CN105552014A - 一种支撑装置以及等离子刻蚀设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种支撑装置，所述支撑装置包括静电卡盘和环绕所述静电卡盘设置的聚焦环，所述静电卡盘形成为从下至上横截面积依次减小的三级台阶状，所述静电卡盘的第二级台阶内设置有加热件，所述聚焦环包括上环体和设置在所述上环体下方的下环体，所述上环体的内径大于所述下环体上部的内径，所述下环体的内壁形状与所述静电卡盘的第二级台阶的形状相配合。本发明还提供一种等离子刻蚀设备。所述支撑装置可以很有效的对基片外围外围区域的温度进行控制，提高基片外围与基片中心温度的均匀性，从而提高工艺的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种支撑装置以及包括该支撑装置的等离子刻蚀设备。
背景技术
在集成电路(IC)和微机电系统(MEMS)的制造工艺过程中，特别是在实施等离子刻蚀(ETCH)、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)等的制造工艺过程中，常常用静电卡盘来支撑、固定、加热以及传送基片等被加工工件，为基片提供直流偏压并且控制基片表面的温度。
图1为典型的支撑装置的组成结构图。如图1所示，静电卡盘包括由上至下依次叠置的绝缘层1、加热层2、隔热层3和基座4。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基片之间产生静电引力，从而将基片等被加工工件固定在绝缘层1的顶部；加热层2用于对基片等被加工工件进行加热；隔热层3采用硅橡胶等高绝缘材料制成，以阻挡由加热层2产生的热量向基座4传导，从而可以减少加热层2的热量损失，进而提高静电卡盘的加热效率；基座4与射频电源连接，用以在基片等被加工工件上生成射频偏压。
静电卡盘的外围结构包括聚焦环6。聚焦环6设置在静电卡盘外周缘的台阶上，围绕在静电卡盘的外侧，其上表面略低于静电卡盘的上表面，避免静电卡盘受到工艺气体的腐蚀，对静电卡盘起到保护作用，聚焦环6由防腐蚀材料制成。
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。
为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种支撑装置，所述支撑装置包括静电卡盘和环绕所述静电卡盘设置的聚焦环，其中，所述静电卡盘形成为从下至上横截面积依次减小的三级台阶状，所述静电卡盘的第二级台阶内设置有加热件，所述聚焦环包括上环体和设置在所述上环体下方的下环体，所述上环体的内径大于所述下环体上部的内径，所述下环体的内壁形状与所述静电卡盘的第二级台阶的形状相配合。
优选地，所述下环体的上表面不高于所述静电卡盘的上表面。
优选地，所述聚焦环形成为一体式结构。
优选地，所述下环体包括上台阶部和位于所述上台阶部下方的下台阶部，所述上台阶部与所述下台阶部互相独立，所述上台阶部的一部分支撑在所述静电卡盘的第二级台阶的上表面上，所述下台阶部环绕所述静电卡盘的第二级台阶的侧面设置，且所述上台阶部与所述上环体形成为一体。
优选地，所述下环体包括相互独立的环形本体和所述凸出部，所述环形本体环绕所述静电卡盘的第二级台阶的侧壁设置，所述凸出部位于所述环形本体的内壁上且朝向所述聚焦环的中心轴线凸出，所述凸出部支撑在所述静电卡盘的第二级台阶的顶面上，所述环形本体与所述上环体形成为一体。
优选地，制成所述凸出部的材料与制成所述静电卡盘最上方的一级台阶的材料相同。
优选地，所述静电卡盘的第二级台阶内从下至上依次设置有绝缘层、所述加热件和隔离层。
优选地，所述加热件的直径大于待处理的基片的直径。
优选地，还包括基环和绝缘环，所述基环设置在所述绝缘环上方并且环绕在所述静电卡盘的最下方的一级台阶的外侧，所述聚焦环设置在所述基环上方，所述绝缘环设置在所述静电卡盘下方。
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和设置在所述反应腔室内的支撑装置，其中，所述支撑装置本发明所提供的上述支撑装置。
