CN112563185A - 静电卡盘及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种静电卡盘及半导体加工设备，包括卡盘本体、基座、匀热板和多组连接组件，其中，卡盘本体叠置于基座上，卡盘本体的底部包括凹部，基座的顶部包括与凹部配合的凸部；每组连接组件均包括连接件、紧固件和锁紧件；连接件位于凹部和凸部在竖直方向上相对的两个表面之间；紧固件的一端与连接件相连接，紧固件的另一端与锁紧件连接；凹部的内周壁上设有连接槽；连接组件包括第一状态和第二状态；当连接组件处于第一状态时，连接件部分位于连接槽内；当连接组件处于第二状态时，锁紧件处于释放状态和/或连接件与连接槽相分离。本发明提供的静电卡盘及半导体加工设备，其具有可拆装的卡盘本体和基座，以能够降低检修难度和维护难度及成本。

Description

静电卡盘及半导体加工设备

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种静电卡盘及半导体加工设备。

背景技术

在集成电路的制造工艺中，通常使用静电卡盘来晶片对进行固定，并对晶片的温度进行调节。

现有的静电卡盘通常由卡盘本体和用于固定卡盘本体的基座组成，且两者一般采用粘接或钎焊的方式固定连接。但由于粘接和钎焊的连接效果都较为紧固且不易断开，所以无论采用粘接或钎焊连接卡盘本体和基座，都会造成两者在进行连接固定后难以被拆卸的问题，进而提高静电卡盘的维护难度和成本。

发明内容

本发明实施例旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种静电卡盘及半导体加工设备，其具有可拆装的卡盘本体和基座，以能够降低检修难度和维护难度及成本。

为实现本发明的目的而提供包括卡盘本体、基座、匀热板和多组连接组件，其中，所述卡盘本体叠置于所述基座上，所述卡盘本体的底部包括凹部，所述基座的顶部包括与所述凹部配合的凸部；所述匀热板位于所述凹部的内底壁和所述凸部的上表面之间，所述匀热板为导热材质；多组所述连接组件沿所述基座的圆周方向间隔分布，所述凸部设有贯通的安装孔，所述安装孔和所述连接组件一一对应设置；每组所述连接组件均包括连接件、紧固件和锁紧件，其中，所述连接件位于所述凹部和所述凸部在竖直方向上相对的两个表面之间；所述紧固件与所述安装孔插接；所述紧固件的一端与所述连接件相连接，所述紧固件的另一端伸出所述安装孔并与所述锁紧件连接；所述凹部的内周壁上设有连接槽；所述连接组件包括第一状态和第二状态，其中，当所述连接组件处于所述第一状态时，所述锁紧件处于锁紧状态，且所述连接件部分位于所述连接槽内；当所述连接组件处于所述第二状态时，所述锁紧件处于释放状态，且所述连接件与所述连接槽相分离。

可选的，所述连接件上设有通孔，且所述通孔偏心设置；所述连接件通过所述紧固件围绕所述安装孔的轴线转动，以使所述连接组件处于所述第一状态或所述第二状态。

可选的，所述紧固件为紧固螺栓，所述紧固螺栓与所述通孔插接，所述紧固螺栓的头部与所述连接件的远离所述凸部的一侧相抵接；所述锁紧件为螺母，所述螺母与所述紧固螺栓螺纹连接。

可选的，所述紧固件与所述连接件固定连接，以能够通过转动所述紧固件来转动所述连接件。

可选的，所述凸部的上表面开设有多个辅助安装槽，所述辅助安装槽与所述连接件一一对应设置；所述连接件设置于所述辅助安装槽中，且所述连接件的上表面与所述凸部的上表面相平齐。

可选的，所述匀热板的形状和所述凹部的内底面的形状相适配，所述连接件位于所述匀热板和所述辅助安装槽之间。

可选的，所述匀热板中沿其厚度方向贯通设置有多个辅助安装孔，所述辅助安装孔的数量与所述连接件与所述连接件一一对应设置，且各个所述紧固螺栓的头部一一对应设置在各个所述辅助安装孔中，以使所述连接件的上表面、所述凸部和上表面和所述匀热板的下表面均平齐。

可选的，所述基座顶部还包括支撑部，所述支撑部环绕所述凸部设置；所述支撑部和所述凹部之间的接触面上设有密封结构。

可选的，所述匀热板为石墨材质或铝材质。

作为另一种技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室和设置在所述反应腔室中的静电卡盘，其中，所述静电卡盘采用上述任意实施例中所述的静电卡盘。

本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例提供的静电卡盘，通过用可拆装的连接组件连接卡盘本体和基座，以能够通过将连接组件拆解至第二状态，将连接件从连接槽中移出，从而将静电卡盘拆卸成卡盘本体和基座；还能够通过将连接组件锁紧至第一状态，将连接件置入连接槽中，从而将卡盘本体和基座在竖直方向上，以组成静电卡盘；由此可见，本发明实施例提供的静电卡盘的拆卸和安装的难度都较低，从而能够降低静电卡盘的维护难度和维护成本。

本发明实施例提供的半导体加工设备，通过采用上述实施例提供的静电卡盘来固定待加工工件，以使静电卡盘便于拆卸，从而能够降低静电卡盘的维护难度和维护成本，进而能够降低半导体加工设备的维护难度和维护成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的静电卡盘的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的卡盘本体的侧面剖视图。

图3为本发明实施例提供的基座的侧面剖视图。

图4为本发明实施例提供的连接组件处于第一状态时的局部结构示意图。

图5为本发明实施例提供的连接组件处于第二状态时的局部结构示意图。

图6为本发明实施例提供的基座的俯视图。

图7为本发明实施例提供的匀热板的仰视图。

图8为本发明实施例提供的匀热层和连接件同层设置的静电卡盘的结构示意图。

图9为本发明实施例提供的连接件与紧固螺栓形成为一体的静电卡盘的结构示意图。

图10为本发明实施例提供的静电卡盘的装置过程的流程图。

图11为本发明实施例提供的静电卡盘的拆卸过程的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明，本发明的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本发明的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，本实施例中使用的所有术语（包括技术术语和科学术语），具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

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静电卡盘及半导体加工设备进行详细描述。

本实施例提出一种静电卡盘，如图1所示，其包括卡盘本体1、基座2、匀热板4和多组连接组件3。具体的，按照吸附力产生原理划分，静电卡盘可以例如为库伦型卡盘或J-R型卡盘。卡盘本体1中设置有静电电极（图中未示出），以能够利用静电吸附待加工工件。基座2与调温结构（图中未示出）连接，以能够对卡盘本体1进行温度调节，从而使待加工工件保持在适合工艺进行的温度范围内，具体可以为一种水冷基座，通过内部的冷却液实现水冷，进而实现静电卡盘对待加工工件的冷却功能。为了保证静电卡盘与工艺腔室中的其他部件和等离子体绝缘，并具有良好的导热性，卡盘本体1和基座2的可以采用氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷等绝缘材料。

卡盘本体1叠置于基座2上，且卡盘本体1和基座2彼此相对的表面上分别设置有相互配合的凹部11和凸部21。如图2和图3所示，在本实施例中，凹部11为开设在卡盘本体1底部的圆柱形凹槽；凸部21为设置在基座2上表面的圆柱形凸板。但在实际生产中，前述凹部11和凸部21的形状和位置的设置方式都可以根据实际需要作改变，例如棱柱形的凹槽或凸板等，能够使凹部11和凸部21相互配合即可，以使凹部11能够限制凸部21在水平方向上的自由度。在一些实施例中，如图2所示，卡盘本体1上与凹部11对应的位置上设置有一定高度的凸起，该凸起的上表面可以用作吸附面以吸附待加工工件。

如图1所示，匀热板4设置在凹部11的内底壁和凸部21的上表面之间，即，匀热板4设置在凹部11和凸部21的在竖直方向上相对的两个表面之间，以使匀热板4的在竖直方向上相对的两个表面分别凹部11和凸部21在竖直方向上相对的两个表面接触；具体的，匀热板4为导热材质，其用于在卡盘本体1和基座2之间进行热交换。连接件31位于凹部11和匀热板4在竖直方向上相对的两个表面之间。而且，由于本实施例提供的静电卡盘是可拆卸的，且匀热板4和卡盘本体1相互接触但并未固定连接，这样设置便于匀热板4的更换，因此可以根据不同的生产需要更换不同导热系数的匀热板4，从而改变静电卡盘的冷却能力。在一些实施例中，匀热板4水平方向上投影的形状和卡盘本体1中的凹部11底面的形状相同，从而使匀热板4能够与卡盘本体1充分接触，以提高匀热板4与卡盘本体1之间的匀热效果；而且匀热板4被放置于凹部11的底面上后，匀热板4的朝向凸部21的表面，可以与连接槽12的上表面平齐，以避免因连接件31的阻碍而造成匀热板4与凸部21无法充分接触。在一些实施例中，匀热板4的材料可以采用石墨材质（例如石墨导热膜）或铝材质等具有一定导热性的材料，并可以根据工艺需要采用不同导热系数的材料，实现静电卡盘冷却效率可以变化。

