專利名稱：一種被處理體的保持裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種被處理體的保持裝置，特別是涉及一種在等離子體 加工工藝中具有聚焦環結構的保持裝置。
背景技術：
在集成電路制造工藝過程中，特別是刻蝕、物理氣相沉積及拋光工藝 中，為了固定、支撐及傳送半導體晶片(以下簡稱晶片)并實現溫度控 制，避免在工藝過程中出現移動或錯位現象，往往需要使用靜電卡盤。 而且，這類靜電卡盤裝置已經普遍地應用于半導體等離子體刻蝕反應室 中。
靜電卡盤采用靜電引力的方式來固定晶片，與傳統的機械卡盤和真空 吸盤相比具有很多優點。例如，靜電卡盤減少了在使用傳統卡盤的過程 中，由于壓力、碰撞等機械原因對晶片造成的難以修復的損傷，另外， 采用靜電吸引之后由于沒用機械固定，便增大了晶片的有效加工面積、 減少了由于機械碰撞而產生的顆粒污染、并且有力于進行熱傳導。
典型的靜電卡盤由兩部分組成絕緣層2a和基座2(參見圖1和圖2 )。 絕緣層目前采用陶瓷材料加工制造或通過陶資噴涂的形式進行制造，直 流電極層2b通過燒結或噴涂的方式埋藏在絕緣層中。靜電卡盤主要是利 用直流電極層2b與晶片W之間產生的靜電引力達到固定晶片W的目的。 基座2用來支撐絕緣層2a。
參見圖l和圖2，在等離子加工配置中，典型的配置包括有靜電卡盤， 該靜電卡盤包括絕緣層2a和基座2。并且設有嵌入圍住該靜電卡盤的聚 焦環1和基環6。將被處理的晶片W放置在靜電卡盤的基座2上，更準 確度地說是將晶片W放置在絕緣層2a上，同時嵌入在由聚焦環1的上 表面所形成的一個槽中。在基座2中，設有從外部導入氣體、并對晶片W進行溫度控制的氣 體供給通道3a。在圖1和圖2中，沒有示出該氣體通道3a的氣體供給源、 通道基干部分和通道分支部分。但該通道分支部分會貫通靜電卡盤的絕 緣層2a中，并且與絕緣層2a上面多個開口連接。氣體供給源能夠供給 具有熱傳導介質功能的氦氣等氣體，從而可以對所保持的晶片W進行溫 度控制。
直流電源5通過連接線4a與靜電卡盤連接，靜電卡盤的絕緣層2a 內部設置有電極板2b (可以時單極，也可以是雙極)。當直流電源5向電 極板2b施加直流電源時，便會產生庫侖吸引力，將晶片W吸附在靜電 卡盤上。
通常，利用等離子體處理裝置進行處理的時候，在將晶片W吸附并 保持在靜電卡盤上的同時，還利用圖中沒有示出的真空系統、高頻電源 和電極等發生等離子體，該等離子體通過基座2上的聚焦環1,匯聚在晶 片W上，對晶片W進行等離子體處理(如刻蝕處理、化學氣相沉積和 物理氣相沉積等)。經過暴露在等離子體中的處理，晶片W的溫度升高， 但是通過溫度控制設備將上述氦氣從氣體通道3a吹向晶片W背面，可 以進行溫度控制并且保證溫度的均勻性。
但是其缺陷在于，在這種等離子體處理裝置的結構中，由于考慮維修 方便，只是將聚焦環l嵌入到基座2中(參見圖l),或者首先嵌入到基 環6上，再將聚焦環1和基環6共同嵌入到基座2上(參見圖2 );在聚 焦環1和基座2或者基環6之間存在細小的真空間隙，這樣，兩者之間 傳熱性能不良，不能像晶片W那樣得到良好的溫度控制。因此，當對晶 片W進行處理時，聚焦環1的溫度隨著工藝時間增加而升高，超過晶片 W的溫度。由于上述影響，使晶片W邊緣的刻蝕均勻性受到影響，所以， 這部分刻蝕不充分，或者產生刻蝕選#^匕降低等問題。
另夕卜，由于聚焦環1和基座2或者基環6之間的間隙非常細小，也同 時也影響了從靜電卡盤到晶片W之間區域的等離子體的RF阻抗路徑和 從靜電卡盤到聚焦環1區域內的等離子的RF阻抗路徑匹配的密切純度， 從而影響了晶片W邊緣的等離子體密度，所以也會使晶片W邊緣的刻蝕均勻性受到影響。
