TWM648507U - 半導體處理設備及其聚焦環加熱裝置 - Google Patents
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Abstract
一種半導體處理設備及其聚焦環加熱裝置，半導體處理設備包括一真空反應腔，真空反應腔內設有用於支撐待處理基片的靜電吸盤，環繞靜電吸盤設置一聚焦環和一插入環，插入環設置在聚焦環下方，在所述聚焦環內部或所述聚焦環下方設置一加熱器，用於將熱量傳輸至聚焦環，加熱器與聚焦環之間設置第一導熱襯墊，加熱器與插入環之間設置第二導熱襯墊，第一導熱襯墊的導熱係數大於等於第二導熱襯墊的導熱係數。本創作通過選用不同材料、厚度和導熱係數的導熱襯墊，實現對聚焦環的優化升溫和優化降溫，從而調節基片中心和邊緣的溫度差異，獲得均勻的基片處理結果，提高了產品良率。
Description
本創作涉及一種半導體處理設備及其聚焦環加熱裝置。
半導體處理設備是在真空反應腔中通入反應氣體，對該真空反應腔進行射頻能量輸入，以激活反應氣體，來點燃和維持等離子體，通過等離子體刻蝕基片表面上的材料層或在基片表面上澱積材料層，進而對基片或進行加工。半導體處理設備的的真空反應腔中設置有用於支撐待處理基片的靜電吸盤，環繞靜電吸盤設置一聚焦環，該聚焦環可以調節真空反應腔內射頻電場的分佈，尤其是在基片邊緣的電場分佈，實現均勻控制。在某些半導體制程中，需要對基片進行加熱，此時在靜電吸盤中設置加熱裝置，熱量從加熱裝置通過靜電吸盤傳導至基片，實現對基片的加熱。同時在靜電吸盤中還設置冷卻裝置，用於對基片進行散熱，從而保持基片的溫度均衡。
由於聚焦環位於基片邊緣處的緣故，靜電吸盤的加熱裝置加熱時，熱量難以達到聚焦環，無法實現對聚焦環的主動加熱，在半導體處理過程中，聚焦環吸收了大量來自真空反應腔內射頻電場的熱量，散熱時，聚焦環上聚集的熱量缺乏良好的散熱路徑。使得聚焦環的控溫缺乏主動控制，導致了基片中心和邊緣的溫度差異，進而導致基片處理的不均勻性，降低了產品良率。
這裡的陳述僅提供與本創作有關的背景技術，而並不必然地構成現有技術。
本創作的目的在於提供一種半導體處理設備及其聚焦環加熱裝置，實現對聚焦環的優化升溫和優化降溫，從而調節基片中心和邊緣的溫度差異，獲得均勻的基片處理結果，提高了產品良率。
為了達到上述目的，本創作提供一種聚焦環加熱裝置，用於一半導體處理設備中，所述半導體處理設備包括一真空反應腔，所述真空反應腔內設有用於支撐待處理基片的靜電吸盤，環繞所述靜電吸盤設置一聚焦環和一插入環，所述插入環設置在所述聚焦環下方，所述聚焦環加熱裝置包含：加熱器，其設置在所述聚焦環內部或所述聚焦環下方，用於將熱量傳輸至所述聚焦環；所述加熱器與所述聚焦環之間設置第一導熱襯墊，所述加熱器與所述插入環之間設置第二導熱襯墊，所述第一導熱襯墊的導熱係數大於等於所述第二導熱襯墊的導熱係數。
所述加熱器設置在所述聚焦環內，所述第二導熱襯墊與所述插入環的上表面接觸。
所述加熱器設置在所述插入環內，所述第一導熱襯墊與所述聚焦環的下表面接觸。
所述第一導熱襯墊的材料採用矽膠，所述第一導熱襯墊的厚度為0.5mm~1.5mm，導熱係數為0.5w/(m.k)~6w/(m.k)。
所述第二導熱襯墊的材料採用矽膠，所述第二導熱襯墊的厚度為0.5mm~1.5mm，導熱係數為0.5w/(m.k)~3w/(m.k)。
所述插入環和所述靜電吸盤之間設置第三導熱襯墊。
所述第三導熱襯墊的材料採用矽膠，或鋁箔，或石墨，所述第三導熱襯墊的厚度為0.1mm~1.5mm，導熱係數為0.5w/(m.k)~6w/(m.k)。
所述加熱器包含一個加熱環。
或者，所述加熱器包含多個獨立控制溫度的加熱片，所述多個加熱片位於不同的圓周方向。
所述加熱器包含電源線，所述電源線將所述加熱環或加熱片連接至所述真空反應腔外部的電源。
所述電源線位於保護通道中，所述保護通道為真空環境。
所述保護通道中填充陶瓷材料。
所述保護通道中填充惰性氣體。
本創作還提供一種半導體處理設備，包含：真空反應腔；設置在所述真空反應腔內部的基座；設置在所述基座上的靜電吸盤，用於放置基片；環繞所述靜電吸盤設置的聚焦環，用於調節基片周圍的溫度分佈；環繞所述靜電吸盤設置的插入環，所述插入環設置在所述聚焦環下方，用於實現所述聚焦環和靜電吸盤之間的電隔離；所述的聚焦環加熱裝置。
