CN103915309B - 等离子体处理腔室及其静电夹盘以及基片温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种等离子体处理腔室及其静电夹盘以及基片温度控制方法，其中，所述静电夹盘包括：顶层绝缘层，其中内嵌有一直流电极；静电夹盘基体，所述静电夹盘基体包括顶板、底板、侧壁，所述顶板、所述底板和所述侧壁装配在一起形成一空间，所述底板上设置有若干冷却液分割装置，相邻的冷却液分割装置之间形成了冷却液通道，其中，在所述冷却液分割装置之上还设置有一隔板，所述隔板和所述顶板之间具有第一空间，所述隔板具有至少一个阀门。当需要对基片进行降温处理时，打开阀门，当需要对基片进行升温处时，关闭阀门。本发明能够快速有效地调整基片的温度。

Description

等离子体处理腔室及其静电夹盘以及基片温度控制方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种等离子体处理腔室及其静电夹盘以及基片温度控制方法。

背景技术

等离子处理装置利用真空反应室的工作原理进行半导体基片和等离子平板的基片的加工。真空反应室的工作原理是在真空反应室中通入含有适当刻蚀剂源气体的反应气体，然后再对该真空反应室进行射频能量输入，以激活反应气体，来激发和维持等离子体，以便分别刻蚀基片表面上的材料层或在基片表面上淀积材料层，进而对半导体基片和等离子平板进行加工。

等离子体处理腔室底部包括一静电夹盘，静电夹盘用于夹持其上的基片进行制程，在静电夹盘下方设置有冷却液的流通通道以对静电夹盘进行冷却处理。由于静电夹盘上方直接放置着基片，因此静电夹盘的温度均一性显得尤为重要，理想的静电夹盘应该能够快速地升高或者降低到预定温度。

发明内容

针对背景技术中的上述问题，本发明提出了一种用于等离子体处理腔室的静电夹盘。

本发明第一方面提供了一种用于等离子体处理腔室的静电夹盘，其中，所述静电夹盘包括：

顶层绝缘层，其中内嵌有一直流电极；

静电夹盘基体，所述静电夹盘基体包括顶板、底板、侧壁，所述顶板、所述底板和所述侧壁装配在一起形成一空间，所述底板上设置有若干冷却液分割装置，相邻的冷却液分割装置之间形成了冷却液通道，

其中，在所述冷却液分割装置之上还设置有一隔板，所述隔板和所述顶板之间具有第一空间，所述隔板具有至少一个阀门。

进一步地，所述静电夹盘还包括一控制装置，所述控制装置用于控制所述阀门的开启和关闭。

进一步地，所述阀门开启时与位于底板上的其中一个冷却液通道连通。

进一步地，若干所述冷却液通道螺旋形地排布在所述底板上。

进一步地，若干所述冷却液通道相互平行地横向排布在所述底板上。

进一步地，所述顶层绝缘层中还包括一加热层，所述加热层位于所述直流电极之下，所述加热层和所述直流电极之间还包括一隔离层。

进一步地，所述加热层包括铝板。

本发明第二方面提供了一种等离子体处理腔室，其中，所述等离子体处理腔室包括本发明第一方面所述的静电夹盘。

进一步地，所述等离子体处理腔室的静电夹盘下方设置有一冷却液循环装置，其连接于所述冷却液通道，用于对所述冷却液通道中的冷却液进行循环。

本发明第三方面提供了一种用于等离子体处理腔室的基片的温度控制方法，其中，所述等离子体处理腔室包括本发明第一方面所述的静电夹盘，其特征在于，所述温度控制方法包括如下步骤：

-当需要对基片温度加热时，关闭位于所述隔板上的阀门；

-当需要对基片降温时，开启所述隔板上的阀门。

本发明能够快速地升高或者降低静电夹盘上的基片温度到预定温度。

附图说明

图1是等离子体处理腔室的结构示意图；

图2是现有技术的等离子体处理腔室的静电夹盘的结构示意图；

图3是根据本发明一个具体实施例的等离子体处理腔室的静电夹盘的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方式进行说明。

