CN103633003B - 一种静电卡盘 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种静电卡盘，用于等离子体处理装置中固定待加工件，其包括：第一绝缘层；电极，位于所述第一绝缘层之中，用于连接一可控直流电源以产生静电力吸附待加工件；第二绝缘层，位于所述第一绝缘层的下方；加热器，设置于所述第二绝缘层内，所述加热器产生的热量加热所述待加工件；基体，位于所述第二绝缘层的下方，用于支撑所述第一绝缘层以及第二绝缘层，所述基体至少包括一冷却液流道，用于注入冷却液对静电卡盘进行冷却；其中，所述基体还包括：一阻热单元，所述阻热单元设置于所述冷却液流道的上部且其上表面与所述第二绝缘层的下表面相贴，所述阻热单元用于降低所述加热器所产生的热量向所述冷却液流道传递的速度。

Description

一种静电卡盘
技术领域
本发明涉及半导体制程设备，具体地，涉及用于固定被实施等离子体处理的待加工件的静电卡盘以及具有该静电卡盘的等离子体处理装置。
背景技术
在半导体设备的制造过程中，例如蚀刻、沉积、氧化、溅射等处理过程中，通常会利用等离子体对待加工件(晶片)进行处理。一般地，对于等离子体处理装置来说，作为生成等离子体的方式，大体上可分为利用电晕(glow)放电或者高频放电，和利用微波等方式。
例如，在高频放电方式的等离子体处理装置中，待加工件被置于静电卡盘之上，所述静电卡盘通过静电力来固定所述待加工件。现有的静电卡盘通常包括第一绝缘层和基体，第一绝缘层中设置有直流电极，由该直流电极对晶片施加静电力。
在对待加工件进行等离子化处理的过程中，静电卡盘需要在纵向上向待加工件传递热量，以提高晶片蚀刻的均匀性，为此目前的等离子体加工处理过程中会在陶瓷材料的第一绝缘层的下方添加第二绝缘层，在第二绝缘层中设置加热丝等进行加热。第一绝缘层与第二绝缘层之间通过硅胶粘结在一起。
基体中通常包括多个冷却液流道，用于注入冷却液对静电卡盘进行冷却。
然而，在加热晶片的过程中，由于基体通常由铝制成，其热传导率较高，第二绝缘层散发的热量被冷却液流道中的冷却液带走，从而使第一绝缘层以及晶片不能快速升温，影响等离子体处理的工艺效果。
因此，研究人员期望研发处一种静电卡盘结构，其能减少加热丝产生的热量向基体传导，降低热量被冷却液带走的速度，从而使固定于第一绝缘层上方的晶片快速升温。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种一种静电卡盘。
根据本发明的一个方面，提供一种静电卡盘，用于等离子体处理装置中固定待加工件，其包括：第一绝缘层，用于承载所述待加工件；电极，位于所述第一绝缘层之中，用于连接一可控直流电源以产生静电力吸附待加工件；第二绝缘层，位于所述第一绝缘层的下方；加热器，设置于所述第二绝缘层内，所述加热器产生的热量能够通过所述第二绝缘层传递至所述第一绝缘层来加热所述待加工件；基体，位于所述第二绝缘层的下方，用于支撑所述第一绝缘层以及第二绝缘层，所述基体至少包括一冷却液流道，用于注入冷却液对静电卡盘进行冷却；其特征在于，所述基体还包括：一阻热单元，所述阻热单元设置于所述冷却液流道的上部且其上表面与所述第二绝缘层的下表面相贴，所述阻热单元用于降低所述加热器所产生的热量向所述冷却液流道传递的速度。
优选地，所述阻热单元包括第一阻热层，所述第一阻热层由钛或钛合金材料制成，所述第一阻热层贴于所述第二绝缘层的下方。
优选地，所述阻热单元还包括第二阻热层，所述第二阻热层由钛或钛合金材料或铝材料制成，所述第二阻热层贴于所述第一阻热层的下方。
优选地，其包括：隔离粘结层，所述隔离粘结层由伸缩性材料制成，其设置于所述第一绝缘层与所述第二绝缘层之间。
优选地，所述隔离粘结层的厚度小于0.3mm。
优选地，所述第一绝缘层由陶瓷材料制成。
优选地，所述加热器由一根或多根加热丝组成，所述一根或多根电加热丝均匀布置于所述包裹层中。
