TW202042275A - 能提高控溫精度的基板安裝台及電漿處理設備 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露了一種能提高控溫精度的基板安裝台及電漿處理設備，基板安裝台包含依次設置的導電基座、熱隔離層、加熱層、控溫層和靜電吸盤層；導電基座中還設有冷卻系統；控溫層內設置空腔，空腔內填充有金屬相變材料，在電漿處理過程中，金屬相變材料融化並在具有不同溫度的區域之間流動，以維持基板的溫度恆定，達到精確控溫的目的。本發明通過設置金屬相變材料進行控溫，利用了金屬相變材料的吸熱、放熱特性，結構簡便，控溫過程容易控制。通過設置能精確控溫的控溫層，維持靜電吸盤溫度穩定，從而保證基板蝕刻的均勻性，達到高品質産出的目的，且節能環保，操作簡便。

Description

能提高控溫精度的基板安裝台及電漿處理設備
本發明屬於電漿處理領域，關於一種靜電夾盤加熱技術，具體關於一種能提高控溫精度的基板安裝台及電漿處理設備。
電漿加工設備廣泛地應用於積體電路、微機電系統或太陽能電池板的製造製程中。電漿中含有大量的電子、離子、激發態的原子、分子和自由基等活性粒子，這些活性粒子和被加工的基材相互作用，在基材表面發生複雜的物理和化學反應，從而使基材表面的結構和性能發生變化。例如常見的電感耦合電漿(InductiveCoupledPlasma，ICP)設備，在半導體製造方面能夠完成多種製程，如各向異性、等向性蝕刻和化學氣相沉積(ChemicalVaporDeposition，CVD)等。
在電漿處理製程過程中，常採用靜電吸盤來固定、支撑及傳送基板等待加工件。靜電吸盤設置於電漿反應腔內，通過靜電引力的方式而非機械方式固定基板，可减少基板可能的機械損傷，且靜電吸盤與基板完全接觸，有利於熱傳導。
電漿處理製程過程中，基板的溫度恆定是非常關鍵的，而基板的溫度恆定是通過控制靜電吸盤的溫度實現的。如在電漿蝕刻機中，靜電吸盤需要精確地調整矽基板的溫度，從而調整矽基板蝕刻的均勻性，達到最高品質産出。
先前技術通常是採用改進基板安裝台的冷卻系統、加熱系統等以提高控溫精度。
其中一種先前技術揭露了一種電漿處理腔室及其靜電夾盤以及基板溫度控制方法，其中，靜電夾盤包括：頂層絕緣層，其中內嵌有一直流電極；靜電夾盤基體，靜電夾盤基體包括頂板、底板、側壁，頂板、底板和側壁裝配在一起形成一空間，底板上設置有複數個冷卻液分割裝置，相鄰的冷卻液分割裝置之間形成了冷卻液通道，其中，在冷卻液分割裝置之上還設置有一隔板，隔板和頂板之間具有第一空間，隔板具有至少一個閥門。當需要對基板進行降溫處理時，打開閥門，當需要對基板進行升溫處時，關閉閥門。
另一種先前技術揭露了一種電漿處理腔室及其靜電夾盤，其中：冷卻通道至少包括對應於基板中間區域下方的第一冷卻通道和對應於基板邊緣區域的第二冷卻通道，其中，第一冷卻通道和第二冷卻通道分別連接有第一冷卻液循環裝置和第二冷卻液循環裝置；加熱裝置包括對應於基板中間區域下方的第一加熱裝置和對應於基板邊緣區域的第二加熱裝置，第一加熱裝置和第二加熱裝置分別連接有第一電源和第二電源。
第三種先前技術揭露了一種用於處理基板的設備。於一些實施例中，設備包含：第一導電本體，繞處理腔室的內部容積中的基板支撑件而設置；第一導電環，具有內緣及外緣，該內緣耦接至第一導電本體的第一端，該外緣自內緣徑向向外而設置；第二導電本體，耦接至第一導電環的外緣，並具有至少一部分設於第一導電環上，其中第二導電環的至少一部分和第一導電環部分地界定第一導電環上的第一區域；及加熱器，經配置成加熱第一導電本體、第二導電本體及第一導電環。
