CN111613509A - 卡盘结构及反应腔室 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的卡盘结构及反应腔室，其包括自下而上依次叠置的基座、隔热层和卡盘本体，还包括第一紧固结构和第二紧固结构，其中，第一紧固结构用于使隔热层与卡盘本体固定连接，且仅与隔热层与卡盘本体相接触；第二紧固结构用于使隔热层与基座固定连接，且仅与隔热层与基座相接触。本发明中，每两个相邻层之间相互固定，且用于固定的紧固结构不与另一层相接触，从而避免了卡盘本体通过紧固结构将热量传递至基座，避免因基座升温致使的真空波纹管、射频器件、密封圈等元器件的寿命降低的问题，延长卡盘结构的使用寿命。

Description

卡盘结构及反应腔室
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种卡盘结构及反应腔室。
背景技术
在集成电路、红外器件、微机电系统等领域的晶圆刻蚀工艺中，晶圆表面的温度比较高，能达到200℃以上，且对于温度波动的要求也比较严格。通常在这种刻蚀设备中，采用高温卡盘的设计对晶圆加热。
图1a为现有技术提供的一种卡盘结构的示意图。图1b为图1a中卡盘结构的俯视图。如图1a-图1b所示，高温卡盘104通过真空螺钉102连接到铝基座106上，高温卡盘104和铝基座106之间设置有隔热层105，密封圈103是将卡盘进行真空大气分离，整体在腔室中，利用保护环101进行保护，防止工艺气体在对卡盘零部件刻蚀损坏。高温卡盘104作为温度控制的关键部件，采用导热系数大的材料。
在上述结构中，由于隔热层105为石英材料，石英材料不易加工螺纹孔，因此真空螺钉102从高温卡盘104直接连接到铝基座106上，不锈钢的导热系数是石英的10倍，高温卡盘104在工艺中快速升温，真空螺钉102直接传热到铝基座106上，导致基座106升温，致使基座106上安装的真空波纹管、射频器件、密封圈等元器件的寿命降低；另外，当晶圆降温时，螺钉头与卡盘接连处，降温速率慢，影响工艺均匀性。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种卡盘结构及反应腔室，以减少卡盘本体传递到基座的热量，提高卡盘本体与基座之间的隔热性能。
作为本发明的一方面，本发明提供了一种卡盘结构，包括自下而上依次叠置的基座、隔热层和卡盘本体，还包括：
第一紧固结构，用于使所述隔热层与所述卡盘本体固定连接，且仅与所述隔热层与所述卡盘本体相接触；
第二紧固结构，用于使所述隔热层与所述基座固定连接，且仅与所述隔热层与所述基座相接触。
进一步地，所述第一紧固结构包括第一螺钉、第一沉孔和第一螺纹孔；其中，
所述第一沉孔设置在所述隔热层中；
所述第一螺纹孔设置在所述卡盘本体的下表面上对应所述第一沉孔的位置处；所述第一螺纹孔为盲孔；
所述第一螺钉穿过所述第一沉孔与所述第一螺纹孔连接，且所述第一螺钉的螺钉头位于所述第一沉孔中。
进一步地，所述第二紧固结构包括第二螺钉、定位孔、连接块和第二沉孔；其中，
所述定位孔设置在所述隔热层中，所述连接块设置在所述定位孔中，所述连接块中设置有第二螺纹孔；
所述第二沉孔设置在所述卡盘本体的下表面上对应所述定位孔的位置处，所述第二螺钉穿过所述第二沉孔与所述第二螺纹孔连接，且所述第二螺钉的螺钉头位于所述第二沉孔中。
进一步地，所述定位孔中设置有轴向定位部，所述连接块的外周壁上对应所述轴向定位部设置有第一止动部，所述第一止动部抵靠在所述轴向定位部上，以避免所述连接块发生轴向移动。
进一步地，所述定位孔中设置有周向定位部，所述连接块的外周壁上对应所述周向定位部设置有第二止动部，所述第二止动部抵靠在所述周向定位部上，以限定所述连接块围绕所述定位孔的轴向的旋转自由度。
进一步地，所述定位孔与所述连接块的径向截面形状被设置为，能够限定所述连接块围绕所述定位孔的轴向的旋转自由度。
进一步地，所述连接块的下端延伸至所述第二沉孔中。
进一步地，所述第一紧固件的数量和所述第二紧固件的数量均为多个，且分别围绕所述隔热层的周向间隔设置。
