一种多区控温等离子反应器制造技术

本发明专利技术提供一种等离子反应器，包括：反应腔体，反应空间底部包括一个基座，用于支撑处理基片；一射频电源输出射频功率到反应腔体内；基座中包括一静电夹盘，静电夹盘中包括一加热器组，加热器组中包括多个加热模块，其中加热模块包括串联的一个加热器和一个电子开关，所述加热模块中的加热器连接到加热电源或者接地端之一，电子开关连接到加热电源或接地端中的另一端；一加热控制器包括一接收端用于接收温度控制信号，还包括一驱动信号输出端连接到所述电子开关，用于输出所述电子开关的驱动信号；所述加热控制器中还包括至少一光电驱动电路，使得所述加热控制器的接收端与所述驱动信号输出端之间互相电隔离。

A multi zone temperature controlled plasma reactor

【技术实现步骤摘要】
一种多区控温等离子反应器
本专利技术涉及等离子反应器，特别涉及等离子反应器的中多区控温基座的控温装置。
技术介绍
半导体芯片生产过程中，需要进行大量的微观加工，常见的等离子刻蚀反应器能够在晶圆上形成各种微米甚至纳米级尺寸的通孔或沟槽，再结合其它化学气相沉积等工艺，最终形成各种半导体芯片成品。随着刻蚀工艺要求日益提高，等离子处理过程中对晶圆或基片温度的控制精度要求也越来越高。原有从内到外2到3个圆环的独立控温区域，对于同一个控制区域内不同部位存在的温度差已经无法满足工艺要求了。为了进一步提高对晶圆的温度控制能力，现有技术提出了矩阵式排布的独立控制的加热器阵列，集成在静电夹盘和作为下电极的导电基座之间。如图1所示为典型的等离子反应器，包括腔体100，腔体内底部为导电基座30，导电基座同时作为下电极连接到至少一个高频射频电源19，点燃晶圆(或其它形状的基片)上方的等离子体后，射频电源19可以调节等离子浓度或者能量。等离子反应器中还可以设置其它的射频电源，比如将射频电源连接到反应腔内顶部的气体喷头，或者一个电感线圈设置在反应腔上方，使得电感线圈产生的磁场进入反应腔产生并维持等离子体浓度。导电基座通过一个支撑装置20固定到腔体底部，其中腔体100和支撑装置20均由导体制成且电接地，以防止射频电场向外泄漏。导电基座上包括静电夹盘40，静电夹盘40由绝缘材料制成，内部埋设有用于实现静电吸附的电极42，电极42与外部高压直流电源相联通时使得待处理晶圆50被静电吸附到静电夹盘40上。绝缘材料层40中电极42下方还包括一多区加热的加热器组41，加热器组包括大量独立可控的加热器，其中加热器的数量可以是10*10＝100个，或者15*15＝225个，甚至更多个。加热器41可以是电阻丝或者其它能够接受电流发热的装置。为了独立控制上述大量独立控制的加热器，需要大量的电流供应线和电流回线，其中电流供应线连接到高电压的加热电源，电流回线连接到接地端。以10*10矩阵为例，每一行和每一列的加热器均连接到一个功率供应线或电流回线，这样的排布需要至少10+10＝20根上述电流供应线和电流回线。如图1所示，加热电源功率通过电源总线11进入加热器组控制器60，同时加热器组控制器60还通过控制信号输入线12连接到工艺控制器，以接收工艺需要的加热功率分布数据，控制器60根据接收到的加热功率分布数据可以转化成对驱动开关的开通时间，或者开关占空比的驱动信号。加热器组控制器60中还包括多个(如20个)驱动开关，通过选择一组驱动开关的开通或关断状态，使得加热器组中一个电流供应线和一个电流回线与外部加热功率源和接地端联通，联通的一根电流供应线与一根电流回线构成一个回路，加热器组中的一个加热器被加热，被加热一段时间后转而加热另一个加热器，这样轮流扫描需要加热的每个加热器，最终使得每个加热器的加热功率独立可调。采用这样的被动式加热功率供应和控制方法，需要将电流供应线和电流回线联通到位于静电夹盘40中的加热器组，但是静电夹盘又是处于射频辐射环境中的，所以还需要设置一个滤波器组16，每一个电流供应线和电流回线上都需要串联一个滤波器。加热器组控制器60连接的加热功率供应线15(包括20根电流供应线和电流回线)经过滤波器组16，再通过第二加热功率供应线17进入反应腔体内部的射频环境，随后穿过导电基座30上开设的通孔(图中未示出)连接到静电夹盘40中的加热器组41。这样大量设置的滤波器不仅成本高昂，而且占用很大空间，给等离子处理设备设计制造和维护提高难度，而且这种被动式加热的加热器组，每个时刻只能加热一个加热器，所以要改变温度分布必须经过多个对加热器组41内全部加热器的扫描周期，无法实现快速变化。另一方面单个滤波器长期连接到射频辐射环境中，能阻挡主要的射频功率泄露，但是滤波器的数量很多仍然会导致可观的射频能量向下方的加热器组控制器60泄露，不仅导致功率损失，严重的还会损坏控制器60。所以，需要提出一种新的多区控温等离子反应器，能够简化结构，降低成本，提高系统的可靠性，同时还能更快的改变温度分布。
技术实现思路
本专利技术提供一种等离子反应器，以实现稳定可靠对基片进行矩阵式多区温度控制，其中等离子反应器包括：反应腔体，所述反应腔体围绕形成反应空间；反应空间底部包括一个基座，用于支撑基片；一射频电源输出射频功率到反应腔体内，以产生并维持等离子体；基座中包括一个电极和位于电极上方的静电夹盘，所述静电夹盘包括多层绝缘材料层，至少一层绝缘材料层中包括一加热器组，加热器组中包括多个加热模块，每个加热模块与上方基片的不同部位对应，其中每个加热模块包括串联的一个加热器和一个电子开关，所述加热模块的一端连接到加热电源另一端连接到接地端；一加热控制器包括一接收端用于接收温度控制信号，还包括一驱动信号输出端连接到所述电子开关，用于输出所述电子开关的驱动信号；所述加热控制器中还包括至少一光电驱动电路，使得所述加热控制器的接收端与所述驱动信号输出端之间互相电隔离。其中光电驱动电路包括至少一光耦。或者所述加热控制器中也可以包括多个光电驱动电路，每个光电驱动电路的输出端连接到所述一个加热模块中的电子开关的驱动端，以控制所述电子开关的开通或关断。进一步地，所述接收端通过一光缆接收温度控制信号，以进一步实现加热控制器的电隔离。可选地，所述加热器组中的多个加热模块固定连接到加热电源或者接地端。或者所述电子开关包括一驱动端连接到所述加热控制器的驱动信号输出端，还包括第二端连接到所述加热器，第三端连接到加热电源或者接地端。这样加热模块与电源或接地端固定连接，使得所述加热电源通过一个滤波器连接到所述多个加热模块，不需要采用大量滤波器。可选地，所述加热模块的数量大于100个。可选地，本专利技术等离子反应器中还包括一解析模块，所述解析模块包括一接收端连接到所述光电驱动电路的输出端，还包括多个解析模块输出端，每个输出端连接到一个加热模块中的电子开关的驱动端，使得光电驱动电路输出的驱动信号经过解析后能够驱动多个加热模块中的电子开关。所述加热控制器设置在腔体内基座的下方，且加热控制器外设置一导电导电屏蔽壳体，使得反应腔体内部的射频电场被屏蔽在导电屏蔽壳体外部。附图说明图1是现有技术等离子反应器示意图；图2是本专利技术等离子反应器示意图；图3是本专利技术加热器驱动控制电路示意图；图4a是本专利技术另一种等离子反应器示意图；图4b是本专利技术另一种加热器驱动控制示意图。具体实施方式下文将结合附图对本专利技术的技术方案进行详细描述，需强调的是，这里仅是示例性的阐述，不排除有其它利用本专利技术思想的实施方式。如图2所示，本专利技术的等离子反应器与现有技术基本结构相同，主要区别在于多区控温加热器41的驱动和控制系统不同。本专利技术的加热器组控制器62通过一个控制信号输入线13连接到等离子反应器的工艺控制器，其中控制信号输入线最佳的是光缆，控制器62内再通过光电转化装置可以识别光信号中传输的工艺参数，这样可以进一步电隔离控制器62与外部电路，减少本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等离子反应器，包括：/n反应腔体，所述反应腔体围绕形成反应空间；/n反应空间底部包括一个基座，用于支撑基片；/n一射频电源输出射频功率到反应腔体内，以产生并维持等离子体；/n基座中包括一个电极和位于电极上方的静电夹盘，所述静电夹盘包括多层绝缘材料层，至少一层绝缘材料层中包括一加热器组，加热器组中包括多个加热模块，每个加热模块与上方基片的不同部位对应，/n其中每个加热模块包括串联的一个加热器和一个电子开关，所述加热模块的一端连接到加热电源另一端连接到接地端；/n一加热控制器包括一接收端用于接收温度控制信号，还包括一驱动信号输出端连接到所述电子开关，用于输出所述电子开关的驱动信号；所述加热控制器中还包括至少一光电驱动电路，使得所述加热控制器的接收端与所述驱动信号输出端之间互相电隔离。/n

