CN111326471B - 静电卡盘、卡盘组件以及固定静电卡盘的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于固持晶圆的静电卡盘。静电卡盘包括至少一个介电层、耦合到介电层的电极层以及卡盘底座。卡盘基部包括多个锁孔。介电层和电极层设置在卡盘底座上。卡盘底座的每个锁孔包括第一部分和连接到第一部分的第二部分。第一部分在卡盘底座的底面上具有第一开口。第二部分在卡盘底座的底面上具有第二开口。第二部分的第二开口的宽度小于第一部分的第一开口的宽度。

Description

静电卡盘、卡盘组件以及固定静电卡盘的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年12月13日提交的美国临时专利申请号62/778899的权益，其内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明总体上涉及一种卡盘组件和一种固定静电卡盘的方法。更具体地，本发明涉及一种通过使用锁孔和固定螺钉的组合将静电卡盘固定到支撑件上的方法。

背景技术

半导体处理系统用于处理制造集成电路的半导体晶圆。特别地，等离子体增强的半导体工艺通常用于蚀刻，氧化，化学气相沉积(CVD)工艺中。等离子体增强的半导体工艺通常借助于等离子体处理系统来执行，并且通常包括等离子体处理室以提供受控的设置。常规的等离子体处理腔室通常包括被配置为将晶圆(例如，硅晶圆或基板)固持在处理位置的静电吸盘。静电卡盘利用静电力将晶圆固定在卡盘上。

通常，如图1和图2所示，静电卡盘通过螺钉固定在支撑体上。图1和图2是静电卡盘100用螺钉110将晶圆W夹持在支撑件120上的俯视图和侧视图。当螺钉110被拧紧以将静电卡盘100固定在支撑件120上时，一剪切应力向静电卡盘100的中心方向对静电卡盘100施加。因此，静电卡盘可以如图2所示变形。在这种情况下，当晶圆W放置在变形的静电卡盘100上时，静电保持力可能导致晶圆翘曲，如图2所示。

因此，有需要提供一种能够减少晶圆翘曲的静电卡盘和固定静电卡盘的方法。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的是提供一种卡盘组件和一种固定静电卡盘的方法以减少晶圆翘曲。

为了实现上述目的，本发明的一实施例提供了一种用于固持晶圆的静电卡盘。静电卡盘包括至少一个介电层、耦合到介电层的电极层以及卡盘底座。卡盘基部包括多个锁孔。介电层和电极层设置在卡盘底座上。卡盘底座的每个锁孔包括第一部分和连接到第一部分的第二部分。第一部分在卡盘底座的底面上具有第一开口。第二部分在卡盘底座的底面上具有第二开口。第二部分的第二开口的宽度小于第一部分的第一开口的宽度。

为了实现上述目的，本发明的另一个实施例提供了一种用于固持晶圆的卡盘组件。卡盘组件包括静电卡盘和被配置为固定静电卡盘的支撑体。静电卡盘包括至少一个介电层、耦合到介电层的电极层以及卡盘底座。卡盘基部包括多个锁孔。介电层和电极层设置在卡盘底座上。卡盘底座的每个锁孔包括第一部分和连接到第一部分的第二部分。第一部分在卡盘底座的底面上具有第一开口。第二部分在卡盘底座的底面上具有第二开口。第二部分的第二开口的宽度小于第一部分的第一开口的宽度。支撑体具有对应于静电卡盘的卡盘底座的多个锁孔形成的多个螺钉孔。静电卡盘通过对应于卡盘底座的多个锁孔设置的多个锁定螺钉固定在支撑体上。

