晶片承载装置、等离子体处理装置及其温度控制方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种晶片承载装置、等离子体处理装置及其温度控制方法。

背景技术：

1、等离子体处理装置中常采用静电卡盘(esc)来支撑晶片，对静电卡盘进行承载的基座内布置有冷却液的流道和氦气的输送管路；通过等离子体对晶片进行刻蚀等工艺处理的过程中，利用输送到晶片背面的氦气，以及静电卡盘与基座之间的热传导作用，对晶片的温度高低和温度均匀性实现调控。然而，射频功率越高，晶片温度越高，且晶片温度分布越不均匀，存在晶片中间温度低，边缘温度高的情况。一般在静电卡盘边缘设置较高的气体压力和较低的冷却液温度来平衡这种不均匀性。

2、但是在较高的射频功率下，气体压力过高会在氦气孔处起弧甚至击穿。而静电卡盘的主体通常由陶瓷材料制成，如果边缘区域和中心区域的温差过大，可能由于热胀冷缩等作用导致静电卡盘破裂，因此会在分区控温时对静电卡盘中心和边缘的温差做一定的限制，而这会影响对晶片边缘温度调控的效果。

3、在刻蚀过程中，围绕在静电卡盘及晶片周边的聚焦环，温度也会升高，需要将热量通过其他部件间接传导到基座进行降温，但是这种方式效率较低。如果聚焦环的温度过高，会加剧晶片中心和边缘温度不均匀的情况，还会影响聚合物的分布，进而影响刻蚀效果。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种晶片承载装置、等离子体处理装置及其温度控制方法，在聚焦环下方的基座内单独设置一路供控温介质流动的通道，可以更有效地调节晶片边缘的温度，并可以改善聚焦环的温度。

2、本发明提供一种晶片承载装置，包括：

3、基座，其包括主承载区域和外围区域，所述外围区域围绕着主承载区域，所述主承载区域上设置有用于支撑晶片的静电卡盘，所述外围区域用于支撑围绕着静电卡盘及晶片的聚焦环，所述主承载区域和外围区域内分别设有可供控温介质流动的通道；

4、第一隔热部，设于所述主承载区域的通道和外围区域的通道之间；

5、所述主承载区域的通道内的控温介质，用于调整主承载区域的基座温度，进而调整晶片的温度；所述外围区域的通道内的控温介质，用于调整外围区域的基座温度，进而调整聚焦环的温度。

6、可选地，所述主承载区域进一步包含中心区域和围绕所述中心区域的边缘区域，分别对应所述晶片的中心部位和边缘部位；

7、所述主承载区域的通道，包含位于所述中心区域内部的中心通道，和位于所述边缘区域内部的边缘通道；在所述中心通道和边缘通道内，控温介质可分别流动，且控温介质的温度可分别调整；所述中心通道和所述边缘通道之间设有第二隔热部；

8、所述基座的外围区域围绕着所述边缘区域；所述第一隔热部位于所述外围区域的通道与所述边缘通道之间。

9、可选地，所述基座上，中心区域具有第一温度，边缘区域具有第二温度，外围区域具有第三温度；其中，第一温度高于第二温度、第二温度高于第三温度。

10、可选地，所述静电卡盘包含陶瓷盘和嵌入其中的电极，通过向所述电极施加直流电压来提供对晶片的静电吸附力；所述陶瓷盘连接在所述主承载区域的顶面。

11、可选地，所述基座内设有气体管路，其包含横向管路，和分别与所述横向管路连通的进气管路和出气管路；

12、所述进气管路一端连通横向管路，另一端连通到基座的底部并与外部的气源连接；多个出气管路各自有一端连通横向管路，另一端分别与所述静电卡盘开设的多个通气孔相连通；

13、所述气源提供冷却用的气体，通过气体管路及通气孔输送到静电卡盘顶面与晶片背面之间的空隙；所述气体包含氦气。

14、可选地，所述主承载区域的通道位于所述横向管路的上方或下方。

15、可选地，所述气体管路位于主承载区域的中心区域内；

16、所述中心区域内的中心通道，位于所述横向管路的上方或下方。

17、可选地，所述边缘通道的位置高于中心通道的位置，使边缘通道比中心通道更靠近于静电卡盘；或者，所述边缘通道的位置与中心通道的位置处在同一高度。

18、可选地，所述边缘通道的位置，高于外围区域的通道的位置，使边缘通道比外围区域的通道更靠近于静电卡盘；或者，所述边缘通道的位置与外围区域的通道的位置处在同一高度。

19、可选地，所述聚焦环与基座的外围区域之间设有绝缘环；所述绝缘环设置于外围区域上，所述聚焦环设置于绝缘环上；所述基座的外围区域经由绝缘环与所述聚焦环进行热交换。

20、可选地，所述基座的外围区域设有环状的台阶，所述台阶的顶面低于所述主承载区域的顶面，所述聚焦环及绝缘环设置于所述台阶上。

21、可选地，所述聚焦环的上部环绕晶片和静电卡盘，所述聚焦环的下部环绕所述基座的主承载区域的边缘区域；

22、所述聚焦环的下部的内侧表面，与所述边缘区域的外缘接触，通过两者之间的热交换来进一步调整所述聚焦环的温度；

23、或者，所述聚焦环的下部的内侧表面与所述边缘区域内的边缘通道之间设有第三隔热部；其中，所述第三隔热部与第一隔热部是一个整体的隔热部件，或者是两个相互独立的隔热部件。

