CN213546294U - 一种静电吸盘及等离子体处理设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种静电吸盘及等离子体处理设备，所述静电吸盘包括：基底、陶瓷体及层叠体；层叠体位于基底与陶瓷体之间；陶瓷体用于承载待处理晶圆；基底内开设有液体通道，液体通道中通有冷媒以对陶瓷体进行冷却；液体通道与冷却装置连接，以实现冷媒的气相与液相之间的切换。本实用新型减少了蒸发器与冷却液间的换热损耗，提升了冷却效率。

Description

一种静电吸盘及等离子体处理设备

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，特别涉及一种静电吸盘及等离子体处理设备。

背景技术

在半导体制造工艺中，静电吸盘(Electrostatic chuck，ESC)通常用于固定和支撑晶圆，以避免处理过程中出现移动或者错位现象，相较于使用机械卡盘固定晶圆，静电吸盘采用静电引力来固定晶圆的方式减少了由于压力、碰撞等原因造成的晶圆破损，增大了晶圆可被有效加工的面积，减少了晶圆表面腐蚀物颗粒的沉积，使晶圆和所述静电吸盘可以更好的进行热传导，并且可以在真空环境下工作。当对所述晶圆进行刻蚀工艺时，在蚀刻的整个过程中所述晶圆被静电吸盘吸附固定住，若向所述静电吸盘通入射频时，射频会在晶圆上形成直流偏压，能够促成等离子体对晶圆的蚀刻反应，同时，静电吸盘会对晶圆实现温度控制，以增加晶圆刻蚀的均匀性。

现有技术是利用制冷机组冷却流经静电吸盘的冷却液来对静电吸盘进行冷却，并与静电吸盘上固有的加热器进行配合来实现对静电吸盘的实时控温。

制冷机组采用其设有的蒸发器负责对机组内的媒介进行由高温到低温的过程循环，再通过媒介与静电吸盘中的冷却液进行局部热交换达到对冷却液降温的目的。由此，由于需要先对媒介进行冷却，再通过媒介和冷却液热交换对冷却液降温，最后利用冷却液流经静电吸盘对静电吸盘降温，冷却效率相对较低，温控的反应速度也无法做到十分迅速。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种静电吸盘及等离子体处理设备，以减少蒸发器与冷却液间的换热损耗，提升冷却效率。

为了实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种静电吸盘，包括：基底、陶瓷体及层叠体；所述层叠体位于所述基底与所述陶瓷体之间；所述陶瓷体用于承载待处理晶圆；所述基底内开设有液体通道，所述液体通道中通有冷媒以对所述陶瓷体进行冷却；所述液体通道与冷却装置连接，以实现所述冷媒的气相与液相之间的切换。

优选地，所述层叠体包括加热器、第一粘合层及第二粘合层，所述第一粘合层位于所述陶瓷体与所述加热器之间，用于粘合所述陶瓷体与所述加热器；所述第二粘合层位于所述基底与所述加热器之间，用于粘合所述基底与所述加热器。

优选地，所述冷媒为氟利昂。

优选地，所述液体通道的进口与冷却装置的膨胀阀连通；所述液体通道的出口与冷却装置的压缩机连通；所述膨胀阀通过冷凝机与所述压缩机连接。

优选地，所述冷媒从所述液体通道的出口流出时，其变为低温低压气体；所述压缩机用于对所述低温低压气体进行处理输出高温高压气体；所述冷凝机用于对所述高温高压气体进行换热处理输出高温高压液体，所述膨胀阀用于对所述高温高压液体进行处理得到低温低压液体；所述低温低压液体通过所述液体通道的进口通入至所述液体通道内，以对所述陶瓷体进行冷却。

