[發(fā)明專利]一種等離子反應(yīng)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210093485.4
• 申請(qǐng)日: 2012-03-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103369810A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周旭升;梁潔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中微半導(dǎo)體設(shè)備（上海）有限公司
• 主分類號(hào): H05H1/46
• 分類號(hào): H05H1/46;G05D23/19
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 王潔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制程設(shè)備，尤其是對(duì)于基板實(shí)施等離子體處理的等離子體處理裝置，具體地，涉及施加到等離子處理裝置的基座溫度控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在半導(dǎo)體設(shè)備的制造過(guò)程中，例如蝕刻、沉積、氧化、濺射等處理過(guò)程中，通常會(huì)利用等離子體對(duì)基片(半導(dǎo)體晶片、玻璃基板等)進(jìn)行處理。

在高頻放電方式的等離子體處理裝置中，包括電容耦合型等離子體反應(yīng)器，電容耦合型反應(yīng)器通常配置有上部電極和下部電極，優(yōu)選地這兩個(gè)電極平行設(shè)置。而且，通常在下部電極之上載置被處理基板，經(jīng)由整合器將等離子體生成用的高頻電源施加于上部電極或者下部電極。通過(guò)由該高頻電源所生成的高頻電場(chǎng)來(lái)使反應(yīng)氣體的外部電子加速，從而產(chǎn)等離子體對(duì)下部基片進(jìn)行等離子處理。

在現(xiàn)有技術(shù)中，很多工藝效果受溫度影響很大，比如CF化合物沉積過(guò)程中溫度較低時(shí)沉積速率較大，在其它工藝中則要求溫度較高。傳統(tǒng)加工過(guò)程中一個(gè)工藝步驟時(shí)間較長(zhǎng)可長(zhǎng)達(dá)幾分鐘，在不同步驟切換時(shí)有足夠的時(shí)間來(lái)獲得最佳的溫度。但是在現(xiàn)在過(guò)孔硅(TSV)刻蝕時(shí)需要刻蝕-沉積交替上千步，需要快速的溫度控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一苛刻要求。現(xiàn)有技術(shù)通常用冷卻器中溫度受控的冷卻液(水，導(dǎo)熱油等)帶走基片下方基座內(nèi)的熱量或者給基座加熱實(shí)現(xiàn)對(duì)基片溫度的控制。如圖1示出為現(xiàn)有技術(shù)的等離子反應(yīng)器縱截面示意圖。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，在現(xiàn)有技術(shù)中，等離子體處理裝置通常包括：例如由內(nèi)部成為密閉空間的真空腔室構(gòu)成的處理容器100；在該處理容器100的底面中央配設(shè)的基座，基座內(nèi)包括下電極22；以及在基座的上方以與該基座相對(duì)的方式設(shè)置著的上電極11，上電極通常同時(shí)作為氣體噴口，典型的如氣體噴淋頭，該氣體噴淋頭連接到處理氣體氣源110。

上述下電極22形狀與所述上部電極10相適應(yīng)；基座還可以包括固定基片20用的基片固定裝置21，典型的如靜電夾盤。待加工的基片如晶圓被放置在基片固定裝置21上方。環(huán)繞基片固定裝置21和基片20的還包括一個(gè)邊緣環(huán)10，該邊緣環(huán)可以選擇不同材料。所述下電極20通過(guò)電纜或者氣體線路連接到射頻電源402。射頻電源供應(yīng)的射頻可以是13.56-120Mhz的頻率，用以產(chǎn)生等離子體。下電極同時(shí)還連接到一個(gè)低頻射頻電源，如小于等于2MHz的射頻電源，以控制入射的等離子的能量。本發(fā)明所述等離子反應(yīng)器除了如圖1所示電容耦合型反應(yīng)器也可以是電感耦合型(ICP)反應(yīng)器。一個(gè)冷卻器30通過(guò)冷卻液管道32向等離子反應(yīng)器基座供應(yīng)冷卻液，在基座中完成熱交換后冷卻液通過(guò)管道34回到冷卻器。所述基座可以是安裝有熱交換管道的靜電夾盤，也可以是包含冷卻液管道下電極。

但是冷卻器中的冷卻液要在冷卻器到等離子反應(yīng)器基座，再?gòu)幕瓿蔁峤粨Q后回到冷卻器完成整個(gè)循環(huán)，循環(huán)過(guò)程中冷卻液溫度會(huì)發(fā)生變化，冷卻液體積也會(huì)發(fā)生變化，所以冷卻器中加熱的參數(shù)如加熱功率等必須不停變化才可能獲得精確的溫度。這就增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和可靠性。而且整個(gè)系統(tǒng)中冷卻液會(huì)發(fā)生滲漏等情況，也會(huì)導(dǎo)致冷卻液的總量變化所以無(wú)法精確的加熱冷卻液達(dá)到最佳的溫度。所以業(yè)界需要一個(gè)能對(duì)基片表面溫度進(jìn)行精確快速控制的溫度控制系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)等離子反應(yīng)器中基片溫度無(wú)法精確而快速的切換的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種等離子反應(yīng)器，包括位于反應(yīng)器底部的一個(gè)基座，處理基片放置在所述基座上，一個(gè)反應(yīng)氣體供應(yīng)裝置向反應(yīng)器供應(yīng)反應(yīng)氣體，一個(gè)等離子發(fā)生裝置使反應(yīng)氣體產(chǎn)生等離子體，所述基座內(nèi)包括至少一熱交換管道，所述熱交換管道包括一個(gè)冷卻液入口和一個(gè)冷卻液出口，一個(gè)冷卻器向所述熱交換管道供應(yīng)具有設(shè)定溫度的冷卻液，其特征在于：所述冷卻器包括一個(gè)第一溫度冷卻液容器和第二溫度冷卻液容器，一個(gè)控制器使第一溫度冷卻液容器中的冷卻液具有第一溫度，使第二溫度冷卻液容器中的冷卻液具有第二溫度；第一溫度冷卻液容器輸出口通過(guò)第一可控閥門輸出具有第一溫度的冷卻液到冷卻液混合室，第二溫度冷卻液容器輸出口通過(guò)第二可控閥門輸出具有第二溫度的冷卻液到冷卻液混合室，所述冷卻液混合室輸出混合后的冷卻液到所述熱交換管道的冷卻液入口；一個(gè)冷卻液回收容器包括第一接口連接到所述熱交換管道的冷卻液出口，所述冷卻液回收容器還包括一個(gè)第二和三接口分別連接到第一溫度冷卻液容器和第二溫度冷卻液容器。

其中第一、第二溫度冷卻液容器輸出口與第一、第二可控閥門之間各包括一個(gè)泵。