CN109256357A - 高温静电卡盘 - Google Patents

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Abstract

本发明属于半导体加工技术领域，具体涉及一种高温静电卡盘。该高温静电卡盘，包括基座和设置于所述基座上方的卡盘主体，所述卡盘主体用于支撑晶片，所述卡盘主体的外侧环绕设置有压环和沉积环，所述压环用于对所述卡盘主体进行限位，所述沉积环位于所述压环的上方，所述压环开设有豁口，所述沉积环和/或所述基座在对应所述豁口的区域设置有接触脚，所述接触脚使得所述沉积环与所述基座直接接触。该高温静电卡盘，通过重新设计金属基座、压环和沉积环结构，采用压环开设豁口、以及设置接触脚的形式使沉积环直接接触基座，避免压环受热膨胀将沉积环顶起，而造成的沉积环和晶片之间发生粘黏的现象。

Description

高温静电卡盘
技术领域
本发明属于半导体加工技术领域，具体涉及一种高温静电卡盘。
背景技术
在集成电路的制备过程中，需要物理气相沉积(以下简称PVD)设备完成沉积薄膜工艺，常用的技术是磁控溅射方式，典型的磁控溅射设备如图1所示。反应腔体1内设置有高温静电卡盘(High Temperature Electrostatic Chuck，简称HESC)，溅射时直流电源会施加偏压至靶材4，使其相对于接地的腔体成为负压，以致氩气放电而产生等离子体，负偏压同时能将带正电的氩离子吸引至靶材4。当氩离子的能量足够高并在由旋转的磁控管5形成的磁场作用下轰击靶材4时，会使金属原子逸出靶材表面，并通过扩散沉积在晶片10(Wafer)上。
如图2所示，一种典型的高温静电卡盘由卡盘主体13和基座9组成。基座9内置加热器，用来给卡盘主体13加热，保证卡盘主体13在一个高于常温的温度下工作，并控制晶片10的温度。卡盘主体13一般采用热膨胀极小的陶瓷做成盘状结构，卡盘主体13和基座9之间用粘接剂来粘接，但采用粘接剂在高温工艺中会造成污染腔室的风险，故如图3所示采用通过螺钉122和压环12压接的方式进行连接。压环12(Clamp ring)内缘加工有一定弹性的薄片型压爪121，压爪121部分压住卡盘主体13，用螺钉122将压环12连接至基座9上，就形成了对卡盘主体13的固定。
因高温静电卡盘不易更换，为避免其在膜层镀制过程中被污染，通常会其上方设置一个沉积环11(Dep-ring)，沉积环11的结构如图4A和图4B所示。沉积环11为陶瓷材质，底面是平面；并且，如图5A所示，沉积环11直接落放在压环12上。
同时，为保证晶片10与卡盘主体13良好的接触，不会被沉积环11支起，晶片10与沉积环11之间需要具有合理的缝隙(参见图5A中的d)。
现有技术中，高温静电卡盘的卡盘主体13厚度经过严格计算，尺寸固定，厚度很小，而且在厚度方向上需要设置沉积环11和压环12两个结构，这就要求压接压环12的螺钉122钉头较薄，如图5B(图5B与图5A的区别在于，图5A未剖切到螺钉部分，图5B剖切到螺钉部分)所示中螺钉122沉孔也需要尽可能做到最浅，即便如此为保证螺钉122的强度压环12加工沉孔后剩余的厚度H也是一个极小的值(不足1mm)。
然而，在制膜工艺过程中需要加热基座9将晶片10加温，而压环12为金属材质，受热后会膨胀，被螺钉122压住的部分H较薄且不会移动，但螺钉122未压住的边缘金属会产生变形，导致压环12整体凸起，因为沉积环11直接落放在压环12上，受热变形凸起的压环12就会将沉积环11顶起，此时图5A中的缝隙d便会变小甚至消失，轻则沉积环11和晶片10之间发生粘黏，重则沉积环11将晶片10顶起脱离卡盘主体表面，晶片温度失去控制，工艺失败。