优选地，所述液体通道的进口和出口开设在所述基底上。

优选地，所述液体通道在所述基底内沿着曲折路径弯曲。

优选地，所述液体通道为在所述基底中的同一平面内，呈螺旋形状分布的单根液体通道。

优选地，所述液体通道为多个，多个所述液体通道相互连通；或者，多个所述液体通道不连通。

另一方面，本实用新型还提供一种等离子体处理设备，包括：真空反应腔，以及位于所述真空反应腔内的如上文所述的静电吸盘。

本实用新型至少具有以下优点：

本实用新型通过在所述基底内开设液体通道，所述液体通道中通有冷媒，让制冷机组中流动的冷媒直接在静电吸盘循环流动，从而对静电吸盘进行冷却。由此，对所述陶瓷体进行冷却时减少了蒸发器与冷却液间的换热损耗，达到了更好的冷却效果，同时，配合液体通道的曲折设计，增加了冷却液再基底内的接触面积，既提升了冷却效率，也提升了冷却速度，为超低温刻蚀与快速温控提供了可能性。

附图说明

图1为本实用新型一实施例提供的一种静电吸盘中的冷却系统的主要结构框图；

图2为本实用新型一实施例提供的一种静电吸盘的主要结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型提出的一种静电吸盘及等离子体处理设备作进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施方式的目的。为了使本实用新型的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

结合图2所示，本实施例提供的一种静电吸盘100，包括：基底1020、陶瓷体1001及层叠体；所述层叠体位于所述基底1020与所述陶瓷体1001之间；所述陶瓷体1001用于承载待处理晶圆；所述基底1020内开设有液体通道1021，所述液体通道1021中通有冷媒，通过冷媒与基底1020内部的接触带走基底1020的热量达到热平衡，层叠体为热的良好导体，基底1020通过层叠体与所述陶瓷体1001热交换而进行冷却；所述液体通道1021与冷却装置连接，以实现所述冷媒的气相与液相之间的切换。

所述层叠体包括加热器1012、第一粘合层1011及第二粘合层1013，所述第一粘合层1011位于所述陶瓷体1001与所述加热器1012之间，用于粘合所述陶瓷体1001与所述加热器1012；所述第二粘合层1013位于所述基底1020与所述加热器1012之间，用于粘合所述基底1020与所述加热器1012，加热器1012用于陶瓷体1001的升温控制，和液体通道1021中的冷媒一起达到对陶瓷体1001控温的目的。

在本实施例中，所述冷媒为氟利昂，在其他实施例中，也可以使用二氟甲烷、丙烷能作为冷媒的其他物质。

如图1所示，所述液体通道1021的进口与冷却装置的膨胀阀202连通；所述液体通道1021的出口与冷却装置的压缩机200连通；所述膨胀阀202通过冷凝机201与所述压缩机200连接。

所述冷媒从所述液体通道1021的出口流出时，因吸收了基底1020的热量，其变为低温低压气体；所述压缩机200用于对所述低温低压气体进行处理输出高温高压气体；所述冷凝机201用于对所述高温高压气体进行换热处理输出高温高压液体，所述膨胀阀202用于对所述高温高压液体进行处理得到低温低压液体；所述低温低压液体通过所述液体通道1021的进口通入至所述液体通道1021内，继续通过与基底1020内部热交换以通过层叠体的热传递对所述陶瓷体1001进行冷却。

所述液体通道1021的进口和出口开设在所述基底1020上，基底1020位于等离子体反应腔的底部，可以通过最短的管路设计与腔外冷却装置连接形成循环回路，在一些实施例中，冷却装置也可以安装在腔室内部，进口和出口开设在基底1020上，远离基片上方反应区域，能尽量减少对基片刻蚀的干扰，在另一些实施例中，进口和出口开设在所述基底1020的底部，实现更小的刻蚀环境干扰。

所述液体通道1021在所述基底1020内沿着曲折路径弯曲，以提高与基底120内部的接触面积，达到更快速的降温。

所述液体通道1021为在所述基底1020中的同一平面内，呈螺旋形状分布的单根液体通道，螺旋间距可以相同，以实现更均匀的控温。

所述液体通道1021的数量为多个，多个所述液体通道相互连通；或者，多个所述液体通道不连通。在本实施例中所述多个指的是两个及两个以上。通过多个液体通道1021实现更灵活的温度控制，例如在多个液体通道1021不连通的实施例中，当需要更快速降温时，将多个液体通道同时加入冷媒循环，当不需要快速降温时，关闭其中一定数量的液体通道。在多个液体通道1021连通的实施例中，可以更改多个液体通道的分布密度，达到均匀控温的目的，例如在出口附近相对于进口附近设置更密集的液体通道，使出口附近冷媒与基底1020接触面积更大，抵消冷媒在进口和出口两处温差造成的基底1020冷却不均匀。

