CN113156781B - 卡盘装置及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种卡盘装置及半导体加工设备，该卡盘装置应用于半导体加工设备的工艺腔室中，其包括卡盘主体，该卡盘主体包括用于承载晶圆的承载面，且卡盘主体中设置有至少一条气体通道，该气体通道的第一通气端位于承载面上，气体通道的第二通气端位于卡盘主体的外周面，以实现承载面承载晶圆时，承载面与晶圆之间的间隙和工艺腔室内部相连通。本发明实施例提供的卡盘装置及半导体加工设备，可以兼容多种材质、形状不同的晶圆，从而可以扩大晶圆的适用范围。

Description

卡盘装置及半导体加工设备

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，具体地，涉及一种卡盘装置及半导体加工设备。

背景技术

在IC制造工艺流程中，通常采用等离子去胶方法进行光刻胶去除工艺，该等离子去胶方法主要是利用电离氧气与光刻胶在等离子体中发生化学反应来实现去除光刻胶。在实际应用中，需要进行光刻胶去除工艺的晶圆的种类有很多，除了传统的圆边的硅片之外，还需要处理玻璃片、平边片(即，轮廓具有直边的硅片)、键合片(即，两种不同的片子键合在一起，例如涂胶硅片与玻璃片键合)等等。

但是，现有的卡盘无法兼容多种材质、形状不同的晶圆的使用，例如，现有的一种卡盘，由于其陶瓷层的表面粗糙度较低(通常为3μm)，这种卡盘在承载硅片(例如圆边片或平边片)时，有粘片的风险，从而影响工艺稳定性。现有的另一种卡盘，其承载面上通常设置有沟槽，这种卡盘虽然在承载硅片时可以避免产生粘片现象，但是该沟槽的存在会导致某些种类的晶圆无法适用，例如，对于诸如玻璃片、键合片等的底面为玻璃材质的晶圆，在进行光刻胶去除工艺时，会在底面为玻璃材质的晶圆表面上产生电场突变(即，有沟槽处的电场强度低于无沟槽处的电场强度)，电场突变会导致沟槽形状直接印在玻璃材质的晶圆表面上，产生与沟槽形状一致的印记。又如，对于平边片，由于其无法完全覆盖卡盘的上表面，即，无法覆盖平边片的直边外侧的区域，导致在进行光刻胶去除工艺时，卡盘上表面的未被覆盖区域暴露于等离子体环境中，从而造成等离子体直接进入到平边片的直边与未被覆盖区域上的沟槽的重合处，产生打火现象。

因此，目前亟需一种能够兼容多种材质、形状不同的晶圆进行光刻胶去除工艺的卡盘装置。

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，提出了一种卡盘装置及半导体加工设备，其可以兼容多种材质、形状不同的晶圆，从而可以扩大晶圆的适用范围。

为实现上述目的，本发明提供了一种卡盘装置，应用于半导体加工设备的工艺腔室中，包括卡盘主体，所述卡盘主体包括用于承载晶圆的承载面，且所述卡盘主体中设置有至少一条气体通道，所述气体通道的第一通气端位于所述承载面上，所述气体通道的第二通气端位于所述卡盘主体的外周面，以实现所述承载面承载晶圆时，所述承载面与所述晶圆之间的间隙和所述工艺腔室内部相连通。

可选的，每条所述气体通道均包括第一子气体通道和第二子气体通道，其中，所述第一子气体通道沿所述卡盘主体的轴向设置，且所述第一子气体通道的一端用作所述第一通气端位于所述承载面上；

所述第二子气体通道沿所述卡盘主体的径向设置，且所述第二子气体通道的另一端用作所述第二通气端位于所述卡盘主体的外周面，并且所述第二子气体通道与所述第一子气体通道相连通。

