本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于等離子處理器反應(yīng)腔內(nèi)的基片支撐臺。

背景技術(shù)：

等離子處理器被廣泛應(yīng)用在半導(dǎo)體工業(yè)內(nèi)，用來對待處理基片進(jìn)行高精度的加工如等離子刻蝕、化學(xué)氣相沉積（cvd）等。等離子處理器包括一個(gè)反應(yīng)腔，反應(yīng)腔內(nèi)底部具有一個(gè)基片支撐臺用來放置并固定住基片。支撐臺除了固定基片還需要對基片進(jìn)行溫度控制，所以需要能夠帶走等離子處理中產(chǎn)生的熱量，同時(shí)支撐臺還連接有射頻電源，通過調(diào)節(jié)射頻電源的輸出功率來調(diào)節(jié)基片上的處理效果。所以基片支撐臺是一個(gè)等離子處理器中核心的、多功能的裝置，對基片的處理效果具有重大的影響。

隨著半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，越來越多的等離子處理工藝被開發(fā)出來，各個(gè)工藝需要最佳溫度參數(shù)不同，經(jīng)常在同一個(gè)反應(yīng)腔中需要對一片基片進(jìn)行連續(xù)的多個(gè)工藝處理，在不同的工藝步驟中需要快速的切換其對應(yīng)的最佳溫度。為了實(shí)現(xiàn)快速變溫的需要，現(xiàn)有機(jī)制在基片支撐臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成如圖1所示的結(jié)構(gòu)，包括基座10，基座10內(nèi)開設(shè)有用于冷卻液流通的冷卻液管道11以帶走熱量，基座上包括加熱器，加熱器由上下兩層絕緣材料23、21和位于絕緣材料層之間的加熱元件如電阻絲29組成，加熱器上絕緣材料層上表面通過硅膠層32與上方的靜電夾盤30結(jié)合固定。其中基座一般由金屬制成如鋁合金制成，電連接到至少一個(gè)射頻電源。絕緣材料層21、23通常由陶瓷材料如al2o3，aln，y2o3等制成。在溫度切換過程中如果需要降溫則關(guān)閉加熱的功率輸出，由下方冷卻液管道內(nèi)的冷卻液全力帶走熱量，在升溫過程中加熱器接受電功率產(chǎn)生大量熱，冷卻液也需要一直流通以帶走上方加熱器以及處理過程中等離子體和射頻電源產(chǎn)生的熱量。所以加熱過程中加熱器產(chǎn)生的熱量會大量的直接被下方的基座10帶走，并沒有向上到達(dá)靜電夾盤30上的基片。為了減少這種熱量損耗也加快升溫過程，需要在加熱元件29和下方冷卻液管道11之間具有更低的熱導(dǎo)率，比如基座10采用具有更低熱導(dǎo)率的金屬材料鈦（約20w/m.k）或者使得加熱元件29下方的絕緣材料層21更厚。但是這兩個(gè)方案都有問題：鈦材料過于昂貴，其價(jià)格超出鋁合金材料(導(dǎo)熱系數(shù)170w/m.k)的4倍；絕緣材料層21厚度增加到超出1mm厚度時(shí)，由于下方鋁合金和絕緣材料層的熱膨脹系數(shù)差異過大，在頻繁的溫度改變過程中很快絕緣材料層21就會碎裂失效。所以現(xiàn)有技術(shù)中絕緣材料層21的厚度一般都在0.5-1mm之間，這樣小的厚度還導(dǎo)致在整個(gè)平面上絕緣材料層厚度的不均勻性很難控制，因?yàn)榻^緣材料層通常是噴涂的，表面粗糙度很大，常見工藝加工形成的公差都會帶來絕緣材料層厚度不均勻。對于0.5mm厚的材料層來說不同部位絕緣材料厚度差達(dá)到25um時(shí)，就可以使得不同區(qū)域之間的厚度差可以達(dá)到5%，位于基片支撐臺上方的基片溫度也會相應(yīng)的受影響而很難獲得均一的溫度分布。所以業(yè)內(nèi)需要一種新的方法或裝置解決在基片支撐臺，能夠快速的改變基片的溫度，同時(shí)還需要能使得基片的溫度更均勻。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是提供一種基片支撐臺包括：靜電夾盤、加熱器和基座，靜電夾盤安裝到加熱器上方，加熱器固定到基座上表面；其中所述基座內(nèi)包括冷卻液流通管道；所述加熱器包括加熱元件用于產(chǎn)生熱量，還包括位于加熱元件上方的上絕緣材料層和位于加熱元件下方的下絕緣材料層，所述下絕緣材料層底面固定到所述基座上表面，其特征在于：所述下絕緣材料層厚度大于1mm，下絕緣材料層中包括至少一金屬層將下絕緣材料層分隔為多個(gè)絕緣材料子層。其中多個(gè)絕緣材料子層厚度小于1mm，以防止絕緣材料層在溫度變化過程中破裂，較佳的厚度絕緣材料子層厚度小于0.5mm大于0.2mm。