本发明通过将静电卡盘设置为从下至上横截面积依次减小的三级台阶状、并将聚焦环的下环体设置为与静电卡盘的第二级台阶相配合可以使得在不影响支撑装置使用寿命的条件下，很有效的对基片外围区域的温度进行控制，提高基片外围区域与中心区域温度的均匀性，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的中心区域和基片的外围区域，以实现对基片的均匀刻蚀，提高工艺的均匀性。并且本发明所提供的支撑装置结构简单，便于维护。
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为现有技术中支撑装置的结构示意图；
图2为本发明第一种实施方式的支撑装置的结构示意图；
图3为图2中所示的支撑装置中的静电卡盘的示意图；
图4为图2中所示的支撑装置中的聚焦环的示意图；
图5为本发明第二种实施方式的支撑装置的结构示意图；
图6为图5中所示的支撑装置中的聚焦环的示意图；
图7为本发明第三种实施方式的支撑装置的结构示意图；以及
图8为图7中所示的支撑装置中的聚焦环的示意图。
附图标记说明
1-绝缘层；2-加热层；3-隔热层；4-基座；5-基片；6-聚焦环；6a-上环体；6b-下环体；6b1-上台阶部；6b2：下台阶部；6b3-环形本体；6b4：凸起部；7-基环；9-绝缘环；10：加热模块；11：第三级台阶；12：第二级台阶。
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，提供一种支撑装置。如图2至图8所示，该支撑装置包括静电卡盘和聚焦环6，其中，所述静电卡盘形成为从下至上横截面积依次减小的三级台阶状(分别是形成为第一级台阶的基座4、第二级台阶12和位于第二级台阶上方的第三级台阶11)，所述静电卡盘的第二级台阶12内设置有加热件2，聚焦环6包括上环体6a和设置在该上环体6a下方的下环体6b，上环体6a的内径大于下环体6b的上部的内径，下环体6b的形状与静电卡盘的第二级台阶12的形状相配合(换言之，下环体6b的内壁形成为内径从上至下逐渐增加的台阶状)。
由于下环体6b的形状与静电卡盘的第二级台阶12的形状相配合，因此，下环体6b的上部支撑在静电卡盘的第二级台阶12的上表面上。
当第二级台阶12内的加热件2发热时，将热量传递给第三级台阶11和聚焦环6的下环体6b上支撑在第二级台阶12的上表面的部分。第三级台阶11和下环体6b上支撑在第二级台阶12的上表面的部分分别对基片5中心区域和外围区域进行加热，可以使得基片5的中心区域、基片5的外围区域以及基片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的外围区域，以实现对基片5的均匀刻蚀。
如上文中所述，聚焦环的上环体6a的内径大于下环体6b的上部的内径，上环体6a用于将带电粒子(例如，等离子体)聚集在上环体对应的区域内，下环体6b用于使得基片5的中心区域和基片5的外围区域的温度更加均匀。
在利用本发明所提供的支撑装置对基片进行加热时，可以使该基片的外围区域与中心区域的温度更加均匀。
在本发明中，对下环体6b上支撑于静电卡盘的第二级台阶12上的部分的高度并没有特殊的限制，优选地，下环体6b上表面可以略低于静电卡盘的上表面。并且，对下环体6b上支撑于静电卡盘的第二级台阶12上的部分的具体结构也没有限制，下环体6b上支撑于静电卡盘的第二级台阶12上的部分可以是间隔布置的块状，也可以使环状。为了使基片的外围区域受热更加均匀，优选地，下环体6b上支撑于静电卡盘的第二级台阶12上的部分为环状。
在利用本发明所提供的支撑装置进行等离子刻蚀工艺时，将基片5放置静电卡盘的上端面上(即，静电卡盘的第三级台阶11的上端面上)。为了防止在进行等离子刻蚀工艺时，等离子体对静电卡盘造成腐蚀，优选地，静电卡盘的第三级台阶11的直径可以略小于待处理的基片5的直径。当基片5设置在静电卡盘的上端面上时，基片5的边缘延伸超过静电卡盘的第三级台阶11的边缘，且位于聚焦环6的下环体6b上方。
作为本发明的第一种实施方式，如图2和图4所示，所述支撑装置中的聚焦环6可以为一体式结构。如图2中的静电卡盘的聚焦环所示，聚焦环6的上环体6a和下环体6b为一个整体。可以采用一体成型工艺形成上述聚焦环6。例如，当聚焦环6由陶瓷材料制成时，可以采用烧结工艺形成具有一体结构的聚焦环6。采用本实施方式中的支撑装置结构简单，便于安装。
