托盘及等离子体加工设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供的托盘及等离子体加工设备，用于承载被加工工件，并借助热交换气体对被加工工件的温度进行调节，而且，在托盘的上表面形成有凹部，该凹部的数量和位置与被加工工件的数量和位置一一对应，并且每个凹部和与之一一对应的被加工工件的下表面的中心区域之间形成闭合空间，并且，在凹部的底面上分布有多个进气孔，热交换气体经由进气孔流入闭合空间内。本发明提供的托盘，其不仅可以一定程度地改善被加工工件的边缘区域的温度控制效果，以提高被加工工件的中心区域与边缘区域的温度均匀性，而且还可以减少热交换气体的泄漏量。
【专利说明】托盘及等离子体加工设备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微电子加工【技术领域】，具体地，涉及一种托盘及等离子体加工设备。
【背景技术】
[0002] 等离子体加工设备是加工半导体器件的常用设备，其在进行诸如刻蚀、溅射和化 学气相沉积等工艺过程中，为了提高等离子体加工设备的生产效率，降低生产成本，一般采 用尺寸较大的托盘来承载多个晶片，并将其同时运送至反应腔室中，从而实现对多个晶片 同时进行工艺。
[0003] 在实际加工过程中，在反应腔室中形成的等离子体容易使晶片的温度超过工艺所 需的温度，因此需要对晶片的温度进行控制。传统的温度控制方式是在晶片的背面（即，与 晶片加工面相对的另一面）吹热交换气体，如氦气，以借助热交换气体对晶片的温度进行 调节。具体地，在托盘的承载面上设置有多个进气孔，气源经由该进气孔将热交换气体输送 至晶片的背面与托盘的承载面之间的缝隙中，从而实现热交换气体与晶片之间的热交换。 在实际应用中，当热交换气体充满晶片的背面与托盘的承载面之间的缝隙之后，晶片的背 面与托盘的承载面之间的气压会远远高于反应腔室内的气压，导致缝隙内的热交换气体泄 漏至反应腔室内，在热交换气体的泄漏量达到一定程度时会给导热效率以及工艺结果带来 不良影响。
[0004] 为此，人们通常采用下述两种方法来控制热交换气体的泄漏量，第一种方法是通 过降低托盘的承载面的粗糙度（一般小于1 μ m)，来使晶片的背面能够与托盘的承载面更 紧密地贴合在一起，从而降低了热交换气体的泄漏量。而这会产生下述问题：由于晶片的背 面与托盘的承载面紧密地贴合，导致晶片的背面与托盘的承载面之间的缝隙过小，这使得 该缝隙中的热交换气体主要集中在进气孔附近，而很难向晶片的边缘扩散，从而导致热交 换气体与晶片边缘区域之间的热交换效果较差，进而造成晶片边缘区域的温度与中心区域 的温度产生差异，被加工工件的温度均匀性较差。
[0005] 第二种方法是通过增加输送冷煤气体的进气孔与晶片边缘之间的在托盘的径向 上的间距，来降低自进气孔流出的热交换气体向晶片边缘扩散的程度，从而降低了热交换 气体的泄漏量。而这同样会导致热交换气体与晶片边缘区域之间的热交换效果较差，从而 造成晶片边缘区域的温度与中心区域的温度产生差异，进而被加工工件的温度均匀性较 差。
【发明内容】
[0006] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种托盘及等离子 体加工设备，其不仅可以一定程度地改善被加工工件的边缘区域的温度控制效果，以提高 被加工工件的中心区域与边缘区域的温度均匀性，而且还可以减少热交换气体的泄漏量。
[0007] 为实现本发明的目的而提供一种托盘，用于承载被加工工件，并借助热交换气体 对被加工工件的温度进行调节，在所述托盘的上表面形成有凹部，所述凹部的数量和位置 与所述被加工工件的数量和位置一一对应，并且每个所述凹部和与之一一对应的所述被加 工工件的下表面的中心区域之间形成闭合空间，并且在所述凹部的底面上分布有多个进气 孔，所述热交换气体经由所述进气孔流入所述闭合空间内。
[0008] 其中，在所述托盘的上表面且位于每个所述凹部的周边形成有密封区域，每个所 述密封区域和相应的所述被加工工件的下表面的边缘区域相贴合，以对所述闭合空间进行 密封。
[0009] 其中，位于每个所述密封区域的所述托盘的上表面的粗糙度的范围在0. 1? 1 μ m〇
[0010] 优选地,所述密封区域在其径向上的宽度的范围在0. 5?10mm
[0011] 其中，所述凹部的深度的范围在1?1〇〇 μ m。