第四種先前技術揭露了基板載置台、基板處理裝置和被處理基板的溫度控制方法。在具有靜電夾盤的基板載置台中，由於向靜電夾盤電極供電的供電線的周圍由絕緣材料包圍，因而産生傳熱不良的部分。由此，提供一種補償該部分的傳熱，使基板整體溫度均勻的手段。在供電線周圍的基板載置台表面形成有環狀凸部，將基板與載置台之間的間隙的空間劃分爲內側區域和外側區域，在各區域配置冷卻氣體的供給管和排出管，獨立地控制各區域冷卻氣體的壓力。
但是目前靜電吸盤因爲材料設計、傳感器精度、控制算法等原因很難做到±2度以內的控溫精度，特別是在晶圓傳片過程中，由於熱容的變化，靜電吸盤的溫度變化更大。
本發明的目的是解決靜電吸盤溫度變化大，無法精確控制基板溫度的問題，通過設置能精確控溫的控溫層，維持靜電吸盤溫度穩定，從而保證基板蝕刻的均勻性，達到高品質産出。
爲了達到上述目的，本發明提供了一種能提高控溫精度的基板安裝台，該基板安裝台包含依次設置的導電基座、熱隔離層、加熱層、控溫層，和靜電吸盤層；該控溫層內設置一空腔，空腔內填充有金屬相變材料，在電漿處理過程中，金屬相變材料融化並在具有不同溫度的區域之間流動，導電基座中還設有冷卻系統。
較佳地，控溫層還包含底盤及表層，該底盤與表層之間形成密閉的空腔，金屬相變材料層位於空腔中。
較佳地，底盤設置有溝槽，以與表層構成密閉的空腔。
較佳地，溝槽連續、均勻間隔布置在底盤上。
較佳地，溝槽爲以底盤圓心及底盤邊緣爲端部的連續圓環形溝道。
較佳地，控溫層中的底盤及表層分別由金屬(如，鋁)或者陶瓷材料製成。
較佳地，金屬相變材料的金屬成分選擇使得金屬相變材料的相變溫度點在40-100℃之間。
較佳地，金屬相變材料選擇汞、鈉、鉀、鈣、鋰、鎵、銦、鉍、錫、鉛及銻中任意一種或多種金屬構成的合金。本發明金屬相變材料的儲熱密度高，相變潛熱大，導熱速度快，熱穩定性較好，過冷度小，相變體積變化小，腐蝕性小，過程容易控制。
較佳地，加熱層中包括多個獨立可控的發熱元件，在加熱層平面上分區域獨立控制空間溫度分布。
較佳地，靜電吸盤層包含電極層及位於電極層上下的絕緣材料層。
本發明還提供了一種電漿處理設備，其包含反應腔，該反應腔內設置有上述的用於支撑基板的基板安裝台。
較佳地，電漿處理設備在進行電漿處理時，基板被吸附在靜電吸盤層上，點燃電漿對基板進行處理，位於控溫層內的金屬相變材料吸熱並融化爲液體；完成電漿處理後，熄滅電漿，移除基板，金屬相變材料放熱以維持控溫層的溫度。
本發明在加熱層上增加一層金屬相變材料流體層(即控溫層)，把金屬相變材料灌封在控溫層的空腔內，金屬相變材料吸熱變成流體後可以在溝道內自由流動，充分實現區域內的熱交換，快速達到區域內溫度均勻一致。
本發明通過設置金屬相變材料進行控溫，利用了金屬相變材料的吸熱、放熱特性，結構簡便，控溫過程容易控制。特別是晶圓傳片過程中，系統熱容的劇烈變化，金屬相變材料通過相變快速吸放大量熱量，能實現精確控溫，確保溫度恆定，從而提高加工品質。
以下結合附圖和實施例對本發明的技術方案做進一步的說明。
如第1圖所示，本發明的一種基板安裝台2設置在電漿密封反應腔1內。本發明需要通過精準控制基板安裝台2的溫度，以使得放置在基板安裝臺上的基板溫度恆定，便於後續電漿反應。
如第2圖所示，本發明提供的一種基板安裝台包含：依次設置的導電基座10、熱隔離層20、加熱層30、控溫層40，和靜電吸盤層50。
導電基座10爲金屬導電材質，如採用鋁基座。
