CN111326470A - 静电夹盘及半导体设备 - Google Patents

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Abstract

一种静电夹盘，包括基座及位于基座上的顶盘，静电夹盘内开设有贯穿基座及顶盘的管路以及升降孔，升降孔内设有升降销，顶盘、基座、升降孔、管路的所有暴露的表面上覆盖有结合强度不低于15Mpa的耐腐蚀的涂层，涂层具有不小于650Hv的维氏硬度。本发明的涂层不易从被覆盖的表面剥落，增强抗腐蚀的耐久性，提高了加工良率。本发明还提供一种具有该静电夹盘的半导体设备。

Description

静电夹盘及半导体设备
技术领域
本发明涉及半导体加工领域，具体涉及一种静电夹盘及半导体设备。
背景技术
等离子体刻蚀是晶圆加工的重要工艺，它是在等离子体存在的条件下，以平面曝光后得到的光刻图形作掩模，等离子体对晶圆表面进行轰击，晶圆图形区域的半导体材料的化学键被打断，与刻蚀气体生成挥发性物质，以气体形式脱离晶圆，从而可控地除去晶圆表面上一定深度的半导体材料薄膜物质而留下不受影响的沟槽边壁上的物质的加工过程。
刻蚀制程一般在半导体设备的腔室内进行。晶圆定位于腔室内的静电夹盘上。静电夹盘包括基座、位于基座上的顶盘以及基座与顶盘之间的加热件。加热件通过第一结合层连接于顶盘，通过第二结合层连接于基座。在刻蚀制程中，等离子体刻蚀条件对暴露在等离子体中的腔室内的各部件产生强烈的离子轰击。这种离子轰击结合于等离子体的化学物质以及/或者刻蚀产物，会对暴露在等离子体中的各部件产生强烈的侵蚀或腐蚀，从而各部件的寿命变短，消耗成本变大，影响加工良率。具体地，第一结合层与第二结合层被侵蚀或腐蚀，则加热件与顶盘、基座之间的结合变差，对晶圆的温度控制发生改变，进而影响加工的良率。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种解决上述问题的静电夹盘及半导体设备。
一种静电夹盘，包括基座及位于所述基座上的顶盘，所述静电夹盘内开设有贯穿所述基座及所述顶盘的管路以及升降孔，所述升降孔内设有升降销，所述顶盘、所述基座、所述升降孔、所述管路的所有暴露的表面上覆盖有结合强度不低于15MPa的耐腐蚀的涂层，所述涂层具有不小于650Hv的维氏硬度。
一种半导体设备，包括至少一个腔室及所述的静电夹盘，所述静电夹盘设于所述腔室内。
进一步地，所述腔室的内壁覆盖有结合强度不低于15MPa的涂层，所述涂层具有不小于650Hv的维氏硬度。
本发明的静电夹盘上覆盖有结合强度不低于15Mpa的耐腐蚀的涂层，增强所述静电夹盘的抗腐蚀或抗侵蚀程度，且所述涂层不易从被覆盖的表面剥落，增强抗腐蚀的耐久性，提高了加工良率。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的静电夹盘的剖视示意图。
图2是本发明一实施例提供的半导体设备的腔室的剖视示意图。
主要元件符号说明
静电夹盘 100
基座 10
顶盘 20
本体部 21
承载面 201
电极 22
升降孔 30
升降销 31
管路 40
冷却流路 50
加热件 60
加热器 601
第一结合层 61
第二结合层 62
密封环 70
凹槽 71
涂层 80
腔室 200
顶壁 211
底壁 212
侧壁 213
上部电极 214
晶圆 300
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当一个元件或组件被认为是“连接”另一个元件或组件，它可以是直接连接到另一个元件或组件或者可能同时存在居中设置的元件或组件。当一个元件或组件被认为是“设置在”另一个元件或组件，它可以是直接设置在另一个元件或组件上或者可能同时存在居中设置的元件或组件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图1，本发明的实施例提供一种静电夹盘100，用于定位晶圆300。所述静电夹盘100包括基座10及位于所述基座10上的顶盘20。
在本实施例中，所述基座10大致呈圆台状。所述基座10由金属材料制成，优选为铝或铝合金。
所述顶盘20包括本体部21及电极22。所述电极22设于所述本体部21内。所述本体部21包括一承载所述晶圆300的承载面201。所述本体部21由绝缘材料制成，所述电极22由导电材料制成。所述电极22与一直流电源(图未示)电连接。所述直流电源向所述电极22提供直流电以产生静电力将所述晶圆300吸附于所述承载面201上。
在本实施例中，本体部21由硅、碳化硅、石英或陶瓷材料制成。
所述静电夹盘100开设多个贯穿所述基座10及所述顶盘20的升降孔30。每个所述升降孔30内设有可升降的升降销31，用于带动所述晶圆300。具体地，所述晶圆300需要被传送至所述顶盘20上时，所述升降销31升起并接收所述晶圆300后，所述升降销31带动所述晶圆300下降至所述承载面201上；所述晶圆300需要从所述顶盘20移走时，所述升降销31顶起所述晶圆300至预定高度即可。
所述静电夹盘100内开设有贯穿所述基座10及所述顶盘20的管路40。所述管路40延伸至所述承载面201。在本实施例中，所述管路40内通入惰性气体，例如氦气，以带走所述晶圆300的热能，提高所述晶圆的散热速度。
进一步地，所述基座10内还设有冷却流路50，所述冷却流路50内通入冷却剂以冷却所述静电夹盘100。
进一步地，所述基座10与所述顶盘20之间还设有加热件60。所述加热件60通过第一结合层61连接于所述顶盘20，通过第二结合层62连接于所述基座10。在本实施例中，所述加热件60呈板状，并包括多个间隔设置的加热器601。
所述静电夹盘还包括密封环70。所述密封环70围绕在所述加热件60、所述第一结合层61、所述第二结合层62及部分所述基座10的外侧，以防所述第一结合层61、所述第二结合层62及所述加热件60受侵蚀或腐蚀，延长所述第一结合层61、所述第二结合层62及所述加热件60的寿命，提高加工的良率。在一些实施例中，所述密封环70可由单一材料(例如矽氧橡胶)所制成、或较佳地由抗腐蚀性弹性体材料(例如全氟醚橡胶)或复合材料(例如矽酮核心和氟聚合物涂层)所制成。
所述密封环70的横截面优选为矩形，但不限于此，只要能够起到保护所述第一结合层61、所述第二结合层62及所述加热件60受侵蚀或腐蚀的作用即可。
在一些实施例中，所述顶盘20与所述基座10的直径均比所述加热件60、所述第一结合层61及所述第二结合层62的直径大，形成设置所述密封环70的凹槽71。所述密封环70位于所述凹槽71内，能减小受竖直方向的侵蚀或腐蚀的概率。
所述静电夹盘100的所有暴露的表面上覆盖有结合强度不低于15MPa的涂层80，且所述涂层80具有不小于650Hv的维氏硬度。具体地，所述静电夹盘100的所有暴露的表面指的是所述顶盘20、所述基座10、所述升降孔30、所述管路40、所述密封环70的暴露的表面。由于所述静电夹盘100的结合强度不低于15Mpa，则所述涂层80不易从所述表面剥落，增强抗腐蚀的耐久性，延长所述静电夹盘100的寿命，且有利于提高加工良率。测量计算维氏硬度时以49.03～980.7N的负荷，将相对面夹角为136°的方锥形金刚石压入器压材料表面，保持规定时间后，用测量压痕对角线长度，再按公式来计算硬度的大小。蚀刻制程中温度较高，具有不小于650Hv的维氏硬度可以保证所述涂层80的耐热性，抑制所述涂层80的剥落或分层等现象。
