静电卡盘组件和具有它的等离子装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种静电卡盘组件，包括：静电卡盘；固定架，所述固定架安装在所述静电卡盘上；温度传感器，所述温度传感器设在所述固定架上且与所述静电卡盘的上表面相对，所述温度传感器的下端面与所述静电卡盘的上表面相距预定距离。根据本发明的静电卡盘组件，通过采用非接触式的测温方法，即温度传感器的下端面与静电卡盘的上表面间隔开，因此减少了测温过程中产生的颗粒污染，避免对静电卡盘二次污染，延长了静电卡盘的使用寿命，同时，通过设置固定架对温度传感器进行固定，与传统手持温度计的测温方式相比，避免操作者手持操作时产生的测量误差，从而提高了温度传感器测温精准度。本发明还公开了一种具有上述静电卡盘组件的等离子装置。
【专利说明】静电卡盘组件和具有它的等离子装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体设备制造领域，尤其是涉及一种静电卡盘组件和具有它的等离子装置。
【背景技术】
[0002]等离子装置广泛地应用于集成电路或MEMS器件的制造工艺中。其中一个显著的用途就是电感稱合等离子体(Inductive Coupled Plasma, ICP)装置。等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，这些活性粒子和衬底相互作用使材料表面发生各种物理和化学反应，从而改变材料表面的性能。等离子体装置在半导体制造方面能够完成多种工艺，如各向异性、等向性刻蚀和化学气相沉积(Chemical VaporDeposition, CVD)等。在基于半导体装置的制造中,可以将多层材料交替的沉积到衬底表面并从衬底表面刻蚀该多层材料。
[0003]静电卡盘(Electro Static Chuck,ESC)广泛的应用于集成电路制造工艺过程中，特别是等离子刻蚀、物理气相沉积、化学气相沉积等工艺，用于在等离子反应室内固定、支撑及传送晶片，为晶片提供直流偏压并且控制晶片表面的温度。为了获得良好的工艺效果，需对晶片表面的温度进行合理的控制，因此时刻获得静电卡盘的温度信息就变得尤为重要。
[0004]图1 (a)和图1 (b)示出了一种用于测量静电卡盘温度的装置。如图1 (a)所示，等离子反应室包括真空反应腔I’和位于真空反应腔I’正下方的静电卡盘3’。通常，静电卡盘3’采用内嵌式的加热器来实现对衬底(衬底通过静电引力固定在静电卡盘的正上方)的温度控制，静电卡盘3’根据工艺一般需要分为2-4个区域，每个区域单独进行温度控制，每个区域均设置静电卡盘温度传感器，安装调试新静电卡盘3’时，必须对静电卡盘3’的温度传感器进行校准。
[0005]一般情况下，使用手持型表面温度计2’对静电卡盘3’的温度传感器进行温度测量，并通过温度传感器自身的软件进行校准来达到精确控温的目的。同时，在进行静电卡盘3’的研发过程中，常常需要测量静电卡盘3’盘面温度的均匀性，也可以通过表面温度计2’测量静电卡盘3’盘面多个点的温度来实现。如图1 (b)所示，静电卡盘3’的盘面可以根据要求，划分为不同的测量点(如图1 (b)中所示的圆点)并使用表面温度计2’进行温度测量。
[0006]但是，上述用表面温度及计2’的测温方法具有下面四个缺点:1)表面温度计2’必须与静电卡盘3’相互接触才能实现测温功能，表面温度计2’的探针较硬，在测量工程中必然损坏静电卡盘3’的盘面，严重影响静电卡盘3’的寿命；2)表面温度计2’与静电卡盘3’接触，势必将表面温度计2’的颗粒带到静电卡盘3’的盘面上，导致工艺过程中颗粒严重超标；3)表面温度计2’ 一般采用手持操作，不同操作者按压表面温度计2’的力量不同导致温度计的读数不同，同时在测量过程中由于操作者的抖动也将造成温度计2’读数的差异，从而使测量数据具有一定的偏差；4)每个测量点的位置不能精确控制，导致测量时温度的重复性差。
[0007]图2示出了另一种用于测量静电卡盘温度的装置，该测温装置是在真空启辉条件下，使用TC Wafer2”对静电卡盘3’真实使用环境下温度的测量，由于测量方式为无线通信形式，可以在工艺全流程下测量静电卡盘3’的温度情况，测量温度精度高。
[0008]但是，上述测量装置具有如下两个缺点:1)由于采用无线测量的方式，因此TCWafer2”必需使用电池供电，而在等离子体状态下，TC Wafer2”受到离子轰击及化学腐蚀，导致TC Wafer2”的传感器及电池的寿命非常短，一般为2-3个RF (Radio Frequency)小时，同时TC Wafer2”必需结合自身的软件系统使用，从而导致TC Wafer2”的使用成本过高；2)TC Wafer2”要求设备系统的稳定性非常高，整个测量过程中不能出现问题，否则可能损坏TC Wafer2”，进一步增加使用成本。