其中本發(fā)明的金屬層最佳選擇為網(wǎng)格狀，基座由鋁合金制成。

進(jìn)一步地，下絕緣材料層可以包括兩層金屬層，將下絕緣材料層分隔為第一、第二、第三絕緣材料子層。

本發(fā)明中絕緣材料層由陶瓷材料或者有機(jī)材料制成，所述陶瓷材料包括氧化鋁、氮化鋁、氧化釔之一，所述有機(jī)材料選自peek、vespel、kapton之一。

本發(fā)明基片支撐臺的靜電夾盤通過一層硅膠層與加熱器頂部的上絕緣材料層相連接。

本發(fā)明同時(shí)提供一種用于基片支撐臺的加熱器的制造方法，包括步驟：a.在基底材料上形成約小于1mm厚的絕緣材料層；b．在絕緣材料層上形成網(wǎng)格狀金屬層；c.重復(fù)執(zhí)行上述步驟a-b以形成下絕緣材料層，所述下絕緣材料層包括交替的絕緣材料層和金屬層，其中頂層為絕緣材料層；d.在頂層的絕緣材料層上形成加熱元件;e.在所述加熱元件上形成上絕緣材料層。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)基片支撐臺示意圖；

圖2是本發(fā)明基片支撐臺示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖2所示為本發(fā)明基片支撐臺示意圖，本發(fā)明與圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)相比具體相類似的基本結(jié)構(gòu)，主要區(qū)別在于本發(fā)明的基片支撐臺10上包括多層的絕緣材料層21、23、25、27，這些絕緣材料層之間還埋入有兩層狀金屬層22、24以及位于上方的加熱元件29。其中金屬層22、24所用材料與下方基座類似具有較好的延展性，而且整體厚度很低（小于0.1mm），覆蓋面積也小所以不會增加上下方向的熱導(dǎo)系數(shù)。絕緣材料層21~27的厚度可以和現(xiàn)有技術(shù)一樣選擇0.5-1mm或者更低，但是本發(fā)明通過不同絕緣材料層之間金屬網(wǎng)格層22、24的設(shè)置可以使得這些絕緣材料層不會在溫度變化過程中破裂?，F(xiàn)有技術(shù)中如果整個(gè)絕緣材料層21厚度超過1mm，就會使整個(gè)21的厚度與鋁合金基座之間發(fā)生的相對位移導(dǎo)致材料層21破裂的，本發(fā)明中每層絕緣材料層厚度都小于1mm，這些較薄的絕緣材料層21、23、25、27都只與其直接結(jié)合的基座10、網(wǎng)格狀金屬層22、24發(fā)生相對位移，所以每個(gè)絕緣材料層不易發(fā)生破裂，但是整體的絕緣材料層總厚度卻遠(yuǎn)超1mm的厚度，最大可以達(dá)到約3mm，這個(gè)厚度已經(jīng)足以阻擋大量熱量在加熱過程中向下傳導(dǎo)。為了防止破裂，每層絕緣材料層21、23、25、27的厚度數(shù)值可以選擇的更低，比如小0.5mm大于0.2mm，通過設(shè)置更多層的金屬-絕緣材料層單元相疊使得加熱元件下方的整體絕緣材料層厚度大于1mm,實(shí)現(xiàn)有效的隔熱的同時(shí)避免絕緣材料層破裂。