优选地，所述加热器为一块加热板，所述加热板的尺寸小于所述包裹层尺寸，其嵌于所述包裹层中并向所述包裹层均匀地传递热量。
优选地，所述第二绝缘层由氧化铝材料制成，防止所述加热器中的交流电流流向所述基体。
优选地，所述第一绝缘层由陶瓷材料制成。
优选地，所述冷却液流道还连接一冷却装置，所述冷却装置向所述腔体提供冷却液，以降低所述基体的温度。
根据本发明的另一个方面，还提供一种用于对待加工件进行等离子体处理的等离子体处理装置，其包括：对待加工件进行等离子体处理工艺的反应腔室；其特征在于，还包括：置于所述反应腔室内部、用于固定待加工件的静电卡盘。
本发明通过提供一种静电卡盘，所述静电卡盘的基体包括阻热单元，所述阻热单元由一个或多个阻热层组成，所述一个或多个阻热层由钛或钛合金材料制成，通过钛的阻热系数较大，从而降低加热丝产生的热量被冷却液带走的速度，使固定于第一绝缘层上方的晶片快速升温。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出根据本发明的第一实施例的静电卡盘的纵截面结构示意图；
图2示出根据本发明的第二实施例的静电卡盘的纵截面结构示意图；以及
图3示出根据本发明的第三实施例的静电卡盘的纵截面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术内容进行进一步地说明：
图1示出了根据本发明的第一实施例的静电卡盘的纵截面结构示意图。具体地，在图1所示实施例中，所述静电卡盘用于等离子体处理装置中固定待加工件，其包括用于承载待加工件的第一绝缘层1、位于所述第一绝缘层之中的电极2、位于第一绝缘层下方的第二绝缘层3、设置于第二绝缘层中的加热器4、用于支撑第一绝缘层和第二绝缘层的基体5。
更具体地，所述第一绝缘层1用于承载待加工件，所述第一绝缘层1位于所述第二绝缘层3的上方，所述第一绝缘层1的下表面与所述第二绝缘层3的上表面相贴。优选地，所述第一绝缘层1由陶瓷材料制成，且所述第一绝缘层1的横截面为圆形。
所述电极2位于所述第一绝缘层之中，其用于连接一可控直流电源7以产生静电力吸附待加工件。更具体地，所述电极2嵌入所述第一绝缘层1之中。在一个实施例中，所述电极2由钨材料制成，其设置于所述第一绝缘层1的中心，且所述电极2的横截面面积小于所述第一绝缘层1的横截面面积。
所述第二绝缘层3位于所述第一绝缘层1和所述基体5之间，所述第二绝缘层3的上表面与所述第一绝缘层1的下表面相贴，所述第二绝缘层3的下表面与所述基体5的上表面相贴。所述第二绝缘层3内部还包括一加热器4，所述加热器4产生的热量能够通过所述第二绝缘层3传递至所述第一绝缘层1来加热所述待加工件。优选地，在本实施例中，所述第二绝缘层3的横截面为圆形，其横截面面积与所述第一绝缘层1相一致。所述第二绝缘层3由氧化铝材料制成，所述第二绝缘层3起电绝缘的作用，以防止所述加热器4中的交流电流向所述基体5。
进一步地，所述加热器4嵌入所述第二绝缘层3之中，其连接一交流电源6，通过电加热使所述加热器4释放热量。更具体地，在本实施例中，优选地，所述加热器4为一根加热丝，所述加热丝呈螺旋形均匀布置于所述第二绝缘层3之中，对外释放热量。而在一个变化例中，所述加热丝也可以由多根加热丝组成，所述多根加热丝呈多个等间距的同心圆，分布于所述第二绝缘层3之中。更进一步地，在另一个变化例中，所述加热器4也可以是一块加热板，所述加热板的形状尺寸与所述第二绝缘层3相适应，其嵌入所述第二绝缘层3中纵向对第二绝缘层3传递热量。本领域技术人员理解，这些变化例均可以结合图1所示实施例予以实现，其并不影响本发明的实质内容，此处不予赘述。
所述基体5位于所述第二绝缘层3的下方，用于支撑所述第一绝缘层1以及第二绝缘层3。具体地，所述基体5优选地由铝制成，其横截面呈圆形。更具体地，所述基体5包括至少一个冷却液流道51，所述冷却液流道51用于注入冷却液对所述静电卡盘进行冷却。所述冷却液流道51设置于所述基体5的内部，可以理解的是，所述冷却液流道51还连接一冷却装置(图1中未示出)，所述冷却装置向所述冷却液流道51提供冷却液，所述冷却液流道51则容纳冷却介质，以降低所述基体5的温度。
