CN101471275A - 一种被处理体的保持装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种被处理体的保持装置，包括基座以及位于基座上方的绝缘层和聚焦环，所述聚焦环位于所述绝缘层的周围，在所述聚焦环与所述基座的连接处还设有至少一个气体流通沟槽，所述气体流通沟槽的面积占所述连接处聚焦环面积的5～95％，所述气体流通沟槽的深度为所述聚焦环整体厚度或所述基座整体厚度的5～95％。由于本发明在聚焦环与基座的连接处设置了气体流通沟槽，并且，通过设置该气体流通沟槽的面积和深度，使得热传导气体可以具有更好的流动性，进而使得聚焦环整体的温度在整个晶片加工工艺中，都能够得到良好的温度控制，所以，可以使得需要精细加工的半导体晶片能够在处理效果上得到大大的改进。

Description

一种被处理体的保持装置

技术领域

本发明涉及一种被处理体的保持装置，特别是涉及一种在等离子体加工工艺中具有聚焦环结构的保持装置。

背景技术

在集成电路制造工艺过程中，特别是刻蚀、物理气相沉积及抛光工艺中，为了固定、支撑及传送半导体晶片(以下简称晶片)并实现温度控制，避免在工艺过程中出现移动或错位现象，往往需要使用静电卡盘。而且，这类静电卡盘装置已经普遍地应用于半导体等离子体刻蚀反应室中。

静电卡盘采用静电引力的方式来固定晶片，与传统的机械卡盘和真空吸盘相比具有很多优点。例如，静电卡盘减少了在使用传统卡盘的过程中，由于压力、碰撞等机械原因对晶片造成的难以修复的损伤，另外，采用静电吸引之后由于没用机械固定，便增大了晶片的有效加工面积、减少了由于机械碰撞而产生的颗粒污染、并且有力于进行热传导。

典型的静电卡盘由两部分组成：绝缘层2a和基座2(参见图1和图2)。绝缘层目前采用陶瓷材料加工制造或通过陶瓷喷涂的形式进行制造，直流电极层2b通过烧结或喷涂的方式埋藏在绝缘层中。静电卡盘主要是利用直流电极层2b与晶片W之间产生的静电引力达到固定晶片W的目的。基座2用来支撑绝缘层2a。

参见图1和图2，在等离子加工配置中，典型的配置包括有静电卡盘，该静电卡盘包括绝缘层2a和基座2。并且设有嵌入围住该静电卡盘的聚焦环1和基环6。将被处理的晶片W放置在静电卡盘的基座2上，更准确度地说是将晶片W放置在绝缘层2a上，同时嵌入在由聚焦环1的上表面所形成的一个槽中。

在基座2中，设有从外部导入气体、并对晶片W进行温度控制的气体供给通道3a。在图1和图2中，没有示出该气体通道3a的气体供给源、通道基干部分和通道分支部分。但该通道分支部分会贯通静电卡盘的绝缘层2a中，并且与绝缘层2a上面多个开口连接。气体供给源能够供给具有热传导介质功能的氦气等气体，从而可以对所保持的晶片W进行温度控制。

直流电源5通过连接线4a与静电卡盘连接，静电卡盘的绝缘层2a内部设置有电极板2b(可以时单极，也可以是双极)。当直流电源5向电极板2b施加直流电源时，便会产生库仑吸引力，将晶片W吸附在静电卡盘上。

通常，利用等离子体处理装置进行处理的时候，在将晶片W吸附并保持在静电卡盘上的同时，还利用图中没有示出的真空***、高频电源和电极等发生等离子体，该等离子体通过基座2上的聚焦环1，汇聚在晶片W上，对晶片W进行等离子体处理(如刻蚀处理、化学气相沉积和物理气相沉积等)。经过暴露在等离子体中的处理，晶片W的温度升高，但是通过温度控制设备将上述氦气从气体通道3a吹向晶片W背面，可以进行温度控制并且保证温度的均匀性。

