專利名稱：一種以不同材料形成分區(qū)的靜電吸盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于固定晶片的靜電吸盤，特別涉及一種設(shè)有分區(qū)且分區(qū)的材料不同的靜電吸盤。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)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(chǎn)生的靜電力在處理期間對晶片進行支撐及固定。等離子體處理裝置中包含反應(yīng)腔，腔內(nèi)的上部設(shè)有噴淋頭或類似裝置，其作為上電極接地設(shè)置；噴淋頭上分布有多個通氣孔，將引入的反應(yīng)氣體輸送至反應(yīng)腔內(nèi)。與噴淋頭相對應(yīng)，在反應(yīng)腔內(nèi)的底部基座上設(shè)置所述靜電吸盤，靜電吸盤包含介電層；介電層中埋設(shè)有直流電極，與直流電源連通后產(chǎn)生靜電力，來吸持介電層上放置的晶片。介電層中還分布設(shè)置有輸送氦氣等冷卻介質(zhì)的氣體通道，該些通道最后連通到靜電吸盤表面的溝道位置。所述基座中設(shè)置有射頻電極，其與射頻電源連通后，配合上電極在反應(yīng)腔內(nèi)形成射頻電場，用以形成對晶片進行處理的等離子體。所述基座中還開設(shè)有若干介質(zhì)通道，由介質(zhì)通道內(nèi)流經(jīng)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，現(xiàn)有的等離子體處理裝置中，往往會受到反應(yīng)腔內(nèi)反應(yīng)氣體或等離子體分布不均勻的影響，使得晶片表面上的不同區(qū)域具有不同的處理速率；對于沿晶片徑向布置的不同區(qū)域，這種不均勻處理的現(xiàn)象尤為明顯，例如會使得晶片中心區(qū)域的處理速率較快，而晶片邊緣區(qū)域的處理速率較慢，這樣會導(dǎo)致晶片上不同區(qū)域形成的半導(dǎo)體器件的性能不同。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種以不同材料形成分區(qū)的靜電吸盤，使用具有不同導(dǎo)電或?qū)嵝阅艿牟牧蟻碇瞥伸o電吸盤上的各個分區(qū)，來調(diào)整各個分區(qū)上形成的等離子體濃度或進行化學(xué)反應(yīng)時的溫度，來改變晶片對應(yīng)區(qū)域上進行刻蝕等反應(yīng)的處理速度，以此抵消原先反應(yīng)腔內(nèi)反應(yīng)氣體或等離子體分布不均勻的影響，最終使得晶片中心及邊緣等不同區(qū)域上的刻蝕處理的速率能夠平衡分布。本實用新型的技術(shù)方案是提供一種以不同材料形成分區(qū)的靜電吸盤，其設(shè)置在等離子體處理裝置的反應(yīng)腔內(nèi)，在該反應(yīng)腔內(nèi)通過接收射頻能量，產(chǎn)生反應(yīng)氣體的等離子體對晶片進行處理；所述靜電吸盤包含介電層及其中埋設(shè)的直流電極；在等離子體處理過程中，所述直流電極上連通電源后產(chǎn)生的靜電力，對放置在靜電吸盤頂面上的所述晶片進行固定；所述靜電吸盤的介電層包含由不同材料制成的若干個分區(qū)，所述各個分區(qū)的位置與其上方晶片上劃分的若干個區(qū)域相對應(yīng)；制成所述各個分區(qū)的材料具有不同的導(dǎo)電性能或?qū)嵝阅?