等离子体处理腔室中用于高偏压射频(RF)功率应用的静电卡盘的制作方法

等离子体处理腔室中用于高偏压射频(rf)功率应用的静电卡盘
技术领域
1.本公开内容的实施例总体涉及基板处理系统，并且更具体而言，涉及在基板处理系统中使用的静电卡盘。


背景技术：

2.射频(rf)功率通常在蚀刻工艺中使用，例如需要非常高的深宽比孔以进行接触或深的沟道用于铺设电路径的基础设施。rf功率可用于在待处理的基板上生成等离子体和/或建立偏压，以从整体等离子体吸引离子。静电卡盘用以静电保持基板，以在处理期间控制基板温度。静电卡盘通常包括嵌入介电板中的电极及设置于介电板下方的冷却板。用于建立偏压的rf功率源施加至冷却板。背侧气体可经由静电卡盘中的气体通道引入基板及静电卡盘之间，作为热传送媒介。然而，发明人观察到施加至冷却板以在基板上引发偏压的rf功率在基板及冷却板之间建立dc电位差，从而可能非期望地导致在气体通道中的电弧。
3.因此，发明人已提供改进的静电卡盘。


技术实现要素：

4.此处提供静电卡盘的实施例。在一些实施例中，一种在基板处理腔室中使用的静电卡盘，包括：板，具有第一侧和与第一侧相对的第二侧；第一电极，嵌入板中靠近第一侧；第二电极，嵌入板中靠近第二侧；多个导电元件，将第一电极耦合至第二电极；第一气体通道，设置于板内并且介于第一电极及第二电极之间；气体入口，从板的第二侧延伸至第一气体通道；以及多个气体出口，从板的第一侧延伸至第一气体通道。
5.在一些实施例中，一种在基板处理腔室中使用的静电卡盘，包括：板，具有第一侧和与第一侧相对的第二侧；第一电极，嵌入板中靠近第一侧；第二电极，嵌入板中靠近第二侧；第三电极，嵌入板的周围区域中，介于第一电极及第二电极之间；以及多个第一柱，从第一电极延伸至第二电极，以电耦合第一电极及第二电极；以及多个第二柱，从第一电极或第二电极中的至少一者延伸至第三电极，以将第三电极电耦合至第一电极或第二电极中的至少一者。
6.在一些实施例中，一种工艺腔室，包括：腔室主体，具有设置于腔室主体的内部空间内的基板支撑件，其中基板支撑件包括静电卡盘，所述静电卡盘包括：冷却板；介电板，设置于冷却板上方且具有第一电极、第二电极和将第一电极电耦合到第二电极的多个柱；一个或多个第一气体通道，从静电卡盘的底部表面延伸至介电板；多个第二气体通道，从一个或多个第一气体通道横跨静电卡盘水平地延伸，在第一电极及第二电极之间；以及多个第三气体通道，从多个第二气体通道延伸至静电卡盘的顶部表面。
7.以下说明本公开内容的其他及进一步实施例。
附图说明
8.以上简要概述且以下更详细讨论的本公开内容的实施例可通过参考附图中描绘的本公开内容的图示实施例而理解。然而，附图仅示出本公开内容的通常实施例，并且因此不应考虑为对范围的限制，因为本公开内容可允许其他均等效果的实施例。
9.图1根据本公开内容的至少一些实施例描绘了具有静电卡盘的工艺腔室的示意性侧视图。
10.图2根据本公开内容的至少一些实施例描绘了静电卡盘的示意性部分侧视图。
11.图3根据本公开内容的至少一些实施例描绘了静电卡盘的示意性侧视图。
12.图4根据本公开内容的至少一些实施例描绘了静电卡盘的横截面俯视图。
13.为了促进理解，已经尽可能地使用相同的附图标号代表附图中共通的相同元件。附图并非按照比例绘制，且可能为了清楚而省略。一个实施例的元件及特征可有益地并入其他实施例中而无须进一步说明。
具体实施方式
14.此处提供在基板处理腔室中使用的静电卡盘的实施例。静电卡盘包括介电板，所述介电板具有支撑表面以支撑基板。介电板设置于冷却板上。在一些实施例中，一个或多个气体通道从静电的底部表面(例如，冷却板的底部表面)延伸至静电卡盘的顶部表面(例如，介电板的顶部表面)。一个或多个气体通道配置成将诸如氮(n)或氦(he)之类的背侧气体提供至静电卡盘的顶部表面，以作用为热传送媒介。
15.在一些实施例中，rf功率源耦合至冷却板，且配置成将负的偏压提供至经处理的基板。随着rf功率施加至冷却板，在冷却板上的峰值至峰值电压(vpp)及在基板上的vpp取决于介电板的阻抗而不同。在分别的峰值至峰值电压中的差异在冷却板与基板之间建立电场，而可非期望地造成背侧气体离子化且进而导致电弧。在一些实施例中，于介电板中设置多个电极以有利地降低在冷却板上的vpp及在基板上的vpp之间的差异。