可选的，所述承载面的表面粗糙度的范围为大于等于4μm，且小于等于6μm。

可选的，所述卡盘主体包括沿竖直方向由上而下依次设置的绝缘层、金属基座和密封盘，其中，所述金属基座的下表面设置有冷却水道，所述密封盘用于密封所述冷却水道；

所述第二子气体通道设置在所述密封盘中，且所述第二子气体通道与所述第一子气体通道在所述密封盘中相连通。

可选的，所述第一子气体通道由上而下依次贯通所述绝缘层、所述金属基座以及所述密封盘。

可选的，所述第一子气体通道由上而下依次贯通所述绝缘层和所述金属基座，且所述第一子气体通道的另一端延伸至所述密封盘中，并与所述第二子气体通道的一端相连通。

可选的，所述气体通道为至少三条，且至少三条所述气体通道中的所述第一子气体通道沿所述卡盘主体的周向间隔分布；并且，每条所述气体通道中的所述第一子气体通道用以供顶针穿过。

可选的，所述卡盘主体中还设置有沿其周向间隔分布的至少三个通孔，每个所述通孔由上而下贯通所述卡盘主体，每个所述通孔用以供顶针穿过；所述气体通道与所述通孔相互独立设置。

可选的，所述卡盘装置还包括环绕在所述卡盘主体周围的绝缘组件，所述绝缘组件的内周面与所述卡盘主体的外周面之间具有安装间隙，以能够使所述气体通道的所述第二通气端与所述工艺腔室内部相连通。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种卡盘装置，应用于半导体加工设备的工艺腔室中，包括卡盘主体和牺牲盘，其中，所述卡盘主体包括用于承载晶圆的第一承载面，所述第一承载面上设置有沟槽；且在所述卡盘主体中设置有沿其周向间隔分布的至少三个第一通孔，每个所述第一通孔沿竖直方向贯通所述卡盘主体，用以供顶针穿过；

所述牺牲盘可拆卸地设置在所述卡盘主体上，且所述牺牲盘包括用于承载所述晶圆的第二承载面，所述第二承载面为平面，并且在所述牺牲盘中设置有沿竖直方向贯通所述牺牲盘的至少三个第二通孔，各个所述第二通孔与各个所述第一通孔一一对应地设置，用以供所述顶针穿过。

可选的，所述牺牲盘上设置有相对于所述牺牲盘的外周壁凸出的一个或者多个定位凸部，且多个所述定位凸部沿所述牺牲盘的周向间隔分布；并且，

所述卡盘装置还包括环绕在所述卡盘主体周围的聚焦环，所述聚焦环包括环形承载面，所述环形承载面与所述第一承载面相平齐，用于承载所述晶圆或者所述牺牲盘的边缘部分；并且，所述聚焦环上设置有相对于所述环形承载面凸出的环形凸台，所述环形凸台的内径大于所述牺牲盘的外径；并且，在所述环形凸台的内周壁上设置有一个或多个定位凹部，所述定位凹部与所述定位凸部一一对应地相配合，以限定所述牺牲盘的位置。

可选的，所述牺牲盘采用金属制作。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，包括工艺腔室和固定设置在所述工艺腔室内的卡盘装置，所述卡盘装置用作下电极与偏压电源电连接；所述卡盘装置采用本发明一种实施例提供的上述卡盘装置或者采用本发明另一种实施例提供的上述卡盘装置。

本发明的有益效果：

本发明实施例提供的卡盘装置，其通过在卡盘主体中设置至少一条气体通道，该气体通道的第一通气端位于卡盘主体的承载面上，气体通道的第二通气端位于卡盘主体的外周面，可以实现上述承载面承载晶圆时，承载面与晶圆之间的间隙和工艺腔室内部相连通，从而可以提高该间隙与工艺腔室内部的气体流通效率，即，工艺腔室中的气体能够更快地充入上述间隙中，或者该间隙中的气体能够更快地流出至工艺腔室内部，实现承载面与晶圆之间间隙的气压与工艺腔室内气压基本一致。这样，无需在承载面上设置沟槽，可实现对不同材质、形状不同的晶圆进行承载，同时可以降低在晶圆表面上产生的静电电压。在承载硅片(例如圆边片或平边片)时，较低的静电电压可以避免产生粘片现象；在承载诸如玻璃片、键合片等的底面为玻璃材质的晶圆时，承载面上没有沟槽可以避免因沟槽产生的电场突变，从而可以避免在玻璃材质的晶圆表面上产生与沟槽形状一致的印记；在承载平边片时，承载面上没有沟槽可以避免产生打火现象。由此，本发明实施例提供的卡盘装置可以兼容多种材质、形状不同的晶圆，从而可以扩大晶圆的适用范围。