現有的技術方案一參見圖1，中國專利CN01811344.3中公開了在 基座2上增加第二電介質層2c或者是增加電極2d,可以通過直流電源5 提供直流，產生約翰遜-拉貝克力，從而吸附聚焦環1。其減小了聚焦環1 與基座2的間隙，同時增加了熱傳導氣體通道3b，熱傳導氣體如氦氣等 可以直接吹到聚焦環1底面，從而降低聚焦環1溫度。
上述技術方案一的缺點為該方案使用了熱傳導氣體來降低聚焦環1 溫度，但是熱傳導氣體與晶片W溫度控制使用的熱傳導氣體是一個通道， 氣體壓力和流量難以控制。同時，因為靜電吸附力的存在，使聚焦環1 和基座2之間間隙很小，熱傳導氣體流動性很差。
現有的技術方案二參見圖2,中國專利CN200610159201.1中公開 了在基座2上放置基環6,把聚焦環1放置到基環6上，基環6中設置了 電極6a，可以通過直流電源5b提供直流電，產生靜電吸附力，從而吸附 聚焦環1 。其減小了聚焦環1與基座2的間隙，同時增加了熱傳導氣體通 道3b,熱傳導氣體如氦氣等可以直接吹到聚焦環1底面，從而降低聚焦 環1溫度。
上述技術方案二的缺點為該方案使用了熱傳導氣體來降低聚焦環1 溫度。但是同樣因為靜電吸附力的存在，使聚焦環1和基座2之間間隙 很小，熱傳導氣體的流動性很差。并且，因為沒有測量聚焦環1的溫度， 無法對熱傳導氣體進行準確控制。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于，克服上述現有技術的缺陷而提供一 種具有良好氣體導熱結構的、并可以準確穩定控制聚焦環溫度的具有聚 焦環結構的卡盤裝置。
為實現上述目的，本發明采取以下設計方案
一種被處理體的保持裝置，包括基座以及位于基座上方的絕緣層和 聚焦環，所述聚焦環位于所述絕緣層的周圍，在所述聚焦環與所述基座 的連接處還設有至少一個氣體流通溝槽，所述氣體流通溝槽的面積占所述連接處聚焦環面積的5 ~ 95 % ,所述氣體流通溝槽的深度為所述聚焦環 整體厚度或所述基座整體厚度的5 ~ 95 % 。
優選地，所述氣體流通溝槽為平行的環狀溝槽或迷宮形溝槽或之字 形溝槽，且在所述氣體流通溝槽整體的內緣和外緣處均設有封閉環。進 一步，所述氣體流通溝槽的面積占所述連接處聚焦環面積的40~80%。 所述氣體流通溝槽的深度為所述聚焦環整體厚度的40 ~ 80 % 。所述氣體 流通溝槽至少部分位于所述聚焦環的下部，或者至少部分位于所述基座 的上部。
優選地，所述氣體流通溝槽為呈輻射狀排列的突起結構。所述氣體 流通溝槽的面積占所述連接處聚焦環面積的40~80%。且在所述氣體流 通溝槽整體的內緣和外緣處均設有封閉環。所述氣體流通溝槽的深度為 所述聚焦環整體厚度的40 ~ 80 % 。所述氣體流通溝槽至少部分位于所述 聚焦環的下部，或者至少部分位于所述基座的上部。
優選地，在所述基座中還設置有分別與所述絕緣層和聚焦環相連通 的氣體通道，每條氣體通道均與氣體供給源和控制部分相連。
優選地，所述聚焦環由導電材料或半導體材料制成。所述聚焦環的 材料為硅或氮化硅或碳化硅或氮化鋁。所述聚焦環的材料與待加工的晶 片材料相同。
優選地，所述聚焦環與晶片的連接處距離所述氣體流通溝槽上部的 厚度為1.5~3mm。
本發明的優點是由于本發明在聚焦環與基座的連接處設置了氣體 流通溝槽，并且，通過設置該氣體流通溝槽的面積和深度，使得熱傳導 氣體可以具有更好的流動性，進而使得聚焦環整體的溫度在整個晶片加 工工藝中，都能夠得到良好的溫度控制，所以，可以使得需要精細加工 的半導體晶片能夠在處理效果上得到大大的改進。
圖1和圖2為現有技術中具有聚焦環結構的保持裝置的結構示意圖； 圖3為本發明的結構示意圖；圖4為本發明聚焦環部分的剖視圖5、圖6、圖7、圖8、圖9和圖10為本發明各個實施例中氣體流通溝 槽部分的示意圖。
具體實施例方式
