CN105097630A - 承载装置以及等离子刻蚀设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种承载装置，所述承载装置包括静电卡盘、环绕所述静电卡盘设置的边缘环组件和设置在所述静电卡盘内的主加热器，其中，所述承载装置还包括辅助加热器，所述辅助加热器设置在所述边缘环组件中。相应地，本发明还提供一种包括上述承载装置的等离子刻蚀设备。本发明所提供的承载装置能够对基片的边缘区域进行有效的温度控制，在不对静电卡盘进行升级设置的情况下，提高中心区域与边缘区域的温度均匀性，降低工艺成本。

Description

承载装置以及等离子刻蚀设备

技术领域

本发明涉及半导体制造设备领域，具体地，涉及一种承载装置以及包含该承载装置的等离子刻蚀设备。

背景技术

静电卡盘广泛应用于集成电路(IC)制造工艺过程中，特别是在等离子刻蚀(ETCH)、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)等工艺过程中，用于在反应室内固定、支撑以及传送晶片，为晶片提供直流偏压并且控制晶片表面的温度。

图1为现有技术中静电卡盘的结构示意图。如图1所示静电卡盘包括由上至下依次叠置的绝缘层1、主加热器2、隔热层4和基座3。其中，绝缘层1采用Al2O3或AlN等陶瓷材料制成，并且在绝缘层1中设置有直流电极层(图中未示出)，直流电极层与直流电源电连接后在直流电极层与晶片之间产生静电引力，从而将晶片等被加工工件固定在绝缘层1的顶部；主加热器2用于对晶片等被加工工件进行加热；隔热层4采用硅橡胶等高绝缘材料制成，以阻挡由主加热器2产生的热量向基座3传导，从而可以减少主加热器2的热量损失，进而提高静电卡盘的加热效率；基座3与射频电源连接，用以在晶片等被加工工件上生成射频偏压。

图2为包括图1中所示的静电卡盘的承载装置的结构示意图。如图2所示，包括静电卡盘8以及静电卡盘的边缘环组件，边缘环组件主要包括聚焦环6和基环7，静电卡盘8为图1中所示的静电卡盘，聚焦环6设置在静电卡盘8外周缘的台阶上，围绕在静电卡盘8的外侧，其上表面略低于静电卡盘8的上表面，避免静电卡盘8受到工艺气体的腐蚀，对静电卡盘8起到保护作用，聚焦环6由防腐蚀材料制成。另外，在聚焦环6的下方设置有基环7，基环7围绕在静电卡盘8上台阶以下部分，基环7由防腐蚀材料制成，以避免静电卡盘8受到工艺气体的腐蚀，起到保护作用。

随着基片尺寸的增大，基片表面中心区域的温度场与晶片边缘区域的温度场的不均匀越来越明显，不均匀分布的温度场导致了基片5的中心区域以及边缘区域的刻蚀的不均匀性。

因此，如何使得基片的中心区域与边缘区域温度场均匀一致成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种承载装置以及等离子刻蚀设备，其能够对基片的边缘区域进行有效的温度控制，使得中心区域与边缘区域的温度均匀性提高，从而提高了工艺的均匀性，降低了工艺成本

为实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种承载装置，所述承载装置包括静电卡盘、环绕所述静电卡盘设置的边缘环组件和设置在所述静电卡盘内的主加热器，其中，所述承载装置还包括辅助加热器，所述辅助加热器设置在所述边缘环组件中。

优选地，所述边缘环组件包括基环和设置在所述基环上方的聚焦环，所述辅助加热器内嵌于所述基环和/或所述聚焦环中。

优选地，所述基环和/或所述聚焦环由陶瓷材料制成。

优选地，所述基环包括陶瓷材料制成的上基环和陶瓷材料制成的下基环，所述辅助加热器通过丝网印刷的方式形成在所述下基环的上表面上，且所述上基环和所述下基环通过烧结固定连接。

优选地，所述辅助加热器为环形。

优选地，所述承载装置包括为所述辅助加热器供电的供电组件。

优选地，所述供电组件包括探针和电源，所述边缘环组件中设置有安装孔，所述电源设置在所述边缘环组件的外部，所述探针设置在所述安装孔内，且所述探针的一端与所述辅助加热器电连接，所述探针的另一端与所述电源电连接。

