CN103904014B - 静电卡盘和反应腔室 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种静电卡盘和反应腔室。该静电卡盘包括：静电卡盘组件、冷却件、支撑隔热件和密封隔热件，所述静电卡盘组件位于所述冷却件的上方，所述支撑隔热件设置于所述静电卡盘组件和所述冷却件之间，所述密封隔热件设置于所述静电卡盘组件和所述冷却件之间，且所述密封隔热件分别与所述静电卡盘组件和所述冷却件密封连接，所述密封隔热件位于所述支撑隔热件的外侧，所述密封隔热件和所述支撑隔热件之间形成有间隔空间，所述间隔空间用于引出引线。本发明的技术方案降低了静电卡盘内部引线引出的难度，且大大降低了加工的难度，降低了加工成本。

Description

静电卡盘和反应腔室
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种静电卡盘和反应腔室。
背景技术
在半导体加工领域，一般在真空反应腔室中，通过刻蚀(Etch)工艺或化学气相沉积(CVD)工艺将反应材料形成在晶片表面。在此过程中，可通过机械夹持装置或静电卡盘(ESC)将晶片固定在真空反应腔室内特定的工位上，工艺气体通过管路输送到真空反应腔室之中，同时真空反应腔室中射频电场(RF)将工艺气体增能为等离子状态。在半导体生产工艺中，卡盘可用于固定和支撑晶片，避免晶片在处理过程中出现移动或者错位现象。卡盘可包括机械卡盘、真空卡盘或静电卡盘等。静电卡盘采用静电引力来固定晶片，因此相对于机械卡盘和真空卡盘，其具有很多优势。静电卡盘减少了在使用机械卡盘时由于压力、碰撞等原因造成的晶片破损的问题，增大了晶片的有效加工面积，减少了晶片表面腐蚀物颗粒的沉积，并且该静电卡盘可以在真空工艺环境下工作。传统的静电卡盘的工作温度一般在100℃以内，随着半导体工艺进入32-22纳米技术带后，高K栅介质和金属栅电极MOS器件被引入IC生产工艺。为实现上述生产工艺，通常要求下电极的温度在200℃以上，这对传统的静电卡盘来说是难以达到的，因此需要可以在高温下工作的静电卡盘来实现上述工艺。
专利TW201027661A1公开了一种高温静电卡盘，图1为专利TW201027661A1中一种高温静电卡盘的结构示意图，图2为图1中凸起部分的结构示意图，如图1和图2所示，卡盘上部550A与卡盘下部550B通过凸起部分503处结合在一起，凸起部分503通过扩散连接方式与卡盘上部550A和卡盘下部550B连接,凸起部分503对卡盘上部550A起到支撑和密封的作用，同时热量从550A通过凸起部分503传递到卡盘下部550B，起到了阻热的作用。卡盘上部550A与卡盘下部550B之间形成间隙G，其尺寸范围从20微米到1000微米。
现有技术中至少存在如下技术问题：
加热线和加静电引力线等会从凸起部分503的中心孔中引出。为了解决加热时卡盘上部550A与卡盘下部550B由于热膨胀系数不同而引起的机械应力，凸起部分503的位置会尽量靠近卡盘中心，这会导致凸起部分503的中心孔较小，不利于卡盘上部550A内加热线和静电引力线等引线的引出。
发明内容
本发明提供一种静电卡盘和反应腔室。其能够有效解决静电卡盘在高温阶段的热膨胀和隔热问题，同时降低静电卡盘的加工难度，便于卡盘内部引线的引出。
为实现上述目的，本发明提供了一种静电卡盘，包括：静电卡盘组件、冷却件、支撑隔热件和密封隔热件，其中：
所述静电卡盘组件位于所述冷却件的上方，所述支撑隔热件设置于所述静电卡盘组件和所述冷却件之间，所述密封隔热件设置于所述静电卡盘组件和所述冷却件之间，且所述密封隔热件分别与所述静电卡盘组件和所述冷却件密封连接，所述密封隔热件位于所述支撑隔热件的外侧，所述密封隔热件和所述支撑隔热件之间形成有间隔空间，所述间隔空间用于引出引线。
可选地，所述密封隔热件为环形结构，所述支撑隔热件为环形结构。
可选地，所述密封隔热件为薄壁环形结构。
可选地，所述支撑隔热件与所述冷却件连接，所述支撑隔热件支撑所述静电卡盘组件。
可选地，所述支撑隔热件通过螺纹连接方式与所述冷却件连接。
可选地，所述密封隔热件与所述静电卡盘组件之间通过扩散连接方式连接，所述密封隔热件与所述冷却件之间通过扩散方式连接。
可选地，所述支撑隔热件位于所述静电卡盘组件的中间位置，所述密封隔热件位于所述静电卡盘组件的边缘位置。