參見圖3,其中示出本發明一種被處理體的保持裝置的優選實施例， 所述卡盤裝置13包括基座13b以及位于基座13b上方的絕緣層13a和聚 焦環ll,優選地，還可以包括基環12,但對于本發明而言，所述基環12 可以解釋為基座13b的一部分，所述聚焦環11位于所述絕緣層13a的周 圍，將待處理的晶片W放置在卡盤裝置13上，更準確地說是將晶片W 放置在絕緣層13a上，同時嵌入聚焦環11上表面所形成的一個槽中，在 所述聚焦環11與所述基座3b的連接處18還設有至少一個氣體流通溝槽 llc。所述氣體流通溝槽llc可以至少部分位于所述聚焦環11的下部，優 選地，全部位于聚焦環11的下部，以便于在生產制造聚焦環11的時候 一并加工制成；或者至少部分位于所述基座13b的上部，優選地，全部 位于在基座13b的上部，以便于在生產制造基座13b的時候一并加工制 成；當然還包括這樣情況部分位于聚焦環11的下部、部分位于基座13b 的上部，兩部分的位置和尺寸相互配合，共同形成氣體流通溝槽llc。此 外，由于本實施例中優選地還可以包括基環12,所以，基環12與聚焦環 11的連接處同樣可以設置有上述三種情形的氣體流通溝槽11c。由于針對 本發明而言，所述基環12可解釋為基座13b的一部分，所以，所述聚焦 環11與基環12的連接處，也可以解釋為屬于所述的聚焦環11與基座3b 的連接處18。所述氣體流通溝槽llc的面積占所述連接處18聚焦環面積 的5 ~ 95% ,所述氣體流通溝槽llc的深度為所述聚焦環11整體厚度或 所述基座整體厚度的5 ~ 95 % 。
參見圖4,優選地，所述聚焦環11與晶片的連接處距離所述氣體流 通溝槽llc上部的厚度llg為1.5~3mm，由于聚焦環的上表面會形成一 個槽，用以放置晶片W,所以，此部分的厚度llg比聚焦環11的整體厚 度llf小，是聚焦環11上的最小厚度。因此，考慮到零件材料強度等問題，需要保證最小厚度llg在1.5 3mm之間，優選為2mm。當然，也 可以采用槽深漸變的結構，即靠近最小厚度llg處的槽淺、而遠離最 小厚度llg處的槽深。
參見圖5、圖6、圖7、圖8、圖9和圖10,圖中示出了本發明所述 氣體流通溝槽llc的各種實施例的示意圖。其中，圖5和圖6為平行的 環狀溝槽llc;圖7為具有呈輻射狀排列的突起結構lld所形成的溝槽 llc;圖8為之字形溝槽；圖9和圖10為迷宮形溝槽。在上述的各種氣 體流通溝槽整體的內緣和外緣處均設有封閉環llb和lla,以保證氣體不 會泄漏。
更近進一步，如圖4所示，所述氣體流通溝槽llc的面積占所述連 接處18聚焦環面積的40 ~ 80 % ,優選地為65 % ;所述氣體流通溝槽llc 的深度lle為所述聚焦環整體厚度llf的40~80%,優選地為65%。由 于在晶片處理工藝中，晶片的尺寸很小，同時，所述的卡盤裝置和聚焦 環ll的尺寸都很小，所以，上述尺寸的比例范圍如果過大或者過小，都 難以達到氣體流通順暢的效果。因此，本發明的發明人在經過大量的試 驗后，確定優選范圍為40 ~ 80 % ,最好為65 % 。
優選地，在所述基座中還設置有分別與所述絕緣層和聚焦環相連通 的氣體通道，每條氣體通道均與氣體供給源和控制部分相連。
具體地，如圖3所示，在基座13b中，設有從外部導入氣體并對晶 片W進行溫度控制的氣體供給通道16和氣體供給通道14，這個兩個氣 體通道16和14分別與氣體供給源和控制部分17和15相連，圖中未示 出通道基干部分和通道分支部分；氣體供給源和控制部分17和15可以 控制和調節熱傳導氣體的壓力和流量。通道分支部分貫通靜電卡盤13中 的絕緣層13a,并且與絕緣層13a上面多個開口連接。從該氣體供給源供 給具有熱傳導介質功能的氦氣等，可以對所保持的晶片進行溫度控制。