本发明实施例提供的卡盘装置，其通过利用牺牲盘可拆卸地设置在卡盘主体上，该牺牲盘的用于承载晶圆的第二承载面为平面，没有沟槽，这样，在承载诸如玻璃片、键合片等的底面为玻璃材质的晶圆时，可以避免因沟槽产生的电场突变，从而可以避免在玻璃材质的晶圆表面上产生与沟槽形状一致的印记；在承载平边片时，可以避免产生打火现象。同时，由于牺牲盘是可拆卸的，在需要承载硅片(例如圆边片或平边片)时，可以卸下牺牲盘，此时是由卡盘主体来承载硅片，第一承载面上的沟槽可以降低在晶圆表面上产生的静电电压，避免产生粘片现象。由此，本发明实施例提供的卡盘装置可以兼容多种材质、形状不同的晶圆，从而可以扩大晶圆的适用范围。

本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的卡盘装置，可以兼容多种材质、形状不同的晶圆，从而可以扩大晶圆的适用范围。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的卡盘装置在竖直面上的一种剖视图；

图2为本发明第一实施例提供的卡盘装置在竖直面上的另一种剖视图；

图3为本发明第一实施例的变型实施例提供的卡盘装置在竖直面上的剖视图；

图4A为本发明第二实施例提供的卡盘装置在竖直面上的剖视图；

图4B为本发明第二实施例提供的卡盘装置的俯视图；

图5为本发明第二实施例的变型实施例提供的卡盘装置在竖直面上的剖视图；

图6为本发明第三实施例采用的卡盘主体的俯视图；

图7为本发明第三实施例采用的牺牲盘的俯视图；

图8A为本发明第三实施例采用的聚焦环的俯视图；

图8B为本发明第三实施例提供的卡盘装置在竖直面上的局部剖视图；

图9A为本发明第四实施例提供的半导体加工设备在竖直面上的一种剖视图；

图9B为本发明第四实施例提供的半导体加工设备在竖直面上的另一种剖视图。

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，下面结合附图对本发明实施例提供的卡盘装置及半导体加工设备进行详细描述。

第一实施例

本实施例提供一种卡盘装置，应用于半导体加工设备的工艺腔室中，用于承载晶圆，并用作下电极，与偏压电源电连接，以能够向晶圆加载偏压功率。具体地，请参阅图1，卡盘装置包括卡盘主体2，该卡盘主体2包括用于承载晶圆的承载面21。卡盘主体2的具体结构可以有多种，例如，在本实施例中，卡盘主体2包括沿竖直方向由上而下依次设置的绝缘层2a、金属基座2b和密封盘2c，其中，绝缘层2a的上表面用作上述承载面21，该绝缘层2a例如采用陶瓷材料制成。

在本实施例中，金属基座2b的下表面设置有冷却水道24，通过向冷却水道24中通入冷却水，来控制置于卡盘主体2上的晶圆的温度。密封盘2c用于密封该冷却水道24，即，使冷却水道24形成封闭的通道。

卡盘主体2中设置有至少一条气体通道23，该气体通道23的第一通气端位于上述承载面21上，气体通道23的第二通气端位于卡盘主体2的外周面，以实现上述承载面21承载晶圆时，承载面21与晶圆之间的间隙和工艺腔室内部相连通。通过在卡盘主体2中设置至少一条气体通道23，可以提高承载面21与晶圆的下表面之间的间隙与工艺腔室内部的气体流通效率，即，工艺腔室中的气体能够更快地充入上述间隙，或者该间隙中的气体能够更快地流出至工艺腔室内部，实现承载面与晶圆之间间隙的气压与工艺腔室内气压基本一致。这样，无需在承载面21上设置沟槽，实现对不同材质、形状不同的晶圆进行承载，同时可以降低在晶圆表面上产生的静电电压。在承载硅片(例如圆边片或平边片)时，较低的静电电压可以避免产生粘片现象；在承载诸如玻璃片、键合片等的底面为玻璃材质的晶圆时，承载面21上没有沟槽可以避免因沟槽产生的电场突变，从而可以避免在玻璃材质的晶圆表面上产生与沟槽形状一致的印记；在承载平边片时，承载面21上没有沟槽可以避免产生打火现象。由此，本发明实施例提供的卡盘装置可以兼容多种材质、形状不同的晶圆，从而可以扩大晶圆的适用范围。