所述保護通道設置在所述插入環、靜電吸盤和基座中。
所述半導體處理設備包含惰性氣體源，用於向所述保護通道中通入惰性氣體。
所述半導體處理設備為電容耦合等離子體刻蝕設備或電感耦合等離子體刻蝕設備。
本創作提供的聚焦環加熱裝置，在加熱器與聚焦環和插入環之間設置導熱襯墊，在插入環和靜電吸盤之間也設置導熱襯墊，通過選用不同材料、厚度和導熱係數的導熱襯墊，實現對聚焦環的優化升溫和優化降溫，從而調節基片中心和邊緣的溫度差異，獲得均勻的基片處理結果，提高了產品良率。
1:真空反應腔
101:基片
2:基座
3:靜電吸盤
4:聚焦環
5:插入環
6:加熱器
7:第一導熱襯墊
8:第二導熱襯墊
9:第三導熱襯墊
10:電源線
11:保護通道
12:電源
13:惰性氣體源
圖1是本創作提供的一種半導體處理設備及其聚焦環加熱裝置的結構示意圖。
圖2是圖1中A部的放大示意圖。
圖3是本創作中聚焦環加熱裝置的另一種實施例的結構示意圖。
以下根據圖1至圖3，具體說明本創作的較佳實施例。
如圖1和圖2所示，本創作提供一種半導體處理設備，包含真空反應腔1，所述真空反應腔1內部設置一基座2，所述基座2上設置一靜電吸盤3，所述靜電吸盤3上放置基片101，環繞所述靜電吸盤3設置一聚焦環4，用於調節基片101周圍的溫度分布，環繞所述靜電吸盤3還設置一插入環5，所述插入環5設置在所述聚焦環4下方，用於實現所述聚焦環4和靜電吸盤3之間的電隔離。所述半導體處理設備可以是電容耦合等離子體蝕刻設備，此時，在所述真空反應腔1的頂部設置一氣體噴淋頭(圖中未顯示)，用於向所述真空反應腔1內通入反應氣體，反應氣體被射頻電場電離產生等離子體，對基片進行蝕刻處理。所述半導體處理設備還可以是電感耦合等離子體蝕刻設備，此時，在所述真空反應腔1的頂部設置電感線圈(圖中未顯示)，並通過氣體進口(圖中未顯示)向所述真空反
應腔1內通入反應氣體，反應氣體被射頻電場電離產生等離子體，對基片進行蝕刻處理。在所述插入環5內設置加熱器6，所述加熱器6與所述聚焦環4的下表面接觸，用於將熱量傳輸至所述聚焦環4。所述加熱器6可採用一個單獨的環狀加熱器，所述環狀加熱器嵌設在所述插入環5中，所述環狀加熱器可以與所述插入環5一體成型，也可以與所述插入環5分體設置，無論是一體成型還是分體設置，在工藝上都是容易實現的。所述環狀加熱器通過電源線10連接至位於所述真空反應腔1外部的電源12。另一方面，所述加熱器6還可以設置為多個加熱片，多個所述加熱片嵌設在所述插入環5中的不同的圓周方向，每個所述加熱片是相互獨立的，分別通過單獨的電源線10連接至位於所述真空反應腔1外部的電源12，每個所述加熱片都可以獨立控制溫度，所述加熱片同樣可以與所述插入環5一體成型，也可以與所述插入環5分體設置。在所述插入環5、靜電吸盤3和基座2中設置一保護通道11，令所述電源線10位於保護通道11中，採用陶瓷材料將所述保護通道11填滿，增加電源線與靜電吸盤之間的電容值，以隔絕所述電源線10與靜電吸盤上的高壓電，防止因為兩者導通導致的電弧放電現象。為了節省成本，還可以簡單地令保護通道11處於真空環境中。而為了防止所述保護通道中產生點燃(lightingup)效應，設置一惰性氣體源13向所述保護通道11中通入惰性氣體，例如，氦氣，令所述保護通道11中充滿惰性氣體，確保了安全。在採用所述加熱器6對所述聚焦環4加熱的過程中，為了加快熱傳導，在所述加熱器6的上表面設置第一導熱襯墊7，所述第一導熱襯墊7與所述聚焦環4的下表面接觸。所述第一導熱襯墊7的材料採用矽膠，所述第一導熱襯墊7的厚度為0.5mm~1.5mm，導熱係數為0.5w/(m.k)~6w/(m.k)。所述第一導熱襯墊7具有較高的導熱係數，使所述加熱器6與所述聚焦環4之間具有良好的導熱性，在對所述聚焦環4進行加熱時，所述第一導熱襯墊7可以令所述加熱器6的溫度極快地傳導至所述聚焦環4，在極短的時間內令所述聚焦環4的溫度與所述加熱器6的溫度達到一致或近乎一致。