多个连接组件3沿基座2的圆周方向间隔分布，凸部21设有贯通的安装孔23，安装孔23和连接组件一一对应设置。在一些实施例中，多组连接组件3可等间隔，均匀分布在凸部21和凹部11的边缘处，以在连接组件3对卡盘本体1和基座2进行紧固连接时产生的应力能够均匀分布在凸部21和凹部11中，从而避免使凸部21受到竖直方上的剪切应力而发生弯曲并造成连接组件3松动。具体的，连接组件3的数量可以根据实际生产需要进行选取，例如为12组。

每个连接组件3均包括连接件31、紧固件32和锁紧件33。其中，连接件31位于凹部11和凸部21在竖直方向上相对的两个表面之间；紧固件32设置于安装孔23中；紧固件32的一端与连接件31相连接，紧固件32的另一端伸出安装孔23并与锁紧件33连接。凹部11的内周壁上设有连接槽12。具体的，连接槽12既可以为沿凹部11内周壁周向开设的环形槽，也可以为沿凹部11内周壁周向分布的多个弧形槽，相应的，连接件31可以为板状件，以能够插接在连接槽12中。

连接组件包括第一状态和第二状态。具体的，当连接组件处于第一状态时，锁紧件处于锁紧状态，且连接件31能够相对于凸部21的外周壁凸出，以部分设置于连接槽12内，以使连接件31在竖直方向上被连接槽12固定，同时，紧固件32和锁紧件33能够将凸部21于连接件31在竖直方向上固定，从而能够使凸部21和凹部11在竖直方向上固定连接；当连接组件3处于第二状态时，锁紧件33处于释放状态，则凸部21与连接件31能够分离，从而使凸部21与凹部11脱离，或者，当连接组件3处于第二状态时，连接件31在相对于凸部21的外周壁不凸出，以使连接件31与连接槽12相分离，连接槽12则无法限制凸部21竖直方向上的自由度，以使凸部21与凹部11脱离，此时连接件31也可以从连接槽12中移出，从而完成静电卡盘的拆卸。由此可见，这样的设置方式能够降低使静电卡盘拆装难度，从而能够降低静电卡盘的维护难度和维护成本。

在一些实施例中，连接件31上设有通孔，且该通孔偏心设置，即，通孔中心相对于连接件31在水平方向上的投影偏心设置；紧固件32设置在该通孔中；连接件31能够通过紧固件32围绕安装孔的轴线转动，从而能够旋入连接槽12或从连接槽12中旋出，以使连接组件3处于上述第一状态或第二状态。具体的，由于连接件31上的通孔偏心设置，所以连接件31包含到该通孔的距离不相等的两条侧边。如图4所示，当连接组件3处于第一状态时，连接件31的到通孔距离较长的侧边位于连接槽12中，所以此时连接件31能够与连接槽插接，即，连接件31会被连接槽12的上下表面在竖直方向上固定；如图5所示，当连接组件3处于第二状态时，连接件31的到通孔距离较长的侧边位于连接槽12之外，而连接件31的到通孔距离较短的侧边与连接槽12之间还存在一定的距离，所以此时连接件31完全位于连接槽12之外，因此连接件31不受连接槽12的上下表面阻挡，其能够沿竖直方向移出凹部11。

在一些实施例中，连接件31在凸部21的上表面上的正投影轮廓包括三角形、四边形或者椭圆形。

在一些实施例中，紧固件32与连接件31固定连接，以能够通过转动紧固件32来转动连接件31。在一些实施例中，紧固件32与连接件31一体成型。

在一些实施例中，紧固件32为紧固螺栓，锁紧件33为紧固螺母。具体的，紧固螺栓的头部用于将连接件31压紧在凸部21的上表面，紧固螺栓的螺杆自上而下依次贯穿连接件31和基座2。紧固螺母与紧固螺栓的螺杆相配合，并预紧在基座2的下表面上。具体的，紧固螺母用于与紧固螺栓的螺杆从基座2下表面伸出的部分螺纹连接，以在紧固螺母与紧固螺栓拧紧时，能够压紧凸部21的下表面，并配合位于凸部21上表面的紧固螺栓的头部，将连接件31和凸部21压紧固定。具体的，可以采用力矩扳手的拧紧紧固螺母，以使多组紧固螺栓和紧固螺母的预紧力都相等，从而避免使凸部21受到竖直方上的剪切应力而发生弯曲并造成连接组件3发生松动。

