CN114496692B - 加热组件、基片承载组件及其等离子体处理装置 - Google Patents

Abstract

一种加热组件、基片承载组件及其等离子体处理装置，其中加热组件包括：第一绝缘层；第一副加热区域，位于所述第一绝缘层内，包括若干个第一加热器；第二绝缘层；第二副加热区域，位于所述第二绝缘层内，包括若干个第二加热器，一个第二加热器通过一根第一导线串联至一个第一加热器；若干个电源供应线，其中一个电源供应线电连接至若干个第一加热器；若干个电源返回线，其中一个电源返回线电连接至若干个第二加热器。所述加热组件能够在使用较少引出线的情况下使基片达到较好的温度分布。

Description

加热组件、基片承载组件及其等离子体处理装置

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种加热组件、基片承载组件及其等离子体处理装置。

背景技术

等离子体处理装置内为等离子体环境，基片在所述等离子体环境中实现表面的处理。在对基片进行表面处理的过程中，需严格控制基片各个位置的温度，使基片无论在径向上还是相位角方向上的温度分布都均匀，才能使基片的关键尺寸(Critical Dimension，CD)达到预期的效果。

然而，随着半导体技术的不断发展，期望基片的关键尺寸(CD)越来越小，即使小范围的温度波动可能使所形成的关键尺寸到难以接受的程度，因此，迫切需要一种加热组件能够精确控制基片温度分布的均匀性，同时，还能够使加热组件的引出线较少以减少滤波器的需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种加热组件、基片承载组件及其等离子体处理装置，能够在使用较少引出线的情况下使基片达到较好的温度分布稳定性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种加热组件，包括：第一绝缘层；第一副加热区域，位于所述第一绝缘层内，包括若干个第一加热器；第二绝缘层；第二副加热区域，位于所述第二绝缘层内，包括若干个第二加热器，一个第二加热器通过一根第一导线串联至一个第一加热器；若干个电源供应线，其中一个电源供应线电连接至若干个第一加热器；若干个电源返回线，其中一个电源返回线电连接至若干个第二加热器。

可选的，所述第一副加热区域和第二副加热区域对应的区域为副加热区域；不同的副加热区域连接至不同对的电源供应线和电源返回线上。

可选的，同一个所述加热电路中，所述第一副加热区域在第一绝缘层上的投影与第二副加热区域在第一绝缘层上的投影部分重叠。

可选的，所述第一副加热区域在第一绝缘层上的投影面积大于第二副加热区域在第一绝缘层上的投影面积。

可选的，一个所述加热电路中的所述第一副加热区域在第一绝缘层上的投影与相邻的加热电路中的第二副加热区域在第一绝缘层上的投影部分重叠。

可选的，所述第一加热器为第一加热丝，所述第二加热器为第二加热丝。

可选的，所述第一加热丝和第二加热丝在第一绝缘层上的投影图形完全重叠。

可选的，每根所述电源供应线与第一加热器之间设置有第一开关；每根所述电源返回线与第二加热器之间设置有第二开关。

可选的，还包括：与每个所述第一开关对应设置的锁存器，锁存器连接到一个共用的控制总线，通过控制总线连接到控制器，并接受来自控制器的控制信号；所述控制信号包括需要进行输出功率修正的副加热区域的地址信息，以及该地址信息下副加热区域的目标加热功率值，每个锁存器输出驱动信号至与其连接的第一开关，驱动信号用于控制所述第一开关在每个周期的工作时长。

可选的，还包括：第三绝缘层，位于所述第一绝缘层和第二绝缘层的上方或者位于所述第一绝缘层和第二绝缘层的下方；主加热区域，位于所述第三绝缘层内。

可选的，还包括：第四绝缘层；第三副加热区域，位于所述第四绝缘层内，包括若干个第三加热器，所述第三加热器通过第二导线与第一加热器和第二加热器电连接。

可选的，所述第三副加热区域在所述第一绝缘层上的投影与第一副加热区域和/或第二副加热区域在第一绝缘层上的投影部分重叠。

相应的，本发明还提供一种基片承载组件，包括：冷却板；加热组件，位于所述冷却板上；静电夹盘，位于所述加热组件的上方，用于吸附基片。

可选的，所述第一绝缘层位于冷却板上，所述第二绝缘层位于第一绝缘层上。

可选的，所述第二绝缘层位于冷却板上，所述第一绝缘层位于第二绝缘层上。

相应的，本发明还提供一种等离子体处理装置，包括：反应腔，其内为等离子体环境；上述基片承载组件，位于所述反应腔内的底部，所述等离子体环境中的等离子体用于对基片的表面进行处理。