可选地，所述冷却件上设置有通孔，所述通孔用于将所述间隔空间引出的引线导出。
可选地，所述静电卡盘组件和冷却件内设置有气体通道，通过通入导热气体来提高衬底温度的均匀性。
为实现上述目的，本发明提供了一种反应腔室，包括：腔体、上述静电卡盘和射频电源，所述静电卡盘位于所述腔体的内部，所述射频电源用于向所述腔体提供射频功率。
本发明具有以下有益效果：
1、采用本发明的高温静电卡盘，大大降低了加工的难度，降低了加工成本；
2、采用本发明的高温静电卡盘，增大了静电卡盘内部真空的范围，降低了静电卡盘内部电线电缆的引出难度。
附图说明
图1为专利TW201027661A1中一种高温静电卡盘的结构示意图；
图2为图1中凸起部分的结构示意图；
图3为本发明实施例一提供的一种静电卡盘的结构示意图；
图4为图3中支撑隔热件的结构示意图；
图5为图3中密封隔热件的结构示意图；
图6本发明实施例二提供的一种反应腔室的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的静电卡盘和反应腔室进行详细描述。
图3为本发明实施例一提供的一种静电卡盘的结构示意图，图4为图3中支撑隔热件的结构示意图，图5为图3中密封隔热件的结构示意图，如图3、图4和图5所示，该静电卡盘包括：静电卡盘组件1、冷却件2、支撑隔热件3和密封隔热件4，静电卡盘组件1位于冷却件2的上方，支撑隔热件3设置于静电卡盘组件1和冷却件2之间，密封隔热件4设置于静电卡盘组件1和冷却件2之间，且密封隔热件4分别与静电卡盘组件1和冷却件2密封连接，密封隔热件4位于支撑隔热件3的外侧，密封隔热件4和支撑隔热件3之间形成有间隔空间5，间隔空间5用于引出引线。
本实施例中，静电卡盘组件1包括：主体结构6和位于主体结构6内部的电极7和加热部件8。主体结构6的材料为陶瓷，优选为氧化铝陶瓷或者氮化铝陶瓷。电极7和加热部件8是通过印刷方式制成的。优选地，电极7的材料为Mo或者W，加热部件8的材料为Mo。电极7用于在通电时产生静电引力，该静电引力可使衬底被吸附于主体结构6上，从而实现对衬底(图中未示出)的夹持。加热部件8用于对主体结构6进行加热，加热温度可以为200℃至450℃。由于主体结构6具有良好的导热率，因此热量可以通过主体结构传递至衬底，从而达到对衬底加热的目的。进一步地，静电卡盘组件1内还设置有气体通道9，气体通道9用于通入导热气体，该导热气体可提高衬底温度的均匀性，其中，导热气体采用惰性气体，例如：氦气或者氩气。
本实施例中，优选地，支撑隔热件3为环形结构。支撑隔热件3通常采用热导率低的材料制成，例如：不锈钢材料。支撑隔热件3支撑静电卡盘组件1，换言之，支撑隔热件3与静电卡盘组件1之间无连接关系，静电卡盘组件1仅需放置于支撑隔热件3上，支撑隔热件3对静电卡盘组件1起到支撑作用。在保证能够实现对静电卡盘组件1支撑的基础上，该支撑隔热件3的厚度可设置为较小值，从而可以对静电卡盘组件产生的且自上向下传递的热量起到阻热的作用。支撑隔热件3与冷却件2连接。优选地，支撑隔热件3可通过螺纹连接方式与冷却件2连接。如图4所示，支撑隔热件3上设置有螺纹结构10，相应地，冷却件2上设置有与螺纹结构10相匹配的螺孔结构。则支撑隔热件3通过螺纹结构10和螺孔结构的相配合安装于冷却件2上，从而实现了支撑隔热件3与冷却件2的连接，该连接方式便于支撑隔热件3与冷却件2之间的安装与拆卸。可选地，在实际应用中，支撑隔热件3与冷却件2之间还可以采用其他连接方式连接，此处不再一一列举。
本实施例中，如图5所示，密封隔热件4为环形结构。密封隔热件4与静电卡盘组件1之间通过扩散连接方式连接，密封隔热件4与冷却件2之间通过扩散方式连接，保证了密封隔热件4内部的真空，从而实现了对静电卡盘的密封。在实际应用中，可选地，密封隔热件4与静电卡盘组件1之间还可以采用螺钉加C型密封圈的连接方式连接，密封隔热件4与冷却件2之间还可以采用螺钉加C型密封圈的连接方式连接。由于支撑隔热件3保证了对静电卡盘组件1的支撑，因此密封隔热件4可以为薄壁环形结构，即：密封隔热件4的壁厚可根据需要取较小值。采用薄壁环形结构可对静电卡盘组件产生的且自上向下传递的热量起到阻热的作用。
本实施例中，优选地支撑隔热件3位于静电卡盘组件1的中间位置，密封隔热件4位于静电卡盘组件1的边缘位置。密封隔热件4位于静电卡盘组件1的边缘位置，可以降低加工难度。且支撑隔热件3和密封隔热件4之间形成的间隔空间5为真空且较大，因此引线无需从支撑隔热件3的中心孔中引出，而是从间隔空间5中引出，从而便于静电卡盘内部引线的引出。例如：引线可包括：加热线和/或静电引力线。
