专利名称：一种以不同材料形成分区的静电吸盘的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于固定晶片的静电吸盘，特别涉及一种设有分区且分区的材料不同的静电吸盘。
背景技术：
在半导体器件的制造过程中，为了在晶片上进行沉积、蚀刻等工艺处理时，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片进行支撑及固定。等离子体处理装置中包含反应腔，腔内的上部设有喷淋头或类似装置，其作为上电极接地设置；喷淋头上分布有多个通气孔，将引入的反应气体输送至反应腔内。与喷淋头相对应，在反应腔内的底部基座上设置所述静电吸盘，静电吸盘包含介电层；介电层中埋设有直流电极，与直流电源连通后产生静电力，来吸持介电层上放置的晶片。介电层中还分布设置有输送氦气等冷却介质的气体通道，该些通道最后连通到静电吸盘表面的沟道位置。所述基座中设置有射频电极，其与射频电源连通后，配合上电极在反应腔内形成射频电场，用以形成对晶片进行处理的等离子体。所述基座中还开设有若干介质通道，由介质通道内流经的流体来加热或冷却所述静电吸盘的温度，进而控制晶片的温度。然而，现有的等离子体处理装置中，往往会受到反应腔内反应气体或等离子体分布不均勻的影响，使得晶片表面上的不同区域具有不同的处理速率；对于沿晶片径向布置的不同区域，这种不均勻处理的现象尤为明显，例如会使得晶片中心区域的处理速率较快，而晶片边缘区域的处理速率较慢，这样会导致晶片上不同区域形成的半导体器件的性能不同。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种以不同材料形成分区的静电吸盘，使用具有不同导电或导热性能的材料来制成静电吸盘上的各个分区，来调整各个分区上形成的等离子体浓度或进行化学反应时的温度，来改变晶片对应区域上进行刻蚀等反应的处理速度，以此抵消原先反应腔内反应气体或等离子体分布不均勻的影响，最终使得晶片中心及边缘等不同区域上的刻蚀处理的速率能够平衡分布。本实用新型的技术方案是提供一种以不同材料形成分区的静电吸盘，其设置在等离子体处理装置的反应腔内，在该反应腔内通过接收射频能量，产生反应气体的等离子体对晶片进行处理；所述静电吸盘包含介电层及其中埋设的直流电极；在等离子体处理过程中，所述直流电极上连通电源后产生的静电力，对放置在静电吸盘顶面上的所述晶片进行固定；所述静电吸盘的介电层包含由不同材料制成的若干个分区，所述各个分区的位置与其上方晶片上划分的若干个区域相对应；制成所述各个分区的材料具有不同的导电性能或导热性能，使得所述晶片的对应区域上通过等离子体进行处理的反应速率不同；在其他因素不变的情况下，所述静电吸盘分区的导电性越好，该分区上射频耦合的能量越大，则在该分区上方形成的等离子体浓度越高，所述等离子体对晶片上对应区域进行处理时的反应速率越快；在其他因素不变的情况下，所述静电吸盘分区的导热性越好，该分区通过接收热量而提升的温度越高，则利用该分区上方形成的等离子体对晶片上对应区域进行处理的反应速率越快。所述静电吸盘的介电层在竖直方向上由若干个分层堆叠形成，至少在其中的一个分层中设置所述材料不同的若干分区。在优选的实施例中，所述材料不同的若干分区，设置在所述静电吸盘中最靠近其顶面的介电层分层中。所述静电吸盘的介电层包含同圆心设置的若干个分区，所述若干个分区从该静电吸盘的中心到边缘沿径向依次布置；所述各个分区与所述晶片上从中心到边缘沿径向划分的若干个区域相对应。一种实施例中，所述同圆心的若干分区，其导电性从静电吸盘的中心到边缘方向递增，即，静电吸盘中心的分区导电性最差，边缘的分区导电性最好。另一种实施例中，所述同圆心的若干分区，其导热性从静电吸盘的中心到边缘方向递增，即，静电吸盘中心的分区导热性最差，边缘的分区导热性最好。所述静电吸盘的介电层包含同圆心的第一分区和第二分区，所述第一分区与所述晶片的中心区域相对应，所述第二分区环绕在第一分区的外围，并与所述晶片的边缘区域相对应。