專利名稱：等離子體處理設備及其靜電卡盤裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及等離子體加工技術，特別涉及一種用于等離子體處理設備中的靜電卡
盤裝置。本發明還涉及一種包括上述靜電卡盤裝置的等離子體處理設備。
背景技術：
等離子體處理設備廣泛應用于微電子技術領域。 請參考圖1，圖1為一種典型的等離子體處理設備的結構示意圖。 等離子體處理設備1通常包括殼體11，殼體11中具有反應腔室12，反應腔室12
的頂部和底部分別相對應地設有上電極13和下電極14。上電極13與殼體11之間由絕緣 部件15隔離；下電極14的頂部可以支撐待處理加工件(加工件具體是由靜電卡盤支撐，此
點下文將有進一步的介紹)。上述加工件應當包括晶片以及與其具有相同加工原理的其他
加工件；下文所述加工件的含義與此相同。 等離子體處理設備1工作時，通過干泵等真空獲得裝置(圖中未示出)在反應腔 室12中制造并維持接近真空的狀態。在此狀態下，通過氣體分配裝置16向反應腔室12中 輸入氣體，并在上電極13和下電極14之間輸入適當的射頻，從而激活所述氣體，進而在加 工件的表面產生并維持等離子體環境。由于具有強烈的刻蝕以及淀積能力，所述等離子體 可以與所述加工件發生刻蝕或者淀積等物理化學反應，以獲得所需要的刻蝕圖形或者淀積 層。上述物理化學反應的副產物由所述真空獲得裝置從反應腔室12中抽出。
請參考圖2，圖2為現有技術中一種靜電卡盤裝置的結構示意圖。
靜電卡盤裝置主要包括靜電卡盤21，其頂部可以放置晶片等待加工件22，并通過 靜電引力將待加工件22的位置固定。靜電卡盤21的下方設置用于將其支撐的基座23 ;靜 電卡盤21與基座23的中部具有頂升腔體24，其中設置頂升部件25。頂升腔體24在靜電 卡盤21的上表面具有開口 ，因此頂升部件25可以大體豎直地升起或者下降，從而頂起或者 放下待加工件22。所述靜電卡盤裝置具有氣體通道26，氣體通道26連通熱傳導氣體的氣 源以及靜電卡盤21與待加工件22之間的間隙27，因此，可以通過氣體通道26向間隙27中 輸入熱傳導氣體，以促進待加工件22與靜電卡盤21之間的熱交換。 工藝結束時，需要停止熱傳導氣體的供應，并通過氣體通道26將間隙27以及頂升 腔體24中的熱傳導氣體抽出，否則，靜電卡盤21釋放電荷后其對待加工件22的吸附力將 消失，殘余的熱傳導氣體會把待加工件22吹起。 顯然，上述抽氣過程所耗費的時間越短越好，以便提高等離子處理設備的生產效 率。由于頂升腔體24的容積相對較大，需要抽出熱傳導氣體的量較多；此外，熱傳導氣體必 須經過間隙27才能抽出，但間隙27極小(通常是微米級)，所以，通常需要等待較長的時間 (例如10秒 90秒)才會將熱傳導氣體抽凈。這將造成單個工藝過程耗費較長的時間，從 而制約了等離子處理設備生產效率的提高。此外，上述現有技術的靜電卡盤裝置難以對待 加工件各部分的溫度進行精確控制，這制約了加工質量的改善。 因此，如何縮短上述抽氣過程所耗費的時間從而提高等離子處理設備的生產效率、如何對待加工件各部分的溫度進行精確控制從而改善加工質量，是本領域技術人員目 前需要解決的技術問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種靜電卡盤裝置，其抽氣過程所耗費的時間較短。本發明 的另一 目的是提供一種包括上述靜電卡盤裝置的等離子處理設備。 