在一些实施例中，如图3和图6所示，凸部21的朝向凹部11的表面上开设有多个辅助安装槽22，多个辅助安装槽22的位置与连接件31一一对应。连接件31设置于辅助安装槽22中，且连接件31的上表面与凸部21的上表面相平齐，以能够避免连接件31的表面高于凹部11的表面，阻碍匀热板4与凸部21接触，从而保证匀热板4的传热效果；而且也能够避免阻碍静电卡盘的整体安装。

在一些实施例中，如图7所示，匀热板4中沿其厚度方向贯通设置有多个辅助安装孔41。具体的，辅助安装孔41的数量与连接件31的数量相同，且各个紧固螺栓的头部一一对应地设置在各个辅助安装孔41中，以使连接件31的上表面、凸部21和上表面和匀热板4的下表面均平齐，从而避免由于紧固螺栓的头部的阻碍，而使匀热板4无法与基座2的表面接触，进而提高匀热板4的传热效果；而且能够避免阻碍静电卡盘整体安装。在一些实施例中，前述辅助安装孔41还可以为不贯穿匀热层4的沉孔，其能够容纳紧固螺栓的头部即可。

紧固螺栓还有另一些不同于上述实施例的设置方式。在一些实施例中，紧固螺栓的螺杆依次穿设于匀热板4、连接件31和凸部21中；紧固螺栓的头部用于压紧凹部11的朝向凸部21的表面。在一些实施例中，匀热板4上与紧固件32对应的位置设置能够容纳紧固螺栓的头部的槽体结构，从而避免由于紧固螺栓的头部的阻碍，而使匀热板4无法与卡盘本体1的表面接触。

在一些实施例中，如图8所示，多个连接件31环绕设置在匀热板4外侧，且匀热板4的底面与连接件31的底面均位于凸部21的顶面上，即，匀热板4的底面与连接件31的底面共面设置。其中，匀热板4的底面积小于凸部21的顶面积，以使位于匀热板4外侧的连接件31有足够的转动空间。

在一些实施例中，如图9所示，在紧固螺栓与连接件31一体成型的条件下，紧固螺栓的头部可以忽略不计，所以匀热板4上可以不设置辅助安装孔41。而且紧固件32并不限于此，在一些实施例中，前述紧固螺栓可以用板状或柱状零件来替代，相应的，前述紧固螺母可以用销等零件来替代，能够使紧固件32和锁紧件33在竖直方向上对基座2进行限位固定即可。

在一些实施例中，如图1所示，基座2顶部还包括支撑部，支撑部环绕凸部21设置，支撑部和凹部21之间的接触面上设有密封结构5，以对凹部11和凸部21进行密封，从而对凹部11和凸部21及两者之间的其他部件进行保护。具体的，密封结构5包括设置在基座边缘的密封槽51和填充在密封槽51的密封材料（图中未示出）。而且，由于卡盘本体1和基座2在边缘区压接，所以凹部11的深度和凸部21的高度及两者之间的其他部件的竖直方向上的尺寸应能够使卡盘本体1和基座2压接。具体实施时，静电卡盘一般处于真空环境中，通过上述密封结构5，可使其密封的区域内保持大气状态，匀热板4的接触面充满空气，使得卡盘本体1、匀热板4和基座2之间保持较强的传热能力，实现静电卡盘整体较强的冷却能力。

本实施例还提供一种上述静电卡盘的装配流程，如图10所示，其具体包括以下步骤：

步骤S01：将卡盘本体1倒置在工作台上，使设置在卡盘本体1的下方的凹部11朝向操作人员。

步骤S02：将匀热板4放置于卡盘本体1背面的凹部11中，保证匀热板4与凹部11的底面均匀接触。

步骤S03：将紧固螺栓一一对应的倒放在匀热板4的辅助安装孔41内。

步骤S04：将连接件31套到紧固螺栓上，此时连接件31的位于连接槽12插接。

步骤S05：将连接件31旋转，使连接件31与连接槽12插接；并对连接件31的位置手动做出适当调整，以使多个连接件31与多个辅助连接槽12一一对应。

步骤S06：将装有密封结构5的基座2倒置，并将多个连接件31与设置在凸部21上表面的多个辅助安装槽22一一对齐。

步骤S07：将凸部21装入凹部11，并使紧固螺栓穿过凸部21，以使基座2均匀地压在卡盘本体1上。

步骤S08：使用力矩扳手均匀的拧紧紧固螺母，以使每个紧固螺栓和紧固螺母的预紧力相同，从而使基座2受力均匀，完成静电卡盘的安装。

由于本实施例提供的上述静电卡盘是可拆装的，因此上述装配流程是可逆的，具体的，如图11所示，静电卡盘的拆卸流程包括以下步骤：

步骤S11：拧松紧固螺母，并将其从紧固螺栓上取下。

步骤S12：将凸部21从凹部11中取出。

步骤S13：旋转连接件31，使连接件31从连接槽12移出。

步骤S14：将连接件31与紧固螺栓321分离。

步骤S15：将匀热板4从卡盘本体1背面的凹部11中取出，完成对静电卡盘的拆解。

作为另一种技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室和设置在反应腔室中的静电卡盘，其中，静电卡盘采用上述实施例中提供的静电卡盘。