【发明内容】
[0009]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
[0010]为此，本发明的一个目的在于提出一种静电卡盘组件，所述静电卡盘组件采用非接触式测温方式，用于在工艺进行中测量卡盘的温度，进而控制卡盘的温度，从而控制基片的加热均匀，其测量精度高，使用寿命长，且成本低。
[0011]本发明的另一个目的在于提出一种具有上述静电卡盘组件的等离子装置。
[0012]根据本发明第一方面实施例的静电卡盘组件，包括:静电卡盘；固定架，所述固定架安装在所述静电卡盘上；温度传感器，所述温度传感器设在所述固定架上且与所述静电卡盘的上表面相对，所述温度传感器的下端面与所述静电卡盘的上表面相距预定距离。
[0013]根据本发明实施例的静电卡盘组件，通过采用非接触式的测温方法，即温度传感器的下端面与静电卡盘的上表面间隔开，因此减少了测温过程中产生的颗粒污染，避免对静电卡盘二次污染，延长了静电卡盘的使用寿命，降低使用成本，同时，通过设置固定架对温度传感器进行固定，与传统手持温度计的测温方式相比，避免操作者手持操作时产生的测量误差，从而提高了温度传感器对静电卡盘进行温度测量时的精准度和重复性。
[0014]此外，测温环境对温度传感器的工作影响较小，从而降低了温度传感器对静电卡盘组件工作稳定性的要求，使温度传感器的测温过程简单易行，同时大大降低静电卡盘组件的成本。
[0015]另外，根据本发明实施例的静电卡盘组件还具有如下附加技术特征:
[0016]在本发明的一个实施例中，所述固定架通过定位销安装在所述静电卡盘上。
[0017]通过设置定位销，从而可将固定架精确地定位在静电卡盘上，确保温度传感器对静电卡盘的位置相对精度，保证测温位置的重复性，从而提高温度传感器的测温精度以及
重复性。
[0018]在本发明的一个实施例中，所述定位销沿所述静电卡盘的周向均匀分布。由此，使静电卡盘和固定架之间的定位更加精确、牢靠。
[0019]可选地，所述固定架的横截面为U形。
[0020]有利地，所述温度传感器为红外测温探头。通过设置红外测温探头对静电卡盘进行温度测量，测温过程中红外测温探头可始终与静电卡盘隔开，即不与静电卡盘的上表面接触，因此可有效避免红外测温探头污染静电卡盘，从而延长静电卡盘的使用寿命，节约成本。
[0021]在本发明的一个实施例中，所述温度传感器可拆卸且可上下移动地安装在所述固定架上。
[0022]由此，在测温过程中，可上下调节温度传感器的下端面与静电卡盘的上表面之间的高度差，保证测温过程中温度传感器所处高度的一致性，减少测温误差，且当温度传感器意外损坏后，可方便地从固定架上拆卸并更换新的温度传感器，方便实用。
[0023]在本发明的一个实施例中，所述温度传感器螺纹连接在所述固定架上。
[0024]在本发明的一个实施例中，所述温度传感器为多个且所述多个温度传感器在所述固定架上排列在多个同心圆上。
[0025]通过将多个温度传感器在固定架上的排列方式设置为多个同心圆形式，由此使多个温度传感器可对静电卡盘上更多的温度待测点进行准确的测量，从而可更好地获得静电卡盘的温度数据，对相关设备控制、调节静电卡盘的温度以获得更好的工艺效果提供准确的温度数据。
[0026]在本发明的另一个实施例中，所述温度传感器为多个且所述多个温度传感器均匀分布在所述静电卡盘的上方。
[0027]根据本发明实施例的静电卡盘组件，具有如下三个优点:1)采用非接触式测温方式，避免对静电卡盘的污染，提高静电卡盘的使用周期；2)温度传感器对静电卡盘组件工作环境稳定性的要求不高，简单易行；3)温度传感器测温精度高，重复性好，且成本低，同时还可根据工艺要求灵活设置温度传感器的排列形式。
[0028]根据本发明第二方面实施例的等离子装置，包括:反应腔；根据本发明第一方面实施例的静电卡盘组件，所述静电卡盘组件设在所述反应腔内；温度控制器，所述温度控制器设在所述反应腔外面且与所述温度传感器相连，用于控制所述温度传感器进行温度测量；和数据处理器，所述数据处理器设在所述反应腔外面且与所述温度控制器相连，用于处理和分析所述温度控制器从所述温度传感器测量到的温度信息。
[0029]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0031]图1 (a)和图1 (b)是现有技术中一种测量静电卡盘温度的装置的结构示意图；