但是其缺陷在于，在这种等离子体处理装置的结构中，由于考虑维修方便，只是将聚焦环1嵌入到基座2中(参见图1)，或者首先嵌入到基环6上，再将聚焦环1和基环6共同嵌入到基座2上(参见图2)；在聚焦环1和基座2或者基环6之间存在细小的真空间隙，这样，两者之间传热性能不良，不能像晶片W那样得到良好的温度控制。因此，当对晶片W进行处理时，聚焦环1的温度随着工艺时间增加而升高，超过晶片W的温度。由于上述影响，使晶片W边缘的刻蚀均匀性受到影响，所以，这部分刻蚀不充分，或者产生刻蚀选择比降低等问题。

另外，由于聚焦环1和基座2或者基环6之间的间隙非常细小，也同时也影响了从静电卡盘到晶片W之间区域的等离子体的RF阻抗路径和从静电卡盘到聚焦环1区域内的等离子的RF阻抗路径匹配的密切纯度，从而影响了晶片W边缘的等离子体密度，所以也会使晶片W边缘的刻蚀均匀性受到影响。

现有的技术方案一：参见图1，中国专利CN01811344.3中公开了在基座2上增加第二电介质层2c或者是增加电极2d，可以通过直流电源5提供直流，产生约翰逊-拉贝克力，从而吸附聚焦环1。其减小了聚焦环1与基座2的间隙，同时增加了热传导气体通道3b，热传导气体如氦气等可以直接吹到聚焦环1底面，从而降低聚焦环1温度。

上述技术方案一的缺点为：该方案使用了热传导气体来降低聚焦环1温度，但是热传导气体与晶片W温度控制使用的热传导气体是一个通道，气体压力和流量难以控制。同时，因为静电吸附力的存在，使聚焦环1和基座2之间间隙很小，热传导气体流动性很差。

现有的技术方案二：参见图2，中国专利CN200610159201.1中公开了在基座2上放置基环6，把聚焦环1放置到基环6上，基环6中设置了电极6a，可以通过直流电源5b提供直流电，产生静电吸附力，从而吸附聚焦环1。其减小了聚焦环1与基座2的间隙，同时增加了热传导气体通道3b，热传导气体如氦气等可以直接吹到聚焦环1底面，从而降低聚焦环1温度。

上述技术方案二的缺点为：该方案使用了热传导气体来降低聚焦环1温度。但是同样因为静电吸附力的存在，使聚焦环1和基座2之间间隙很小，热传导气体的流动性很差。并且，因为没有测量聚焦环1的温度，无法对热传导气体进行准确控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服上述现有技术的缺陷而提供一种具有良好气体导热结构的、并可以准确稳定控制聚焦环温度的具有聚焦环结构的卡盘装置。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种被处理体的保持装置，包括基座以及位于基座上方的绝缘层和聚焦环，所述聚焦环位于所述绝缘层的周围，在所述聚焦环与所述基座的连接处还设有至少一个气体流通沟槽，所述气体流通沟槽的面积占所述连接处聚焦环面积的5～95％，所述气体流通沟槽的深度为所述聚焦环整体厚度或所述基座整体厚度的5～95％。

优选地，所述气体流通沟槽为平行的环状沟槽或迷宫形沟槽或之字形沟槽，且在所述气体流通沟槽整体的内缘和外缘处均设有封闭环。进一步，所述气体流通沟槽的面积占所述连接处聚焦环面积的40～80％。所述气体流通沟槽的深度为所述聚焦环整体厚度的40～80％。所述气体流通沟槽至少部分位于所述聚焦环的下部，或者至少部分位于所述基座的上部。

优选地，所述气体流通沟槽为呈辐射状排列的突起结构。所述气体流通沟槽的面积占所述连接处聚焦环面积的40～80％。且在所述气体流通沟槽整体的内缘和外缘处均设有封闭环。所述气体流通沟槽的深度为所述聚焦环整体厚度的40～80％。所述气体流通沟槽至少部分位于所述聚焦环的下部，或者至少部分位于所述基座的上部。

