CN110890305B - 静电卡盘 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及蚀刻设备领域，其目的是提供一种静电卡盘，用于待蚀刻晶片的载台。所述静电卡盘包括绝缘层、金属基座和介于绝缘层与金属基座之间的加热层，在所述绝缘层和金属基座相贴合面的至少其中之一上设有凹槽，借助凹槽使绝缘层与金属基座组装在一起后界定出一个容纳室，该容纳室内安装加热层、加热层与绝缘层之间的第一粘接材料层、以及加热层与金属基座之间的第二粘接材料层，所述容纳室具有侧壁。其中在加热层的周围与侧壁之间或者所述侧壁的外侧套设有陶瓷环。本发明利用容纳室的侧壁和陶瓷环对加热层上下面的粘接材料层起到保护作用，防止被蚀刻气体所腐蚀，导致静电卡盘表面温度不均匀，各层粘接部件翘曲等影响静电卡盘使用寿命的问题。

Description

静电卡盘
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种半导体蚀刻设备用的静电卡盘。
背景技术
半导体设备中常常内置一种用于夹持晶片的装置，依照夹持机理，这种装置大致可分为机械卡盘、真空吸盘和静电卡盘三种，其中，静电卡盘由于在真空环境中吸附的可靠性和均匀性较好，因此广泛应用于物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、蚀刻(Etching)等工艺中。
半导体蚀刻工艺中，晶片经常置于具有一定温度和化学腐蚀性的环境中，要求晶片表面具有极高的温度均匀性。目前一般采用在金属基座里内置冷却水道，在绝缘层和金属基座之间嵌入加热器形成加热层的方式控制静电卡盘表面的温度。如图1所示，现有的静电卡盘结构包括绝缘层1、加热层3和金属基座2，各层之间采用粘接材料4、5进行集成，在各层边缘的接缝处涂布密封胶6，用以隔绝化学腐蚀。但是该现有技术存在如下问题：各层边缘的接缝处涂布的密封胶6不耐腐蚀，在化学腐蚀环境中易老化脱落，导致各层边缘的接缝处暴露，蚀刻气体很容易由此进入各层的贴合表面之间。其中所用的粘接材料4、5具有粘弹性、导热性和绝缘性的特点，但是经常暴露在高温和苛刻的化学腐蚀性环境之中，容易受到侵蚀，一方面形成颗粒物污染设备腔室，另一方面所用的粘接材料经受长时间的侵蚀会部分脱落，各层间粘合紧密性和导热性都变差，造成静电卡盘表面温度不均匀，严重时会造成静电卡盘气密性下降，还可能造成粘接层Debonding(脱粘)和各粘接部件翘曲，缩短了静电卡盘的使用寿命。
已公开的专利文献中，涉及减小静电卡盘粘接层破坏的方法有：
1、授权公告号为CN100370592C名称为《静电卡盘》的中国发明专利中提供了一种解决方案：将绝缘层陶瓷内开设凹槽，加热器设于凹槽内部，凹槽壁形成保护环，保护环与金属基座的缝隙尽量不使用环氧树脂粘接剂。但经一定时间使用后，蚀刻气体产生的等离子体自由基会从缝隙进入而腐蚀掉粘接剂，使粘接剂失效，丧失保护效果。
2、发明申请公开号CN105355585A名称为《基板处理装置的基板载置台》提供了利用防护聚焦环保护只在金属基座上开凹槽、且仅底部有粘接层的静电卡盘，防止粘接层破坏或放电。但经一定时间使用后，蚀刻气体产生的等离子体自由基会从缝隙进入而腐蚀掉粘接剂，使粘接剂失效，丧失保护效果。
静电卡盘在半导体设备中属于一种高精密零部件，制造周期长，生产成本很高。静电卡盘性能下降后，维护和维修成本也相应增加。因此，设计和开发一种更长耐用寿命的静电卡盘对半导体蚀刻的成本、工艺稳定性和生产效率等方面，均有益处。
发明内容
本发明的目的是提供一种静电卡盘，能够大幅减少粘接材料被腐蚀的机会，提高粘接型静电卡盘的使用寿命，用以克服现有粘接型静电卡盘的粘接层和加热层容易被侵蚀的弊端。
本发明的技术方案包括：