可选的，所述等离子体处理装置为电感耦合等离子体处理装置或者电容耦合等离子体处理装置。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明技术方案提供的等离子体处理装置中，所述第一副加热区域位于所述第一绝缘层内，所述第二副加热区域位于所述第二绝缘层内，所述第一副加热区域包括若干个第一加热器，所述第二副加热区域包括若干个第二加热器，一个第二加热器通过一根第一导线与一个第一加热器连接，一个电源供应线连接至若干个第一加热器，一个电源返回线连接至若干个第二加热器，使得整体上电源供应线和电源返回线的个数较少，因此，有利于减少滤波器的个数需求。并且，通过一对电源供应线和电源返回线控制第一副加热区域和第二副加热区域对基片相应区域进行加热，有利于对基片进行较好的温度控制，使基片的温度分布均匀性较好。

进一步，在冷点位置，使第一副加热区域与第二副加热区域在第一绝缘层上的投影重叠面积较大，有利于提高小范围冷点位置的温度；在热点位置，使第一副加热区域与第二副加热区域在第一绝缘层上的投影重叠面积较小，有利于防止热点位置的温度过高。综上，能够提高基片表面温度分布的均匀性。

附图说明

图1为本发明一种等离子体处理装置的结构示意图；

图2是本发明等离子体处理装置中一种基片承载组件的结构示意图；

图3是本发明中一种第一副加热区域与第二副加热区域的位置关系示意图；

图4是本发明中另一种第一副加热区域与第二副加热区域的位置关系示意图；

图5是本发明基片承载组件中一种加热组件的剖面示意图；

图6为图5沿A-A1线的俯视图；

图7为图5沿B-B1线的仰视图；

图8为一种第一加热器和第二加热器在第一绝缘层上的投影示意图。

具体实施方式

本发明技术方案提供一种加热组件、基片承载组件及其等离子体处理装置，包括：第一副加热区域，位于所述第一绝缘层内，包括若干个第一加热器；第二绝缘层；第二副加热区域，位于所述第二绝缘层内，包括若干个第二加热器，一个第二加热器通过一根第一导线串联至一个第一加热器；若干个电源供应线，其中一个电源供应线电连接至若干个第一加热器；若干个电源返回线，其中一个电源返回线电连接至若干个第二加热器。所述加热组件能够减少电源供应线和电源返回线的个数，且能够使基片的温度均匀性较好。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图1是本发明一种等离子体处理装置的结构示意图。

请参考图1，等离子体处理装置100包括：反应腔101，其内为等离子体环境；基片承载组件，位于所述反应腔101内的底部，用于承载基片W。

在本实施例中，所述等离子体处理装置100为电感耦合等离子体刻蚀装置，所述反应腔101的侧壁上设置一基片传输口(图中未示出)，所述基片传输口用于实现基片的传进传出。所述电感耦合等离子体刻蚀装置还包括：位于所述反应腔101侧壁上的绝缘窗口130以及位于绝缘窗口130上的电感线圈140，所述电感线圈140通过匹配网络(图中未示出)与射频电源145电连接。所述等离子体处理装置100还包括供气组件(图中未标出)，所述供气组件与气体供应装置10连接，用于向反应腔101内输送反应气体。所述射频电源145的射频功率驱动电感线圈140产生较强的高频交变磁场，使得反应腔内的反应气体被电离产生等离子体160。所述等离子体160中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，所述活性粒子能够与基片W的表面发生多种物理和化学反应，使得基片W表面的形貌发生改变，即完成刻蚀过程。

在其他实施例中，所述等离子体处理装置100为电容感耦合等离子体刻蚀装置。

所述基片承载组件包括：基座110和位于基座110上的静电夹盘115。对基片W进行处理的过程中，需精确控制所述基片W径向和不同相位角上的温度分布，才能得到基片W期望的关键尺寸(Critical Dimension，CD)，因此，在所述基座110内设置加热区域和冷却通道，所述加热区域用于对基片W进行加热，冷却通道用于流通冷却液，所述冷却液用于对基片W进行冷却。通过所述加热区域和冷却通道的配合使用，以使基片W的温度达到预期温度，从而制备所述期望关键尺寸的处理结果。

