下电极组件和包含下电极组件的等离子体处理装置的制作方法

1.本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种下电极组件和包含下电极组件的等离子体处理装置。


背景技术：

2.在半导体器件制造的各种工序中，等离子体处理是将待处理基片放置于等离子体处理装置内加工成设计图案的关键工艺。在典型的等离子体处理工艺中，工艺气体在射频(radio frequency，rf)激励作用下形成等离子体。这些等离子体在经过上电极和下电极之间的电场(电容耦合或者电感耦合)作用后与待处理基片表面发生物理轰击作用及化学反应，从而对待处理基片进行处理。
3.在利用等离子体对静电夹盘上的待处理基片进行处理的场合中，往往需要更高的待处理基片温度以及更高的射频功率，在高温高功率下容易导致气孔内的气体被击穿产生电弧(arcing)，严重的电弧会对待处理基片和静电夹盘造成电弧损伤，甚至会导致静电夹盘永久性破坏。
4.因此，迫切需要一种等离子体处理装置以降低电弧损伤。


技术实现要素：

5.本发明解决的技术问题是提供了一种下电极组件和包含下电极组件的等离子体处理装置，以防止电弧放电。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种下电极组件，包括：基座；静电夹盘，位于所述基座上，用于吸附待处理基片，其材料为陶瓷非金属材料；气体输送管道，贯穿所述基座，用于输送气体；气体扩散腔、气体入口和气体出口，设于所述静电夹盘内，来自于所述气体输送管道内的气体通过气体入口进入气体扩散腔，再经所述气体扩散腔扩散后通过气体出口输出至待处理基片的背面。
7.可选的，所述静电夹盘包括若干个同心的气体区域，每个所述气体区域设有所述气体扩散腔、气体入口和气体出口，每个气体区域对应一个气体输送管道。
8.可选的，所述基座包括平台部和位于平台部外围的台阶部；所述静电夹盘位于所述平台部上。
9.可选的，所述台阶部包括至少一个边缘扩散区，所述下电极组件还包括：边缘进气口、边缘扩散腔和边缘出气口，设于所述边缘扩散区内，所述边缘进气口和边缘出气口分别位于所述边缘扩散腔的下方和上方，所述边缘进气口和边缘出气口边缘扩散腔连通且贯穿台阶部。
10.可选的，所述气体扩散区域的个数为2个以上。
11.可选的，所述静电夹盘的材料包括：绝缘材料或者半导体材料；所述静电夹盘的材料包括：氧化铝或者氮化铝。
12.可选的，所述气体扩散腔为带缺口的环形腔；还包括：电极，设于所述缺口之间、以
及环形腔内外的静电夹盘内；直流电源，与所述电极电连接，用于产生静电吸引力以吸附待处理基片。
13.可选的，所述气体输送管道输送的气体为氦气。
14.可选的，还包括：冷却液通道，设于基座内，用于输送冷却液；结合层，设于静电夹盘与基座之间。
15.可选的，还包括：气源；若干个气体分支，所述气体分支的两端分别连接压力控制器和所述气源，所述气体分支与气体输送管道或边缘进气口连通。
16.可选的，所述气体分支的个数与气体输送管道和边缘进气口的个数之和相等，一个气体分支连接一个气体输送管道或边缘进气口。
17.可选的，所述气体分支的个数小于气体输送管道和边缘进行口的个数之和，多个气体输送管道之间、或者多个边缘进气口之间、或者边缘输送管道与边缘进气口之间共用一个气体分支。
18.相应的，本发明还提供一种等离子体处理装置，包括：反应腔；上述下电极组件，设于所述反应腔内底部。
19.可选的，所述等离子体处理装置为电容耦合等离子体处理装置，还包括：安装基板，位于所述反应腔的顶部；气体喷淋头，位于所述安装基板的下方，且与下电极组件相对设置；射频功率源，与所述气体喷淋头或者基座电连接；偏置射频功率源，与所述基座电连接。
20.可选的，所述等离子体处理装置为电感耦合等离子体处理装置，还包括：绝缘窗口，位于所述反应腔顶部；电感线圈，位于所述绝缘窗口上方；射频功率源，与所述电感线圈电连接；偏置射频功率源，与所述基座电连接。
21.与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