16.图1是根据本公开内容的一些实施例的工艺腔室(例如，等离子体处理腔室)的示意性横截面视图。在一些实施例中，等离子体处理腔室为蚀刻处理腔室。然而，也可使用配置用于不同工艺的其他类型的处理腔室，或者被修改而与此处所述的静电卡盘的实施例一起使用。
17.腔室100为适合适以在基板处理期间于腔室内部空间120内维持次大气压力的真空腔室。腔室100包括通过盖104覆盖的腔室主体106，盖104包覆位于腔室内部空间120的上部部分中的处理空间119。腔室100还可包括环绕各种腔室部件的一个或多个屏蔽件105，以避免在这些部件及离子化的工艺材料之间非期望的反应。腔室主体106及盖104可以由金属制成，例如铝。腔室主体106可经由耦合至接地115而接地。
18.基板支撑件124设置于腔室内部空间120内，以支撑且保留例如半导体晶片之类的基板122或可被静电地保留的其他的此类基板。基板支撑件124可总体上包括静电卡盘150(以下关于图2至图4更详细说明)及用于支撑静电卡盘150的中空支撑杆112。静电卡盘150包括具有一个或多个电极154设置于其中的介电板152及冷却板136。中空支撑杆112提供导管，以例如将背侧气体、工艺气体、流体、冷却剂等提供至静电卡盘150。
19.在一些实施例中，中空支撑杆112耦合至举升机构113，例如致动器或电机，从而提
供静电卡盘150在上部、处理位置(如图1中所示)及下部、传送位置(未示出)之间的垂直动作。风箱组件110围绕中空支撑杆112设置，并且耦合在静电卡盘150与腔室100的底部表面126之间，以提供弹性密封，从而允许静电卡盘150的垂直运动同时避免从腔室100内的真空泄漏。风箱组件110还包括与o形环165接触的下部风箱凸缘164或与下部表面126接触的其他适合的密封元件，以帮助避免腔室真空的泄漏。
20.中空支撑杆112提供导管用于将背侧气体供应141、卡紧功率供应140及rf源(例如，rf等离子体功率供应170及rf偏压功率供应117)耦合至静电卡盘150。在一些实施例中，通过rf等离子体功率供应170供应的rf能量可具有约40mhz或更大的频率。背侧气体供应141设置于腔室主体106的外侧，并且将热传送气体供应至静电卡盘150。在一些实施例中，rf等离子体功率供应170及rf偏压功率供应117经由分别的rf匹配网络(仅示出rf匹配网络116)耦合至静电卡盘150。在一些实施例中，基板支撑件124可替代地包括ac、dc或rf偏压电源。
21.基板举升器130可包括安装于平台108上的升降杆109，平台108连接至杆111，杆111耦合至第二举升机构132，用于抬升及降低基板举升器130，使得基板122可放置在静电卡盘150上或从静电卡盘150移除。静电卡盘150可包括通孔以容纳升降杆109。风箱组件131耦合于基板举升器130及底部表面126之间，以提供弹性密封，从而在基板举升器130的垂直运动期间维持腔室真空。
22.静电卡盘150包括从静电卡盘150的下部表面延伸至静电卡盘150的上部表面中的各种开口的气体分配通道138。气体分配通道138经由气体导管142与背侧气体供应141流体连通，以在使用期间控制静电卡盘150的温度和/或温度轮廓。
23.腔室100耦合至真空系统114并且与真空系统114流体连通，真空系统114包括用以排空腔室100的节流阀(未示出)及真空泵(未示出)。腔室100内部的压力可通过调整节流阀和/或真空泵来调节。腔室100还耦合至工艺气体供应118且与工艺气体供应118流体连通，工艺气体供应118可供应一个或多个工艺气体至腔室100以用于处理设置于其中的基板。
24.举例而言，在操作中，可在腔室内部空间120中建立等离子体102，以执行一个或多个工艺。等离子体102可经由在腔室内部空间120附近或内的一个或多个电极，通过从等离子体功率源(例如，rf等离子体功率供应170)耦合功率至工艺气体而建立，以点燃工艺气体且建立等离子体102。还可从偏压功率供应(例如，rf偏压功率供应117)提供偏压电源至静电卡盘150内的一个或多个电极154，以从等离子体吸引离子朝向基板122。
