專利名稱：溫度可分區(qū)調(diào)控的靜電吸盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種靜電吸盤，特別涉及一種溫度可分區(qū)調(diào)控的靜電吸盤。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件的制造過(guò)程中，為了在晶片上進(jìn)行沉積、蝕刻等工藝處理時(shí)，一般通過(guò)靜電吸盤(Electrostatic chuck，簡(jiǎn)稱ESC)產(chǎn)生的靜電力在處理期間對(duì)晶片進(jìn)行支撐及固定。靜電吸盤通常位于真空處理腔室的底部，一般包含在陶瓷介電層中埋設(shè)的電極； 通過(guò)在該電極上施加直流，進(jìn)而產(chǎn)生靜電電荷來(lái)吸持介電層上放置的晶片。在所述介電層的下方設(shè)置基座對(duì)其進(jìn)行支撐；所述基座中設(shè)有熱交換器(chiller)，即通過(guò)開(kāi)設(shè)若干通道，由其中流經(jīng)的流體來(lái)加熱或冷卻所述靜電吸盤的溫度，進(jìn)而控制晶片的溫度。然而，例如受到處理腔室內(nèi)反應(yīng)氣體或等離子體的分布不均勻的影響，往往會(huì)使晶片表面上的不同區(qū)域具有不同的處理速率；對(duì)于沿晶片徑向布置的不同區(qū)域，這種不均勻處理尤其明顯，例如會(huì)使得晶片中心區(qū)域的處理速率較快，而晶片邊緣區(qū)域的處理速率較慢，這樣會(huì)導(dǎo)致晶片上不同區(qū)域形成的半導(dǎo)體器件的性能不同。現(xiàn)有技術(shù)常采用改變晶片邊緣與中心區(qū)域的氣體流量或或種類的分布來(lái)實(shí)現(xiàn)最終處理效果的均一性，但是這種方法要求進(jìn)氣口具有獨(dú)立可調(diào)的多區(qū)氣體分布器，而且從氣體分布器到晶片加工表面經(jīng)過(guò)氣體擴(kuò)散后這些氣體流量或種類的差異也部分被減弱對(duì)最終處理效果的調(diào)試不理想，很難在現(xiàn)實(shí)的加工工藝中通過(guò)快速直接的調(diào)試獲得理想的加工效果。現(xiàn)有技術(shù)也有通過(guò)調(diào)節(jié)電場(chǎng)在整個(gè)加工表面的分布來(lái)提高處理效果的均一性的，通過(guò)調(diào)節(jié)電場(chǎng)會(huì)造成等離子分布變化，但是對(duì)化學(xué)反應(yīng)占主導(dǎo)的加工工藝實(shí)際影響不大也不能起到很好的調(diào)節(jié)作用。所以業(yè)內(nèi)迫切需要能夠通過(guò)其它方法來(lái)快速調(diào)節(jié)加工均一性的方法或裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種溫度可分區(qū)調(diào)控的靜電吸盤，在介電層內(nèi)與晶片邊緣對(duì)應(yīng)的位置埋設(shè)了加熱體，通過(guò)提高晶片邊緣的溫度來(lái)加快該區(qū)域的處理反應(yīng)速率，從而抵消晶片徑向不均勻處理的影響；與之配合，還在靜電吸盤的基座中設(shè)置了兩套熱交換器，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)晶片中心及邊緣區(qū)域溫度的對(duì)應(yīng)調(diào)整。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供一種溫度可分區(qū)調(diào)控的靜電吸盤，包含導(dǎo)熱陶瓷材料制成的介電層，其固定設(shè)置在真空處理腔室底部的基座上；在所述介電層中埋設(shè)的電極上施加直流，從而產(chǎn)生靜電力來(lái)吸持所述介電層上放置的晶片；在所述靜電吸盤內(nèi)還設(shè)置有加熱體；所述加熱體設(shè)置在所述介電層內(nèi)，位于埋設(shè)電極之上；并且，所述加熱體環(huán)繞所述介電層的邊緣布置，從而與所述晶片的邊緣位置相對(duì)應(yīng)。