如何解决现有技术中的上述不足，成为目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种高温静电卡盘，通过对配套的压环、沉积环和/或基座结构的改进，避免压环将沉积环顶起导致沉积环和晶片之间发生粘黏。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是该高温静电卡盘，包括基座和设置于所述基座上方的卡盘主体，所述卡盘主体用于支撑晶片，所述卡盘主体的外侧环绕设置有压环和沉积环，所述压环用于对所述卡盘主体进行限位，所述沉积环位于所述压环的上方，所述压环开设有豁口，所述沉积环和/或所述基座在对应所述豁口的区域设置有接触脚，所述接触脚使得所述沉积环与所述基座直接接触。
优选的是，所述豁口和所述接触脚成对设置，所述豁口的形状和所述接触脚的形状匹配。
优选的是，所述豁口和所述接触脚包括多对，多对所述豁口和所述接触脚沿所述卡盘主体的周向均匀分布。
优选的是，所述豁口和所述接触脚均为环形，所述豁口的形状和所述接触脚的形状匹配。
优选的是，所述豁口开设于所述压环的径向外边缘；在所述沉积环的径向外边缘且对应所述豁口的区域设置有朝向所述基座的一侧延伸形成的所述接触脚，所述接触脚与所述基座直接接触。
优选的是，所述豁口开设于所述压环的径向外边缘；在所述基座的径向外边缘且对应所述豁口的区域设置有朝向所述沉积环的一侧延伸形成的所述接触脚，所述接触脚与所述沉积环直接接触。
优选的是，所述豁口开设于所述压环的径向外边缘；在所述沉积环的径向外边缘且对应所述豁口的区域设置有朝向所述基座的一侧延伸形成的第一接触脚；在所述基座的径向外边缘且对应所述豁口的区域朝向所述沉积环的一侧延伸形成的第二接触脚；所述第一接触脚和所述第二接触脚直接接触。
优选的是，所述基座与所述沉积环通过所述接触脚直接接触的面位于同一水平面。
优选的是，所述接触脚的厚度大于所述压环的厚度。
优选的是，所述接触脚与所述压环的外边缘相离设置。
本发明的有益效果是：该高温静电卡盘，通过重新设计压环、沉积环和/或基座的结构，采用压环开设豁口、以及在沉积环和/或基座上设置接触脚的形式使沉积环直接接触基座，不再与压环接触，沉积环直接落放在基座上，避免压环受热变形凸起将沉积环顶起，从而造成沉积环和晶片之间发生粘黏的现象。
附图说明
图1为现有技术中PVD磁控溅射设备的结构示意图；
图2为图1中高温静电卡盘的剖视图；
图3为图1中高温静电卡盘的俯视图；
图4A和图4B为图1中沉积环的结构示意图；
图5A和图5B为图1中高温静电卡盘的局部装配结构示意图；
图6A-图6C为本发明实施例1中包括沉积环的高温静电卡盘的局部剖视图；
图7A为本发明实施例中沉积环的俯视图；
图7B为本发明实施例中压环置于基座上的俯视图；
图8为本发明实施例中另一种沉积环结构的立体图；
图9为本发明实施例2中高温静电卡盘的局部剖视图；
图10为本发明实施例3中高温静电卡盘的局部剖视图；
附图标识中：
1－反应腔体，2-绝缘腔层，3-去离子水，4-靶材，5-磁控管，6-马达，7-屏蔽件，8-盖板，9-基座，10-晶片，11-沉积环，111-接触脚，1111-第一接触脚，1112-第二接触脚，112-环状边缘，12-压环，121-压爪，122-螺钉，123-豁口，13-卡盘主体。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明高温静电卡盘作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例提供了一种新的高温静电卡盘，通过对配套的压环和沉积环结构的改进，避免压环受热膨胀将沉积环顶起，而造成的沉积环和晶片之间发生粘黏的现象。
如图6A-图6C所示，该高温静电卡盘包括基座9和设置于基座9上方的卡盘主体13，卡盘主体13用于支撑晶片10，卡盘主体13的外侧环绕设置有压环12和沉积环11，压环12用于对卡盘主体13进行限位，沉积环11位于压环12的上方，其中，压环12开设有豁口123，沉积环11在对应豁口123的区域设置有接触脚111，接触脚111使得沉积环11与基座9直接接触。