為解決上述技術問題，本發明提供一種靜電卡盤裝置，用于等離子體處理設備，包 括用于支撐待加工件的靜電卡盤，以及支撐所述靜電卡盤的基座；其特征在于，所述靜電卡 盤裝置的中部具有頂升腔體；所述頂升腔體具有設于所述靜電卡盤的上表面的開口，以便 在所述頂升腔體中設置用于頂起或者放下待加工件的頂升部件；所述頂升腔體通過第一氣 體通道與熱傳導氣體的氣源連通，所述第一氣體通道的氣體通過能力高于所述靜電卡盤與 待加工件之間的間隙的氣體通過能力。 進一步，所述第一氣體通道的橫截面大體為圓形，且其直徑范圍為l毫米至8毫 米。 進一步，所述靜電卡盤與待加工件之間的間隙具體包括中心腔以及圍繞所述中心 腔的外周腔，所述中心腔連通所述頂升腔體；所述靜電卡盤裝置進一步具有第二氣體通道， 所述第二氣體通道連通所述外周腔以及熱傳導氣體的氣源。 進一步，所述靜電卡盤上表面的中心部位與圍繞該中心部位的外周部位具有不同 的表面粗糙度，從而在所述靜電卡盤與待加工件之間形成所述中心腔和所述外周腔。
進一步，所述靜電卡盤上表面的中心部位和外周部位的表面粗糙度的差值范圍為 0. 4微米至0. 6微米。 進一步，所述靜電卡盤的上表面設有隔離環，所述中心腔和所述外周腔由所述隔 離環分隔；所述靜電卡盤的上表面具有多個大體均勻分布于所述隔離環兩側的凸臺。
進一步，所述隔離環的上表面的表面粗糙度范圍為0. 1微米至0. 5微米。
進一步，所述靜電卡盤的上表面的邊緣部位設有環繞該上表面的凸起部，以限制 部分熱傳導氣體流出所述靜電卡盤與待加工件之間的間隙。 進一步，所述凸起部的高度范圍為O. 01毫米至O. 05毫米，且其上表面的表面粗糙 度的范圍是0. 1微米至0. 5微米。 本發明還提供一種等離子體處理設備，包括上述任一項所述的靜電卡盤裝置。
本發明所提供的靜電卡盤裝置，其中部具有頂升腔體；所述頂升腔體具有設于所 述靜電卡盤的上表面的開口，以便在所述頂升腔體中設置用于頂起或者放下待加工件的頂 升部件；所述頂升腔體通過第一氣體通道與熱傳導氣體的氣源連通，所述第一氣體通道的 氣體通過能力顯著大于所述靜電卡盤與待加工件之間的間隙。如前所述，所述靜電卡盤與 待加工件之間的間隙較小(通常是微米級的)，因此該間隙的氣體流通能力較低，這是造成 抽氣時間較長的主要原因；針對該問題，本發明通過流通能力較高的第一氣體通道將所述 頂升腔體與熱傳導氣體的氣源直接連通，這樣，抽氣時所述頂升腔體中的氣體可以繞過氣 體流通能力較低的上述間隙，因此，即使所述頂升腔體內的氣體量較多，仍然可以在較短的 時間內被抽出，從而縮短了單個工藝過程所耗費的時間，顯著提高了等離子處理設備的生 產效率。
圖1為一種典型的等離子體處理設備的結構示意圖；
圖2為現有技術中一種靜電卡盤裝置的結構示意圖； 圖3為本發明第一種具體實施方式
所提供靜電卡盤裝置的結構示意圖；
圖4為本發明第二種具體實施方式
所提供靜電卡盤裝置的結構示意圖；
圖5為圖4中靜電卡盤的俯視示意圖； 圖6為本發明第三種具體實施方式
所提供靜電卡盤裝置的結構示意圖；
圖7為圖6中靜電卡盤的俯視示意圖； 圖8為本發明第四種具體實施方式
所提供靜電卡盤裝置的結構示意圖。
具體實施例方式
本發明的核心是提供一種靜電卡盤裝置，其抽氣過程所耗費的時間較短。本發明 的另一核心是提供一種包括上述靜電卡盤裝置的等離子處理設備。 為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的詳細說明。 請參考圖3，圖3為本發明第一種具體實施方式
所提供靜電卡盤裝置的結構示意 圖。 在第一種具體實施方式
