[发明专利]防止电弧放电的下电极组件、等离子体处理装置及方法

说明书

本发明提供一种防止电弧放电的下电极组件，设置在一真空反应腔内，包含：基座，用于支承晶圆并作为下电极组件的中心电极；射频电源，用于向中心电极提供第一射频信号；环部件，围绕中心电极；边缘电极，设置在环部件内并与中心电极电绝缘；边缘电极馈电组件，用于向边缘电极提供第二射频信号；边缘电极馈电组件包含：导电芯和环绕设置于导电芯外围的导电屏蔽层，导电芯与导电屏蔽层之间填充有绝缘层，导电屏蔽层与中心电极电性连接；导电屏蔽层与容纳边缘电极馈电组件的通道内壁之间具有间隙，以容纳该通道的热胀冷缩或由机械误差导致的周围部件组合形成的尺寸不匹配。本发明还提供一种等离子体处理装置，以及一种防止下电极组件电弧放电的方法。

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，特别涉及一种防止电弧放电的下电极组件、等离子体处理装置及方法。

背景技术

在半导体制造技术领域，经常需要在等离子体处理装置内对待处理晶圆进行等离子体处理。等离子体处理装置具有一个真空的反应腔，该反应腔内具有下电极。下电极包括一基座和设置在基座下的设施板，该基座和设施板作为中心电极。基座上包含一用于放置待处理晶圆的静电吸盘。反应气体被输入至反应腔内，一个或多个射频(RF)电源可以被单独地施加在所述下电极上，用以将射频功率输送到下电极上，从而在反应腔内部产生射频电场。大多数电场被包含在待处理晶圆上方的处理区域内，此电场对少量存在于反应腔内部的电子进行加速，使之与输入的反应气体的气体分子碰撞。这些碰撞导致反应气体的离子化和等离子体的激发，从而在反应腔内产生等离子体。最后等离子体和晶圆之间发生化学反应和/或物理作用(比如刻蚀、沉积等等)形成各种特征结构。

由于静电吸盘和周围制程组件空间和材料的非连续性、或由于制程组件随着使用时间增加被等离子体侵蚀产生尺寸变化，会导致由于边缘射频能量馈入不连续产生的边缘效应，使晶圆内、外围处理效果产生差异，严重时会导致晶圆良率下降或报废。改善边缘效应的方法之一是在静电吸盘(中心电极)周围配置一个边缘电极，馈入部分射频能量到边缘电极，调节和补偿边缘效应。随着刻蚀工艺的精度不断提高，施加到下电极上的射频电源的电压不断增大，当施加在下电极的射频电压增大时，容易在下电极和边缘电极之间发生电弧放电，不仅损失射频能量，还会损坏反应腔内的部件。

发明内容

本发明的目的是提供一种防止电弧放电的下电极组件、等离子体处理装置及方法。本发明的下电极组件采用边缘电极馈电组件向边缘电极馈电，该边缘电极馈电组件包含导电芯、包围在导电芯外周的导电屏蔽层以及填充在导电芯与导电屏蔽层之间的绝缘层。所述绝缘层与导电芯、导电屏蔽层之间无间隙，能够防止导电芯与导电屏蔽层在射频场空间中产生射频电压差，避免导电芯与导电屏蔽层之间电弧放电。所述导电屏蔽层与容纳边缘电极馈电组件的通道内壁之间具有间隙，通过使导电屏蔽层与该通道内壁之间保持电连接，防止了在该间隙中发生电弧放电。本发明不仅能够避免射频能量损耗，且能够防止电弧放电损坏真空反应腔内的部件。

为了达到上述目的，本发明提供一种防止电弧放电的下电极组件，设置在一真空反应腔内，所述下电极组件包含：

基座，用于支承晶圆并作为所述下电极组件的中心电极；

射频电源，用于向所述中心电极提供第一射频信号；

环部件，围绕所述中心电极；

边缘电极，围绕所述中心电极并与中心电极电绝缘；

边缘电极馈电组件，用于向所述边缘电极提供第二射频信号；

所述边缘电极馈电组件包含：导电芯和环绕设置于所述导电芯外围的导电屏蔽层，所述导电芯与导电屏蔽层之间填充有绝缘层，所述导电屏蔽层与中心电极电性连接；

所述导电屏蔽层与容纳所述边缘电极馈电组件的通道内壁之间具有间隙，以容纳所述通道的热胀冷缩或由机械误差导致的周围部件组合形成的尺寸不匹配。

可选的，所述绝缘层与导电芯、导电屏蔽层之间无间隙。