一种实施例中，所述第一分区由绝缘体制成，所述第二分区由导体制成。另一种实施例中，所述第一分区由具有第一介电系数的绝缘体制成，所述第二分区由具有第二介电系数的绝缘体制成；优选的，使所述第一介电系数大于第二介电系数的1.5倍以上，甚至达到2倍以上。与现有技术相比，本实用新型所述以不同材料形成分区的静电吸盘，其优点在于本实用新型中，为了加快晶片上某一区域刻蚀等反应的处理速率，一种是可以在静电吸盘上对应位置形成导电性更好的介电层分区，增强该分区上的射频耦合能量，来增强等离子体的浓度；另一种是形成导热性更好的介电层分区，通过提升该分区的温度，来加快对应晶片区域的化学反应速率。反之，采用导电或导热性能相反的材料所制成的分区，就会降低对应晶片区域的处理速率。因此，本实用新型所述静电吸盘中，为了抵消原先例如反应腔内气体不均勻分布的影响，利用了介电层上各个分区材料不同的导电或导热性能，能够对应调整对晶片相应区域的处理反应速率，改善晶片表面处理的均勻性。
图1是本实用新型所述静电吸盘中一种分区结构的侧剖视图；图2是图1所示静电吸盘中分区结构的俯视图；图3是本实用新型所述静电吸盘中另一种分区结构的俯视图；图4是本实用新型中设置图3所示静电吸盘的等离子体处理装置的侧剖视图。
具体实施方式
以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式
。如图4所示，本实用新型所述的等离子体处理装置，包含一反应腔100，腔内的上部设置有喷淋头60，腔内的下部设置有静电吸盘。喷淋头60上分布开设有多个通气孔，用于将反应气体输送至反应腔100内，喷淋头60还作为上电极接地设置。静电吸盘设置在反应腔100底部的一个基座40上；该基座40中设置的射频电极41，在与例如是13MHz 200MHz的射频电源连通以后，与所述上电极配合在反应腔100内形成射频电场，用于生成反应气体的等离子体。基座40中还开设有若干介质通道42，由介质通道42内流经的流体来加热或冷却所述静电吸盘，进而控制晶片50的温度。配合参见图1、图4所示，所述的静电吸盘包含介电层20，以及其中埋设的直流电极30 ；直流电极30上连通电源后产生静电力，对静电吸盘顶面上放置的晶片50进行固定吸持。所述静电吸盘是圆盘结构，其面积等于或略小于所述晶片50的面积。将静电吸盘的介电层20划分为若干分区。在一种实施方式中，使该些分区分别由不同导电性能的材料制成，从而在导电性能越好的分区上，射频耦合的能量就越大，因此该分区上方形成的等离子体浓度就越高，与该分区对应的晶片50区域上的反应速率就越快；反之亦然。另外，介电层20在竖直方向上是由若干个分层堆叠形成的，至少是在其中的一个分层上进行上述分区。例如图1中所示的静电吸盘中分为四层，从上而下为第一层21到第四层对，直流电极30设置在第三层23中；第一、第二、第四层都可以独立或配合地设置所述的分区。如果在越接近静电吸盘顶面的分层上设置分区，其对反应腔100内等离子体浓度分布的调整作用就越明显。因此，优选的，是将导电性能不同的分区形成在位于介电层20顶部的第一层21中。制成分区的材料可以是导体、半导体或绝缘体，例如是导体铝Al、半导体碳化硅SiC、绝缘体石英(quartz)或氧化铝Al2O3，等等；也可以是介电常数较高的有机物，如有机聚合物。可以根据实际的应用需要，从导体、半导体、绝缘体或其中介电系数不同的绝缘材料中，选择任意几种材料，来对应制成一个静电吸盘上的各个分区。其他不设置分区的介电层20分层(例如第二层22、第四层24)可以是由导热陶瓷材料制成。图1、图2所示的实施例，是在静电吸盘顶部的第一层21中，沿径向设置同圆心的第一分区11和第二分区12，使得第一分区11与晶片50的中心区域相对应，第二分区12与晶片50的边缘区域相对应。