專利名稱：一種電極組件及應(yīng)用該電極組件的等離子體處理設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種電極組件及應(yīng)用該電極組件的等
離子體處理設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著微電子技術(shù)在生產(chǎn)活動中的廣泛應(yīng)用，大規(guī)模集成電路已成為電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流趨勢，半導(dǎo)體生產(chǎn)企業(yè)必須不斷提高自身的生產(chǎn)/加工能力才能適應(yīng)新的市場需求。 目前，微電子技術(shù)領(lǐng)域多采用等離子體處理設(shè)備對半導(dǎo)體器件進(jìn)行加工/處理。請參閱圖1所示出的一種等離子體處理設(shè)備，在反應(yīng)腔室1內(nèi)設(shè)置有靜電夾持裝置4，其用于固定諸如晶片等的待加工工件5，下電極3置于靜電夾持裝置4正下方，上電極2位于腔室1的上部并與下電極3對置。該設(shè)備的工藝過程如下將工藝氣體注入腔室1內(nèi)，在上電極2和下電極3射頻功率的激發(fā)下，工藝氣體被激發(fā)而形成等離子體區(qū)域6，借助該等離子體區(qū)域6完成對工件5的刻蝕和/或淀積等工藝操作。 然而在實(shí)際應(yīng)用中，工件中心與邊緣的電場分布經(jīng)常處于不均勻的狀態(tài)，進(jìn)而影響到工藝結(jié)果的均勻性。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員在靜電夾持裝置的周圍設(shè)置一組電極組件，用于匹配工件邊緣與中心處的電場并使之趨于均勻。例如，圖2就示出這樣一種電極組件位于下電極152上方中心區(qū)域的靜電夾持裝置154用于固定待加工工件160 ;電極組件環(huán)繞靜電夾持裝置154而設(shè)置，包括邊緣環(huán)156和阻抗匹配層158。其中，阻抗匹配層158的阻抗可被調(diào)整，用以使工件160邊緣和中心位置的阻抗相匹配，進(jìn)而在工件160的邊緣和中心位置得到均勻分布的電場。 盡管上述電極組件的設(shè)計(jì)在一定程度上考慮了阻抗匹配的問題，但是其卻沒有考慮溫度匹配的問題。然而，在等離子體加工過程中，工件上的溫度分布其實(shí)也是影響工藝結(jié)果和加工質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種電極組件，用以有效匹配工件中心位置處和邊緣位置處的電場和溫度分布。 此外，本發(fā)明還提供一種應(yīng)用上述電極組件的等離子體處理設(shè)備，其同樣能有效地匹配工件中心位置處和邊緣位置處的電場和溫度分布。 為此，本發(fā)明提供一種環(huán)繞靜電夾持裝置而設(shè)置的電極組件，靜電夾持裝置具有基體和設(shè)置于基體表面的表層。本發(fā)明提供的電極組件包括阻抗匹配環(huán)，其環(huán)繞靜電夾持裝置而設(shè)置并具有基體和設(shè)置于基體表面的表層，阻抗匹配環(huán)表層的材料以及阻抗匹配環(huán)基體的材料分別與靜電夾持裝置表層的材料以及靜電夾持裝置基體的材料相對應(yīng)，用以匹配置于靜電夾持裝置上的工件的電場和溫度分布；邊緣環(huán)，其環(huán)繞靜電夾持裝置而設(shè)置并疊置于阻抗匹配環(huán)之上，用以調(diào)整工件邊緣位置處的電場和溫度分布，并保護(hù)阻抗匹配環(huán)免受上方的等離子體轟擊；聚焦環(huán)，其設(shè)置于阻抗匹配環(huán)和邊緣環(huán)的外側(cè)，用以調(diào)整工件邊緣位置處的電場分布；絕緣環(huán)，其位于聚焦環(huán)的下方并環(huán)繞靜電夾持裝置而設(shè)置，用以使靜電夾持裝置與周圍環(huán)境電隔離。 此外，本發(fā)明還提供一種等離子體處理設(shè)備，包括反應(yīng)腔室和置于其內(nèi)的靜電夾持裝置，在反應(yīng)腔室內(nèi)環(huán)繞靜電夾持裝置設(shè)置有上述本發(fā)明提供的電極組件，用以匹配置于靜電夾持裝置上的工件的電場和溫度分布。
