TW201532185A - 等離子體處理裝置及其靜電卡盤 - Google Patents
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Abstract
本發明公開了一種靜電卡盤及其所處的等離子體處理裝置，所述靜電卡盤包括絕緣層和位於絕緣層下方的石墨導熱層，加熱裝置設置於所述石墨導熱層下方，利用石墨材料良好的導熱性能，不僅能在垂直方向快速傳遞熱量，還能夠在水準方向實現熱量的快速傳遞。在加工加熱裝置時，由於製作工藝的限制，很難實現加熱裝置表面的完全平坦，不平坦的加熱裝置會造成靜電卡盤加熱不均勻，影響刻蝕效果。本發明通過在加熱裝置上方設置一層石墨導熱層，利用石墨材料良好的導熱性能，將熱量快速的在水準方向上傳遞，彌補了加熱裝置表面不平坦對靜電卡盤可能造成的溫度影響，降低了加熱裝置的加工難度，保證了刻蝕工藝的順利進行。
Description
本發明涉及等離子體處理技術領域，尤其涉及一種等離子體處理裝置內的靜電卡盤技術領域。
在等離子體處理工藝過程中，常採用靜電卡盤(Elcctro Static Chuck，簡稱ESC)來固定、支撐及傳送基片(Wafer)等待加工件。靜電卡盤設置於反應腔室中，其採用靜電引力的方式，而非機械方式來固定基片，可減少對基片產生的機械損失，並且使靜電卡盤與基片完全接觸，有利於熱傳導。反應過程中，向反應腔室通入反應氣體，並對反應腔施加射頻功率，通常射頻功率施加到靜電卡盤下方的導體基座上，射頻功率主要包括射頻源功率和射頻偏置功率，射頻源功率和射頻偏置功率共同作用，將反應氣體電離生成等離子體，等離子體與基片進行等離子體反應，完成對基片的工藝處理。
靜電卡盤在固定支撐基片進行等離子體刻蝕的同時還對基片進行加熱，使其達到目標溫度，確保等離子體與基片反應的效率。為此，需要在靜電卡盤內部設置加熱裝置，如加熱絲，通過對加熱絲供電，實現加熱絲對靜電卡盤的加熱。現有技術中，由於靜電卡盤的面積較大，在靜電卡盤快速升溫的同時，很難保證靜電卡盤各區域溫度的均一性，不同區域的溫度會有較明顯的差異甚至形成冷區和熱區，導致靜電卡盤對基片的
加熱不均勻，這將對等離子體刻蝕的工藝效果帶來不良的影響。現有技術為了解決靜電卡盤加熱不均勻的技術問題，可以將加熱裝置分區控制，但在有些等離子體處理裝置中，只將加熱裝置分區控制並不能完全解決靜電卡盤溫度分佈不均勻的問題。同時，由於製造工藝的影響，加熱裝置的加熱絲很難做到完全平直，如果加熱絲的表面不夠平坦可能導致熱量在靜電卡盤上傳遞的速度不同，造成靜電卡盤表面溫度分佈不均勻。
為了解決上述技術問題，本發明公開了一種等離子體處理裝置，包括一真空反應腔，所述真空反應腔下方設置一支撐基片的靜電卡盤，所述靜電卡盤下方設置一基座，所述靜電卡盤包括內部設置有直流電極的絕緣層，所述絕緣層下方設置一石墨導熱層，所述石墨導熱層下方設置加熱裝置。
優選的，所述石墨導熱層的厚度小於等於1mm。
優選的，所述石墨下方熱噴塗一層塗層，所述加熱裝置置於所述塗層內部。
優選的，所述熱噴塗塗層的材料為氧化鋁、氧化釔中的一種或者其混合物。
優選的，所述絕緣層和所述石墨導熱層之間設置黏結層。
優選的，所述加熱裝置包括至少第一加熱裝置和第二加熱裝置，所述第一加熱裝置和所述第二加熱裝置溫度獨立控制。
優選的，所述石墨導熱層上設置若干小孔，所述小孔內壁設置套筒。
優選的，所述套筒材料為陶瓷材料，所述套筒頂端高於所述石墨導熱層上表面。
進一步的，本發明還公開了一種靜電卡盤，所述靜電卡盤位於一基座上方，所述靜電卡盤包括內部設置有直流電極的絕緣層，所述絕緣層下方設置一石墨導熱層，所述石墨導熱層下方設置加熱裝置，所述加熱裝置包括第一加熱裝置和第二加熱裝置，所述第一加熱裝置和所述第二加熱裝置溫度獨立控制。優選的，所述石墨導熱層的厚度小於等於1mm。
本發明的優點在於：本發明公開了一種靜電卡盤及其所處的等離子體處理裝置，所述靜電卡盤包括絕緣層和位於絕緣層下方的石墨導熱層，加熱裝置設置於所述石墨導熱層下方，利用石墨材料良好的導熱性能，不僅能在垂直方向快速傳遞熱量，還能夠在水準方向實現熱量的快速傳遞。在加工加熱裝置時，由於製作工藝的限制，很難實現加熱裝置表面的完全平坦，不平坦的加熱裝置會造成靜電卡盤加熱不均勻，影響刻蝕效果。本發明通過在加熱裝置上方設置一層石墨導熱層，利用石墨材料良好的導熱性能，將熱量快速的在水準方向上傳遞，彌補了加熱裝置表面不平坦對靜電卡盤可能造成的溫度影響，降低了加熱裝置的加工難度，保證了刻蝕工藝的順利進行。