同時，在採用所述加熱器6對所述聚焦環4加熱的過程中，為了防止所述加熱器6產生的熱量通過所述插入環5流失到所述靜電吸盤3，在所述加熱器6的下表面設置第二導熱襯墊8，所述第二導熱襯墊8位於所述插入環5中。所述第二導熱襯墊的材料也採用矽膠，所述第二導熱襯墊的厚度為0.5mm~1.5mm，導熱係數為0.5w/(m.k)~3w/(m.k)。確保所述第一導熱襯墊7的導熱係數大於等於所述第二導熱襯墊8的導熱係數，這樣可以使所述加熱器6產生的熱量絕大部分都傳遞至所述聚焦環4，而不會流失至所述靜電吸盤3，起到了熱量隔絕的作用，確保了良好的加熱效果和加熱效率。此外，在對所述聚焦環4進行散熱時，為了使所述聚焦環4的溫度能夠快速下降，在所述插入環5和所述靜電吸盤3之間設置第三導熱襯墊9，令所述插入環5和所述靜電吸盤3之間具有良好的導熱性。所述第三導熱襯墊9的材料採用矽膠，或鋁箔，或石墨，所述第三導熱襯墊9的厚度為0.1mm~1.5mm，導熱係數為0.5w/(m.k)~6w/(m.k)，在所述加熱器6停止對所述聚焦環4加熱後，所述聚焦環4上的溫度可以通過所述第一導熱襯墊7傳導至所述插入環5，繼而所述插入環5上的溫度可以通過所述第三導熱襯墊9傳導至所述靜電吸盤3，令所述聚焦環4的溫度在極短的時間內下降。在本創作的一個實施例中，在未加熱時，靜電吸盤3的溫度為20℃，插入環5的溫度為22℃，由於設置了第三導熱襯墊9，所述插入環5和靜電吸盤3之間的溫度趨於一致，溫差不超過5℃。在開始加熱後，加熱器6的溫度達到80℃時，聚焦環4在真空中的溫度也近似達到了80℃，由於設置了第一導熱襯墊7，所述聚焦環4的升溫速度極快，幾乎和所述加熱器6同步達到所需溫度。而由於設置了第二導熱襯墊8，得到了優化的溫度上升速率0.5~3℃/s和優化的溫度下降速率0.5~3℃/s，既在加熱時確保了聚焦環4的快速升溫和熱量維持，又在散熱時確保了聚焦環4的快速降溫。
本創作提供的聚焦環加熱裝置，在加熱器與聚焦環和插入環之間設置導熱襯墊，在插入環和靜電吸盤之間也設置導熱襯墊，通過選用不同材料、
厚度和導熱係數的導熱襯墊，實現對聚焦環的優化升溫和優化降溫，從而調節基片中心和邊緣的溫度差異，獲得均勻的基片處理結果，提高了產品良率。
如圖3所示，在本創作的另一個實施例中，將所述加熱器6改為設置在所述聚焦環4內，所述第一導熱襯墊7仍然設置在所述加熱器6的上表面，所述第二導熱襯墊8也仍然設置在所述加熱器6的下表面，此時的所述第二導熱襯墊8與所述插入環5的上表面接觸。在所述插入環5和所述靜電吸盤3之間仍然設置第三導熱襯墊9。所述第一導熱襯墊7、第二導熱襯墊8和第三導熱襯墊9的材料、厚度和導熱係數仍然都與圖2中的實施例相同，且所述第一導熱襯墊7的導熱係數仍然大於等於所述第二導熱襯墊8的導熱係數。所述加熱器6也同樣可以採用單一控溫的加熱環或獨立控溫的加熱片。將所述加熱器6設置在所述聚焦環4內，雖然增加了製造成本，但是對聚焦環的加熱效果更好，升溫控制和降溫控制更精確。
本創作提供的聚焦環加熱裝置，在加熱器與聚焦環和插入環之間設置導熱襯墊，在插入環和靜電吸盤之間也設置導熱襯墊，通過選用不同材料、厚度和導熱係數的導熱襯墊，實現對聚焦環的優化升溫和優化降溫，從而調節基片中心和邊緣的溫度差異，獲得均勻的基片處理結果，提高了產品良率。
需要說明的是，在本創作的實施例中，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“後”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”、“順時針”、“逆時針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述實施例，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本創作的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
在本創作中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本創作中的具體含義。