[0012] 其中，在每个所述凹部底面上分布的所有所述进气孔中，最靠近所述凹部的底面 边缘的进气孔与所述凹部的底面边缘之间的间距的范围在〇. 5?5mm。
[0013] 其中，所述凹部的底面的粗糙度大于0. 6 μ m。
[0014] 优选地，位于每个所述密封区域的所述托盘的上表面的粗糙度为0. 4 μ m。
[0015] 优选地，所述凹部的底面的粗糙度为1. 6 μ m。
[0016] 优选地，所述凹部的深度为10 μ m。
[0017] 优选地，所述密封区域在其径向上的宽度为5_。
[0018] 优选地，在每个所述凹部底面上分布的所有所述进气孔中，最靠近所述凹部的底 面边缘的进气孔与所述凹部的底面边缘之间的间距为1. 2mm。
[0019] 其中，所述热交换气体包括氦气、氩气或氮气。
[0020] 作为另一个技术方案，本发明还提供一种等离子体加工设备，包括反应腔室、位于 所述反应腔室内的夹持装置，以及置于所述夹持装置上的托盘，所述托盘用于承载被加工 工件，并借助热交换气体对被加工工件的温度进行调节，其特征在于，所述托盘采用了本发 明提供的上述托盘。
[0021] 其中，所述夹持装置包括机械卡盘和直流电源，其中所述机械卡盘采用机械固定 的方式将所述托盘固定在其上表面；所述直流电源用于向所述托盘供电，以使所述托盘采 用静电引力的方式将所述被加工工件固定在其上表面；并且所述托盘采用导电材料制作， 并在所述导电材料的表面包覆绝缘材料，所述导电材料作为托盘电极；所述托盘电极与所 述直流电源电连接。
[0022] 其中，所述夹持装置包括机械卡盘和直流电源，其中所述机械卡盘采用机械固定 的方式将所述托盘固定在其上表面；所述直流电源用于向所述托盘供电，以使所述托盘采 用静电引力的方式将所述被加工工件固定在其上表面；并且所述托盘采用绝缘材料制作， 并在所述绝缘材料内部埋设托盘电极，所述托盘电极采用导电材料制作，且与所述直流电 源电连接。
[0023] 其中，所述夹持装置包括静电卡盘和直流电源，其中所述静电卡盘包括卡盘本体， 所述卡盘本体采用导电材料制作，并在所述导电材料的表面包覆绝缘材料，所述导电材料 作为卡盘本体的电极；并且所述托盘采用导电材料制作，并在所述导电材料的表面包覆绝 缘材料，所述导电材料作为托盘电极；所述托盘电极与所述直流电源电连接，所述卡盘本体 的电极接地，以使所述托盘和所述卡盘之间以及所述托盘和所述晶片之间均存在电压差。
[0024] 其中，所述夹持装置包括静电卡盘和直流电源，其中所述静电卡盘包括卡盘本体， 所述卡盘本体采用绝缘材料制作，并在所述绝缘材料内部埋设卡盘电极，所述卡盘电极采 用导电材料制作；并且所述托盘采用绝缘材料制作，并在所述绝缘材料内部埋设托盘电极， 所述托盘电极采用导电材料制作，且与所述直流电源电连接，所述卡盘本体的电极接地，以 使所述托盘和所述卡盘之间以及所述托盘和所述晶片之间均存在电压差。
[0025] 本发明具有以下有益效果：
[0026] 本发明提供的托盘，其在托盘的上表面形成有数量和位置与被加工工件的数量和 位置--对应的凹部，且每个凹部和与之--对应的被加工工件的下表面的中心区域之间 形成闭合空间，热交换气体经由设置在凹部底面上的进气孔流入该闭合空间内。借助上述 闭合空间，不仅可以使更多的热交换气体到达被加工工件的下表面，从而可以提高热交换 的效率，而且还可以使热交换气体能够更均匀地与被加工工件的下表面进行热交换，从而 可以提高热交换的均匀性，进而可以提高被加工工件的温度均匀性。而且，借助闭合空间， 还可以使流入该闭合空间内的热交换气体能够毫无障碍地向四周扩散，从而可以增加被加 工工件的边缘区域的热交换气体的浓度，进而可以在一定程度上改善被加工工件的边缘区 域的温度控制效果，以提高被加工工件的中心区域与边缘区域的温度均匀性。此外，由于仅 被加工工件的下表面的边缘区域与托盘的上表面相接触，因而即使二者紧密地贴合也不会 影响热交换气体向闭合空间的四周扩散的程度，从而可以通过最大程度地提高被加工工件 的下表面的边缘区域与托盘的上表面相贴合的紧密度，来减少热交换气体的泄漏量，进而 可以避免因热交换气体的泄漏量过大而对导热效率以及工艺结果产生不良影响。
[0027] 本发明提供的等离子体加工设备，其通过采用本发明提供的托盘，不仅可以一定 程度地改善热交换气体与晶片边缘区域之间的热交换效果，以提高被加工工件的温度均匀 性，而且还可以减少热交换气体的泄漏量，从而可以避免因热交换气体的泄漏量过大而对 导热效率以及工艺结果产生的不良影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 图1为本发明实施例提供的托盘的局部剖视图；
