[发明专利]下电极装置及半导体加工设备

说明书

本发明提供了一种下电极装置，下电极装置包括下射频电源、下匹配器和基座，基座用于承载基片，基座包括绝缘设置的多个射频电极；下射频电源的输出端与下匹配器的输入端相连；下匹配器包括与多个射频电极一一对应相连的多路输出端；下匹配器用于实现对下射频电源的特征阻抗和负载阻抗进行阻抗匹配，并在阻抗匹配的过程中使得多路输出端输出的电压按照预设分配方式输出至多个射频电极，以对每个射频电极加载相应的射频偏压。该下电极装置和半导体加工设备，提供了一种调节工艺均匀性的手段，扩大了工艺应用窗口，因此，下电极装置应用在大尺寸晶圆(大于等于300mm，甚至450mm)刻蚀设备中可以有效地提高工艺均匀性。

技术领域

本发明属于半导体设备制造技术领域，具体涉及一种下电极装置及半导体加工设备。

背景技术

半导体刻蚀设备通常应用电感耦合等离子体原理，将射频电源提供的射频能量施加至高真空环境的反应腔室中电力高真空状态下的工艺气体，产生大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，该活性粒子与暴露在等离子体环境中的晶圆表面发生物理和/或化学反应，从而完成晶圆的刻蚀工艺。

工艺均匀性是大尺寸晶圆(≥300mm)刻蚀工艺的一个重要指标，其与腔室内电场均匀性、磁场均匀性、温度均匀性和气流场均匀性等因素相关。为提高工艺均匀性，目前关键的技术包括双射频源技术(上电极系统采用双线圈结构)、双温度区静电卡盘技术、双气流成技术(中心进气系统和边缘进气系统)等。

图1为典型的等离子体刻蚀设备的结构示意图，请参阅图1，该等离子体刻蚀设备采用了上述双射频源技术和双温度区静电卡盘技术。具体地，该等离子体刻蚀设备包括腔室1、上电极装置和下电极装置。其中，腔室1的顶壁为介质窗6，上电极装置包括内线圈4、外线圈5、上射频电源7和双输出匹配器8，上射频电源7通过具有电流分配功能的双输出匹配器8将能量分配输出给内线圈4和外线圈5，并穿过介质窗6耦合至腔室1内，将工艺气体激发形成等离子体9。

下电极装置包括静电卡盘2、下射频电源10和下匹配器11。其中，静电卡盘2设置在腔室1内，用于承载基片S；下射频电源10经过下匹配器11与静电卡盘2连接，将射频能量加载到静电卡盘2上实现射频偏压，给腔室内等离子体的粒子提供偏压能量，拉动粒子轰击基片S，实现刻蚀工艺。

下匹配器11的原理框图如图2所示，该下匹配器11包括射频传感器12、运算单元13、执行单元14、阻抗可调单元15，其中，射偏传感器12在射频传输线上采集射频信号并发送至运算单元13；运算单元13根据射频信号计算出当前负载阻抗和匹配点(即下射频电源10的输出阻抗)的差值，再转换为针对执行单元14的执行信号；执行单元14根据该执行信号调节阻抗可调单元15，执行单元14可以为马达，执行信号包括马达的运行方向和运行时间，阻抗可调单元15包括可变电容，通过执行单元14调剂阻抗可调单元15可实现调节下射频电源10的负载阻抗，使该负载阻抗和输出阻抗达到匹配。

双温度区静电卡盘技术是指静电卡盘2被划分为中心区域和环形边缘区域，可分别对中心区域和环形边缘区域的温度进行独立调节。静电卡盘2的结构如图3所示，请参阅图3，静电卡盘2由下至上依次层叠设置有：射频馈入柱21、基座层22、第一隔离层23、加热层24、第二隔离层25、绝缘层26。其中，射频馈入柱21插入固定在基座层22的中心位置，基座层22采用金属导电材料制成，通过射频馈入柱21与下匹配器11电连接，将下射频电源10提供的射频能量加载在基座层22上；加热层24包括相互独立的中心加热电极241和边缘加热电极242，对应加热基片S的中心区域和环形边缘区域；第一隔离层23一般采用绝缘材料将基座层22与加热层24隔离开；绝缘层26内设置有直流电极27，有正电极和负电极；第二隔离层25用于将加热层24和直流电极27隔离开；绝缘层26用于隔离等离子体和直流电极27，避免直流电极被刻蚀造成损耗或者腔室污染。