22.本发明技术方案提供的下电极组件中，所述静电夹盘内设有气体扩散腔、气体入口和气体出口，所述气体入口用于接受来自于静电夹盘下方基座内气体输送管道输送的气体，所述气体经气体入口进入气体扩散腔，在所述气体扩散腔内扩散后通过气体出口排至待处理基片的背面。由于所述静电夹盘为陶瓷非金属材料，则即便是静电夹盘内有电弧放电情况发生，也不会产生很大的电流，所以不致于造成电弧损伤而使静电夹盘永久性破坏。
23.进一步，所述静电夹盘包括若干个同心的气体区域，每个所述气体区域内设有气体扩散腔、气体入口和气体出口，所述气体入口与气体输送管道连通，可通过调节进入气体输送管道内的气体压力，则可控制与之对应区域待处理基片表面的温度，进而使待处理基片不同区域的温度可调。
附图说明
24.图1为本发明一种等离子体处理装置的结构示意图；
25.图2为图1等离子体处理装置中下电极组件的俯视图；
26.图3为图1中下电极组件的局部放大图；
27.图4为本发明一种供气系统的结构示意图；
28.图5为本发明另一种供气系统的结构示意图；
29.图6为本发明又一种供气系统的结构示意图。
具体实施方式
30.正如背景技术所述，现有的下电极组件易发生电弧放电，为此，本发明致力于提供一种下电极组件和包括下电极组件的等离子体处理装置，所述等离子体处理装置能够防止电弧放电。
31.以下进行详细说明：
32.图1为本发明一种等离子体处理装置的结构示意图。
33.请参考图1，等离子体处理装置1包括：反应腔10；下电极组件11，位于所述反应腔10内底部，用于承载待处理基片w；安装基板12，位于所述反应腔10的顶部；气体喷淋头13，位于所述安装基板12的下方，且与下电极组件11相对设置。
34.在本实施例中，等离子体处理装置为电容耦合等离子体刻蚀装置(ccp)，所述等离子体处理装置还包括：与所述气体喷淋头13连接的气体供给装置15，所述气体供给装置15用于向气体喷淋头13内输送反应气体；连接于气体喷淋头13或者下电极组件11的射频功率源14，对应的气体喷淋头13或者下电极组件11接地，所述射频功率源14产生的射频信号通过气体喷淋头13与下电极组件11形成的电容使反应气体转化为等离子体，等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，所述活性粒子可以和待处理基片的表面发生多种物理和化学反应，使得基片表面的形貌发生改变，即完成刻蚀过程。并且，等离子体处理装置还包括：一偏置射频功率源(图中未示出)，连接至下电极组件11，用于控制等离子体中带电粒子的轰击方向。
35.在其它实施例中，所述等离子体处理装置为电感耦合等离子体刻蚀装置(icp)，所述等离子体处理装置还包括：气体输送装置，用于向所述反应腔内输送反应气体；射频功率源，与电感线圈连接；偏置射频功率源通过射频匹配网络将偏置射频电压施加到下电极组件上，用于控制等离子体中带电粒子的轰击方向；反应腔的下方还设置一真空泵，用于将反应副产物排出反应腔，维持反应腔的真空环境；反应腔的侧壁靠近绝缘窗口的一端设置气体输送装置，或者，还可以在绝缘窗口的中心区域设置气体输送装置，气体输送装置用于将反应气体注入反应腔内，所述射频功率源的射频功率驱动电感线圈产生较强的高频交变磁场，使得反应腔内低压的反应气体被电离产生等离子体。
36.请参考图1，所述下电极组件11还包括：电极16，设于所述静电夹盘119内；直流电源dc，与所述电极16电连接，用于产生静电吸引力以吸附待处理基片w。
37.以下对下电极组件11进行详细说明：
38.图2为图1等离子体处理装置中下电极组件11的俯视图；图3为图1中下电极组件的局部放大图。
39.请参考图2和图3，下电极组件11包括：基座117；静电夹盘119，位于所述基座117上，用于吸附待处理基片w，其材料为陶瓷非金属材料；气体输送管道(113a和113b)，贯穿所述基座117，用于输送气体；气体扩散腔111、气体入口112和气体出口110，设于所述静电夹盘119内，来自于所述气体输送管道(113a和113b)内的气体通过气体入口112进入气体扩散腔111，再经所述气体扩散腔111扩散后通过气体出口110输出至待处理基片w的表面。
40.在本实施例中，所述气体扩散腔111为带缺口的环形腔；还包括：电极16(见图1)，设于所述缺口之间、以及环形腔内外的静电夹盘119内。
