CN103165381B - 一种控制所负载基板温度的静电卡盘及等离子体处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于控制所负载基板温度的静电卡盘，其用于在等离子体处理装置中承载基板，所述的静电卡盘包括第一温度控制区和第二温度控制区，所述第一温度区与所述第二温度区上下分布，其特征在于，至少所述第一温度控制区设置至少一阻热区，所述阻热区内存在一阻热槽。还提供一种等离子体处理装置。本发明通过对静电卡盘的不同温度控制区设置不同的阻热区，从而减少静电卡盘横向传递热量，实现静电卡盘最大化地纵向地将热量传递给放置于静电卡盘上的基板，从而进一步提高应用本发明所提供的静电卡盘的等离子体处理装置的工作效率，节省能源。

Description

一种控制所负载基板温度的静电卡盘及等离子体处理装置

技术领域

本发明涉及半导体制程设备，尤其是对所负载基板实施等离子体处理的等离子体处理装置，具体地，涉及用于固定被实施等离子体处理的基板等被处理体的静电卡盘以及具有该静电卡盘的等离子体处理装置。

背景技术

在半导体设备的制造过程中，例如蚀刻、沉积、氧化、溅射等处理过程中，通常会利用等离子体对基板（晶片）进行处理。一般地，对于等离子体处理装置来说，作为生成等离子体的方式，大体上可分为利用电晕（glow）放电或者高频放电，和利用微波等方式。

例如，在高频放电方式的等离子体处理装置中，被处理基板被置于静电卡盘之上，所述静电卡盘通过静电力来固定所述被处理基板。在对被处理基板进行等离子化处理的过程中，组成静电卡盘的陶瓷会在纵向上向被处理基板传递热量，同时静电卡盘的陶瓷也会在横向上散热。而从对被处理基板的操作目的来看，所述陶瓷在横向上传递热能是不需要的，这造成了热能的浪费。

所以，需要一个技术方案解决所述静电卡盘横向传递热能的问题。在现有技术中，存在通过改变静电卡盘或类似装置的厚度来改变静电卡盘的热传导性能，例如美国专利（专利号：5,761,023）提出了设置静电卡盘的不同位置为不同厚度的电解质来控制静电卡盘表面温度的技术方案，但该方案仅仅简单地调整静电卡盘的厚度，并不能起到非常好的效果。

发明内容

针对现有技术中无法很好解决静电卡盘横向传递热能的缺陷，本发明的目的是提供一种用于控制所负载基板温度的静电卡盘以及等离子体处理装置。

根据本发明的一个方面，提供一种用于控制所负载基板温度的静电卡盘，其用于在等离子体处理装置中承载基板，所述静电卡盘包括绝缘材料层包裹的一静电电极，所述静电电极上方包括第一绝缘层，所述静电电极下方包括第二绝缘层，所述的静电卡盘包括第一温度控制区和第二温度控制区，其特征在于，所述第一温度控制区和第二温度控制区之间设置至少一阻热区11，至少所述阻热区11的上表面或下表面之一存在一个阻热槽，所述阻热槽深度超过所述第一绝缘层或第二绝缘层厚度的30%。

根据本发明的另一个方面，还提供一种等离子体处理装置，其用于对基板进行等离子化处理，其通过一静电卡盘承载所述基板，其特征在于，所述静电卡盘为上述的静电卡盘。

本发明通过对静电卡盘的不同温度控制区设置不同的阻热区，从而减少静电卡盘横向传递热量，实现静电卡盘最大化地纵向地将热量传递给放置于静电卡盘上的基板，从而进一步提高应用本发明所提供的静电卡盘的等离子体处理装置的工作效率，节省能源。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出根据现有技术的等离子体处理装置用的载置台的纵截面图；

