CN103050364B - 用于加热等离子体处理腔室内基片温度的电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于加热等离子体处理腔室内基片温度的电路，包括加热元件，设于夹持所述基片的夹持装置内，用于对所述基片加热；交流电源，用于向所述加热元件提供电力；以及隔离变压器，所述加热元件通过所述隔离变压器连接至所述交流电源。本发明能够在对等离子体环境下的基片加热的同时隔离射频反馈，有效防止射频信号对交流电源的干扰。

Description

用于加热等离子体处理腔室内基片温度的电路

技术领域

本发明涉及集成电路领域，特别涉及一种用于加热等离子体处理腔室内基片温度的电路。

背景技术

近年来，随着半导体制造工艺的发展，对元件的集成度和性能要求越来越高，等离子体技术(PlasmaTechnology)在半导体制造领域中正起着举足轻重的作用。等离子体技术通过使工艺气体激发形成的等离子体被应用在许多半导体工艺中，如沉积工艺(如化学气相沉积)、刻蚀工艺(如干法刻蚀)等。通常来说，等离子体处理腔室包括真空腔室，其内部上下相对设置有上部电极和下部电极，其中下部电极兼用作在真空腔室内用于支撑和夹持半导体晶片的夹持装置，上部电极兼用作气体喷出口向晶片喷出根据处理的种类选择的规定的工艺气体；以及耦合用来向夹持装置施加RF功率的射频功率源RF。射频功率源RF在上部电极和下部电极之间形成射频电场，使被电场加速的电子等与通入处理腔室的工艺气体分子发生电离冲撞，产生工艺气体的等离子体与晶片进行反应实现等离子体化，以便对半导体晶片进行等离子体处理，例如刻蚀或沉积等。通过调节该射频功率源RF，可控制生成的等离子体的密度。一般来说，作为下部电极的夹持装置包括例如为机械式夹钳，石蜡粘结，利用水表面张力吸附的夹持装置，静电吸盘（Electrostaticchuck，简称ESC）以及真空吸盘等。

由于半导体晶片是直接放置在夹持装置上，且在一些工艺处理中，对于半导体晶片的温度具有一定要求，因此夹持装置的另一个作用在于将热量均匀传递至晶片以控制进行工艺处理时半导体晶片表面的温度。为了达到快速调整夹持装置温度的目的，夹持装置内部通常包括有加热元件，通过AC交流电源施加到该加热元件以达到控制晶片表面温度。然而由于进行等离子体工艺时，用于产生等离子体的RF射频源的射频信号连接于腔室的下电极，而下电极位于包括夹持装置的基台中，而该射频信号容易影响夹持装置内的加热元件，因此不仅会造成射频功率损失，甚至会有损坏AC交流电源的情况发生。

为了解决这一问题，传统的方式是在AC回路中引入滤波器，利用滤波器在特定频率下的高阻抗达到阻止射频信号进入AC回路破坏AC交流电源的目的。如中国发明专利CN102545816A图1就公开了一种现有技术的利用与夹持装置相连的滤波器来阻止射频信号与温控信号之间干扰的技术方案。在该技术方案中，等离子体处理腔室包括有静电吸盘（ESC），静电吸盘在制造过程中用作电极并利用晶片和静电吸盘的ESC之间产生的静电吸附力（库伦力）来吸附晶片。静电吸盘的介电层中还设置有若干加热元件，通过加热介电层可将热量均匀传递至晶片。在施加到每个加热元件的温控电源(heaterpower)及其温度传感器的检测信号上，分别设置有射频滤波器进行滤波以消除射频信号与温控信号的干扰。射频滤波器一般通过绕制多层电感滤波线圈形成。然而，由于每个加热元件均需要设置独立的射频滤波器，使得整个滤波系统的体积非常庞大。为此，该中国发明专利又提出了另一种引入多通道滤波器的技术方案。多通道射频滤波器将多个电感滤波线圈整合在同一个多层绕组中，使其中相互绝缘的导线通道对应于静电吸盘的若干加热元件连接，有效减少了整个滤波系统的设置空间。通过其中相互绝缘的多个导线通道，为对应传输的相位、频率相同的传感器检测信号或温控电源分别滤波后，至若干加热元件上，实现对静电吸盘介电层的温度控制。

然而，以上两种技术方案都存在以下缺点，即传统的加热晶片的电路中滤波器虽然能够隔离射频信号，但无法达到宽频的应用。这是因为当滤波器设计在多频率时，带宽控制难度将会增加，设计和工艺都较为复杂，因此，如何实现一种设计简便且能够达成宽频滤波的电路，以在半导体晶片的加热过程中过滤RF射频反馈，阻止射频信号损坏AC交流电源成为应用等离子体技术的半导体制造工艺中急需解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种设计简单的用于加热等离子体处理腔室内基片温度的电路，其在加热基片的同时能够对等离子体环境下的射频反馈加以隔离滤波，并能够应用于宽频领域。