更进一步地，所述基体5还包括一阻热单元，所述阻热单元设置于所述冷却液流道51的上部且与所述第二绝缘层3相贴，所述阻热单元用于降低所述加热器4所产生的热量向所述冷却液流道51传递的速度，以加快所述第二绝缘层3升温的速度。
更为具体地，所述阻热单元由第一阻热层521构成，所述第一阻热层521由钛或钛合金材料制成，所述第一阻热层521处于所述基体5的顶部，其贴于所述第二绝缘层3的下方。由于所述第一阻热层521由钛制成，钛的传热系数较低，使所述第一阻热层521下方的冷却液流道51带走所述第二绝缘层3中加热器4释放的热量的速度降低，从而所述加热器4释放的热量能够更多的积聚于所述第二绝缘层3以及所述第二绝缘层3上方的所述第一绝缘层1，使固定于所述第一绝缘层1上方的待加工件迅速升温。
图2示出了根据本发明的第二实施例的静电卡盘的纵截面结构示意图。具体地，所述基体5置于所述第二绝缘层3的下方.，所述基体5包括阻热单元，与第一实施例不同之处在于：在图2所示的第二实施例中，所述阻热单元由第一阻热层521以及第二阻热层522构成。其中，所述第一阻热层521位于所述第二阻热层522的上方，所述第一阻热层521贴于所述第二绝缘层2的下方，所述第一阻热层521和所述第二阻热层522均位于所述冷却液流道51的上方。
更具体地，在图2所示实施例中，所述第一阻热层521由钛或钛合金材料制成，所述第二阻热层522由钛或铝材料中的任一种制成。当所述第二阻热层522由和第一阻热层521相同的钛或钛合金材料制成时，所述第一阻热层521与所述第二阻热层522可以理解为一个整体，相比第一实施例中所述阻热单元仅由所述第一阻热层521构成时，所述阻热单元的厚度增加了，从而更有效地降低所述加热器4所产生的热量向所述冷却液流道11传递的速度，增强了所述阻热单元的作用效果。
进一步地，在一些变化例中，所述阻热单元还可以包括更多阻热层，例如增加第三阻热层，所述第三阻热层的置于所述第二阻热层522的下方，其同样可以由钛或铝材料中的任一种制成，通过增加多层相同或不同材料的阻热层使所述阻热单元的阻热效果增加，本领域技术人员理解，这些变化例均可以结合图2所示实施例予以实现，此处不予赘述。
图3示出了根据本发明的第三实施例的静电卡盘的纵截面结构示意图。具体地，在图3所示实施例中，所述第二绝缘层3置于所述基体5之上，支撑所述第二绝缘层3以及所述第一绝缘层1。所述第一绝缘层1位于所述第二绝缘层3的上方，其中所述第一绝缘层1用于固定待加工件。所述电极2嵌入于所述第一绝缘层1之中。所述基体5包括阻热单元，所述阻热单元由第一阻热层521组成，所述第一阻热层521贴于所述第二绝缘层3的下方。
更具体地，与第一实施例不同之处在于：所述第一绝缘层1与所述第二绝缘层3之间还设有一隔离粘结层8。所述隔离粘结层8由伸缩性材料制成，优选地，所述隔离粘结层8由硅胶制成，其厚度小于0.3mm，用于适应所述第一绝缘层1与所述第二绝缘层3之间不同幅度的热膨胀，并且所述隔离粘结层8还起到粘结所述第一绝缘层1与所述第二粘结层3的作用。
更为具体地，结合上述图1至图3所示实施例，本领域技术人员理解，本发明的静电卡盘的基体增加一阻热单元，该阻热单元的优选地使用钛材料制成。由于ΔT＝q/G，G＝k/d，其中ΔT为温度梯度，q为热流密度(热流强度)即单位时间内通过等温面上单位面积的热量，G为热导率，k为材料导热系数，d为所述冷却液流道至所述第二绝缘层下表面的距离，并且钛材料的k值为22W/(m·K)相较于其他材料的导热系数如铝材料的k值为170W/(m·K)要小很多，因此采用钛材料可以使所述阻热单元的阻热能力加强，并且根据公式G＝k/d可知，所述冷却液流道至所述第二绝缘层下表面的距离与热导率呈反比，因此增加所述阻热单元的厚度也可使所述阻热单元的阻热能力加强。由于所述阻热单元的能力加强，从而使热量更多地集中在所述第二绝缘层不易流向所述冷却液流道，因此所述第二绝缘层的热量也可以快速上升，以达到本发明所需的目的。