如下对所述基片承载组件进行详细说明：

图2是本发明等离子体处理装置中一种基片承载组件的结构示意图。

请参考图2，所述基片承载组件包括：基座110，所述基座110包括：冷却板117和位于所述冷却板117上的加热组件，所述冷却板117内设有冷却通道119，所述冷却通道119用于流通冷却液，所述加热组件包括绝缘结构118和位于所述绝缘结构118内设有加热区域，所述加热区域用于对基片W加热；静电夹盘115，位于所述加热组件上，其内设有电极116，所述电极116用于产生静电吸力，以实现在工艺过程中基片W的支撑固定。

在本实施例中，所述加热区域包括：主加热区域200a和副加热区域200b，所述主加热区域200a用于使基片W的温度快速达到预期温度附近，用于对基片W进行温度粗调，所述副加热区域200b用于微调基片W的温度，有利于缩小基片W在不同相位角和/或不同径向上的温度差，以提高基片W温度分布的一致性。

在本实施例中，所述主加热区域200a位于副加热区域200b之下，副加热区域200b至静电夹盘115的距离，从而减少副加热区域200b热传导时的热量损失。

在其它实施例中，所述主加热区域位于副加热区域之上。

在本实施例中，所述副加热区域200b为两层，分别为第一副加热区域和第二副加热区域。

在其它实施例中，所述副加热区域为两层以上，在此不做限定。

在本实施例中，所述绝缘结构118包括第一绝缘层、第二绝缘层和第三绝缘层，所述第一副加热区域位于所述第一绝缘层内，所述第二副加热区域位于所述第二绝缘层内，所述主加热区域位于所述第三绝缘层内。

如下对加热组件进行详细说明：

图3是本发明基片承载组件中一种加热组件的剖面示意图，图4为图3沿A-A1线的俯视图；图5为图3沿B-B1线的仰视图。

请参考图3至图5，加热组件包括：第一绝缘层108a；第一副加热区域200b1，位于所述第一绝缘层108a内，包括若干个第一加热器；第二绝缘层108b；第二副加热区域200b2，位于所述第二绝缘层108b内，包括若干个第二加热器，一个第二加热器通过一根第一导线201串联至一个第一加热器；若干个电源供应线，其中一根电源供应线连接若干个第一加热器构成一行；若干个电源返回线，其中一根电源返回线连接若干第二加热器构成一列；一个电源供应线、第一加热器、第一导线201、第二加热器和一个电源返回线形成一个加热电路，用于调节所述基片上对应区域的温度。

所述加热组件还包括：第三绝缘层(图中未示出)；主加热区域(图中未示出)，位于所述第三绝缘层内。

在本实施例中，所述第一副加热区域200b1位于所述第一绝缘层108a内，所述第二副加热区域200b2位于所述第二绝缘层1008b内，使控制基片W某一区域的温度对应的电源供应线和电源返回线不共面。

在本实施例中，所述第二绝缘层108b位于所述冷却板上方，所述第一绝缘层108a位于所述第二绝缘层108b上方，一根电源供应线连接第一副加热区域200b1内若干个第一加热器构成一行(请见图4)，一根电源返回线连接第二副加热区域200b2内若干个第二加热器构成一列(请见图5)，所述第一副加热区域200b1和第二副加热区域200b2对应的区域为副加热区域，不同的副加热区域连接至不同对的电源供应线和电源返回线，因此，可以通过特定的电源供应线和电源返回线来控制基片对应加热区域的温度。并且，如此设计电源供应线和电源返回线，能够使整体所需的电源供应线和电源返回线的个数较少以减少滤波器的个数需求。另外，在所述冷却板117内设置通孔，所述电源供应线和电源返回线通过所述通孔连接至外界，由于所述电源供应线和电源返回线的个数较少，使冷却板117上设置的通孔的个数较少，能够减少对基片W温度、制造成本以及基片承载组件复杂性的干扰。

在其它实施例中，所述第一绝缘层位于冷却板上方，所述第二绝缘层位于所述第一绝缘层的上方，一根电源供应线连接所述第一副加热区域中的若干第一加热器构成一行，一根电源返回线连接所述第二副加热区域中的若干第一加热器构成一列。

以上均以副加热区域为两层为例进行说明，实际上副加热区域的层数不做限定，例如：还包括：第四绝缘层；第三副加热区域，位于所述第四绝缘层内，包括若干个第三加热器，所述第三加热器通过第二导线与第一加热器和第二加热器电连接。所述第三副加热区域在所述第一绝缘层上具有第三投影，所述第一副加热区域在所述第一绝缘层上具有第一投影、所述第二副加热区域在所述第一绝缘层上具有第二投影，可以根据实际的需要排布第一副加热区域、第二副加热区域和第三副加热区域的位置，使基片W表面的温度分布均匀性较好。

