本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造領(lǐng)域，特別涉及一種聚焦環(huán)的溫度調(diào)整裝置及方法。

背景技術(shù)：

等離子處理裝置是在真空反應(yīng)腔室中通入含有適當(dāng)刻蝕劑或淀積源氣體的反應(yīng)氣體，然后再對(duì)該真空反應(yīng)腔室進(jìn)行射頻能量輸入，以激活反應(yīng)氣體，來(lái)點(diǎn)燃和維持等離子體，以便通過(guò)等離子體刻蝕基片表面上的材料層或在基片表面上淀積材料層，進(jìn)而對(duì)半導(dǎo)體基片或等離子平板等進(jìn)行加工。

如圖1所示，在現(xiàn)有的一種電容耦合型等離子體處理裝置中，包含真空的反應(yīng)腔室1，反應(yīng)腔室1內(nèi)的頂部設(shè)有氣體噴淋頭2等進(jìn)氣裝置，并可同時(shí)實(shí)現(xiàn)上電極的功能，使其耦接于大地或者射頻電位。反應(yīng)腔室1內(nèi)的底部設(shè)有基座3，通過(guò)基座3設(shè)置的靜電吸盤在制程中對(duì)基片4進(jìn)行承載；基座3處設(shè)有下電極并對(duì)其施加射頻功率，從而在反應(yīng)腔室1內(nèi)形成射頻電場(chǎng)，將引入的反應(yīng)氣體生成等離子體。在基片4外緣環(huán)繞設(shè)置有聚焦環(huán)5，其通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)腔室1內(nèi)整個(gè)射頻電場(chǎng)的分布，尤其是在基片3邊緣的電場(chǎng)分布，實(shí)現(xiàn)對(duì)等離子體均一性的控制。

除了電學(xué)效應(yīng)，聚焦環(huán)5的溫度也會(huì)影響到基片4邊緣聚合物的沉積，從而導(dǎo)致微觀關(guān)鍵尺寸的差異。隨著刻蝕工藝對(duì)高深寬比的需求，高功率（低頻）刻蝕得到廣泛應(yīng)用。高功率（低頻）刻蝕會(huì)使反應(yīng)腔室1內(nèi)溫度急劇升高，基片4與聚焦環(huán)5都將獲得大量熱量。為了保證待處理基片4的刻蝕均勻性，基座3內(nèi)部設(shè)置有維持基座3溫度恒定的冷卻系統(tǒng)的冷卻介質(zhì)管路，基片4直接通過(guò)基座3上的靜電吸盤進(jìn)行快速散熱。與此同時(shí)，聚焦環(huán)5如無(wú)優(yōu)良散熱路徑，將會(huì)使其與基片4之間的溫差拉大。這將導(dǎo)致基片4邊緣刻蝕工藝失諧。

通常在聚焦環(huán)5下方設(shè)置有絕緣環(huán)6等作為導(dǎo)熱層，將聚焦環(huán)5的熱量傳遞至基座3。然而，不同的工藝制程中對(duì)聚焦環(huán)5的工作溫度的要求不同，現(xiàn)有技術(shù)僅考慮到如何提高聚焦環(huán)5的傳熱性能或如何保持其溫度恒定，但缺乏有效手段能夠?qū)劢弓h(huán)5的工作溫度做進(jìn)一步的控制調(diào)整。此外，聚焦環(huán)5處在射頻區(qū)域內(nèi)，如果直接在聚焦環(huán)5中設(shè)置加熱器等溫度調(diào)節(jié)裝置，不僅線路布置復(fù)雜，而且必須設(shè)置濾波器將高頻過(guò)濾，否則會(huì)產(chǎn)生射頻干擾，影響整個(gè)裝置的處理反應(yīng)效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種聚焦環(huán)的溫度調(diào)整裝置及方法，通過(guò)提供良好的導(dǎo)熱冷卻路徑，并結(jié)合可控參數(shù)的加熱方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)聚焦環(huán)工作溫度的精細(xì)控制，使其在刻蝕等處理中可調(diào)諧，從而滿足工藝需求。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案是提供一種聚焦環(huán)的溫度調(diào)整裝置，其設(shè)置于等離子體處理裝置；

