CN112582329B - 静电卡盘及半导体加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种静电卡盘及半导体加工设备，其包括卡盘本体和与卡盘本体连接的基座，其中，在卡盘本体与基座彼此相对的表面之间设置有匀热层和粘接层，其中，粘接层环绕在匀热层的周围，用以将卡盘本体与基座粘接；匀热层的热导率高于粘接层的热导率，用以在卡盘本体与基座之间进行热交换。本发明提出的静电卡盘及半导体加工设备，其能够提高卡盘本体与基座之间的匀热效果，从而提升静电卡盘对待加工工件的温度调节效果。

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调温基座组成，卡盘本体通过与被吸附在其上的晶片进行热交换，从而对晶片的温度进行调节；调温基座通过与固定在其上的卡盘本体进行热交换，从而对卡盘本体的温度进行调节，进而间接调节晶片的温度。但由于卡盘本体和调温基座之间通常由硅胶类粘接剂粘接，而硅胶类粘接剂的导热性较差，所以调温基座与卡盘本体间的热交换效率也较低，这会造成对晶片的温度调节效果较差的问题。
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，其能够提高卡盘本体与基座之间热交换效率，从而提升静电卡盘对待加工工件的温度调节效果。
为实现本发明实施例的目的而提供一种静电卡盘，包括卡盘本体和与所述卡盘本体连接的基座，其中，在所述卡盘本体与所述基座彼此相对的表面之间设置有匀热层和粘接层，其中，所述粘接层环绕在所述匀热层的周围，用以将所述卡盘本体与所述基座粘接；所述匀热层的热导率高于所述粘接层的热导率，用以在所述卡盘本体与所述基座之间进行热交换。
可选的，所述卡盘本体的与所述基座相对的表面设置有凹槽，所述匀热层设置在所述凹槽中。
可选的，在所述卡盘本体的承载面上，所述凹槽的正投影形状与所述匀热层的正投影形状完全重合。
可选的，所述凹槽包括中心子槽和多个边缘子槽，多个所述边缘子槽间隔分布在所述中心子槽周围，并与所述中心子槽相连通。
可选的，所述边缘子槽呈条状，且所述边缘子槽的一端与所述中心子槽相连通，所述边缘子槽的另一端沿所述卡盘本体的径向延伸至靠近所述卡盘本体的边缘处。
可选的，所述基座的与所述卡盘本体相对的表面设置有导热凸起，所述导热凸起位于所述凹槽中，且与所述匀热层相接触。
可选的，所述静电卡盘还包括限位结构，所述限位结构设置在所述凹槽中，且位于所述匀热层与所述基座之间，用以将所述匀热层限定在凹槽中。
可选的，所述凹槽包括中心子槽和多个边缘子槽，多个所述边缘子槽间隔分布在所述中心子槽周围，并与所述中心子槽相连通；所述限位结构包括多个边缘限位部，所述边缘限位部的数量与所述边缘子槽的数量相同，且各个所述边缘限位部一一对应地位于各个所述边缘子槽中；所述导热凸起位于所述中心子槽中。
可选的，环绕在所述导热凸起周围，且位于各个所述边缘限位部与所述导热凸起之间还设置有可压缩的热膨胀缓冲层，所述热膨胀缓冲层用于填充所述边缘限位部与所述导热凸起之间的缝隙。
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，所述静电卡盘采用前述实施例中的静电卡盘。
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，通过在卡盘本体与基座相对表面之间设置匀热层，且匀热层的热导率要高于用于粘接卡盘本体与基座的粘接层，所以其能够提高卡盘本体与基座之间的热量传导速率，从而能够提高卡盘本体与基座之间的匀热效果，进而能够提升静电卡盘对待加工工件的温度调节效果。
本发明实施例提供的半导体加工设备，通过采用前述实施例中提供的静电卡盘对反应腔室中的晶片进行固定，其能够提高对晶片温度调节的效率，从而能够提升工艺效果。