，使得所述晶片的對?yīng)區(qū)域上通過等離子體進行處理的反應(yīng)速率不同；在其他因素不變的情況下，所述靜電吸盤分區(qū)的導(dǎo)電性越好，該分區(qū)上射頻耦合的能量越大，則在該分區(qū)上方形成的等離子體濃度越高，所述等離子體對晶片上對應(yīng)區(qū)域進行處理時的反應(yīng)速率越快；在其他因素不變的情況下，所述靜電吸盤分區(qū)的導(dǎo)熱性越好，該分區(qū)通過接收熱量而提升的溫度越高，則利用該分區(qū)上方形成的等離子體對晶片上對應(yīng)區(qū)域進行處理的反應(yīng)速率越快。所述靜電吸盤的介電層在豎直方向上由若干個分層堆疊形成，至少在其中的一個分層中設(shè)置所述材料不同的若干分區(qū)。在優(yōu)選的實施例中，所述材料不同的若干分區(qū)，設(shè)置在所述靜電吸盤中最靠近其頂面的介電層分層中。所述靜電吸盤的介電層包含同圓心設(shè)置的若干個分區(qū)，所述若干個分區(qū)從該靜電吸盤的中心到邊緣沿徑向依次布置；所述各個分區(qū)與所述晶片上從中心到邊緣沿徑向劃分的若干個區(qū)域相對應(yīng)。一種實施例中，所述同圓心的若干分區(qū)，其導(dǎo)電性從靜電吸盤的中心到邊緣方向遞增，即，靜電吸盤中心的分區(qū)導(dǎo)電性最差，邊緣的分區(qū)導(dǎo)電性最好。另一種實施例中，所述同圓心的若干分區(qū)，其導(dǎo)熱性從靜電吸盤的中心到邊緣方向遞增，即，靜電吸盤中心的分區(qū)導(dǎo)熱性最差，邊緣的分區(qū)導(dǎo)熱性最好。所述靜電吸盤的介電層包含同圓心的第一分區(qū)和第二分區(qū)，所述第一分區(qū)與所述晶片的中心區(qū)域相對應(yīng)，所述第二分區(qū)環(huán)繞在第一分區(qū)的外圍，并與所述晶片的邊緣區(qū)域相對應(yīng)。一種實施例中，所述第一分區(qū)由絕緣體制成，所述第二分區(qū)由導(dǎo)體制成。另一種實施例中，所述第一分區(qū)由具有第一介電系數(shù)的絕緣體制成，所述第二分區(qū)由具有第二介電系數(shù)的絕緣體制成；優(yōu)選的，使所述第一介電系數(shù)大于第二介電系數(shù)的1.5倍以上，甚至達到2倍以上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型所述以不同材料形成分區(qū)的靜電吸盤，其優(yōu)點在于本實用新型中，為了加快晶片上某一區(qū)域刻蝕等反應(yīng)的處理速率，一種是可以在靜電吸盤上對應(yīng)位置形成導(dǎo)電性更好的介電層分區(qū)，增強該分區(qū)上的射頻耦合能量，來增強等離子體的濃度；另一種是形成導(dǎo)熱性更好的介電層分區(qū)，通過提升該分區(qū)的溫度，來加快對應(yīng)晶片區(qū)域的化學(xué)反應(yīng)速率。反之，采用導(dǎo)電或?qū)嵝阅芟喾吹牟牧纤瞥傻姆謪^(qū)，就會降低對應(yīng)晶片區(qū)域的處理速率。因此，本實用新型所述靜電吸盤中，為了抵消原先例如反應(yīng)腔內(nèi)氣體不均勻分布的影響，利用了介電層上各個分區(qū)材料不同的導(dǎo)電或?qū)嵝阅埽軌驅(qū)?yīng)調(diào)整對晶片相應(yīng)區(qū)域的處理反應(yīng)速率，改善晶片表面處理的均勻性。

圖1是本實用新型所述靜電吸盤中一種分區(qū)結(jié)構(gòu)的側(cè)剖視圖；圖2是圖1所示靜電吸盤中分區(qū)結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖3是本實用新型所述靜電吸盤中另一種分區(qū)結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖4是本實用新型中設(shè)置圖3所示靜電吸盤的等離子體處理裝置的側(cè)剖視圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖說明本實用新型的具體實施方式