中，本發明所提供的靜電卡盤裝置包括靜電卡盤3，靜電卡 盤3可以用來支撐待加工件4 ;待加工件4具體可以是晶片或者加工方法近似的其他待加 工件。靜電卡盤3的下方設置基座5，以支撐靜電卡盤3。 所述靜電卡盤裝置的中部可以設置頂升腔室6，頂升腔室6之中設置頂升部件7。 通常，頂升腔室6位于靜電卡盤3和基座5的中部；圖中頂升部件7所處的整個空間均屬于 頂升腔室6 ;顯然，頂升腔室6的容積較大。頂升腔室6在靜電卡盤3的上表面具有開口， 從而同靜電卡盤3和待加工件4之間的間隙10連通。 頂升部件7具體可以呈針狀，頂升部件7可以具有4根或者其他適宜的數目。在外 力的作用下，頂升部件7能夠大體豎直地升起或者下降，從而將待加工件4頂起或者放下。
待加工件4需要與靜電卡盤3順利實現熱交換，而待加工件4與靜電卡盤3之間 不可避免地會存在縫隙，該縫隙顯然不利于兩者之間的熱交換；為了消除上述不利影響，可 以向待加工件4與靜電卡盤3之間的間隙10中通入適宜的熱傳導氣體(例如氦氣)，該熱 傳導氣體可以起到熱傳導介質的作用。 如圖所示，所述靜電卡盤之中可以具有第一氣體通道8，第一氣體通道8的一端與 頂升腔室6連通，其另一端與熱傳導氣體的氣源連通；因此，熱傳導氣體可以通過第一氣體 通道8進入間隙10中。抽氣時，可以通過第一氣體通道8將頂升腔室6中以及間隙10中 的熱傳導氣體抽出。 間隙IO較小，通常為微米級，因此其氣體通過能力較小；第一氣體通道8的氣體通 過能力顯著高于間隙10。例如，第一氣體通道8的橫截面可以是圓形，其直徑范圍可以是1 毫米至8毫米，也可以進一步將直徑范圍設置為2毫米至5毫米。第一氣體通道8的橫截 面也可以具有其他形狀。
因此，本發明通過流通能力較高的第一氣體通道8將頂升腔體6與熱傳導氣體的
氣源直接連通，在抽氣時，頂升腔體6中的熱傳導氣體可以繞過氣體流通能力較低的間隙
10，這樣，即使頂升腔體6內的氣體量較多，仍然可以在較短的時間內將其抽出，從而縮短
了單個工藝過程所耗費的時間，顯著提高了等離子處理設備的生產效率。 請參考圖4和圖5，圖4為本發明第二種具體實施方式
所提供靜電卡盤裝置的結構
示意圖；圖5為圖4中靜電卡盤的俯視示意圖。 本發明第二種具體實施方式
所提供的靜電卡盤裝置是在第一種具體實施方式
的 基礎上所做的改進。 如前所述，頂升腔體6頂部的開口設于靜電卡盤3的上表面的中部，因此熱傳導氣 體可以經由第一氣體通道8以及頂升腔體6進入間隙10中部的中心腔102 ;可以將間隙10 分隔為中心腔102以及圍繞中心腔102的外周腔101，并通過第二氣體通道9將外周腔101 和熱傳導氣體的氣源連通。 中心腔102與外周腔101可以通過多種方式隔離。 例如，可以在靜電卡盤3上表面設置中心部位33和圍繞該中心部位33的外周部 位32 ;中心部位33對應于上述中心腔102，外周部位32對應于上述外周腔101。
由于表面粗糙度不同，在中心腔102中靜電卡盤3的中心部位33到待加工件4的 距離，不同于外周腔IOI中靜電卡盤3的外周部位32到待加工件4的距離；因此，通過改變 熱傳導氣體的壓力，即可分別對待加工件41的中部和外周部進行溫度控制，溫度控制的精 度較高，有利于提高加工質量。 具體地，靜電卡盤3的中心部位33的表面粗糙度的范圍可以是0. 1微米 0. 6微 米，外周部位32的表面粗糙度的范圍可以是0. 6微米 0. 9微米；或者兩者正好相反。無論 具體如何設置，應當將中心部位33與外周部位32表面粗糙度的差值范圍設為0. 4微米 0. 6微米，以確保產生不同的熱傳導效果。 總之，無論是設置隔離環31還是在中心部位33和外周部位32采用不同表面粗糙 度，都是希望能夠對待加工件4的不同部位分別進行溫度控制，以提高溫控精度。