图2示出根据本发明的第二实施例的，等离子体处理装置用的静电卡盘32的纵截面图；

图3示出根据本发明第三实施例的，等离子体处理装置用的静电卡盘32的纵截面图；

图4示出根据本发明第四实施例的，等离子体处理装置用的静电卡盘32的纵截面图；

图5示出根据本发明第五实施例的，等离子体处理装置用的静电卡盘32的纵截面图；

图6示出根据本发明第六实施例的，等离子体处理装置用的静电卡盘32的纵截面图；

图7示出根据本发明第七实施例的，等离子体处理装置用的静电卡盘32的纵截面图；以及

图8示出根据本发明的第八实施例的，等离子体处理装置用的静电卡盘32的横截面图。

具体实施方式

图1示出根据现有技术的等离子体处理装置的纵截面示意图。本领域技术人员理解，在现有技术中，等离子体处理装置通常包括：例如由内部成为密闭空间的真空腔室构成的处理容器100；在该处理容器100的底面中央配设的载置台；以及在载置台的上方以与该载置台相对的方式设置着的上部电极80。

该载置台2的结构通常包括：基座34，该基座设置有下部电极20，该下部电极20与所述上部电极80相适应；基座上方设置有固定基板（晶片）30用的静电卡盘32。所述下部电极20，例如经由绝缘部件24被固定在所述基座34上。且所述下部电极20连接射频电源。

另外，上部电极80形成为中空状，在其下面例如均匀分散地形成有向处理容器800内分散供给处理气体用的多个气体供给孔。上部电极80的上面中央设有气体导入管，该气体导入管贯通处理容器800的上面中央，在上游与处理气体供给源810连接。优选地，该处理气体供给源800能够对等离子体处理装置的处理气体供给量的给断以及增减进行控制。

通过以上的各装置结构，在等离子体处理装置的处理容器800内形成由下部电极20和上部电极80构成的一对平行平板电极。调整处理容器800内部至指定的压力后，通过导入处理气体，从射频电源供给高频电力，处理气体等离子体化，高频流过由下部电极20→等离子体→上部电极80→处理容器800的壁部→大地构成的通路。通过等离子体处理装置的这种作用，对承载在所述静电卡盘32上的基板（晶片）30实施利用等离子体的蚀刻。

进一步地，本领域技术人员理解，上述静电卡盘32优选地为一圆盘状（或称之为圆柱状），并放置在同样为圆盘状的下部电极20上。优选地，在下文中所描述的静电卡盘32同样为圆盘状，在此不予赘述。

图2示出根据本发明的第二实施例的，等离子体处理装置用的静电卡盘32的纵截面图。具体地，所述静电卡盘32呈一个圆柱形，且优选地由陶瓷组成，用于在等离子体处理装置中承载基板30，其包括一静电电极323，所述静电电极323的上方有一第一绝缘层324，其下方有一第二绝缘层325，所述第一绝缘层324与所述第二绝缘层325将所述静电电极323包裹起来。更具体地，所述静电卡盘32还包括第一温度控制区321与第二温度控制区322，具体如2所示。所述第一温度控制区321与所述第二温度控制区322之间至少设置一阻热区11，所述组热区11上至少设有一阻热槽111。进一步地，图2示出本发明的一个优选例，具体地，所述第一温度控制区321与所述第二温度控制区322之间设有一个阻热区11，所述阻热区11中有多条阻热槽111，并且从本实施例所示的纵截面图可以看出，所述阻热槽111的纵截面呈倒三角形。而在本实施例的一些变化例中，所述阻热区11可以设置有多个，并且多个所述阻热区11内均只设有一条阻热槽111，又或者多个所述阻热区11内都设有多条所述阻热槽111。本领域技术人员理解，这些变化例均可以结合图2所示实施例予以实现，在此不予赘述。更具体地，所述阻热槽111设置在所述阻热区11的上表面或下表面，即所述阻热槽111设置在所述第一绝缘层324或第二绝缘层325的外表面，并且所述阻热槽111的深度超过所述第一绝缘层或第二绝缘层厚度的30%，但其深度小于所述第一绝缘层324或所述第二绝缘层325厚度的80%，此处不予赘述。

