專利名稱：溫度可分區調控的靜電吸盤的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種靜電吸盤，特別涉及一種溫度可分區調控的靜電吸盤。
背景技術：
在半導體器件的制造過程中，為了在晶片上進行沉積、蝕刻等工藝處理時，一般通過靜電吸盤(Electrostatic chuck，簡稱ESC)產生的靜電力在處理期間對晶片進行支撐及固定。靜電吸盤通常位于真空處理腔室的底部，一般包含在陶瓷介電層中埋設的電極； 通過在該電極上施加直流，進而產生靜電電荷來吸持介電層上放置的晶片。在所述介電層的下方設置基座對其進行支撐；所述基座中設有熱交換器(chiller)，即通過開設若干通道，由其中流經的流體來加熱或冷卻所述靜電吸盤的溫度，進而控制晶片的溫度。然而，例如受到處理腔室內反應氣體或等離子體的分布不均勻的影響，往往會使晶片表面上的不同區域具有不同的處理速率；對于沿晶片徑向布置的不同區域，這種不均勻處理尤其明顯，例如會使得晶片中心區域的處理速率較快，而晶片邊緣區域的處理速率較慢，這樣會導致晶片上不同區域形成的半導體器件的性能不同。現有技術常采用改變晶片邊緣與中心區域的氣體流量或或種類的分布來實現最終處理效果的均一性，但是這種方法要求進氣口具有獨立可調的多區氣體分布器，而且從氣體分布器到晶片加工表面經過氣體擴散后這些氣體流量或種類的差異也部分被減弱對最終處理效果的調試不理想，很難在現實的加工工藝中通過快速直接的調試獲得理想的加工效果。現有技術也有通過調節電場在整個加工表面的分布來提高處理效果的均一性的，通過調節電場會造成等離子分布變化，但是對化學反應占主導的加工工藝實際影響不大也不能起到很好的調節作用。所以業內迫切需要能夠通過其它方法來快速調節加工均一性的方法或裝置。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種溫度可分區調控的靜電吸盤，在介電層內與晶片邊緣對應的位置埋設了加熱體，通過提高晶片邊緣的溫度來加快該區域的處理反應速率，從而抵消晶片徑向不均勻處理的影響；與之配合，還在靜電吸盤的基座中設置了兩套熱交換器，進一步實現對晶片中心及邊緣區域溫度的對應調整。為了達到上述目的，本實用新型的技術方案是提供一種溫度可分區調控的靜電吸盤，包含導熱陶瓷材料制成的介電層，其固定設置在真空處理腔室底部的基座上；在所述介電層中埋設的電極上施加直流，從而產生靜電力來吸持所述介電層上放置的晶片；在所述靜電吸盤內還設置有加熱體；所述加熱體設置在所述介電層內，位于埋設電極之上；并且，所述加熱體環繞所述介電層的邊緣布置，從而與所述晶片的邊緣位置相對應。對應在所述介電層及基座的中心設置第一分區，并在所述介電層及基座的邊緣設置第二分區，使所述第二分區環繞在所述第一分區的外圍并與其同圓心設置；[0009]所述第一分區及第二分區，與所述晶片的中心區域及邊緣區域相對應；所述加熱體設置在所述第二分區的介電層內。在所述基座(12)的第一分區和第二分區內，還分別設置有一套獨立可控的熱交換器；所述熱交換器或加熱體各自的開啟或關閉，使第一分區、第二分區的溫度分別得到調整，并進而對晶片中心區域及邊緣區域的溫度分別進行調整。所述基座內開設有若干通道，所述若干通道分別位于基座的第一分區、第二分區； 通過加熱或冷卻所述通道中的流體，來提高或降低設置相應分區的溫度，從而對晶片相應區域的溫度進行調整；對應不同區域開設的通道中的流體是獨立控制的。所述加熱體是由電阻加熱元件制成；所述電阻加熱元件上施加的電源功率一定時，其溫度升高的幅度與加熱時間成正比；若加熱時間一定時，升溫幅度與電源功率成正比。所述加熱體是由鎢絲繞制形成的加熱線圈。所述靜電吸盤包括一個位于上表面的散熱區，散熱區包括多個位于靜電吸盤上表面的氣體流通通道，所述加熱體環繞著靜電吸盤的散熱區。與現有技術相比，本實用新型所述溫度可分區調控的靜電吸盤，其優點在于本實用新型設置有兩套熱交換器，對應為晶片中心和邊緣區域的溫度進行控制；并且至少在對應晶片最邊緣的分區內設置有所述加熱體，通過所述加熱體靈活快速地提升晶片邊緣的溫度，在其他反應條件不變的情況下，能夠使對晶片邊緣進行刻蝕、沉積等反應的處理速率加快，從而抵消晶片徑向上原先氣體分布不均勻等造成的影響，最終在晶片的中心與邊緣獲得更均勻的加工效果。