對(duì)應(yīng)在所述介電層及基座的中心設(shè)置第一分區(qū)，并在所述介電層及基座的邊緣設(shè)置第二分區(qū)，使所述第二分區(qū)環(huán)繞在所述第一分區(qū)的外圍并與其同圓心設(shè)置；[0009]所述第一分區(qū)及第二分區(qū)，與所述晶片的中心區(qū)域及邊緣區(qū)域相對(duì)應(yīng)；所述加熱體設(shè)置在所述第二分區(qū)的介電層內(nèi)。在所述基座(12)的第一分區(qū)和第二分區(qū)內(nèi)，還分別設(shè)置有一套獨(dú)立可控的熱交換器；所述熱交換器或加熱體各自的開(kāi)啟或關(guān)閉，使第一分區(qū)、第二分區(qū)的溫度分別得到調(diào)整，并進(jìn)而對(duì)晶片中心區(qū)域及邊緣區(qū)域的溫度分別進(jìn)行調(diào)整。所述基座內(nèi)開(kāi)設(shè)有若干通道，所述若干通道分別位于基座的第一分區(qū)、第二分區(qū)； 通過(guò)加熱或冷卻所述通道中的流體，來(lái)提高或降低設(shè)置相應(yīng)分區(qū)的溫度，從而對(duì)晶片相應(yīng)區(qū)域的溫度進(jìn)行調(diào)整；對(duì)應(yīng)不同區(qū)域開(kāi)設(shè)的通道中的流體是獨(dú)立控制的。所述加熱體是由電阻加熱元件制成；所述電阻加熱元件上施加的電源功率一定時(shí)，其溫度升高的幅度與加熱時(shí)間成正比；若加熱時(shí)間一定時(shí)，升溫幅度與電源功率成正比。所述加熱體是由鎢絲繞制形成的加熱線圈。所述靜電吸盤包括一個(gè)位于上表面的散熱區(qū)，散熱區(qū)包括多個(gè)位于靜電吸盤上表面的氣體流通通道，所述加熱體環(huán)繞著靜電吸盤的散熱區(qū)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所述溫度可分區(qū)調(diào)控的靜電吸盤，其優(yōu)點(diǎn)在于本實(shí)用新型設(shè)置有兩套熱交換器，對(duì)應(yīng)為晶片中心和邊緣區(qū)域的溫度進(jìn)行控制；并且至少在對(duì)應(yīng)晶片最邊緣的分區(qū)內(nèi)設(shè)置有所述加熱體，通過(guò)所述加熱體靈活快速地提升晶片邊緣的溫度，在其他反應(yīng)條件不變的情況下，能夠使對(duì)晶片邊緣進(jìn)行刻蝕、沉積等反應(yīng)的處理速率加快，從而抵消晶片徑向上原先氣體分布不均勻等造成的影響，最終在晶片的中心與邊緣獲得更均勻的加工效果。

圖1是本實(shí)用新型所述溫度可分區(qū)調(diào)控的靜電吸盤的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型所述靜電吸盤的俯視圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖說(shuō)明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
。配合參見(jiàn)圖1、圖2所示，本實(shí)用新型所述的靜電吸盤，包含導(dǎo)熱陶瓷材料制成的介電層11，其設(shè)置在真空處理腔室底部的一個(gè)基座12上。所述基座12是邊緣為階梯狀的圓盤結(jié)構(gòu)；所述介電層11的面積等于或略小于放置在該介電層11上的晶片50的面積。在所述介電層11中埋設(shè)的電極60上施加直流，從而產(chǎn)生靜電電荷來(lái)吸持所述晶片50。在介電層11及基座12上對(duì)應(yīng)劃分了若干分區(qū)，例如可以是沿徑向劃分第一分區(qū) 21和第二分區(qū)22，所述第二分區(qū)22環(huán)繞在所述第一分區(qū)21的外圍并與其同圓心設(shè)置；所述第一分區(qū)21及第二分區(qū)22，與靜電吸盤上晶片50的中心區(qū)域51及邊緣區(qū)域52相對(duì)應(yīng)。在基座12的第一、第二分區(qū)21和22內(nèi)各自設(shè)置了一套獨(dú)立可控的熱交換器 (chiller)31、32。所述熱交換器可以是開(kāi)設(shè)在所述基座12中的若干通道，通過(guò)加熱或冷卻該通道中的流體，來(lái)提高或降低靜電吸盤相應(yīng)分區(qū)的溫度，從而能夠?qū)?0中心及邊緣區(qū)域的溫度分別進(jìn)行調(diào)整。