等離子體處理腔室及其靜電夾盤以及基片溫度控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種等離子體處理腔室及其靜電夾盤以及基片溫度控制方法，其中，所述靜電夾盤包括：頂層絕緣層，其中內(nèi)嵌有一直流電極；靜電夾盤基體，所述靜電夾盤基體包括頂板、底板、側(cè)壁，所述頂板、所述底板和所述側(cè)壁裝配在一起形成一空間，所述底板上設(shè)置有若干冷卻液分割裝置，相鄰的冷卻液分割裝置之間形成了冷卻液通道，其中，在所述冷卻液分割裝置之上還設(shè)置有一隔板，所述隔板和所述頂板之間具有第一空間，所述隔板具有至少一個閥門。當(dāng)需要對基片進(jìn)行降溫處理時，打開閥門，當(dāng)需要對基片進(jìn)行升溫處時，關(guān)閉閥門。本發(fā)明能夠快速有效地調(diào)整基片的溫度。
【專利說明】等離子體處理腔室及其靜電夾盤以及基片溫度控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種等離子體處理腔室及其靜電夾盤以及基片溫度控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]等離子處理裝置利用真空反應(yīng)室的工作原理進(jìn)行半導(dǎo)體基片和等離子平板的基片的加工。真空反應(yīng)室的工作原理是在真空反應(yīng)室中通入含有適當(dāng)刻蝕劑源氣體的反應(yīng)氣體，然后再對該真空反應(yīng)室進(jìn)行射頻能量輸入，以激活反應(yīng)氣體，來激發(fā)和維持等離子體，以便分別刻蝕基片表面上的材料層或在基片表面上淀積材料層，進(jìn)而對半導(dǎo)體基片和等離子平板進(jìn)行加工。
[0003]等離子體處理腔室底部包括一靜電夾盤，靜電夾盤用于夾持其上的基片進(jìn)行制程，在靜電夾盤下方設(shè)置有冷卻液的流通通道以對靜電夾盤進(jìn)行冷卻處理。由于靜電夾盤上方直接放置著基片，因此靜電夾盤的溫度均一性顯得尤為重要，理想的靜電夾盤應(yīng)該能夠快速地升高或者降低到預(yù)定溫度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對【背景技術(shù)】中的上述問題，本發(fā)明提出了一種用于等離子體處理腔室的靜電夾盤。
[0005]本發(fā)明第一方面提供了一種用于等離子體處理腔室的靜電夾盤，其中，所述靜電夾盤包括:
[0006]頂層絕緣層，其中內(nèi)嵌有一直流電極；
[0007]靜電夾盤基體，所述靜電夾盤基體包括頂板、底板、側(cè)壁，所述頂板、所述底板和所述側(cè)壁裝配在一起形成一空間，所述底板上設(shè)置有若干冷卻液分割裝置，相鄰的冷卻液分割裝置之間形成了冷卻液通道，
[0008]其中，在所述冷卻液分割裝置之上還設(shè)置有一隔板，所述隔板和所述頂板之間具有第一空間，所述隔板具有至少一個閥門。
[0009]進(jìn)一步地，所述靜電夾盤還包括一控制裝置，所述控制裝置用于控制所述閥門的開啟和關(guān)閉。
[0010]進(jìn)一步地，所述閥門開啟時與位于底板上的其中一個冷卻液通道連通。
[0011]進(jìn)一步地，若干所述冷卻液通道螺旋形地排布在所述底板上。
[0012]進(jìn)一步地，若干所述冷卻液通道相互平行地橫向排布在所述底板上。
[0013]進(jìn)一步地，所述頂層絕緣層中還包括一加熱層，所述加熱層位于所述直流電極之下，所述加熱層和所述直流電極之間還包括一隔離層。
[0014]進(jìn)一步地，所述加熱層包括鋁板。
[0015]本發(fā)明第二方面提供了一種等離子體處理腔室，其中，所述等離子體處理腔室包括本發(fā)明第一方面所述的靜電夾盤。[0016]進(jìn)一步地，所述等離子體處理腔室的靜電夾盤下方設(shè)置有一冷卻液循環(huán)裝置，其連接于所述冷卻液通道，用于對所述冷卻液通道中的冷卻液進(jìn)行循環(huán)。
