CN104752130A - 等离子体处理装置及其静电卡盘 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种静电卡盘及其所处的等离子体处理装置，所述静电卡盘包括绝缘层和位于绝缘层下方的石墨导热层，加热装置设置于所述石墨导热层下方，利用石墨材料良好的导热性能，不仅能在垂直方向快速传递热量，还能够在水平方向实现热量的快速传递。在加工加热装置时，由于制作工艺的限制，很难实现加热装置表面的完全平坦，不平坦的加热装置会造成静电卡盘加热不均匀，影响刻蚀效果。本发明通过在加热装置上方设置一层石墨导热层，利用石墨材料良好的导热性能，将热量快速的在水平方向上传递，弥补了加热装置表面不平坦对静电卡盘可能造成的温度影响，降低了加热装置的加工难度，保证了刻蚀工艺的顺利进行。

Description

等离子体处理装置及其静电卡盘
技术领域
本发明涉及等离子体处理技术领域，尤其涉及一种等离子体处理装置内的静电卡盘技术领域。
背景技术
在等离子体处理工艺过程中，常采用静电卡盘（Electro Static Chuck，简称ESC）来固定、支撑及传送基片(Wafer)等待加工件。静电卡盘设置于反应腔室中，其采用静电引力的方式，而非机械方式来固定基片，可减少对基片产生的机械损失，并且使静电卡盘与基片完全接触，有利于热传导。反应过程中，向反应腔室通入反应气体，并对反应腔施加射频功率，通常射频功率施加到静电卡盘下方的导体基座上，射频功率主要包括射频源功率和射频偏置功率，射频源功率和射频偏置功率共同作用，将反应气体电离生成等离子体，等离子体与基片进行等离子体反应，完成对基片的工艺处理。
静电卡盘在固定支撑基片进行等离子体刻蚀的同时还对基片进行加热，使其达到目标温度，确保等离子体与基片反应的效率。为此，需要在静电卡盘内部设置加热装置，如加热丝，通过对加热丝供电，实现加热丝对静电卡盘的加热。现有技术中，由于静电卡盘的面积较大，在静电卡盘快速升温的同时，很难保证静电卡盘各区域温度的均一性，不同区域的温度会有较明显的差异甚至形成冷区和热区，导致静电卡盘对基片的加热不均匀，这将对等离子体刻蚀的工艺效果带来不良的影响。现有技术为了解决静电卡盘加热不均匀的技术问题，可以将加热装置分区控制，但在有些等离子体处理装置中，只将加热装置分区控制并不能完全解决静电卡盘温度分布不均匀的问题。同时，由于制造工艺的影响，加热装置的加热丝很难做到完全平直，如果加热丝的表面不够平坦可能导致热量在静电卡盘上传递的速度不同，造成静电卡盘表面温度分布不均匀。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种等离子体处理装置，包括一真空反应腔，所述真空反应腔下方设置一支撑基片的静电卡盘，所述静电卡盘下方设置一基座，所述静电卡盘包括内部设置有直流电极的绝缘层，所述绝缘层下方设置一石墨导热层，所述石墨导热层下方设置加热装置。
优选的，所述石墨导热层的厚度小于等于1mm。
优选的，所述石墨下方热喷涂一层涂层，所述加热装置置于所述涂层内部。
优选的，所述热喷涂涂层的材料为氧化铝、氧化钇中的一种或者其混合物。
优选的，所述绝缘层和所述石墨导热层之间设置黏结层。
优选的，所述加热装置包括至少第一加热装置和第二加热装置，所述第一加热装置和所述第二加热装置温度独立控制。
优选的，所述石墨导热层上设置若干小孔，所述小孔内壁设置套筒。
优选的，所述套筒材料为陶瓷材料，所述套筒顶端高于所述石墨导热层上表面。
进一步的，本发明还公开了一种静电卡盘，所述静电卡盘位于一基座上方，所述静电卡盘包括内部设置有直流电极的绝缘层，所述绝缘层下方设置一石墨导热层，所述石墨导热层下方设置加热装置，所述加热装置包括第一加热装置和第二加热装置，所述第一加热装置和所述第二加热装置温度独立控制。优选的，所述石墨导热层的厚度小于等于1mm。