进一步地，所述卡盘本体的材料和所述基座的材料包括金属；所述隔热层的材料包括石英。
本发明还提供了一种反应腔室，包括腔体和设置在腔体中的卡盘结构，卡盘结构为本发明提供的卡盘结构。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的卡盘结构，其包括自下而上依次叠置的基座、隔热层和卡盘本体，还包括第一紧固结构和第二紧固结构，其中，第一紧固结构用于使隔热层与卡盘本体固定连接，且仅与隔热层与卡盘本体相接触；第二紧固结构用于使隔热层与基座固定连接，且仅与隔热层与基座相接触。本发明中，每两个相邻层之间相互固定，且用于固定的紧固结构不与另一层相接触，从而避免了卡盘本体通过紧固结构将热量传递至基座，避免因基座升温致使的真空波纹管、射频器件、密封圈等元器件的寿命降低的问题，延长卡盘结构的使用寿命。
本发明提供的反应腔室，包括腔体和设置在腔体中的卡盘结构，其中，卡盘结构采用本发明提供的卡盘结构，从而提高卡盘本体与基座之间的隔热性能，避免因基座升温致使的真空波纹管、射频器件、密封圈等元器件的寿命降低的问题，延长卡盘结构的使用寿命。
附图说明
图1a为现有技术提供的一种卡盘结构的示意图；
图1b为图1a中卡盘结构的俯视图；
图2a为本发明实施例提供的卡盘结构的第一截面剖视图；
图2b为图2a中的局部放大图；
图3a为本发明实施例提供的卡盘结构的第二界面剖视图；
图3b为图3a中的局部放大图；
图4为本发明实施例提供的卡盘本体的俯视图；以及，
图5为本发明实施例提供的连接块与第二螺钉的爆炸图。
其中，
1-卡盘本体；2-隔热层；3-基座；11-第一螺钉；12-第一沉孔；13第一螺纹孔；21-第二螺钉；22-定位孔；23-连接块；24-第二螺纹孔；25-第二沉孔；101-保护环；102-真空螺钉；103-密封圈；104-高温卡盘；105-隔热层；106-铝基座。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的卡盘结构及反应腔室进行详细描述。
图2a为本发明实施例提供的卡盘结构的第一截面剖视图。图3a为本发明实施例提供的卡盘结构的第二界面剖视图。
如图2a、图3a所示，本发明提供了一种卡盘结构，包括自下而上依次叠置的基座3、隔热层2和卡盘本体1，还包括第一紧固结构和第二紧固结构，其中，第一紧固结构用于使隔热层2与卡盘本体1固定连接，且仅与隔热层2与卡盘本体1相接触；第二紧固结构用于使隔热层2与基座3固定连接，且仅与隔热层2与基座3相接触。
本发明中，每两个相邻层之间相互固定，且用于固定的紧固结构不与另一层相接触，从而避免了卡盘本体通过紧固结构将热量传递至基座，进而提高卡盘结构的面内温度均匀性，同时，避免因基座升温致使的真空波纹管、射频器件、密封圈等元器件的寿命降低的问题，延长卡盘结构的使用寿命。
下面结合附图对本发明实施例提供的第一紧固结构的具体结构进行详细描述。
图2b为图2a中的局部放大图。
请一并参阅图2a和图2b，在本实施例中，第一紧固结构包括第一螺钉11、第一沉孔12和第一螺纹孔13。其中，第一沉孔12设置在隔热层2中，且自朝向基座3的表面向朝向卡盘本体1的表面设置；第一螺纹孔13设置在卡盘本体1的下表面上，且对应第一沉孔12的位置处，且第一螺纹孔13为盲孔；第一螺钉11依次穿过第一沉孔12与第一螺纹孔13连接，且第一螺钉11的螺钉头位于第一沉孔12中。从而将隔热层2与卡盘本体1进行固定连接。
其中，“第一螺钉13的螺钉头位于第一沉孔12中”指的是，第一螺钉13的螺钉头的端面位于隔热层2上下两个端面之间，即第一螺钉11的螺钉头埋在隔热层2中，从而避免第一螺钉13与基座3相接触。
由于第一螺纹孔13为盲孔，避免卡盘本体的上表面存在裸露的螺钉，进而提高卡盘本体的面内温度均匀性。
图4为本发明实施例提供的卡盘本体的俯视图。如图4所示，从俯视角度看，卡盘本体1上的材质没有螺钉头裸露，材质均匀，当高温使得卡盘本体1的温度变化时，卡盘本体1的表面温度不会因为螺钉头的存在，而影响温度变化，温度控制更加精准，工艺均匀性更好。