請參考圖6以及圖7，圖6為本發明第三種具體實施方式
所提供靜電卡盤裝置的結 構示意圖；圖7為圖6中靜電卡盤的俯視示意圖。 本發明第三種具體實施方式
所提供的靜電卡盤裝置是在第一種具體實施方式
的 基礎上所做的改進。 前文已經指出，可以將間隙10分隔為中心腔102以及圍繞中心腔102的外周腔 101，并且，前文已經提供了中心腔102和外周腔101可以通過不同表面粗糙度形成。下面 本文將提供分隔中心腔102和外周腔101的另一種方式。 在第三種具體實施方式
中，靜電卡盤3的上表面設置有多個凸臺35，凸臺35大體 均勻地分布于靜電卡盤3的上表面，各凸臺35之間具有間隙，以形成氣體流通通道。
靜電卡盤3上表面的適當位置設有隔離環31，從而將靜電卡盤3的上表面分隔為 中心部位33和圍繞該中心部位33的外周部位32 ;上述中心部位33對應于上述中心腔102， 上述外周部位32對應于上述外周腔101。凸臺35均勻分布于外周部位32和中心部位33 之中。 無論何種方法加工，隔離環31的上表面(即其接觸待加工件4的環形表面)不可
6能絕對光滑，必然存在一定的粗糙度，因此，中心腔102與外周腔101之間不可能(也不應) 完全隔離。 具體地，隔離環31上表面的粗糙度的范圍可以是0. 1微米到0. 5微米，這樣，既可 以將中心腔102與外周腔101相對隔離，同時也使熱傳導氣體能夠自中心腔102以較為適 宜的流量流向外周腔101，以維持熱傳導氣體的持續流動。 進一步，可以將隔離環31上表面的粗糙度的范圍設為0. 2微米到0. 4微米，以取
得更為顯著的技術效果。 此外，靜電卡盤3的上表面的邊緣部位可以設置凸起部34，凸起部34環繞靜電卡 盤3的上表面。顯然，凸起部34將起到封閉環的作用，可以將大部分熱傳導氣體限制于間 隙10之中，有利于節省熱傳導氣體的使用量。 凸起部34的高度范圍可以是0. 01毫米至0. 05毫米；凸起部34的表面粗糙度的
范圍可以是0. 1微米至0. 5微米，或者進一步將其范圍設為0. 2微米至0. 4微米。 通過調整熱傳導氣體的流量、壓力即可分別對待加工件4接觸中心腔102和外周
腔101的部位進行溫度控制，溫度控制的精度較高，有利于提高加工質量。 請參考圖8，圖8為本發明第四種具體實施方式
所提供靜電卡盤裝置的結構示意圖。 第一氣體通道8和第二氣體通道9可以共用一路氣源，如圖6所示；兩者也可以各 自連通一路氣源，如圖8所示。圖4所示具體實施方式
中第一氣體通道8和第二氣體通道 9共用一路氣源，顯然，兩者同樣可以各自連通一路氣源。 此外，可以進一步將靜電卡盤3上表面的中心部位33與外周部位32的面積之比 (即中心腔102的底面積與外周腔101的底面積之比)的范圍設為0. 34至4，例如，可以具 體將其設為1.5。 本發明所提供的等離子體處理設備包括上述任一項所述的靜電卡盤裝置；等離子 體處理設備其他各部分的結構請參考包括圖l在內的現有技術，本文不再贅述。具體地，所 述等離子體處理設備可以是等離子體刻蝕設備或者等離子體淀積設備。
以上對本發明所提供的靜電卡盤裝置以及應用了該靜電卡盤裝置的等離子體處 理設備進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述， 以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術 領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進 和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。