如图7A和图7B所示，豁口123和接触脚111成对设置，豁口123的形状和接触脚111的形状匹配。接触脚111的形状为常用形状，但不局限于图6C所示的截面为矩形的半圆柱形状，可更改为其他形状，如圆柱体形状、立方体形状等。
豁口123和接触脚111包括多对，多对豁口123和接触脚111沿卡盘主体13的周向均匀分布，均匀分布能够使沉积环11的受力更加均匀，保证其上表面与卡盘主体13平行。并且豁口123和接触脚111的数量不局限于文中数量，可增加或减少，这里不做限定。
图7A和图7B以三对豁口123和接触脚111作为示例，图7A和图7B中的压环12和沉积环11并不需要改变现有的压环12和沉积环11安装方式，仅在现有的压环12上均布几处豁口123，沉积环11上均布几处对应的接触脚111即可。
在图7B中，豁口123开设于压环12的径向外边缘；在图7A中，在沉积环11的径向外边缘且对应豁口123的区域设置有朝向基座9的一侧延伸形成的接触脚111，接触脚111与基座9直接接触。
本实施例的高温静电卡盘中，基座9与沉积环11通过接触脚111直接接触的面位于同一水平面。图7A和图7B，基座9与接触脚111的形成三个接触面，三个接触脚111的面积远小于整个环状面面积，保证三个接触脚111的平面度、平行度比保证整个环状面的要容易的多，这大大降低了加工难度，从而降低成本。
需要说明的是，豁口123和接触脚111也可以为环形，豁口123的形状和接触脚111的形状匹配。即如图8所示，豁口123开设于压环12的径向外边缘；在沉积环11的径向外边缘，多个接触脚111之间互相连接形成环状边缘112。该沉积环11由于具有环状边缘112，使沉积环11整体变大，强度更好。
本实施例的高温静电卡盘中，接触脚111的厚度大于压环12的厚度。沉积环11通过三个接触脚111直接落放在基座9上而不是压环12上，保证沉积环11下端与基座9接触，并保证沉积环11与压环12有一个安全距离D(0.5mm左右)。安全距离D可以保证即使压环12受热变形凸起，也不会与沉积环11接触。
压环12膨胀后，D会变小，但沉积环11通过接触脚111直接落放在基座9上而不是压环12上，不再与压环12接触，不会再被压环12顶起，保证了缝隙d的大小，也从根本上解决了沉积环11和晶片10之间发生粘黏的问题。同时，根据机械制造误差的存在，在卡盘主体13形状固定的前提下，缝隙d的大小受到压环12和沉积环11两个件的厚度尺寸加工误差的累积误差影响，而本实施例中缝隙d大小仅受到沉积环11一个件的加工误差的影响，更容易控制。
本实施例的高温静电卡盘中，接触脚111与压环12的外边缘相离设置。即，接触脚111相对于压环12的外边缘，更朝向径向外侧。晶片10和沉积环11之间的安全距离更好控制，降低加工难度，降低加工造成的沉积环11形状偏移的风险，能够保证晶片10与卡盘主体更好的接触。
本实施例中的高温静电卡盘，通过重新设计压环和沉积环的结构，采用压环开设豁口、以及设置接触脚的形式使沉积环直接接触基座，可以避免压环受热膨胀将沉积环顶起，而造成的沉积环和晶片之间发生粘黏的现象，且沉积环强度更好、加工难度更低。
实施例2：
本实施例提供了一种新的高温静电卡盘，通过对配套的压环和沉积环、基座结构的改进，避免压环受热膨胀将沉积环顶起，而造成的沉积环和晶片之间发生粘黏的现象。
本实施例与实施例1的区别在于，其中的接触脚设置的位置不同，接触脚不局限于设置在沉积环上，也可设置在金属基座上。如图9所示，豁口123开设于压环12的径向外边缘；在基座9的径向外边缘且对应豁口123的区域设置于朝向沉积环11的一侧延伸形成的接触脚，接触脚111与沉积环11直接接触。
将接触脚111做到基座9上，沉积环11的底面为平面结构，这样同时还增加了对压环12安装位置的指示作用，便于压环12的安装标识。