圖1是本實用新型所述溫度可分區調控的靜電吸盤的結構示意圖；圖2是本實用新型所述靜電吸盤的俯視圖。
具體實施方式
以下結合附圖說明本實用新型的具體實施方式
。配合參見圖1、圖2所示，本實用新型所述的靜電吸盤，包含導熱陶瓷材料制成的介電層11，其設置在真空處理腔室底部的一個基座12上。所述基座12是邊緣為階梯狀的圓盤結構；所述介電層11的面積等于或略小于放置在該介電層11上的晶片50的面積。在所述介電層11中埋設的電極60上施加直流，從而產生靜電電荷來吸持所述晶片50。在介電層11及基座12上對應劃分了若干分區，例如可以是沿徑向劃分第一分區 21和第二分區22，所述第二分區22環繞在所述第一分區21的外圍并與其同圓心設置；所述第一分區21及第二分區22，與靜電吸盤上晶片50的中心區域51及邊緣區域52相對應。在基座12的第一、第二分區21和22內各自設置了一套獨立可控的熱交換器 (chiller)31、32。所述熱交換器可以是開設在所述基座12中的若干通道，通過加熱或冷卻該通道中的流體，來提高或降低靜電吸盤相應分區的溫度，從而能夠對晶片50中心及邊緣區域的溫度分別進行調整。在所述靜電吸盤的介電層11內部還設置有加熱體40，其可以是環繞該介電層11邊緣設置的若干匝加熱線圈。由鎢絲等電阻加熱元件制成的所述加熱線圈上，若施加的電源功率一定時，溫度升高的幅度與加熱時間成正比；若加熱時間一定時，升溫幅度與電源功率成正比。在其他實施例中，所述靜電吸盤的分區數量可以不限于上述兩個，例如可以是在靜電吸盤上沿徑向同圓心布置有更多分區。或者，在所述靜電吸盤上也可以依照其他方式進行分區。在不同分區中相應配置熱交換器或加熱體或兩者的組合；通過獨立控制所述熱交換器或加熱體各自的開啟或關閉，或者通過獨立控制熱交換器中導熱流體的流量都能夠對分區溫度分別進行調整。優選的，至少在對應晶片最邊緣的分區內設置有所述加熱體；相比該分區內熱交換器的布置位置，使所述加熱體在水平方向上更靠近晶片的邊緣。由于在豎直方向上，所述加熱體比所述熱交換器更靠近所述晶片，對于其邊緣區域的溫度提升速度更快，也更靈活。 在現有電容耦合型(CCP)的等離子處理腔中由于物理結構的原因在施加高頻射頻電場后產生的等離子分布是中間部分大于邊緣部分濃度的，為了獲得均一的處理效果需要在氣體流量，反應物種類，或者溫度等方面作補償性修正。現有技術由于靜電吸盤都不含有加熱體所以無法在溫度上進行修正，要獲得均一的處理效果需要在其它方面作很大的讓步才能獲得。本實用新型在靜電吸盤的上邊緣位置添加了一個加熱體可以有效的實現對晶片表面溫度的大幅度調節，低成本且有效的改進了對晶片加工的均勻性。現有技術靜電吸盤固定晶片的上表面中間區域包括多個冷卻氣體如氦氣(He)的通道以導出晶片上多余的熱量，如果在中間區域埋入加熱裝置的話產生的熱量直接被這些導熱的氦氣帶走了，無法實現本實用新型的發明目的。所以現有技術沒有對靜電吸盤的表面溫度進行區別控制。本實用新型認識到這一被忽視的可控制盲區提出了在靜電吸盤邊緣的上表面設置加熱體，使加熱體位于直流電極上方且環繞散熱區的氣體流通通道，再配合基座中獨立控制的多區熱交換器可以更大程度的改進在整個晶片表面的溫度分布。在其他反應條件不變的情況下，通過所述加熱體來提升晶片邊緣的溫度，能夠使該邊緣區域進行刻蝕等反應的處理速率加快，從而抵消晶片徑向上原先氣體分布不均勻等造成的影響，最終在晶片的中心與邊緣獲得更均勻的加工效果。