例如使用绝缘体来制成第一分区11，使用导体来制成第二分区12，则相比第一分区11来说，第二分区12的导电性更好，射频耦合的能量更大，那么第二分区12上方的等离子体浓度更高，对应地在晶片50边缘的处理速率就要快于晶片50中心的处理速率，从而可以抵消原先反应气体在等离子体径向上分布不均衡的影响，有效改善晶片50表面处理的均勻性。要达到在不同分区上明显的效果在材料选择上最好使得静电吸盘内第一分区11和第二分区12对应的材料具有差距很大的介电常数。如两者的介电系数相差达到1. 5倍以上能够达到明显的效果，达到2倍甚至4倍以上能达到更好的效果。或者在另外的实施例中，根据图1、图2所示的分区结构，使用具有第一系数的绝缘体来制成第一分区11，使用具有第二介电系数的绝缘体来制成第二分区12，并且，使得第二介电系数小于第一介电系数，则第四分区14的导电能力强于第三分区13，如此的分区设置对晶片50区域处理速率的调整将与上述类似。图3、图4所示的实施例中，沿径向依次设置同圆心的第三到第六分区13 16，其中第三分区13与晶片50的中心区域相对应，第六分区16与晶片50最边缘的区域相对应。例如在第三分区13使用具有第一介电系数的绝缘体制成，第四分区14使用具有第二介电系数的绝缘体制成，并且，使得第二介电系数小于第一介电系数，则第四分区14的导电能力强于第三分区13 ；第五分区15使用半导体材料制成，第六分区16使用导体材料制成；可见该些分区的导电性能逐渐增强，从而在对应晶片50中心区域的等离子体浓度最低，而越到晶片50边缘等离子体的浓度会越高，即，在反应腔100内其他因素不变的情况下，晶片50边缘的刻蚀速率会更快。由于等离子刻蚀是物理化学的综合作用，除了与等离子体浓度、气体流量有关，还可能受到反应温度的影响。因此，本实用新型还给出另一种实施方式，是使静电吸盘介电层20上的各个分区，由具有不同导热性能的材料来制成。在等离子体处理过程中，温度越高的分区，化学反应的速率就越快。另外一方面，静电吸盘的分区温度升高会导致电阻率变大，与射频能量的耦合分布也有间接关系，因此需要对各个分区的温度进行综合控制，从而在晶片50上不同区域获得均勻的处理速率。例如，参考图1、图2所示静电吸盘的分区结构，其中第一分区11和第二分区12都是导体，而制成第二分区12的材料导热性好于第一分区11，那么同样接收下方基座40发送的热量后，会使得第二分区12的温度高于第一分区11，那么在第二分区12上对晶片50边缘的处理反应速率就更快，第一分区11上对晶片50中心的处理反应速率就相对较慢。又例如，参考图3、图4所示静电吸盘的分区结构，使其中第三分区13到第六分区16，由导热性能递增的材料对应制成，即，与晶片50中心对应的第三分区13的导热性最差，与晶片50边缘对应的第六分区16的导热性最好，由此获得的对晶片50区域处理速率的调整效果将与上述类似。上述若干实施例中所给出的静电吸盘的分区设定，均是用来调整原先反应腔100内对晶片50的处理反应速率中间快、边缘慢的问题。而对介电层20分区的划分并不限于上文中的描述，可以根据具体需要综合决定，例如是在介电层20的纵向上选择设置分区的分层数量及位置(例如是第一层21、第二层22或第四层M中的若干层)；或者在径向上同圆心分区的数量，各个分区的大小；或者，分区不是沿径向划分，而是以其他形状划分；又或者是选择各个分区的材料；与晶片50中心到边缘对应的分区上，其导电(或导热)的性能也不必然为递增或递减变化的关系。综上所述，为了加快晶片50上某一区域刻蚀等反应的处理速率，一种是可以在静电吸盘上对应位置形成导电性更好的介电层20分区，增强该分区上的射频耦合能量，来增强等离子体的浓度；另一种是形成导热性更好的介电层20分区，通过提升该分区的温度，来加快对应晶片50区域的化学反应速率。反之，采用导电或导热性能相反的材料所制成的分区，就会降低对应晶片50区域的处理速率。因此，本实用新型所述静电吸盘中，为了抵消原先例如反应腔100内气体不均勻分布的影响，利用了介电层20上各个分区材料不同的导电或导热性能，能够对应调整对晶片50相应区域的处理反应速率，改善晶片50表面处理的均勻性。