[0032]图2是现有技术中另一种测量静电卡盘温度的装置的结构示意图；和
[0033]图3是根据本发明实施例的等离子装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0035]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“顺时针”、“逆
时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0036]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。
[0037]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0038]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0039]下面参考图1描述根据本发明实施例的静电卡盘组件100。
[0040]根据本发明实施例的静电卡盘组件100，包括:静电卡盘1、固定架2和温度传感器3。
[0041]固定架2安装在静电卡盘I上。温度传感器3设在固定架2上且与静电卡盘I的上表面相对，温度传感器3的下端面与静电卡盘I的上表面相距预定距离，温度传感器3用于测量静电卡盘I的温度。由于温度传感器3与静电卡盘I不接触，因此有效避免了测温过程中对静电卡盘I的污染。
[0042]根据本发明实施例的静电卡盘组件100，通过采用非接触式的测温方法，即温度传感器3的下端面与静电卡盘I的上表面间隔开，因此减少了测温过程中产生的颗粒污染，避免对静电卡盘I 二次污染，延长了静电卡盘I的使用寿命，降低使用成本，同时，通过设置固定架2对温度传感器3进行固定，与传统手持温度计的测温方式相比，避免操作者手持操作时产生的测量误差，从而提高了温度传感器3对静电卡盘I进行温度测量时的精准度和重复性。
[0043]此外，测温环境对温度传感器3的工作影响较小，从而降低了温度传感器3对静电卡盘组件100工作稳定性的要求，使温度传感器3的测温过程简单易行，同时大大降低静电卡盘组件100的成本。
[0044]在本发明的一个优选示例中，如图1所示，固定架2通过定位销4安装在静电卡盘I上。通过设置定位销4，从而可将固定架2精确地定位在静电卡盘I上，确保温度传感器3对静电卡盘I的位置相对精度，保证测温位置的重复性，从而提高温度传感器3的测温精度以及重复性。[0045]为进一步提高定位精度，定位销4可沿静电卡盘I的周向均匀分布，也就是说，定位销4可以为多个且沿静电卡盘I的周向间隔开地均匀分布，从而使定位销4的定位更加准确、牢靠，避免测温过程中由于温度传感器3与静电卡盘I发生相对移动而导致测温数据不准确，影响对静电卡盘I温度的控制。其中固定架2的形状应当与静电卡盘I的外形相适配，这样能够方便固定架2与静电卡盘I的定位，例如在本发明的一个示例中，固定架2的横截面为U形。
[0046]在本发明的一个实施例中，温度传感器3可拆卸且可上下移动地安装在固定架2上。由此，在测温过程中，可上下调节温度传感器3的下端面与静电卡盘I的上表面之间的间距，减少测温误差，且当温度传感器3意外损坏后，可方便地从固定架2上拆卸并更换新的温度传感器3，方便实用。有利地，温度传感器3螺纹连接至固定架2上，也就是说，温度传感器3采用螺纹连接的方式与固定架2可拆卸的安装在一起，这样即可方便的通过旋拧温度传感器3来实现温度传感器3相对于静电卡盘I高度的调节，操作省力，实用性好。优选地，温度传感器3可为红外测温探头。由此，通过设置红外测温探头3对静电卡盘I进行温度测量，测温过程中红外测温探头3可始终与静电卡盘I隔开，即不与静电卡盘I的上表面接触，因此可有效避免红外测温探头3污染静电卡盘1，从而延长静电卡盘I的使用寿命，节约成本。
[0047]由于在一些实际工艺中，需要对静电卡盘I上的多个测温点进行测温，因此需要多个温度传感器3对静电卡盘I进行温度测量。例如在图1的示例中，温度传感器3为多个且多个温度传感器3在固定架2上排列在多个同心圆上。通过将多个温度传感器3在固定架2上的排列方式设置为多个同心圆形式，由此使多个温度传感器3可对静电卡盘I上更多的温度待测点进行准确的测量，从而可更好地获得静电卡盘I的温度数据，对相关设备控制、调节静电卡盘I的温度以获得更好的工艺效果提供准确的温度数据。