在所述靜電吸盤的介電層11內(nèi)部還設(shè)置有加熱體40，其可以是環(huán)繞該介電層11邊緣設(shè)置的若干匝加熱線圈。由鎢絲等電阻加熱元件制成的所述加熱線圈上，若施加的電源功率一定時(shí)，溫度升高的幅度與加熱時(shí)間成正比；若加熱時(shí)間一定時(shí)，升溫幅度與電源功率成正比。在其他實(shí)施例中，所述靜電吸盤的分區(qū)數(shù)量可以不限于上述兩個(gè)，例如可以是在靜電吸盤上沿徑向同圓心布置有更多分區(qū)?；蛘?，在所述靜電吸盤上也可以依照其他方式進(jìn)行分區(qū)。在不同分區(qū)中相應(yīng)配置熱交換器或加熱體或兩者的組合；通過(guò)獨(dú)立控制所述熱交換器或加熱體各自的開(kāi)啟或關(guān)閉，或者通過(guò)獨(dú)立控制熱交換器中導(dǎo)熱流體的流量都能夠?qū)Ψ謪^(qū)溫度分別進(jìn)行調(diào)整。優(yōu)選的，至少在對(duì)應(yīng)晶片最邊緣的分區(qū)內(nèi)設(shè)置有所述加熱體；相比該分區(qū)內(nèi)熱交換器的布置位置，使所述加熱體在水平方向上更靠近晶片的邊緣。由于在豎直方向上，所述加熱體比所述熱交換器更靠近所述晶片，對(duì)于其邊緣區(qū)域的溫度提升速度更快，也更靈活。 在現(xiàn)有電容耦合型(CCP)的等離子處理腔中由于物理結(jié)構(gòu)的原因在施加高頻射頻電場(chǎng)后產(chǎn)生的等離子分布是中間部分大于邊緣部分濃度的，為了獲得均一的處理效果需要在氣體流量，反應(yīng)物種類，或者溫度等方面作補(bǔ)償性修正?，F(xiàn)有技術(shù)由于靜電吸盤都不含有加熱體所以無(wú)法在溫度上進(jìn)行修正，要獲得均一的處理效果需要在其它方面作很大的讓步才能獲得。本實(shí)用新型在靜電吸盤的上邊緣位置添加了一個(gè)加熱體可以有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)晶片表面溫度的大幅度調(diào)節(jié)，低成本且有效的改進(jìn)了對(duì)晶片加工的均勻性?，F(xiàn)有技術(shù)靜電吸盤固定晶片的上表面中間區(qū)域包括多個(gè)冷卻氣體如氦氣(He)的通道以導(dǎo)出晶片上多余的熱量，如果在中間區(qū)域埋入加熱裝置的話產(chǎn)生的熱量直接被這些導(dǎo)熱的氦氣帶走了，無(wú)法實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的發(fā)明目的。所以現(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有對(duì)靜電吸盤的表面溫度進(jìn)行區(qū)別控制。本實(shí)用新型認(rèn)識(shí)到這一被忽視的可控制盲區(qū)提出了在靜電吸盤邊緣的上表面設(shè)置加熱體，使加熱體位于直流電極上方且環(huán)繞散熱區(qū)的氣體流通通道，再配合基座中獨(dú)立控制的多區(qū)熱交換器可以更大程度的改進(jìn)在整個(gè)晶片表面的溫度分布。在其他反應(yīng)條件不變的情況下，通過(guò)所述加熱體來(lái)提升晶片邊緣的溫度，能夠使該邊緣區(qū)域進(jìn)行刻蝕等反應(yīng)的處理速率加快，從而抵消晶片徑向上原先氣體分布不均勻等造成的影響，最終在晶片的中心與邊緣獲得更均勻的加工效果。盡管本實(shí)用新型的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本實(shí)用新型的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本實(shí)用新型的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