下面结合附图对本发明实施例提供的第二紧固结构的具体结构进行详细描述。
图3a为本发明实施例提供的卡盘结构的第二界面剖视图。图3b为图3a中的局部放大图。
请一并参阅图3a和图3b，在本实施例中，第二紧固结构包括第二螺钉21、定位孔22、连接块23和第二沉孔25。其中，定位孔22设置在隔热层2中，在定位孔22中设置有连接块23，连接块23中设置有第二螺纹孔24；第二沉孔25设置在卡盘本体1的下表面上对应定位孔22的位置处，第二螺钉21穿过第二沉孔25与第二螺纹孔24连接，且第二螺钉21的螺钉头完全位于第二沉孔25中。
其中，隔热层2的材料为石英，由于石英材料不易加工螺纹孔，因此，在本实施例中，通过使用连接块23，在连接块23中形成第二螺纹孔24，从而避免在隔热层2中加工螺纹孔，同时实现隔热层2与基座3之间的固定连接。
进一步地，定位孔22与连接块23的相应位置上设置有防止连接块23沿定位孔22的轴向向下移动的结构。具体地，定位孔22中设置有轴向定位部，连接块23的外周壁上对应轴向定位部的位置处设置有第一止动部，当第一止动部抵靠在轴向定位部上，避免连接块23沿定位孔22的轴向向下移动。
进一步地，定位孔22与连接块23的相应位置上设置有防止连接块23围绕定位孔22的轴向旋转的结构。具体地，定位孔22与连接块23的径向截面形状被设置为能够限定连接块23围绕定位孔22的轴向的旋转自由度。或者，定位孔22与连接块23中设置有周向定位部，连接块23的外周壁上对应周向定位部设置有第二止动部，第二止动部抵靠在周向定位部上，以限定所述连接块围绕所述定位孔的轴向的旋转自由度。借此，以防止在旋转第二螺钉21时，连接块23随第二螺钉21的旋转而旋转致使无法使第二螺钉21与连接块23旋紧。
本发明对连接块23和定位孔22的具体结构并不做限定，只要能够防止连接块23沿定位孔22的轴向向下移动，并且能够限定连接块23围绕定位孔22的轴向的旋转自由度，即可。图5为本发明实施例提供的连接块与第二螺钉的爆炸图。如图3b和图5所示，作为本发明实施例提供的一种具体实施例，定位孔22为沉孔，该沉孔的台阶结构作为定位部，相应的在连接块23的上端设置有凸台，该凸台作为第一止动部，当连接块23置于定位孔22中时，凸台抵靠在定位孔22的台阶结构上，从而防止连接块23沿定位孔22的轴向向下移动。另外，在图3b和图5所示的具体实施例中，连接块23与定位孔22的径向截面形状为椭圆形，从而防止连接块23在定位孔22中旋转。但是本发明并不局限于此，在实际应用中，防止连接块23在定位孔22中旋转的结构还可以设置在凸台和台阶结构相对的表面上，在凸台上设置凸起，并在台阶结构上设置凹陷，从而防止连接块23在定位孔22中旋转。综上所述，本发明对连接块23和定位孔22的具体结构并不做限定，只要能够防止连接块23沿定位孔22的轴向向下移动，并且能够限定连接块23围绕定位孔22的轴向的旋转自由度，即可。
进一步地，连接块23的外周壁形状与定位孔22的周壁形状相适配。
优选的，如图3b所示，连接块23的下端延伸至第二沉孔25中，如此设置，在固定隔热层2与基座3时，先通过连接块23依次穿过定位孔22和第二沉孔25，完成隔热层2与基座3的初步固定，再通过第二螺钉21依次穿过基座和隔热层2，与连接块23中的第二螺纹孔24旋紧，最终完成隔热层2与基座3的固定。
进一步地，连接块23的上端面低于隔热层2的上端面。优选地，连接块23的上端面与隔热层2的上端面之间的竖直高度的取值范围为0.5mm～1mm。
更进一步地，连接块23与定位孔22之间为间隙配合。优选地，该间隙的取值范围为0.5mm～1mm。
其中，基座3与卡盘本体1的材料包括金属，例如铝等。
其中，连接块23的材料包括不锈钢。
现有技术中在基座中形成螺纹孔，通过螺钉与螺纹孔旋紧实现卡盘本体、隔热层和基座这三层的固定，由于基座为铝材质，铝材质在高温下膨胀，螺纹孔过度膨胀会出现螺钉拆装困难的情况，卡盘的维护也会存在风险。在本发明中，形成第二螺纹孔的连接块23虽然是不锈钢材料制备的，但由于连接块23与定位孔22之间为间隙配合，因此，即便在高温情况下，也不会因连接块23的过度膨胀导致第二螺钉21难以拆卸，从而提高安装稳定性。