[0017]本發(fā)明第三方面提供了一種用于等離子體處理腔室的基片的溫度控制方法，其中，所述等離子體處理腔室包括本發(fā)明第一方面所述的靜電夾盤，其特征在于，所述溫度控制方法包括如下步驟:
[0018]-當(dāng)需要對基片溫度加熱時，關(guān)閉位于所述隔板上的閥門；
[0019]-當(dāng)需要對基片降溫時，開啟所述隔板上的閥門。
[0020]本發(fā)明能夠快速地升高或者降低靜電夾盤上的基片溫度到預(yù)定溫度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是等離子體處理腔室的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是現(xiàn)有技術(shù)的等離子體處理腔室的靜電夾盤的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個具體實施例的等離子體處理腔室的靜電夾盤的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行說明。
[0025]圖1等離子體處理腔室的結(jié)構(gòu)示意圖。等離子體處理腔室100具有一個處理腔體102，處理腔體102基本上為柱形，且處理腔體側(cè)壁基本上垂直，處理腔體102內(nèi)具有相互平行設(shè)置的上電極109和下電極。通常，在上電極109與下電極之間的區(qū)域為處理區(qū)域P，該區(qū)域P將形成高頻能量以點燃和維持等離子體。在靜電夾盤106上方放置待要加工的基片W，該基片W可以是待要刻蝕或加工的半導(dǎo)體基片或者待要加工成平板顯示器的玻璃平板。其中，所述靜電夾盤106用于夾持基片W。反應(yīng)氣體從氣體源103中被輸入至處理腔體102內(nèi)，一個或多個射頻電源104可以被單獨地施加在下電極上或同時被分別地施加在上電極109與下電極上，用以將射頻功率輸送到下電極上或上電極109與下電極上，從而在處理腔體102內(nèi)部產(chǎn)生大的電場。大多數(shù)電場線被包含在上電極109和下電極之間的處理區(qū)域P內(nèi)，此電場對少量存在于處理腔體102內(nèi)部的電子進(jìn)行加速,使之與輸入的反應(yīng)氣體的氣體分子碰撞。這些碰撞導(dǎo)致反應(yīng)氣體的離子化和等離子體的激發(fā)，從而在處理腔體102內(nèi)產(chǎn)生等離子體。反應(yīng)氣體的中性氣體分子在經(jīng)受這些強電場時失去了電子，留下帶正電的離子。帶正電的離子向著下電極方向加速，與被處理的基片中的中性物質(zhì)結(jié)合，激發(fā)基片加工，即刻蝕、淀積等。在等離子體處理腔室100的合適的某個位置處設(shè)置有排氣區(qū)域，排氣區(qū)域與外置的排氣裝置(例如真空泵泵105)相連接，用以在處理過程中將用過的反應(yīng)氣體及副產(chǎn)品氣體抽出腔室。其中，等離子體約束環(huán)107用于將等離子體約束于處理區(qū)域P內(nèi)，而108指代的是等離子體約束環(huán)107的接地端。
[0026]圖2是現(xiàn)有技術(shù)的等離子體處理腔室的靜電夾盤的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，現(xiàn)有技術(shù)的靜電夾盤106包括一頂層絕緣層1061，其中內(nèi)嵌有直流電極。所述頂層絕緣層1061以下設(shè)置有一靜電夾盤基體(ESC Base) 1064，其包括一頂層1062a、側(cè)壁1062b以及底層1062c，上述頂層1062a、側(cè)壁1062b以及底層1062c共同構(gòu)成一空間，空間內(nèi)設(shè)置有若干個冷卻液分割裝置1062，相鄰的冷卻液分割裝置1062之間形成了冷卻液通道?，F(xiàn)有技術(shù)的靜電夾盤直接將冷卻液通道設(shè)置于靜電夾盤基體1064中，而基片直接設(shè)置于位于靜電夾盤基體1064之上的頂層絕緣層1062上，由于冷卻液通道距離基片距離很近且中間無阻斷，因此當(dāng)難以在短時間內(nèi)調(diào)整溫度。