41.在本实施例中，所述下电极组件11还包括：升降孔150(见图2)，用于容纳升降销
(图中未示出)，所述升降销在所述升降孔150内上下移动，以顶起或者放下待处理基片w，从而实现待处理基片w的取放。所述下电极组件11还包括密封带120，用于划分气体区域，以在不同的气体区域容纳氦气。
42.所述静电夹盘119的材料为陶瓷非金属材料，所述静电夹盘119的材料包括：绝缘材料或者半导体材料；所述静电夹盘的材料包括：氧化铝或者氮化铝。由于所述气体扩散腔111设于所述静电夹盘119内，而所述静电夹盘119为陶瓷非金属材料，则即便是静电夹盘内有电弧放电情况发生，也不会产生很大的电流，所以不致于造成电弧损伤，以使静电夹盘永久性破坏。
43.在本实施例中，所述基座117包括平台部和位于平台部外围的台阶部，所述台阶部上方用于设置工艺部件(processkits)；所述静电夹盘119位于所述平台部上，所述静电夹盘119包括若干个同心的气体区域a，在此以所述气体区域a为2个进行示意性说明，实际上气体区域a的个数还可以为其它个数，每个所述气体区域a设有所述气体扩散腔111、气体入口112和气体出口110，每个气体区域a对应一个气体输送管道(113a，113b)，所述气体输送管道(113a，113b)贯穿平台部。
44.在其它实施例中，所述基座117为板材，不具有台阶部。
45.由于若干个气体区域a同心，且每个所述气体区域a内均有气体输送管道(113a，113b)通过气体入口112向气体扩散腔111内输送氦气，氦气在气体扩散腔111内扩散后，通过气体出口110流出到达待处理基片w的背面以控制待处理基片w不同区域的温度。可通过控制各个气体区域a氦气的气压大小以使待处理基片w不同区域之间温度的可调性较好，有利于提高待处理基片w表面刻蚀的一致性。
46.在本实施例中，以所述气体区域a为两个为例进行说明，其中，气体输送管道113a用于向内圈的气体入口112输送氦气，气体输送管道113b用于向外圈的气体入口112输送氦气。
47.在本实施例中，所述台阶部包括至少一个边缘扩散区，在此以所述边缘扩散区为1个为例进行说明，实际上，所述边缘扩散区的个数不限，可以为多个。所述下电极组件还包括：边缘进气口114、边缘扩散腔115和边缘出气口116，设于所述边缘扩散区内，所述边缘进气口114和边缘出气口116分别位于所述边缘扩散腔115的下方和上方，所述边缘进气口114和边缘出气口116与边缘扩散腔115连通且贯穿台阶部。通过边缘进气口114向边缘扩散腔115内输送氦气，所述氦气通过边缘出气口116吹向台阶部上方的器件，以控制该器件上的温度。
48.在本实施例中，所述下电极组件11还包括：冷却液通道130(见图3)，位于所述基座117内，用于输送冷却液。所述冷却液在冷却液通道130内流动，在流动的过程中带走基座117的热量，以实现对基座117的温度控制。
49.另外，所述静电夹盘119与基座117之间还设置有结合层118，所述结合层118用于提高静电夹盘119与基座117之间的结合力。
50.以下对向气体输送管道(113a，113b)和边缘进气口114输送氦气的供气系统进行详细说明：
51.图4为本发明一种供气系统的结构示意图。
52.请参考图4，供气系统包括：气源140；若干个气体分支145，所述气体分支145的两
端分别连接压力控制器(141，142和143)和气源140，所述气体分支145与反应腔10的气体输送管道(113a，113b)或边缘进气口114连通。
53.在本实施例中，以所述气体区域a为2个，所述边缘扩散区为1个为例进行示意性说明，其中，每个气体区域a内通过一个气体输送管道(113a或113b)输送氦气，一个所述边缘扩散区通过一个边缘进气口114输送氦气。
54.在其它实施例中，所述气体区域和所述边缘扩散区的个数为其它值，但是，所述气体分支的个数与气体输送管道和边缘进气口的个数之和相等，一个气体分支连接一个气体输送管道或边缘进气口，没有两个气体输送管道、或者两个边缘进气口、或者一个气体输送管道和一个边缘进行口之间共用一个气体分支。