一种静电卡盘，包括绝缘层、金属基座和介于绝缘层与金属基座之间的加热层，所述绝缘层朝向所述加热层的一面为第一对接面，所述金属基座朝向所述加热层的一面为第二对接面；
其中所述第一对接面和第二对接面的至少其中之一开设有凹槽，借助所述凹槽使所述第一对接面和第二对接面相对贴合组装在一起后在所述第一对接面和第二对接面之间形成一个容纳室；
所述加热层、所述加热层与所述绝缘层之间的第一粘接材料层、所述加热层与所述金属基座之间的第二粘接材料层均设于所述容纳室内部，所述容纳室具有侧壁；所述加热层的周围与所述侧壁之间设有陶瓷环，或者所述侧壁的外侧套设有陶瓷环。
优选地，所述第一对接面和所述第二对接面相对贴合组装在一起后，所述绝缘层与所述金属基座之间具有接缝，所述接缝一端朝向所述容纳室的外部，另一端朝向所述容纳室的内部，所述陶瓷环封堵在所述接缝的任一端。
优选地，所述金属基座的第二对接面设有凹槽，所述凹槽的周围为凹槽壁；所述第一对接面对应所述凹槽设有凸起部，所述凸起部的周围对应所述凹槽壁形成肩部；所述第一对接面与第二对接面相对贴合组装在一起后，所述凹槽壁的顶部与所述肩部抵接，所述凸起部凸伸于所述凹槽内且与所述凹槽的底部具有间距；所述间距及所述凹槽壁构成所述容纳室，所述陶瓷环设在所述加热层的周围与所述凹槽壁之间。
优选地，所述凸起部的外径与所述凹槽的内径相当，使所述第一对接面的凸起部与所述第二对接面的凹槽为紧配合；所述陶瓷环的外径与所述凹槽内径相当，使陶瓷环与所述凹槽为紧配合。
优选地，所述凹槽壁的顶部与所述肩部抵接处形成的接缝采用熔射方式填入陶瓷材料。
优选地，所述金属基座的第二对接面设有凹槽，所述凹槽的周围为凹槽壁；所述陶瓷环设于所述凹槽内且所述陶瓷环高出所述凹槽壁一段长度；所述第一对接面对应所述陶瓷环的中央设有凸起部，所述凸起部的周围对应所述陶瓷环形成环形卡槽，所述环形卡槽具有第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁为所述凸起部的周壁，所述第二侧壁位于所述第一对接面的周缘且与所述凹槽壁对应；所述第一对接面与第二对接面相对贴合组装在一起后，所述凹槽壁的顶部与所述第二侧壁抵接构成所述容纳室的侧壁，所述陶瓷环卡入所述环形卡槽，所述凸起部凸伸于所述陶瓷环内且与所述凹槽的底部具有间距；所述间距内设有所述加热层。
优选地，所述凸起部的外径与所述陶瓷环的内径相当，使所述凸起部与所述陶瓷环紧配合。
优选地，所述陶瓷环卡入所述环形卡槽且与所述环形卡槽为紧配合。
优选地，所述凹槽壁的顶部与所述第二侧壁抵接处形成的接缝采用熔射方式填入陶瓷材料。
优选地，所述第一对接面设有第一凹槽，所述第二对接面设有第二凹槽，所述第一凹槽的周围为绝缘层凹槽壁，所述第二凹槽的周围为金属座凹槽壁；所述第一对接面与第二对接面相对贴合组装在一起后，所述第一凹槽与第二凹槽组成所述容纳室，所述金属座凹槽壁顶部与所述绝缘层凹槽壁抵接组成所述容纳室的侧壁；所述侧壁的外侧套设有所述陶瓷环。
优选地，所述陶瓷环与所述侧壁为紧配合。
优选地，所述陶瓷环与所述绝缘层凹槽壁之间的接缝、以及所述陶瓷环与所述金属座凹槽壁之间的接缝采用熔射方式填入陶瓷材料。
优选地，所述加热层的周围与所述侧壁之间套设有陶瓷环。
如上任一实施方案所述的，其中陶瓷环被替换成玻璃环或密胺树脂环。
本发明的技术效果在于：
(1)本发明的静电卡盘，借助在绝缘层或金属基座上形成的凹槽组成供加热层安装的容纳室，并在容纳室的侧壁内侧或外侧设有陶瓷环，利用陶瓷环和容纳室的侧壁共同对加热层和加热层上下面的粘接材料层形成双重保护作用，防止蚀刻气体产生的等离子体自由基进入容纳室而腐蚀掉粘接材料，并由此带来粘接材料脱落污染设备腔室，各层导热性都变差，造成静电卡盘表面温度不均匀、静电卡盘气密性下降，各粘接部件翘曲等影响静电卡盘使用寿命的严重问题。