为了实现上述目的，本发明的又一实施例提供了一种固定静电卡盘的方法。该方法包括步骤S401至S404。在步骤S401中，提供了具有多个螺钉孔的支撑体。在步骤S402中，将对应于多个螺钉孔的多个锁定螺钉紧固到支撑体上。每个锁定螺钉包括一个锁头和一个连接锁头的螺柱。每个锁定螺钉的螺柱连接到支撑体的螺钉孔之一。在步骤S403中，将静电卡盘放置在支撑体上。静电卡盘包括卡盘底座。卡盘底座包括对应于多个锁定螺钉形成的多个锁孔。每个锁定螺钉的锁头设置在卡盘底座的相应锁孔中。在步骤S404中，静电卡盘绕支撑体的中心线旋转以将静电卡盘固定在支撑体上。每个锁定螺钉的锁头固定在卡盘底座的相应锁孔中。

如上所述，本公开的实施例的卡盘组件和方法使用锁孔和锁定螺钉来结合静电卡盘和支撑体。因此，可以降低静电卡盘表面的剪切力以防止晶圆翘曲。

附图说明

现在将参考附图仅通过示例的方式描述本专利技术的实现。

图1和图2是静电卡盘用螺钉将晶圆夹持在支撑件上的俯视图和侧视图。

图3是根据本发明的一实施例的静电卡盘的截面图。

图4是根据本公开的另一实施例的卡盘组件的分解截面图；图5是图4的卡盘组件的部分组装的截面图；图6是图4的卡盘组件的组装的截面图；图7是图6的卡盘组件在解锁状态和锁定状态下的俯视图；图8是图4的卡盘组件的静电卡盘的仰视图。图9和图10分别是8的静电卡盘沿线A-A’和线B-B’的部分截面图。

图11是根据本发明的又一实施例的固定静电卡盘的方法的流程图。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为局限于在此阐述的示例性实施例。相反，提供这些示例性实施例使得本公开将是透彻和完整的，并将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。相同的附图标记表示相同的元件。

本文所使用的术语仅出于描述特定示例性实施例的目的，并且不旨在限制本发明。如本文所使用的单数形式“一”，“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还应理解，词语“包含”、“包括”或“具有”在这里使用时，指定所述特征、区域、整数、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但不排除其中的一个或多个其他特征、区域、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其组合的存在或添加。

应该理解，词语“和/或”包括一个或多个相关联的列出项目的任何和所有组合。还应理解，虽然词语第一、第二、第三等在此可用于描述各种元件、组件、区域、部件和/或部分，但这些元素、组件、区域、部件和/或部分不应受这些术语的限制。这些词语仅用于区分一个元素、组件、区域、部件或部分与另一个元素、组件、区域、层或部分。因此，下面讨论的第一元素、组件、区域、部件或部分可以被称为第二元素、组件、区域、层或部分，而不背离本公开的指导。

除非另有定义，否则此处使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还将理解的是，诸如在常用词典中定义的术语应被解释为具有与它们在相关领域和本公开的上下文中的含义一致的含义，并且将不以理想化的方式或过于形式地进行解释，除非在此明确定义。

将结合图3至图11对本发明的示例性实施例进行描述。将参考附图来详细描述本发明，其中所描绘的元素不必按比例显示，并且通过几个视图和相同或相似的术语，相同或相似的元素由相同或相似的附图标记表示。

下文将结合附图进一步描述本发明。

参考图3，示出了根据本公开的一实施例的静电卡盘(ESC)的截面图。如图3所示，静电卡盘200包括介电层211和212、电极层220和卡盘底座230。电极层220设置在介电层211和212之间，且被配置为双极ESC中布置的一对电极221和222，在它们之间设置有绝缘体223。介电层211、212和电极层220由卡盘基座230支撑。电极221和222连接到电源240的正极端和负极端。因此，电极221被正向偏置，而电极222被负向偏置。电极221和222的偏置电位在介电层211和212的相邻表面区域中感应电荷。例如，在布置于电极221上的介电层211的底表面区域211a上感应负电荷。另一方面，在与底表面区域211a相对的介电层211的上表面区域211b处感应正电荷。类似地，在布置于电极222上的介电层211的底表面区域211c上感应正电荷，负电荷积累在介质层211相对的上表面区域211d上。介电层211的上表面区域211b和211d上的正电荷和负电荷依次诱导电荷沿着晶圆W的底表面区域W1和W2堆积。介电层211和晶圆W之间的感应电位产生静电力使晶圆W固定到静电卡盘200上。在固定晶圆W的情况下，将等离子源气体释放到晶圆W上的等离子体区域250中用于等离子体处理，例如蚀刻、气相沉积、溅射等，直到达到所需的蚀刻或沉积程度。

参考图4至10，示出了根据本公开的另一实施例的用于固持晶圆的卡盘组件的各种视图。图4是卡盘组件的分解截面图。图5是图4的卡盘组件的部分组装的截面图；图6是图4的卡盘组件的组装的截面图；图7是图6的卡盘组件在解锁状态和锁定状态下的俯视图；图8是图4的卡盘组件的静电卡盘的仰视图。图9和图10分别是图8的静电卡盘沿线A-A‘和线B-B’的部分截面图。如图4至6所示，本发明公开的实施例的卡盘组件300包括静电卡盘310和被配置为固定静电卡盘310的支撑体330。静电卡盘310包括至少一个介电层311、耦合到介电层311的电极层312以及卡盘底座313。静电卡盘310的介电层311和电极层312的组件和功能可以参考前面的实施例而不在此进一步描述。静电卡盘310的卡盘底座313包括多个锁孔314。介电层311和电极层312设置在卡盘基座313上。如图7至10所示，卡盘底座313的每个锁孔314包括第一部分314a和连接到第一部分314a的第二部分314b。如图9和10所示，第一部分314a在卡盘底座313的底面上具有第一开口314c，第二部分314b在卡盘底座314的底面上具有第二开口314d。第二部分314b的第二开口314d的宽度L2小于第一部分314a的第一开口314c的宽度L1。在图9和图10所示的实施例中，每个锁孔314的第一部分314a具有矩形截面，并且每个锁孔314的第二部分314b具有T形截面。

如图8所示，多个锁孔314的数量是偶数。优选地，上述偶数落在8到30的范围内。卡盘底座313具有圆盘形状。多个锁孔314围绕卡盘底座313的中心点O同心定位。

如图4至图6所示，支撑体330具有对应于静电卡盘310的卡盘底座313上的多个锁孔314形成的多个螺钉孔331。静电卡盘310通过与卡盘底座313上的多个锁孔314相对应设置的多个锁定螺钉320固定在支撑体330上。每个锁定螺钉320包括锁头321和螺柱322。每个锁定螺钉320的锁头321被配置为设置在卡盘底座313的锁孔314之一中。每个锁定螺钉320的螺柱322被配置为固定在支撑体330的螺钉孔331之一中。

如图7、图9和图10所示，当锁定螺钉320的锁头321相应地置于锁孔314的第一部分314a中时，卡盘组件300处于解锁状态。当锁定螺钉320的锁头321相应地置于锁孔314的第二部分314b中时，卡盘组件300处于锁定状态。每个锁定螺钉320的锁头321具有小于或等于每个锁孔314的第一部分314a的第一开口314c的宽度L1的直径D1，并且每个锁定螺钉320的锁头321的直径D1大于每个锁孔314的第二部分314b的第二开口314d的宽度L2。锁定螺钉320可以由诸如不锈钢的金属制成。在一个实施例中，每个锁定螺钉320的尺寸大于5/32英寸。

在另一个实施例中，本发明还提供了一种用于固持晶圆的静电卡盘。本实施例的静电卡盘可以参考图4至图10的静电卡盘310。如图4至图10所示，静电卡盘包括至少一个介电层311、耦合到介电层311的电极层312以及卡盘底座313。卡盘底座包括多个锁孔314。介电层311和电极层312设置在卡盘基座313上。卡盘底座313的每个锁孔314包括第一部分314a和连接到第一部分314a的第二部分314b。第一部分314a在卡盘底座313的底面上具有第一开口314c。第二部分314b在卡盘底座313的底面上具有第二开口314d。第二部分314b的第二开口314d的宽度L2小于第一部分314a的第一开口314c的宽度L1。优选地，每个锁孔314的第一部分314a具有矩形截面；并且每个锁孔314的第二部分314b具有T形截面。

