[發明專利]靜電卡盤以及等離子體加工設備

有效

• 申請號: 201310354114.1
• 申請日: 2013-08-14
• 公開（公告）號: CN104377155B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 彭宇霖
• 申請（專利權）人: 北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司
• 主分類號: H01L21/683
• 分類號: H01L21/683;H01L21/67
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司11112
• 代理人: 彭瑞欣,張天舒

技術領域

本發明涉及半導體設備制造領域，具體地，涉及一種靜電卡盤以及等離子體加工設備。

背景技術

在制造集成電路（IC）和微機電系統（MEMS）的工藝過程中，特別是在實施等離子刻蝕（ETCH）、物理氣相沉積（PVD）、化學氣相沉積（CVD）等的工藝過程中，常使用靜電卡盤來固定、支撐及加熱晶片等被加工工件，為晶片提供直流偏壓并且控制晶片表面的溫度。

圖1為典型的靜電卡盤的結構示意圖。如圖1所示，靜電卡盤包括由上至下依次疊置的絕緣層1、加熱器2和鋁基座3。其中，絕緣層1采用AL₂O₃或ALN等陶瓷材料制成，并且在絕緣層1中設置有直流電極層（圖中未示出），直流電極層與直流電源電連接后在直流電極層與晶片之間產生靜電引力，從而將晶片等被加工工件固定在絕緣層1的頂部；加熱器2用于對晶片等被加工工件進行加熱；鋁基座3與射頻電源連接，用以在晶片等被加工工件上生成射頻偏壓。此外，在加熱器2與鋁基座3之間還設置有隔熱層4，隔熱層4采用硅橡膠等具有良好隔熱性能的材料制成，以阻擋由加熱器2產生的熱量向鋁基座3傳導，從而可以減少加熱器2的熱量損失，進而提高靜電卡盤的加熱效率。而且，在隔熱層4與加熱器2之間以及隔熱層4與鋁基座3之間分別設置有密封劑，利用密封劑分別對隔熱層4與加熱器2之間的間隙和隔熱層4與鋁基座3之間的間隙進行密封，從而防止空氣自該間隙進入晶片所在的真空環境。

上述靜電卡盤是借助隔熱層4來實現加熱器2與鋁基座3之間的隔熱，這在實際應用中不可避免地存在以下問題：

其一，由于加熱器2、隔熱層4和鋁基座3緊密地疊置在一起，隔熱層4很難完全阻隔加熱器2產生的熱量向鋁基座3傳導，并且加熱器2的加熱溫度越高，隔熱層4的隔熱效果越差，從而降低了靜電卡盤的加熱效率。

其二，由于靜電卡盤采用密封劑來分別對隔熱層4與加熱器2之間的間隙和隔熱層4與鋁基座3之間的間隙進行密封，而密封劑的密封作用在高溫環境下將會失效，導致空氣自該間隙進入晶片所在的真空環境，從而影響工藝的正常進行。

其三，由于加熱器2、隔熱層4和鋁基座3的熱膨脹系數不同，三者在加熱過程中產生的熱膨脹的差異將會破壞密封劑的密封效果，導致空氣自該間隙進入晶片所在的真空環境，從而影響工藝的正常進行。

為此，公開號為CN102105253A的中國專利申請公開了一種高溫靜電卡盤，如圖2所示，靜電卡盤包括卡盤主體110和平臺組件130。其中，卡盤主體110設置于平臺組件130的上方，其包括設置在其內部的直流電極118和加熱元件116，直流電極118用于以靜電引力的方式將晶片固定在卡盤主體110的頂部；加熱元件116用于加熱晶片。而且，在卡盤主體110與平臺組件130之間設置有膨脹接頭140、環狀絕緣環154和安裝法蘭148。其中，環狀絕緣環154借助安裝法蘭148與平臺組件130固定連接，用以支撐卡盤主體110；膨脹接頭140為薄壁環狀結構，并且膨脹接頭140的外環側壁緊靠環狀絕緣環154的內環側壁設置。而且，膨脹接頭140的上端144借助銅焊接頭142與卡盤主體110焊接在一起，膨脹接頭140的下端146借助銅焊接頭143與安裝法蘭148焊接在一起，以對環狀絕緣環154與卡盤主體110之間的間隙和環狀絕緣環154與安裝法蘭148之間的間隙進行密封。此外，膨脹接頭140采用膨脹系數介于卡盤主體110和平臺組件130的膨脹系數的中間值的材料制作，以適應卡盤主體110和平臺組件130的熱膨脹的差異。

雖然上述靜電卡盤采用膨脹接頭140可以適應卡盤主體110和平臺組件130之間的熱膨脹的差異，但是，上述靜電卡盤在實際應用中存在以下問題，即：

由于膨脹接頭140無法單獨支撐卡盤主體110，因而必須借助絕緣環154支撐卡盤主體110，然而，由于加熱元件116產生的一部分熱量會向絕緣環154傳導，導致加熱元件16的熱量損耗增加，從而降低了靜電卡盤的加熱效率。而且，由于絕緣環154僅與卡盤主體110底部的邊緣區域接觸，導致卡盤主體110的邊緣區域的熱量損耗速率大于中心區域的熱量損耗速率，這使得卡盤主體110的溫度不均勻，從而使晶片的溫度不均勻，進而降低了加工的質量。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提出了一種靜電卡盤以及等離子體加工設備，其可以徹底解決卡盤的隔熱問題，從而可以提高靜電卡盤的加熱效率和加熱均勻性。