作为本发明的第二种实施方式，如图5和图6所示，下环体6b可以包括上台阶部6b1和位于该上台阶部6b1下方的下台阶部6b2，上台阶部6b1和下台阶部6b2互相独立，且上台阶部6b1与上环体6a形成为一体。从图5中可以看出，上台阶部6b1的一部分支撑在静电卡盘的第二级台阶12的上端面上，下台阶部6b2环绕静电卡盘的第二级台阶12的侧壁设置。
可以通过一次烧结工艺中形成上台阶部6b1和上环体6a，再通过另一次烧结工艺中形成下环体6b2。
如图5所示，通过上台阶部6b1支撑在静电卡盘的第二级台阶12的上表面上的部分可以对基片5的外围区域进行热加热，从而对基片5外围区域的温度进行有效控制。在本实施方式中，下台阶部6b2在等离子刻蚀工艺中与等离子体无接触，因此下台阶部6b2不会被等离子体刻蚀到，当上环体6a和上台阶部6b1被等离子体腐蚀后，在更换时仅需要更换形成为一体的上环体6a和上台阶部6b1即可。因此，在不影响对基片外围区域温度控制的情况下，具有上述结构的聚焦环6降低了半导体制造设备的维护和运营的成本。
可以通过紧固件(例如，螺栓螺母)将下台阶部6b2与形成为一体的上环体6a和上台阶部6a1可拆卸地连接。在制造聚焦环时，可以分别制造下台阶部6b2和形成为一体的上环体6a和上台阶部6a1，在安装聚焦环之前，可以先将下台阶部6b2与形成为一体的上环体6a和上台阶部6a1组装在一起。
作为本发明的第三种实施方式，如图7和图8所示，下环体6b可以包括互相独立的环形本体6b3和凸出部6b4，环形本体6b3环绕静电卡盘的第二级台阶12的侧壁设置，凸出部6b4位于环形本体6b3的内壁上且朝向聚焦环6的中心轴线凸出，且凸出部6b4支撑在静电卡盘的第二级台阶12的顶面上，环形本体6b3与上环体6a形成为一体。
可将具有图7和图8中所示的结构的聚焦环称为“左右结构”的聚焦环。通过下环体的凸出部6b4对基片5的外围区域进行热传导和热辐射，从而对基片5外围区域的温度进行有效加热。本结构中凸出部6b4与静电卡盘表面的材料相同(即，制成凸出部6b4的材料与制成静电卡盘的第三级台阶11的材料相同)，使得凸出部6b4的热传导和热辐射效率与静电卡盘的第三级台阶11完全相同，从而可以达到对应于基片5的中心区域与外围区域的几乎完全相同的温度控制效果，更加有效地提高了反应腔室内的温度均匀性。
在本实施方式中，可以将凸出部6b4与环形本体6b3可拆卸地连接，也可以不将凸出部6b4与环形本体6b3连接。在安装聚焦环时，将凸出部6b4设置在加热部12的上端面上，然后将环形本体6b3设置在静电卡盘的第二级台阶12以及凸出部6b4的外围。
更进一步地，所述静电卡盘的第二级台阶12内从下至上依次设置有绝缘层1、加热件2和隔离层3。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基片之间产生静电引力，从而将基片等被加工工件固定在第三级台阶11的顶部；加热件2用于对基片等被加工工件进行加热；隔热层3采用硅橡胶等高绝缘材料制成，以阻挡由加热件2产生的热量向基座4传导。优选地，加热件2的直径大于待加热的基片5的直径，当加热件2的直径大于基片5的，加热件2所产生的热场足以将基片5的外围区域所包覆，通过下环体6b上支撑在第二级台阶12的部分能够更加充分的对基片5的外围区域就行热传导和热辐射，使得基片5的中心区域与区域温度更加均匀。
应当理解的是，本发明中所用到的方位词“上、下”是指图2和图3中的上、下方向。
更进一步地，该支撑装置还包括基环7和绝缘环9，基环7位于绝缘环9的上方并且环绕在所述静电卡盘的最下方的一级台阶(即，基座4)的外侧，聚焦环6设置在基环7的上方，绝缘环9设置在所述静电卡盘下方。通常情况下，聚焦环6与基环7采用石英加工而成，绝缘环9采用Al2O3陶瓷材料烧结加工而成。绝缘环9用于使反应室内部与外部真空相对密封，基环7与聚焦环6对等离子体及反应室内部气流起到调节作用。
通常情况下，基片5的直径为300mm，相应地，该支撑装置中的加热件2的直径大小优选设置在305mm至320mm之间。加热件2的直径也可以在305mm至320mm之间。当静电卡盘的第三级台阶11的高度为6mm时，聚焦环的下环体6a上支撑在静电卡盘的第二级台阶12上的部分高度和宽度都都可以为5mm。在这种情况中，凸出部对基片5的外围的热传导和热辐射是较为充分的，因此可以使基片5的受热更加均匀。