本发明的优点在于：本发明公开了一种静电卡盘及其所处的等离子体处理装置，所述静电卡盘包括绝缘层和位于绝缘层下方的石墨导热层，加热装置设置于所述石墨导热层下方，利用石墨材料良好的导热性能，不仅能在垂直方向快速传递热量，还能够在水平方向实现热量的快速传递。在加工加热装置时，由于制作工艺的限制，很难实现加热装置表面的完全平坦，不平坦的加热装置会造成静电卡盘加热不均匀，影响刻蚀效果。本发明通过在加热装置上方设置一层石墨导热层，利用石墨材料良好的导热性能，将热量快速的在水平方向上传递，弥补了加热装置表面不平坦对静电卡盘可能造成的温度影响，降低了加热装置的加工难度，保证了刻蚀工艺的顺利进行。
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：
如下附图构成了本说明书的一部分，和说明书一起列举了不同的实施例，以解释和阐明本发明的宗旨。以下附图并没有描绘出具体实施例的所有技术特征，也没有描绘出部件的实际大小和真实比例。
图1示出本发明所述等离子体处理装置的结构示意图；
图2示出本发明所述静电卡盘的结构示意图；
图3示出另一实施例的静电卡盘结构示意图；
图4a和图4b示出所述石墨导热层内设通孔的结构示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种等离子体处理装置及其静电卡盘，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明所述的技术方案适用于电容耦合型等离子体处理装置或电感耦合型等离子体处理装置，以及其他使用静电卡盘加热待处理基片温度的等离子体处理装置。示例性的，图1示出本发明所述等离子体处理装置结构示意图；所述等离子体处理装置为电容耦合型等离子体处理装置，本领域技术人员通过本发明揭示的技术方案不经过创造性的劳动做出的变形均属于本发明的保护范围。
图1示出电容耦合型等离子体处理装置结构示意图，包括一大致为圆柱形的真空反应腔100，真空反应腔100内设置上下对应的上电极150和下电极110，上电极150连接气体供应装置130，上电极150同时作为反应气体均匀进入等离子体反应腔的气体分布板；下电极110连接射频功率源170，其上方支撑静电卡盘120，静电卡盘120用于支撑基片140。本实施例所述等离子体反应室的工作原理为，上电极150和下电极110在射频功率的作用下对注入等离子体反应腔100的气体进行解离，生成等离子体160，等离子体160对基片140进行物理轰击或化学反应，实现对基片140的加工处理。反应后的副产物和未用尽的气体通过抽气泵180排出等离子体反应腔100。
图2示出本发明所述静电卡盘的结构示意图，如图2所示，静电卡盘120设于基座110上方，用于承载基片140。静电卡盘120包括绝缘层121，绝缘层内部设置有直流电极125，直流电极连接直流电源（图中未示出），直流电源作用于直流电极125在静电卡盘120表面产生静电吸力，用于固定基片140。绝缘层121下方设置一石墨导热层122，石墨导热层122下方设置加热装置126，本实施例选择将加热装置126设置于一加热层123内，所述加热层可以采用热喷涂的方式喷涂涂层，在喷涂过程中将所述加热装置设置在涂层内；也可以采用在两片导热材料间夹设加热装置的方式，加热层123的材料可以为陶瓷材料，如氧化铝、氧化钇或者其混合物，加热装置126通常为加热丝，加热丝的材料可以为镍合金或钨合金等，加热层123对所述加热丝126起到绝缘保护的作用，通过对加热丝供电实现对静电卡盘120的加热。静电卡盘120坐落于基座110上方，基座内部设置冷却渠道115，内充冷却液用于对静电卡盘进行降温，避免加热装置126的持续加热造成静电卡盘的温度不断升高，实现静电卡盘温度的高低可调。