在一种实施例中，每根所述电源供应线与第一加热器之间设置有第一开关；每根所述电源返回线与第二加热器之间设置有第二开关。

在一种实施例中，加热组件还包括：与每个所述第一开关对应设置的锁存器，锁存器连接到一个共用的控制总线，通过控制总线连接到控制器，并接受来自控制器的控制信号；所述控制信号包括需要进行输出功率修正的副加热区域的地址信息，以及该地址信息下副加热区域的目标加热功率值，每个锁存器输出驱动信号至与其连接的第一开关，驱动信号用于控制所述第一开关在每个周期的工作时长，即工作占空比，以实现对副加热区域加热功率的控制。每个锁存器按照预设的加热功率信号通过控制与之连接的第一开关的工作占空比控制副加热区域的加热功率，同时根据接收到控制信号判断是否需要改变当前输出的驱动信号，如一地址的锁存器接收到的控制信号中没有指定副加热区域需要修改加热功率，则锁存器保持原有驱动信号至第一开关，如果另一锁存器接收到的控制信号中要求对副加热区域进行功率调整，则锁存器根据控制信号相应调整输出的驱动信号，驱动信号控制第一开关的工作占空比以实现对输入副加热区域的加热功率的调整。

图6是本发明中一种第一副加热区域与第二副加热区域的位置关系示意图。

在本实施例中，以所述第一绝缘层108a内设有4个第一副加热区域200b1，所述第二绝缘层108b内设有4个第二副加热区域200b2为例进行示意性说明，在此对第一副加热区域200b1和第二副加热区域200b2的个数不做限定。一根电源供应线、第一加热器、一根第一导线、第二加热器和一根电源返回线构成一个加热电路。

在本实施例中，所述第一副加热区域200b1在第一绝缘层上的投影面积大于第二副加热区域200b2在第一绝缘层上的投影面积，同一个所述加热电路中，所述第一副加热区域200b1在第一绝缘层上的投影与第二副加热区域200b2在第一绝缘层上的投影部分重叠，使相邻第一副加热区域200b1之间的区域能够被第二副加热区域200b2加热，可根据实际需要调节第二副加热区域200b2覆盖相邻第一副加热区域200b1之间的面积大小，有利于提高第一副加热区域200b1和第二副加热区域200b2对应区域基片温度的一致性。

在其它实施例中，所述第一副加热区域在第一绝缘层上的投影与第二副加热区域在第一绝缘层上的投影不重叠。

图7是本发明中另一种第一副加热区域与第二副加热区域的位置关系示意图。

在本实施例中，一个所述加热电路中的所述第一副加热区域200b1在第一绝缘层上的投影与相邻的加热电路中的第二副加热区域在第一绝缘层上的投影部分重叠，且所述第二副加热区域200b2中有投影面积大于第一副加热区域200b1的投影面积，则可通过第二副加热区域200b2实现大面积的温度粗略控制，并通过第一副加热区域200b1和第二副加热区域200b2在第一绝缘层上的投影重叠区域大小，也就是大面积的第二副加热区域200b2上方的第一副加热区域200b1的区域大小来微调上述大面积的局部微小温差，有利于提高基片表面温度的一致性。

图8为一种第一加热器和第二加热器在第一绝缘层上的投影示意图。

在本实施例中，所述第一加热器为第一加热丝300，所述第二加热器为第二加热丝301。所述第一加热丝300在第一绝缘层108a上的投影图形的相邻边之间具有第一间距范围d，所述第二加热丝301在第一绝缘层108a上的投影图形落在第一间距范围d内。单一利用所述第一加热丝300在加工中想要铺面整个第一绝缘层108a较困难，特别是在相邻第一加热丝300之间间距d特别小的时候，这对加工精度是一个挑战。通过使第二加热器301的投影图形落在第一间距范围d内，即：所述第一加热丝300和第二加热丝301错位设置，能够使第一加热丝300的投影图形与第二加热丝301的投影图形之间的间距较小，使基片对应区域的面积能够更好被温度控制，提高基片温度的均一性。当所述第一加热器和第二加热器对应的区域为热点位置，则可减少第一加热丝300和第二加热丝301在此处的覆盖面积。

