TWI600050B - A method of manufacturing a plasma processing chamber and its submount - Google Patents

Description

一種等離子體處理腔室及其基台的製造方法

本發明涉及半導體製造領域，尤其涉及一種等離子體處理腔室及其基台的製造方法。

等離子處理裝置利用真空反應室的工作原理進行半導體基片和等離子平板的基片的加工。真空反應室的工作原理是在真空反應室中通入含有適當蝕刻源氣體的反應氣體，然後再對該真空反應室進行射頻能量輸入，以啟動反應氣體，來激發和維持等離子體，以便分別蝕刻基片表面上的材料層或在基片表面上沉積材料層，進而對半導體基片和等離子平板進行加工。

等離子體處理裝置的基台設置於腔室下方，其上設置有靜電夾盤用於夾持基片。基台包括一基體，基體之上設置有多層材料，每層材料可以承受的高溫不同，而在加工過程中又需要在一定溫度條件下執行，因此使得基台的製造方法存在很多風險。

針對背景技術中的上述問題，本發明提出了一種等離子體處理腔室及其基台的製造方法。

本發明第一方面提供了一種等離子體處理腔室的基台的製 造方法，其中，所述等離子體處理腔室包括一腔體，基台設置於所述腔體下方用於承載基片，反應氣體從該腔體上方進入腔室並在射頻能量的作用下激發成等離子體從而對所述基台之上的基片進行製程，其中，所述製造方法包括如下步驟：提供一基體；採用熱壓將第一絕緣層粘附在所述基體上方，其中，在所述第一絕緣層中設置有加熱裝置；採用熱噴塗在所述基體週邊做抗腐蝕塗層。

進一步地，所述基體的材料為鋁合金。

進一步地，所述第一絕緣層的材料為高分子塑膠聚合物。

進一步地，所述高分子塑膠聚合物包括聚醯亞胺材料、聚醚醚酮樹脂、聚醚醯亞胺。

進一步地，所述熱壓是在260℃至400℃的溫度下進行的。

進一步地，所述抗腐蝕塗層的材料包括Al₂O₃，Y₂O₃，AlN以及上述材料的混合。

進一步地，所述熱噴塗是在200℃以下的溫度進行的。

進一步地，採用熱噴塗在所述基體週邊做抗腐蝕塗層之後，所述製造方法還包括在所述第一絕緣層之上設置一層粘結層的步驟。

進一步地，在所述第一絕緣層之上設置一層粘結層之後，所述製造方法還包括在所述粘結層之上設置第二絕緣層並在該第二絕緣層中設置直流電極的步驟。

本發明第二方面提供了一種等離子體處理腔室的製造方 法，其中，所述製造方法包括本發明第一方面所述的基台的製造方法。

本發明提供的一種等離子體處理腔室及其基台的製造方法雖然需要在在不同溫度和壓力下完成多層材料的依次設置，但是不會相互影響，也不會因為後續製造步驟溫度過高而導致已經做好的材料層有融化的風險。本發明還可以有效地防止電弧放電和金屬污染。

100‧‧‧等離子體處理腔室

102‧‧‧側壁

103‧‧‧氣體源

104‧‧‧射頻電源

105‧‧‧真空泵

106‧‧‧基台

1061‧‧‧冷卻液通道

1062‧‧‧基體

1063‧‧‧加熱裝置

1064‧‧‧第一絕緣層

1065‧‧‧直流電極

1066‧‧‧粘結層

1067‧‧‧第二絕緣層

1068‧‧‧抗腐蝕塗層

107‧‧‧等離子體約束環

108‧‧‧電阻

109‧‧‧氣體噴淋頭

W‧‧‧基片

P‧‧‧處理區域

S1‧‧‧步驟

S2‧‧‧步驟

S3‧‧‧步驟

圖1是等離子體處理腔室的結構示意圖。

圖2是等離子體處理腔室的基台的結構示意圖。

圖3是根據本發明一個具體實施例的等離子體處理腔室的基台製造方法的步驟流程圖。

以下結合附圖，對本發明的具體實施方式進行說明。要指出的是，“半導體工藝件”、“晶圓”和“基片”這些詞在隨後的說明中將被經常互換使用，在本發明中，它們都指在處理反應室內被加工的工藝件，工藝件不限於晶圓、襯底、基片、大面積平板基板等。為了方便說明，本文在實施方式說明和圖示中將主要以“基片”為例來作示例性說明。