100‧‧‧真空反應腔
110‧‧‧下電極
115‧‧‧冷卻管道
120‧‧‧靜電卡盤
121‧‧‧絕緣層
122‧‧‧石墨導熱層
1225‧‧‧套筒
1225a‧‧‧頂端表面
1226‧‧‧通孔
123‧‧‧加熱層
125‧‧‧直流電極
126‧‧‧加熱裝置
1261‧‧‧第一加熱裝置
1262‧‧‧第二加熱裝置
130‧‧‧氣體供應裝置
140‧‧‧基片
150‧‧‧上電極
160‧‧‧等離子體
170‧‧‧射頻功率源
180‧‧‧抽氣泵
第1圖，為本發明所述等離子體處理裝置的結構示意圖。
第2圖，為本發明所述靜電卡盤的結構示意圖。
第3圖，為本發明另一實施例的靜電卡盤結構示意圖。
第4圖，為所述石墨導熱層內設通孔的結構示意圖。
本發明公開了一種等離子體處理裝置及其靜電卡盤，為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖和實施例對本發明的具體實施方式做詳細的說明。
本發明所述的技術方案適用於電容耦合型等離子體處理裝置或電感耦合型等離子體處理裝置，以及其他使用靜電卡盤加熱待處理基片溫度的等離子體處理裝置。示例性的，第1圖示出本發明所述等離子體處理裝置結構示意圖；所述等離子體處理裝置為電容耦合型等離子體處理裝置，本領域技術人員通過本發明揭示的技術方案不經過創造性的勞動做出的變形均屬於本發明的保護範圍。
第1圖示出電容耦合型等離子體處理裝置結構示意圖，包括一大致為圓柱形的真空反應腔100，真空反應腔100內設置上下對應的上電極150和下電極110，上電極150連接氣體供應裝置130，上電極150同時作為反應氣體均勻進入等離子體反應腔的氣體分佈板；下電極110連接射頻功率源170，其上方支撐靜電卡盤120，靜電卡盤120用於支撐基片140。本實施例所述等離子體反應室的工作原理為，上電極150和下電極110在射頻功率的作用下對注入等離子體反應腔100的氣體進行解離，生成等離子體160，等離子體160對基片140進行物理轟擊或化學反應，實現對基片140的加工處理。反應後的副產物和未用盡的氣體通過抽氣泵180排出等離子體反應腔100。
第2圖示出本發明所述靜電卡盤的結構示意圖，如第2圖所
示，靜電卡盤120設於基座110上方，用於承載基片140。靜電卡盤120包括絕緣層121，絕緣層內部設置有直流電極125，直流電極連接直流電源(圖中未示出)，直流電源作用於直流電極125在靜電卡盤120表面產生靜電吸力，用於固定基片140。絕緣層121下方設置一石墨導熱層122，石墨導熱層122下方設置加熱裝置126，本實施例選擇將加熱裝置126設置於一加熱層123內，所述加熱層可以採用熱噴塗的方式噴塗塗層，在噴塗過程中將所述加熱裝置設置在塗層內；也可以採用在兩片導熱材料間夾設加熱裝置的方式，加熱層123的材料可以為陶瓷材料，如氧化鋁、氧化釔或者其混合物，加熱裝置126通常為加熱絲，加熱絲的材料可以為鎳合金或鎢合金等，加熱層123對所述加熱絲126起到絕緣保護的作用，通過對加熱絲供電實現對靜電卡盤120的加熱。靜電卡盤120坐落於基座110上方，基座內部設置冷卻管道115，內充冷卻液用於對靜電卡盤進行降溫，避免加熱裝置126的持續加熱造成靜電卡盤的溫度不斷升高，實現靜電卡盤溫度的高低可調。
在對加熱裝置進行加工過程中，加熱裝置表面很難做到完全平整光坦，如果加熱裝置表面存在稍許凹凸不平現象，都會導致加熱裝置產生的熱量傳導到基片的速率不一致，造成靜電卡盤加熱的不均勻現象出現。本發明採用在加熱裝置126上方設置一石墨導熱層122，由於石墨導熱層122熱傳導係數較高，可以將熱量在水準方向迅速傳導到整個靜電卡盤，彌補了加熱裝置表面不平坦造成的靜電卡盤加熱不均勻現象。本發明利用石墨良好的導熱性能，其至少兩倍於鋁或氮化鋁材質的導熱係數克服了現有技術中鋁或氮化鋁材質的導熱層造成的靜電卡盤溫度受加熱裝置表面平坦與否影響嚴重的問題，能夠有效的降低溫度對加熱裝置126表面加工程
度的依賴性，降低加工難度。
本發明所述的石墨導熱層的厚度可以小於等於1mm，為了便於固定安裝，絕緣層121和石墨導熱層之間設置黏結層，由於黏結層厚度較小，圖中未予示出。