气体通道23的结构可以有多种，例如，在本实施例中，如图1所示，每条气体通道23均包括第一子气体通道231和第二子气体通道232，其中，第一子气体通道231沿卡盘主体2的轴向(即，图1中的竖直方向)设置，且第二子气体通道232的一端用作上述第一通气端位于上述承载面21上；第二子气体通道232沿上述卡盘主体2的径向设置，且第二子气体通道232的另一端用作上述第二通气端位于卡盘主体2的外周面，并且第二子气体通道232与第一子气体通道231相连通。通过使第二子气体通道232沿上述卡盘主体2的径向设置，可以缩短第二子气体通道232的长度，从而可以进一步提高气体流通效率。

在本实施例中，可选的，上述第二子气体通道232设置在密封盘2c中，且第二子气体通道232与第一子气体通道231相连通。通过将第二子气体通道232设置在密封盘2c中，可以避免对金属基座2b中的冷却水道的功能产生影响，而且在密封盘2c中加工第二子气体通道232更容易实现，设计难度较低。

进一步的，在本实施例中，第一子气体通道231由上而下依次贯通绝缘层2a和金属基座2b，且第一子气体通道231的另一端延伸至密封盘2c中，并与第二子气体通道232的一端相连通。

可选的，上述气体通道23为多条，且沿卡盘主体2的周向均匀分布。这样，可以保证承载面21的与晶圆的下表面之间在不同位置处与工艺腔室内部的气体流通效率均得到提高，从而可以使承载面21的不同位置的静电电压均能够降低；同时，还可以提高气体流通效率在承载面21的不同位置处的均匀性。

可选的，上述承载面21的表面粗糙度的范围大于或等于4μm，且小于等于6μm，优先为5μm。通过将承载面21的表面粗糙度设置在上述范围内，可以进一步降低晶圆上的静电电压。

通过测试发现，现有的卡盘主体的承载面的表面粗糙度较低(通常为3μm)，且具有沟槽，该承载面在承载硅片时，在腔室压力为0.3Torr的条件下，使用静电计检测该硅片上产生的静电电压为205V，该静电电压的大小会存在粘片的风险，从而工艺稳定性较差。与之相比，本实施例提供的卡盘装置，其通过将承载面21的表面粗糙度提高至大于或等于4μm，且小于等于6μm的范围内，该承载面21在承载硅片时，在同样的腔室压力条件下，使用静电计检测硅片上产生的静电电压为150V，相对于现有的上述卡盘主体，静电电压降低了55V，从而可以有效降低粘片的风险，提高工艺稳定性。

另外，若卡盘主体2中未设置气体通道23，而仅将承载面21的表面粗糙度提高至大于或等于4μm，且小于等于6μm的范围内，使用静电计检测硅片上产生的静电电压为220V，由此可以看出，在卡盘主体2中设置气体通道23之后，降低静电电压的效果明显优于未设置气体通道23的卡盘主体2的承载面21的表面粗糙度，从而采用设置有气体通道23的卡盘装置可以更有效地避免出现粘片现象。

通过另一测试发现，在工艺腔室进行光刻胶去除工艺时，采用现有的上述卡盘主体承载第一测试晶圆进行刻蚀的刻蚀量为7168埃；其中，该第一测试晶圆为硅片，该硅片上具有HD4100胶型的光刻胶。与之相比，在同样的测试条件下，采用本实施例提供的卡盘装置承载第一测试晶圆进行刻蚀的刻蚀量为7019埃。

采用现有的上述卡盘主体承载第二测试晶圆进行刻蚀的刻蚀量为10090埃；其中，该第二测试晶圆为硅片，该硅片上具有HD8820胶型的光刻胶。与之相比，在同样的测试条件下，采用本实施例提供的卡盘装置承载第二测试晶圆进行刻蚀的刻蚀量为9974埃。