權(quán)利要求1.一種溫度可分區(qū)調(diào)控的靜電吸盤，包含導(dǎo)熱陶瓷材料制成的介電層(11)，其固定設(shè)置在真空處理腔室底部的基座(12)上；在所述介電層(11)中埋設(shè)的電極(60)上施加直流， 從而產(chǎn)生靜電力來(lái)吸持所述介電層(11)上放置的晶片(50)，其特征在于，在所述靜電吸盤內(nèi)還設(shè)置有加熱體(40 )；所述加熱體(40 )設(shè)置在所述介電層(11)內(nèi)， 位于埋設(shè)電極(60 )之上；并且，所述加熱體(40 )環(huán)繞所述介電層(11)的邊緣布置，從而與所述晶片(50)的邊緣位置相對(duì)應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述溫度可分區(qū)調(diào)控的靜電吸盤，其特征在于，對(duì)應(yīng)在所述介電層(11)及基座(12)的中心設(shè)置第一分區(qū)(21)，并在所述介電層(11) 及基座(12)的邊緣設(shè)置第二分區(qū)(22)，使所述第二分區(qū)(22)環(huán)繞在所述第一分區(qū)(21)的外圍并與其同圓心設(shè)置；所述第一分區(qū)(21)及第二分區(qū)(22)，與所述晶片(50)的中心區(qū)域(51)及邊緣區(qū)域 (52 )相對(duì)應(yīng)；所述加熱體(40 )設(shè)置在所述第二分區(qū)(22 )的介電層(11)內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述溫度可分區(qū)調(diào)控的靜電吸盤，其特征在于，在所述基座(12)的第一分區(qū)(21)和第二分區(qū)(22)內(nèi)，還分別設(shè)置有一套獨(dú)立可控的熱交換器；所述熱交換器或加熱體各自的開(kāi)啟或關(guān)閉，使第一分區(qū)(21)、第二分區(qū)(22)的溫度分別得到調(diào)整，并進(jìn)而對(duì)晶片(50)中心區(qū)域(51)及邊緣區(qū)域(52)的溫度分別進(jìn)行調(diào)離iF. ο
4.如權(quán)利要求3所述溫度可分區(qū)調(diào)控的靜電吸盤，其特征在于，所述基座(12)內(nèi)開(kāi)設(shè)有若干通道，所述若干通道分別位于基座(12)的第一分區(qū)(21 )、 第二分區(qū)(22);通過(guò)加熱或冷卻所述通道中的流體，來(lái)提高或降低設(shè)置相應(yīng)分區(qū)的溫度，從而對(duì)晶片(50)相應(yīng)區(qū)域的溫度進(jìn)行調(diào)整；對(duì)應(yīng)不同區(qū)域開(kāi)設(shè)的通道中的流體是獨(dú)立控制的。
5.如權(quán)利要求廣4中任意一項(xiàng)所述溫度可分區(qū)調(diào)控的靜電吸盤，其特征在于，所述加熱體(40)是由電阻加熱元件制成；所述電阻加熱元件上施加的電源功率一定時(shí)，其溫度升高的幅度與加熱時(shí)間成正比；若加熱時(shí)間一定時(shí)，升溫幅度與電源功率成正比。
6.如權(quán)利要求5所述溫度可分區(qū)調(diào)控的靜電吸盤，其特征在于，所述加熱體(40)是由鎢絲繞制形成的加熱線圈。
7.如權(quán)利要求5所述溫度可分區(qū)調(diào)控的靜電吸盤，其特征在于，所述靜電吸盤包括一個(gè)位于上表面的散熱區(qū)，散熱區(qū)包括多個(gè)位于靜電吸盤上表面的氣體流通通道，所述加熱體(40)環(huán)繞著靜電吸盤的散熱區(qū)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種溫度可分區(qū)調(diào)控的靜電吸盤，在基座中設(shè)置有兩套熱交換器，對(duì)應(yīng)為晶片中心和邊緣區(qū)域的溫度進(jìn)行控制；并且，至少與晶片最邊緣對(duì)應(yīng)的靜電吸盤分區(qū)內(nèi)設(shè)置有加熱體，使該加熱體在介電層頂部、靠近晶片的位置布置。通過(guò)所述加熱體靈活快速地提升晶片邊緣的溫度，在其他反應(yīng)條件不變的情況下，能夠使對(duì)晶片邊緣進(jìn)行刻蝕、沉積等反應(yīng)的處理速率加快，從而抵消晶片徑向上原先氣體分布不均勻等造成的影響，最終在晶片的中心與邊緣獲得更均勻的加工效果。
文檔編號(hào)H01L21/683GK202230996SQ20112032589
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者凱文·皮爾斯 申請(qǐng)人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司