所述等離子體處理裝置包含可被抽真空的反應(yīng)腔室，其內(nèi)部形成有對(duì)基片進(jìn)行處理的等離子體；所述反應(yīng)腔室內(nèi)的底部設(shè)有承載基片的基座，在所述基片的外緣環(huán)繞設(shè)置有聚焦環(huán)；所述聚焦環(huán)下方設(shè)置有絕緣環(huán)，該絕緣環(huán)位于基座邊緣的臺(tái)階上；

其特征在于，所述溫度調(diào)整裝置中包含產(chǎn)生外加熱源的加熱器，其設(shè)置在接地的屏蔽環(huán)中；所述屏蔽環(huán)環(huán)繞著基座邊緣的臺(tái)階外緣及絕緣環(huán)的外緣；所述屏蔽環(huán)與絕緣環(huán)相互接觸的位置設(shè)有導(dǎo)熱墊，使得所述外加熱源的熱量經(jīng)由屏蔽環(huán)、導(dǎo)熱墊、絕緣環(huán)傳遞給聚焦環(huán)，對(duì)聚焦環(huán)的溫度進(jìn)行調(diào)整。

優(yōu)選地，稱在所述屏蔽環(huán)與絕緣環(huán)相互接觸位置所設(shè)的導(dǎo)熱墊，為第三導(dǎo)熱墊；則，所述溫度調(diào)整裝置進(jìn)一步包含：設(shè)置在所述聚焦環(huán)與絕緣環(huán)相互接觸位置的第一導(dǎo)熱墊，所述外加熱源的熱量經(jīng)由屏蔽環(huán)、第三導(dǎo)熱墊、絕緣環(huán)、第一導(dǎo)熱墊傳遞給聚焦環(huán)，對(duì)聚焦環(huán)的溫度進(jìn)行調(diào)整。

優(yōu)選地，所述溫度調(diào)整裝置進(jìn)一步包含設(shè)置在所述絕緣環(huán)與基座相互接觸位置的第二導(dǎo)熱墊；

等離子體輻射到聚焦環(huán)上的熱量，通過(guò)第一導(dǎo)熱墊、絕緣環(huán)、第二導(dǎo)熱墊傳遞到基座，通過(guò)基座設(shè)置的冷卻系統(tǒng)將熱量帶走。

優(yōu)選地，所述第一導(dǎo)熱墊、第二導(dǎo)熱墊、第三導(dǎo)熱墊由彈性硅膠材料制成。

優(yōu)選地，所述屏蔽環(huán)包含上屏蔽部和下屏蔽部，所述加熱器位于上屏蔽部的內(nèi)部；

所述上屏蔽部與下屏蔽部相互隔開，防止加熱器提供的外加熱源的熱量流失到下屏蔽部；

所述上屏蔽部與下屏蔽部之間以電極相連，實(shí)現(xiàn)接地導(dǎo)電。

優(yōu)選地，所述上屏蔽部包含水平延伸段和豎直延伸段，所述水平延伸段位于絕緣環(huán)邊緣的臺(tái)階上；所述豎直延伸段環(huán)繞著絕緣環(huán)的外緣；

所述下屏蔽部環(huán)繞著基座邊緣的臺(tái)階的外緣。

優(yōu)選地，所述屏蔽環(huán)中劃分上屏蔽部與下屏蔽部的橫斷面處進(jìn)行陽(yáng)極化處理或者加入有絕緣介質(zhì)。

優(yōu)選地，所述溫度調(diào)整裝置包含感溫探頭對(duì)聚焦環(huán)的溫度進(jìn)行探測(cè)；

對(duì)探測(cè)后產(chǎn)生電信號(hào)的感溫探頭，設(shè)置有射頻屏蔽的濾波器；

或者，探測(cè)后產(chǎn)生光學(xué)信號(hào)的感溫探頭，利用光纖將光學(xué)信號(hào)引到非射頻區(qū)域進(jìn)行采樣處理。

優(yōu)選地，所述等離子體裝置設(shè)置有覆蓋環(huán)，其圍繞在聚焦環(huán)的外緣，并覆蓋在絕緣環(huán)未被聚焦環(huán)遮蔽的位置以及屏蔽環(huán)上。

本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是提供一種聚焦環(huán)的溫度調(diào)整方法，其中包含：