由上可知，采用现有的上述卡盘主体承载第一测试晶圆进行刻蚀的刻蚀量与采用本实施例提供的卡盘装置承载第一测试晶圆进行刻蚀的刻蚀量几乎相当；同样的，采用现有的上述卡盘主体承载第二测试晶圆进行刻蚀的刻蚀量与采用本实施例提供的卡盘装置承载第二测试晶圆进行刻蚀的刻蚀量几乎相当，均匀性在10％以内，满足工艺要求。

另外，通过测试还发现，采用本实施例提供的卡盘装置承载8寸晶圆(硅片)的表面温度与采用现有的上述卡盘主体承载同样的晶圆的表面温度相差±5℃，采用本实施例提供的卡盘装置承载12寸晶圆(硅片)的表面温度低于采用现有的上述卡盘主体承载同样的晶圆的表面温度10℃-15℃，这种温度差异也可以满足工艺要求。

由此可以看出，采用本实施例提供的卡盘装置承载晶圆进行刻蚀时，对晶圆的工艺结果没有影响。

在一些实施例中，可选的，请参阅图2，本实施例提供的卡盘装置还包括环绕在卡盘主体2周围的绝缘组件4，该绝缘组件4的内周面与卡盘主体2的外周面之间具有安装间隙，以能够使第二子气体通道232与工艺腔室内部相连通。

具体地，在一些实施例中，上述绝缘组件4包括由上而下依次设置的聚焦环41、绝缘环42、支撑环43和基环44，其中，聚焦环41例如采用陶瓷材料制作，其环绕设置在绝缘层2a的外周面和金属基座2b的凸台的外周面周围。绝缘环42例如采用陶瓷材料制作，其环绕设置在金属基座2b的位于凸台底部的主体部分的外周面和密封盘2c的外周面周围。支撑环43例如采用陶瓷材料制作，其设置在密封盘2c的底部，用以支撑密封盘2c。基环44例如采用铝制作，用以支撑支撑环43。

在本实施例中，第二子气体通道232设置在密封盘2c中，该第二子气体通道232的一端位于密封盘2c的外周面，在这种情况下，绝缘环42的内周面与金属基座2b的位于凸台底部的主体部分的外周面和密封盘2c的外周面之间具有第一安装间隙；并且，聚焦环41的内周面与绝缘层2a的外周面和金属基座2b的凸台的外周面之间具有第二安装间隙。借助上述第一安装间隙和第二安装间隙，可以保证第二子气体通道232的位于密封盘2c的外周面上的一端能够与工艺腔室内部相连通。可选的，可以通过设计相应的内周面与外周面之间的公差配合尺寸，来形成上述第一安装间隙和第二安装间隙。

作为本实施例的一个变型实施例，请参阅图3，对于配备有顶针的卡盘装置，卡盘主体2中还设置有沿其周向间隔分布的至少三个通孔22(图3中仅示出了其中一个通孔22)，每个通孔22由上而下贯通卡盘主体2，每个通孔22用以供顶针穿过；上述气体通道23与各个通孔22相互独立设置。在进行取放片操作时，各个顶针的顶端能够自对应的通孔22上升，并顶起晶圆；或者，各个顶针的顶端自对应的通孔22下降，以使顶端上的晶圆下落至卡盘主体2上。

借助上述至少三个通孔22，可以使顶针能够通过升降与机械手相配合，实现晶圆的取放片操作。此外，上述通孔22也能够在一定程度上起到与气体通道23相同的作用，即，上述通孔22也可以实现上述承载面21承载晶圆时，承载面21与晶圆之间的间隙和工艺腔室内部相连通，从而可以进一步提高承载面21与晶圆之间的间隙与工艺腔室内部的气体流通效率。

需要说明的是，气体通道23和通孔22在卡盘主体2中的位置并不局限于图2中示出的位置，在实际应用中，可以根据具体需要自由设定。另外，可以将气体通道23和通孔22在卡盘主体2中的位置以及冷却水道24的布局结合设计，以保证在冷却水道24的布局满足冷却均匀性的要求。

第二实施例

请一并参阅图4A和图4B，本实施例提供的卡盘装置，其与上述第一实施例相比，气体通道23同样包括第一子气体通道231’和第二子气体通道232，而区别仅在于：第一子气体通道231’由上而下依次贯通绝缘层2a、金属基座2b和密封盘2c。