優選地，所述聚焦環由導電材料或半導體制成。進一步，所述聚焦 環的材料為硅或氮化硅或碳化硅或氮化鋁。最好，所述聚焦環的材料與 待加工的晶片材料相同。當然，并不僅限于這些材料。
顯而易見，本領域的普通^支術人員，可以用本發明的一種被處理體的保持裝置，構成各種類型的保持裝置或者聚焦環結構。同時，本發明
也不限于刻蝕工藝，可以用于其他等離子體加工工藝；也可以用于液晶 顯示器的加工工藝。
上述實施例僅供說明本發明之用，而并非是對本發明的限制，有關 技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明范圍的情況下，還可以作出 各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也應屬于本發明的范疇，本 發明的專利保護范圍應由各權利要求限定。
權利要求
1、一種被處理體的保持裝置，包括基座以及位于基座上方的絕緣層和聚焦環，所述聚焦環位于所述絕緣層的周圍，其特征在于在所述聚焦環與所述基座的連接處還設有至少一個氣體流通溝槽，所述氣體流通溝槽的面積占所述連接處聚焦環面積的5～95％，所述氣體流通溝槽的深度為所述聚焦環整體厚度或所述基座整體厚度的5～95％。
2、 根據權利要求1所述的保持裝置，其特征在于所述氣體流通溝 槽為平行的環狀溝槽或迷宮形溝槽或之字形溝槽，且在所述氣體流通溝 槽整體的內緣和外緣處均設有封閉環。
3、 根據權利要求1所述的保持裝置，其特征在于所述氣體流通溝 槽為呈輻射狀排列的突起結構，且在所述氣體流通溝槽整體的內緣和外 緣處均設有封閉環。
4、 根據權利要求2或3所述的保持裝置，其特征在于所述氣體流 通溝槽的面積占所述連接處聚焦環面積的40~80%,所述氣體流通溝槽 的深度為所述聚焦環整體厚度的40 ~ 80% 。
5、 根據權利要求4所述的保持裝置，其特征在于所述氣體流通溝 槽至少部分位于所述聚焦環的下部，或者至少部分位于所述基座的上部。
6、 根據權利要求l所述的保持裝置，其特征在于在所述基座中還 設置有分別與所述絕緣層和聚焦環相連通的氣體通道，每條氣體通道均 與氣體供給源和控制部分相連。
7、 根據權利要求1所述的保持裝置，其特征在于所述聚焦環由導 電材料或半導體材料制成。
8、 根據權利要求7所述的保持裝置，其特征在于所述聚焦環的材 料為硅或氮化硅或碳化硅或氮化鋁。
9、 根據權利要求7所述的保持裝置，其特征在于所述聚焦環的材 料與待加工的晶片材料相同。
10、 根據權利要求1所述的保持裝置，其特征在于所述聚焦環與 晶片的連接處距離所述氣體流通溝槽上部的厚度為1.5 ~ 3mm。
全文摘要
本發明涉及一種被處理體的保持裝置，包括基座以及位于基座上方的絕緣層和聚焦環，所述聚焦環位于所述絕緣層的周圍，在所述聚焦環與所述基座的連接處還設有至少一個氣體流通溝槽，所述氣體流通溝槽的面積占所述連接處聚焦環面積的5～95％，所述氣體流通溝槽的深度為所述聚焦環整體厚度或所述基座整體厚度的5～95％。由于本發明在聚焦環與基座的連接處設置了氣體流通溝槽，并且，通過設置該氣體流通溝槽的面積和深度，使得熱傳導氣體可以具有更好的流動性，進而使得聚焦環整體的溫度在整個晶片加工工藝中，都能夠得到良好的溫度控制，所以，可以使得需要精細加工的半導體晶片能夠在處理效果上得到大大的改進。
文檔編號H01L21/67GK101471275SQ20071030424
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月26日 優先權日2007年12月26日
發明者張寶輝 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