参考图11，示出了根据本公开的又一实施例的固定静电卡盘的方法的流程图。如图11所示，方法S400包括步骤S401至S404。方法S400的步骤也可以参考图4到10。在步骤S401中，提供了具有多个螺钉孔331的支撑体330。如图4所示，支撑体330的每个螺钉孔331在其内表面上具有至少一个螺纹。

在步骤S402中，如图5所示，将对应于多个螺钉孔331的多个锁定螺钉320紧固到支撑体330上。每个锁定螺钉320包括一个锁头321和一个连接锁头的螺柱322。每个锁定螺钉320的螺柱322连接到支撑体330的螺孔331之一。在一个实施例中，支撑体330具有8个螺钉孔331。相应地，8个锁定螺钉320紧固在支撑体330上。在其他实施例中，锁定螺钉320的数量可以多于8个，例如10到30个。

在步骤S403中，如图6所示，将静电卡盘310放置在支撑体330上。静电卡盘310包括卡盘底座313。静电卡盘310的卡盘底座313包括对应于多个锁定螺钉320形成的多个锁孔314。卡盘底座313的每个锁孔314包括第一部分314a和连接到第一部分314a的第二部分314b。锁定螺钉320的锁头321相应地设置在卡盘底座313的锁孔314的第一部分314a中。

在步骤S404中，静电卡盘310绕支撑体330的中心线旋转以将锁定螺钉320的锁头321从锁孔314的第一部分314a移动到锁孔的第二部分314b。因此，如图7所示，静电卡盘310固定在支撑体330上。每个锁定螺钉320的锁头321固定在卡盘底座313的相应锁孔314中。当锁定螺钉320的锁头321相应地置于锁孔314的第一部分314a中时，卡盘组件310处于解锁状态。当锁定螺钉320的锁头321相应地置于锁孔314的第二部分314b中时，卡盘组件310处于锁定状态。当旋转静电卡盘310时，静电卡盘310相对于支撑体330旋转小于15度的角度。如图9和图10所示，每个锁孔314的第一部分314a具有矩形截面。第一部分314a在卡盘底座313的底面上具有第一开口314c。每个锁孔314的第二部分314b具有T型横截面。第二部分314b在卡盘底座313的底面上具有第二开口314d。第二部分314b的第二开口314d的宽度L2小于第一部分314a的第一开口314c的宽度L1。如图7所示，每个锁定螺钉320的锁头321具有小于或等于每个锁孔314的第一部分314a的第一开口314c的宽度L1的直径D1，并且每个锁定螺钉320的锁头321的直径D1大于每个锁孔314的第二部分314b的第二开口314d的宽度L2。

如上所述，通过使用锁孔314和锁定螺钉320的组合，本公开的实施例的静电卡盘310被固定在支撑体330上。静电卡盘310相对于支撑体330旋转以将锁定螺钉320的锁头321从锁孔314的第一部分314a移动到锁孔314的第二部分314b。以这种方式，锁定螺钉320固定在静电卡盘310的卡盘底座313的相应锁孔314中。因此，可以降低静电卡盘表面的剪切力以防止晶圆翘曲。

以上所示和描述的实施例仅是示例。在本领域中经常可以找到许多细节，例如卡盘组件的其他特征和固定静电卡盘的方法。因此，许多这样的细节既没有展示也没有描述。尽管在上述说明中阐述了本技术的许多特征和优点，连同本发明的结构和功能的细节，但是本公开仅是说明性的，并且可以在细节上做出改变，特别是在本发明原则内的部件的形状、尺寸和零件布局的问题上，不超过并包括由权利要求中使用的术语的广义含义所确定的全部范围。因此，应当理解，可以在权利要求的范围内修改上述实施例。

