承载有基片，其中，所述汇聚装置至少包括：

盘状第一部分，其具有能够与所述静电夹盘的表面相结合的第一表面，并具有与所述基片的下表面相结合的第二表面；

围状第二部分，其与所述第一部分垂直设置，并连接于所述第一部分的***，

其中，所述第一部分的面积大于所述基片的面积，所述第二部分的高度大于所述基片的厚度。

2.根据权利要求1所述的汇聚装置，其特征在于，所述汇聚装置采用金属铝或氧化铝或氧化钇陶瓷材料制成。

3.根据权利要求1所述的汇聚装置，其特征在于，所述第一部分的厚度为1mm～5mm，所述第二部分的高度为1cm～3cm。

4.根据权利要求1所述的汇聚装置，其特征在于，在所述第一部分上设置有若干个能够通过升举顶针的通道，所述升举顶针通过所述通道对基片进行升举。

5.一种等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体处理装置包括权利要求1至4任一项所述的汇聚装置。

6.一种应用于等离子体处理装置的静电夹盘，其特征在于，所述静电吸盘包括：

第一电介质层；

第二电介质层，其位于所述第一电介质层上方，并埋设有用于产生静电吸力的电极，

其中，所述第二电介质层至少包括：

盘状第三部分，其具有能够与静电夹盘基盘的表面相结合的第一表面，并具有与所述基片的下表面相结合的第二表面；

围状第四部分，其与所述第三部分垂直设置，并连接于所述第三部分的***，

其中，所述第三部分的面积大于所述基片的面积，所述第四部分的高度大于所述基片的厚度。

7.根据权利要求6所述的静电夹盘，其特征在于，所述第二电介质层采用铝或陶瓷制成。

8.根据权利要求6所述的静电夹盘，其特征在于，所述第三部分的厚度为1mm～5mm，所述第四部分的高度为1cm～3cm。

9.一种等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体处理装置包括权利要求6至8任一项所述的静电夹盘。