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剖面图；
图3为本发明实施例提供的卡盘本体的仰视图；
图4为本发明实施例提供的导热凸起的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种静电卡盘的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的限位结构的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的热膨胀缓冲层的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的基座的结构示意图。
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。
为解决了上述技术问题，本实施例提供一种静电卡盘，如图1所示，其包括相互连接的卡盘本体1和基座2。其中，卡盘本体1中设置有静电电极，以使卡盘本体1能够通过静电吸附的方式，将待加工工件（例如晶片）固定在其表面上；基座2中可以设置有温控组件或与温控组件相连，该温控组件用于对卡盘本体1的温度进行调节，从而间接调节待加工工件的温度，以使待加工工件维持在一个恒定的温度。在一些实施例中，上述卡盘本体1和基座2可以采用陶瓷等绝缘材料制成，以与反应腔室内部的等离子体以及其他部件绝缘。
如图1所示，在卡盘本体1与基座2彼此相对的表面之间设置有匀热层3和粘接层7。其中，粘接层7环绕在匀热层3的周围，用以将卡盘本体1与基座2粘接，这种连接方式兼具工艺简单和成本低的优点。匀热层3用以在卡盘本体1与基座2之间进行热交换，且匀热层3的热导率高于粘接层7的热导率，以提高卡盘本体1与基座2之间的热量传导速率，从而提高卡盘本体1与基座2之间的热交换效率以及热交换均匀性，进而能够提升对待加工工件的温度调节的效果。具体的，匀热层3的相对的两个表面，分别与卡盘本体1的与基座2相对的表面，和基座2与卡盘本体1相对的表面紧密接触。
在一些实施例中，如图2所示，卡盘本体1的与基座2相对的表面设置有凹槽11，且在凹槽11中设置有匀热层3，以使该匀热层3分别与凹槽11的底面和基座2的上表面接触，从而使匀热层3能够在卡盘本体1与基座2之间进行热交换。
在一些实施例中，粘接层7的材料可以采用硅胶类等粘接剂。本实施例并不限于此，卡盘本体1与基座2还可以采用螺接等机械连接方式，或采用钎焊等焊接方式。但需要说明的是，钎焊工艺是先将卡盘本体1与基座2的相对的两个表面做金属化处理，再利用可阀类金属将两者钎焊在一起，由于可阀类金属的导热性良好，所以采用钎焊工艺的静电卡盘中的卡盘本体1与基座2之间的热传递效率较高，从而使静电卡盘对待加工工件的冷却效率较高；但是由于钎焊的焊料成分复杂，所以在诸如刻蚀工艺等对金属污染敏感的工艺中，不能使用采用钎焊工艺来连接卡盘本体1和基座2。
在一些实施例中，匀热层3采用石墨制成，其与硅胶类粘接剂相比，具有更好的导热性能和匀热效果，但本实施例并不限于此，匀热层3还可以由其他具热导率高且硬度低的固体材料制成。
在一些实施例中，匀热层3可以被相对的卡盘本体1与基座2紧压在凹槽中，从而能够与卡盘本体1的与基座2相对的表面，和基座2与卡盘本体1相对的表面均紧密接触，以能够进一步提高卡盘本体1与基座2之间的热交换效率，从而能够进一步提升对待加工工件的温度调节的效果。
在一些实施例中，在卡盘本体1的承载面上，凹槽11的正投影形状与匀热层3的正投影形状完全重合，即，匀热层3能够分布在凹槽11的整个底面上，以使匀热层3能够与卡盘本体1充分接触，从而能够充分提高卡盘本体1和基座2热交换效率。