在其它实施例中，所述第一加热丝在第一绝缘层上的投影图形与第二加热丝在第一绝缘层上的投影图形重叠，这适用于冷点位置，比如冷却液进口的位置温度较低，有利于提高冷点位置小范围内的温度。

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。

Claims (17)

1.一种用于基片承载组件的加热组件，所述基片承载组件用于承载基片，其特征在于，包括：主加热区域和副加热区域，所述副加热区域包括第一副加热区域和第二副加热区域，以及

第一绝缘层；

所述第一副加热区域位于所述第一绝缘层内，包括若干个第一加热器；

第二绝缘层；

所述第二副加热区域位于所述第二绝缘层内，包括若干个第二加热器，一个第二加热器通过一根第一导线串联至一个第一加热器；

若干个电源供应线，其中一根电源供应线连接若干个第一加热器构成一行；

若干个电源返回线，其中一根电源返回线连接若干个第二加热器构成一列；

一个电源供应线、第一加热器、第一导线、第二加热器和一个电源返回线形成一个加热电路，用于调节所述基片上对应区域的温度。

2.如权利要求1所述的加热组件，其特征在于，所述第一副加热区域和第二副加热区域对应的区域为副加热区域；不同的副加热区域连接至不同对的电源供应线和电源返回线上。

3.如权利要求1所述的加热组件，其特征在于，同一个所述加热电路中，所述第一副加热区域在第一绝缘层上的投影与第二副加热区域在第一绝缘层上的投影部分重叠。

4.如权利要求1所述的加热组件，其特征在于，所述第一副加热区域在第一绝缘层上的投影面积大于第二副加热区域在第一绝缘层上的投影面积。

5.如权利要求1所述的加热组件，其特征在于，一个所述加热电路中的所述第一副加热区域在第一绝缘层上的投影与相邻的加热电路中的第二副加热区域在第一绝缘层上的投影部分重叠。

6.如权利要求1所述的加热组件，其特征在于，所述第一加热器为第一加热丝，所述第二加热器为第二加热丝。

7.如权利要求6所述的加热组件，其特征在于，所述第一加热丝和第二加热丝在第一绝缘层上的投影图形完全重叠。

8.如权利要求2所述的加热组件，其特征在于，每根所述电源供应线与第一加热器之间设置有第一开关；每根所述电源返回线与第二加热器之间设置有第二开关。

9.如权利要求8所述的加热组件，其特征在于，还包括：与每个所述第一开关对应设置的锁存器，所述锁存器连接到一个共用的控制总线，通过控制总线连接到控制器，并接受来自控制器的控制信号；所述控制信号包括需要进行输出功率修正的副加热区域的地址信息，以及该地址信息下副加热区域的目标加热功率值，每个锁存器输出驱动信号至与其连接的第一开关，驱动信号用于控制所述第一开关在每个周期的工作时长。

10.如权利要求1所述的加热组件，其特征在于，还包括：第三绝缘层，位于所述第一绝缘层和第二绝缘层的上方或者位于所述第一绝缘层和第二绝缘层的下方；所述主加热区域位于所述第三绝缘层内。

11.如权利要求1所述的加热组件，其特征在于，还包括：第四绝缘层；第三副加热区域，位于所述第四绝缘层内，包括若干个第三加热器，所述第三加热器通过第二导线与第一加热器或第二加热器电连接。

12.如权利要求11所述的加热组件，其特征在于，所述第三副加热区域在所述第一绝缘层上的投影与第一副加热区域和/或第二副加热区域在第一绝缘层上的投影部分重叠。

13.一种基片承载组件，其特征在于，包括：

冷却板；

如权利要求1至权利要求12任一项所述的加热组件，位于所述冷却板上；

静电夹盘，位于所述加热组件的上方，用于吸附基片。

14.如权利要求13所述的基片承载组件，其特征在于，所述第一绝缘层位于冷却板上，所述第二绝缘层位于第一绝缘层上。

15.如权利要求13所述的基片承载组件，其特征在于，所述第二绝缘层位于冷却板上，所述第一绝缘层位于第二绝缘层上。

16.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：

反应腔，其内为等离子体环境；

如权利要求13至权利要求15任一项所述的基片承载组件，位于所述反应腔内的底部，所述基片承载组件用于承载基片，所述等离子体环境中的等离子体用于对所述基片的表面进行处理。

17.如权利要求16所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体处理装置为电感耦合等离子体处理装置或者电容耦合等离子体处理装置。