CN113130279B - 下电极组件、等离子体处理装置及其工作方法 - Google Patents

下电极组件、等离子体处理装置及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种下电极组件、等离子体处理装置及其工作方法。其中该下电极组件包括静电夹盘、基座、流体循环层。静电夹盘用于吸附待处理基片。基座用于承载静电夹盘，基座包括冷却层和位于冷却层上方的加热层，冷却层内设置冷却通道。加热层，其位于冷却层上方，所述加热层内设置加热装置。流体循环层位于加热层上方，内部设置容纳流体媒介的流体通道，流体媒介用于对静电夹盘的温度分布进行调节。本发明通过使用流体介质以径向方式均衡加热元件的不均匀性，对应于下面的加热装置的几个流体通道可以用于提供温度分布的径向对称，以达到对静电夹盘的温度分布进行调节的作用。

Description

下电极组件、等离子体处理装置及其工作方法
技术领域
本发明涉及半导体领域的装置，特别涉及一种下电极组件、等离子体处理装置及其工作方法。
背景技术
现有的等离子体处理装置中用于承载基片的下电极组件上设有加热元件，而径向分布的加热元件因其区域设计而具有热点和冷点，即温度不均衡，从而需要通过打开或关闭较小的加热元件以进行精细调节，来补偿各种角度位置的热量。
承上述，由于所述补偿方式必须根据温度和压力条件进行预校准和分析，从而使用这种补偿方法十分麻烦。
发明内容
本发明的目的在于提供一种下电极组件、等离子体处理装置及其工作方法，用以解决前述背景技术中所面临的问题。
为了达到上述目的，本发明的第一技术方案是提供一种下电极组件，其包括静电夹盘、基座、流体循环层。静电夹盘用于吸附待处理基片。基座用于承载静电夹盘，基座包括冷却层和位于冷却层上方的加热层，冷却层内设置冷却通道。加热层，其位于冷却层上方，所述加热层内设置加热装置。流体循环层位于加热层上方，内部设置容纳流体媒介的流体通道，流体媒介用于对静电夹盘的温度分布进行调节。
可选地，流体通道连接流体控制装置，流体控制装置依据温度数据控制流体通道中的流体媒介的流速。
可选地，静电夹盘内设置若干个温度测量装置，若干个温度测量装置提供温度数据。
可选地，静电夹盘与基座之间设置若干个温度测量装置，若干个温度测量装置提供温度数据。
可选地，待处理基片贴有若干个温度测量片，若干个温度测量片提供温度数据。
可选地，流体通道包括若干个径向呈扇形分布的扇形通道，所述流体媒介用于对所述静电夹盘的温度分布进行径向调节。
可选地，流体通道包括若干个环形通道，所述流体媒介用于对所述静电夹盘的温度分布进行周向调节。
可选地，流体媒介为冷却气体，所述冷却气体为氦气或氮气中的至少一种。
为了达到上述目的，本发明的第二技术方案是提供一种等离子处理装置，其包含反应腔及下电极组件。下电极组件设置于反应腔中。
为了达到上述目的，本发明的第三技术方案是提供一种等离子体处理装置的工作方法，包括下列步骤：
提供等离子体处理装置；以及
当等离子体处理装置内进行等离子体刻蚀工艺时，通过流体媒介对静电夹盘的温度分布进行调节。
可选地，等离子体处理装置的工作方法还包括下列步骤：当等离子体处理装置内进行等离子体刻蚀工艺时，通过若干个温度测量装置提供温度数据；以及通过流体控制装置依据温度数据控制流体媒介的流速。
可选地，等离子体处理装置的工作方法还包括下列步骤：当等离子体处理装置内进行等离子体刻蚀工艺时，通过若干个温度测量片提供温度数据；以及通过流体控制装置依据温度数据对温度不均匀的流体通道设定流体媒介的流速并固定，且后续相同的工艺就按照该固定的流速进行调节。
与现有技术相比，本发明通过使用流体介质以径向方式均衡加热元件的不均匀性，对应于下面的加热装置的几个流体通道可以用于提供温度分布的径向对称，以达到对静电夹盘的温度分布进行调节的作用。
于静电键盘下方设置一流体循环层，该流体循环层内部设置容纳流体媒介的流体通道，另一方面该流体通道可以呈扇形分布或环形分布，对静电夹盘的温度分布进行径向或周向调节，从而调节基片从中心到边缘的各种温度曲线，以适应加工需求。
当等离子体处理装置内进行等离子体刻蚀工艺时，通过若干个温度测量片提供温度数据；以及通过流体控制装置依据温度数据对温度不均匀的流体通道设定流体媒介的流速并固定，且后续相同的工艺就按照该固定的流速进行调节，简化了后续相同工艺的调节过程。
附图说明
图1是本发明的下电极组件的第一示意图；
图2是图1中流体循环层的俯视图；
图3为图1中流体循环层的结构示意图；
图4是本发明的下电极组件的第二示意图；
图5是图4中流体循环层的俯视图；
图6为本发明的等离子体处理装置结构示意图；
图7为本发明的等离子处理装置的工作方法的流程图。
具体实施方式
为利了解本发明的特征、内容与优点及其所能达成的功效，兹将本发明配合附图，并以实施方式的表达形式详细说明如下，而其中所使用的附图，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本发明实施后的真实比例与精准配置，故不应就所附的附图式的比例与配置关系解读、局限本发明于实际实施上的权利范围。
图1为下电极组件的第一示意图，如图1所示，本发明提供一种下电极组件100，其包括静电夹盘110、基座120、设置于基座120上的流体循环层130。
所述的静电夹盘110用于吸附待处理基片101，基座120用于承载静电夹盘110，基座120包括冷却层121和位于冷却层121上方的加热层123，冷却层121内设置冷却通道122，加热层123内设置加热装置124。
需要说明的是，上述的加热层123可以位于基座120的外部，即上述的加热层123位于基座的冷却层121上方。
进一步的，所述的流体循环层130位于加热层123上方，内部设置容纳流体媒介的流体通道131，该流体媒介用于对静电夹盘110的温度分布进行调节。流体通道中的流体媒介既非加热也非冷却，而是通过流动将静电夹盘不同区域的热量进行均衡，以达到对静电夹盘的温度分布进行调节的作用。
于实际应用时，该流体通道连接流体控制装置，流体控制装置依据温度数据控制流体通道131中的流体媒介的流速或流动方向。
进一步地，为了获取静电夹盘110的温度数据，是以静电夹盘110内可设置若干个温度测量装置，再由若干个温度测量装置提供温度数据。
另一方面，也可以在静电夹盘110与基座120之间设置若干个温度测量装置，再由若干个温度测量装置提供温度数据。
值得一提的是，若未设置温度测量装置，则可以在待处理基片101贴上若干个温度测量片，在待处理基片101进行工艺处理时，由若干个温度测量片取得温度数据，因此可了解在所述工艺处理时，待处理基片101的那些区域有温度不均匀的现象，从而作为设定各个流体通道131中的流体媒介的流速的参考依据，并通过固定设定后的流速以供后续相同工艺处理时应用。
图2为图1中流体循环层的俯视图，如图2所示，流体通道131可包括若干个径向呈扇形分布的扇形通道132，该扇形通道的数量可以大于等于2个，图中示出的数量为4个，每个扇形通道形成一个独立的扇形区域。
更详细地说，以4个扇形通道132为例，其中间设有一个流体媒介入口132a，每个扇形通道132的边缘区域设有一个流体媒介出口132b，通过控制不同扇形通道132内的流体媒介流速，实现对该区域的温度的调节，例如，当该区域温度较高时，流速要快，温度较低时，流速可以调慢。流体媒介可以为冷却液体，也可以为冷却气体，当所述流体媒介为气体时，可以为氦气或氮气中的至少一种。流体媒介从入口到出口呈径向流动，从而将下方不同加热区域的温度通过流体媒介的流动进行均匀性调节，实现对基片的温度分布进行径向调节。然，上述仅为举例，并不以此为限。
图3为图1中流体循环层的结构示意图，参见图3，上述的加热装置124可以采用交流加热器，且在扇形通道的流体媒介入口及出口之间的管路中配置一循环泵140，所述的循环泵140在不引起热量损失的情况下使流体媒介紧密循环。优选地，上述流体媒介为具有较高的汽化温度的气体或液体，且该流体具有电介质和良好的导热性。
以上结合附图1～3描述了根据本发明一种实施例的下电极组件。进一步地，本发明还可以应用于另一种结构的下电极组件。
如图4、5所示，作为上述实施例的变形，上述的流体通道131可包括若干个环形通道133，每个环形通道133分别设有流体媒介入口和流体媒介出口，通过控制不同环形通道133内的流体媒介流速，实现对该区域的温度的调节，例如，当该区域温度较高时，流速要快，温度较低时，流速可以调慢。流体媒介可以为冷却液体，也可以为冷却气体，当所述流体媒介为气体时，可以为氦气或氮气中的至少一种。流体媒介从环形通道的入口到出口呈周向流动，从而将下方不同加热区域的温度通过流体媒介的流动进行均匀性调节，实现对基片的温度分布进行周向调节。
值得说明的是，上述通过调节流体媒介流速，进而调节静电键盘的温度分布的方式还可适用于加热装置为非环形分布，当该加热装置为矩阵状分布时，在加热装置的上方设置一流体通道，该流体通道设置于加热装置与静电夹盘之间，对应每个流体通道分别设有流体媒介入口和流体媒介出口，当静电夹盘的某一区域温度较高时，调快该区域对应流体通道的流体媒介流速，当静电夹盘的某一区域温度较低时，调慢该区域对应流体通道的流体媒介流速。
请参阅图6，其是本发明的等离子处理装置的示意图。如图所示，本发明提供了一种等离子体处理装置200，其包括反应腔及下电极组件100，下电极组件100位于反应腔内。
承上述，等离子体处理装置200适用于电容耦合等离子体刻蚀装置(如图6所示)或者电感耦合等离子体刻蚀装置。
上述的等离子处理装置用于电容耦合等离子体刻蚀装置，参见图6，该等离子处理装置还包括：电容上电极组件，所述电容上电极组件包括：气体喷淋头7，用于引入反应气体同时作为反应腔的上电极；安装基板8，位于气体喷淋头7的上方，气体喷淋头通过安装基板与反应腔的顶盖9实现固定连接；上接地环6，环绕气体喷淋头设置，当射频电源施加于下电极时，在射频电源-下电极-等离子体-上电极-上接地环之间形成射频回路；
上述的下电极组件还可以包括：
聚焦环3，环绕基片设置，用于对基片边缘区域的工艺处理效果进行调节；
隔离环4，环绕基座设置，用于实现基座与下接地环的隔离；
等离子体约束环5，位于基座与反应腔侧壁10之间，用于将等离子体限制在反应区域同时允许气体通过；
接地环11，位于等离子体约束环下方，作用是提供电场屏蔽，避免等离子体泄露。
高频射频电源，通过一高频射频匹配网络施加到上电极或下电极上，用于控制反应腔内的等离子体浓度，
偏置射频电源，通常施加于基座上，用于控制等离子体的方向。
本发明实施例提供的等离子处理装置，与上述实施例提供的下电极组件具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
请参阅图7，其是本发明的等离子处理装置的工作方法的流程图。如图所示，本发明的第三实施例是提供一种等离子体处理装置的工作方法，包括下列步骤：
在步骤S61中：提供等离子体处理装置。
在步骤S62中：当等离子体处理装置内进行等离子体刻蚀工艺时，通过流体媒介对静电夹盘的温度分布进行调节，通过流体媒介的流动将静电夹盘不同区域的热量进行均衡，以达到对静电夹盘的温度分布进行调节的作用。
进一步地，等离子体处理装置的工作方法对于温度数据的取得及应用还包括下列步骤：
当等离子体处理装置内进行等离子体刻蚀工艺时，通过若干个温度测量装置提供温度数据。
通过流体控制装置依据温度数据控制流体媒介的流速。
另一方面，等离子体处理装置的工作方法也可包括下列步骤：
当等离子体处理装置内进行等离子体刻蚀工艺时，通过若干个温度测量片提供温度数据。
通过流体控制装置依据温度数据对温度不均匀的流体通道设定流体媒介的流速并固定，且后续相同的工艺就按照该固定的流速进行调节。
与现有技术相比，本发明通过使用流体介质以径向方式均衡加热元件的不均匀性，对应于下面的加热装置的几个流体通道可以用于提供温度分布的径向对称，以达到队静电夹盘的温度分布进行调节的功效。
于静电键盘下方设置一流体循环层，该流体循环层内部设置容纳流体媒介的流体通道，另一方面该流体通道可以呈扇形分布或环形分布，对静电夹盘的温度分布进行径向或周向调节，从而调节基片从中心到边缘的各种温度曲线，以适应加工需求。
当等离子体处理装置内进行等离子体刻蚀工艺时，通过若干个温度测量片提供温度数据；以及通过流体控制装置依据温度数据对温度不均匀的流体通道设定流体媒介的流速并固定，且后续相同的工艺就按照该固定的流速进行调节，简化了后续相同工艺的调节过程。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种下电极组件，其特征在于：包括：
静电夹盘，用于吸附待处理基片；
基座，用于承载所述静电夹盘，所述基座包括冷却层，所述冷却层内设置冷却通道；
加热层，位于冷却层上方，所述加热层内设置加热装置；
流体循环层，位于所述加热层上方且位于所述静电夹盘的下方，所述的流体循环层内部设置容纳流体媒介的流体通道，所述流体媒介用于对所述静电夹盘的温度分布进行调节；
所述流体通道包括若干个径向呈扇形分布的扇形通道，所述流体媒介用于对所述静电夹盘的温度分布进行径向调节；或，
所述流体通道包括若干个环形通道，所述流体媒介用于对所述静电夹盘的温度分布进行周向调节。
2.如权利要求1所述的下电极组件，其特征在于，所述流体通道连接流体控制装置，所述流体控制装置依据温度数据控制所述流体通道中的所述流体媒介的流速。
3.如权利要求2所述的下电极组件，其特征在于，所述静电夹盘内设置若干个温度测量装置，所述若干个温度测量装置提供所述温度数据。
4.如权利要求2所述的下电极组件，其特征在于，所述静电夹盘与所述基座之间设置若干个温度测量装置，所述若干个温度测量装置提供所述温度数据。
5.如权利要求2所述的下电极组件，其特征在于，所述待处理基片贴有若干个温度测量片，所述若干个温度测量片提供所述温度数据。
6.如权利要求1所述的下电极组件，其特征在于，所述流体媒介为冷却气体，所述冷却气体为氦气或氮气中的至少一种。
7.一种等离子处理装置，其特征在于，包含：
反应腔：以及
如权利要求1至6中的任一项所述的下电极组件，所述下电极组件设置于所述反应腔中。
8.一种等离子体处理装置的工作方法，其特征在于，包括下列步骤：
提供如权利要求7所述的等离子体处理装置；以及
当所述等离子体处理装置内进行等离子体刻蚀工艺时，通过所述流体媒介对所述静电夹盘的温度分布进行调节。
9.如权利要求8所述的等离子体处理装置的工作方法，其特征在于，还包括下列步骤：
当所述等离子体处理装置内进行等离子体刻蚀工艺时，通过若干个温度测量装置提供所述温度数据；以及
通过流体控制装置依据所述温度数据控制所述流体媒介的流速。
10.如权利要求8所述的等离子体处理装置的工作方法，其特征在于，还包括下列步骤：
当所述等离子体处理装置内进行等离子体刻蚀工艺时，通过所述若干个温度测量片提供所述温度数据；以及
通过所述流体控制装置依据所述温度数据对温度不均匀的所述流体通道设定所述流体媒介的流速并固定，且后续相同的工艺就按照该固定的流速进行调节。
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