本发明的静电卡盘可以应用于用于对待加工件进行等离子体处理工艺的等离子体处理装置，所述等离子体处理装置包括一反应腔室和本发明第一实施例或第二实施例的静电卡盘。等离子体处理工艺在反应腔室中进行，待加工件被吸附固定于静电卡盘之上，一起置于反应腔室中。
所述等离子体处理装置通过使静电卡盘的基体增加一阻热单元，使加热器释放的热量被冷却液流道带走的速度变慢，热量能够积聚于第二绝缘层以及第一绝缘层中，使待加工件的升温加快，从而等离子体处理工艺效果得到了提高。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种静电卡盘，用于等离子体处理装置中固定待加工件，其包括：
第一绝缘层，用于承载所述待加工件；
电极，位于所述第一绝缘层之中，用于连接一可控直流电源以产生静电力吸附待加工件；
第二绝缘层，位于所述第一绝缘层的下方；
加热器，设置于所述第二绝缘层内，所述加热器产生的热量能够通过所述第二绝缘层传递至所述第一绝缘层来加热所述待加工件；
基体，位于所述第二绝缘层的下方，用于支撑所述第一绝缘层以及第二绝缘层，所述基体至少包括一冷却液流道，用于注入冷却液对静电卡盘进行冷却；
其特征在于，所述基体还包括：
一阻热单元，所述阻热单元设置于所述冷却液流道的上部且其上表面与所述第二绝缘层的下表面相贴，所述阻热单元用于降低所述加热器所产生的热量向所述冷却液流道传递的速度；
其中，所述阻热单元包括第一阻热层，所述第一阻热层由钛或钛合金材料制成，所述第一阻热层贴于所述第二绝缘层的下方。
2.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述阻热单元还包括第二阻热层，所述第二阻热层由钛或钛合金材料或铝材料制成，所述第二阻热层贴于所述第一阻热层的下方。
3.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，其包括：
隔离粘结层，所述隔离粘结层由伸缩性材料制成，其设置于所述第一绝缘层与所述第二绝缘层之间。
4.根据权利要求3所述的静电卡盘，其特征在于，所述隔离粘结层的厚度小于0.3mm。
5.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述第一绝缘层由陶瓷材料制成。
6.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述加热器由一根或多根加热丝组成，所述一根或多根电加热丝均匀布置于一包裹层中。
7.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述加热器为一块加热板，所述加热板的尺寸小于一包裹层尺寸，其嵌于所述包裹层中并向所述包裹层均匀地传递热量。
8.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述第二绝缘层由氧化铝材料制成，防止所述加热器中的交流电流流向所述基体。
9.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述冷却液流道还连接一冷却装置，所述冷却装置向所述冷却液流道提供冷却液，以降低所述基体的温度。
10.一种用于对待加工件进行等离子体处理的等离子体处理装置，其包括：
对待加工件进行等离子体处理工艺的反应腔室；
其特征在于，还包括：
置于所述反应腔室内部，用于固定待加工件的根据权利要求1至9中任一项所述的静电卡盘。
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