图1等离子体处理腔室的结构示意图。等离子体处理腔室100具有一个处理腔体102，处理腔体102基本上为柱形，且处理腔体侧壁基本上垂直，处理腔体102内具有相互平行设置的上电极109和下电极。通常，在上电极109与下电极之间的区域为处理区域P，该区域P将形成高频能量以点燃和维持等离子体。在静电夹盘106上方放置待要加工的基片W，该基片W可以是待要刻蚀或加工的半导体基片或者待要加工成平板显示器的玻璃平板。其中，所述静电夹盘106用于夹持基片W。反应气体从气体源103中被输入至处理腔体102内，一个或多个射频电源104可以被单独地施加在下电极上或同时被分别地施加在上电极109与下电极上，用以将射频功率输送到下电极上或上电极109与下电极上，从而在处理腔体102内部产生大的电场。大多数电场线被包含在上电极109和下电极之间的处理区域P内，此电场对少量存在于处理腔体102内部的电子进行加速，使之与输入的反应气体的气体分子碰撞。这些碰撞导致反应气体的离子化和等离子体的激发，从而在处理腔体102内产生等离子体。反应气体的中性气体分子在经受这些强电场时失去了电子，留下带正电的离子。带正电的离子向着下电极方向加速，与被处理的基片中的中性物质结合，激发基片加工，即刻蚀、淀积等。在等离子体处理腔室100的合适的某个位置处设置有排气区域，排气区域与外置的排气装置(例如真空泵泵105)相连接，用以在处理过程中将用过的反应气体及副产品气体抽出腔室。其中，等离子体约束环107用于将等离子体约束于处理区域P内，而108指代的是等离子体约束环107的接地端。

图2是现有技术的等离子体处理腔室的静电夹盘的结构示意图。如图2所示，现有技术的静电夹盘106包括一顶层绝缘层1061，其中内嵌有直流电极。所述顶层绝缘层1061以下设置有一静电夹盘基体(ESCBase)1064，其包括一顶层1062a、侧壁1062b以及底层1062c，上述顶层1062a、侧壁1062b以及底层1062c共同构成一空间，空间内设置有若干个冷却液分割装置1062，相邻的冷却液分割装置1062之间形成了冷却液通道。现有技术的静电夹盘直接将冷却液通道设置于静电夹盘基体1064中，而基片直接设置于位于静电夹盘基体1064之上的顶层绝缘层1062上，由于冷却液通道距离基片距离很近且中间无阻断，因此当难以在短时间内调整温度。

图3是根据本发明一个具体实施例的等离子体处理腔室的静电夹盘的结构示意图。如图3所示，在本实施例中，所述静电夹盘206包括顶层绝缘层2061，其上放置有待制程的基片(未示出)，所述顶层绝缘层2062内嵌有一直流电极，所述直流电极用于产生夹持基片用吸力。所述顶层绝缘层2061下面设置有静电夹盘基体2064，所述静电夹盘基体2064包括顶板2062a、底板2062c、侧壁2062b，所述顶板2062a、所述底2062c板和所述侧壁2062b连接形成一空间。在此空间中，所述底板2062c上设置有若干冷却液分割装置2066，相邻的冷却液分割装置2066之间形成了若干冷却液通道。

如图3所示，其中，在若干所述冷却液分割装置2066之上还设置有一隔板2068，所述隔板2068把静电夹盘基体2064的内部空间进一步分成上下两个空间，分别是第一空间S1和第二空间S2。其中，所述隔板2068具有至少一个阀门2068a。其中，所述阀门2068a开启时即连通了第一空间S1和第二空间S2，所述阀门2068a则与位于底板上的其中一个冷却液通道连通，以使得在阀门2068a开启时存在于冷却液通道的冷却液可以从该冷却液通道逐渐通过阀门2068a进入第二空间S2。

其中，所述顶层绝缘层2061中还包括一加热层(未示出)，所述加热层位于所述直流电极之下，所述加热层和所述直流电极之间还包括一隔离层。具体地，所述加热层还外接有电源，能够产生热量从而对位于顶层绝缘层2061之上的基片进行加热。典型地，所述加热层包括铝板。冷却液通道分别设置了至少两个通道，该两个通道进一步地连接于位于静电夹盘206之下的冷却液交换/循环装置，其中，该两个通道分别用于从静电夹盘206中导出冷却液以及从该冷却液交换/循环装置中向所述静电夹盘206传输冷却液，从而对设置于顶层绝缘层2061之上的基片进行冷却处理。