。如圖4所示，本實用新型所述的等離子體處理裝置，包含一反應(yīng)腔100，腔內(nèi)的上部設(shè)置有噴淋頭60，腔內(nèi)的下部設(shè)置有靜電吸盤。噴淋頭60上分布開設(shè)有多個通氣孔，用于將反應(yīng)氣體輸送至反應(yīng)腔100內(nèi)，噴淋頭60還作為上電極接地設(shè)置。靜電吸盤設(shè)置在反應(yīng)腔100底部的一個基座40上；該基座40中設(shè)置的射頻電極41，在與例如是13MHz 200MHz的射頻電源連通以后，與所述上電極配合在反應(yīng)腔100內(nèi)形成射頻電場，用于生成反應(yīng)氣體的等離子體?；?0中還開設(shè)有若干介質(zhì)通道42，由介質(zhì)通道42內(nèi)流經(jīng)的流體來加熱或冷卻所述靜電吸盤，進而控制晶片50的溫度。配合參見圖1、圖4所示，所述的靜電吸盤包含介電層20，以及其中埋設(shè)的直流電極30 ；直流電極30上連通電源后產(chǎn)生靜電力，對靜電吸盤頂面上放置的晶片50進行固定吸持。所述靜電吸盤是圓盤結(jié)構(gòu)，其面積等于或略小于所述晶片50的面積。將靜電吸盤的介電層20劃分為若干分區(qū)。在一種實施方式中，使該些分區(qū)分別由不同導(dǎo)電性能的材料制成，從而在導(dǎo)電性能越好的分區(qū)上，射頻耦合的能量就越大，因此該分區(qū)上方形成的等離子體濃度就越高，與該分區(qū)對應(yīng)的晶片50區(qū)域上的反應(yīng)速率就越快；反之亦然。另外，介電層20在豎直方向上是由若干個分層堆疊形成的，至少是在其中的一個分層上進行上述分區(qū)。例如圖1中所示的靜電吸盤中分為四層，從上而下為第一層21到第四層對，直流電極30設(shè)置在第三層23中；第一、第二、第四層都可以獨立或配合地設(shè)置所述的分區(qū)。如果在越接近靜電吸盤頂面的分層上設(shè)置分區(qū)，其對反應(yīng)腔100內(nèi)等離子體濃度分布的調(diào)整作用就越明顯。因此，優(yōu)選的，是將導(dǎo)電性能不同的分區(qū)形成在位于介電層20頂部的第一層21中。制成分區(qū)的材料可以是導(dǎo)體、半導(dǎo)體或絕緣體，例如是導(dǎo)體鋁Al、半導(dǎo)體碳化硅SiC、絕緣體石英(quartz)或氧化鋁Al2O3，等等；也可以是介電常數(shù)較高的有機物，如有機聚合物?？梢愿鶕?jù)實際的應(yīng)用需要，從導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體或其中介電系數(shù)不同的絕緣材料中，選擇任意幾種材料，來對應(yīng)制成一個靜電吸盤上的各個分區(qū)。其他不設(shè)置分區(qū)的介電層20分層(例如第二層22、第四層24)可以是由導(dǎo)熱陶瓷材料制成。圖1、圖2所示的實施例，是在靜電吸盤頂部的第一層21中，沿徑向設(shè)置同圓心的第一分區(qū)11和第二分區(qū)12，使得第一分區(qū)11與晶片50的中心區(qū)域相對應(yīng)，第二分區(qū)12與晶片50的邊緣區(qū)域相對應(yīng)。例如使用絕緣體來制成第一分區(qū)11，使用導(dǎo)體來制成第二分區(qū)12，則相比第一分區(qū)11來說，第二分區(qū)12的導(dǎo)電性更好，射頻耦合的能量更大，那么第二分區(qū)12上方的等離子體濃度更高，對應(yīng)地在晶片50邊緣的處理速率就要快于晶片50中心的處理速率，從而可以抵消原先反應(yīng)氣體在等離子體徑向上分布不均衡的影響，有效改善晶片50表面處理的均勻性。