一种半导体处理器及用于半导体处理器的多区控温加热器的制作方法

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种等离子处理器的多区控温加热器。

背景技术：

等离子处理器被广泛应用在半导体工业内，用来对待处理基片进行高精度的加工如等离子刻蚀、化学气相沉积（cvd）等。等离子处理中基片的温度对处理的效果具有很大的影响，基片表面不同的温度分布会使得处理效果也不同。为了更好的控制温度现有技术会在支撑基片的基座和静电夹盘之间设置一个可主动控制加热功率的加热器，通过对不同区域的加热器输入不同功率实现对温度的调控。现有技术的等离子处理器结构如图1所示，包括反应腔100，位于反应腔内底部的基座10，基座通过电缆连接到至少一个射频电源。基座10内包括用于冷却液循环的管道11以带走等离子处理过程中产生的多余热量。基座10上方包括加热器，加热器通常包括上下两层绝缘材料21、25以实现加热器与其它部件之间的电绝缘，以及夹在绝缘材料间的加热电阻丝层23。加热器上表面通过粘接层32使静电夹盘30固定到加热器上方，待处理基片通过静电夹盘固定到基座上方。反应腔内顶部还包括上电极40，以及上电极下表面的气体喷头41实现反应气体的均匀通入。为了使得基片温度均匀需要加热器中的电阻丝也进行分区控制，常见的是同心圆环形分布，可以是2区、3区甚至4区。但是圆环形分布无法补偿因冷却气体（氦气）通孔和顶升脚等带来的局部区域温度不均，所以现有技术也提出将加热器分隔成棋盘状的大量（通常大于9个区）独立控制单元实现对各种区域独立控制。过多的独立控制区不仅造成加热器结构复杂、成本高昂，而且温度控制很难稳定，每个独立温度区如果与相邻的加热器区域温差过大，往往会导致周围相邻的加热器区域热量向目标区域传入或导走，最终要达到的理想温度分布需要多次调整多个独立加热区域的加热功率才能达到稳定。对于需要快速变换处理温度的加工工艺来说，长时间的调整达到较佳温度是不能接受的。

所以业内需要一种新的方法或装置，不仅能够快速实现温度分布的精确控制，而且结构简单，成本低廉。

技术实现要素：

本发明解决的问题是在等离子处理器中基片在等离子处理过程中获得均一的温度分布，而且在不同处理工艺中能实现快速切换。

本发明提出一种一种等离子处理器，包括：一反应腔体围绕构成气密空间，反应腔体包括：反应腔体侧壁以及位于反应腔体内的一基座，基座上方包括一加热器，加热器上方固定有静电夹盘用于固定待处理基片，其特征在于所述加热器包括下层加热层和上层加热层，其中下层加热层通过第一绝缘层固定到所述基座，上层加热层和下层加热层之间还包括第二绝缘材料层，其中上层加热层中的电热丝的加热功率小于下层加热层的电热丝的功率。上层加热层中电热丝的电阻大于下层加热层中电热丝的电阻。

其中上层加热层上方还包括第三绝缘材料层通过一层粘接材料层与静电夹盘相固定。

上层、下层加热层具有多个独立控制的加热区域，其中下层加热层加热整个静电夹盘，上层加热层覆盖部分静电夹盘区域。上层加热层中的独立控制加热区域数量大于下层加热层独立控制加热区的数量。还包括第一加热驱动电路接收所述下层加热层中多个加热区域的温度，并将获得的温度与预设的基础温度比较，根据比较结果输出加热功率到所述下层加热层的多个加热区域中的电热丝，使得下层加热层各个加热区域具有预设的基础温度。还包括第二加热驱动电路接收所述上层加热层中多个加热区域的温度，并将获得的温度与预设处理温度比较，并获得多个温度差值△t，查询温度差值△t与对应的基础温度关系数据库，获得输入多个加热区域电热丝的功率。使得加热器上表面具有预设的处理温度。

附图说明

图1是现有技术等离子处理器示意图；

图2是本发明加热器结构示意图；

图3a是本发明加热器下层加热层平面示意图；

图3b是本发明加热器上层加热层平面示意图。

具体实施方式

如图2所示为本发明加热器示意图，本发明与图1所示的现有技术相比具体相类似的基本结构，主要区别在于本发明的加热器包括了双层加热层，包括位于下方的ha层加热层以及位于上方的hb层加热层，加热器还包括位于hb加热层上表面的绝缘层27，位于两层加热层之间的绝缘层25，位于ha加热层下表面的绝缘层21。上下加热层ha、hb除了空间位置呈上下相叠外，还存在以下诸多区别：