[0027]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個具體實施例的等離子體處理腔室的靜電夾盤的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，在本實施例中，所述靜電夾盤206包括頂層絕緣層2061，其上放置有待制程的基片(未示出)，所述頂層絕緣層2062內(nèi)嵌有一直流電極，所述直流電極用于產(chǎn)生夾持基片用吸力。所述頂層絕緣層2061下面設(shè)置有靜電夾盤基體2064，所述靜電夾盤基體2064包括頂板2062a、底板2062c、側(cè)壁2062b，所述頂板2062a、所述底2062c板和所述側(cè)壁2062b連接形成一空間。在此空間中，所述底板2062c上設(shè)置有若干冷卻液分割裝置2066，相鄰的冷卻液分割裝置2066之間形成了若干冷卻液通道。
[0028]如圖3所示，其中，在若干所述冷卻液分割裝置2066之上還設(shè)置有一隔板2068，所述隔板2068把靜電夾盤基體2064的內(nèi)部空間進(jìn)一步分成上下兩個空間，分別是第一空間SI和第二空間S2。其中，所述隔板2068具有至少一個閥門2068a。其中，所述閥門2068a開啟時即連通了第一空間SI和第二空間S2，所述閥門2068a則與位于底板上的其中一個冷卻液通道連通，以使得在閥門2068a開啟時存在于冷卻液通道的冷卻液可以從該冷卻液通道逐漸通過閥門2068a進(jìn)入第二空間S2。
[0029]其中，所述頂層絕緣層2061中還包括一加熱層(未示出)，所述加熱層位于所述直流電極之下，所述加熱層和所述直流電極之間還包括一隔離層。具體地，所述加熱層還外接有電源，能夠產(chǎn)生熱量從而對位于頂層絕緣層2061之上的基片進(jìn)行加熱。典型地，所述加熱層包括鋁板。冷卻液通道分別設(shè)置了至少兩個通道，該兩個通道進(jìn)一步地連接于位于靜電夾盤206之下的冷卻液交換/循環(huán)裝置，其中，該兩個通道分別用于從靜電夾盤206中導(dǎo)出冷卻液以及從該冷卻液交換/循環(huán)裝置中向所述靜電夾盤206傳輸冷卻液，從而對設(shè)置于頂層絕緣層2061之上的基片進(jìn)行冷卻處理。
[0030]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，由于基片在制程中往往需要調(diào)整溫度，特別是在制程的不同步驟之間所需的溫度有差異。假設(shè)前一個制程需要對基片進(jìn)行降溫，而后一制程突然需要對基片進(jìn)行升溫，但是由于冷卻液通道是直接設(shè)置于放置基片的定層絕緣層之下，因此，升溫的速度必然受到影響。
[0031]本發(fā)明利用隔板2068在靜電夾盤基體2064中在頂層絕緣層2061和冷卻液通道之間設(shè)置了一個隔離的第二空間S2。當(dāng)需要對基片進(jìn)行冷卻時，打開閥門2068a，冷卻液于是從冷卻液通道從閥門2068a進(jìn)入第二空間S2，從而對位于頂層絕緣層2061之上的基片進(jìn)行加熱。當(dāng)需要對基片進(jìn)行加熱時，關(guān)閉閥門2068a，于是第二空間S2和第一空間SI由于隔板2068的隔離不能進(jìn)行溫度交換，因此剩余在第二空間S2中的冷卻液的溫度不能通過冷卻液交換/循環(huán)裝置進(jìn)行降溫。從而，第二空間S2此時的功能相當(dāng)于充當(dāng)基片和冷卻液之間的隔離空間，使得第一空間SI中的冷卻液不會對位于頂層絕緣層2061之上的基片造成任何影響，從而提高基片升溫的速度。
[0032]進(jìn)一步地，所述靜電夾盤還包括一控制裝置，所述控制裝置用于控制所述閥門的開啟和關(guān)閉。
[0033]可選地，若干所述冷卻液通道螺旋形地排布在所述底板上。
[0034]可選地，若干所述冷卻液通道相互平行地橫向排布在所述底板上。[0035]本發(fā)明第二方面提供了一種等離子體處理腔室，其中，所述等離子體處理腔室包括前述的靜電夾盤206。