更为具体地，根据图2所示实施例，优选地，所述第一绝缘层324与所述第二绝缘层325上各设有阻热槽111与阻热槽121，进一步地，所述阻热槽111与所述阻热槽121沿所述静电卡盘32的水平面中心线呈上下对称，而在一些变化例中，本领域技术人员理解，所述阻热槽111与所述阻热槽121可以是上下交错的，在此不予赘述。更进一步地，在本实施例中，所述阻热槽111与所述阻热槽121均是以所述静电卡盘32的中心点为圆心并呈一封闭的圆周，并且多个所述阻热槽111在所述第一绝缘层324上或多个所述阻热槽121在所述第二绝缘层325上是均匀分布的，即每条所述阻热槽111或所述阻热槽121之间的间距是相等的，而在另一些变化例中，多个所述阻热槽111在所述第一绝缘层324上或多个所述阻热槽121在所述第二绝缘层325上的分布可以是不均匀的，例如两条所述阻热槽111之间的间距大于另两条所述阻热槽之间的间距，本领域技术人员理解，这些变化例均可以结合图2所示实施例予以实现，此处不予赘述。

图3示出根据本发明的第三实施例的，等离子体处理装置用的静电卡盘32的纵截面图。本实施例可以理解为上述图2所述实施例的一个变化例，为了更清晰地阐述所述阻热区11之中所述阻热槽111或所述阻热槽121的具体形状与尺寸，图3单独示出了一个所述阻热区11的结构图，具体地，在本实施例中，所述阻热槽111或所述阻热槽121的纵截面图矩形，优选地，所述阻热槽111与阻热槽121沿着所述静电卡盘32的水平中心线上下对称。更具体地，在一个优选例中，每条所述阻热槽111之间的间距是相等的，其与每条所述阻热槽121之间的间距也是相等的，而每条阻热槽111的宽度也是相等的，所述阻热槽111与所述阻热槽121均匀地分布在所述第一绝缘层324与所述第二绝缘层325之中，即如图3所示。而在一些变化例中，所述每条所述阻热槽111之间的间距是不同的，并且每条所述阻热槽111之间的间距与每条所述阻热槽121之间的间距也是不同的，即此时，所述静电卡盘32上下的所述阻热槽111与所述阻热槽121完全呈不规则分布。进一步优选地，本领域技术人员理解，所述每个阻热槽111的宽度是相等的，即一个阻热槽111的宽度与另一个阻热槽111的宽度是相等，且更进一步优选地，每个阻热槽111与每个阻热槽121的宽度也是相等的；而在另一个实施例中，所述每个阻热槽111的宽度是不相同的，例如其中一个阻热槽111的宽度大于另一个阻热槽的宽度，更进一步地，阻热槽111的宽度与阻热槽121的宽度也是不相同的，两者的宽度不具有规律性。本领域技术人员结合上述实施例可以实现图3所示实施例以及变化例，在此不予赘述。

图4示出根据本发明第四实施例的，等离子体处理装置用的静电卡盘32的纵截面图。本实施例可以理解为上述图2所述实施例的一个变化例，具体地，在本实施例中，优选地，所述阻热槽111与所述阻热槽121的截面均呈梯形，所述阻热槽111与所述阻热槽121沿所述静电卡盘32的水平中心线上下对称，并且所述阻热槽111与所述阻热槽121均匀地分布在所述第一绝缘层324与所述第二绝缘层325之中。进一步地，在一些变化例中，所述阻热槽111与所述阻热槽121可以是上下交错分布的。更具体地，在一个优选例中，多个所述阻热槽111的形状、尺寸是完全相同的，其与所述阻热槽121也是相同的，而在一些变化例中，多个所述阻热槽111的尺寸是不同的，例如，每个所述阻热槽111的深度可以是不同的，或者多个所述阻热槽111的槽宽也是不同的，又或者所述每个阻热槽111之间的间距也可以是不相等的。更进一步地，在另一个变化例中，所述阻热槽111与阻热槽121均呈梯形，但两者的尺寸或者间距不同。本领域技术人员结合上述实施例可以实现图4所示实施例以及变化例，在此不予赘述。