为达成上述目的，本发明提供一种用于加热等离子体处理腔室内基片温度的电路，包括加热元件，设于夹持所述基片的夹持装置内，用于对所述基片加热；交流电源，用于向所述加热元件提供电力；以及隔离变压器，所述加热元件通过所述隔离变压器连接至所述交流电源。

优选的，所述夹持装置包括加热元件；所述隔离变压器包括相互耦合的初级线圈和次级线圈，所述初级线圈连接所述交流电源，所述次级线圈连接所述加热元件。

优选的，所述加热元件为电阻丝。

优选的，所述等离子体处理腔室还包括埋设于所述夹持装置的电极，所述电极连接用于产生等离子体的射频功率源。

优选的，所述射频功率源输出的射频信号在所述加热元件两端为共模。

优选的，所述加热元件为多个。

优选的，所述次级线圈包括多个抽头，分别对应连接所述多个加热元件。

优选的，所述隔离变压器为多个，分别对应连接所述多个加热元件。

优选的，所述夹持装置为机械夹盘，静电吸盘或真空吸盘。

优选的，所述隔离变压器设于所述等离子体处理腔室外部且邻近于所述夹持装置。

本发明的优点在于将隔离变压器设于夹持装置和用于加热夹持装置的AC交流电源之间，利用隔离变压器传递交变的差模信号抑制共模信号的特点，将射频功率源RF输出的射频信号与AC交流电源相隔离，以更好地达到加热过程中阻止射频损失以及过滤射频反馈防止射频信号破坏AC交流电源的目的。相较于现有技术中在AC回路中增加滤波器的技术方案，本发明无需复杂的设计即可达成，更为简单方便；此外隔离变压器不同频率下均可滤波，因此本发明可应用于宽频领域，具有较高的实用性。

附图说明

图1为本发明一实施例用于加热等离子体处理腔室内基片温度的电路示意图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

本发明的等离子体处理腔室是位于等离子体处理设备中，其具有承载和夹持待加工基片的夹持装置，该基片可以是待加工的半导体晶片或者待要加工成平板显示器的玻璃平板。处理腔室内还包括工艺气体喷头，用来将工艺气体释放到基片上方的反应区中。等离子体处理设备还包括用于产生等离子体的射频功率源RF。射频功率源RF输出的RF信号的频率范围可在400KHz~120MHz之间。夹持装置用作下部电极与射频功率源RF相连，工艺气体喷头用作上部电极，当工艺气体通过气体喷头被输入到处理腔室且射频功率源RF被施加时，大电场就通过夹持装置被耦合到处理腔室内部，该电场对等离子体处理腔室内的电子进行激发，使它们与工艺气体的气体分子碰撞产生工艺气体的等离子体与晶片反应，以进行刻蚀或淀积等工艺。

在本实施例中，待加工的基片为半导体晶片，夹持装置为利用静电力将半导体晶片固定至表面的静电吸盘（ESC），但应该理解的是，夹持装置也可以采用机械类型夹盘或真空吸盘，本发明并不限于此。半导体晶片被放置在静电吸盘上，在本发明的一实施例中，半导体晶片是放置在静电吸盘的顶部、高导热陶瓷材料的介电层上，通过晶片与介电层之间产生静电引力，使晶片被牢牢地吸附在静电吸盘。静电吸盘具有与射频功率源RF相连的电极，电极可埋设于介电层中。射频功率源RF输出高频电场能量施加于该电极，以产生等离子体。

请参考图1，其所示为本发明用于加热等离子体处理腔室内基片温度的电路示意图。该电路包括设于静电吸盘1内的加热元件，隔离变压器3以及AC交流电源2。加热元件用以将半导体晶片加热到期望的温度。加热元件可以埋设于静电吸盘1的介电层中。在本实施例中，加热元件可以为电阻丝，来自电阻丝的热被传送至晶片以促进工艺。电阻丝耦接至交流电源2，由交流电源2向其提供电力。交流电源2的频率与一般的市电和工业用电相同，可为50~60Hz。利用交流电源2提供电力的作用在于其能够快速控制温度，尤其是当工艺处理的特定步骤要求晶片具有特定温度时，采用交流电源供电的加热效率较高，可以达到高于1℃/秒的升温速率。值得注意的是，在本发明中，为了阻止因射频功率源RF产生的RF射频信号耦合到电阻丝而造成射频功率源RF的功率损失及交流电源2的损坏，电阻丝是经由隔离变压器3耦接至交流电源2，以实现交流电源2供应功率至电阻丝。在本发明的一实施例中，隔离变压器3可设于等离子体处理腔室外部邻近于静电吸盘1处，从而能够使得连接时布线更为方便灵活，并且避免隔离变压器3与静电吸盘1间连线过长导致射频功率源RF产生的射频信号对连线的影响。