在这种情况下，不仅上述第二子气体通道232的位于密封盘2c的外周面上的一端与工艺腔室内部相连通，而且上述第一子气体通道231’的位于密封盘2c的下表面的一端与工艺腔室内部相连通，从而可以进一步提高承载面21与晶圆之间的间隙与工艺腔室内部的气体流通效率。

可选的，气体通道23为至少三条，且至少三条气体通道23中的第一子气体通道231’沿卡盘主体21的周向间隔分布；并且，每条气体通道23中的第一子气体通道231’用以供顶针穿过。也就是说，第一子气体通道231’既用作顶针的通道，又用作与工艺腔室内部相连通的通道。这样，可以减少在卡盘主体2中的开孔数量，从而不仅可以降低加工难度，而且可以减少开孔对晶圆的工艺结果的影响。

在本实施例中，可选的，至少三条气体通道23中的第二子气体通道232相对于卡盘主体2的轴线对称分布。这样，可以保证承载面21的与晶圆的下表面之间在不同位置处与工艺腔室的气体流通效率均得到提高，从而可以使承载面21的不同位置的静电电压均能够降低。例如，图4B示出了三条第二子气体通道232，三条第二子气体通道232中，任意相邻两条第二子气体通道232之间的中心夹角为120°。

在本实施例中，可选的，每条第二子气体通道232均沿卡盘主体2的径向设置(即，为径向直通孔)。这样，可以缩短第二子气体通道232的长度，从而可以进一步提高气体流通效率。进一步可选的，该第二子气体通道232在承载面21上的正投影的宽度B的范围为4mm-5mm，优选为5mm。在该数值范围内，可以保证气体流通效率满足工艺要求，有效实现降低在晶圆表面上产生的静电电压，避免出现粘片现象。可选的，第二子气体通道232的径向横截面的形状为圆形，在这种情况下，宽度B即为第二子气体通道232的内径。

在本实施例中，可选的，如图4A所示，第二子气体通道232设置在密封盘2c中，且第二子气体通道232与第一子气体通道231’在密封盘2c中相连通。通过将第二子气体通道232设置在密封盘2c中，可以避免对金属基座2b中的冷却水道的功能产生影响，而且在密封盘2c中加工第二子气体通道232与第一子气体通道231’更容易实现，设计难度较低。进一步可选的，第二子气体通道232与密封盘2c的上表面之间的竖直间距为4mm-8mm，优选为7.5mm，通过将竖直间距设定在该数值范围内，可以进一步避免第二子气体通道232对金属基座2b中的冷却水道的功能产生影响。

本实施例提供的卡盘装置的其他结构和功能与上述第一实施例相类似，由于在上述第一实施例中已有了详细描述，在此不再重复描述。

作为本实施例的一个变型实施例，请参阅图5，对于配备有顶针的卡盘装置，卡盘主体2中还设置有沿其周向间隔分布的至少三个通孔22(图3中仅示出了其中一个通孔22)，每个通孔22由上而下贯通卡盘主体2，每个通孔22用以供顶针穿过；上述气体通道23与各个通孔22相互独立设置。在进行取放片操作时，各个顶针的顶端能够自对应的通孔22上升，并顶起晶圆；或者，各个顶针的顶端自对应的通孔22下降，以使顶端上的晶圆下落至卡盘主体2上。

借助上述至少三个通孔22，可以使顶针能够通过升降与机械手相配合，实现晶圆的取放片操作。此外，上述通孔22也能够在一定程度上起到与气体通道23相同的作用，即，上述通孔22也可以实现上述承载面21承载晶圆时，承载面21与晶圆之间的间隙和工艺腔室内部相连通，从而可以进一步提高承载面21与晶圆之间的间隙与工艺腔室内部的气体流通效率。

需要说明的是，气体通道23和通孔22在卡盘主体2中的位置并不局限于图2中示出的位置，在实际应用中，可以根据具体需要自由设定。另外，可以将气体通道23和通孔22在卡盘主体2中的位置以及冷却水道24的布局结合设计，以保证在冷却水道24的布局满足冷却均匀性的要求。