两者所用的加热丝材料不同，ha加热层的电阻较小，施加同样电源时发热功率大，能够快速达到目标温度，但是由于功率过大，要达到非常精确的温度较难实现，适于温度的粗调。hb加热层的电阻较大，相对ha加热层发热功率较低，由于功率较低和对温度进行精确的微调。

两者的加热丝的图形分布不同，ha加热层由于只进行大范围内的温度粗调所以对应的独立控温区域范围较大，可以是如图3a所示划分成多个同心的圆形或圆环形区域a1-a4，这样就能使得静电夹盘温度整体上具有接近的基础温度，不同区域可以有少量误差（如1-2度）。上层加热层hb的图形可以是如图3b所示，只对外围容易发生温度不均的区域，如对应下方ha的a3、a4区域，对整个圆环进行均匀划分，形成多个弧形的独立加热区域b1-b16。独立加热区的划分不限于图3b所示，如果中心区域因为硬件结构的原因存在导致局部温度不均匀的现象，也可以在中心区域的相应部位设置独立的加热区域。独立加热区的数量也不是固定的可以设置多于16个区域，也可以更少，可以根据实际需求自由选择独立加热区的分布和数量。通过hb层加热层的设置可以通过控制输入到各个独立控温区域b1-b16中功率的不同实现温度的精确控制，补偿下方ha环形区域a1-a4上产生的或者其它硬件原因带来的少量温度差异，实现静电夹盘上更均一的温度分布。

两者的控制方法也不同，ha加热层的功能是快速达到工艺需要的目标温度，所以ha加热层采用温度反馈控制的方法。第一加热驱动电路采集a1-a4上温度探头检测到的实际温度，与工艺需要设定的基础温度进行比较，根据比较结果设定输入到a1-a4相应的功率，最终达到目标基础温度。hb加热层的功能是补尝ha加热层无法实现的少量温度差异，由于不同的工艺中ha加热层会具有不同的温度，所以ha层基础温度不同时，hb加热层中同样的加热功率输入会带来不同的温升。因此hb加热层需要在调试阶段记录ha加热层具有不同基础温度时，不同加热功率相应会在b1-b16各个区域产生的温度变量△t，将这些功率参数存入数据库。在实际的等离子处理中，一个第二加热驱动电路收集检测到的b1-b16区域的实际温度，对比预设的处理温度，获得两者在不同控温区域的温度差△t，最后根据△t和调试阶段获得的数据库查询对应区域的输入功率，将查询获得的输入功率输入上层电热层对应的区域，最终实现静电夹盘上温度的均匀分布。本发明中的处理温度是指实际到达绝缘层27的温度，由于上、下加热层之间存在绝缘层25所以下加热层获得的基础温度与上加热层上表面测得的处理温度有少量差异，其中处理温度更接近上方基片的实际温度。

本发明中由于下层加热器已经为上层加热器提供了接近的基础温度，所以b1-b16区域不同区域间的温度差本身很小，相邻区域间也不会产生大量的热量流动，只需要直接查表获得设定的加热功率输入就能达到精确的温度。

本发明通过设置具有不同功能的双层加热层，实现了对基片温度快速而且精确的控制，能够选择不同的加热区域排布来适应不同的硬件情况。其中下层加热层通过高功率加热，使得基片快速达到基础温度，上层加热层通过独特控制，通过查表直接获得所需要输入的加热功率。

本发明应用的场合除了可以是图1所示的电容耦合型等离子处器外，也可以是电感耦合型处理器（icp），同样也适用于其它需要快速精确多区控温的半导体处理装置，比如去光刻胶的反应腔等需要对基片进行精确控温的应用场合。图2所示的本发明加热器结构中的绝缘层27也可以省略，因为上方的静电夹盘本身底部材料就是绝缘的陶瓷材料，所以只要能实现上层加热层hb与静电夹盘30内的电极互相电绝缘的结构都能应用于本发明。其中绝缘材料主要是氧化铝、氮化铝、氧化硅等陶瓷材料也可以是有机聚会物构成的绝缘材料。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。