盡管本實用新型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實用新型的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本實用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實用新型的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求1.一種溫度可分區調控的靜電吸盤，包含導熱陶瓷材料制成的介電層(11)，其固定設置在真空處理腔室底部的基座(12)上；在所述介電層(11)中埋設的電極(60)上施加直流， 從而產生靜電力來吸持所述介電層(11)上放置的晶片(50)，其特征在于，在所述靜電吸盤內還設置有加熱體(40 )；所述加熱體(40 )設置在所述介電層(11)內， 位于埋設電極(60 )之上；并且，所述加熱體(40 )環繞所述介電層(11)的邊緣布置，從而與所述晶片(50)的邊緣位置相對應。
2.如權利要求1所述溫度可分區調控的靜電吸盤，其特征在于，對應在所述介電層(11)及基座(12)的中心設置第一分區(21)，并在所述介電層(11) 及基座(12)的邊緣設置第二分區(22)，使所述第二分區(22)環繞在所述第一分區(21)的外圍并與其同圓心設置；所述第一分區(21)及第二分區(22)，與所述晶片(50)的中心區域(51)及邊緣區域 (52 )相對應；所述加熱體(40 )設置在所述第二分區(22 )的介電層(11)內。
3.如權利要求2所述溫度可分區調控的靜電吸盤，其特征在于，在所述基座(12)的第一分區(21)和第二分區(22)內，還分別設置有一套獨立可控的熱交換器；所述熱交換器或加熱體各自的開啟或關閉，使第一分區(21)、第二分區(22)的溫度分別得到調整，并進而對晶片(50)中心區域(51)及邊緣區域(52)的溫度分別進行調離iF. ο
4.如權利要求3所述溫度可分區調控的靜電吸盤，其特征在于，所述基座(12)內開設有若干通道，所述若干通道分別位于基座(12)的第一分區(21 )、 第二分區(22);通過加熱或冷卻所述通道中的流體，來提高或降低設置相應分區的溫度，從而對晶片(50)相應區域的溫度進行調整；對應不同區域開設的通道中的流體是獨立控制的。
5.如權利要求廣4中任意一項所述溫度可分區調控的靜電吸盤，其特征在于，所述加熱體(40)是由電阻加熱元件制成；所述電阻加熱元件上施加的電源功率一定時，其溫度升高的幅度與加熱時間成正比；若加熱時間一定時，升溫幅度與電源功率成正比。
6.如權利要求5所述溫度可分區調控的靜電吸盤，其特征在于，所述加熱體(40)是由鎢絲繞制形成的加熱線圈。
7.如權利要求5所述溫度可分區調控的靜電吸盤，其特征在于，所述靜電吸盤包括一個位于上表面的散熱區，散熱區包括多個位于靜電吸盤上表面的氣體流通通道，所述加熱體(40)環繞著靜電吸盤的散熱區。
專利摘要本實用新型涉及一種溫度可分區調控的靜電吸盤，在基座中設置有兩套熱交換器，對應為晶片中心和邊緣區域的溫度進行控制；并且，至少與晶片最邊緣對應的靜電吸盤分區內設置有加熱體，使該加熱體在介電層頂部、靠近晶片的位置布置。通過所述加熱體靈活快速地提升晶片邊緣的溫度，在其他反應條件不變的情況下，能夠使對晶片邊緣進行刻蝕、沉積等反應的處理速率加快，從而抵消晶片徑向上原先氣體分布不均勻等造成的影響，最終在晶片的中心與邊緣獲得更均勻的加工效果。
文檔編號H01L21/683GK202230996SQ20112032589
公開日2012年5月23日 申請日期2011年9月1日 優先權日2011年9月1日
發明者凱文·皮爾斯 申請人:中微半導體設備(上海)有限公司