可选地，冷却件2上设置有通孔(图中未具体画出)，通孔用于将间隔空间5引出的引线导出。通孔的数量和形状可根据需要进行设定。
进一步地，冷却件2上设置有气体通道11，气体通道11用于通入导热气体，该导热气体可提高衬底温度的均匀性，其中，导热气体采用惰性气体，例如：氦气或者氩气。
进一步地，冷却件2上设置有冷却沟道12，冷却沟道12用于通入冷却液体，从而阻止静电卡盘产生的热量向下传递。
本实施例给提供的静电卡盘包括：静电卡盘组件、冷却件、支撑隔热件和密封隔热件，支撑隔热件和密封隔热件位于静电卡盘组件和冷却件之间，密封隔热件位于支撑隔热件的外侧且密封隔热件和支撑隔热件之间形成有间隔空间，该间隔空间用于引出引线，避免了引线从支撑隔热件较小的中心孔引出，从而降低了静电卡盘内部引线引出的难度。采用本发明的静电卡盘，大大降低了加工的难度，降低了加工成本。本发明有效解决了静电卡盘在高温阶段的热膨胀和隔热问题。
图6本发明实施例二提供的一种反应腔室的结构示意图，如图6所示，该反应腔室包括：腔体、静电卡盘和射频电源。静电卡盘位于腔体的内部，射频电源用于向腔体提供射频电源。其中，对静电卡盘的描述可参见上述实施例一中的描述，此处不再赘述。
可选地，反应腔室还包括：聚焦环13。聚焦环13位于静电卡盘组件1的外侧。聚焦环13用于将等离子体聚集于主体结构6上吸附的衬底上方。
可选地，反应腔室还包括：基环14。基环14位于聚焦环13的下方，且位于静电卡盘组件1和冷却件2的外侧。基环14用于支撑聚焦环13。
可选地，反应腔室还包括：绝缘组件15。绝缘组件15位于基环14的下方。可选地，反应腔室还包括：支撑组件16。支撑组件16位于绝缘组件15的下方。绝缘组件15用于将静电卡盘与支撑组件16隔离，对静电卡盘和支撑组件16起到绝缘作用。支撑组件16用于支撑位于其上方的各部件，且支撑部件16还可用于放置从静电卡盘中引出的引线等。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种静电卡盘，其特征在于，包括：静电卡盘组件、冷却件、支撑隔热件和密封隔热件，其中：
所述静电卡盘组件位于所述冷却件的上方，所述支撑隔热件设置于所述静电卡盘组件和所述冷却件之间，所述密封隔热件设置于所述静电卡盘组件和所述冷却件之间，且所述密封隔热件分别与所述静电卡盘组件和所述冷却件密封连接，所述密封隔热件位于所述支撑隔热件的外侧，所述密封隔热件和所述支撑隔热件之间形成有间隔空间，所述间隔空间用于引出引线，所述密封隔热件为环形结构，所述支撑隔热件为环形结构。
2.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述支撑隔热件与所述冷却件连接，所述支撑隔热件支撑所述静电卡盘组件。
3.根据权利要求2所述的静电卡盘，其特征在于，所述支撑隔热件通过螺纹连接方式与所述冷却件连接。
4.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述密封隔热件与所述静电卡盘组件之间通过扩散连接方式连接，所述密封隔热件与所述冷却件之间通过扩散方式连接。
5.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述支撑隔热件位于所述静电卡盘组件的中间位置，所述密封隔热件位于所述静电卡盘组件的边缘位置。
6.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述冷却件上设置有通孔，所述通孔用于将所述间隔空间引出的引线导出。
7.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述静电卡盘组件和冷却件内设置有气体通道，通过通入导热气体来提高衬底温度的均匀性。
8.一种反应腔室，其特征在于，包括：腔体、静电卡盘和射频电源，所述静电卡盘位于所述腔体的内部，所述射频电源用于向所述腔体提供射频功率；
所述静电卡盘采用权利要求1-7任意一项所述的静电卡盘。
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