對(duì)等離子體處理裝置中的聚焦環(huán)單獨(dú)實(shí)施冷卻降溫過(guò)程，或者配合實(shí)施冷卻降溫及可控升溫的過(guò)程；

其中，等離子體輻射到聚焦環(huán)上的熱量，通過(guò)與聚焦環(huán)下表面接觸的第一導(dǎo)熱墊、與第一導(dǎo)熱墊下表面接觸的絕緣環(huán)、與絕緣環(huán)下表面接觸的第二導(dǎo)熱墊，向下傳遞到與第二導(dǎo)熱墊接觸的基座，通過(guò)基座設(shè)置的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻降溫；

開啟接地的屏蔽環(huán)中所設(shè)置的加熱器來(lái)產(chǎn)生可控的外加熱源，所述外加熱源的熱量通過(guò)屏蔽環(huán)、與屏蔽環(huán)接觸的第三導(dǎo)熱墊、與第三導(dǎo)熱墊接觸的絕緣環(huán)、第一導(dǎo)熱墊傳遞到聚焦環(huán)，對(duì)聚焦環(huán)實(shí)施可控升溫。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的聚焦環(huán)的溫度調(diào)整裝置及方法，其優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明中對(duì)聚焦環(huán)的溫控，是通過(guò)冷卻模式單獨(dú)實(shí)施或使其與可控加熱模式配合實(shí)施而完成。冷卻模式中，等離子體源輻射到聚焦環(huán)的熱量通過(guò)兩層硅膠導(dǎo)熱墊和中間的陶瓷隔離環(huán)導(dǎo)入控溫的鋁基座上。可控加熱模式中，將產(chǎn)生外加熱源的加熱器安置在接地的屏蔽環(huán)中，屏蔽環(huán)分為上下兩部分用來(lái)隔熱，中間以電極相連實(shí)現(xiàn)接地導(dǎo)電功能，避免射頻干擾。再結(jié)合硅膠導(dǎo)熱墊的良好傳熱性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)聚焦環(huán)溫度的大幅度調(diào)節(jié)，從而改良等離子體處理工藝。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中聚焦環(huán)溫度調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種聚焦環(huán)的溫度調(diào)整裝置，其適用于電容耦合型等離子體處理裝置。所述等離子體處理裝置中，如圖2與圖3，包含內(nèi)部基本為真空環(huán)境的反應(yīng)腔室10，反應(yīng)腔室10內(nèi)的頂部設(shè)有氣體噴淋頭20等進(jìn)氣裝置與反應(yīng)氣體源連接，進(jìn)氣裝置處設(shè)置有接地的上電極。反應(yīng)腔室10內(nèi)的底部設(shè)有承載基片40的基座30，基座30可以是鋁制的，內(nèi)部設(shè)置有冷卻介質(zhì)管路與冷卻系統(tǒng)連接；基座30處設(shè)置有下電極并施加有射頻功率，在上電極與下電極之間形成射頻電場(chǎng)，將引入反應(yīng)腔室10內(nèi)的反應(yīng)氣體生成工藝處理所需的等離子體。

在待處理的基片40外緣環(huán)繞設(shè)置有聚焦環(huán)50，用于控制等離子體均一性。本發(fā)明所述的溫度調(diào)整裝置中包含在聚焦環(huán)50下方設(shè)置的絕緣環(huán)60，該絕緣環(huán)60位于基座30邊緣的臺(tái)階上。所述絕緣環(huán)60可以由陶瓷材料制成，通過(guò)該絕緣環(huán)60將等離子體輻射到聚焦環(huán)50上的熱量向下傳遞給基座30的同時(shí)，又不影響反應(yīng)腔室10內(nèi)的電場(chǎng)分布。

在聚焦環(huán)50與絕緣環(huán)60之間相互接觸的位置設(shè)置有第一導(dǎo)熱墊91；在絕緣環(huán)60與基座30之間相互接觸的位置設(shè)置有第二導(dǎo)熱墊92。所述第一導(dǎo)熱墊91和第二導(dǎo)熱墊92可以由彈性的硅膠材料制成，使之與其上下方部件的接觸面能夠可靠地貼合。聚焦環(huán)50的熱量通過(guò)第一導(dǎo)熱墊91、絕緣環(huán)60、第二導(dǎo)熱墊92傳遞到基座30，通過(guò)基座30設(shè)置的冷卻系統(tǒng)將熱量帶走。