与实施例1相同，本实施例中基座边缘的接触脚并不局限于接触脚的形式，可改变为接触环等形状。
本实施例中的高温静电卡盘，通过重新设计压环和基座的结构，采用压环开设豁口、以及设置接触脚的形式使沉积环直接接触基座，可以避免压环受热膨胀将沉积环顶起，而造成沉积环和晶片之间发生粘黏的现象。
实施例3：
本实施例提供了一种新的高温静电卡盘，通过对配套的压环12和基座结构的改进，避免压环受热膨胀将沉积环顶起，而造成的沉积环和晶片之间发生粘黏的现象。
本实施例与实施例1或实施例2的区别在于，其中的接触脚设置的位置不同，可同时在金属基座和沉积环上设置接触脚。如图10所示，豁口123开设于压环12的径向外边缘；在沉积环11的径向外边缘且对应豁口123的区域设置有朝向基座9的一侧延伸形成的第一接触脚1111；在基座9的径向外边缘且对应豁口123的区域朝向沉积环11的一侧延伸形成的第二接触脚1112；第一接触脚1111和第二接触脚1112直接接触。
本实施例中的高温静电卡盘，通过重新设计金属基座、压环和沉积环结构，采用压环开设豁口、以及设置接触脚的形式使沉积环直接接触基座，避免压环受热膨胀将沉积环顶起，而造成沉积环和晶片之间发生粘黏的现象。
实施例4：
实施例1-实施例3任一的高温静电卡盘可应用于制膜设备中。
该制膜设备的具体结构可参考图1。
该制膜设备采用实施例1-实施例3中的高温静电卡盘，由于该高温静电卡盘能有效解决压环受热膨胀而将沉积环顶起，造成沉积环和晶片之间发生粘黏的现象，保证晶片与卡盘主体表面良好接触，因此能保证在一定温度条件下的晶片工艺。
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 (10)

1.一种高温静电卡盘，包括基座和设置于所述基座上方的卡盘主体，所述卡盘主体用于支撑晶片，所述卡盘主体的外侧环绕设置有压环和沉积环，所述压环用于对所述卡盘主体进行限位，所述沉积环位于所述压环的上方，其特征在于，所述压环开设有豁口，所述沉积环和/或所述基座在对应所述豁口的区域设置有接触脚，所述接触脚使得所述沉积环与所述基座直接接触。
2.根据权利要求1所述的高温静电卡盘，其特征在于，所述豁口和所述接触脚成对设置，所述豁口的形状和所述接触脚的形状匹配。
3.根据权利要求2所述的高温静电卡盘，其特征在于，所述豁口和所述接触脚包括多对，多对所述豁口和所述接触脚沿所述卡盘主体的周向均匀分布。
4.根据权利要求1所述的高温静电卡盘，其特征在于，所述豁口和所述接触脚均为环形，所述豁口的形状和所述接触脚的形状匹配。
5.根据权利要求1所述的高温静电卡盘，其特征在于，所述豁口开设于所述压环的径向外边缘；在所述沉积环的径向外边缘且对应所述豁口的区域设置有朝向所述基座的一侧延伸形成的所述接触脚，所述接触脚与所述基座直接接触。
6.根据权利要求1所述的高温静电卡盘，其特征在于，所述豁口开设于所述压环的径向外边缘；在所述基座的径向外边缘且对应所述豁口的区域设置有朝向所述沉积环的一侧延伸形成的所述接触脚，所述接触脚与所述沉积环直接接触。
7.根据权利要求1所述的高温静电卡盘，其特征在于，所述豁口开设于所述压环的径向外边缘；在所述沉积环的径向外边缘且对应所述豁口的区域设置有朝向所述基座的一侧延伸形成的第一接触脚；在所述基座的径向外边缘且对应所述豁口的区域朝向所述沉积环的一侧延伸形成的第二接触脚；所述第一接触脚和所述第二接触脚直接接触。
8.根据权利要求1-7任一项所述的高温静电卡盘，其特征在于，所述基座与所述沉积环通过所述接触脚直接接触的面位于同一水平面。
9.根据权利要求1-7任一项所述的高温静电卡盘，其特征在于，所述接触脚的厚度大于所述压环的厚度。
10.根据权利要求1-7任一项所述的高温静电卡盘，其特征在于，所述接触脚与所述压环的外边缘相离设置。
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