第三实施例

作为另一个技术方案，请一并参阅图6至图8B，本实施例提供一种卡盘装置，其与上述第一实施例相比，同样应用于半导体加工设备的工艺腔室中，且包括卡盘主体1，该卡盘主体1包括用于承载晶圆的第一承载面11。卡盘主体1的具体结构可以有多种，例如，卡盘主体1可以包括沿竖直方向由上而下依次设置的绝缘层、金属基座和密封盘。本实施例提供的卡盘装置与上述第一实施例相比，区别在于：如图6所示，第一承载面11上设置有沟槽12，该沟槽12可以实现上述第一承载面11承载晶圆时，第一承载面11与晶圆之间的间隙和工艺腔室内部相连通，从而可以提高该间隙与工艺腔室内部的气体流通效率，进而可以降低在晶圆表面上产生的静电电压。在承载硅片(例如圆边片或平边片)时，较低的静电电压可以避免产生粘片现象。

需要说明的是，上述沟槽12的结构并不局限于图6中示出的结构，在实际应用中，可以根据具体需要自由设定，只要能够将第一承载面11与晶圆之间的间隙和工艺腔室内部相连通即可。

在本实施例中，在卡盘主体1中设置有沿其周向间隔分布的至少三个第一通孔13，每个第一通孔13沿竖直方向贯通卡盘主体1，用以供顶针穿过。可选的，每个第一通孔13的位于第一承载面11上的一端位于上述沟槽12中，以能够与沟槽12相连通，从而可以利用第一通孔13实现第一承载面11与晶圆之间的间隙和工艺腔室内部相连通，从而可以进一步提高第一承载面11与晶圆之间的间隙与工艺腔室内部的气体流通效率。沟槽12的深度例如为0.1mm，宽度例如为6mm。

但是，上述沟槽12的存在会导致某些种类的晶圆无法适用，例如，对于诸如玻璃片、键合片等的底面为玻璃材质的晶圆，在进行光刻胶去除工艺时，会在底面为玻璃材质的晶圆表面上产生电场突变，电场突变会导致沟槽形状直接印在玻璃材质的晶圆表面上，产生与沟槽形状一致的印记。又如，对于平边片，在进行光刻胶去除工艺时，第一承载面11的未被覆盖区域暴露于等离子体环境中，从而产生打火现象。

为了解决上述问题，如图7所示，本实施例提供的卡盘装置还包括牺牲盘8，该牺牲盘8可拆卸地设置在卡盘主体1上，且牺牲盘8包括用于承载晶圆的第二承载面81，该第二承载面81为平面，即，是平整的表面，没有沟槽。在承载诸如玻璃片、键合片等的底面为玻璃材质的晶圆时，通过将牺牲盘8设置在卡盘主体1上，可以利用牺牲盘8来承载晶圆，由于第二承载面81上没有沟槽，这可以避免因沟槽产生的电场突变，从而可以避免在玻璃材质的晶圆表面上产生与沟槽形状一致的印记；而且在承载平边片时，可以避免产生打火现象。由此，本实施例提供的卡盘装置同样可以兼容多种材质、形状不同的晶圆，从而可以扩大晶圆的适用范围。

需要说明的是，由于牺牲盘8是可拆卸的，在需要承载硅片(例如圆边片或平边片)时，可以卸下牺牲盘8，此时是由卡盘主体1来承载硅片，第一承载面11上的沟槽12可以避免产生粘片现象。也就是说，可以根据晶圆的材质、形状等选择是由牺牲盘8承载晶圆，还是由卡盘主体1承载晶圆。

可选的，第二承载面81的直径大于第一承载面11的直径。这样设置是因为晶圆的直径在一般情况下大于第一承载面11的直径，在现有技术中，晶圆的相对于卡盘承载面凸出的边缘部分通常由聚焦环来承载，基于此，在本实施例中，为了避免晶圆的边缘部分悬空，可以使第二承载面81的直径大于第一承载面11的直径。优选的，第二承载面81的直径近似等于晶圆的直径，例如，对于12寸的晶圆，第二承载面81的直径可以为303mm；牺牲盘8的厚度例如为1mm。

可选的，牺牲盘8可以采用诸如铝等的金属制作，金属的表面粗糙度相对于陶瓷更高，从而可以降低晶圆上的静电电压。

在本实施例中，如图7所示，在牺牲盘8中设置有沿竖直方向贯通牺牲盘8的至少三个第二通孔83，各个第二通孔83与各个第一通孔13一一对应地设置，用以供顶针穿过。这样，在牺牲盘8设置在卡盘主体1上时，仍然可以保证顶针能够正常工作。