第3圖示出本發明另一實施例的結構示意圖，在第3圖所示的實施例中，加熱裝置包括至少第一加熱裝置1261和第二加熱裝置1262，第二加熱裝置1262環繞所述第一加熱裝置1261設置，所述第一加熱裝置和所述第二加熱裝置的溫度可以獨立控制，通過調整不同加熱裝置的溫度，實現加熱裝置對靜電卡盤的加熱均勻或有一定溫度差。同上述實施例，第一加熱裝置1261和第二加熱裝置1262設置於一加熱層123內，所述加熱層123可以採用熱噴塗的方式噴塗塗層，在噴塗過程中將所述加熱裝置設置在塗層內；也可以採用在兩片導熱材料間夾設加熱裝置的方式。本實施例其他技術方案與上述實施例相同，在此不再贅述。
在等離子體處理裝置中，靜電卡盤內部通常設置若干小孔用於輸送氦氣及放置頂針等，由於石墨材質較軟，在石墨上直接打孔石墨孔內壁上容易形成顆粒污染物，對刻蝕工藝造成影響。為了避免顆粒污染物的影響，第4圖a和第4圖b示出設置在所述石墨導熱層122的孔上的套筒結構示意圖。圖中，1225為設置在石墨孔內壁上的套筒，套筒內形成輸送氦氣或放置頂針的通孔1226，套筒1225的材料可以為陶瓷材料，套筒1225的頂端表面1225a的高度略高於石墨導熱層122的高度，避免石墨導熱層122產生的顆粒污染物進入到通孔1226內。套筒1225的形狀可以有多種，只要能包覆在石墨孔內壁，對石墨材料形成保護層，阻礙石墨導熱層可能
產生的顆粒污染物進入通孔內都符合本發明技術方案的要求，如第4圖b所示。
本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發明的保護範圍應當以本發明權利要求所界定的範圍為准。
100‧‧‧真空反應腔
110‧‧‧下電極
120‧‧‧靜電卡盤
130‧‧‧氣體供應裝置
140‧‧‧基片
150‧‧‧上電極
160‧‧‧等離子體
170‧‧‧射頻功率源
180‧‧‧抽氣泵
Claims (10)
- 一種等離子體處理裝置，包括一真空反應腔，所述真空反應腔下方設置一支撐基片的靜電卡盤，所述靜電卡盤下方設置一基座，其特徵在於：所述靜電卡盤包括內部設置有直流電極的絕緣層，所述絕緣層下方設置一石墨導熱層，所述石墨導熱層下方設置加熱裝置。
- 如申請專利範圍第1項所述之等離子體處理裝置，其特徵在於：所述石墨導熱層的厚度小於等於1mm。
- 如申請專利範圍第1項所述之等離子體處理裝置，其特徵在於：所述石墨下方熱噴塗一層塗層，所述加熱裝置置於所述塗層內部。
- 如申請專利範圍第1項所述之等離子體處理裝置，其特徵在於：所述熱噴塗塗層的材料為氧化鋁、氧化釔中的一種或者其混合物。
- 如申請專利範圍第1項所述之等離子體處理裝置，其特徵在於：所述絕緣層和所述石墨導熱層之間設置黏結層。
- 如申請專利範圍第1項所述之等離子體處理裝置，其特徵在於：所述加熱裝置包括至少第一加熱裝置和第二加熱裝置，所述第一加熱裝置和所述第二加熱裝置溫度獨立控制。
- 如申請專利範圍第1項所述之等離子體處理裝置，其特徵在於：所述石墨導熱層上設置若干小孔，所述小孔內壁設置套筒。
- 如申請專利範圍第1項所述之等離子體處理裝置，其特徵在於：所述套筒材料為陶瓷材料，所述套筒頂端高於所述石墨導熱層上表面。
- 一種靜電卡盤，所述靜電卡盤位於一基座上方，其特徵在於，所述靜電卡盤包括內部設置有直流電極的絕緣層，所述絕緣層下方設置一石墨導 熱層，所述石墨導熱層下方設置加熱裝置，所述加熱裝置包括第一加熱裝置和第二加熱裝置，所述第一加熱裝置和所述第二加熱裝置溫度獨立控制。
- 如申請專利範圍第9項所述之靜電卡盤，其特徵在於，所述石墨導熱層的厚度小於等於1mm。
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- 2014-12-09 TW TW103142799A patent/TW201532185A/zh unknown
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| Publication number | Publication date |
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| TWI545687B (zh) | 2016-08-11 |
| CN104752130A (zh) | 2015-07-01 |
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