一种等离子体处理装置及其静电卡盘.pdf

本发明提供一种等离子体处理装置及其静电卡盘，所述静电卡盘包括绝缘层和设置在绝缘层下方的导热层，所述导热层下方设置加热装置，所述导热层包括第一导热区域和第二导热区域，所述第二导热区域环绕所述第一导热区域设置，所述第一导热区域和所述第二导热区域所在的导热层厚度不同，由于导热层厚度不同，其传导热的速度不同，实现对静电卡盘部分区域快速升温或降温，以达到与其他区域温度均匀或具有一定温度差的目的，本发明提供了一种分区控制静电卡盘温度的方案，实现了除调节加热装置的加热电源外的另一种调节方案，可以与调节加热装置的加热电源协同配合，实现静电卡盘的温度控制。

1.  一种静电卡盘，其特征在于：所述静电卡盘包括一内置直流电极的绝缘层和位于绝缘层下方的导热层，所述导热层包括第一导热区域和第二导热区域，所述第二导热区域环绕所述第一导热区域设置，所述第一导热区域和所述第二导热区域所在的导热层厚度不同。

2.  根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于：所述导热层的第一导热区域下方设置第一加热装置，所述导热层的第二导热区域下方设置第二加热装置。

3.  根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于：所述导热层材质为铝或铝合金或氮化铝。

4.  根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于：所述第一导热区域所在的导热层厚度大于所述第二导热区域所在的导热层厚度。

5.  根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于：所述第一导热区域所在的导热层厚度小于所述第二导热区域所在的导热层厚度。

6.  根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于：所述导热层还包括第三导热区域，所述第三导热区域环绕所述第二导热区域设置，所述第三导热区域下方设置第三加热装置。

7.  根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于：所述第三导热区域所在导热层的厚度与所述第一导热区域和第二导热区域所在导热层厚度为相同或不相同。

8.  根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于：所述加热装置包括加热丝和包裹所述加热丝的绝缘层。

9.  一种等离子体处理装置，其特征在于：包括一反应腔室，所述反应腔室下方设置一静电卡盘和支撑所述静电卡盘的基座，其特征 在于：所述静电卡盘包括一内置直流电极的绝缘层和位于绝缘层下方的导热层，所述导热层包括第一导热区域和第二导热区域，所述第二导热区域环绕所述第一导热区域设置，所述第一导热区域和所述第二导热区域所在的导热层厚度不同。

10.  根据权利要求9所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述加热装置和所述基座之间设置金属材料或陶瓷材料形成的支撑层。