絕緣材料層總厚度增加后，整體材料層厚度的均勻性更加容易控制，同樣的的加工工藝帶來的公差25um，相對采用本發(fā)明方案后具有的更大厚度，在整個(gè)加熱器平面上厚度的總誤差可以控制在2%以下，這對上方基片溫度的均勻性帶來了額外的好處。本發(fā)明中網(wǎng)格狀金屬層的設(shè)置除了可以防止絕緣材料層破裂以外，即使局部區(qū)域發(fā)生了輕微開裂，由于絕緣材料是與網(wǎng)格狀金屬結(jié)合的所以這些裂開的部分仍然會被金屬材料拉住，不會發(fā)生脫落。所以采用本發(fā)明加熱器結(jié)構(gòu)的基片支撐臺，能夠在防止加熱器破裂的情況下獲得更厚的絕緣材料層。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)的基片支撐臺對于需要獲得對基片進(jìn)行高溫處理的工藝特別有效，在高溫處理工藝過程中基片溫度與下方的基座溫度差可能大于50度甚至可能達(dá)到100度。因?yàn)楸景l(fā)明提供的隔熱效果更好的加熱器能夠使得加熱元件29中產(chǎn)生的熱主要向上方加熱靜電夾盤以及靜電夾盤上方的基片，不僅升溫速度快，能夠減少工藝切換時(shí)間，還節(jié)約能源。

本發(fā)明中網(wǎng)格狀金屬層22、24也可以是金屬的圓片，同樣能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，避免絕緣材料層破裂。本發(fā)明中絕緣材料層除了可以是前面例舉的氧化鋁、氮化鋁等陶瓷材料也可以是有機(jī)聚合物制成的絕緣材料，這些有機(jī)絕緣材料可以是市場上可以獲得的peek、vespel、kapton等，只要是絕緣且熱導(dǎo)率低的材料都能應(yīng)用于本發(fā)明。

本發(fā)明還提供了一種基片支撐臺的制造工序，在基片支撐臺制造過程包括：

a.采用傳統(tǒng)機(jī)械加工工藝制造帶有冷卻液流通管道11的鋁合金基座10;

b．噴涂絕緣材料顆粒到基底材料上形成約0.5mm厚的絕緣材料層21，固化后完成絕緣材料層21的形成，噴涂工藝可以是電弧噴涂、等離子噴涂或者除了噴涂工藝也可以采用化學(xué)氣相沉積形成絕緣材料層，這樣形成的絕緣材料層更致密均勻；

c．形成網(wǎng)格狀金屬層22，形成工藝可以是噴涂也可以是直接直接鋪設(shè)金屬薄片；

d.重復(fù)執(zhí)行上述步驟b-c以分別形成材料層23、24、25；

e.在絕緣材料層25上形成加熱元件29;

f.再次執(zhí)行步驟b,形成絕緣材料層27。

完成加熱器和基座10的制造后可以進(jìn)一步在絕緣材料層上表面涂覆硅膠等粘接材料層，將靜電夾盤放置到所述粘接材料層上完成整個(gè)基片支撐臺的制造。上述步驟d中b-c重復(fù)執(zhí)行的次數(shù)可以根據(jù)需要優(yōu)化設(shè)定，重復(fù)執(zhí)行次數(shù)越多則絕緣材料層和網(wǎng)格狀金屬層交疊的層數(shù)越多，直到達(dá)到工藝需要的隔熱效果為止。本發(fā)明制造工序也可以是先加工制造本發(fā)明特制的加熱器，再將加熱器通過粘膠層粘接到下方基座上表面，其中加熱器的制造過程與前述a-f類似，但是下絕緣材料層是直接在基底材料上開始制造，首先在基底上依次生長各種絕緣材料層和金屬層，然后形成加熱元件和上絕緣材料層，最后將加熱器從基底材料上脫離固定到預(yù)先準(zhǔn)備的鋁基座上。

雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。