權利要求
一種靜電卡盤裝置，用于等離子體處理設備，包括用于支撐待加工件的靜電卡盤，以及支撐所述靜電卡盤的基座；其特征在于，所述靜電卡盤裝置的中部具有頂升腔體；所述頂升腔體具有設于所述靜電卡盤的上表面的開口，以便在所述頂升腔體中設置用于頂起或者放下待加工件的頂升部件；所述頂升腔體通過第一氣體通道與熱傳導氣體的氣源連通，所述第一氣體通道的氣體通過能力高于所述靜電卡盤與待加工件之間的間隙的氣體通過能力。
2. 如權利要求1所述的靜電卡盤裝置，其特征在于，所述第一氣體通道的橫截面大體 為圓形，且其直徑范圍為l毫米至8毫米。
3. 如權利要求1所述的靜電卡盤裝置，其特征在于，所述靜電卡盤與待加工件之間的 間隙具體包括中心腔以及圍繞所述中心腔的外周腔，所述中心腔連通所述頂升腔體；所述 靜電卡盤裝置進一步具有第二氣體通道，所述第二氣體通道連通所述外周腔以及熱傳導氣 體的氣源。
4. 如權利要求3所述的靜電卡盤裝置，其特征在于，所述靜電卡盤上表面的中心部位 與圍繞該中心部位的外周部位具有不同的表面粗糙度，從而在所述靜電卡盤與待加工件之 間形成所述中心腔和所述外周腔。
5. 如權利要求4所述的靜電卡盤裝置，其特征在于，所述靜電卡盤上表面的中心部位 和外周部位的表面粗糙度的差值范圍為0. 4微米至0. 6微米。
6. 如權利要求3所述的靜電卡盤裝置，其特征在于，所述靜電卡盤的上表面設有隔離 環，所述中心腔和所述外周腔由所述隔離環分隔；所述靜電卡盤的上表面具有多個大體均 勻分布于所述隔離環兩側的凸臺。
7. 如權利要求6所述的靜電卡盤裝置，其特征在于，所述隔離環的上表面的表面粗糙 度范圍為O. l微米至0.5微米。
8. 如權利要求7所述的靜電卡盤裝置，其特征在于，所述靜電卡盤的上表面的邊緣部 位設有環繞該上表面的凸起部，以限制部分熱傳導氣體流出所述靜電卡盤與待加工件之間 的間隙。
9. 如權利要求8所述的靜電卡盤裝置，其特征在于，所述凸起部的高度范圍為0.01毫 米至0. 05毫米，且其上表面的表面粗糙度的范圍是0. 1微米至0. 5微米。
10. —種等離子體處理設備，其特征在于，包括如權利要求1至9任一項所述的靜電卡 舟想罟
全文摘要
本發明公開了一種靜電卡盤裝置，其中部具有頂升腔體；所述頂升腔體具有設于所述靜電卡盤的上表面的開口，以便在所述頂升腔體中設置用于頂起或者放下待加工件的頂升部件；所述頂升腔體通過第一氣體通道與熱傳導氣體的氣源連通，所述第一氣體通道的氣體通過能力顯著大于所述靜電卡盤與待加工件之間的間隙。本發明還提供了一種包括上述靜電卡盤裝置的等離子體處理設備。本發明通過流通能力較高的第一氣體通道將所述頂升腔體與熱傳導氣體的氣源直接連通，抽氣時所述頂升腔體中的氣體可以繞過氣體流通能力較低的上述間隙，因此，即使氣體量較多仍然可以在較短的時間內被抽出，從而縮短了單個工藝過程所耗費的時間，顯著提高了等離子處理設備的生產效率。
文檔編號C23F4/00GK101770973SQ200910076480
公開日2010年7月7日 申請日期2009年1月4日 優先權日2009年1月4日
發明者張寶輝, 陶林 申請人:北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司