CN108649012B - 新型陶瓷塞及具有该新型陶瓷塞的静电卡盘装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型陶瓷塞及具有该新型陶瓷塞的静电卡盘装置，属于半导体晶片加工装置领域。所述新型陶瓷塞包括从上至下依次连接的陶瓷塞上部、多孔陶瓷柱和陶瓷套管，陶瓷塞上部包括圆柱部和设置在圆柱部的上部的环形凸台部，环形凸台部的中部设置有第一冷却气体孔，圆柱部的中部设置有第二冷却气体孔，陶瓷套管的中部设置有第三冷却气体孔。本发明能够避免静电卡盘冷却气体均布板的冷却气体孔处产生电弧现象。

Description

新型陶瓷塞及具有该新型陶瓷塞的静电卡盘装置
技术领域
本发明涉及半导体晶片加工装置领域，特别是指一种新型陶瓷塞及具有该新型陶瓷塞的静电卡盘装置。
背景技术
静电卡盘与传统的机械卡盘和真空卡盘相比具有很多优点。因此，在半导体生产工艺中，常用静电卡盘来固定和支撑晶片，避免晶片在生产过程中发生移动或错位现象。但是，当静电卡盘用在一些存在射频偏压的工艺如刻蚀、物理气相沉积工艺中时，常在静电卡盘气孔处产生电弧现象。
图1所示为一种静电卡盘的结构示意图，包括介电层1，直流电极层2，绝缘层3，冷却气体均布板4，基座5，位于介电层1、直流电极层2、绝缘层3上的第五冷却气体孔7，位于冷却气体均布板4上的第四冷却气体孔6，放置于第四冷却气体孔6上的保护绝缘体8。在等离子刻蚀过程中，放置于介电层1上的晶片不断受到离子轰击而受热，为保证晶片温度恒定，设置了第四冷却气体孔6和第五冷却气体孔7，以对晶片进行冷却。其中，在基座5上设置有冷却气体分散通道。为防止发生电弧现象，常用的方法是在第四冷却气体孔6处安装保护绝缘体8。
图2所示为现有技术中设计的静电卡盘装置第四冷却气体孔6处安装的保护绝缘体(陶瓷塞)8的剖面结构示意图。陶瓷塞8内设有直通的冷却气体孔。采用这种结构的陶瓷塞在向基体施加射频功率时，极可能因为直通冷却气孔内气体媒介被击穿而产生电弧，对静电卡盘和晶片产生损坏。
发明内容
本发明提供一种新型陶瓷塞及具有该新型陶瓷塞的静电卡盘装置，能够避免静电卡盘冷却气体均布板的冷却气体孔处产生电弧现象。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
一方面，本发明提供一种新型陶瓷塞，包括从上至下依次连接的陶瓷塞上部、多孔陶瓷柱和陶瓷套管，所述陶瓷塞上部包括圆柱部和设置在所述圆柱部的上部的环形凸台部，所述环形凸台部的中部设置有第一冷却气体孔，所述圆柱部的中部设置有第二冷却气体孔，所述陶瓷套管的中部设置有第三冷却气体孔。
进一步的，所述第二冷却气体孔的直径大于所述第一冷却气体孔的直径，所述第三冷却气体孔的直径大于等于所述第二冷却气体孔的直径。
进一步的，所述陶瓷塞上部与所述多孔陶瓷柱之间、所述多孔陶瓷柱与所述陶瓷套管之间均通过粘接的方式进行连接。
进一步的，所述第一冷却气体孔的直径为0.1～0.7mm，孔深为1～2mm，所述第二冷却气体孔的直径为0.2～3mm，孔深为1～2mm，所述第三冷却气体孔的直径为0.2～4mm，孔深为1～2mm。
进一步的，所述多孔陶瓷柱的孔隙率为35％～70％，所述多孔陶瓷柱的厚度为1～2mm。
进一步的，所述陶瓷塞上部、多孔陶瓷柱和陶瓷套管采用的材料均为氮化铝或者氧化铝。