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和设置在在所述反应腔室内的支撑装置，其中，该支撑装置采用本发明所提供的支撑装置。容易理解的是，所述支撑装置采用静电引力的方式固定基片。
可见，本发明通过将静电卡盘设置为从下至上横截面积依次减小的三级台阶状、并将聚焦环的下环体设置为与静电卡盘的第二级台阶相配合可以使得在不影响支撑装置使用寿命的条件下，很有效的对基片外围区域的温度进行控制，提高基片外围区域与中心区域温度的均匀性，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的中心区域和基片的外围区域，以实现对基片的均匀刻蚀，提高工艺的均匀性。并且本发明所提供的支撑装置结构简单，便于维护。
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)
1.一种支撑装置，所述支撑装置包括静电卡盘和环绕所述静电卡盘设置的聚焦环，其特征在于，所述静电卡盘形成为从下至上横截面积依次减小的三级台阶状，所述静电卡盘的第二级台阶内设置有加热件，所述聚焦环包括上环体和设置在所述上环体下方的下环体，所述上环体的内径大于所述下环体上部的内径，所述下环体的内壁形状与所述静电卡盘的第二级台阶的形状相配合。
2.根据权利要求1所述的支撑装置，其特征在于，所述下环体的上表面不高于所述静电卡盘的上表面。
3.根据权利要求1或2所述的支撑装置，其特征在于，所述聚焦环形成为一体式结构。
4.根据权利要求1或2所述的支撑装置，其特征在于，所述下环体包括上台阶部和位于所述上台阶部下方的下台阶部，所述上台阶部与所述下台阶部互相独立，所述上台阶部的一部分支撑在所述静电卡盘的第二级台阶的上表面上，所述下台阶部环绕所述静电卡盘的第二级台阶的侧面设置，且所述上台阶部与所述上环体形成为一体。
5.根据权利要求1或2所述的支撑装置，其特征在于，所述下环体包括相互独立的环形本体和所述凸出部，所述环形本体环绕所述静电卡盘的第二级台阶的侧壁设置，所述凸出部位于所述环形本体的内壁上且朝向所述聚焦环的中心轴线凸出，所述凸出部支撑在所述静电卡盘的第二级台阶的顶面上，所述环形本体与所述上环体形成为一体。
6.根据权利要求5所述的支撑装置，其特征在于，制成所述凸出部的材料与制成所述静电卡盘最上方的一级台阶的材料相同。
7.根据权利要求1或2所述的支撑装置，其特征在于，所述静电卡盘的第二级台阶内从下至上依次设置有绝缘层、所述加热件和隔离层。
8.根据权利要求1或2所述的支撑装置，其特征在于，所述加热件的直径大于待处理的基片的直径。
9.根据权利要求1或2所述的支撑装置，其特征在于，还包括基环和绝缘环，所述基环设置在所述绝缘环上方并且环绕在所述静电卡盘的最下方的一级台阶的外侧，所述聚焦环设置在所述基环上方，所述绝缘环设置在所述静电卡盘下方。
10.一种等离子刻蚀设备，该等离子刻蚀设备包括反应腔室和设置在所述反应腔室内的支撑装置，其特征在于，所述支撑装置为权利要求1至9中任意一项所述的支撑装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100176 No. 8 Wenchang Avenue, Beijing economic and Technological Development Zone Applicant after: Beijing North China microelectronics equipment Co Ltd Address before: 100176 Beijing economic and Technological Development Zone, Wenchang Road, No. 8, No. Applicant before: Beifang Microelectronic Base Equipment Proces Research Center Co., Ltd., Beijing |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |