CN218783000U - 半导体处理设备及其聚焦环加热装置 - Google Patents

Abstract

一种半导体处理设备及其聚焦环加热装置，半导体处理设备包括一真空反应腔，真空反应腔内设有用于支撑待处理基片的静电吸盘，环绕静电吸盘设置一聚焦环和一插入环，插入环设置在聚焦环下方，在所述聚焦环内部或所述聚焦环下方设置一加热器，用于将热量传输至聚焦环，加热器与聚焦环之间设置第一导热衬垫，加热器与插入环之间设置第二导热衬垫，第一导热衬垫的导热系数大于等于第二导热衬垫的导热系数。本实用新型通过选用不同材料、厚度和导热系数的导热衬垫，实现对聚焦环的优化升温和优化降温，从而调节基片中心和边缘的温度差异，获得均匀的基片处理结果，提高了产品良率。

Description

半导体处理设备及其聚焦环加热装置

技术领域

本实用新型涉及一种半导体处理设备及其聚焦环加热装置。

背景技术

半导体处理设备是在真空反应腔中通入反应气体，对该真空反应腔进行射频能量输入，以激活反应气体，来点燃和维持等离子体，通过等离子体刻蚀基片表面上的材料层或在基片表面上淀积材料层，进而对基片或进行加工。半导体处理设备的的真空反应腔中设置有用于支撑待处理基片的静电吸盘，环绕静电吸盘设置一聚焦环，该聚焦环可以调节真空反应腔内射频电场的分布，尤其是在基片边缘的电场分布，实现均匀控制。在某些半导体制程中，需要对基片进行加热，此时在静电吸盘中设置加热装置，热量从加热装置通过静电吸盘传导至基片，实现对基片的加热。同时在静电吸盘中还设置冷却装置，用于对基片进行散热，从而保持基片的温度均衡。

由于聚焦环位于基片边缘处的缘故，静电吸盘的加热装置加热时，热量难以达到聚焦环，无法实现对聚焦环的主动加热，在半导体处理过程中，聚焦环吸收了大量来自真空反应腔内射频电场的热量，散热时，聚焦环上聚集的热量缺乏良好的散热路径。使得聚焦环的控温缺乏主动控制，导致了基片中心和边缘的温度差异，进而导致基片处理的不均匀性，降低了产品良率。

这里的陈述仅提供与本实用新型有关的背景技术，而并不必然地构成现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种半导体处理设备及其聚焦环加热装置，实现对聚焦环的优化升温和优化降温，从而调节基片中心和边缘的温度差异，获得均匀的基片处理结果，提高了产品良率。

为了达到上述目的，本实用新型提供一种聚焦环加热装置，用于一半导体处理设备中，所述半导体处理设备包括一真空反应腔，所述真空反应腔内设有用于支撑待处理基片的静电吸盘，环绕所述静电吸盘设置一聚焦环和一插入环，所述插入环设置在所述聚焦环下方，所述聚焦环加热装置包含：

加热器，其设置在所述聚焦环内部或所述聚焦环下方，用于将热量传输至所述聚焦环；所述加热器与所述聚焦环之间设置第一导热衬垫，所述加热器与所述插入环之间设置第二导热衬垫，所述第一导热衬垫的导热系数大于等于所述第二导热衬垫的导热系数。

所述加热器设置在所述聚焦环内，所述第二导热衬垫与所述插入环的上表面接触。

所述加热器设置在所述插入环内，所述第一导热衬垫与所述聚焦环的下表面接触。

所述第一导热衬垫的材料采用硅胶，所述第一导热衬垫的厚度为0.5mm～1.5mm，导热系数为0.5w/(m.k)～6w/(m.k)。

所述第二导热衬垫的材料采用硅胶，所述第二导热衬垫的厚度为0.5mm～1.5mm，导热系数为0.5w/(m.k)～3w/(m.k)。

所述插入环和所述静电吸盘之间设置第三导热衬垫。

所述第三导热衬垫的材料采用硅胶，或铝箔，或石墨，所述第三导热衬垫的厚度为0.1mm～1.5mm，导热系数为0.5w/(m.k)～6w/(m.k)。

所述加热器包含一个加热环。

或者，所述加热器包含多个独立控制温度的加热片，所述多个加热片位于不同的圆周方向。

所述加热器包含电源线，所述电源线将所述加热环或加热片连接至所述真空反应腔外部的电源。

所述电源线位于保护通道中，所述保护通道为真空环境。

所述保护通道中填充陶瓷材料。

所述保护通道中填充惰性气体。

本发明还提供一种半导体处理设备，包含：

真空反应腔；

设置在所述真空反应腔内部的基座；

设置在所述基座上的静电吸盘，用于放置基片；

环绕所述静电吸盘设置的聚焦环，用于调节基片周围的温度分布；

环绕所述静电吸盘设置的插入环，所述插入环设置在所述聚焦环下方，用于实现所述聚焦环和静电吸盘之间的电隔离；

所述的聚焦环加热装置。

所述保护通道设置在所述插入环、静电吸盘和基座中。

所述半导体处理设备包含惰性气体源，用于向所述保护通道中通入惰性气体。

所述半导体处理设备为电容耦合等离子体刻蚀设备或电感耦合等离子体刻蚀设备。

本实用新型提供的聚焦环加热装置，在加热器与聚焦环和插入环之间设置导热衬垫，在插入环和静电吸盘之间也设置导热衬垫，通过选用不同材料、厚度和导热系数的导热衬垫，实现对聚焦环的优化升温和优化降温，从而调节基片中心和边缘的温度差异，获得均匀的基片处理结果，提高了产品良率。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种半导体处理设备及其聚焦环加热装置的结构示意图。

图2是图1中A部的放大示意图。

图3是本实用新型中聚焦环加热装置的另一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下根据图1～图3，具体说明本实用新型的较佳实施例。

如图1和图2所示，本实用新型提供一种半导体处理设备，包含真空反应腔1，所述真空反应腔1内部设置一基座2，所述基座2上设置一静电吸盘3，所述静电吸盘3上放置基片101，环绕所述静电吸盘3设置一聚焦环4，用于调节基片101周围的温度分布，环绕所述静电吸盘3还设置一插入环5，所述插入环5设置在所述聚焦环4下方，用于实现所述聚焦环4和静电吸盘3之间的电隔离。所述半导体处理设备可以是电容耦合等离子体刻蚀设备，此时，在所述真空反应腔1的顶部设置一气体喷淋头(图中未显示)，用于向所述真空反应腔1内通入反应气体，反应气体被射频电场电离产生等离子体，对基片进行刻蚀处理。所述半导体处理设备还可以是电感耦合等离子体刻蚀设备，此时，在所述真空反应腔1的顶部设置电感线圈(图中未显示)，并通过气体进口(图中未显示)向所述真空反应腔1内通入反应气体，反应气体被射频电场电离产生等离子体，对基片进行刻蚀处理。在所述插入环5内设置加热器6，所述加热器6与所述聚焦环4的下表面接触，用于将热量传输至所述聚焦环4。所述加热器6可采用一个单独的环状加热器，所述环状加热器嵌设在所述插入环5中，所述环状加热器可以与所述插入环5一体成型，也可以与所述插入环5分体设置，无论是一体成型还是分体设置，在工艺上都是容易实现的。所述环状加热器通过电源线10连接至位于所述真空反应腔1外部的电源12。另一方面，所述加热器6还可以设置为多个加热片，多个所述加热片嵌设在所述插入环5中的不同的圆周方向，每个所述加热片是相互独立的，分别通过单独的电源线10连接至位于所述真空反应腔1外部的电源12，每个所述加热片都可以独立控制温度，所述加热片同样可以与所述插入环5一体成型，也可以与所述插入环5分体设置。在所述插入环5、静电吸盘3和基座2中设置一保护通道11，令所述电源线10位于保护通道11中，采用陶瓷材料将所述保护通道11填满，增加电源线与静电吸盘之间的电容值，以隔绝所述电源线10与静电吸盘上的高压电，防止因为两者导通导致的电弧放电现象。为了节省成本，还可以简单地令保护通道11处于真空环境中。而为了防止所述保护通道中产生点燃(lightingup)效应，设置一惰性气体源13向所述保护通道11中通入惰性气体，例如，氦气，令所述保护通道11中充满惰性气体，确保了安全。在采用所述加热器6对所述聚焦环4加热的过程中，为了加快热传导，在所述加热器6的上表面设置第一导热衬垫7，所述第一导热衬垫7与所述聚焦环4的下表面接触。所述第一导热衬垫7的材料采用硅胶，所述第一导热衬垫7的厚度为0.5mm～1.5mm，导热系数为0.5w/(m.k)～6w/(m.k)。所述第一导热衬垫7具有较高的导热系数，使所述加热器6与所述聚焦环4之间具有良好的导热性，在对所述聚焦环4进行加热时，所述第一导热衬垫7可以令所述加热器6的温度极快地传导至所述聚焦环4，在极短的时间内令所述聚焦环4的温度与所述加热器6的温度达到一致或近乎一致。同时，在采用所述加热器6对所述聚焦环4加热的过程中，为了防止所述加热器6产生的热量通过所述插入环5流失到所述静电吸盘3，在所述加热器6的下表面设置第二导热衬垫8，所述第二导热衬垫8位于所述插入环5中。所述第二导热衬垫的材料也采用硅胶，所述第二导热衬垫的厚度为0.5mm～1.5mm，导热系数为0.5w/(m.k)～3w/(m.k)。确保所述第一导热衬垫7的导热系数大于等于所述第二导热衬垫8的导热系数，这样可以使所述加热器6产生的热量绝大部分都传递至所述聚焦环4，而不会流失至所述静电吸盘3，起到了热量隔绝的作用，确保了良好的加热效果和加热效率。此外，在对所述聚焦环4进行散热时，为了使所述聚焦环4的温度能够快速下降，在所述插入环5和所述静电吸盘3之间设置第三导热衬垫9，令所述插入环5和所述静电吸盘3之间具有良好的导热性。所述第三导热衬垫9的材料采用硅胶，或铝箔，或石墨，所述第三导热衬垫9的厚度为0.1mm～1.5mm，导热系数为0.5w/(m.k)～6w/(m.k)，在所述加热器6停止对所述聚焦环4加热后，所述聚焦环4上的温度可以通过所述第一导热衬垫7传导至所述插入环5，继而所述插入环5上的温度可以通过所述第三导热衬垫9传导至所述静电吸盘3，令所述聚焦环4的温度在极短的时间内下降。在本实用新型的一个实施例中，在未加热时，静电吸盘3的温度为20℃，插入环5的温度为22℃，由于设置了第三导热衬垫9，所述插入环5和静电吸盘3之间的温度趋于一致，温差不超过5℃。在开始加热后，加热器6的温度达到80℃时，聚焦环4在真空中的温度也近似达到了80℃，由于设置了第一导热衬垫7，所述聚焦环4的升温速度极快，几乎和所述加热器6同步达到所需温度。而由于设置了第二导热衬垫8，得到了优化的温度上升速率0.5～3℃/s和优化的温度下降速率0.5～3℃/s，既在加热时确保了聚焦环4的快速升温和热量维持，又在散热时确保了聚焦环4的快速降温。

本实用新型提供的聚焦环加热装置，在加热器与聚焦环和插入环之间设置导热衬垫，在插入环和静电吸盘之间也设置导热衬垫，通过选用不同材料、厚度和导热系数的导热衬垫，实现对聚焦环的优化升温和优化降温，从而调节基片中心和边缘的温度差异，获得均匀的基片处理结果，提高了产品良率。

如图3所示，在本实用新型的另一个实施例中，将所述加热器6改为设置在所述聚焦环4内，所述第一导热衬垫7仍然设置在所述加热器6的上表面，所述第二导热衬垫8也仍然设置在所述加热器6的下表面，此时的所述第二导热衬垫8与所述插入环5的上表面接触。在所述插入环5和所述静电吸盘3之间仍然设置第三导热衬垫9。所述第一导热衬垫7、第二导热衬垫8和第三导热衬垫9的材料、厚度和导热系数仍然都与图2中的实施例相同，且所述第一导热衬垫7的导热系数仍然大于等于所述第二导热衬垫8的导热系数。所述加热器6也同样可以采用单一控温的加热环或独立控温的加热片。将所述加热器6设置在所述聚焦环4内，虽然增加了制造成本，但是对聚焦环的加热效果更好，升温控制和降温控制更精确。

本实用新型提供的聚焦环加热装置，在加热器与聚焦环和插入环之间设置导热衬垫，在插入环和静电吸盘之间也设置导热衬垫，通过选用不同材料、厚度和导热系数的导热衬垫，实现对聚焦环的优化升温和优化降温，从而调节基片中心和边缘的温度差异，获得均匀的基片处理结果，提高了产品良率。

需要说明的是，在本实用新型的实施例中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述实施例，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

尽管本实用新型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实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (18)

1.一种聚焦环加热装置，用于一半导体处理设备中，所述半导体处理设备包括一真空反应腔，所述真空反应腔内设有用于支撑待处理基片的静电吸盘，环绕所述静电吸盘设置一聚焦环和一插入环，所述插入环设置在所述聚焦环下方，其特征在于，所述聚焦环加热装置包含：

加热器，其设置在所述聚焦环内部或所述聚焦环下方，用于将热量传输至所述聚焦环；

第一导热衬垫，设置于所述加热器与所述聚焦环之间；

第二导热衬垫，设置于所述加热器与所述插入环之间；

所述第一导热衬垫的导热系数大于等于所述第二导热衬垫的导热系数。

2.如权利要求1所述的聚焦环加热装置，其特征在于，所述加热器设置在所述聚焦环内，所述第二导热衬垫与所述插入环的上表面接触。

3.如权利要求1所述的聚焦环加热装置，其特征在于，所述加热器设置在所述插入环内，所述第一导热衬垫与所述聚焦环的下表面接触。

4.如权利要求2或3所述的聚焦环加热装置，其特征在于，所述第一导热衬垫的材料采用硅胶，所述第一导热衬垫的厚度为0.5mm～1.5mm，导热系数为0.5w/(m.k)～6w/(m.k)。

5.如权利要求4所述的聚焦环加热装置，其特征在于，所述第二导热衬垫的材料采用硅胶，所述第二导热衬垫的厚度为0.5mm～1.5mm，导热系数为0.5w/(m.k)～3w/(m.k)。

6.如权利要求5所述的聚焦环加热装置，其特征在于，所述插入环和所述静电吸盘之间设置第三导热衬垫。

7.如权利要求6所述的聚焦环加热装置，其特征在于，所述第三导热衬垫的材料采用硅胶，或铝箔，或石墨，所述第三导热衬垫的厚度为0.1mm～

1.5mm，导热系数为0.5w/(m.k)～6w/(m.k)。

8.如权利要求1所述的聚焦环加热装置，其特征在于，所述加热器包含一个加热环。

9.如权利要求8所述的聚焦环加热装置，其特征在于，所述加热器包含电源线，所述电源线将所述加热环连接至所述真空反应腔外部的电源。

10.如权利要求1所述的聚焦环加热装置，其特征在于，所述加热器包含多个独立控制温度的加热片，所述多个加热片位于不同的圆周方向。

11.如权利要求10所述的聚焦环加热装置，其特征在于，所述加热器包含电源线，所述电源线将所述加热片连接至所述真空反应腔外部的电源。

12.一种半导体处理设备，其特征在于，包含：

真空反应腔；

设置在所述真空反应腔内部的基座；

设置在所述基座上的静电吸盘，用于放置基片；

环绕所述静电吸盘设置的聚焦环，用于调节基片周围的温度分布；

环绕所述静电吸盘设置的插入环，所述插入环设置在所述聚焦环下方，用于实现所述聚焦环和静电吸盘之间的电隔离；

如权利要求1-11中任意一项所述的聚焦环加热装置。

13.如权利要求12所述的半导体处理设备，其特征在于，所述加热器包含电源线，所述电源线位于保护通道中，所述保护通道为真空环境。

14.如权利要求13所述的半导体处理设备，其特征在于，所述保护通道中填充陶瓷材料。

15.如权利要求13所述的半导体处理设备，其特征在于，所述保护通道中填充惰性气体。

16.如权利要求14或15所述的半导体处理设备，其特征在于，所述保护通道设置在所述插入环、静电吸盘和基座中。

17.如权利要求16所述的半导体处理设备，其特征在于，所述半导体处理设备包含惰性气体源，用于向所述保护通道中通入惰性气体。

18.如权利要求12所述的半导体处理设备，其特征在于，所述半导体处理设备为电容耦合等离子体刻蚀设备或电感耦合等离子体刻蚀设备。

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