控溫層40內設置一空腔，空腔內填充有金屬相變材料，在電漿處理過程中，金屬相變材料融化並在具有不同溫度的區域之間流動。
如第3圖所示，控溫層40包含底盤41及表層，該底盤與表層之間形成密閉的空腔，金屬相變材料層灌注在空腔中。
一些較佳的實施例中，底盤均勻設置有溝槽，以與表層構成密閉的空腔。溝槽可以爲環形或矩形或波浪形等。
一些較佳的實施例中，本發明的控溫層40的底盤41內設置環形連續溝槽42，通過表層(圖中未示出)密封。其中，溝槽42以底盤41圓心及底盤邊緣某點爲端部形成的連續圓環形，均勻間隔布置在底盤41上，金屬相變材料灌注密封在溝槽42中。當靜電吸盤層50溫度高於金屬相變材料的熔點時，金屬相變材料吸熱，並部分融化，在密封的溝槽中流動，使得溫度均勻，避免局部高溫。當靜電吸盤層50溫度低於金屬相變材料熔點時，金屬相變材料放熱，部分凝固，以維持穩定恆定。
一些較佳的實施例中，控溫層40中的底盤及表層分別由金屬(如，鋁)或者陶瓷材料製成。
一些較佳的實施例中，金屬相變材料的金屬成分選擇使得金屬相變材料的相變溫度點在40-100℃之間，可選擇汞、鈉、鉀、鈣、鋰、鎵、銦、鉍、錫、鉛及銻中任意一種或多種金屬構成的合金。
一些較佳的實施例中，導電基座10中還設有冷卻系統60。
一些較佳的實施例中，冷卻系統60包含複數個獨立可控的冷卻單元，在基座中分區域獨立控制空間溫度分布。
一些較佳的實施例中，加熱層30包括多個獨立可控的發熱元件，在加熱層平面上分區域獨立控制空間溫度分布。發熱元件可選擇電熱絲。
一些較佳的實施例中，靜電吸盤層50包含電極層51及位於電極層上下的絕緣材料層。
實施例1
設置在電漿密封反應腔1內的基板安裝台包含：依次設置的導電基座10、熱隔離層20、加熱層30、控溫層40，和靜電吸盤層50。導電基座10爲鋁基座。控溫層40包含底盤及表層，該底盤上均勻布置的環形溝槽，溝槽內灌注金屬相變材料，通過表層密封，形成密閉溝槽。靜電吸盤需要在40℃上精確控溫，溝槽內灌注相變點爲40℃的金屬相變材料層。當靜電吸盤溫度高於40℃時，固態金屬相變材料快速吸收熱量，部分轉化爲液態，保證溫度穩定在40℃。當靜電吸盤溫度低於40℃時，液態金屬相變材料快速釋放熱量，部分轉化爲固態，保證溫度穩定在40℃，確保精準控溫。特別是晶圓傳片過程中，系統熱容的劇烈變化，金屬相變材料通過相變快速吸放大量熱量，實現穩定精確穩定。
實施例2
設置在電漿密封反應腔1內的基板安裝台包含：依次設置的導電基座10、熱隔離層20、加熱層30、控溫層40，和靜電吸盤層50。導電基座10爲鋁合金基座。靜電吸盤需要在100℃上精確控溫，控溫層40內設置一空腔，空腔內填充相變點爲100℃的金屬相變材料。當靜電吸盤溫度高於100℃時，固態金屬相變材料快速吸收熱量，部分轉化爲液態，保證溫度穩定在40℃。當靜電吸盤溫度低於100℃時，液態金屬相變材料快速釋放熱量，部分轉化爲固態，保證溫度穩定在100℃，達到精準控溫的目的。
實施例3
一種電漿處理設備，其包含反應腔，該反應腔內設置有用於支撑基板的基板安裝台。該基板安裝台包含依次設置的導電基座、熱隔離層、加熱層、控溫層、靜電吸盤層，控溫層的空腔內灌封有金屬相變材料。該電漿處理設備在進行電漿處理時，基板被吸附在靜電吸盤層上，點燃電漿對基板進行處理，位於控溫層內的金屬相變材料吸熱並融化爲液體；完成電漿處理後，熄滅電漿，移除基板，金屬相變材料放熱以維持控溫層的溫度。