【技术特征摘要】
1.一种等离子反应器，包括：
反应腔体，所述反应腔体围绕形成反应空间；
反应空间底部包括一个基座，用于支撑基片；
一射频电源输出射频功率到反应腔体内，以产生并维持等离子体；
基座中包括一个电极和位于电极上方的静电夹盘，所述静电夹盘包括多层绝缘材料层，至少一层绝缘材料层中包括一加热器组，加热器组中包括多个加热模块，每个加热模块与上方基片的不同部位对应，
其中每个加热模块包括串联的一个加热器和一个电子开关，所述加热模块的一端连接到加热电源另一端连接到接地端；
一加热控制器包括一接收端用于接收温度控制信号，还包括一驱动信号输出端连接到所述电子开关，用于输出所述电子开关的驱动信号；所述加热控制器中还包括至少一光电驱动电路，使得所述加热控制器的接收端与所述驱动信号输出端之间互相电隔离。


2.如权利要求1所述的等离子反应器，其特征在于，所述接收端通过一光缆接收温度控制信号。


3.一种使用权利要求1所述的等离子反应器，其特征在于，所述光电驱动电路包括一光耦。


4.如权利要求1所述的等离子反应器，其特征在于，所述加热器组中的多个加热模块固定连接到加热电源或者接地端。

【专利技术属性】
技术研发人员：倪图强，李天笑，谢林，周晓锋，梅锐，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31