优选地，所述承载装置还包括温度控制模块，所述温度控制模块与所述辅助加热器电连接，以控制所述辅助加热器的温度。

优选地，所述温度控制模块包括温度传感器和温度控制器，所述温度控制器与供电组件相连，所述温度传感器用于测量所述辅助加热器的温度，所述温度控制器根据所述温度传感器测得的温度控制所述供电组件占空比的大小。

作为本发明的另一个方面，提供一种等离子刻蚀设备，所述等离子刻蚀设备包括反应腔室，在所述反应腔室内设置有承载装置，其中，所述承载装置为本发明所提供的上述的承载装置。

可见，本发明所提供的承载装置以及等离子刻蚀设备，在不影响承载装置使用寿命的条件下，很有效的对基片外围边缘区域的温度进行控制，提高边缘与中心温度的均匀性，从而提高工艺的均匀性，并且设计简单，无需对静电卡盘进行设计升级，降低了静电卡盘设计开发费用。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为现有技术中静电卡盘的结构示意图；

图2为包括图1中所示的静电卡盘的承载装置的结构示意图；

图3为本发明提供的承载装置的一种实施方式的结构示意图；

图4为本发明提供的承载装置的辅助加热器位于基环中的图3中I区局部放大图；以及

图5为本发明提供的承载装置的另一种实施方式的局部放大图，展示了辅助加热器的设置位置。

附图标记说明

1-绝缘层；2-主加热器；3-基座；4-隔热层；5-基片；6-聚焦环；7-基环；8-静电卡盘；9-绝缘环；10-供电组件；11-固定壳体；12-辅助加热器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

作为本发明的一个方面，提供一种承载装置，如图3所示。图3为本发明提供的承载装置的一种实施方式的结构示意图，所述承载装置包括静电卡盘8、环绕该静电卡盘8设置的边缘环组件和设置在静电卡盘8内的主加热器，其中，所述承载装置还可以包括辅助加热器12，该辅助加热器12设置在所述边缘环组件中。

应当理解的是，静电卡盘8内设置的主加热器用于对设置在静电卡盘8上的基片5进行加热，并控制基片5中心区域的温度场。设置在边缘环组件中的辅助加热器12用于控制设置在静电卡盘8上的基片5的边缘温度。

通过控制边缘环组件中的辅助加热器12的温度，可以使得基片5的中心区域、基片5的边缘区域以及基片5的外围区域温度均匀一致，从而可以使得包括所述承载装置的反应腔室内的带电粒子(例如，等离子体)能够均匀地分布在基片5的中心区域和基片5的边缘区域，以实现对基片5的均匀刻蚀。

在本发明中，将辅助加热器的辅助加热器12设置在边缘环组件中的有益效果在于，所述边缘环组件可以防止辅助加热器12被等离子体刻蚀，从而可以提高承载装置的使用寿命。

在本发明中，对辅助加热器12的设置方式并没有特殊限定，只要设置在边缘环组件中，且能够控制基片5外围区域的温度即可。

作为本发明的一种具体实施方式，所述边缘环组件包括基环7和设置在基环7上方的聚焦环6，因此，可以将辅助加热器12内嵌于基环7和/或聚焦环6中。即，可以将辅助加热器12内嵌于基环7内(如图4所示)，也可以将辅助加热器12内嵌于聚焦环6内(如图5所示)，或者还可以在基环7和聚焦环6内均内嵌设置辅助加热器12。

如上文中所述，通过将辅助加热器12设置在基环7和/或聚焦环6中，可以控制所述边缘环组件上方及周围的区域的温度场(即，基片5的边缘及外围区域的温度场)，使得基片5的中心区域、边缘区域以及外围区域的温度场均匀一致。

优选地，可以将辅助加热器12设置在聚焦环6内，并且，进一步优选地，辅助加热器12与基环7的上表面之间的距离不大于3mm，从而可以保证对基片的边缘区进行有效的温度控制。