儘管本創作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創作的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本創作的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本創作的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。
101:基片
2:基座
3:靜電吸盤
4:聚焦環
5:插入環
6:加熱器
7:第一導熱襯墊
8:第二導熱襯墊
9:第三導熱襯墊
10:電源線
11:保護通道
12:電源
13:惰性氣體源
Claims (18)
- 一種聚焦環加熱裝置，用於一半導體處理設備中，所述半導體處理設備包括一真空反應腔，所述真空反應腔內設有用於支撐待處理基片的一靜電吸盤，環繞所述靜電吸盤設置一聚焦環和一插入環，所述插入環設置在所述聚焦環下方，所述聚焦環加熱裝置包含：一加熱器，其設置在所述聚焦環內部或所述聚焦環下方，用於將熱量傳輸至所述聚焦環；一第一導熱襯墊，設置於所述加熱器與所述聚焦環之間；一第二導熱襯墊，設置於所述加熱器與所述插入環之間；所述第一導熱襯墊的導熱係數大於等於所述第二導熱襯墊的導熱係數。
- 如請求項1所述的聚焦環加熱裝置，其中，所述加熱器設置在所述聚焦環內，所述第二導熱襯墊與所述插入環的上表面接觸。
- 如請求項1所述的聚焦環加熱裝置，其中，所述加熱器設置在所述插入環內，所述第一導熱襯墊與所述聚焦環的下表面接觸。
- 如請求項2或3所述的聚焦環加熱裝置，其中，所述第一導熱襯墊的材料採用矽膠，所述第一導熱襯墊的厚度為0.5mm至1.5mm，導熱係數為0.5w/(m.k)至6w/(m.k)。
- 如請求項4所述的聚焦環加熱裝置，其中，所述第二導熱襯墊的材料採用矽膠，所述第二導熱襯墊的厚度為0.5mm至1.5mm，導熱係數為0.5w/(m.k)至3w/(m.k)。
- 如請求項5所述的聚焦環加熱裝置，其中，所述插入環和所述靜電吸盤之間設置一第三導熱襯墊。
- 如請求項6所述的聚焦環加熱裝置，其中，所述第三導熱襯墊的材料採用矽膠、或鋁箔、或石墨，所述第三導熱襯墊的厚度為0.1mm至1.5mm，導熱係數為0.5w/(m.k)至6w/(m.k)。
- 如請求項1所述的聚焦環加熱裝置，其中，所述加熱器包含一個加熱環。
- 如請求項8所述的聚焦環加熱裝置，其中，所述加熱器包含一電源線，所述電源線將所述加熱環連接至所述真空反應腔外部的電源。
- 如請求項1所述的聚焦環加熱裝置，其中，所述加熱器包含多個獨立控制溫度的加熱片，所述多個加熱片位於不同的圓周方向。
- 如請求項9所述的聚焦環加熱裝置，其中，所述加熱器包含一電源線，所述電源線將所述加熱片連接至所述真空反應腔外部的電源。
- 如請求項11所述的聚焦環加熱裝置，其中，所述電源線位於一保護通道中，所述保護通道為真空環境。
- 如請求項12所述的聚焦環加熱裝置，其中，所述保護通道中填充陶瓷材料。
- 如請求項12所述的聚焦環加熱裝置，其中，所述保護通道中填充惰性氣體。
- 一種半導體處理設備，包含：一真空反應腔；設置在所述真空反應腔內部的一基座；設置在所述基座上的一靜電吸盤，用於放置基片；環繞所述靜電吸盤設置的一聚焦環，用於調節基片周圍的溫度分布；環繞所述靜電吸盤設置的一插入環，所述插入環設置在所述聚焦環下方，用於實現所述聚焦環和靜電吸盤之間的電隔離； 如請求項1至13中任一項所述的一聚焦環加熱裝置。
- 如請求項15所述的半導體處理設備，其中，所述保護通道設置在所述插入環、所述靜電吸盤和所述基座中。
- 如請求項16所述的半導體處理設備，其中，所述半導體處理設備包含一惰性氣體源，用於向所述保護通道中通入惰性氣體。
- 如請求項15所述的半導體處理設備，其中，所述半導體處理設備為電容耦合等離子體蝕刻設備或電感耦合等離子體蝕刻設備。
Applications Claiming Priority (2)
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- 2022-08-02 CN CN202222020884.XU patent/CN218783000U/zh active Active
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