CN 202332816 U说明书5/5 页 尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求1.一种以不同材料形成分区的静电吸盘，其设置在等离子体处理装置的反应腔(100)内，在该反应腔(100)内通过接收射频能量，产生反应气体的等离子体对晶片(50)进行处理；所述静电吸盘包含介电层(20)及其中埋设的直流电极(30)；在等离子体处理过程中，所述直流电极(30)上连通电源后产生的静电力，对放置在静电吸盘顶面上的所述晶片(50)进行固定，其特征在于，所述静电吸盘的介电层(20)包含由不同材料制成的若干个分区，所述各个分区的位置与其上方晶片(50)上划分的若干个区域相对应；制成所述各个分区的材料具有不同的导电性能或导热性能，使得所述晶片(50)的对应区域上通过等离子体进行处理的反应速率不同。
2.如权利要求1所述的以不同材料形成分区的静电吸盘，其特征在于，所述静电吸盘的介电层(20)在竖直方向上由若干个分层堆叠形成，至少在其中的一个分层中设置所述材料不同的若干分区。
3.如权利要求2所述的以不同材料形成分区的静电吸盘，其特征在于，所述材料不同的若干分区，设置在所述静电吸盘中最靠近其顶面的介电层(20)分层中。
4.如权利要求1或3所述的以不同材料形成分区的静电吸盘，其特征在于，所述静电吸盘的介电层(20)包含同圆心设置的若干个分区，所述若干个分区从该静电吸盘的中心到边缘沿径向依次布置；所述各个分区与所述晶片(50)上从中心到边缘沿径向划分的若干个区域相对应。
5.如权利要求4所述的以不同材料形成分区的静电吸盘，其特征在于，所述同圆心的若干分区，其导电性从静电吸盘的中心到边缘方向递增，即，静电吸盘中心的分区导电性最差，边缘的分区导电性最好。
6.如权利要求4所述的以不同材料形成分区的静电吸盘，其特征在于，所述同圆心的若干分区，其导热性从静电吸盘的中心到边缘方向递增，即，静电吸盘中心的分区导热性最差，边缘的分区导热性最好。
7.如权利要求1或3所述的以不同材料形成分区的静电吸盘，其特征在于，所述静电吸盘的介电层(20)包含同圆心的第一分区(11)和第二分区(12)，所述第一分区(11)与所述晶片(50)的中心区域相对应，所述第二分区(12)环绕在第一分区(11)的外围，并与所述晶片(50)的边缘区域相对应。
8.如权利要求7所述的以不同材料形成分区的静电吸盘，其特征在于，所述第一分区(11)由绝缘体制成，所述第二分区(12)由导体制成。
9.如权利要求7所述的以不同材料形成分区的静电吸盘，其特征在于，所述第一分区(11)由具有第一介电系数的绝缘体制成，所述第二分区(12)由具有第二介电系数的绝缘体制成；第一介电系数大于第二介电系数的1. 5倍以上。
10.如权利要求7所述的以不同材料形成分区的静电吸盘，其特征在于，所述第一分区(11)由具有第一介电系数的绝缘体制成，所述第二分区(12)由具有第二介电系数的绝缘体制成；第一介电系数大于第二介电系数的2倍以上。
专利摘要本实用新型涉及一种以不同材料形成分区的静电吸盘，为了加快晶片上某一区域刻蚀等反应的处理速率，可以在静电吸盘上对应位置形成导电性更好的介电层分区，增强该分区上的射频耦合能量，来增强等离子体的浓度；或者是在静电吸盘上对应位置形成导热性更好的介电层分区，通过提升该分区的温度，来加快对应晶片区域的化学反应速率。反之，采用导电或导热性能相反的材料所制成的分区，就会降低对应晶片区域的处理速率。因此，本实用新型所述静电吸盘中，为了抵消原先例如反应腔内气体不均匀分布的影响，利用了介电层上各个分区材料不同的导电或导热性能，能够对应调整对晶片相应区域的处理反应速率，改善晶片表面处理的均匀性。
文档编号H01L21/683GK202332816SQ20112047023
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者倪图强, 欧阳亮, 王俊, 陶铮 申请人:中微半导体设备(上海)有限公司