要達到在不同分區(qū)上明顯的效果在材料選擇上最好使得靜電吸盤內(nèi)第一分區(qū)11和第二分區(qū)12對應(yīng)的材料具有差距很大的介電常數(shù)。如兩者的介電系數(shù)相差達到1. 5倍以上能夠達到明顯的效果，達到2倍甚至4倍以上能達到更好的效果?；蛘咴诹硗獾膶嵤├?，根據(jù)圖1、圖2所示的分區(qū)結(jié)構(gòu)，使用具有第一系數(shù)的絕緣體來制成第一分區(qū)11，使用具有第二介電系數(shù)的絕緣體來制成第二分區(qū)12，并且，使得第二介電系數(shù)小于第一介電系數(shù)，則第四分區(qū)14的導(dǎo)電能力強于第三分區(qū)13，如此的分區(qū)設(shè)置對晶片50區(qū)域處理速率的調(diào)整將與上述類似。圖3、圖4所示的實施例中，沿徑向依次設(shè)置同圓心的第三到第六分區(qū)13 16，其中第三分區(qū)13與晶片50的中心區(qū)域相對應(yīng)，第六分區(qū)16與晶片50最邊緣的區(qū)域相對應(yīng)。例如在第三分區(qū)13使用具有第一介電系數(shù)的絕緣體制成，第四分區(qū)14使用具有第二介電系數(shù)的絕緣體制成，并且，使得第二介電系數(shù)小于第一介電系數(shù)，則第四分區(qū)14的導(dǎo)電能力強于第三分區(qū)13 ；第五分區(qū)15使用半導(dǎo)體材料制成，第六分區(qū)16使用導(dǎo)體材料制成；可見該些分區(qū)的導(dǎo)電性能逐漸增強，從而在對應(yīng)晶片50中心區(qū)域的等離子體濃度最低，而越到晶片50邊緣等離子體的濃度會越高，即，在反應(yīng)腔100內(nèi)其他因素不變的情況下，晶片50邊緣的刻蝕速率會更快。由于等離子刻蝕是物理化學(xué)的綜合作用，除了與等離子體濃度、氣體流量有關(guān)，還可能受到反應(yīng)溫度的影響。因此，本實用新型還給出另一種實施方式，是使靜電吸盤介電層20上的各個分區(qū)，由具有不同導(dǎo)熱性能的材料來制成。在等離子體處理過程中，溫度越高的分區(qū)，化學(xué)反應(yīng)的速率就越快。另外一方面，靜電吸盤的分區(qū)溫度升高會導(dǎo)致電阻率變大，與射頻能量的耦合分布也有間接關(guān)系，因此需要對各個分區(qū)的溫度進行綜合控制，從而在晶片50上不同區(qū)域獲得均勻的處理速率。例如，參考圖1、圖2所示靜電吸盤的分區(qū)結(jié)構(gòu)，其中第一分區(qū)11和第二分區(qū)12都是導(dǎo)體，而制成第二分區(qū)12的材料導(dǎo)熱性好于第一分區(qū)11，那么同樣接收下方基座40發(fā)送的熱量后，會使得第二分區(qū)12的溫度高于第一分區(qū)11，那么在第二分區(qū)12上對晶片50邊緣的處理反應(yīng)速率就更快，第一分區(qū)11上對晶片50中心的處理反應(yīng)速率就相對較慢。又例如，參考圖3、圖4所示靜電吸盤的分區(qū)結(jié)構(gòu)，使其中第三分區(qū)13到第六分區(qū)16，由導(dǎo)熱性能遞增的材料對應(yīng)制成，即，與晶片50中心對應(yīng)的第三分區(qū)13的導(dǎo)熱性最差，與晶片50邊緣對應(yīng)的第六分區(qū)16的導(dǎo)熱性最好，由此獲得的對晶片50區(qū)域處理速率的調(diào)整效果將與上述類似。