[0029] 图2为本发明实施例提供的托盘的俯视图；
[0030] 图3为图2中托盘的局部俯视图；
[0031] 图4A为本发明实施例提供的等离子体加工设备的结构示意图；以及
[0032] 图4B为本发明实施例提供的另一种等离子体加工设备的结构示意图。
【具体实施方式】
[0033] 为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明 提供的托盘及等离子体加工设备进行详细描述。
[0034] 图1为本发明实施例提供的托盘的局部剖视图。图2为本发明实施例提供的托盘 的俯视图。图3为图2中托盘的局部俯视图。请一并参阅图1、图2和图3,托盘10用于承 载被加工工件14,并借助诸如氦气、氩气或氮气等的热交换气体对被加工工件14的温度进 行调节，并且，在托盘10的上表面形成有凹部11，凹部11的数量和位置与被加工工件14的 数量和位置一一对应，并且每个凹部11和与之一一对应的被加工工件14的下表面的中心 区域之间形成闭合空间12,并且，在凹部11的底面111上分布有多个进气孔13,热交换气 体经由进气孔13流入闭合空间12内。
[0035] 借助闭合空间12,不仅可以使更多的热交换气体到达被加工工件14的下表面，以 提高热交换的效率，而且还可以使热交换气体能够更均匀地与被加工工件14的下表面进 行热交换，从而可以提高热交换的均匀性，进而可以提高被加工工件的温度均匀性。而且， 借助闭合空间12,可以使流入该闭合空间12内的热交换气体能够毫无障碍地向四周扩散， 从而可以增加被加工工件14的边缘区域的热交换气体的浓度，进而可以在一定程度上改 善被加工工件14的边缘区域的温度控制效果，以提高被加工工件14的中心区域与边缘区 域的温度均匀性。此外，由于仅被加工工件14的下表面的边缘区域与托盘10的上表面相 接触，因而即使二者紧密地贴合也不会影响热交换气体向闭合空间12的四周扩散的程度， 从而可以通过最大程度地提高被加工工件14的下表面的边缘区域与托盘10的上表面相贴 合的紧密度，来减少热交换气体的泄漏量，进而可以避免因热交换气体的泄漏量过大而对 导热效率以及工艺结果产生不良影响。
[0036] 在本实施例中，在托盘10的上表面且位于每个凹部11的周边形成有密封区域 101，每个密封区域101和相应的被加工工件14的下表面的边缘区域相贴合，以对闭合空间 12进行密封。在实际应用中，可以通过降低位于每个密封区域101的托盘10的上表面的粗 糙度，来提高其与被加工工件14的下表面的边缘区域相贴合的紧密度，从而实现对闭合空 间12进行密封。该粗糙度的范围可以在0. 1?1 μ m。而由于凹部11的底面111不与被加 工工件14的下表面相接触，因而无需对凹部11的底面111的粗糙度进行限定，优选地，该 粗糙度可以大于〇.6μπι，以便于加工。而且，凹部11的深度Η的范围可以在1?ΙΟΟμπι; 密封区域101在其径向上的宽度D1的范围可以在0. 5?10mm。
[0037] 在本实施例中，分布在凹部11的底面111上的多个进气孔13在不同半径处沿底 面111的周向均匀分布，而且，由于位于密封区域101的托盘10的上表面能够与被加工工 件14的下表面的边缘区域紧密地贴合，在这种情况下，每个凹部11底面上的进气孔13可 以尽可能地靠近凹部11的底面111的边缘设置，而不会造成热交换气体的泄漏量过大，从 而可以实现在保证热交换气体的泄漏量较小的前提下，增加被加工工件14的边缘区域的 热交换气体的浓度，进而可以提高被加工工件14的温度均匀性。优选地，在每个凹部11的 底面111上分布的所有进气孔13中，最靠近凹部11的底面111的边缘的进气孔13与凹部 11的底面111的边缘之间的间距D2的范围可以在0. 5?5mm。在实际应用中，上述进气孔 13在每个凹部11的底面111上的分布方式可以根据具体情况自由设定。
[0038] 优选地，位于每个密封区域101的托盘10的上表面的粗糙度为0. 4 μ m ;凹部11的 底面111的粗糙度为1. 6 μ m ;凹部11的深度Η为10 μ m ;密封区域101在其径向上的宽度 D1为5mm ;在每述凹部11的底面111上分布的所有进气孔13中，最靠近凹部11的底面边 缘的进气孔13与凹部11的底面111的边缘之间的间距D2为1. 2mm。
[0039] 作为另一个技术方案，图4A为本发明实施例提供的等离子体加工设备的结构示 意图。请参阅图4A，本发明实施例还提供一种等离子体加工设备，包括反应腔室20、位于反 应腔室20内的夹持装置，以及置于夹持装置上的托盘21，托盘21用于承载被加工工件14， 并借助热交换气体对被加工工件14的温度进行调节，而且，托盘21采用了本发明实施例提 供的上述托盘。另外，在托盘21的上表面还设置有盖板23,并且在盖板23上设置有多个通 孔，每个被加工工件14置于相应通孔内的托盘21的上表面。
[0040] 在本实施例中，在夹持装置与托盘21之间以及托盘21与被加工工件14之间均采 用静电引力的方式固定在一起。具体地，夹持装置包括静电卡盘22和直流电源，其中，静 电卡盘22包括卡盘本体，该卡盘本体采用导电材料制作，并在导电材料的表面包覆绝缘材 料，导电材料作为卡盘本体的电极，并接地；托盘21采用导电材料制作，并在导电材料的表 面包覆绝缘材料，以保证托盘21不被反应腔室20内的等离子体刻蚀；导电材料作为托盘电 极，且与直流电源电连接，在接通直流电源后，托盘21和卡盘本体之间以及托盘21和被加 工工件之间均存在电压差，即，在托盘21和卡盘本体之间产生静电吸附力以及在托盘21和 被加工工件14之间产生静电吸附力，从而实现卡盘本体将托盘21吸附在其上表面的同时， 使托盘21将被加工工件14吸附在其上表面。
[0041] 在实际应用中，卡盘本体也可以采用绝缘材料制作，并在绝缘材料内部埋设卡盘 电极，类似地，托盘21也可以采用绝缘材料制作，并在绝缘材料内部埋设托盘电极。
[0042] 需要说明的是，虽然在本实施例中，在夹持装置与托盘21之间以及托盘21与被加 工工件14之间均采用静电引力的方式固定在一起，但是本发明并不局限于此，在实际应用 中，也可以仅在托盘与被加工工件14之间采用静电引力的方式固定在一起，而在夹持装置 与托盘之间采用机械固定的方式的固定在一起，具体地，如图4B所示，夹持装置包括机械 卡盘22'和直流电源。其中，机械卡盘22'采用机械固定的方式将托盘21固定在其上表面， 例如，机械卡盘可以包括用于承载被加工工件14的基座，以及用于将被加工工件14固定在 该基座上的诸如机械夹具、压环等的工装；托盘21采用导电材料制作，并在导电材料的表 面包覆绝缘材料，导电材料作为托盘电极，且与直流电源电连接；在接通直流电源后，在托 盘21和被加工工件14之间会产生静电引力，从而实现将被加工工件14固定在托盘的上表 面。容易理解，托盘也可以采用绝缘材料制作，并在绝缘材料内部埋设托盘电极。
[0043] 此外，在实际应用中，在托盘与被加工工件之间还可以采用机械固定等的方式的 固定在一起，事实上，无需限制托盘的固定方式，只要托盘能够将被加工工件固定在其上表 面上即可。
[0044] 本发明实施例提供的等离子体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的上述托 盘，不仅可以一定程度地改善被加工工件的边缘区域的温度控制效果，以提高被加工工件 的中心区域与边缘区域的温度均匀性，而且还可以减少热交换气体的泄漏量，从而可以避 免对导热效率以及工艺结果产生不良影响。
[0045] 可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施 方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精 神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种托盘，用于承载被加工工件，并借助热交换气体对被加工工件的温度进行调节， 其特征在于，在所述托盘的上表面形成有凹部，所述凹部的数量和位置与所述被加工工件 的数量和位置一一对应，并且每个所述凹部和与之一一对应的所述被加工工件的下表面的 中心区域之间形成闭合空间，并且 在所述凹部的底面上分布有多个进气孔，所述热交换气体经由所述进气孔流入所述闭 合空间内。
2. 根据权利要求1所述的托盘，其特征在于，在所述托盘的上表面且位于每个所述凹 部的周边形成有密封区域，每个所述密封区域和相应的所述被加工工件的下表面的边缘区 域相贴合，以对所述闭合空间进行密封。
3. 根据权利要求2所述的托盘，其特征在于，位于每个所述密封区域的所述托盘的上 表面的粗糙度的范围在〇. 1?1 μ m。