(2)本发明利用陶瓷环、玻璃环或密胺树脂环等，一方面这些材料都是惰性材料，耐化学腐蚀性能力很强，相较于密封胶，具有更强的耐腐蚀性能，另一方面这些材料为刚性材料，当陶瓷环与绝缘层和金属基座为紧配合关系时，仅借助所述陶瓷环即可是使所述绝缘层和金属基座之间实现高强度的机械结合，防止长时间使用后绝缘层与金属基座间出现较大缝隙(导致蚀刻气体进入)，减轻粘接材料层的粘接力负担，保护粘接材料层不会被破坏，延长静电卡盘的使用寿命。
(3)由于绝缘层与金属基座间的接缝在客观上始终存在，本发明进一步利用陶瓷环等封堵在绝缘层与金属基座间接缝的任一端，同时对组装完成后的电子卡盘外观上可见的所有接缝采用熔射方式填入陶瓷材料，实现更进一步提高密封效果，对容纳室内的加热层和上下两层粘接材料层实现强效保护。
下面结合附图对本发明的静电卡盘的结构、特点及其技术效果作进一步说明。
附图说明
图1是现有技术的静电卡盘的剖视图。
图2是本发明的静电卡盘的实施例1的局部剖视图。
图3是图2的分解图。
图4是本发明的静电卡盘的实施例2的局部剖视图。
图5是图4的分解图。
图6是本发明的静电卡盘的实施例3的局部剖视图。
图7是图6的分解图。
其中：1为绝缘层，12为凸起部，121为环形卡槽A的第一侧壁，122为环形卡槽A的第二侧壁，13为肩部，14为绝缘层1的凹槽，2为金属基座，22为凹槽，3为加热层，4为加热层与绝缘层之间的粘接材料层，5为金属基座与加热层之间的粘接材料层，6为密封胶，9为陶瓷环，7为金属基座凹槽壁，8为绝缘层凹槽壁，C1、C2、C3为容纳室，L1、L2、L3、L4、L5为接缝；A为环形卡槽，L1、虚线代表对齐线，点划线为组装线。
具体实施方式
本发明的主要技术方案是，在绝缘层或金属基座至少其中之一开设凹槽，利用凹槽使绝缘层与金属基座对接后，形成包含侧壁的容纳室，所述容纳室用于安装加热层，并在该侧壁外侧或内侧再设置一层陶瓷环。借此，可利用该容纳室的侧壁和陶瓷环对加热层、加热层与绝缘层间的粘接材料层、加热层与金属基座间的粘接材料层进行双重的密封和保护作用。
以下结合具体实施例1-3对本发明的结构特征和技术效果进行说明。
实施例1
如图2～3所示，绝缘层1具有第一对接面，金属基座2具有第二对接面。第二对接面上设有凹槽22，凹槽22的周围为凹槽壁7。第一对接面设有凸起部12，凸起部12的周围环设有一肩部13。优选地，凸起部12的外径与凹槽22的内径相当，使绝缘层1与金属基座2组接后，凸起部12可与凹槽22紧配合在一起，且凹槽壁7的顶部抵接于该肩部13。此时，在凸起部12的下表面与凹槽22的底部之间仍具有间距，该间距与凹槽壁7组成容纳室C1。如图2所示，其中加热层3、加热层3与绝缘层1间的粘接材料层4、加热层3与金属基座间的粘接材料层5均位于所述容纳室C1内。其中，在加热层3的四周边缘与凹槽壁7之间套设有一个陶瓷环9。
本实施例的静电卡盘组装时，可先将陶瓷环9放置于凹槽22内；然后将加热层3的上下涂布粘接材料，放置在陶瓷环9内侧；最后将绝缘层1的凸起部12对准金属基座2的凹槽22向下加压力按压，直至从外部观察凹槽壁7的顶部与绝缘层1的肩部13抵接到位即可。或者，本实施例的静电卡盘组装时，可先在凹槽22内放入陶瓷环9，然后在凹槽22底部涂布粘接材料，接着在陶瓷环9中央放入加热层3，再在加热层3上表面涂布粘接材料，最后将绝缘层1与加热层3对位贴合，使绝缘层1的肩部13与凹槽壁7抵接到位即可。
优选地，在组装完成后，将外部可看到的凹槽壁7与肩部13间的接缝L1采用熔射方式填入陶瓷材料，并将填充的陶瓷材料固化。陶瓷材料为惰性材料，不易在蚀刻气体的环境下老化和脱落，可对容纳室C1内的部件构成持久的保护。接缝L1延伸至容纳室C1内，而陶瓷环9则恰好封堵在该接缝L1延伸至容纳室C1的一端。
实施例2