本领域技术人员应当理解，由于基片在制程中往往需要调整温度，特别是在制程的不同步骤之间所需的温度有差异。假设前一个制程需要对基片进行降温，而后一制程突然需要对基片进行升温，但是由于冷却液通道是直接设置于放置基片的定层绝缘层之下，因此，升温的速度必然受到影响。

本发明利用隔板2068在静电夹盘基体2064中在顶层绝缘层2061和冷却液通道之间设置了一个隔离的第二空间S2。当需要对基片进行冷却时，打开阀门2068a，冷却液于是从冷却液通道从阀门2068a进入第二空间S2，从而对位于顶层绝缘层2061之上的基片进行冷却。当需要对基片进行加热时，关闭阀门2068a，于是第二空间S2和第一空间S1由于隔板2068的隔离不能进行温度交换，因此剩余在第二空间S2中的冷却液的温度不能通过冷却液交换/循环装置进行降温。从而，第二空间S2此时的功能相当于充当基片和冷却液之间的隔离空间，使得第一空间S1中的冷却液不会对位于顶层绝缘层2061之上的基片造成任何影响，从而提高基片升温的速度。

进一步地，所述静电夹盘还包括一控制装置，所述控制装置用于控制所述阀门的开启和关闭。

可选地，若干所述冷却液通道螺旋形地排布在所述底板上。

可选地，若干所述冷却液通道相互平行地横向排布在所述底板上。

本发明第二方面提供了一种等离子体处理腔室，其中，所述等离子体处理腔室包括前述的静电夹盘206。

进一步地，所述等离子体处理腔室的静电夹盘206下方设置有一冷却液循环装置，其连接于所述冷却液通道，用于对所述冷却液通道中的冷却液进行循环。

本发明第三方面提供了一种用于等离子体处理腔室的基片的温度控制方法，其中，所述等离子体处理腔室前述的静电夹盘，其特征在于，所述温度控制方法包括如下步骤：

-当需要对基片温度加热时，关闭位于所述隔板2068上的阀门2068a；

-当需要对基片降温时，开启所述隔板2068上的阀门2068a，使得位于隔板2068下方的冷却液进入第二空间S2。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种用于等离子体处理腔室的静电夹盘，其中，所述静电夹盘包括：

顶层绝缘层，其中内嵌有一直流电极；

静电夹盘基体，所述静电夹盘基体包括顶板、底板、侧壁，所述顶板、底板和侧壁装配在一起形成一空间，所述底板上设置有若干冷却液分割装置，相邻的冷却液分割装置之间形成了冷却液通道，

其中，在所述冷却液分割装置之上还设置有一隔板，所述隔板和所述顶板之间具有第一空间，所述隔板具有至少一个阀门；

所述顶层绝缘层中还包括一加热层，所述加热层位于所述直流电极之下，所述加热层和所述直流电极之间还包括一隔离层。

2.根据权利要求1所述的静电夹盘，其特征在于，所述静电夹盘还包括一控制装置，所述控制装置控制所述阀门的开启和关闭。

3.根据权利要求2所述的静电夹盘，其特征在于，所述阀门开启时与位于底板上的其中一个冷却液通道连通。

4.根据权利要求1所述的静电夹盘，其特征在于，若干所述冷却液通道螺旋形地排布在所述底板上。

5.根据权利要求1所述的静电夹盘，其特征在于，若干所述冷却液通道相互平行地横向排布在所述底板上。

6.根据权利要求1所述的静电夹盘，其特征在于，所述加热层包括铝板。

7.一种等离子体处理腔室，其特征在于，所述等离子体处理腔室包括权利要求1至6任一项所述的静电夹盘。

8.根据权利要求7所述的等离子体处理腔室，其特征在于，所述等离子体处理腔室的静电夹盘下方设置有一冷却液循环装置，其连接于所述冷却液通道，其对所述冷却液通道中的冷却液进行循环。

9.一种用于等离子体处理腔室的基片的温度控制方法，其中，所述等离子体处理腔室包括权利要求1至6任一项所述的静电夹盘，其特征在于，所述温度控制方法包括如下步骤：

-当需要对基片加热时，关闭位于所述隔板上的阀门；

-当需要对基片降温时，开启位于所述隔板上的阀门。