本發(fā)明具有下述有益效果 本發(fā)明提供的電極組件，采用了與靜電夾持裝置的結(jié)構(gòu)和材料都相同或者相近的阻抗匹配環(huán)，這樣，不僅在工件中心位置處和邊緣位置處能得到均勻分布的電場，還能對中心位置處和邊緣位置處的溫度分布進(jìn)行有效匹配和控制，從而有效改善工藝結(jié)果、提高工件加工質(zhì)量。 本發(fā)明提供的等離子體處理設(shè)備，由于采用了本發(fā)明提供的上述電極組件，其同樣能夠?qū)ぜ行奈恢锰幒瓦吘壩恢锰幍碾妶龊蜏囟确植歼M(jìn)行有效匹配和控制，進(jìn)而有效提高工件加工質(zhì)量，并延長設(shè)備的使用壽命。 此外，本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，絕緣環(huán)外圍還設(shè)置有電接地的電極保護(hù)環(huán)，其能夠全面保護(hù)靜電夾持裝置免受等離子體的轟擊，從而延長設(shè)備的使用壽命。


圖1為一種使用電極組件的等離子體處理設(shè)備；
圖2為一種電極組件的結(jié)構(gòu)示意圖；以及 圖3為本發(fā)明提供的電極組件的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明
提供的電極組件及應(yīng)用該電極組件的等離子體處理設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)描述。 請參閱圖3，本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中所采用的靜電夾持裝置為靜電卡盤8，其
包括基體9和表層IO兩部分，其表層10多采用陶瓷、石英、聚酰胺等的介電材料，用于使下
電極和等離子體之間形成一定的阻抗；而靜電卡盤8的基體9則多由鋁合金或不銹鋼等的
導(dǎo)電材料構(gòu)成，因而可接入射頻電源而直接作為下電極使用，同時(shí)還可利用金屬材料的導(dǎo)
熱性能對工件11的溫度進(jìn)行控制。 基于上述靜電卡盤8的結(jié)構(gòu)特征，本發(fā)明提供一種電極組件，可用于匹配工件11的電場和溫度分布，包括阻抗匹配環(huán)1、邊緣環(huán)4、聚焦環(huán)5、絕緣環(huán)7和電極保護(hù)環(huán)6。其中，阻抗匹配環(huán)1環(huán)繞靜電卡盤8而設(shè)置并具有基體2和設(shè)置于基體2表面的表層3。
上述阻抗匹配環(huán)1的表層3材料與靜電卡盤8的表層10的材料具有相同或相近的導(dǎo)熱性和比熱容，例如可以采用陶瓷、石英、聚酰胺等材料中的一種，為了達(dá)到最佳的匹配效果，最好采用與靜電卡盤8的表層10 —致的材料，并將其厚度設(shè)置成與靜電卡盤8的表層10的厚度大致相等或完全相等。同樣，該阻抗匹配環(huán)1的基體2的材料與靜電卡盤8的基體9的材料也具有相同或相近的導(dǎo)熱性和比熱容，例如可以采用鋁合金或不銹鋼等的導(dǎo)電材料，具體地，靜電卡盤8和阻抗匹配環(huán)1的基體材料可以分別采用牌號為6061和5052的鋁合金，也可以采用其中的同一種材料。 下面以升溫過程為例具體說明阻抗匹配環(huán)1對工件11邊緣和中心位置的溫度匹配過程。當(dāng)需要加熱時(shí)，一部分熱量直接經(jīng)由靜電卡盤8的基體9傳導(dǎo)至其表層10以加熱工件11的中心區(qū)域，另一部分熱量經(jīng)由靜電卡盤8的基體9傳導(dǎo)給阻抗匹配環(huán)1的基體2，再傳導(dǎo)至阻抗匹配環(huán)1的表層3以加熱工件的邊緣區(qū)域；由于阻抗匹配環(huán)1的基體2和表層3具有與靜電卡盤8的基體9和表層10相近甚至相同的導(dǎo)熱性和比熱容，故可使工件邊緣和中心的升溫速率保持一致而均勻升溫，從而達(dá)到匹配溫度的目的。降溫過程與此類似，不再詳述。 另外，由于阻抗匹配環(huán)1的基體2和表層3具有與靜電卡盤8的基體9和表層10相同或相近的結(jié)構(gòu)和材料特性，故二者具有相同或相近的阻抗。從而能夠?qū)ぜ?1邊緣
