[发明专利]一种下电极装置及应用该下电极装置的等离子体处理设备

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，具体地，涉及一种下电极装置及应用该下电极装置的等离子体处理设备。

背景技术

随着科技发展，微电子产品已经被广泛地应用于社会生产和生活的各个领域。并且，随着微电子工业的不断进步，其产品更新换代的速度也在不断提高。为了避免在日益激烈的市场竞争中被淘汰，相关企业必须不断对自身的生产工艺和加工设备作出改进。

目前，在半导体器件的加工/处理过程中广泛采用诸如等离子体刻蚀等的处理技术进行半导体晶片的生产。所谓等离子体刻蚀技术指的是，使用高功率射频将工艺气体激发成含有大量电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子的等离子体，并利用射频偏压电场引导这些活性粒子与被刻蚀物体(例如，晶片)的表面发生各种物理和化学反应，使被刻蚀物体表面的性能和形态发生变化的工艺过程。

请参阅图1，即为一种目前常用的ICP(Inductively CoupledPlasma，电感耦合等离子体)等离子体处理设备的结构示意图。该设备包括：工艺腔室1，设置于工艺腔室1上方的上电极4和进气装置5，设置于工艺腔室1内部下方的静电卡盘2。其中，上电极4连接有上电极射频电源6，静电卡盘2连接有下电极射频电源7从而使其在工艺过程中可作为下电极的主体使用。另外，环绕所述静电卡盘2还设置有电极基环组3。

上述等离子体处理设备的工作过程如下：首先，静电卡盘2将待加工工件(例如，硅片等)吸附固定，进气装置5将工艺气体注入工艺腔室1内部；之后，上电极射频电源6所提供的射频经上电极4耦合后将工艺气体激发为等离子体状态；下电极射频电源7为静电卡盘2提供射频，以在作为下电极的静电卡盘2上表面形成均匀的鞘层电场，从而引导等离子体中的带电粒子对待加工工件的表面进行轰击以得到所需的工艺结果。

在上述工艺过程中，等离子体中的负离子在下电极上方的鞘层电场中获得准直向下的加速能量，从而对其下方的待加工工件进行轰击。其中，电极基环组3的主要作用是限定下电极边缘附近的鞘层电场的分布轮廓，并且可对工艺过程中的刻蚀速率的均匀性、工件边缘和中心刻蚀形貌的一致性等诸多参数产生非常大的影响。因此，电极基环组3的作用非常关键，其具体结构如图2A和2B所示。该电极基环组3由聚焦基环31、导体基环32和支撑基环33层叠而成。其中，聚焦基环31由石英材料制成，主要起到等离子体聚焦的作用；导体基环32采用导体材料制成，其可对下电极偏压电场的边缘进行调节；支撑基环33采用陶瓷材质，主要起到对其上方的基环进行支撑和绝缘的作用。

请参阅图3，为图1所示的等离子体处理设备中的静电卡盘2上方的电场分布示意图。如图所示，静电卡盘2上方中心区域的电场8分布较为均匀且具有较好的准直性(这里，电场准直性是指在特定区域电场的方向保持一致并且没有扭曲的特性)，但是，靠近边缘区域的电场8的强度有所下降而且出现明显的发散和偏折。这是因为，静电卡盘2周围的电极基环组3只能利用其自身的形状和物理性质对电场8的边缘进行约束，但是无法直接对电场性能进行有效控制。因此，造成静电卡盘2边缘区域的电场强度和方向均与中心区域的电场分布存在较大差别，而无法在静电卡盘2上方形成理想的均匀分布的偏压电场，并最终影响对工件边缘和中心区域进行加工的一致性和均匀性。此外，由于上述电极基环组3中的聚焦基环31长期暴露于等离子体环境中，因此会在其表面沉积一些反应副产物，而这些沉积物将可能进一步对工件造成污染而降低工艺质量。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种下电极装置，其能够产生较为均匀的偏压电场，从而提高产品质量。

为解决上述问题，本发明还提供一种等离子体处理设备，其同样可在下电极装置附近产生较为均匀的电场，并提高产品质量。

为此，本发明提供一种下电极装置，用于在等离子体处理设备的工艺腔室内形成均匀的偏压电场，该下电极装置包括电极主体、与电极主体相连接的电极电源、环绕电极主体而设置的电极基环组以及与电极基环组相连接的基环电源。其中，电极基环组至少包括自上而下依次层叠的绝缘基环和导体基环，导体基环与基环电源相连接，基环电源的参数可被调节以在下电极装置上方获得均匀分布的偏压电场。

其中，基环电源包括直流电源或射频电源。

其中，直流电源的电压范围为-1000V～100V，优选的，直流电源的电压范围为-500V～0V。

其中，射频电源的频率范围为1KHz～60MHz，射频功率范围为10W～500W；优选的，射频电源的频率范围为400KHz～13.56MHz，射频功率范围为10W～300W。