在一些实施例中，前述匀热层3可以采用热导率高且质地软的固体材质制成，例如由石墨制成的石墨导热膜，以在卡盘本体1与基座2配合连接时能够产生一定压缩，从而与卡盘本体1与基座2相对的两个表面接触更充分，进而使两者之间的热阻更小，以提高卡盘本体1与基座2之间的热交换效率。
在一些实施例中，如图3所示，凹槽11包括中心子槽111和多个边缘子槽112，其中，多个边缘子槽112间隔分布在中心子槽111周围，并与中心子槽111相连通。具体的，中心子槽111设置在卡盘本体1的中心区域，这样能够使中心子槽111的位置，对应于被吸附卡盘本体1表面中心区域的待加工工件。优选的，边缘子槽112均匀分布在中心子槽111周围并与中心子槽111相连通，以能够使热量均匀地由凹槽11中心位置传递至凹槽11的边缘位置，从而使待加工工件与卡盘本体1之间的热交换更均匀。
在一些实施例中，如图3所示，边缘子槽112呈条状，且边缘子槽112的一端与中心子槽111相连通，边缘子槽112的另一端沿卡盘本体1的径向延伸至靠近卡盘本体1的边缘处。但边缘子槽112的形状并不限于此，可根据实际生产需要，将边缘子槽112设置成圆筒状等。
在一些实施例中，如图1所示，基座2的与卡盘本体1相对的表面设置有导热凸起21，导热凸起21位于凹槽11中，且与匀热层3相接触。具体的，可根据实际生产需要，对前述导热凸起21的形状进行选择，例如图1中所示的导热凸起21，其可以为圆柱体凸台。但本实施例不限于此，导热凸起21还可以由长方体凸台或由多个小凸台组成，其能够满足顶面与匀热层3接触即可。在一些实施例中，如图3和图4所示，导热凸起21的形状与凹槽11的形状相同，以使导热凸起21能够与匀热层3充分接触，同时导热凸起21能够与凹槽11嵌套配合，提高卡盘本体1与基座2之间的热交换效率。
在一些实施例中，如图5所示，静电卡盘还包括限位结构5，限位结构5设置在凹槽11中，且位于匀热层3与基座2之间，用以将匀热层3限定在凹槽11中，以在导热凸起21和凹槽11形状不同时，与导热凸起21配合形成与凹槽11正投影形状相同的凸起结构，从而将匀热层3被紧压在凹槽11底面和导热凸起21及限位结构5的顶面之间，以使其与匀热层3接触更充分、热阻更小，进而提高卡盘本体1与基座2之间的热交换效率。
在一些实施例中，如图3所示，凹槽11包括中心子槽111和多个边缘子槽112，多个边缘子槽112间隔分布在中心子槽111周围，并与中心子槽111相连通。如图6所示，限位结构5包括多个边缘限位部51，边缘限位部51的数量与边缘子槽112的数量相同，且各个边缘限位部51一一对应地位于各个边缘子槽112中；导热凸起21位于中心子槽111中。在一些实施例中，导热凸起21与中心子槽111中形状位置对应，从而能够在装配时使卡盘本体1和基座2的中心对准，从而便于对卡盘本体1和基座2进行装配。
在一些实施例中，边缘限位部51采用绝缘陶瓷材料制成，并通过粘接的方式与基座2的与卡盘本体1相对的表面固定连接，以能够与导热凸起21配合形成与凹槽11正投影形状相同的凸起结构。
而且相较于加工多个边缘限位部51，直接在基座2表面加工指定形状的凸起结构难度更大，且加工成本更高，所以将导热凸起21和边缘限位部51分体设置还能够降低加工难度和加工成本。作为另一种设置方式，在一些实施例中，边缘限位部51还可以采用热导率高且质地软的固体材质制成，例如石墨，从而能够提高基座2与卡盘本体1之间的热传导效率。
在一些实施例中，如图5所示，环绕在导热凸起21周围，且位于各个边缘限位部51与导热凸起21之间还设置有可压缩的热膨胀缓冲层6，以填充导热凸起21和边缘限位部51之间的缝隙，而且由于在导热凸起21和边缘限位部51受热时会膨胀，该缝隙会缩小，因此设置可压缩的热膨胀缓冲层6能够对导热凸起21和边缘限位部51的形变进行缓冲，从而防止导热凸起21和边缘限位部51相互挤压造成损坏。在一些实施例中，膨胀缓冲层6可以采用热导率高且质地软的固体材质制成，例如石墨。