和中心位置的阻抗進(jìn)行有效匹配，在理想狀態(tài)下，甚至可使工件11附近區(qū)域的阻抗處處相等。 邊緣環(huán)4環(huán)繞靜電卡盤8而設(shè)置并疊置于阻抗匹配環(huán)1之上，用以調(diào)整工件11邊緣位置處的電場和溫度分布，并保護(hù)阻抗匹配環(huán)1免受上方的等離子體轟擊。邊緣環(huán)4所采用的材料可以是陶瓷、石英、單晶硅和多晶硅中的一種，優(yōu)選的方案是采用與所加工工件11相同的材料，例如單晶硅或多晶硅。 聚焦環(huán)5設(shè)置于阻抗匹配環(huán)1和邊緣環(huán)4的外側(cè)，用以調(diào)整工件11邊緣位置處的電場分布，其采用例如陶瓷或石英等材料構(gòu)成，用以調(diào)整靜電卡盤8邊緣的電場分布。
絕緣環(huán)7位于聚焦環(huán)5的下方并環(huán)繞靜電卡盤8而設(shè)置，其采用陶瓷或絕緣樹脂等的絕緣材料構(gòu)成，用以使靜電卡盤8與周圍環(huán)境電隔離。這里，周圍環(huán)境指靜電卡盤8附近的腔室空間。 此外，本發(fā)明提供的電極組件中，還包括電極保護(hù)環(huán)6，其位于絕緣環(huán)7外圍并電接地，用以保護(hù)靜電卡盤8免受等離子體污染，其可以采用例如鋁或鋁合金等導(dǎo)電金屬材料構(gòu)成。此時(shí)，絕緣環(huán)7的作用為使靜電卡盤8與電極保護(hù)環(huán)6電隔離。
需要指出的是，本發(fā)明提供的阻抗匹配環(huán)1的表層3也可以設(shè)置成多層機(jī)構(gòu)，并且其厚度可根據(jù)實(shí)際需要而增加或減少，用以使工件11邊緣與中心的電場匹配更加精確。
此外，本發(fā)明還提供一種等離子體處理設(shè)備，包括反應(yīng)腔室和置于其內(nèi)的靜電卡盤，在反應(yīng)腔室內(nèi)環(huán)繞靜電卡盤設(shè)置有本發(fā)明所提供的電極組件，用以匹配置于靜電卡盤上的工件的電場和溫度分布。 由上述實(shí)施方式可見，本發(fā)明提供的電極組件和應(yīng)用該電極組件的等離子體處理設(shè)備，通過采用與靜電卡盤的結(jié)構(gòu)和材料都相近或相同的阻抗匹配環(huán)，能夠?qū)ぜ吘壩恢锰幍碾妶龊蜏囟确植歼M(jìn)行有效匹配和控制，以使工件中心位置處和邊緣位置處的電場和溫度分布趨于均勻。另外，配合其它具有不同材料、導(dǎo)電性能和熱傳導(dǎo)性能的組件，使工件附近區(qū)域內(nèi)形成所需的電場和溫度分布，同時(shí)有效保護(hù)靜電卡盤免受等離子體的轟擊。因此，本發(fā)明提供的電極組件及應(yīng)用該電極組件的等離子體處理設(shè)備可有效提高工件加工質(zhì)量，并延長設(shè)備使用壽命。 可以理解的是，以上實(shí)施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種電極組件，其環(huán)繞靜電夾持裝置而設(shè)置，所述靜電夾持裝置具有基體和設(shè)置于基體表面的表層，其特征在于，所述電極組件包括阻抗匹配環(huán)，其環(huán)繞靜電夾持裝置而設(shè)置并具有基體和設(shè)置于基體表面的表層，所述阻抗匹配環(huán)表層的材料以及阻抗匹配環(huán)基體的材料分別與靜電夾持裝置表層的材料以及靜電夾持裝置基體的材料相對應(yīng)，用以匹配置于靜電夾持裝置上的工件的電場和溫度分布；邊緣環(huán)，其環(huán)繞靜電夾持裝置而設(shè)置并疊置于所述阻抗匹配環(huán)之上，用以調(diào)整所述工件邊緣位置處的電場和溫度分布，并保護(hù)阻抗匹配環(huán)免受上方的等離子體轟擊；聚焦環(huán)，其設(shè)置于阻抗匹配環(huán)和邊緣環(huán)的外側(cè)，用以調(diào)整所述工件邊緣位置處的電場分布；絕緣環(huán)，其位于所述聚焦環(huán)的下方并環(huán)繞所述靜電夾持裝置而設(shè)置，用以使靜電夾持裝置與周圍環(huán)境電隔離。