[0036]進(jìn)一步地，所述等離子體處理腔室的靜電夾盤206下方設(shè)置有一冷卻液循環(huán)裝置，其連接于所述冷卻液通道，用于對所述冷卻液通道中的冷卻液進(jìn)行循環(huán)。
[0037]本發(fā)明第三方面提供了一種用于等離子體處理腔室的基片的溫度控制方法，其中，所述等離子體處理腔室前述的靜電夾盤，其特征在于，所述溫度控制方法包括如下步驟:
[0038]-當(dāng)需要對基片溫度加熱時，關(guān)閉位于所述隔板2068上的閥門2068a；
[0039]-當(dāng)需要對基片降溫時，開啟所述隔板2068上的閥門2068a，使得位于隔板2068下方的冷卻液進(jìn)入第二空間S2。
[0040]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于等離子體處理腔室的靜電夾盤，其中，所述靜電夾盤包括: 頂層絕緣層，其中內(nèi)嵌有一直流電極； 靜電夾盤基體，所述靜電夾盤基體包括頂板、底板、側(cè)壁，所述頂板、底板和側(cè)壁裝配在一起形成一空間，所述底板上設(shè)置有若干冷卻液分割裝置，相鄰的冷卻液分割裝置之間形成了冷卻液通道， 其中，在所述冷卻液分割裝置之上還設(shè)置有一隔板，所述隔板和所述頂板之間具有第一空間，所述隔板具有至少一個閥門。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電夾盤，其特征在于，所述靜電夾盤還包括一控制裝置，所述控制裝置控制所述閥門的開啟和關(guān)閉。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的靜電夾盤，其特征在于，所述閥門開啟時與位于底板上的其中一個冷卻液通道連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電夾盤，其特征在于，若干所述冷卻液通道螺旋形地排布在所述底板上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電夾盤，其特征在于，若干所述冷卻液通道相互平行地橫向排布在所述底板上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電夾盤，其特征在于，所述頂層絕緣層中還包括一加熱層，所述加熱層位于所述直流電極之下，所述加熱層和所述直流電極之間還包括一隔離層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的靜電夾盤，其特征在于，所述加熱層包括鋁板。
8.一種等離子體處理腔室，其特征在于，所述等離子體處理腔室包括權(quán)利要求1至7任一項所述的靜電夾盤。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體處理腔室，其特征在于，所述等離子體處理腔室的靜電夾盤下方設(shè)置有一冷卻液循環(huán)裝置，其連接于所述冷卻液通道，其對所述冷卻液通道中的冷卻液進(jìn)行循環(huán)。
10.一種用于等離子體處理腔室的基片的溫度控制方法，其中，所述等離子體處理腔室包括權(quán)利要求1至7任一項所述的靜電夾盤，其特征在于，所述溫度控制方法包括如下步驟: -當(dāng)需要對基片溫度加熱時，關(guān)閉位于所述隔板上的閥門； -當(dāng)需要對基片降溫時，開啟所述隔板上的閥門。
【文檔編號】H01J37/32GK103915309SQ201310001226
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年1月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月5日
【發(fā)明者】王洪青, 左濤濤, 吳狄 申請人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司