CN107768300B - 卡盘、反应腔室及半导体加工设备 - Google Patents

卡盘、反应腔室及半导体加工设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种卡盘、反应腔室及半导体加工设备。本发明的卡盘包括本体和基体，该本体包括第一承载面和环绕在第一承载面外周的第二承载面，第一承载面用于承载晶片的中心区域，第二承载面用于承载晶片的边缘区域，其中，第一承载面具有第一粗糙度，第一粗糙度能够在保证位于第一承载面与晶片之间的气体均匀分布的前提下，增大晶片与第一承载面之间的接触面积。本发明的反应腔室包括本发明的卡盘。本发明的半导体加工设备包括本发明的反应腔室。本发明提供的卡盘，可以提高晶片向卡盘进行热传导的效率，避免因晶片表面升温过快而造成的损坏。

Description

卡盘、反应腔室及半导体加工设备
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种卡盘、反应腔室及半导体加工设备。
背景技术
静电卡盘(Electro Static Chuck，简称ESC)广泛的应用于集成电路的制造工艺过程中，特别是等离子体刻蚀(ETCH)、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)等工艺，都需要ESC在反应腔室内固定晶片、为晶片提供直流偏压，以及对晶片表面进行迅速冷却，以使晶片表面在工艺中产生的高温能够得到有效控制。
图1为现有的静电卡盘的局部剖视图。请参阅图1，静电卡盘包括绝缘层1和用于支撑该绝缘层1的铝基座4，其中，绝缘层1的上表面采用陶瓷材料或陶瓷喷涂的方式加工制造，用以承载晶片2。在绝缘层1内部嵌有直流电极(图中未示出)，电导通后能够使绝缘层1与晶片2产生静电吸附力。而且，在绝缘层1内设置有冷却通道3，用以将冷却气体输送至绝缘层1与晶片2之间，以对晶片进行冷却。在铝基座4的内部设有冷却水道41，通过向该冷却水道41中通入冷却水来冷却绝缘层1。
图2为现有的静电卡盘的俯视图。请参阅图2，在绝缘层1的上表面设置有环形凸台10和多个凸点11。其中，环形凸台10环绕设置在绝缘层1的边缘处，用以对晶片2的边缘进行密封。多个凸点11均位于环形凸台10的内侧，且均匀分布，并且凸点11的上表面与环形凸台10的上表面均与晶片2相接触，用以共同支撑晶片2。
上述静电卡盘在实际应用中不可避免地存在以下问题：
绝缘层1与晶片2之间的热量传递主要依靠多个凸点11与晶片2的下表面相接触，以及绝缘层1与晶片2之间的冷却气体，但是，由于凸点11与晶片2的下表面之间属于点接触，接触面积有限，无法满足晶片快速冷却的需求，尤其当进行高温工艺时，晶片的表面温度快速上升，造成晶片出现高温损坏。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种卡盘、反应腔室及半导体加工设备。本发明的卡盘可以提高晶片向卡盘进行热传导的效率，从而可以避免因晶片表面升温过快，造成晶片出现的高温损坏。
为实现本发明的目的而提供一种卡盘，包括本体和基体，所述本体包括第一承载面和环绕在所述第一承载面外周的第二承载面，所述第一承载面用于承载晶片的中心区域，所述第二承载面用于承载晶片的边缘区域，其中，所述第一承载面具有第一粗糙度，所述第一粗糙度能够在保证位于所述第一承载面与晶片之间的气体均匀分布的前提下，增大晶片与所述第一承载面之间的接触面积。
优选的，所述第一粗糙度为0.6-0.8um。
优选的，所述第二承载面具有第二粗糙度，所述第二粗糙度能使所述第二承载面与晶片紧密接触，从而密封所述第一承载面与晶片之间的气体。
优选的，所述第二粗糙度小于或等于0.4um。
优选的，所述第一粗糙度大于所述第二粗糙度。
优选的，在所述本体中设置有至少两个气体通道，用以向所述第一承载面与晶片之间通入气体。
优选的，每个所述气体通道为环形通道，且至少两个所述环形通道为同心环。
优选的，所述环形通道包括：圆环形通道、椭圆环形通道和/或不规则环状通道。
优选的，在至少两个所述环形通道中，最外环的所述环形通道位于所述第一承载面的边缘处。