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，所述阻抗匹配環(huán)表層材料與靜電夾 持裝置表層材料具有相同或相近的導(dǎo)熱性和比熱容，所述阻抗匹配環(huán)基體材料與靜電夾持 裝置基體材料具有相同或相近的導(dǎo)熱性和比熱容。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，所述阻抗匹配環(huán)表層的厚度與靜電 夾持裝置表層的厚度大致相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電極組件，其特征在于，所述阻抗匹配環(huán)表層材料選自陶瓷、 石英、聚酰胺中的一種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電極組件，其特征在于，所述阻抗匹配環(huán)基體材料包括鋁合 金或不銹鋼。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，所述邊緣環(huán)的材料選自陶瓷、石英、 單晶硅、多晶硅中的一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，所述聚焦環(huán)的材料包括陶瓷或石英。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，所述絕緣環(huán)的材料包括陶瓷或絕緣 樹脂。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，所述電極組件還包括電極保護(hù)環(huán)，其 設(shè)置于絕緣環(huán)的外圍并電接地，用以保護(hù)所述靜電夾持裝置免受污染。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電極組件，其特征在于，所述電極保護(hù)環(huán)的材料包括鋁或鋁
11. 一種等離子體處理設(shè)備，包括反應(yīng)腔室和置于其內(nèi)的靜電夾持裝置，其特征在于， 在反應(yīng)腔室內(nèi)環(huán)繞所述靜電夾持裝置設(shè)置有如權(quán)利要求i至io中任意一項(xiàng)所述的電極組 件，用以匹配置于所述靜電夾持裝置上的工件的電場和溫度分布。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電極組件，包括阻抗匹配環(huán)、邊緣環(huán)、聚焦環(huán)和絕緣環(huán)。其中，阻抗匹配環(huán)具有與靜電夾持裝置相近或相同的結(jié)構(gòu)和材料，從而能夠?qū)ぜ吘壓椭行牡碾妶龊蜏囟冗M(jìn)行有效匹配并使之均勻分布。邊緣環(huán)、聚焦環(huán)、電極保護(hù)環(huán)和絕緣環(huán)相互配合，可調(diào)整工件中心位置處和邊緣位置處的電場和溫度分布，并有效保護(hù)靜電夾持裝置免受等離子體轟擊，延長設(shè)備使用壽命。另外，本發(fā)明還提供一種采用上述電極組件的等離子體處理設(shè)備。
文檔編號H01J37/32GK101754565SQ20081022798
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月3日
發(fā)明者姚立強(qiáng) 申請人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司