[0048]需要说明的是，多个温度传感器3分布在固定架2上的形式不限于上述的同心圆排列形式，也就是说，对于本领域内的普通技术人员而言，可根据实际工艺情况或用户的要求来灵活设置多个温度传感器3的排列方式，例如在本发明的另一个实施例中，多个温度传感器3均匀地分布在静电卡盘I的上方；又如，在本发明的再一个实施例中，多个温度传感器3成M行*N列排列，其中M≥I，N≥I ;在上述两个实施例中，温度传感器3优选为红外测温探头。
[0049]根据本发明实施例的静电卡盘组件100，具有如下优点:1)采用非接触式测温方式，避免对静电卡盘I的污染，提高静电卡盘I的使用周期；2)温度传感器3对静电卡盘组件100工作环境稳定性的要求不高，简单易行；3)温度传感器3测温精度高，重复性好，且成本低，同时还可根据工艺要求灵活设置温度传感器3的排列形式。
[0050]下面参考图3描述根据本发明实施例的等离子装置1000。
[0051]根据本发明实施例的等离子装置1000包括反应腔200、温度控制器300、数据处理器400和根据本发明上述实施例的静电卡盘组件100。其中静电卡盘组件100设在反应腔200内，温度控制器300设在反应腔200外面且与温度传感器3相连用于控制温度传感器3进行温度测量，数据处理器400设在反应腔200外面且与温度控制器300相连用于处理和分析温度控制器300从温度传感器3测量到的温度信息。
[0052]可以理解，温度控制器300的作用是通过与温度传感器3相连，对温度传感器3上传的温度数据进行收集，并将相关数据传给数据处理器400 ;数据处理器400的作用是对温度控制器300上传的温度数据进行分析处理，相应数据可提供给用户使用。
[0053]具体而言，红外测温探头3的光纤5与温度控制器300连接，进行温度测量及信号转换，温度控制器300与数据处理器400连接，数据处理器400对收集的温度信息进行处理和分析，其中数据处理器400可以按照用户的要求或具体工艺进行特定的数据分析和实时监控，也就是说，数据处理器400可以对静电卡盘I的温度进行实时动态监测，从而大大提高了等离子装置1000的实用性。
[0054]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的多个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0055]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1.一种静电卡盘组件，其特征在于，包括: 静电卡盘； 固定架，所述固定架安装在所述静电卡盘上；和 温度传感器，所述温度传感器设在所述固定架上且与所述静电卡盘的上表面相对，所述温度传感器的下端面与所述静电卡盘的上表面相距预定距离。
2.根据权利要求1所述的静电卡盘组件，其特征在于，所述固定架通过定位销安装在所述静电卡盘上。
3.根据权利要求2所述的静电卡盘组件，其特征在于，所述定位销沿所述静电卡盘的周向均匀分布。
4.根据权利要求1所述的静电卡盘组件，其特征在于，所述固定架的横截面为U形。
5.根据权利要求1所述的静电卡盘组件，其特征在于，所述温度传感器为红外测温探头。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的静电卡盘组件，其特征在于，所述温度传感器可拆卸且可上下移动地安装在所述固定架上。
7.根据权利要求6所述的静电卡盘组件，其特征在于，所述温度传感器螺纹连接在所述固定架上。
8.根据权利要求6所述的静电卡盘组件，其特征在于，所述温度传感器为多个且所述多个温度传感器在所述固定架上排列在多个同心圆上。
9.根据权利要求1所述的静电卡盘组件，其特征在于，所述温度传感器为多个且所述多个温度传感器均匀分布在所述静电卡盘的上方。
10.一种等离子装置，其特征在于，包括: 反应腔；和 静电卡盘组件，所述静电卡盘组件设在所述反应腔内，所述静电卡盘组件为根据权利要求1-9中任一项所述的静电卡盘组件； 温度控制器，所述温度控制器设在所述反应腔外面且与所述温度传感器相连，用于控制所述温度传感器进行温度测量；和 数据处理器，所述数据处理器设在所述反应腔外面且与所述温度控制器相连，用于处理和分析所述温度控制器从所述温度传感器测量到的温度信息。
【文档编号】H01L21/683GK103545237SQ201210237040
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年7月10日 优先权日:2012年7月10日
【发明者】彭宇霖 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司