25.图2根据本公开内容的至少一些实施例描绘了在腔室100中使用的静电卡盘200的示意性部分侧视图。静电卡盘200可使用作为以上关于图1所述的静电卡盘150。静电卡盘200包括介电板210及冷却板220。在一些实施例中，介电板210使用粘结层附接至冷却板220。在一些实施例中，介电板210具有第一侧202和与第一侧202相对的第二侧204。在一些实施例中，第一侧202与静电卡盘200的支撑表面232相对应。在一些实施例中，基板122设置于支撑表面232上。在一些实施例中，冷却板220由导电材料制成，例如铝(al)。在一些实施例中，冷却板220包括通路(未示出)以容纳冷却剂的流动。
26.第一电极208嵌入介电板210中靠近第一侧202。第二电极218嵌入介电板210中靠近第二侧204。在一些实施例中，第一电极208及第二电极218实质上为平行的。第一电极208及第二电极218可为盘状的或与介电板210的形状相对应的任何其他形状。多个导电元件
212将第一电极208电耦合至第二电极218。在一些实施例中，多个导电元件212为多个柱。在一些实施例中，介于第一电极208及第一侧202之间的第一距离228为约0.8mm至约1.2mm。在一些实施例中，介于第二电极218及第二侧204之间的第二距离230为约0.8mm至约1.2mm。在一些实施例中，第一距离228实质上等于第二距离230。第一电极208、第二电极218及多个导电元件212可以由适合的工艺相容性材料形成，例如钼(mo)、钛(ti)等。
27.将第一电极208放置成靠近介电板的第一侧202并将第二电极218放置成靠近第二侧204，多个导电元件212将第一电极208耦合至第二电极218有利地降低随着rf功率通过介电板210而建立的支撑表面232及冷却板220之间的电位差。降低的电位差因此有利地降低在气体分配通道138中的电弧可能性(arcing potential)。
28.在一些实施例中，气体分配通道138包括设置于静电卡盘的底部表面(例如，冷却板的底部表面)上的一个或多个入口。在一些实施例中，气体分配通道138包括设置于静电卡盘200的支撑表面232或顶部表面上的一个或多个出口。在一些实施例中，气体分配通道138从设置于静电卡盘200的底部表面214上的一个或多个入口延伸至设置于静电卡盘200的顶部表面上的一个或多个出口。气体分配通道138配置成将诸如氮(n)或氦(he)之类的背侧气体提供至静电卡盘的顶部表面。
29.介于第一电极208及第二电极218之间的区域不具有电场。在一些实施例中，气体分配通道138实质上设置于第一电极208及第二电极218之间，以有利地降低或避免其中的电弧可能性。在一些实施例中，气体分配通道138包括设置于介电板210内且介于第一电极208及第二电极218之间的第一气体通道222。介于第一电极208及第二电极218之间的第一气体通道222的位置有利地避免在第一气体通道222中的电弧。第一气体通道222耦合至设置于介电板210的第二侧204上的气体入口224。第一气体通道222耦合至设置于介电板210的第一侧202上的多个气体出口226。在一些实施例中，第一气体通道222的横截面宽度为约0.8mm至约1.2mm。在一些实施例中，第一气体通道222的横截面高度为约0.8mm至约1.2mm。
30.在一些实施例中，多孔塞206设置于气体分配通道138中，在介电板210及冷却板220之间的界面处。在一些实施例中，多孔塞206由铝制成。多孔塞206配置成在介电板210及冷却板220之间的界面处降低或避免背侧气体的电弧可能性。
31.图3根据本公开内容的至少一些实施例描绘了静电卡盘的示意性侧视图。中心连接件306耦合至卡紧功率供应140，并且从静电卡盘200的底部表面214延伸至介电板210中。在一些实施例中，中心连接件306直接耦合至第一电极208以将卡紧功率供应140耦合至第一电极208，以将卡紧功率提供到第一电极208。在一些实施例中，中心连接件306直接耦合至第二电极218。在一些实施例中，绝缘器304在冷却板220中围绕中心连接件306而设置，以将中心连接件306与冷却板220电隔绝。