图5示出根据本发明第五实施例的，等离子体处理装置用的静电卡盘32的纵截面图。本实施例可以理解为上述图2所述实施例的一个变化例，具体地，在本实施例中，所述阻热槽111或阻热槽121的截面呈倒梯形，其与所述图3或图4类似的所述阻热槽111或阻热槽121沿所述静电卡盘32的水平中心线上下对称。优选地，多个所述阻热槽111的形状、尺寸是完全相同的，其与所述阻热槽121也是相同的，并且所述阻热槽111与所述阻热槽121均匀地分布在所述第一绝缘层324与所述第二绝缘层325之中。而在一些变化例中，多个所述阻热槽111的尺寸是不同的，例如，每个所述阻热槽111的深度可以是不同的，或者多个所述阻热槽111的槽宽也是不同的，又或者所述每个阻热槽111之间的间距也可以是不相等的。更进一步地，在另一个变化例中，所述阻热槽111与阻热槽121均呈倒梯形，但两者的尺寸或者间距不同。本领域技术人员结合上述实施例可以实现图5所示实施例以及变化例，在此不予赘述。

图6示出根据本发明第六实施例的，等离子体处理装置用的静电卡盘32的纵截面图。本实施例可以理解为上述图2所述实施例的一个变化例。具体地，在本实施例中，所述阻热槽111或阻热槽121的截面呈一扇形，优选地，所述阻热槽111或阻热槽121沿所述静电卡盘32的水平中心线上下对称，并且每个所述阻热槽111的形状、尺寸都相同，每个所述阻热槽121的形状、尺寸也都相同，此时所述阻热槽111与所述阻热槽121均匀地分布在所述第一绝缘层324与所述第二绝缘层325之中。而在一些变化例中，每个所述阻热槽111的扇形弧度可以是不同的，每个所述阻热槽121的扇形弧度可以是不同的。更进一步地，在另一个变化例中，所述阻热槽111与阻热槽121均呈扇形，但两者的尺寸或者间距不同。本领域技术人员结合上述实施例可以实现图6所示实施例以及变化例，在此不予赘述。。

图7示出根据本发明第七实施例的，等离子体处理装置用的静电卡盘32的纵截面图。本实施例可以理解为上述图2所述实施例的一个变化例。具体地，在本实施例中，所述阻热槽111截面呈矩形，而所述阻热槽121截面呈三角形，所述阻热槽111与阻热槽121呈不同的形状，且优选地，所述阻热槽111或阻热槽121同样沿所述静电卡盘32的水平中心线上下对称，并且所述阻热槽111与所述阻热槽121均匀地分布在所述第一绝缘层324与所述第二绝缘层325之中。更具体地，在一个优选例中，多个所述阻热槽111的形状、尺寸都是相同的，类似地，多个所述阻热槽121的形状、尺寸也是相同的。而在不同的变化例中，每个所述阻热槽111的尺寸可以是不同的，每个所述阻热槽121的尺寸也可以是不同的，例如，所述阻热槽111的深度可以各不相同，或者所述阻热槽121呈三角形，其夹角也可以是不相同的，更进一步地，在又一些变化例中，每个所述阻热槽111的形状也可以是不同的，例如，其从左至右可以依次为矩形、三角形、梯形或者以其他形状随机地排列，类似的，每个所述阻热槽121的形状在所述变化例中也可以是不同的。本领域技术人员结合上述实施例可以实现图7所示实施例以及变化例，在此不予赘述。

进一步地，根据图2至图7所示实施例中所述阻热槽111与阻热槽121，其截面形状可以是三角形（如图2所示），也可以为其他形状例如矩形（如图3所示）、梯形（如图4所示）、倒梯形（如图5所示）或扇形（如图6所示）等，而所述阻热槽111与所述阻热槽121的形状既可以是相同的（如图2~图6所示），也可以是不相同的（如图7所示），本领域技术人员理解，这些实施例的变化例均可以结合图2~图6所示实施例予以实现，在此不予赘述。