11.  根据权利要求9所述的等离子体处理装置，其特征在于：所述的等离子体处理装置为电容耦合型等离子体处理装置或电感耦合型等离子体处理装置。

一种等离子体处理装置及其静电卡盘
技术领域
本发明涉及半导体加工工艺，更具体地说，涉及一种静电卡盘加热技术领域。
背景技术
在等离子体刻蚀或化学气相沉积等工艺过程中，常采用静电卡盘（Electro Static Chuck，简称ESC）来固定、支撑及传送基片(Wafer)等待加工件。静电卡盘设置于反应腔室中，其采用静电引力的方式，而非机械方式来固定基片，可减少对基片可能的机械损失，并且使静电卡盘与基片完全接触，有利于热传导。
现有的静电卡盘通常包括绝缘层和加热层，绝缘层中设有直流电极，该直流电极通电后对基片施加静电引力；为使静电卡盘具有足够大的升温速度，进而提高基片刻蚀的均匀性，绝缘层下方设置一加热层，加热层中设有加热装置，用以通过静电卡盘加热基片；加热层下方设置一基座，基座上设有冷却液流道，其注入冷却液对静电卡盘进行冷却。
现有技术中，由于静电卡盘的面积较大，在静电卡盘快速升温的同时，很难保证静电卡盘各区域温度的均一性，不同区域的温度会有较明显的差异甚至形成冷区和热区，导致静电卡盘对基片的加热不均匀，这将对等离子体刻蚀的工艺效果带来不良的影响。现有技术为了解决静电卡盘加热不均匀的技术问题，可以将加热层分区控制，但在有些等离子体处理装置中，只将加热层分区控制并不能完全解决静电卡盘温度分布不均匀的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种静电卡盘，包括一内置直流电极的绝缘层和 位于绝缘层下方的导热层，所述导热层包括第一导热区域和第二导热区域，所述第二导热区域环绕所述第一导热区域设置，所述第一导热区域和所述第二导热区域所在的导热层厚度不同。
优选的，所述导热层的第一导热区域下方设置第一加热装置，所述导热层的第二导热区域下方设置第二加热装置。
优选的，所述导热层材质为铝或铝合金或氮化铝。
优选的，所述第一导热区域所在的导热层厚度大于所述第二导热区域所在的导热层厚度。
优选的，所述第一导热区域所在的导热层厚度小于所述第二导热区域所在的导热层厚度。
优选的，所述导热层还包括第三导热区域，所述第三导热区域环绕所述第二导热区域设置，所述第三导热区域下方设置第三加热装置。
优选的，所述第三导热区域所在导热层的厚度与所述第一导热区域和第二导热区域所在导热层厚度为相同或不相同。
优选的，所述加热装置包括加热丝和包裹所述加热丝的绝缘层。
进一步的，本发明还公开了一种等离子体处理装置，包括一真空反应腔室，所述真空反应腔室下方设置一静电卡盘和支撑所述静电卡盘的基座，其特征在于：所述静电卡盘包括一内置直流电极的绝缘层和位于绝缘层下方的导热层，所述导热层包括第一导热区域和第二导热区域，所述第二导热区域环绕所述第一导热区域设置，所述第一导热区域和所述第二导热区域所在的导热层厚度不同。
优选的，所述加热装置和所述基座之间设置金属材料或陶瓷材料形成的支撑层。
优选的，所述的等离子体处理装置为电容耦合型等离子体处理装置或电感耦合型等离子体处理装置。
本发明的优点在于：本发明提供一种等离子体处理装置及其静电卡盘， 所述静电卡盘包括绝缘层和设置在绝缘层下方的导热层，所述导热层下方设置加热装置，所述导热层包括第一导热区域和第二导热区域，所述第二导热区域环绕所述第一导热区域设置，所述第一导热区域和所述第二导热区域所在的导热层厚度不同，由于导热层厚度不同，其传导热的速度不同，实现对静电卡盘部分区域快速升温或降温，以达到与其他区域温度均匀或具有一定温度差的目的，本发明提供了一种分区控制静电卡盘温度的方案，实现了除调节加热装置的加热电源外的另一种调节方案，可以与调节加热装置的加热电源协同配合，实现静电卡盘的温度控制。
附图说明
图1示出本发明等离子体反应室结构示意图；
图2示出本发明所述静电卡盘及其下方基座结构示意图；
图3示出本发明另一实施例所述静电卡盘及其下方基座结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明所述的技术方案适用于电容耦合型等离子体反应室或电感耦合型等离子体反应室，以及其他使用静电卡盘加热待处理基片温度的等离子体反应室。示例性的，图1示出本发明所述等离子体反应室结构示意图；所述等离子体反应室为电容耦合型等离子体反应室，本领域技术人员通过本发明揭示的技术方案不经过创造性的劳动做出的变形均属于本发明的保护范围。
图1示出一种等离子体反应室结构示意图，包括一大致为圆柱形的反应腔100，反应腔100内设置上下对应的上电极150和下电极110，上电极150连接气体供应装置130，上电极150同时作为反应气体均匀进入等离子体反应腔的气体分布板；下电极110连接射频功率源170，其上方支撑静电卡盘120，静电卡盘120用于支撑基片140。本实施例所述等离子体反应室的工作原理为，上电极150和下电极110在射频功率的作用下对注入等离子体反应腔100的气体进行解离，生成等离子体160，等离子体160对基片140进行 物理轰击或化学反应，实现对基片140的加工处理。反应后的副产物和未用尽的气体通过抽气泵180排出等离子体反应腔100。