通常，可以利用石英材料(SiO2)制备基环7和聚焦环6。为了便于将辅助加热器12内嵌于所述边缘环组件中，作为本发明的一种优选实施方式，基环7和/或聚焦环6可以由陶瓷材料制成。即，可以利用陶瓷材料制备基环7，也可以利用陶瓷材料制备聚焦环6，当然，优选的是，基环7和聚焦环6均由陶瓷材料制成。

在制备基环7和/或聚焦环6时，可以将辅助加热器12设置在用于制备基环7和/或聚焦环6的Al2O3陶瓷粉末中，然后烧结成型，即可得到内嵌有辅助加热器12的基环7和/或聚焦环6。

或者，可以利用丝网印刷的方式加工内嵌有辅助加热器12的基环7和/或聚焦环6。具体地，当辅助加热器12内嵌于基环7中时，以辅助加热器12为界限，将基环7分为上基环和下基环两部分，利用陶瓷粉末分别烧结形成所述上基环和所述下基环。随后可以通过如下两种方式形成内嵌有辅助加热器12的基环7：在第一种方式中，在所述下基环上表面进行丝网印刷辅助加热器12，然后将所述上基环和设置有辅助加热器12的所述下基环放入真空烧结炉炉中进行二次烧结，从而形成内嵌有辅助加热器12的基环7；在第二种方式中，将所述上基环、所述下基环和预先制成的辅助加热器12放入真空烧结炉中通过一次陶瓷烧结的方式完成加工制造，形成内嵌有辅助加热器12的基环7。当辅助加热器12内嵌于聚焦环6中时，其加工方式同辅助加热器12内嵌于基环7时的加工方式完全相同。采用这样的材料以及加工方式，结构简单，加工方便，降低了静电卡盘开发的费用。

对辅助加热器12的具体形式没有特殊的限定，例如，可以是能够实现电阻加热的电阻丝，也可以是能够实现感应加热的感应线圈。对辅助加热器12的形状也没有限定，可以是条状的电阻丝，也可以是螺旋状的线圈，也可以是其它的形状。

为了便于制造，辅助加热器12可以为环形。采用这样的形状可以对基片5的边缘区域以及基片5的外围区域充分加热，从而达到更精确的温度控制，使得基片5的中心区域、基片5的边缘区域以及基片5的外围区域温度均匀一致。

更进一步地，所述辅助加热器包括为辅助加热器12供电的供电组件10。供电组件10通过压接或者焊接的方式与辅助加热器12的底部相连，用于为辅助加热器12供电，使得辅助加热器12与供电组件10之间有电流通过。

更进一步地，所述供电组件10还包括探针和电源，所述边缘环组件中设置有安装孔，该安装孔内设置有探针，所述电源设置在所述边缘环组件的外部，所述探针的一端与辅助加热器12电连接，另一端与所述电源电连接。所述电源可以是独立为辅助加热器12供电的电源，也可以是静电卡盘8的电源。在本发明所提供的承载装置中，通过改变供电组件10的占空比可以调节辅助加热器12的温度，从而可以调节基片5的边缘区域以及外围区域的温度。

如图3所示，所述边缘环组件还可以包括设置在基环7下方的绝缘环9。容易理解的是，所述安装孔同样贯穿绝缘环9。绝缘环9固定设置在用于固定所述支撑装置的固定壳体上。

更进一步地，供电组件10还包括密封件，该密封件设置在所述安装孔中，以将所述安装孔密封。

如图3至5中所示，当本发明所提供的支撑装置用于等离子刻蚀设备中时，供电组件10位于用于固定所述支撑装置的固定壳体11内，固定壳体11内部的气压与大气压相同。支撑装置的静电卡盘处于真空环境中。为了防止固定壳体11与静电卡盘装置的真空环境相通，优选地，在所述安装孔中设置密封件，将所述安装孔密封，防止固定壳体11内的气体通过安装孔泄漏计入真空环境中，从而可以将静电卡盘装置所处的真空环境与非真空环境隔绝。

进一步优选地，所述承载装置还包括温度控制模块，该温度控制模块与所述辅助加热器电连接，以控制所述辅助加热器的温度。

在本发明中，并不对温度控制模块的具体结构进行限定。例如，可以将温度控制模块与辅助加热器相连，并将辅助加热器设置为可调电阻。当辅助加热器的温度高于预设值时，温度控制模块将辅助加热器的电阻调小，当辅助加热器的温度低于预设值时，温度控制模块将辅助加热器的电阻调大。