优选地，在所述基座中还设置有分别与所述绝缘层和聚焦环相连通的气体通道，每条气体通道均与气体供给源和控制部分相连。

优选地，所述聚焦环由导电材料或半导体材料制成。所述聚焦环的材料为硅或氮化硅或碳化硅或氮化铝。所述聚焦环的材料与待加工的晶片材料相同。

优选地，所述聚焦环与晶片的连接处距离所述气体流通沟槽上部的厚度为1.5～3mm。

本发明的优点是：由于本发明在聚焦环与基座的连接处设置了气体流通沟槽，并且，通过设置该气体流通沟槽的面积和深度，使得热传导气体可以具有更好的流动性，进而使得聚焦环整体的温度在整个晶片加工工艺中，都能够得到良好的温度控制，所以，可以使得需要精细加工的半导体晶片能够在处理效果上得到大大的改进。

附图说明

图1和图2为现有技术中具有聚焦环结构的保持装置的结构示意图；

图3为本发明的结构示意图；

图4为本发明聚焦环部分的剖视图；

图5、图6、图7、图8、图9和图10为本发明各个实施例中气体流通沟槽部分的示意图。

具体实施方式

参见图3，其中示出本发明一种被处理体的保持装置的优选实施例，所述卡盘装置13包括基座13b以及位于基座13b上方的绝缘层13a和聚焦环11，优选地，还可以包括基环12，但对于本发明而言，所述基环12可以解释为基座13b的一部分，所述聚焦环11位于所述绝缘层13a的周围，将待处理的晶片W放置在卡盘装置13上，更准确地说是将晶片W放置在绝缘层13a上，同时嵌入聚焦环11上表面所形成的一个槽中，在所述聚焦环11与所述基座3b的连接处18还设有至少一个气体流通沟槽11c。所述气体流通沟槽11c可以至少部分位于所述聚焦环11的下部，优选地，全部位于聚焦环11的下部，以便于在生产制造聚焦环11的时候一并加工制成；或者至少部分位于所述基座13b的上部，优选地，全部位于在基座13b的上部，以便于在生产制造基座13b的时候一并加工制成；当然还包括这样情况：部分位于聚焦环11的下部、部分位于基座13b的上部，两部分的位置和尺寸相互配合，共同形成气体流通沟槽11c。此外，由于本实施例中优选地还可以包括基环12，所以，基环12与聚焦环11的连接处同样可以设置有上述三种情形的气体流通沟槽11c。由于针对本发明而言，所述基环12可解释为基座13b的一部分，所以，所述聚焦环11与基环12的连接处，也可以解释为属于所述的聚焦环11与基座3b的连接处18。所述气体流通沟槽11c的面积占所述连接处18聚焦环面积的5～95％，所述气体流通沟槽11c的深度为所述聚焦环11整体厚度或所述基座整体厚度的5～95％。

参见图4，优选地，所述聚焦环11与晶片的连接处距离所述气体流通沟槽11c上部的厚度11g为1.5～3mm，由于聚焦环的上表面会形成一个槽，用以放置晶片W，所以，此部分的厚度11g比聚焦环11的整体厚度11f小，是聚焦环11上的最小厚度。因此，考虑到零件材料强度等问题，需要保证最小厚度11g在1.5～3mm之间，优选为2mm。当然，也可以采用槽深渐变的结构，即：靠近最小厚度11g处的槽浅、而远离最小厚度11g处的槽深。

参见图5、图6、图7、图8、图9和图10，图中示出了本发明所述气体流通沟槽11c的各种实施例的示意图。其中，图5和图6为平行的环状沟槽11c；图7为具有呈辐射状排列的突起结构11d所形成的沟槽11c；图8为之字形沟槽；图9和图10为迷宫形沟槽。在上述的各种气体流通沟槽整体的内缘和外缘处均设有封闭环11b和11a，以保证气体不会泄漏。