綜上所述，本發明在加熱層上增加一層金屬相變材料流體層(即控溫層40)，把金屬相變材料灌封在控溫層40的空腔內，金屬相變材料吸熱變成流體後可以在溝道內自由流動，充分實現區域內的熱交換，快速達到區域內溫度均勻一致。
儘管本發明的內容已經通過上述較佳實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認爲是對本發明的限制。在所屬技術領域的具有通常知識者閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。
1:電漿密封反應腔 2:基板安裝台 10:導電基座 20:熱隔離層 30:加熱層 40:控溫層 41:底盤 42:溝槽 50:靜電吸盤層 51:電極層 60:冷卻系統
第1圖爲本發明的一種設有基板安裝台的電漿反應腔的示意圖。 第2圖爲本發明的一種基板安裝台的截面示意圖。 第3圖爲本發明的一種控溫層的底盤的結構示意圖。
10:導電基座
20:熱隔離層
30:加熱層
40:控溫層
50:靜電吸盤層
51:電極層
60:冷卻系統

Claims (12)

  1. 一種能提高控溫精度的基板安裝台，其中該基板安裝台包含依次設置的一導電基座、一熱隔離層、一加熱層、一控溫層，和一靜電吸盤層； 該控溫層內設置一空腔，該空腔內填充有一金屬相變材料，在電漿處理過程中，該金屬相變材料融化並在具有不同溫度的區域之間流動，該導電基座中還設有一冷卻系統。
  2. 如申請專利範圍的1項所述之能提高控溫精度的基板安裝台，其中該控溫層還包含一底盤及一表層，該底盤與該表層之間形成密閉的該空腔，該金屬相變材料層位於該空腔中。
  3. 如申請專利範圍的2項所述之能提高控溫精度的基板安裝台，其中該底盤設置有一溝槽，以與該表層構成密閉的該空腔。
  4. 如申請專利範圍的3項所述之能提高控溫精度的基板安裝台，其中該溝槽連續、均勻間隔布置在該底盤上。
  5. 如申請專利範圍的4項所述之能提高控溫精度的基板安裝台，其中該溝槽爲以該底盤圓心及該底盤邊緣爲端部的連續圓環形溝道。
  6. 如申請專利範圍的2項所述之能提高控溫精度的基板安裝台，其中該控溫層中的該底盤及該表層分別由金屬或者陶瓷材料製成。
  7. 如申請專利範圍的1項所述之能提高控溫精度的基板安裝台，其中該金屬相變材料的金屬成分選擇使得該金屬相變材料的相變溫度點在40-100℃之間。
  8. 如申請專利範圍的1項所述之能提高控溫精度的基板安裝台，其中該金屬相變材料選擇汞、鈉、鉀、鈣、鋰、鎵、銦、鉍、錫、鉛及銻中任意一種或多種金屬構成的合金。
  9. 如申請專利範圍的1項所述之能提高控溫精度的基板安裝台，其中該加熱層中包括複數個獨立可控的一發熱元件，在該加熱層平面上分區域獨立控制空間溫度分布。
  10. 如申請專利範圍的1項所述之能提高控溫精度的基板安裝台，其中該靜電吸盤層包含一電極層及位於該電極層上下的一絕緣材料層。
  11. 一種電漿處理設備，其包含一反應腔，其中該反應腔內設置有如申請專利範圍的1項至第10項中任意一項所述之用於支撑一基板的該基板安裝台。
  12. 如申請專利範圍的11項所述之電漿處理設備，其中該電漿處理設備在進行電漿處理時，該基板被吸附在該靜電吸盤層上，點燃電漿對該基板進行處理，位於該控溫層內的該金屬相變材料吸熱並融化爲液體；完成電漿處理後，熄滅電漿，移除該基板，該金屬相變材料放熱以維持該控溫層的溫度。
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