32.在一些实施例中，边缘环302围绕介电板210设置，以引导设置于介电板210上的基板。在一些实施例中，边缘环302放置于介电板210的上部周围边缘处的缺口中。在一些实施例中，边缘环302放置于围绕冷却板220设置的石英环(未示出)上。在一些实施例中，边缘环302围绕介电板210及基板122设置。在一些实施例中，边缘环302由硅(si)、碳化硅(sic)或石墨制成，以在处理期间降低基板122上的污染。
33.在操作中，施加在冷却板220上的rf功率在基板122及等离子体102之间建立鞘(sheath)。结果，来自等离子体102的离子吸引至偏压的基板122，并且离子垂直于鞘内的等
位线而加速通过鞘。当边缘环302围绕介电板210设置时，在边缘环上的电压电位与基板122上的电压电位不同。电压电位的差异造成鞘在边缘环302上方比在基板122上方具有更厚的形状。如此，在鞘内的等位线接近基板122的边缘不具有平坦的轮廓，造成离子在边缘环302四周的角度处加速，且导致在边缘环302四周的蚀刻轮廓倾斜问题。
34.在一些实施例中，第三电极310嵌入介电板210的周围区域中，且经由多个导电元件308直接耦合至第一电极208及第二电极218中的至少一者。在一些实施例中，多个导电元件308为多个第二柱。第三电极310在第一电极208及第二电极218之间垂直地设置。在一些实施例中，介于第三电极310及介电板210的上部周围边缘中的缺口的底部表面之间的第三距离312为约0.8mm至约1.2mm。在一些实施例中，第三距离312实质上等于第一距离228及第二距离230。第三电极310在边缘环302四周有利地建立更平坦的鞘轮廓，以降低或避免蚀刻轮廓倾斜问题。
35.图4根据本公开内容的至少一些实施例描绘了在第一电极208及第二电极218之间的位置处的静电卡盘的横截面俯视图。如以上所讨论，第一气体通道222耦合至设置于介电板210的第二侧204上的气体入口224。第一气体通道222包括耦合至气体入口224的第一端部418。在一些实施例中，第一气体通道222包括从第一端部418至多个第二端部426横跨介电板210水平延伸的气体通道的网络，以界定第一气室404。多个第二端部426耦合至多个气体出口226中的对应的气体出口226。在一些实施例中，气体通道的网络配置成平均地分开，以从第一端部418至各个分别的第二端部426沿着第一气体通道222的各个路径提供实质上相等的流动长度和传导性。实质上相等的传导性意味着在约百分之十内。
36.在一些实施例中，第二气体入口402设置于介电板410的第二侧204上，且耦合至第二气体通道330。多个气体出口设置于板的第一侧202上，且耦合至第二气体通道330。第二气体通道330包括耦合至第二气体入口402的第一端部420。在一些实施例中，第二气体通道330包括从第一端部420至多个第二端部414横跨介电板210水平延伸的气体通道的网络，以界定第二气室406。多个第二端部414在耦合至第二气体通道330的第一侧202上耦合至多个气体出口中的对应的气体出口。在一些实施例中，气体通道的网络配置成平均地分开，以从第一端部420至各个分别的第二端部414沿着第二气体通道330的各个路径提供实质上相等的流动长度及传导性。实质上相等的传导性意味着在约百分之十内。
37.在一些实施例中，第一气室404与介电板210内的第二气室406流体独立，以在静电卡盘200的温度轮廓上有利地提供更大的均匀性或控制。在一些实施例中，耦合至第一气体通道222的多个气体出口226设置于介电板210的周围区域中，同时耦合至第二气体通道330的多个气体出口设置于介电板210的中心区域中。在一些实施例中，耦合至第一气体通道222的多个气体出口226设置于介电板210的中心区域中，同时耦合至第二气体通道330的多个气体出口设置于介电板210的周围区域中。
38.在一些实施例中，介电板210由两个板组成，两个板经加工以形成第一气体通道222及第二气体通道330。在一些实施例中，两个板为烧结的。在一些实施例中，两个板在加工之后扩散粘结在一起。
39.尽管以上针对本公开内容的实施例，但是可以在不背离其基本范围的情况下设计本公开内容的其他及进一步实施例。