通过本发明采用的第二紧固结构的设计，即避免了第二螺钉21与基座3连接，又保证卡盘本体1与基座3之间没有直接接触，使得隔热层2充分发挥隔热的作用。当卡盘本体1升温时，基座3也不会因此升温过高，保护了与基座3相连接的元器件及密封圈的寿命，又避免了铝材质升温时间长，与螺纹咬死的现象。
在本实施例中，第一紧固件的数量为多个，且多个第一紧固件围绕隔热层2的周向间隔设置。
在本实施例中，第二紧固件的数量为多个，且多个第二紧固件围绕隔热层2的周向间隔设置。
在本实施例中，第一紧固件和第二紧固件环绕隔热层2的同一周相间设置，且第一紧固件和第二紧固件均匀分部，此时，既能够将卡盘本体1、隔热层2和基座3相固定，同时能够尽量节约在径向投影上紧固件所占的面积。当然，第一紧固件和第二紧固件也可以分别围绕隔热层2的两周设置，只要能够将卡盘本体1、隔热层2和基座3相固定即可。
作为本发明的另一方面，本发明还提供一种反应腔室，包括腔体和设置在腔体中的卡盘结构，其中，卡盘结构为本发明实施例提供的卡盘结构。
通过采用本发明提供的卡盘结构，从而提高反应腔室内卡盘结构的面内温度均匀性，同时，避免因基座升温致使的真空波纹管、射频器件、密封圈等元器件的寿命降低的问题，延长卡盘结构的使用寿命。
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)

1.一种卡盘结构，包括自下而上依次叠置的基座、隔热层和卡盘本体，其特征在于，还包括：
第一紧固结构，用于使所述隔热层与所述卡盘本体固定连接，且仅与所述隔热层与所述卡盘本体相接触；
第二紧固结构，用于使所述隔热层与所述基座固定连接，且仅与所述隔热层与所述基座相接触。
2.根据权利要求1所述的卡盘结构，其特征在于，所述第一紧固结构包括第一螺钉、第一沉孔和第一螺纹孔；其中，
所述第一沉孔设置在所述隔热层中；
所述第一螺纹孔设置在所述卡盘本体的下表面上对应所述第一沉孔的位置处；所述第一螺纹孔为盲孔；
所述第一螺钉穿过所述第一沉孔与所述第一螺纹孔连接，且所述第一螺钉的螺钉头位于所述第一沉孔中。
3.根据权利要求1所述的卡盘结构，其特征在于，所述第二紧固结构包括第二螺钉、定位孔、连接块和第二沉孔；其中，
所述定位孔设置在所述隔热层中，所述连接块设置在所述定位孔中，所述连接块中设置有第二螺纹孔；
所述第二沉孔设置在所述卡盘本体的下表面上对应所述定位孔的位置处，所述第二螺钉穿过所述第二沉孔与所述第二螺纹孔连接，且所述第二螺钉的螺钉头位于所述第二沉孔中。
4.根据权利要求3所述的卡盘结构，其特征在于，所述定位孔中设置有轴向定位部，所述连接块的外周壁上对应所述轴向定位部设置有第一止动部，所述第一止动部抵靠在所述轴向定位部上，以避免所述连接块发生轴向移动。
5.根据权利要求3或4所述的卡盘结构，其特征在于，所述定位孔中设置有周向定位部，所述连接块的外周壁上对应所述周向定位部设置有第二止动部，所述第二止动部抵靠在所述周向定位部上，以限定所述连接块围绕所述定位孔的轴向的旋转自由度。
6.根据权利要求3或4所述的卡盘结构，其特征在于，所述定位孔与所述连接块的径向截面形状被设置为，能够限定所述连接块围绕所述定位孔的轴向的旋转自由度。
7.根据权利要求3所述的卡盘结构，其特征在于，所述连接块的下端延伸至所述第二沉孔中。
8.根据权利要求1所述的卡盘结构，其特征在于，所述第一紧固件的数量和所述第二紧固件的数量均为多个，且分别围绕所述隔热层的周向间隔设置。
9.根据权利要求1所述的卡盘结构，其特征在于，所述卡盘本体的材料和所述基座的材料包括金属；所述隔热层的材料包括石英。
10.一种反应腔室，包括腔体和设置在腔体中的卡盘结构，其特征在于，所述卡盘结构为权利要求1-9中任一所述的卡盘结构。
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