在对加热装置进行加工过程中，加热装置表面很难做到完全平整光坦，如果加热装置表面存在稍许凹凸不平现象，都会导致加热装置产生的热量传导到基片的速率不一致，造成静电卡盘加热的不均匀现象出现。本发明采用在加热装置126上方设置一石墨导热层122，由于石墨导热层122热传导系数较高，可以将热量在水平方向迅速传导到整个静电卡盘,弥补了加热装置表面不平坦造成的静电卡盘加热不均匀现象。本发明利用石墨良好的导热性能，其至少两倍于铝或氮化铝材质的导热系数克服了现有技术中铝或氮化铝材质的导热层造成的静电卡盘温度受加热装置表面平坦与否影响严重的问题，能够有效的降低温度对加热装置126表面加工程度的依赖性，降低加工难度。
本发明所述的石墨导热层的厚度可以小于等于1mm，为了便于固定安装，绝缘层121和石墨导热层之间设置黏结层，由于黏结层厚度较小，图中未予示出。
图3示出本发明另一实施例的结构示意图，在图3所示的实施例中，加热装置包括至少第一加热装置1261和第二加热装置1262，第二加热装置1262环绕所述第一加热装置1261设置，所述第一加热装置和所述第二加热装置的温度可以独立控制，通过调整不同加热装置的温度，实现加热装置对静电卡盘的加热均匀或有一定温度差。同上述实施例，第一加热装置1261和第二加热装置1262设置于一加热层123内，所述加热层123可以采用热喷涂的方式喷涂涂层，在喷涂过程中将所述加热装置设置在涂层内；也可以采用在两片导热材料间夹设加热装置的方式。本实施例其他技术方案与上述实施例相同，在此不再赘述。
在等离子体处理装置中，静电卡盘内部通常设置若干小孔用于输送氦气及放置顶针等，由于石墨材质较软，在石墨上直接打孔石墨孔内壁上容易形成颗粒污染物，对刻蚀工艺造成影响。为了避免颗粒污染物的影响，图4a和图4b示出设置在所述石墨导热层122的孔上的套筒结构示意图。图中，1225为设置在石墨孔内壁上的套筒，套筒内形成输送氦气或放置顶针的通孔1226，套筒1225的材料可以为陶瓷材料，套筒1225的顶端表面1225a的高度略高于石墨导热层122的高度，避免石墨导热层122产生的颗粒污染物进入到通孔1226内。套筒1225的形状可以有多种，只要能包覆在石墨孔内壁，对石墨材料形成保护层，阻碍石墨导热层可能产生的颗粒污染物进入通孔内都符合本发明技术方案的要求，如图4b所示。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种等离子体处理装置，包括一真空反应腔，所述真空反应腔下方设置一支撑基片的静电卡盘，所述静电卡盘下方设置一基座，其特征在于：所述静电卡盘包括内部设置有直流电极的绝缘层，所述绝缘层下方设置一石墨导热层，所述石墨导热层下方设置加热装置。
2.根据权利要求1所述等离子体处理装置，其特征在于：所述石墨导热层的厚度小于等于1mm。
3.根据权利要求1所述等离子体处理装置，其特征在于：所述石墨下方热喷涂一层涂层，所述加热装置置于所述涂层内部。
4.根据权利要求3所述等离子体处理装置，其特征在于：所述热喷涂涂层的材料为氧化铝、氧化钇中的一种或者其混合物。
5.根据权利要求1所述等离子体处理装置，其特征在于：所述绝缘层和所述石墨导热层之间设置黏结层。
6.根据权利要求1所述等离子体处理装置，其特征在于：所述加热装置包括至少第一加热装置和第二加热装置，所述第一加热装置和所述第二加热装置温度独立控制。
7.根据权利要求1所述等离子体处理装置，其特征在于：所述石墨导热层上设置若干小孔，所述小孔内壁设置套筒。
8.根据权利要求7所述等离子体处理装置，其特征在于：所述套筒材料为陶瓷材料，所述套筒顶端高于所述石墨导热层上表面。
9.一种静电卡盘，所述静电卡盘位于一基座上方，其特征在于，所述静电卡盘包括内部设置有直流电极的绝缘层，所述绝缘层下方设置一石墨导热层，所述石墨导热层下方设置加热装置，所述加热装置包括第一加热装置和第二加热装置，所述第一加热装置和所述第二加热装置温度独立控制。
10.根据权利要求9所述的静电卡盘，其特征在于，所述石墨导热层的厚度小于等于1mm。
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