[發明專利]高溫靜電卡盤

有效

• 申請號: 201710569034.6
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN109256357B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 李新穎;李冰;趙夢欣
• 申請（專利權）人: 北京北方華創微電子裝備有限公司
• 主分類號: H01L21/687
• 分類號: H01L21/687
• 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;羅瑞芝

本發明屬于半導體加工技術領域，具體涉及一種高溫靜電卡盤。該高溫靜電卡盤，包括基座和設置于所述基座上方的卡盤主體，所述卡盤主體用于支撐晶片，所述卡盤主體的外側環繞設置有壓環和沉積環，所述壓環用于對所述卡盤主體進行限位，所述沉積環位于所述壓環的上方，所述壓環開設有豁口，所述沉積環和/或所述基座在對應所述豁口的區域設置有接觸腳，所述接觸腳使得所述沉積環與所述基座直接接觸。該高溫靜電卡盤，通過重新設計金屬基座、壓環和沉積環結構，采用壓環開設豁口、以及設置接觸腳的形式使沉積環直接接觸基座，避免壓環受熱膨脹將沉積環頂起，而造成的沉積環和晶片之間發生粘黏的現象。

技術領域

本發明屬于半導體加工技術領域，具體涉及一種高溫靜電卡盤。

背景技術

在集成電路的制備過程中，需要物理氣相沉積(以下簡稱PVD)設備完成沉積薄膜工藝，常用的技術是磁控濺射方式，典型的磁控濺射設備如圖1所示。反應腔體1內設置有高溫靜電卡盤(High Temperature Electrostatic Chuck，簡稱HESC)，濺射時直流電源會施加偏壓至靶材4，使其相對于接地的腔體成為負壓，以致氬氣放電而產生等離子體，負偏壓同時能將帶正電的氬離子吸引至靶材4。當氬離子的能量足夠高并在由旋轉的磁控管5形成的磁場作用下轟擊靶材4時，會使金屬原子逸出靶材表面，并通過擴散沉積在晶片10(Wafer)上。

如圖2所示，一種典型的高溫靜電卡盤由卡盤主體13和基座9組成。基座9內置加熱器，用來給卡盤主體13加熱，保證卡盤主體13在一個高于常溫的溫度下工作，并控制晶片10的溫度。卡盤主體13一般采用熱膨脹極小的陶瓷做成盤狀結構，卡盤主體13和基座9之間用粘接劑來粘接，但采用粘接劑在高溫工藝中會造成污染腔室的風險，故如圖3所示采用通過螺釘122和壓環12壓接的方式進行連接。壓環12(Clamp ring)內緣加工有一定彈性的薄片型壓爪121，壓爪121部分壓住卡盤主體13，用螺釘122將壓環12連接至基座9上，就形成了對卡盤主體13的固定。

因高溫靜電卡盤不易更換，為避免其在膜層鍍制過程中被污染，通常會其上方設置一個沉積環11(Dep-ring)，沉積環11的結構如圖4A和圖4B所示。沉積環11為陶瓷材質，底面是平面；并且，如圖5A所示，沉積環11直接落放在壓環12上。

同時，為保證晶片10與卡盤主體13良好的接觸，不會被沉積環11支起，晶片10與沉積環11之間需要具有合理的縫隙(參見圖5A中的d)。

現有技術中，高溫靜電卡盤的卡盤主體13厚度經過嚴格計算，尺寸固定，厚度很小，而且在厚度方向上需要設置沉積環11和壓環12兩個結構，這就要求壓接壓環12的螺釘122釘頭較薄，如圖5B(圖5B與圖5A的區別在于，圖5A未剖切到螺釘部分，圖5B剖切到螺釘部分)所示中螺釘122沉孔也需要盡可能做到最淺，即便如此為保證螺釘122的強度壓環12加工沉孔后剩余的厚度H也是一個極小的值(不足1mm)。

然而，在制膜工藝過程中需要加熱基座9將晶片10加溫，而壓環12為金屬材質，受熱后會膨脹，被螺釘122壓住的部分H較薄且不會移動，但螺釘122未壓住的邊緣金屬會產生變形，導致壓環12整體凸起，因為沉積環11直接落放在壓環12上，受熱變形凸起的壓環12就會將沉積環11頂起，此時圖5A中的縫隙d便會變小甚至消失，輕則沉積環11和晶片10之間發生粘黏，重則沉積環11將晶片10頂起脫離卡盤主體表面，晶片溫度失去控制，工藝失敗。

如何解決現有技術中的上述不足，成為目前亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明提供一種高溫靜電卡盤，通過對配套的壓環、沉積環和/或基座結構的改進，避免壓環將沉積環頂起導致沉積環和晶片之間發生粘黏。