图2示出本发明所述静电卡盘及其下方基座的结构示意图。如图2所示，静电卡盘120设于基座110上方，用于承载基片140。基座110中设有冷却液流道115，其通常用于注入冷却液对静电卡盘进行冷却。静电卡盘120包括绝缘层121和设置于绝缘层121下方的导热层122，绝缘层121内部埋设直流电极124，直流电极连接一直流电源（图中未示出），直流电源作用于直流电极124在静电卡盘120表面产生静电吸力，用于固定基片140。绝缘层121下方设置导热层122，导热层122的材料可以为金属材料或陶瓷材料，如铝或氧化铝，也可以为氮化铝等材料。本实施例中导热层122包括第一导热区域1221和环绕所述第一导热区域的第二导热区域1222，所述导热层122下方设置加热装置125，所述加热装置125和基座110之间还包括一支撑层123，所述支撑层123的材料可以为金属材料或陶瓷材料，其可以与导热层材料相同，也可以不相同。真空反应腔100通过静电卡盘120来加热基片140，促成基片与反应腔室中的等离子体进行反应，从而实现对基片的加工制造。对应于第一导热区域1221和第二导热区域1222，其下方的加热装置125包括至少第一加热装置1251和第二加热装置1252。随着半导体工业的发展，基片的尺寸越来越大，用于支撑固定基片140的静电卡盘120的尺寸也越来越大，随着静电卡盘尺寸的变大，静电卡盘的温度均匀与否就成了控制刻蚀工艺能否顺利进行关键因素。在本实施例中，将所述加热装置设置为独立控制温度的第一加热装置1251和第二加热装置1252，第二加热装置1252环绕所述第一加热装置1251设置。
由图2可以看出，导热层122的第一导热区域1221和第二导热区域1222所在的导热层的厚度并非完全相同，本实施例中，第一导热区域1221的加热层厚度大于第二导热区域1222的加热层厚度，相应的第二加热装置在垂直方向上到静电卡盘的绝缘层121的距离小于第一加热装置1251到静电卡盘绝缘层121的距离，由于导热层122的厚度不同，其传导由加热装置125产生热量的速度不同，且由于第一加热装置1251和第二加热装置1252的温度可以单独控制调节，在刻蚀工艺中，为了准确调节静电卡盘120的温度均匀性， 除了可以通过分别设置第一加热装置1251和第二加热装置1252的温度进行调节，还可以通过设置第一导热区域1221导热层和第二导热区域1222导热层的不同厚度来调节。通过对第一加热装置1251和第二加热装置1252的加热功率与其上方对应的导热层的厚度进行协同调节，有效的调节了静电卡盘120的温度均匀性，特别是对于一些直径尺寸较大的静电卡盘，具有明显的效果。
为了便于固定加工，绝缘层121和导热层122之间设置一层黏结层，由于黏结层厚度很小，本发明附图2中未予以显示。由于导热层122需要与绝缘层121黏结固定，保持导热层122的上表面平坦可以更好地实现与绝缘层121的黏结。静电卡盘120的不同加热装置上方对应的导热层122的厚度不一致时，保持上表面平坦，使得上表面更好地通过黏结层与绝缘层黏结固定，由于导热层122下表面与分区的加热装置相连，加热装置通常被导热层122和支撑层123夹合在中间，可以方便地进行加工制作。加热装置125包括加热丝和包裹在加热丝外的绝缘材料，在某些实施例中个，加热装置125可以先贴合在导热层122下表面，然后再与支撑层123连接固定。
除图2所示的实施例外，本发明所述的技术方案还包括其他实施方式。图3示出本发明另一实施例的静电卡盘结构示意图。在图3所示的实施例中，导热层222包括第一导热区域2221、第二导热区域2222和第三导热区域2223，第二导热区域2222环绕第一导热区域2221设置，第三导热区域2223环绕第二导热区域2222设置，对应的，导热层下方的加热装置225包括第一加热装置2251，第二加热装置2252和第三加热装置2253，上述三个加热装置到绝缘层221之间设置导热层222，不同加热装置上方的导热层的厚度不同。三个加热装置温度可以独立控制。在本实施例中，第一加热装置2251上方的导热层厚度大于第二加热装置2252上方的导热层厚度，第二加热装置2252上方的导热层厚度大于第三加热区上方的导热层厚度。由于等离子体反应腔内进行的处理工艺各不相同，静电卡盘上的温度分布受等离子体反应腔内其他参数的影响不尽相同，因此静电卡盘的导热层222厚度的设置可以不同于上述实施例。在某些实施例中，可以设置中心区域的加热装置上方的导热层的厚度小于边缘区域的导热层厚度。具体情况根据等离子体反应腔内的 情况具体设置，不能局限于上述实施例，本实施例的其他部件标示同上述实施例，为区别于上述实施例，将1xx标示为2xx，具体工作原理同上，在此不再赘述。
本发明所述的导热层可以为铝或者铝合金，也可以为其他热的良导体材料，或者为氮化铝等材料。利用导热层的厚度不同，传热速度不同，实现静电卡盘的温度均匀调节，为静电卡盘的温度调节增加了除调节加热装置的加热电源以外的新的途径。可以协调配合对静电卡盘的温度进行调节。为了实现静电卡盘的温度均匀调节，每个加热装置附近设置一测温元件（图中未示出），所述若干测温元件连接一温度控制系统（图中未示出），由温度控制系统统一进行调节控制，实现调节静电卡盘温度均匀的目的。
根据本发明上述实施例提供的等离子体处理装置，在使静电卡盘快速升温的同时，有效保证其各区域温度的均一性，从而使基片各区域温度均一，有利于等离子体处理工艺的进行，提高了基片的加工合格率。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。