另一方面，本发明还提供一种静电卡盘装置，包括基座，所述基座上从上至下依次设置有介电层、直流电极层、绝缘层和冷却气体均布板，所述介电层、直流电极层和绝缘层上穿设有第五冷却气体孔，所述冷却气体均布板上设置有与所述第五冷却气体孔相连通的第四冷却气体孔，所述第四冷却气体孔内设置有上述的新型陶瓷塞。
本发明具有以下有益效果：
本发明的新型陶瓷塞及具有该新型陶瓷塞的静电卡盘装置，包括从上至下依次连接的陶瓷塞上部、多孔陶瓷柱和陶瓷套管，在等离子体存在的工艺环境下，采用多孔陶瓷柱与陶瓷塞上部、陶瓷套管形成复合夹层结构，陶瓷塞上部包括圆柱部和设置在圆柱部的上部的环形凸台部，环形凸台部的中部设置有第一冷却气体孔，圆柱部的中部设置有第二冷却气体孔，陶瓷套管的中部设置有第三冷却气体孔，多孔陶瓷柱将用于安装在静电卡盘上的冷却气体均布板的内部气道分为前后两段，在微观上多孔陶瓷柱能够保障前后两段气体的流通，但在宏观上多孔陶瓷柱阻断了气体被击穿的路径，防止了静电卡盘气孔处电弧现象的产生，避免了静电卡盘和晶片受到损坏。
附图说明
图1为现有技术中的静电卡盘的剖面结构示意图；
图2为现有技术中的陶瓷塞的剖面结构示意图；
图3为本发明的新型陶瓷塞的剖面结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
一方面，本发明提供一种新型陶瓷塞，如图3所示，包括从上至下依次连接的陶瓷塞上部81、多孔陶瓷柱82和陶瓷套管83，陶瓷塞上部81包括圆柱部811和设置在圆柱部811的上部的环形凸台部812，环形凸台部812的中部设置有第一冷却气体孔92，圆柱部811的中部设置有第二冷却气体孔91，陶瓷套管83的中部设置有第三冷却气体孔10。
本发明的新型陶瓷塞，包括从上至下依次连接的陶瓷塞上部、多孔陶瓷柱和陶瓷套管，在等离子体存在的工艺环境下，采用多孔陶瓷柱与陶瓷塞上部、陶瓷套管形成复合夹层结构，陶瓷塞上部包括圆柱部和设置在圆柱部的上部的环形凸台部，环形凸台部的中部设置有第一冷却气体孔，圆柱部的中部设置有第二冷却气体孔，陶瓷套管的中部设置有第三冷却气体孔，多孔陶瓷柱将用于安装在静电卡盘上的冷却气体均布板的内部气道分为前后两段，在微观上多孔陶瓷柱能够保障前后两段气体的流通，但在宏观上多孔陶瓷柱阻断了气体被击穿的路径，防止了静电卡盘气孔处电弧现象的产生，避免了静电卡盘和晶片受到损坏。
优选的，第二冷却气体孔91的直径大于第一冷却气体孔92的直径，第三冷却气体孔10的直径大于等于第二冷却气体孔91的直径。将陶瓷塞上部的气道再次分为两段，并且上方的一段气道直径设置得更小，进一步阻断了气体被击穿的路径，进一步防止电弧的产生，避免静电卡盘和晶片受到损坏。
为了保证各部件之间的牢固性，陶瓷塞上部81与多孔陶瓷柱82之间、多孔陶瓷柱82与陶瓷套管83之间均通过粘接的方式进行连接。采用粘接既可以保证各部件之间连接的牢固性，又方便操作，成本较低。
进一步的，第一冷却气体孔92的直径可以为0.1～0.7mm，孔深可以为1～2mm，第二冷却气体孔91的直径可以为0.2～3mm，孔深可以为1～2mm，第三冷却气体孔10的直径可以为0.2～4mm，孔深可以为1～2mm。本发明中将第一冷却气体孔92、第二冷却气体孔91、第三冷却气体孔10的直径和孔深合理地设置在上述范围内，可以更好地避免静电卡盘气孔处产生电弧现象。