圖1示出了等離子體處理腔室的結構示意圖。等離子體處理腔室100具有一個處理腔體(未示出)，處理腔體基本上為柱形，且處理腔體側壁102基本上垂直，處理腔體內具有相互平行設置的上電極和下電極。通常，在上電極與下電極之間的區域為處理區域P，該處理區域P將形成高頻能量以點燃和維持等離子體。在基台106上方放置待要加工的基片W，該基片W可以是待要蝕刻或加工的半導體基片或者待要加工成平板顯示器的 玻璃平板。其中，所述基台106上設置有靜電夾盤用於夾持基片W。反應氣體從氣體源103中被輸入至處理腔體內的氣體噴淋頭109，一個或多個射頻電源104可以被單獨地施加在下電極上或同時被分別地施加在上電極與下電極上，用以將射頻電源104輸送到下電極上或上電極與下電極上，從而在處理腔體內部產生大的電場。大多數電場線被包含在上電極和下電極之間的處理區域P內，此電場對少量存在於處理腔體內部的電子進行加速，使之與輸入的反應氣體的氣體分子碰撞。這些碰撞導致反應氣體的離子化和等離子體的激發，從而在處理腔體內產生等離子體。反應氣體的中性氣體分子在經受這些強電場時失去了電子，留下帶正電的離子。帶正電的離子向著下電極方向加速，與被處理的基片中的中性物質結合，激發基片加工，即蝕刻、沉積等。在等離子體處理腔室100的合適的某個位置處設置有排氣區域，排氣區域與外置的排氣裝置(例如真空泵105)相連接，用以在處理過程中將用過的反應氣體及副產品氣體抽出腔室。其中，等離子體約束環107用於將等離子體約束於處理區域P內。腔室側壁102上連接有接地端，其中設置有一電阻108。

圖2是等離子體處理腔室的基台的結構示意圖。等離子體處理腔室的基台106一般會在承載基片的位置之下設置一個加熱層，通常加熱層是由一個絕緣層內嵌加熱器設置而成的，即如圖2所示的第一絕緣層1064中內嵌加熱裝置1063。其中，業內會利用聚醯亞胺材料(polyimide)來製造第一絕緣層1064，以得到可控溫的基台106。然而，按照現有技術的基台製造方法，這種利用聚醯亞胺材料(polyimide)來製造的第一絕緣層1064本身上下面不附帶粘接劑，而是直接通過高溫在一定壓力下“融化”之後 靠近基台基體1062，利用其本身材料的粘合性附著在基體1062上實現第一絕緣層1064與基體1062的連接。其中，粘接溫度一般在400攝氏度左右。

然而，對於使用一般的聚醯亞胺材料，這種利用聚醯亞胺材料(polyimide)來製造第一絕緣層1064下面也可附帶粘接劑(PTFE或FPE)，通過高溫在一定壓力下使第一絕緣層1064層粘合在基體1062上，粘接溫度一般在260攝氏度左右。

目前業內廣泛應用的基台106都採用的都是鋁合金基體1062。為了避免可能的電弧放電(arcing)和金屬污染(metal contamination)的問題，通常都會採用陽極氧化工藝，即通過電鍍的形式在鋁合金基體1062的外表面形成一層抗腐蝕塗層1068。

現有技術的基台製造方法通常在抗腐蝕塗層1068形成於基體1062之後，才在基體1062之上設置聚醯亞胺材料的第一絕緣層1064。由於抗腐蝕塗層1068是陽極氧化層，其能承受的最大使用溫度為150攝氏度左右，然而，在粘結聚醯亞胺材料的第一絕緣層1064時工藝溫度為260攝氏度或至400攝氏度。高溫會破壞陽極氧化層，使陽極氧化層發生破裂，甚至陽極氧化層出現局部掉落，進而會引起可能的電弧放電和金屬污染問題。

本發明提供了一種等離子體處理腔室的基台的製造方法。如圖1和圖2所示，所述等離子體處理腔室100包括一腔體，基台106設置於腔體下方用於承載基片W，反應氣體從該腔體上方進入腔室並在射頻能量的作用下激發成等離子體從而對基台106之上的基片W進行製程。圖3是根據本發明一個具體實施例的等離子體處理腔室的基台製造方法的步驟流程圖。

需要說明的是，第一絕緣層1064的材料為高分子塑膠聚合物，其具有一定的溫度耐受力。其中，所述高分子塑膠聚合物包括聚醯亞胺材料、聚醚醚酮樹脂(PEEK)、聚醚醯亞胺(ultem)。下文將以聚醯亞胺材料為例進行說明，但其只是舉例，而不能視為對本發明的限制。

本發明首先執行步驟S1，提供一基台106的基體1062，並且在所述基體1062上設置若干冷卻液通道1061。冷卻液通道1061作為基台106的溫度調節系統的一部分，用於容納冷卻液，用於對基台106以及基片W的溫度進行控制。進一步地，冷卻液通道1061通過液體通道與冷卻液迴圈裝置進行連通，從而能夠迴圈供給冷卻液，以持續不斷地控制基台106以及基片W的溫度。由於現有技術已有成熟的軟硬體支援，本文為簡明起見，不再贅述。

然後執行步驟S2，採用熱壓的方法將第一絕緣層1064直接粘附在所述基體1062上方。其中，在所述第一絕緣層1064作為基片W以及基台106的溫度調節系統一部分，其中設置有加熱裝置1063。加熱裝置1063一般是金屬製成的，其外接有電源供給能量從而發熱，以對基台106以及基片W加熱。由於現有技術已有成熟的軟硬體支援，本文為簡明起見，不再贅述。