上述若干實施例中所給出的靜電吸盤的分區(qū)設(shè)定，均是用來調(diào)整原先反應(yīng)腔100內(nèi)對晶片50的處理反應(yīng)速率中間快、邊緣慢的問題。而對介電層20分區(qū)的劃分并不限于上文中的描述，可以根據(jù)具體需要綜合決定，例如是在介電層20的縱向上選擇設(shè)置分區(qū)的分層數(shù)量及位置(例如是第一層21、第二層22或第四層M中的若干層)；或者在徑向上同圓心分區(qū)的數(shù)量，各個分區(qū)的大??；或者，分區(qū)不是沿徑向劃分，而是以其他形狀劃分；又或者是選擇各個分區(qū)的材料；與晶片50中心到邊緣對應(yīng)的分區(qū)上，其導(dǎo)電(或?qū)?的性能也不必然為遞增或遞減變化的關(guān)系。綜上所述，為了加快晶片50上某一區(qū)域刻蝕等反應(yīng)的處理速率，一種是可以在靜電吸盤上對應(yīng)位置形成導(dǎo)電性更好的介電層20分區(qū)，增強該分區(qū)上的射頻耦合能量，來增強等離子體的濃度；另一種是形成導(dǎo)熱性更好的介電層20分區(qū)，通過提升該分區(qū)的溫度，來加快對應(yīng)晶片50區(qū)域的化學(xué)反應(yīng)速率。反之，采用導(dǎo)電或?qū)嵝阅芟喾吹牟牧纤瞥傻姆謪^(qū)，就會降低對應(yīng)晶片50區(qū)域的處理速率。因此，本實用新型所述靜電吸盤中，為了抵消原先例如反應(yīng)腔100內(nèi)氣體不均勻分布的影響，利用了介電層20上各個分區(qū)材料不同的導(dǎo)電或?qū)嵝阅?，能夠?qū)?yīng)調(diào)整對晶片50相應(yīng)區(qū)域的處理反應(yīng)速率，改善晶片50表面處理的均勻性。CN 202332816 U說明書5/5 頁 盡管本實用新型的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應(yīng)當認識到上述的描述不應(yīng)被認為是對本實用新型的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)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(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求1.一種以不同材料形成分區(qū)的靜電吸盤，其設(shè)置在等離子體處理裝置的反應(yīng)腔(100)內(nèi)，在該反應(yīng)腔(100)內(nèi)通過接收射頻能量，產(chǎn)生反應(yīng)氣體的等離子體對晶片(50)進行處理；所述靜電吸盤包含介電層(20)及其中埋設(shè)的直流電極(30)；在等離子體處理過程中，所述直流電極(30)上連通電源后產(chǎn)生的靜電力，對放置在靜電吸盤頂面上的所述晶片(50)進行固定，其特征在于，所述靜電吸盤的介電層(20)包含由不同材料制成的若干個分區(qū)，所述各個分區(qū)的位置與其上方晶片(50)上劃分的若干個區(qū)域相對應(yīng)；制成所述各個分區(qū)的材料具有不同的導(dǎo)電性能或?qū)嵝阅?，使得所述晶?50)的對應(yīng)區(qū)域上通過等離子體進行處理的反應(yīng)速率不同。
2.如權(quán)利要求1所述的以不同材料形成分區(qū)的靜電吸盤，其特征在于，所述靜電吸盤的介電層(20)在豎直方向上由若干個分層堆疊形成，至少在其中的一個分層中設(shè)置所述材料不同的若干分區(qū)。
3.如權(quán)利要求2所述的以不同材料形成分區(qū)的靜電吸盤，其特征在于，所述材料不同的若干分區(qū)，設(shè)置在所述靜電吸盤中最靠近其頂面的介電層(20)分層中。