更近进一步，如图4所示，所述气体流通沟槽11c的面积占所述连接处18聚焦环面积的40～80％，优选地为65％；所述气体流通沟槽11c的深度11e为所述聚焦环整体厚度11f的40～80％，优选地为65％。由于在晶片处理工艺中，晶片的尺寸很小，同时，所述的卡盘装置和聚焦环11的尺寸都很小，所以，上述尺寸的比例范围如果过大或者过小，都难以达到气体流通顺畅的效果。因此，本发明的发明人在经过大量的试验后，确定优选范围为40～80％，最好为65％。

优选地，在所述基座中还设置有分别与所述绝缘层和聚焦环相连通的气体通道，每条气体通道均与气体供给源和控制部分相连。

具体地，如图3所示，在基座13b中，设有从外部导入气体并对晶片W进行温度控制的气体供给通道16和气体供给通道14，这个两个气体通道16和14分别与气体供给源和控制部分17和15相连，图中未示出通道基干部分和通道分支部分；气体供给源和控制部分17和15可以控制和调节热传导气体的压力和流量。通道分支部分贯通静电卡盘13中的绝缘层13a，并且与绝缘层13a上面多个开口连接。从该气体供给源供给具有热传导介质功能的氦气等，可以对所保持的晶片进行温度控制。

优选地，所述聚焦环由导电材料或半导体制成。进一步，所述聚焦环的材料为硅或氮化硅或碳化硅或氮化铝。最好，所述聚焦环的材料与待加工的晶片材料相同。当然，并不仅限于这些材料。

显而易见，本领域的普通技术人员，可以用本发明的一种被处理体的保持装置，构成各种类型的保持装置或者聚焦环结构。同时，本发明也不限于刻蚀工艺，可以用于其他等离子体加工工艺；也可以用于液晶显示器的加工工艺。

上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，还可以作出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由各权利要求限定。

Claims (10)

1、一种被处理体的保持装置，包括基座以及位于基座上方的绝缘层和聚焦环，所述聚焦环位于所述绝缘层的周围，其特征在于：在所述聚焦环与所述基座的连接处还设有至少一个气体流通沟槽，所述气体流通沟槽的面积占所述连接处聚焦环面积的5～95％，所述气体流通沟槽的深度为所述聚焦环整体厚度或所述基座整体厚度的5～95％。

2、根据权利要求1所述的保持装置，其特征在于：所述气体流通沟槽为平行的环状沟槽或迷宫形沟槽或之字形沟槽，且在所述气体流通沟槽整体的内缘和外缘处均设有封闭环。

3、根据权利要求1所述的保持装置，其特征在于：所述气体流通沟槽为呈辐射状排列的突起结构，且在所述气体流通沟槽整体的内缘和外缘处均设有封闭环。

4、根据权利要求2或3所述的保持装置，其特征在于：所述气体流通沟槽的面积占所述连接处聚焦环面积的40～80％，所述气体流通沟槽的深度为所述聚焦环整体厚度的40～80％。

5、根据权利要求4所述的保持装置，其特征在于：所述气体流通沟槽至少部分位于所述聚焦环的下部，或者至少部分位于所述基座的上部。

6、根据权利要求1所述的保持装置，其特征在于：在所述基座中还设置有分别与所述绝缘层和聚焦环相连通的气体通道，每条气体通道均与气体供给源和控制部分相连。

7、根据权利要求1所述的保持装置，其特征在于：所述聚焦环由导电材料或半导体材料制成。

8、根据权利要求7所述的保持装置，其特征在于：所述聚焦环的材料为硅或氮化硅或碳化硅或氮化铝。

9、根据权利要求7所述的保持装置，其特征在于：所述聚焦环的材料与待加工的晶片材料相同。

10、根据权利要求1所述的保持装置，其特征在于：所述聚焦环与晶片的连接处距离所述气体流通沟槽上部的厚度为1.5～3mm。

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