4. 根据权利要求2所述的托盘，其特征在于，所述密封区域在其径向上的宽度的范围 在 0· 5 ?10mm η
5. 根据权利要求1所述的托盘，其特征在于，所述凹部的深度的范围在1?100 μ m。
6. 根据权利要求1所述的托盘，其特征在于，在每个所述凹部底面上分布的所有所述 进气孔中，最靠近所述凹部的底面边缘的进气孔与所述凹部的底面边缘之间的间距的范围 在 0· 5 ?5mm η
7. 根据权利要求1所述的托盘，其特征在于，所述凹部的底面的粗糙度大于0. 6 μ m。
8. 根据权利要求3-7任意一项权利要求所述的托盘，其特征在于，位于每个所述密封 区域的所述托盘的上表面的粗糙度为〇. 4 μ m。
9. 根据权利要求3-7任意一项权利要求所述的托盘，其特征在于，所述凹部的底面的 粗糙度为1.6 μ m。
10. 根据权利要求3-7任意一项权利要求所述的托盘，其特征在于，所述凹部的深度为 10 μ m〇
11. 根据权利要求3-7任意一项权利要求所述的托盘，其特征在于，所述密封区域在其 径向上的宽度为5mm。
12. 根据权利要求3-7任意一项权利要求所述的托盘，其特征在于，在每个所述凹部底 面上分布的所有所述进气孔中，最靠近所述凹部的底面边缘的进气孔与所述凹部的底面边 缘之间的间距为1. 2mm。
13. 根据权利要求1所述的托盘，其特征在于，所述热交换气体包括氦气、氩气或氮气。
14. 一种等离子体加工设备，包括反应腔室、位于所述反应腔室内的夹持装置，以及置 于所述夹持装置上的托盘，所述托盘用于承载被加工工件，并借助热交换气体对被加工工 件的温度进行调节，其特征在于，所述托盘采用了权利要求1-13任意一项权利要求所述的 托盘。
15. 根据权利要求14所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述夹持装置包括机械 卡盘和直流电源，其中 所述机械卡盘采用机械固定的方式将所述托盘固定在其上表面； 所述直流电源用于向所述托盘供电，以使所述托盘采用静电引力的方式将所述被加工 工件固定在其上表面；并且 所述托盘采用导电材料制作，并在所述导电材料的表面包覆绝缘材料，所述导电材料 作为托盘电极；所述托盘电极与所述直流电源电连接。
16. 根据权利要求14所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述夹持装置包括机械 卡盘和直流电源，其中 所述机械卡盘采用机械固定的方式将所述托盘固定在其上表面； 所述直流电源用于向所述托盘供电，以使所述托盘采用静电引力的方式将所述被加工 工件固定在其上表面；并且 所述托盘采用绝缘材料制作，并在所述绝缘材料内部埋设托盘电极，所述托盘电极采 用导电材料制作，且与所述直流电源电连接。
17. 根据权利要求14所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述夹持装置包括静电 卡盘和直流电源，其中 所述静电卡盘包括卡盘本体，所述卡盘本体采用导电材料制作，并在所述导电材料的 表面包覆绝缘材料，所述导电材料作为卡盘本体的电极；并且 所述托盘采用导电材料制作，并在所述导电材料的表面包覆绝缘材料，所述导电材料 作为托盘电极；所述托盘电极与所述直流电源电连接，所述卡盘本体的电极接地，以使所述 托盘和所述卡盘之间以及所述托盘和所述晶片之间均存在电压差。
18. 根据权利要求14所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述夹持装置包括静电 卡盘和直流电源，其中 所述静电卡盘包括卡盘本体，所述卡盘本体采用绝缘材料制作，并在所述绝缘材料内 部埋设卡盘电极，所述卡盘电极采用导电材料制作；并且 所述托盘采用绝缘材料制作，并在所述绝缘材料内部埋设托盘电极，所述托盘电极采 用导电材料制作，且与所述直流电源电连接，所述卡盘本体的电极接地，以使所述托盘和所 述卡盘之间以及所述托盘和所述晶片之间均存在电压差。
【文档编号】H01J37/20GK104124127SQ201310152358
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年4月27日 优先权日:2013年4月27日
【发明者】刘利坚 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