4.如權(quán)利要求1或3所述的以不同材料形成分區(qū)的靜電吸盤，其特征在于，所述靜電吸盤的介電層(20)包含同圓心設(shè)置的若干個分區(qū)，所述若干個分區(qū)從該靜電吸盤的中心到邊緣沿徑向依次布置；所述各個分區(qū)與所述晶片(50)上從中心到邊緣沿徑向劃分的若干個區(qū)域相對應(yīng)。
5.如權(quán)利要求4所述的以不同材料形成分區(qū)的靜電吸盤，其特征在于，所述同圓心的若干分區(qū)，其導(dǎo)電性從靜電吸盤的中心到邊緣方向遞增，即，靜電吸盤中心的分區(qū)導(dǎo)電性最差，邊緣的分區(qū)導(dǎo)電性最好。
6.如權(quán)利要求4所述的以不同材料形成分區(qū)的靜電吸盤，其特征在于，所述同圓心的若干分區(qū)，其導(dǎo)熱性從靜電吸盤的中心到邊緣方向遞增，即，靜電吸盤中心的分區(qū)導(dǎo)熱性最差，邊緣的分區(qū)導(dǎo)熱性最好。
7.如權(quán)利要求1或3所述的以不同材料形成分區(qū)的靜電吸盤，其特征在于，所述靜電吸盤的介電層(20)包含同圓心的第一分區(qū)(11)和第二分區(qū)(12)，所述第一分區(qū)(11)與所述晶片(50)的中心區(qū)域相對應(yīng)，所述第二分區(qū)(12)環(huán)繞在第一分區(qū)(11)的外圍，并與所述晶片(50)的邊緣區(qū)域相對應(yīng)。
8.如權(quán)利要求7所述的以不同材料形成分區(qū)的靜電吸盤，其特征在于，所述第一分區(qū)(11)由絕緣體制成，所述第二分區(qū)(12)由導(dǎo)體制成。
9.如權(quán)利要求7所述的以不同材料形成分區(qū)的靜電吸盤，其特征在于，所述第一分區(qū)(11)由具有第一介電系數(shù)的絕緣體制成，所述第二分區(qū)(12)由具有第二介電系數(shù)的絕緣體制成；第一介電系數(shù)大于第二介電系數(shù)的1. 5倍以上。
10.如權(quán)利要求7所述的以不同材料形成分區(qū)的靜電吸盤，其特征在于，所述第一分區(qū)(11)由具有第一介電系數(shù)的絕緣體制成，所述第二分區(qū)(12)由具有第二介電系數(shù)的絕緣體制成；第一介電系數(shù)大于第二介電系數(shù)的2倍以上。
專利摘要本實用新型涉及一種以不同材料形成分區(qū)的靜電吸盤，為了加快晶片上某一區(qū)域刻蝕等反應(yīng)的處理速率，可以在靜電吸盤上對應(yīng)位置形成導(dǎo)電性更好的介電層分區(qū)，增強該分區(qū)上的射頻耦合能量，來增強等離子體的濃度；或者是在靜電吸盤上對應(yīng)位置形成導(dǎo)熱性更好的介電層分區(qū)，通過提升該分區(qū)的溫度，來加快對應(yīng)晶片區(qū)域的化學(xué)反應(yīng)速率。反之，采用導(dǎo)電或?qū)嵝阅芟喾吹牟牧纤瞥傻姆謪^(qū)，就會降低對應(yīng)晶片區(qū)域的處理速率。因此，本實用新型所述靜電吸盤中，為了抵消原先例如反應(yīng)腔內(nèi)氣體不均勻分布的影響，利用了介電層上各個分區(qū)材料不同的導(dǎo)電或?qū)嵝阅埽軌驅(qū)?yīng)調(diào)整對晶片相應(yīng)區(qū)域的處理反應(yīng)速率，改善晶片表面處理的均勻性。
文檔編號H01L21/683GK202332816SQ20112047023
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者倪圖強, 歐陽亮, 王俊, 陶錚 申請人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司