Claims (7)

1.一种卡盘组件，用于固持晶圆，其特征在于，包括：

静电卡盘，包括：

至少一个介电层；

电极层，耦合到所述介电层；

卡盘底座，其包含多个锁孔，所述介电层和所述电极层设置在所述卡盘底座上，所述卡盘底座的每个所述锁孔包括第一部分和连接到第一部分的第二部分，所述第一部分在所述卡盘底座的底面上具有第一开口，所述第二部分在所述卡盘底座的底面上具有第二开口，并且所述第二部分的所述第二开口的宽度小于所述第一部分的所述第一开口的宽度；

支撑体，用于固定所述静电卡盘，并且具有对应于所述静电卡盘的所述卡盘底座的所述多个锁孔形成的多个螺钉孔，其中所述静电卡盘通过对应于所述卡盘底座的所述多个锁孔设置的多个锁定螺钉固定到所述支撑体。

2.根据权利要求1所述的卡盘组件，其特征在于，每一个所述多个锁定螺钉中包括一个锁头和一个螺柱，每个所述锁定螺钉的所述锁头被置于所述卡盘底座的所述锁孔的一个中，每个所述锁定螺钉的所述螺柱用于固定在所述支撑体的所述螺钉孔的一个中，所述卡盘底座为圆盘形，所述多个锁孔围绕卡盘底座的中心点同心定位。

3.根据权利要求2所述的卡盘组件，其特征在于，当所述锁定螺钉的锁头相应地置于锁孔的第一部分中时，卡盘组件处于解锁状态，当锁定螺钉的锁头相应地置于锁孔的第二部分中时，卡盘组件处于锁定状态；每个锁定螺钉的锁头具有小于或等于每个锁孔的第一部分的第一开口的宽度的直径，每个锁定螺钉的锁头的直径大于每个锁孔的第二部分的第二开口的宽度。

4.一种固定静电卡盘的方法，其特征在于，包括：

提供具有多个螺钉孔的支撑体；

将对应于所述多个螺钉孔的多个锁定螺钉拧紧到所述支撑体上，其中每个所述锁定螺钉包括锁头和连接到所述锁头的螺柱，并且每个所述锁定螺钉的螺柱连接到所述支撑体的螺孔之一；

将静电卡盘放置在支撑体上，其中静电卡盘包括卡盘底座，卡盘底座包括对应于多个锁定螺钉形成的多个锁孔，卡盘底座的每个锁孔包括第一部分和连接到第一部分的第二部分，锁定螺钉的锁头相应地置于卡盘底座的锁孔的第一部分中；

围绕支撑体的中心线旋转静电卡盘以将锁定螺钉的锁头从锁孔的第一部分移动到锁孔的第二部分，其中锁定螺钉的锁头固定在卡盘底座的相应锁孔中。

5.根据权利要求4所述的固定静电卡盘的方法，其特征在于，每个所述锁孔的所述第一部分具有矩形截面，第一部分在卡盘底座的底面上具有第一开口，每个锁孔的第二部分具有T形横截面，第二部分在卡盘底座的底面上具有第二开口，第二部分的第二开口的宽度小于第一部分的第一开口的宽度；

每个所述锁定螺钉的所述锁头具有小于或等于每个所述锁孔的第一部分的第一开口的宽度的直径，每个所述锁定螺钉的所述锁头的直径大于每个所述锁孔的第二部分的第二开口的宽度；

所述卡盘底座为圆盘形，所述多个锁孔围绕卡盘底座的中心点同心定位。

6.根据权利要求4所述的固定静电卡盘的方法，其特征在于，当所述锁定螺钉的锁头相应地置于锁孔的第一部分中时，所述静电卡盘处于解锁状态。

7.根据权利要求4所述的固定静电卡盘的方法，其特征在于，当所述锁定螺钉的锁头相应地置于所述锁孔的第二部分中时，所述静电卡盘处于锁定状态。

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