或者，所述温度控制模块根据实际所需温度的大小从而调节供电组件的占空比，从而控制辅助加热器的加热温度，使得基片5的边缘区域以及基片5的外围区域的温度与基片5的中心区域温度一致。

进一步优选地，所述温度控制模块可以包括温度传感器和温度控制器，所述温度控制器与供电组件10相连，所述温度传感器用于测量辅助加热器12的温度，所述温度控制器根据所述温度传感器测得的温度控制所述供电组件10占空比的大小。供电组件10在真空条件下通过测温传感器和温控器组成温控系统，通过控制供电组件10的占空比来实现对设置在所述边缘环组件中的辅助加热器12进行精确的温度控制，从而达到基片5的边缘区域与中心区域工艺均匀性的要求。

所述辅助加热器所要达到的温度可以是温控系统预先设定好的温度。当然，也可以通过如下方式确定所述辅助加热器所要达到的温度：利用温控传感器分别测量基片的中心区域的温度和基片的边缘区域的温度，利用温度控制器对基片的中心区域的温度和基片的边缘区域的温度进行对比，当基片的中心区域的温度和基片的边缘区域的温度不一致时，调节供电组件的占空比，使得基片5边缘区域和基片5的中心区域的温度均匀一致。

作为本发明的另一个方面，提供一种等离子刻蚀设备，该等离子刻蚀设备包括反应腔室，在该反应腔室内设置有承载装置，其中，所述承载装置为本发明所提供的上述承载装置。

如上文中所述，本发明通过包括辅助加热器的承载装置，在不影响承载装置使用寿命的条件下，很有效的对基片边缘区域以及基片的外围区域的温度进行控制，提高基片的边缘与中心区域温度的均匀性，从而可以使得反应腔室内的带电粒子(例如，等离子体)的分布更加均匀，从而提高了刻蚀工艺的均匀性。

此外，本发明所提供的承载装置设计简单，无需对静电卡盘进行设计升级，降低了静电卡盘设计开发费用。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种承载装置，所述承载装置包括静电卡盘、环绕所述静电卡盘设置的边缘环组件和设置在所述静电卡盘内的主加热器，其特征在于，所述承载装置还包括辅助加热器，所述辅助加热器设置在所述边缘环组件中。

2.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述边缘环组件包括基环和设置在所述基环上方的聚焦环，所述辅助加热器内嵌于所述基环和/或所述聚焦环中。

3.根据权利要求2所述的承载装置，其特征在于，所述基环和/或所述聚焦环由陶瓷材料制成。

4.根据权利要求3所述的承载装置，其特征在于，所述基环包括陶瓷材料制成的上基环和陶瓷材料制成的下基环，所述辅助加热器通过丝网印刷的方式形成在所述下基环的上表面上，且所述上基环和所述下基环通过烧结固定连接。

5.根据权利要求2所述的承载装置，其特征在于，所述辅助加热器为环形。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的承载装置，其特征在于，所述承载装置包括为所述辅助加热器供电的供电组件。

7.根据权利要求6所述的承载装置，其特征在于，所述供电组件包括探针和电源，所述边缘环组件中设置有安装孔，所述电源设置在所述边缘环组件的外部，所述探针设置在所述安装孔内，且所述探针的一端与所述辅助加热器电连接，所述探针的另一端与所述电源电连接。

8.根据权利要求6所述的承载装置，其特征在于，所述承载装置还包括温度控制模块，所述温度控制模块与所述辅助加热器电连接，以控制所述辅助加热器的温度。

9.根据权利要求8所述的承载装置，其特征在于，所述温度控制模块包括温度传感器和温度控制器，所述温度控制器与供电组件相连，所述温度传感器用于测量所述辅助加热器的温度，所述温度控制器根据所述温度传感器测得的温度控制所述供电组件占空比的大小。

10.一种等离子刻蚀设备，所述等离子刻蚀设备包括反应腔室，在所述反应腔室内设置有承载装置，其特征在于，所述承载装置为权利要求1至9中任意一项所述的承载装置。