在一些实施例中，所述涂层80的中心线平均表面粗糙度Ra不大于1.5μm且不小于1.2μm。所述涂层80具有一定的耐腐蚀性，但当所述静电夹盘100使用时长较长，所述涂层80被腐蚀一定程度时，若所述涂层80的中心线平均表面粗糙度Ra大于1.2μm，可将腐蚀后产生的微粒的大部分限制在所述涂层80内，避免污染所述晶圆300。在一些实施例中，所述涂层80的相对密度为90％以上。
在一些实施例中，所述涂层80为钇的化合物制成，特别是三氧化钇、含有三氧化钇的固溶体、含有三氧化钇的复合氧化物、三氟化钇为佳。具体而言，例如有三氧化钇、氧化锆(zirconia)三氧化钇固溶体、稀土类氧化物－三氧化钇固溶体、Y2O3·A12O3、2Y2O3·A12O3等。在一些实施例中，所述涂层80为聚四氟乙烯(Teflon)或聚酰亚胺制成。
请参见图2，本发明的一实施例提供一种半导体设备。所述半导体设备包括至少一个腔室200。所述腔室200包括顶壁211、底壁212及侧壁213。所述顶壁211与所述底壁212相对设置。所述侧壁213的一端与所述顶壁211连接，另一端与所述底壁212连接，形成一容纳空间。
所述静电夹盘100设于所述腔室200的容纳空间内，并固定于所述底壁212上。
进一步地，所述顶壁211上设有上部电极214。所述基座10可作下部电极。所述上部电极与所述下部电极接射频范围的交流电时可使从气体供应源通入所述腔室200内的处理气体产生等离子体。
在一些实施例中，所述腔室200的所述顶壁211、所述底壁212及所述侧壁213至少内侧覆盖有所述涂层80。所述涂层80结合强度不低于15MPa的涂层，所述涂层具有不小于650Hv的维氏硬度。在一些实施例中，所述涂层80的中心线平均表面粗糙度Ra不大于1.5μm且不小于1.2μm。所述涂层80具有一定的耐腐蚀性，但当所述腔室200运行时长较长，所述涂层80被腐蚀一定程度时，若所述涂层80的中心线平均表面粗糙度Ra大于1.2μm，可将腐蚀后产生的微粒的大部分限制在所述涂层80内，避免污染所述晶圆300。在一些实施例中，所述涂层80的相对密度为90％以上。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种静电夹盘，包括基座及位于所述基座上的顶盘，所述静电夹盘内开设有贯穿所述基座及所述顶盘的管路以及升降孔，所述升降孔内设有升降销，其特征在于：所述顶盘、所述基座、所述升降孔、所述管路的所有暴露的表面上覆盖有结合强度不低于15MPa的耐腐蚀的涂层，所述涂层具有不小于650Hv的维氏硬度。
2.如权利要求1所述的静电夹盘，其特征在于：所述基座与所述顶盘之间还设有加热件，所述加热件通过第一结合层连接于所述顶盘，通过第二结合层连接于所述基座。
3.如权利要求2所述的静电夹盘，其特征在于：所述静电夹盘还包括密封环，所述密封环至少围绕在所述加热件、所述第一结合层及所述第二结合层的外侧。
4.如权利要求3所述的静电夹盘，其特征在于：所述顶盘与所述基座的直径均比所述加热件、所述第一结合层及所述第二结合层的直径大，形成设置所述密封环的凹槽。
5.如权利要求1所述的静电夹盘，其特征在于：所述涂层的相对密度为90％以上。
6.如权利要求5所述的静电夹盘，其特征在于：所述涂层的中心线平均表面粗糙度Ra不大于1.5μm且不小于1.2μm。
7.一种半导体设备，包括至少一个腔室，其特征在于：所述半导体设备还包括如权利要求1-6任一项所述的静电夹盘，所述静电夹盘设于所述腔室内。
8.如权利要求7所述的半导体设备，其特征在于：所述腔室的内壁覆盖有结合强度不低于15MPa的耐腐蚀的涂层，所述涂层具有不小于650Hv的维氏硬度。
9.如权利要求8所述的半导体设备，其特征在于：所述涂层的相对密度为90％以上。
10.如权利要求9所述的半导体设备，其特征在于：所述涂层的中心线平均表面粗糙度Ra不大于1.5μm且不小于1.2μm。
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