优选的，所述圆环形通道以所述第一承载面的中心为圆心。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种反应腔室，该反应腔室包括本发明提供的上述卡盘。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种反半导体加工设备，该半导体加工设备包括本发明提供的上述反应腔室。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的卡盘，其本体包括第一承载面和环绕在该第一承载面外周的第二承载面，第一承载面和第二承载面用于分别承载晶片的中心区域和边缘区域。该第一承载面具有第一粗糙度，该第一粗糙度能够在保证位于第一承载面与晶片之间的气体均匀分布的前提下，增大晶片与承载面之间的接触面积，从而可以提高晶片向卡盘的绝缘层5进行热传导的效率，改善对晶片的冷却效果，从而不仅可以改善常规晶片控温冷却的工艺效果，而且可以解决新型晶片(如系统集成晶片SOG)在高温工艺时，晶片温度快速升高的问题，从而避免晶片高温损坏。
本发明提供的反应腔室，其通过采用本发明提供的上述卡盘，不仅可以改善常规晶片控温冷却的工艺效果，而且可以解决新型晶片在进行高温工艺时，晶片温度快速升高的问题，从而避免晶片高温损坏。
本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的反应腔室，不仅可以改善常规晶片控温冷却的工艺效果，而且可以避免新型晶片在进行高温工艺时，因晶片表面升温过快，造成晶片出现高温损坏。
附图说明
图1为现有的静电卡盘的局部剖视图；
图2为现有的静电卡盘的俯视图；
图3为本发明实施例提供的卡盘的剖视图；
图4为图3中I区域的放大图；
图5为本发明实施例采用的本体的俯视图；
其中，附图标记为：绝缘层1、晶片2、冷却通道3、铝基座4、冷却水道41、环形凸台10、凸点11、绝缘层5、基体7、气体分布板9、第一承载面51、第二承载面52、晶片6、第一气体通道81、第二气体通道82、中间区域511和中心区域512。
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，下面结合附图来对本发明提供的卡盘、反应腔室及半导体加工设备进行详细描述。
图3为本发明实施例提供的卡盘的剖视图。图4为图3中I区域的放大图。请一并参阅图3和图4，卡盘包括本体和基体7，其中，该本体包括第一承载面51和环绕在该第一承载面51外周的第二承载面52，第一承载面51用于承载晶片6的中心区域，第二承载面52用于承载晶片6的边缘区域。其中，第一承载面51为具有第一粗糙度，该第一粗糙度能够在保证位于第一承载面51与晶片6之间的气体均匀分布的前提下，增大晶片6与第一承载面51之间的接触面积。该气体被输送至第一承载面51与晶片6之间，以增加二者之间的热量传递。气体可以采用惰性气体，例如氦气。
进一步说，上述第一粗糙度能够使第一承载面51与晶片6之间存在间隙，该间隙能够使气体在该间隙中形成对流，从而实现气体的均匀分布，进而可以提高晶片6向气体的散热效率。同时，第一承载面51与晶片6的下表面之间仍然属于面接触，保证了二者之间的接触面积，从而可以提高晶片向卡盘进行热传导的效率，改善对晶片的冷却效果，进而不仅可以改善常规晶片控温冷却的工艺效果，而且可以避免新型晶片(如系统集成晶片SOG)在进行高温工艺时，因晶片表面升温过快，造成晶片出现高温损坏。
优选的，上述第一粗糙度的取值范围在0.6-0.8um。在该取值范围内，第一承载面51与晶片6之间的接触面积最大，从而可以提高晶片向第一承载面进行热传导的效率。这里，粗糙度即为本体相应表面的表面粗糙度，表面粗糙度越小，则表面越光滑。
优选的，第二承载面52具有第二粗糙度，该第二粗糙度能使第二承载面52与晶片6紧密接触，从而密封第一承载面51与晶片6之间的气体，进而可以避免气体泄漏。优选的，第二粗糙度小于或者等于0.4um。在该取值范围内，对气体的密封效果较好。
可选的，第一粗糙度大于第二粗糙度。第一粗糙度高于第二粗糙度，使第一承载面更有利于晶片向第一承载面进行热传导，第二承载面与晶片在进行静电吸附时能进行更紧密的接触，密封第一承载面和晶片之间的气体。
可选的，图5为本发明实施例采用的本体的俯视图。请参阅图5，在本体中设置有两个气体通道，分别为第一气体通道81和第二气体通道82，用以向第一承载面51与晶片6之间通入上述气体。在本实施例中，第一气体通道81和第二气体通道82均为环形通道，且为同心环。通过采用环形的气体通道，可以使气体在第一承载面51与晶片6之间分布得更加均匀，从而可以进一步提高晶片向气体的散热效率。
优选的，最外环的环形通道，即，第二气体通道82位于第一承载面51与第二承载面52的边缘处，从而能够提高晶片6的边缘区域向气体的散热效率。
另外，通过使第二气体通道82位于第一承载面51的边缘处，第一承载面51所在区域即为位于第二气体通道82内侧的区域，该区域被第一气体通道81进一步划分为中间区域511和中心区域512。在实际应用中，可以根据具体情况将中间区域511和中心区域512的第一粗糙度设计为相同的或者不同的。