本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例提供的静电卡盘，通过用可拆装的连接组件连接卡盘本体和基座，以能够通过将连接组件拆解至第二状态，将连接件从连接槽中移出，从而将静电卡盘拆卸成卡盘本体和基座；还能够通过将连接组件锁紧至第一状态，将连接件置入连接槽中，从而将卡盘本体和基座在竖直方向上，以组成静电卡盘；由此可见，本发明实施例提供的静电卡盘的拆卸和安装的难度都较低，从而能够降低静电卡盘的维护难度和维护成本。

本发明实施例提供的半导体加工设备，通过采用上述实施例提供的静电卡盘来固定待加工工件，以使静电卡盘便于拆卸，从而能够降低静电卡盘的维护难度和维护成本，进而能够降低半导体加工设备的维护难度和维护成本。

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。

Claims (10)

1.一种静电卡盘，其特征在于，包括卡盘本体、基座、匀热板和多组连接组件，其中，所述卡盘本体叠置于所述基座上，所述卡盘本体的底部包括凹部，所述基座的顶部包括与所述凹部配合的凸部；所述匀热板位于所述凹部的内底壁和所述凸部的上表面之间，所述匀热板为导热材质；

多组所述连接组件沿所述基座的圆周方向间隔分布，所述凸部设有贯通的安装孔，所述安装孔和所述连接组件一一对应设置；每组所述连接组件均包括连接件、紧固件和锁紧件，其中，所述连接件位于所述凹部和所述凸部在竖直方向上相对的两个表面之间；所述紧固件与所述安装孔插接；所述紧固件的一端与所述连接件相连接，所述紧固件的另一端伸出所述安装孔并与所述锁紧件连接；

所述凹部的内周壁上设有连接槽；所述连接组件包括第一状态和第二状态，其中，当所述连接组件处于所述第一状态时，所述锁紧件处于锁紧状态，且所述连接件部分位于所述连接槽内；当所述连接组件处于所述第二状态时，所述锁紧件处于释放状态，和/或所述连接件与所述连接槽相分离。

2.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述连接件上设有通孔，且所述通孔偏心设置；所述连接件通过所述紧固件围绕所述安装孔的轴线转动，以使所述连接组件处于所述第一状态或所述第二状态。

3.根据权利要求2所述的静电卡盘，其特征在于，所述紧固件为紧固螺栓，所述紧固螺栓与所述通孔插接，所述紧固螺栓的头部与所述连接件的远离所述凸部的一侧相抵接；所述锁紧件为螺母，所述螺母与所述紧固螺栓螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述紧固件与所述连接件固定连接，以能够通过转动所述紧固件来转动所述连接件。

5.根据权利要求3所述的静电卡盘，其特征在于，所述凸部的上表面开设有多个辅助安装槽，所述辅助安装槽与所述连接件一一对应设置；

所述连接件设置于所述辅助安装槽中，且所述连接件的上表面与所述凸部的上表面相平齐。

6.根据权利要求5所述的静电卡盘，其特征在于，所述匀热板的形状和所述凹部的内底面的形状相适配，所述连接件位于所述匀热板和所述辅助安装槽之间。

7.根据权利要求6所述的静电卡盘，其特征在于，所述匀热板中沿其厚度方向贯通设置有多个辅助安装孔，所述辅助安装孔与所述连接件一一对应设置，且各个所述紧固螺栓的头部一一对应地设置在各个所述辅助安装孔中，以使所述连接件的上表面、所述凸部和上表面和所述匀热板的下表面均平齐。

8.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述基座顶部还包括支撑部，所述支撑部环绕所述凸部设置；

所述支撑部和所述凹部之间的接触面上设有密封结构。

9.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述匀热板为石墨材质或铝材质。

10.一种半导体加工设备，其特征在于，包括反应腔室和设置在所述反应腔室中的静电卡盘，其中，所述静电卡盘采用权利要求1-9中任意一项所述的静电卡盘。

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