多区控温的静电吸盘及等离子体处理装置的制作方法

本发明涉及半导体设备，特别涉及一种多区控温的静电吸盘及等离子体处理装置。

背景技术：

1、在半导体器件的制造过程中，为了在晶圆上进行沉积、蚀刻等工艺处理，一般通过静电吸盘(electrostatic chuck，简称esc)产生的静电力在处理期间对晶圆进行支撑及固定。

2、静电吸盘通常位于反应腔的底部，静电吸盘中用于承载晶圆的陶瓷体中埋设有电极，通过在该电极上施加直流，进而产生静电电荷来吸持陶瓷体上放置的晶圆。所述陶瓷体下方的基座对其进行支撑，二者之间设有加热器用于控制晶圆的温度。

3、随着集成电路技术的不断发展，对半导体的制造设备提出了更高的要求，等离子体处理装置是半导体加工中最重要的设备之一，提高加工工艺的均匀性是等离子体处理装置的设计目标。

4、而为了提高晶圆温度的均匀性，通常将加热器分成不同加热区，对不同的加热区分别进行温度控制，随着工艺要求的不断提高，加热区的数量不断增多，从几个增加到几十个，甚至更多。

5、例如，当前已有的动态控温静电吸盘(dynamic-esc，缩写为d-esc)，采用加热器(heater)多区控温、基座中冷却液降温的结构。通过多圈的heater分别加热控温实现对d-esc的多区控温，该设计有两点缺陷：

6、1、分区固定，对于不同的制程，其控温分区会有区别，无法根据制程要求动态调节控温分区；

7、2、heater分几个区，就需要几对加热线，会大大增加反应腔的接线数，同时为了防止射频经由heater加热线泄露至腔体外，需要在加热线路上增加射频(rf)过滤器(filter)。加热线越多，所需增加的filter越多，结构越复杂，体积越大，导致rf经由filter上的泄露、发热等功率损耗不易控制。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种多区控温的静电吸盘及等离子体处理装置，可根据制程需求动态调节控温分区，且解决反应腔的接线数过多和射频过滤器的结构复杂的问题。

2、为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种多区控温的静电吸盘，包括：

4、陶瓷体，用于承载待处理晶圆；

5、位于所述陶瓷体下方的基座；

6、加热组件，位于所述基座与所述陶瓷体之间，所述加热组件用于对所述陶瓷体进行控温；

7、导热层，设置于所述加热组件与所述陶瓷体之间和/或所述加热组件与所述基座之间，所述导热层分为多个分区，任一所述分区的热导率独立可调。

8、进一步的，所述导热层包括：多个密封腔室，所述密封腔室内通入或抽出导热流体，以调节所述分区的热导率。

9、进一步的，相邻的所述密封腔室之间通过隔板进行分隔。

10、进一步的，每一所述密封腔室设有流体进出口。

11、进一步的，所述基座内设有连通管道，用于连通所述流体进出口与所述导热流体的流体源。

12、进一步的，每一分区内对应多个所述密封腔室，每一分区内各密封腔室的热导率相同。

13、进一步的，每一分区对应一个所述密封腔室。

14、进一步的，所述导热流体为导热气体，通过改变所述密封腔室内所述导热气体的压力，改变所述导热层在所述分区的热导率。

15、进一步的，所述导热流体为导热液体，通过在所述密封腔室内充满或抽空所述导热液体，改变所述导热层在所述分区的热导率。

16、进一步的，任意两个所述密封腔室内的导热流体相同或不同。

17、进一步的，所述密封腔室内的上、下表面之间设有支撑体。

18、进一步的，所述密封腔室的上、下表面至少有一者不封闭，不封闭的表面通过与所述陶瓷体、基座或加热组件进行胶粘实现密封。

19、进一步的，所述基座内开设有流体通道，所述流体通道中通有冷却液以对所述陶瓷体进行冷却。

20、进一步的，所述加热组件包括加热器，所述加热器的上下表面均连接所述导热层。

21、进一步的，所述加热组件包括加热器和热传输层，所述加热器的上、下表面的其中之一者连接所述导热层，另一者连接所述热传输层。

22、进一步的，所述加热组件包括一个加热器，所述加热器的横截面积与所述导热层的横截面积相当，所述加热器的加热线路上设有一个射频过滤器。

23、进一步的，所述导热层采用绝缘材料。

24、进一步的，所述导热层的材料选自陶瓷、石英、高聚物工程塑料。

25、进一步的，所述导热层的厚度范围为1-200微米。

26、一种等离子体处理装置，包括真空反应腔，以及位于所述真空反应腔内的如上文任一项所述的多区控温的静电吸盘。

27、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

28、本发明提供的多区控温的静电吸盘，在加热组件与所述陶瓷体之间和/或所述加热组件与所述基座之间设置导热层，所述导热层分为多个分区，任一分区的热导率独立可调。当所述导热层位于加热组件与所述陶瓷体之间时，通过调节各分区的热导率，直接控制加热组件产生的热量向上传输的分布，从而实现陶瓷体多区控温的目的，同时由于调节功率的部件(即导热层)离陶瓷体最近，因此能够缩短控温响应时间；当导热层位于加热组件与基座之间时，通过调节各分区的热导率，基座从加热组件的不同区域导走的热量不同，可间接调整加热组件的热量向上传输的分布，从而也能够实现对陶瓷体多区控温的目的；在加热组件的上下两侧均设置导热层时，可使陶瓷体获得更大的多区控温动态范围，并实现快速的温度控制响应速度。