55.在本实施例中，所述气体分支145的个数为3个，其中，2个气体分支145分别与气体输送管道(113a和113b)连通，1个气体分支145与边缘进气口114连通，每个气体分支145上均设置一个压力控制器(141或142或143)，通过调节每个气体分支145上压力控制器(141或142或143)的压力大小，进而控制进入每个气体输送管道(113a，113b)或者边缘进气口114内氦气的量，从而控制待处理基片w不同区域的温度情况，以提高待处理基片w的温度可调性。
56.图5为本发明另一种供气系统的结构示意图。
57.请参考图5，供气系统包括：气源240；若干个气体分支245，所述气体分支245的两端分别连接压力控制器(241或242)和气源240，所述气体分支245与反应腔10的气体输送管道(113a，113b)或边缘进气口114连通。
58.在本实施例中，仍以所述气体区域a为2个，所述边缘扩散区为1个为例进行示意性说明，所述气体分支245为2个，一个所述气体分支245连接一个压力控制器(241或242)，其中一个压力控制器241的另一端通过一输入线246与一气体输送管道(113a)连通，而另一个压力控制器242的另一端也连接一输入线246，只是该输入线246分为2个输入分支(246a和246b)，其中一个输入分支246b上设有控制阀247，2个所述输入分支(246a和246b)分别与一个气体输送管道(113b)和边缘进气口114连通。通过调节所述压力控制器241压力大小，控制与之连通的气体输送管道(113a，113b)内氦气气压的大小，从而控制与之对应的待处理基片w区域的温度。通过调节另一压力控制器242压力大小，控制与之连通的输入线246上氦气流量的大小，再通过调节所述控制阀247调节进入2个输入分支246a和246b内氦气的多少，从而调节与之连通的气体输送管道(113a，113b)和边缘进气口114内氦气的多少，从而控制与之相应的待处理基片w的温度，以提高待处理基片w表面温度的可调性。
59.在其他实施例中，所述气体区域为2个，所述边缘扩散区为1个，所述气体分支为2个，一个所述气体分支连接一个压力控制器，其中一个压力控制器的另一端通过一输入线与一边缘进气口连通，而另一个压力控制器的另一端也连接一输入线，只是该输入线分为2个输入分支，2个输入分支分别与2个所述气体输送管道连通。
60.或者，在其它实施例中，所述气体分支的个数小于气体输送管道和边缘进行口的个数之和，多个气体输送管道之间、或者多个边缘进气口之间、或者边缘输送管道与边缘进气口之间共用一个气体分支。
61.在本实施例中，由于所述控制阀的个数小于所述气体分支的个数小于气体输送管道和边缘进行口的个数之和，使得供气系统设计简单化，可节约有限的空间和更有效的利
用资源，并有利于减少空间占地面积，减少成本。
62.图6为本发明另一种供气系统的结构示意图。
63.请参考图6，供气系统包括：气源340；1个气体分支345，所述气体分支345的两端分别连接压力控制器341和气源340，所述气体分支345与反应腔10的气体输送管道(113a，113b)或边缘进气口114连通。
64.在本实施例中，仍以所述气体区域a为2个，所述边缘扩散区为1个为例进行示意性说明，所述气体分支345为1个，一个所述气体分支345连接一个压力控制器341，其中一个压力控制器341的另一端连接一输入线346，只是所述输入线346分为三个分支(346a、346b和346c)，所述三个分支(346a、346b和346c)分别与气体输送管道(113a，113b)和边缘进气口114连通，且其中两个分支(346b和346c)上分别设有控制阀(347a和347b)。通过分别调节所述控制阀(347a和347b)，使吹向待处理基片w不同区域的氦气气压可调，从而提高待处理基片w不同区域温度的可调性。
65.在本实施例中，由于所述控制阀的个数仅为1个，使得供气系统更加简单，可节约有限的空间和更有效的利用资源，并有利于减少空间和占地面积，减少成本。
66.实际上，对于上述供气系统，气源140的个数不限于1个，气源140的个数可以为多个，气体分支145也可以为更多的分支，在此不作限定。
67.虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离。本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。