如图4～5所示，绝缘层1具有第一对接面，金属基座2具有第二对接面。第二对接面上设有凹槽22，凹槽22的周围为凹槽壁7。在凹槽22内套设有一个陶瓷环9，陶瓷环9设于凹槽壁7朝向凹槽22的一侧(即凹槽壁7的内侧)。其中陶瓷环9高出凹槽壁7一段长度。第一对接面对应陶瓷环9的中央(陶瓷环9的环孔)设有凸起部12，凸起部12的周围环设有环形卡槽A，该环形卡槽A介于第一、第二侧壁之间，第一侧壁121为凸起部12的周壁，第二侧壁122位于第一对接面的周缘且向凹槽壁7延伸。
当第一对接面与第二对接面相对贴合组装在一起后，凹槽壁7的顶部与第二侧壁122抵接，陶瓷环9高出凹槽壁7的一端卡入环形卡槽A内，凸起部12凸伸于陶瓷环9内且与凹槽22的底部具有间距。该间距与凹槽壁7、第二侧壁122共同构成一个容纳室C2，该容纳室C2内设有所述加热层3、加热层3与绝缘层1间的粘接材料层4、加热层3与金属基座间的粘接材料层5。而陶瓷环9也设于该容纳室C2内。
优选地，使环形卡槽A的宽度恰可供陶瓷环9紧配合地卡入；进一步地，使绝缘层1的凸起部12外径与陶瓷环9的内径相当，使凸起部12与陶瓷环9紧配合。
本实施例的静电卡盘组装时，可先将陶瓷环9组装至凹槽22内，优选地使陶瓷环9与凹槽22的凹槽壁7为紧配合关系。然后将加热层3的上下面涂布粘接材料层，并安装至陶瓷环9的环孔内。最后，将绝缘层1的第一对接面向下，使环形卡槽A对准陶瓷环9，向下按压到位。从外部观察，即第二侧壁122与凹槽壁7之间抵接到位即完成组装，得到如图4所示结构的静电卡盘。
优选地，在完成组装后，凹槽壁7的顶部与第二侧壁122抵接处形成的接缝L2，其中对于接缝L2位于容纳室C2外部的一端采用熔射方式填入陶瓷材料，接缝L2位于容纳室C2内侧的一端，通过陶瓷环9实现封堵作用。
本实施例中，陶瓷环9起到了连接绝缘层1和金属基座2的作用。
实施例3
如图6～7所示，绝缘层1具有第一对接面，金属基座2具有第二对接面。第二对接面上设有凹槽22，凹槽22的周围为金属基座的凹槽壁7。第一对接面设有凹槽14，凹槽14的周围为绝缘层的凹槽壁8。其中金属基座的凹槽壁7与绝缘层的凹槽壁8对应设置。
当将第一对接面与第二对接面相对贴合组装在一起后，金属基座的凹槽22和绝缘层的凹槽14组成容纳室C3，而凹槽壁7的顶部与凹槽壁8对应抵接构成容纳室C3的侧壁。如图6所示，加热层3、加热层3与绝缘层1间的粘接材料层4、加热层3与金属基座间的粘接材料层5均位于所述容纳室C3内；而在容纳室C3的侧壁外部套设有陶瓷环9。
优选地，凹槽壁7的顶部与凹槽壁8形成接缝L3，而陶瓷环9覆盖在该接缝L3位于该容纳室C3外部的一端。更优选地，陶瓷环9与容纳室C3的侧壁外部为紧配合关系。
本实施例的静电卡盘组装时，可先将陶瓷环9对应套至金属基座的凹槽壁7的外部，陶瓷环9高出凹槽壁7一段距离；然后将加热层3的上下表面涂布粘接材料后，安装到凹槽22内；最后将绝缘层1的凹槽壁8对应卡入所述陶瓷环9内，并加压力按压，使绝缘层1的凹槽壁8与金属基座2的凹槽壁7抵接。听到抵接到位的声音或绝缘层1不再向下移动为止。
当组装完成后，从外部可观察到陶瓷环9与绝缘层1凹槽壁8之间的接缝L4、陶瓷环9与金属座凹槽壁7之间的接缝L5，对接缝L4、L5的外端(可见的一端)采用熔射方式填入陶瓷材料，以进一步实现密封效果。
实施例4
是在实施例3的基础上，进一步在容纳室C3内部套设一个直径较小的陶瓷环，与外部的陶瓷环9对称设于容纳室C3侧壁的两侧。
实施例5
将实施例1-4中的陶瓷环替换成同样具有耐化学腐蚀特性的刚性环，如玻璃环或密胺树脂环。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种静电卡盘，包括：绝缘层、金属基座和介于绝缘层与金属基座之间的加热层，所述绝缘层朝向所述加热层的一面为第一对接面，所述金属基座朝向所述加热层的一面为第二对接面；其特征在于：