29、此外，本发明采用分区可变热导率的导热层实现多区控温功能，由此所述加热组件的加热器可采用不分区的加热器，相比于现有技术的分区的加热器，本发明可采用一条加热线连接加热器和反应腔外的控制器，大大简化了反应腔的结构，同时该条加热线上也只需要设置一个射频过滤器，使得反应腔内射频过滤器的结构得以简化，射频损耗也更加可控。

技术特征：

1.一种多区控温的静电吸盘，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的多区控温的静电吸盘，其特征在于，所述导热层包括：多个密封腔室，所述密封腔室内通入或抽出导热流体，以调节所述分区的热导率。

3.如权利要求2所述的多区控温的静电吸盘，其特征在于，相邻的所述密封腔室之间通过隔板进行分隔。

4.如权利要求2所述的多区控温的静电吸盘，其特征在于，每一所述密封腔室设有流体进出口。

5.如权利要求4所述的多区控温的静电吸盘，其特征在于，所述基座内设有连通管道，用于连通所述流体进出口与所述导热流体的流体源。

6.如权利要求2所述的多区控温的静电吸盘，其特征在于，每一分区内对应多个所述密封腔室，每一分区内各密封腔室的热导率相同。

7.如权利要求2所述的多区控温的静电吸盘，其特征在于，每一分区对应一个所述密封腔室。

8.如权利要求2所述的多区控温的静电吸盘，其特征在于，所述导热流体为导热气体，通过改变所述密封腔室内所述导热气体的压力，改变所述导热层在所述分区的热导率。

9.如权利要求2所述的多区控温的静电吸盘，其特征在于，所述导热流体为导热液体，通过在所述密封腔室内充满或抽空所述导热液体，改变所述导热层在所述分区的热导率。

10.如权利要求2所述的多区控温的静电吸盘，其特征在于，任意两个所述密封腔室内的导热流体相同或不同。

11.如权利要求2所述的多区控温的静电吸盘，其特征在于，所述密封腔室内的上、下表面之间设有支撑体。

12.如权利要求2所述的多区控温的静电吸盘，其特征在于，所述密封腔室的上、下表面至少有一者不封闭，不封闭的表面通过与所述陶瓷体、基座或加热组件进行胶粘实现密封。

13.如权利要求1所述的多区控温的静电吸盘，其特征在于，所述基座内开设有流体通道，所述流体通道中通有冷却液以对所述陶瓷体进行冷却。

14.如权利要求1所述的多区控温的静电吸盘，其特征在于，所述加热组件包括加热器，所述加热器的上下表面均连接所述导热层。

15.如权利要求1所述的多区控温的静电吸盘，其特征在于，所述加热组件包括加热器和热传输层，所述加热器的上、下表面的其中之一者连接所述导热层，另一者连接所述热传输层。

16.如权利要求1所述的多区控温的静电吸盘，其特征在于，所述加热组件包括一个加热器，所述加热器的横截面积与所述导热层的横截面积相当，所述加热器的加热线路上设有一个射频过滤器。

17.如权利要求1所述多区控温的静电吸盘，其特征在于，所述导热层采用绝缘材料。

18.如权利要求17所述的多区控温的静电吸盘，其特征在于，所述导热层的材料选自陶瓷、石英、高聚物工程塑料。

19.如权利要求1所述的多区控温的静电吸盘，其特征在于，所述导热层的厚度范围为1-200微米。

20.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括真空反应腔，以及位于所述真空反应腔内的如权利要求1-19任一项所述的多区控温的静电吸盘。

技术总结
本发明提供一种多区控温的静电吸盘及等离子体处理装置。所述多区控温的静电吸盘包括：陶瓷体，用于承载待处理晶圆；位于所述陶瓷体下方的基座；加热组件，位于所述基座与所述陶瓷体之间，所述加热组件用于对所述陶瓷体进行控温；导热层，设置于所述加热组件与所述陶瓷体之间和/或所述加热组件与所述基座之间，所述导热层分为多个分区，任一所述分区的热导率独立可调。本发明可根据制程需求动态调节控温分区，且解决反应腔的接线数过多和射频过滤器的结构复杂的问题。

技术研发人员：叶如彬,吴昊
受保护的技术使用者：中微半导体设备（上海）股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12