在一些实施例中，如图7所示，前述热膨胀缓冲层6例如为环形。但在实际生产中，热膨胀缓冲层6的结构不限于此，其可以根据边缘限位部51与导热凸起21之间的缝隙形状进行设置，例如，热膨胀缓冲层6还可以包括多个热膨胀缓冲分体，分别设置于每对对应的边缘限位部51与导热凸起21之间。
在一些实施例中，如8所示，基座2还包括基座上盖22和基座本体23。其中基座上盖22的上表面上设置有导热凸起21；基座本体23的上表面与基座上盖22的下表面通过粘接或焊接的方式固定连接，且基座本体23中还设置有调温组件，以通过调节基座上盖22的温度来调节导热凸起21的温度，进而能够通过与导热凸起21接触的匀热层3间接调节待加工工件的温度。具体的，前述调温组件可以采用水冷循环管路或气冷循环管路等温控装置。
作为另一种技术方案，本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的静电卡盘。
本实施例提出的静电卡盘，通过在卡盘本体与基座相对的表面之间设置匀热层，且匀热层的热导率要高于用于粘接卡盘本体与基座的粘接层，所以其能够提高卡盘本体与基座之间的热量传导速率，从而能够提高卡盘本体与基座之间的匀热效果，进而能够提升静电卡盘对待加工工件的温度调节效果，解决因用于粘接卡盘本体与基座的硅胶类粘接剂造成的热交换效率较低的问题。
本实施例提供的半导体加工设备，通过采用前述实施例中提供的静电卡盘对反应腔室中的晶片进行固定，其能够提高对晶片温度调节的效率，从而能够提升工艺效果。
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 (5)

1.一种静电卡盘，其特征在于，包括卡盘本体和与所述卡盘本体连接的基座，其中，
在所述卡盘本体与所述基座彼此相对的表面之间设置有匀热层和粘接层，其中，所述粘接层环绕在所述匀热层的周围，用以将所述卡盘本体与所述基座粘接；所述匀热层的热导率高于所述粘接层的热导率，用以在所述卡盘本体与所述基座之间进行热交换；所述卡盘本体的与所述基座相对的表面设置有凹槽，所述匀热层设置在所述凹槽中；
所述静电卡盘还包括限位结构，所述限位结构设置在所述凹槽中，且位于所述匀热层与所述基座之间，用以将所述匀热层限定在所述凹槽中；所述凹槽包括中心子槽和多个边缘子槽，多个所述边缘子槽间隔分布在所述中心子槽周围，并与所述中心子槽相连通；
所述限位结构包括多个边缘限位部，所述边缘限位部的数量与所述边缘子槽的数量相同，且各个所述边缘限位部一一对应地位于各个所述边缘子槽中；
所述基座的与所述卡盘本体相对的表面设置有导热凸起，所述导热凸起位于所述中心子槽中，且与所述匀热层相接触。
2.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，在所述卡盘本体的承载面上，所述凹槽的正投影形状与所述匀热层的正投影形状完全重合。
3.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述边缘子槽呈条状，且所述边缘子槽的一端与所述中心子槽相连通，所述边缘子槽的另一端沿所述卡盘本体的径向延伸至靠近所述卡盘本体的边缘处。
4.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，环绕在所述导热凸起周围，且位于各个所述边缘限位部与所述导热凸起之间还设置有可压缩的热膨胀缓冲层，所述热膨胀缓冲层用于填充所述边缘限位部与所述导热凸起之间的缝隙。
5.一种半导体加工设备，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1-4中任意一项所述的静电卡盘。
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