同時(shí)，在本發(fā)明所述的溫度調(diào)整裝置中還包含加熱器73，其設(shè)置在接地的屏蔽環(huán)70中，加熱器73開啟時(shí)形成有外加熱源用來(lái)對(duì)聚焦環(huán)50溫度進(jìn)行調(diào)整；在接地的屏蔽環(huán)70與絕緣環(huán)60之間相互接觸的位置設(shè)有第三導(dǎo)熱墊93。第三導(dǎo)熱墊93可以由彈性的硅膠材料制成。外加熱源的熱量，經(jīng)由屏蔽環(huán)70、第三導(dǎo)熱墊93、絕緣環(huán)60、第一導(dǎo)熱墊91傳遞給聚焦環(huán)50。所述屏蔽環(huán)70在絕緣環(huán)60的外緣環(huán)繞設(shè)置，用來(lái)將等離子體主要限定在基片40上方，防止其發(fā)散。由于所述加熱器73是包覆在接地的屏蔽環(huán)70內(nèi)部，因此，有效地避免了射頻干擾。

所述屏蔽環(huán)70包含上屏蔽部71和下屏蔽部72，所述加熱器73位于上屏蔽部71內(nèi)部。本例中，上屏蔽部71的水平延伸段位于絕緣環(huán)60邊緣的臺(tái)階上；上屏蔽部71的豎直延伸段環(huán)繞著絕緣環(huán)60的外緣；下屏蔽部72環(huán)繞著絕緣環(huán)60下方的基座30邊緣臺(tái)階的外部。所述上屏蔽部71與下屏蔽部72的主體相互隔開實(shí)現(xiàn)隔熱，在兩者之間以電極74相連實(shí)現(xiàn)屏蔽環(huán)70自身的接地導(dǎo)電功能。屏蔽環(huán)70的橫斷面可以進(jìn)行陽(yáng)極化處理或者加入絕緣介質(zhì)，以確保外加熱源的熱量不會(huì)向下流失。

所述等離子體裝置設(shè)置有覆蓋環(huán)80，其圍繞在聚焦環(huán)50的外緣，并覆蓋在絕緣環(huán)60未被聚焦環(huán)50遮蔽的位置以及屏蔽環(huán)70等器件上，用于防止等離子體的活性成分對(duì)所述覆蓋環(huán)80下方器件的侵蝕。

為了精確控制聚焦環(huán)50的加熱溫度，可以設(shè)置感溫探頭（圖中未示出）對(duì)聚焦環(huán)50的溫度進(jìn)行探測(cè)。對(duì)探測(cè)后產(chǎn)生電信號(hào)的感溫探頭，需要設(shè)置濾波器等進(jìn)行射頻屏蔽。或者，可以使用基于光學(xué)信號(hào)的感溫探頭，其對(duì)所探測(cè)到的不同溫度發(fā)射不同頻譜或波長(zhǎng)的光信號(hào)，利用光纖將光信號(hào)引到?jīng)]有射頻的區(qū)域再進(jìn)行采樣處理。

本發(fā)明提供的一種聚焦環(huán)的溫度調(diào)整方法中，等離子體輻射到聚焦環(huán)50上的熱量，主要通過(guò)第一導(dǎo)熱墊91、絕緣環(huán)60、第二導(dǎo)熱墊92傳遞到基座30處進(jìn)行冷卻；基于這樣的導(dǎo)熱冷卻路徑，聚焦環(huán)50的溫度得以降低；假設(shè)降溫后的聚焦環(huán)50處在第一溫度。

若第一溫度低于某項(xiàng)制程中對(duì)聚焦環(huán)50規(guī)定的第二溫度時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)缺乏對(duì)聚焦環(huán)50溫度再進(jìn)行調(diào)整的手段。而本發(fā)明中則可以通過(guò)開啟屏蔽環(huán)70中的加熱器73，向聚焦環(huán)50提供可控的外加熱源，該外加熱源的熱量通過(guò)屏蔽環(huán)70、第三導(dǎo)熱墊93、絕緣環(huán)60、第一導(dǎo)熱墊91傳遞到聚焦環(huán)50，使聚焦環(huán)50升溫；調(diào)整加熱器73的參數(shù)，以控制外加熱源提供給聚焦環(huán)40的熱量，直到聚焦環(huán)50達(dá)到所要求的第二溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)聚焦環(huán)50工作溫度的控制及調(diào)整，從而滿足工藝需求。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。