如图1所示，隔离变压器3包括相互耦合的初级线圈和次级线圈，其中初级线圈连接交流电源2，次级线圈连接电阻丝。在本发明的一些实施例中，静电吸盘1具有多个加热元件，此时次级线圈可具有多个抽头，分别对应连接该些加热元件；或者静电吸盘1和交流电源2之间也可设有多个隔离变压器3，分别对应连接该些加热元件。在加热过程中，交流电源2输出的电流由隔离变压器3的初级线圈耦合至次级线圈，再通过电阻丝加热静电吸盘1。此外，加热电流的电流值可通过隔离变压器3的初级线圈和次级线圈的变化来调整，例如初级线圈和次级线圈的匝数比可为1:1，当然也可以根据对加热情况的不同需求调整为其他比例，本发明并不限于此。

当等离子体处理腔室进行等离子体反应，半导体晶片处于等离子体环境下时，施加于静电吸盘1的射频功率源RF输出的射频信号会耦合至电阻丝而馈入隔离变压器3的次级线圈。由于变压器具有只能传送交变的差模电流，不能传送共模电流的特性，且射频功率源RF输出的射频信号在电阻丝两端为共模，也就是射频信号同时感应到变压器次级线圈的两端，电位差为零，因此次级线圈中将无交变电流产生，隔离变压器3的铁芯中不会产生磁通，其初级线圈也就无法感应到该射频信号。由此可见，设置于静电吸盘1和交流电源2之间的隔离变压器3起到了隔离射频信号的作用，能够有效防止射频损耗以及射频信号对交流电源2的干扰。

综上所述，本发明充分利用了隔离变压器传递交变的差模信号，抑制共模信号的特点，通过隔离变压器将射频功率源RF输出的射频信号与用于提供电力的AC交流电源相隔离，以更好地达到加热基片的过程中阻止射频损耗同时过滤射频反馈的目的。相较于现有技术中在AC回路中增加滤波器的技术方案，本发明无需复杂的设计即可达成，更为简单方便，此外隔离变压器在不同频率下均可滤波，可应用于宽频领域，具有较高的实用性。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (5)

1.一种用于加热等离子体刻蚀处理腔室内基片温度的电路，所述等离子体刻蚀处理腔室包括真空腔室，其内部上下相对设置有上部电极和下部电极；以及耦合用来向夹持装置施加RF功率的射频功率源，其中所述射频功率源在所述上部电极和下部电极之间形成射频电场；其特征在于，所述电路包括：

多个加热元件，设于夹持所述基片的夹持装置内，用于对所述基片加热；

交流电源，用于向所述多个加热元件提供电力；以及

隔离变压器，所述多个加热元件通过所述隔离变压器连接至所述交流电源，所述隔离变压器包括相互耦合的初级线圈和次级线圈，所述初级线圈连接所述交流电源，所述次级线圈包括多个抽头以分别对应连接所述多个加热元件，或者所述夹持装置和所述交流电源之间设有多个所述隔离变压器，所述多个隔离变压器的次级线圈分别对应连接所述多个加热元件；

其中，当所述等离子体刻蚀处理腔室进行等离子体反应时，所述射频功率源输出的射频信号耦合到所述多个加热元件上，由于所述射频功率源输出的射频信号在所述加热元件两端为共模，射频信号同时感应到所述变压器次级线圈两端的电位差为零，次级线圈中将无交变电流产生，从而使初级线圈无法感应到该射频信号，以将所述射频功率源输出的不同频率的射频信号与所述交流电源相隔离。

2.根据权利要求1所述的用于加热等离子体刻蚀处理腔室内基片温度的电路，其特征在于，所述夹持装置为利用静电力将半导体晶片固定至表面的静电吸盘；所述隔离变压器设于所述等离子体刻蚀处理腔室外部邻近于静电吸盘处。

3.根据权利要求1所述的用于加热等离子体刻蚀处理腔室内基片温度的电路，其特征在于，所述加热元件为电阻丝。

4.根据权利要求1所述的用于加热等离子体刻蚀处理腔室内基片温度的电路，其特征在于，所述夹持装置为机械夹盘或真空吸盘。

5.根据权利要求1所述的用于加热等离子体刻蚀处理腔室内基片温度的电路，其特征在于，所述隔离变压器设于所述等离子体刻蚀处理腔室外部且邻近于所述夹持装置。