24、可选地，任意一个隔热部包含开设在基座内的隔热槽；所述隔热槽内部是真空的或是与大气连通的。

25、可选地，所述控温介质是液体；通过调整各通道内控温介质的温度，使通道所在区域的基座温度相应升高或降低。

26、本发明提供一种等离子体处理装置，包括：反应腔；以及，

27、上述任意一项所述的晶片承载装置，其位于所述反应腔内，所述晶片承载装置用于承载晶片。

28、可选地，所述等离子体处理装置是电容耦合型等离子体处理装置或电感耦合型等离子体处理装置。

29、本发明提供一种对晶片的温度控制方法，将晶片放置到上述任意一种晶片承载装置上，由静电卡盘对晶片进行支撑；聚焦环围绕着静电卡盘及晶片；所述静电卡盘和聚焦环分别设置在基座的主承载区域和外围区域；

30、反应气体注入等离子体处理装置的反应腔，并形成为等离子体，来对晶片进行处理；

31、控制温度可独立调整的多路控温介质，分别在主承载区域的通道和外围区域的通道内流动；

32、其中，通过在所述主承载区域的通道内流动的控温介质，调整主承载区域的基座温度，主承载区域经由静电卡盘与晶片进行热交换，来调整晶片的温度；通过在所述外围区域的通道内流动的控温介质，调整外围区域的基座温度，利用外围区域与聚焦环的热交换，来调整聚焦环的温度。

33、可选地，调整晶片的温度时，进一步包含：

34、在温度可独立调整的多路控温介质中，控制两路控温介质分别在主承载区域的中心通道和边缘通道内流动，用以分别调整主承载区域的中心区域和边缘区域的基座温度；

35、所述中心区域和边缘区域经由静电卡盘与晶片进行热交换，来分别调整晶片中心部位和边缘部位的温度；

36、以及，控制冷却用的气体，经由基座内设置的气体管路及静电卡盘上的通气孔，输送到静电卡盘顶面与晶片背面之间的空隙，对晶片进行冷却；所述冷却用的气体包含氦气。

37、可选地，所述基座的外围区域形成有环状的台阶，所述台阶上放置有绝缘环，所述聚焦环放置在所述绝缘环上，所述聚焦环的上部环绕晶片和静电卡盘，聚焦环的下部环绕基座的边缘区域；

38、所述聚焦环的下部的内侧表面与所述主承载区域的边缘通道之间设有隔热部时，所述基座的外围区域经由绝缘环与聚焦环进行热交换，对聚焦环的温度进行调整；

39、或者，所述聚焦环的下部的内侧表面与基座的边缘区域的外缘接触，且所述聚焦环的下部的内侧表面与边缘通道之间没有隔热部时，基座的边缘区域与聚焦环下部的内侧表面进行热交换，且基座的外围区域经由绝缘环与聚焦环进行热交换，对聚焦环的温度进行调整。

40、可选地，通过调整不同通道内控温介质的温度，使所述基座上的中心区域具有第一温度，边缘区域具有第二温度，外围区域具有第三温度，对晶片的中心部位、边缘部位和聚焦环分别进行冷却，并且，所述第一温度高于第二温度、第二温度高于第三温度。

41、与现有技术相比，本发明技术方案提供的晶片承载装置、等离子体处理装置及其温度控制方法，至少具有以下的效果：

42、本发明实现了一种新的多区控温方式，所述基座包括中心区域、包围中心区域的边缘区域以及包围边缘区域的外围区域，所述基座的中心区域和边缘区域的上方用于支撑晶片，所述外围区域设置在晶片的外围，所述基座的外围区域用于承载聚焦环，在所述基座的外围区域新增一可供控温介质流动的通道，通过控制外围区域通道内介质的温度，能够有效地控制其上方聚焦环的温度。

43、由于聚焦环的温度会影响晶片边缘的温度，因而对于晶片边缘的温度，本发明不仅通过边缘区域通道内的介质温度进行调节，还可以通过外围区域通道内介质的温度来间接调节。考虑到安全性，不能使所述静电卡盘不同部位的温度差过大，则本发明可以在确保静电卡盘边缘和中心区域温差处在安全阈值的情况下，利用位于静电卡盘范围之外、可对介质温度独立控制的外围区域，进一步调控晶片边缘的温度，以缩小晶片边缘部位与中心部位的温度差，有利于改善晶片温度的均匀性。因此，本发明可以实现对晶片边缘更灵活有效且温度设定范围更广的调节，还可以保护静电卡盘，避免因热胀冷缩等作用导致其破裂的风险。

44、不同示例中，可以通过对主承载区域的中心通道、边缘通道、外围区域的通道的位置进行合理设置，来调节相邻通道之间温度的影响、或者调节不同通道对晶片温度的影响。本发明可以有效地平衡晶片中心部位和边缘部位温度分布不均匀的情况，改善刻蚀效果。本发明实现了对聚焦环温度的调控，提高了对聚焦环进行冷却的能力和效率，这对于高功率条件下的存储器件的刻蚀很有必要。