本发明中，多孔陶瓷柱82的孔隙率为35％～70％，多孔陶瓷柱82的厚度为1～2mm。多孔陶瓷由于具有密度低、强度高、比表面积大、热导率小以及耐高温、耐腐蚀等优良特性，在结构及功能方面都有广泛的应用。本发明主要应用多孔陶瓷所具有的独特的三维连通曲孔网状骨架结构，该结构使其具有较高的开口气孔率。本发明将多孔陶瓷柱82的孔隙率和厚度合理地设置在上述范围内，使得多孔陶瓷柱可以在保障上下段气体流通，保证所述冷却气体顺利通过的基础上，更好地阻断气体被击穿的路径，从而达到射频防护的作用。
优选的，陶瓷塞上部81、多孔陶瓷柱82和陶瓷套管83采用的材料均为氮化铝或者氧化铝。该种材质绝缘性能好，当将新型陶瓷塞安装在静电卡盘上的冷却气体均布板上时，在不影响对晶片冷却的基础上，能够防止电弧现象的发生。
另一方面，本发明还提供一种静电卡盘装置(具体结构可参考现有技术)，包括基座，基座上从上至下依次设置有介电层、直流电极层、绝缘层和冷却气体均布板，介电层、直流电极层和绝缘层上穿设有第五冷却气体孔，冷却气体均布板上设置有与第五冷却气体孔相连通的第四冷却气体孔，第四冷却气体孔内设置有上述的新型陶瓷塞。
本发明的具有新型陶瓷塞的静电卡盘装置，新型陶瓷塞包括从上至下依次连接的陶瓷塞上部、多孔陶瓷柱和陶瓷套管，在等离子体存在的工艺环境下，采用多孔陶瓷柱与陶瓷塞上部、陶瓷套管形成复合夹层结构，陶瓷塞上部包括圆柱部和设置在圆柱部的上部的环形凸台部，环形凸台部的中部设置有第一冷却气体孔，圆柱部的中部设置有第二冷却气体孔，陶瓷套管的中部设置有第三冷却气体孔，多孔陶瓷柱将静电卡盘上的冷却气体均布板的内部气道分为前后两段，在微观上多孔陶瓷柱能够保障前后两段气体的流通，但在宏观上多孔陶瓷柱阻断了气体被击穿的路径，防止了静电卡盘气孔处电弧现象的产生，避免了静电卡盘和晶片受到损坏。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种新型陶瓷塞，其特征在于，包括从上至下依次连接的陶瓷塞上部、多孔陶瓷柱和陶瓷套管，所述陶瓷塞上部包括圆柱部和设置在所述圆柱部的上部的环形凸台部，所述环形凸台部的中部设置有第一冷却气体孔，所述圆柱部的中部设置有第二冷却气体孔，所述陶瓷套管的中部设置有第三冷却气体孔，
所述第二冷却气体孔的直径大于所述第一冷却气体孔的直径，所述第三冷却气体孔的直径大于等于所述第二冷却气体孔的直径。
2.根据权利要求1所述的新型陶瓷塞，其特征在于，所述陶瓷塞上部与所述多孔陶瓷柱之间、所述多孔陶瓷柱与所述陶瓷套管之间均通过粘接的方式进行连接。
3.根据权利要求2所述的新型陶瓷塞，其特征在于，所述第一冷却气体孔的直径为0.1～0.7mm，孔深为1～2mm，所述第二冷却气体孔的直径为0.2～3mm，孔深为1～2mm，所述第三冷却气体孔的直径为0.2～4mm，孔深为1～2mm。
4.根据权利要求1-3任一所述的新型陶瓷塞，其特征在于，所述多孔陶瓷柱的孔隙率为35％～70％，所述多孔陶瓷柱的厚度为1～2mm。
5.根据权利要求4所述的新型陶瓷塞，其特征在于，所述陶瓷塞上部、多孔陶瓷柱和陶瓷套管采用的材料均为氮化铝或者氧化铝。
6.一种静电卡盘装置，包括基座，所述基座上从上至下依次设置有介电层、直流电极层、绝缘层和冷却气体均布板，所述介电层、直流电极层和绝缘层上穿设有第五冷却气体孔，所述冷却气体均布板上设置有与所述第五冷却气体孔相连通的第四冷却气体孔，其特征在于，所述第四冷却气体孔内设置有权利要求1-5任一所述的新型陶瓷塞。
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