典型地，所述熱壓是在260℃至400℃的溫度下進行的，例如262℃、280℃、300℃、303℃、350℃、385℃、399℃、399.62℃等。

最後執行步驟S3，採用熱噴塗(Thermal spray coating)在所述基體1062週邊做抗腐蝕塗層1068。

典型地，所述抗腐蝕塗層1068的材料包括Al₂O₃，Y₂O₃，AlN 以及上述材料的混合。

典型地，所述熱噴塗是在200℃以下的溫度進行的，例如199℃、190℃、185℃、150℃、133℃、120℃、99.5℃、80℃、75℃、60℃、49℃、30℃、12℃、5℃等。

進一步地，所述基體1062的材料為鋁合金。因此，在基體1062外表面塗覆抗腐蝕塗層1068能夠有效地保護鋁合金的基體1062，也防止鋁合金材料對製程產生不利影響。

進一步地，所述第一絕緣層1064的材料為聚醯亞胺材料。

此外，在採用熱噴塗在所述基體1062週邊做抗腐蝕塗層1068之後，所述製造方法還包括在所述第一絕緣層1064之上設置一層粘結層1066的步驟。其中，該粘結層1066用於將第一絕緣層1064和其他材料結合起來。

進一步地，在所述第一絕緣層1064之上設置一層粘結層1066之後，所述製造方法還包括在所述粘結層1066之上設置第二絕緣層1067，並在該第二絕緣層1067中設置直流電極1065的步驟。直流電極1065還外接有一直流電源，用於產生靜電吸附力夾持基片W於基台106的表面。

本發明第二方面提供了一種等離子體處理腔室100的製造方法，其中，包括本發明第一方面提供的基台106的製造方法。

本發明揭示的是一種的聚醯亞胺材料製成的第一絕緣層1064的成型方法，可避免以往由於高溫粘結時基體1062陽極氧化層失效帶來的可能的電弧放電和金屬污染的問題。

本發明在高溫粘結第一絕緣層1064前不做陽極氧化處理，而 是直接通過粘接設備在高溫(260攝氏度或400攝氏度)和一定壓力情況下，將第一絕緣層1064熱壓到鋁合金的基體1062上，實現第一絕緣層1064與鋁合金的基體1062的連接，然後在實現第一絕緣層1064與鋁合金的基體1062的連接後的基體106上利用熱噴塗塗覆抗腐蝕塗層1068。

熱噴塗的工藝過程中溫度控制在200攝氏度以下，所以不論是對聚醯亞胺材料製成的第一絕緣層1064(最大工作溫度400C)或帶粘接層的聚醯亞胺材料製成的第一絕緣層1064(最大工作溫度300C)，熱噴塗工藝都不會損傷聚醯亞胺材料層，從而成功地實現熱噴塗工藝後再將基台106與其上層的第二絕緣層1067用矽膠粘接在一起，從而完成基台106的製造。

帶抗腐蝕塗層1068的基台106，由於沒有裸露的鋁基材料直接暴露在等離子體環境中，避免了可能的電弧放電和金屬污染的問題。考慮到聚醯亞胺材料製成的第一絕緣層1064有削弱射頻偏置能量的作用，並不利於基片製程，本發明在充分考慮金屬污染的情況下，採用熱噴塗將抗腐蝕塗層1068直接設置在基台106週邊上(包括第一絕緣層1064)，從而通過這一層抗腐蝕塗層1068將射頻偏置能量繞過第一絕緣層1064直接傳遞給基片W。

儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，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權利要求來限定。此外，不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求；“包括”一詞不排除其它權利要求或說明書中未列出的裝置或步驟；“第一”、“第二” 等詞語僅用來表示名稱，而並不表示任何特定的順序。

S1‧‧‧步驟

S2‧‧‧步驟

S3‧‧‧步驟

Claims (7)

1. 一種等離子體處理腔室的基台的製造方法，其中，所述等離子體處理腔室包括一腔體，基台設置於所述腔體下方用於承載基片，反應氣體從該腔體上方進入腔室並在射頻能量的作用下激發成等離子體，從而對夾持於所述基台之上的基片進行製程，其中，所述製造方法包括如下步驟：提供一基體；採用熱壓將第一絕緣層設置於在所述基體上方，其中，在所述第一絕緣層中設置有加熱裝置；採用熱噴塗在所述基體週邊做抗腐蝕塗層；在所述第一絕緣層之上設置一層粘結層；以及在所述粘結層之上設置第二絕緣層並在該第二絕緣層中設置直流電極。
2. 如申請專利範圍第1項所述的製造方法，其中，所述基體的材料為鋁合金。
3. 如申請專利範圍第2項所述的製造方法，其中，所述第一絕緣層的材料為高分子塑膠聚合物。
4. 如申請專利範圍第3項所述的製造方法，其中，所述高分子塑膠聚合物包括聚醯亞胺材料、聚醚醚酮樹脂、聚醚醯亞胺。
5. 如申請專利範圍第4項所述的製造方法，其中，所述熱壓是在260℃至400℃的溫度下進行的。
6. 如申請專利範圍第5項所述的製造方法，其中，所述抗腐蝕塗層的材料包括Al₂O₃，Y₂O₃，AlN以及上述材料的混合。
7. 如申請專利範圍第6項所述的製造方法，其中，所述熱噴塗是在200℃以下的溫度進行的。