由此可知，本实施例通过在所述基底内开设液体通道，所述液体通道中通有冷媒，让制冷机组中流动的冷媒直接流进静电吸盘，从而对静电吸盘进行冷却。由此，对所述陶瓷体进行冷却时减少了蒸发器与冷却液间的换热损耗，达到了更好的冷却效果，既提升了冷却效率，也提升了冷却速度，同时，提供了更灵活的液体通道设计方案，可以根据实际需要对液体通道进行不同分布和形状的调整，为超低温刻蚀与快速温控提供了可能性。

另一方面，本实用新型还提供一种等离子体处理设备，包括：真空反应腔，以及位于所述真空反应腔内的如上文所述的静电吸盘100。

上述真空反应腔除进气口、排气口以及待处理晶圆进出通道外，反应腔的其它部分在处理过程中保持密闭、与外界隔离。进气口与外部的气源相连，用于在处理过程中持续向真空反应腔供应反应气体。气体注入装置设置在所述真空反应腔顶部上，所述气体注入装置与所述进气口连通，用于向所述真空反应腔供应反应气体。

排气口与外部的泵相连，用于将处理过程中产生的废气排出真空反应腔，也用于对真空反应腔内的气压进行控制。

所述气体注入装置作为真空反应腔的上电极，所述静电吸盘100同时作为真空反应腔的下电极，所述上电极和所述下电极之间形成一反应区域。至少一射频电源通过匹配网络施加到所述上电极或下电极之一，在所述上电极和所述下电极之间产生射频电场，用以将反应气体解离为等离子体，等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，上述活性粒子可以和待处理基片的表面发生多种物理和化学反应，使得基片表面的形貌发生改变，即完成刻蚀过程。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“高度”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

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。

Claims (10)

1.一种静电吸盘，其特征在于，包括：基底、陶瓷体及层叠体；所述层叠体位于所述基底与所述陶瓷体之间；所述陶瓷体用于承载待处理晶圆；

所述基底内开设有液体通道，所述液体通道中通有冷媒以对所述陶瓷体进行冷却；所述液体通道与冷却装置连接，以实现所述冷媒的气相与液相之间的切换。

2.如权利要求1所述的静电吸盘，其特征在于，所述层叠体包括加热器、第一粘合层及第二粘合层，所述第一粘合层位于所述陶瓷体与所述加热器之间，用于粘合所述陶瓷体与所述加热器；所述第二粘合层位于所述基底与所述加热器之间，用于粘合所述基底与所述加热器。

3.如权利要求1或2所述的静电吸盘，其特征在于，所述冷媒为氟利昂。

4.如权利要求1所述的静电吸盘，其特征在于，所述液体通道的进口与冷却装置的膨胀阀连通；

所述液体通道的出口与冷却装置的压缩机连通；

所述膨胀阀通过冷凝机与所述压缩机连接。

5.如权利要求4所述的静电吸盘，其特征在于，所述冷媒从所述液体通道的出口流出时，其变为低温低压气体；

所述压缩机用于对所述低温低压气体进行处理输出高温高压气体；

所述冷凝机用于对所述高温高压气体进行换热处理输出高温高压液体，

所述膨胀阀用于对所述高温高压液体进行处理得到低温低压液体；

所述低温低压液体通过所述液体通道的进口通入至所述液体通道内，以对所述陶瓷体进行冷却。

6.如权利要求5所述的静电吸盘，其特征在于，所述液体通道的进口和出口开设在所述基底上。

7.如权利要求6所述的静电吸盘，其特征在于，所述液体通道在所述基底内沿着曲折路径弯曲。

8.如权利要求6所述的静电吸盘，其特征在于，所述液体通道为在所述基底中的同一平面内，呈螺旋形状分布的单根液体通道。

9.如权利要求6所述的静电吸盘，其特征在于，所述液体通道为多个，多个所述液体通道相互连通；

或者，多个所述液体通道不连通。

10.一种等离子体处理设备，其特征在于，包括：真空反应腔，以及位于所述真空反应腔内的如权利要求1～9中任意一项所述的静电吸盘。

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