所述第一对接面和第二对接面的至少其中之一开设有凹槽，借助所述凹槽使所述第一对接面和第二对接面相对贴合组装在一起后在所述第一对接面和第二对接面之间形成一个容纳室；
所述加热层、所述加热层与所述绝缘层之间的第一粘接材料层、所述加热层与所述金属基座之间的第二粘接材料层均设于所述容纳室内部，所述容纳室具有侧壁；
所述加热层的周围与所述侧壁之间设有陶瓷环或者所述侧壁的外侧套设有陶瓷环；利用陶瓷环封堵在所述绝缘层与金属基座间接缝的任一端，对组装完成后的静电 卡盘外观上可见的所有接缝采用熔射方式填入陶瓷材料。
2.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述第一对接面和所述第二对接面相对贴合组装在一起后，所述绝缘层与所述金属基座之间具有接缝，所述接缝一端朝向所述容纳室的外部，另一端朝向所述容纳室的内部，所述陶瓷环封堵在所述接缝的任一端。
3.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述金属基座的第二对接面设有凹槽，所述凹槽的周围为凹槽壁；所述第一对接面对应所述凹槽设有凸起部，所述凸起部的周围对应所述凹槽壁形成肩部；所述第一对接面与第二对接面相对贴合组装在一起后，所述凹槽壁的顶部与所述肩部抵接，所述凸起部凸伸于所述凹槽内且与所述凹槽的底部具有间距；所述间距及所述凹槽壁构成所述容纳室，所述陶瓷环设在所述加热层的周围与所述凹槽壁之间。
4.根据权利要求3所述的静电卡盘，其特征在于，所述凸起部的外径与所述凹槽的内径相当，使所述第一对接面的凸起部与所述第二对接面的凹槽为紧配合；所述陶瓷环的外径与所述凹槽内径相当，使陶瓷环与所述凹槽为紧配合。
5.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述金属基座的第二对接面设有凹槽，所述凹槽的周围为凹槽壁；所述陶瓷环设于所述凹槽内且所述陶瓷环高出所述凹槽壁一段长度；所述第一对接面对应所述陶瓷环的中央设有凸起部，所述凸起部的周围对应所述陶瓷环形成环形卡槽，所述环形卡槽具有第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁为所述凸起部的周壁，所述第二侧壁位于所述第一对接面的周缘且与所述凹槽壁对应；所述第一对接面与第二对接面相对贴合组装在一起后，所述凹槽壁的顶部与所述第二侧壁抵接构成所述容纳室的侧壁，所述陶瓷环卡入所述环形卡槽，所述凸起部凸伸于所述陶瓷环内且与所述凹槽的底部具有间距；所述间距内设有所述加热层。
6.根据权利要求5所述的静电卡盘，其特征在于，所述凸起部的外径与所述陶瓷环的内径相当，使所述凸起部与所述陶瓷环紧配合；和/或所述陶瓷环卡入所述环形卡槽且与所述环形卡槽为紧配合。
7.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述第一对接面设有第一凹槽，所述第二对接面设有第二凹槽，所述第一凹槽的周围为绝缘层凹槽壁，所述第二凹槽的周围为金属座凹槽壁；所述第一对接面与第二对接面相对贴合组装在一起后，所述第一凹槽与第二凹槽组成所述容纳室，所述金属座凹槽壁顶部与所述绝缘层凹槽壁抵接组成所述容纳室的侧壁；所述侧壁的外侧套设有所述陶瓷环。
8.根据权利要求7所述的静电卡盘，其特征在于，所述陶瓷环与所述侧壁为紧配合。
9.根据权利要求7所述的静电卡盘，其特征在于，所述加热层的周围与所述侧壁之间套设有陶瓷环。
10.根据权利要求1-9任一项所述的静电卡盘，其特征在于，其中所述陶瓷环被替换成玻璃环或密胺树脂环。
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