图8示出根据本发明的第八实施例的，等离子体处理装置用的静电卡盘32的横截面图。为了更清楚地阐述本发明，图8示出了去除被处理基板30之后的所述静电卡盘32的横截面图。从本实施例可以看出，俯视所述静电卡盘32，所述静电卡盘32的中心区域设有所述第一温度控制区321，而其外围区域设有所述第二温度控制区322，所述第一温度控制区321与所述第二温度控制区322之间设有一阻热区11，所述阻热区11中有若干所述阻热槽111。更为具体地，优选地，所述第一温度控制区321为一圆形，所述第二温度控制区322为一圆环，所述第一阻热区11内的阻热槽111基本上围绕所述静电卡盘32的边缘呈一封闭的圆周，即圆环，并且在所述阻热区11中的阻热槽111为多个的情况下，所述多个阻热槽111优选地均匀分布，进而多个所述阻热槽111应为多个间距相等的同心圆。类似地，本领域技术人员理解，在与图8对应的仰视图中，所述第二阻热区12的多个阻热槽121也优选地为多个间距相等的同心圆。由于在本实施例中，我们优选地示出了所述静电卡盘32的上表面的横截面图，所以无法看出所述第二阻热区12的情况，但本领域技术人员参考现有实施例可以对此予以理解，下文中涉及到所述第二阻热区12或阻热槽121的部分类似，在此不予赘述。

更为具体地，根据图8所示实施例所述的阻热槽111或图8未示出的阻热槽121，本领域技术人员理解，所述多个阻热槽111或阻热槽121可以为分布不均匀的同心圆，即所述多个阻热槽111或阻热槽121在所述第一阻热区11或第二阻热区12内呈中心密集，边缘区域稀疏的方式分布，或所述多个阻热槽111或阻热槽121在所述第一阻热区11或第二阻热区12内呈中心稀疏，边缘区域密集的方式分布。本领域技术人员结合上述实施例可以实现图8所示实施例以及变化例，在此不予赘述。

根据图2~图8所示实施例，更进一步地，本领域技术人员理解，本发明通过在所述第一温度控制区321和第二温度控制区322上设置所述第一阻热区11及阻热槽111和第二阻热区12及阻热槽121，减少静电卡盘32的陶瓷面积，以此限制所述静电卡盘32上热量的传递，避免不必要的热量浪费，以达到本发明的设计目的。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种用于控制所负载基板温度的静电卡盘，其用于在等离子体处理装置中承载基板，所述静电卡盘包括绝缘材料层包裹的一静电电极，所述静电电极上方包括第一绝缘层，所述静电电极下方包括第二绝缘层，所述的静电卡盘包括第一温度控制区和第二温度控制区，其特征在于，所述第一温度控制区和第二温度控制区之间设置至少一阻热区(11)，所述阻热区内的第一绝缘层和第二绝缘层存在各自的阻热槽(111，121)，所述阻热槽深度超过所述第一绝缘层或第二绝缘层厚度的30％。

2.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述阻热区内所述第一绝缘层的阻热槽与所述第二绝缘层的阻热槽在上下对应的位置上。

3.根据权利要求1或2所述的静电卡盘，其特征在于，所述阻热区包括多个阻热槽，各个阻热槽呈圆环状在所述第一绝缘层或第二绝缘层的外表面分布。

4.根据权利要求3所述的静电卡盘，其特征在于，所述的多个阻热槽呈圆环状均匀地分布。

5.根据权利要求1或2或4所述的静电卡盘，其特征在于，所述阻热槽深度小于第一绝缘层或第二绝缘层厚度的80％。

6.根据权利要求1或2或4所述的静电卡盘，其特征在于，所述阻热槽(111，121)以所述静电卡盘的中心点为圆心并呈一封闭的圆周。

7.根据权利要求1或2或4所述的静电卡盘，其特征在于，所述阻热槽(111，121)的纵截面为如下形状中的任一种或任多种：

-三角形；

-矩形；

-梯形；

-倒梯形；以及

-扇形。

8.一种等离子体处理装置，用于对基板进行等离子化处理，其通过一静电卡盘承载所述基板，其特征在于，所述静电卡盘为根据上述权利要求1至7中任一项所述的静电卡盘。