进一步优选的，上述环形通道为圆环形通道，且以第一承载面51的中心为圆心。这样可以使气体在第一承载面51与晶片6之间分布得更加均匀，从而可以进一步提高晶片6向气体的散热效率。
需要说明的是，在本实施例中，在本体中设置有两个气体通道，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，气体通道的数量还可以为三个以上。此外，气体通道的形状并不局限于本实施例采用的圆环形通道，其还可以采用诸如椭圆环形通道和/或不规则环状通道等的其他任意形状的环形通道。
可选的，上述卡盘为静电卡盘。具体地，如图3所示，本体包括绝缘层5和气体分布板9，其中，绝缘层5采用绝缘材料制作，例如陶瓷，上述第一承载面51和第二承载面52即为该绝缘层5的表面。并且，在该绝缘层5内设置有直流电极(图中未示出)，通过向该直流电极通入直流电，使直流电极与晶片6产生静电吸附力，从而实现对晶片6的固定。气体分布板9设置在绝缘层5的底部，优选的，上述气体通道设置在该气体分布板9中，且呈槽状。并且，在绝缘层5中均匀分布有多个进气孔(图中未示出)，以提高气体在绝缘层5中的分布均匀性。气体依次经由上述气体通道和进气孔流入第一承载面51与晶片6之间。
基体7采用金属材料制作，例如铝，用于支撑和冷却绝缘层5。具体地，在基体7内设置有冷却水道71，通过向冷却水道71中通入冷却水，来冷却绝缘层5，从而间接带走由晶片6产生的热量。
作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种反应腔室，在该反应腔室内设置有卡盘，用于承载晶片，该卡盘采用了本发明实施例提供的上述卡盘。
本发明实施例提供的反应腔室，其通过采用本发明实施例提供的上述卡盘，不仅可以改善常规晶片的控温冷却的工艺效果，而且可以避免新型晶片(如系统集成晶片SOG)在进行高温工艺时，因晶片表面升温过快，造成晶片出现高温损坏。
作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，该反应腔室采用本发明实施例提供的上述反应腔室。
本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的反应腔室，不仅可以改善常规晶片的控温冷却的工艺效果，而且可以避免新型晶片(如系统集成晶片SOG)在进行高温工艺时，因晶片表面升温过快，造成晶片出现高温损坏。
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 (11)

1.一种卡盘，包括本体和基体，其特征在于，所述本体包括第一承载面和环绕在所述第一承载面外周的第二承载面，所述第一承载面用于承载晶片的中心区域，所述第二承载面用于承载晶片的边缘区域，所述第一承载面和所述第二承载面位于同一水平面内；
其中，所述第一承载面具有第一粗糙度，所述第一粗糙度能够在保证位于所述第一承载面与晶片之间的气体均匀分布的前提下，增大晶片与所述第一承载面之间的接触面积，并且，
在所述本体中设置有至少两个气体通道，用以向所述第一承载面与晶片之间通入气体；所述第一承载面被其中一个所述气体通道划分为中间区域和中心区域，所述中间区域和所述中心区域的所述第一粗糙度不同。
2.根据权利要求1所述的卡盘，其特征在于，所述第一粗糙度为0.6-0.8um。
3.根据权利要求1所述的卡盘，其特征在于，所述第二承载面具有第二粗糙度，所述第二粗糙度能使所述第二承载面与晶片紧密接触，从而密封所述第一承载面与晶片之间的气体。
4.根据权利要求3所述的卡盘，其特征在于，所述第二粗糙度小于或等于0.4um。
5.根据权利要求3所述的卡盘，其特征在于，所述第一粗糙度大于所述第二粗糙度。
6.根据权利要求1所述的卡盘，其特征在于，每个所述气体通道为环形通道，且至少两个所述环形通道为同心环。
7.根据权利要求6所述的卡盘，其特征在于，所述环形通道包括：圆环形通道、椭圆环形通道和/或不规则环状通道。
8.根据权利要求6所述的卡盘，其特征在于，在至少两个所述环形通道中，最外环的所述环形通道位于所述第一承载面的边缘处。
9.根据权利要求7所述的卡盘，其特征在于，所述圆环形通道以所述第一承载面的中心为圆心。
10.一种反应腔室，其特征在于，所述反应腔室包括权利要求1-9任一项所述的卡盘。
11.一种半导体加工设备，其特征在于，所述半导体加工设备包括权利要求10所述的反应腔室。
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