牺牲盘8与卡盘主体1可拆卸地设置方式可以有多种，例如，如图7所示，牺牲盘8上设置有相对于牺牲盘8的外周壁凸出的一个或者多个定位凸部82，且多个定位凸部82沿牺牲盘8的周向间隔分布；并且，如图8A和图8B所示，卡盘装置还包括环绕在卡盘主体1周围的聚焦环41’，该聚焦环41’包括环形承载面41a(如图8B所示)，该环形承载面41a与上述第一承载面11相平齐，用于承载晶圆或者牺牲盘8的边缘部分；并且，聚焦环41’上设置有相对于环形承载面41a凸出的环形凸台413，环形凸台413的内径大于牺牲盘8的外径，以使环形凸台413所限定的内部空间能够容纳牺牲盘8，且使牺牲盘8的边缘部分与环形承载面41a相接触；并且，在环形承载面41a的内周壁上设置有一个或多个定位凹部411，该定位凹部411与定位凸部82一一对应地相配合，以限定牺牲盘8的位置。

在本实施例中，在聚焦环41’上设置有多个安装孔412，用于通过紧固件与位于其下方的绝缘环42固定连接，从而可以间接固定牺牲盘8，避免牺牲盘8转动。

需要说明的是，在使用牺牲盘8承载晶圆时，应配合使用图8A和图8B示出的聚焦环41’；在使用卡盘主体1承载晶圆时，应配合使用图2示出的聚焦环41。在实际应用中，若需要更换承载方式，只需要替换相应的聚焦环即可。

综上所述，本发明上述各个实施例提供的卡盘装置，可以兼容多种材质、形状不同的晶圆，从而可以扩大晶圆的适用范围。

第四实施例

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，请参阅图9A，该半导体加工设备包括工艺腔室100和固定设置在该工艺腔室100内的卡盘装置，该卡盘装置用作下电极通过匹配器5与偏压电源6(例如射频电源)电连接。可选的，在工艺腔室100中还设置有环形匀流板101，该环形匀流板101环绕设置在卡盘装置的周围，且在环形匀流板101中设置有多个匀流孔，用以提高工艺腔室100中的气流分布均匀性。

上述卡盘装置可以包括上述第一、第二实施例提供的卡盘装置，例如，图9A示出的卡盘主体与图4A示出的卡盘主体2相同。

或者，请参阅图9B，该半导体加工设备包括工艺腔室100’和固定设置在该工艺腔室100’内的卡盘装置，该卡盘装置可以包括上述第三实施例提供的卡盘装置，例如，图9B示出的卡盘主体与图8B示出的卡盘主体1相同。

本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明上述各个实施例提供的卡盘装置，可以兼容多种材质、形状不同的晶圆，从而可以扩大晶圆的适用范围。

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 (13)

1.一种卡盘装置，应用于半导体加工设备的工艺腔室中，其特征在于，包括卡盘主体，所述卡盘主体包括用于承载晶圆的承载面，所述承载面为平面，所述卡盘主体中设置有至少一条气体通道，所述气体通道的第一通气端位于所述承载面上，所述气体通道的第二通气端位于所述卡盘主体的外周面，以实现所述承载面承载晶圆时，所述承载面与所述晶圆之间的间隙和所述工艺腔室内部相连通。

2.根据权利要求1所述的卡盘装置，其特征在于，每条所述气体通道均包括第一子气体通道和第二子气体通道，其中，所述第一子气体通道沿所述卡盘主体的轴向设置，且所述第一子气体通道的一端用作所述第一通气端位于所述承载面上；

所述第二子气体通道沿所述卡盘主体的径向设置，且所述第二子气体通道的另一端用作所述第二通气端位于所述卡盘主体的外周面，并且所述第二子气体通道与所述第一子气体通道相连通。

3.根据权利要求1所述的卡盘装置，其特征在于，所述承载面的表面粗糙度的范围为大于等于4μm，且小于等于6μm。

4.根据权利要求2所述的卡盘装置，其特征在于，所述卡盘主体包括沿竖直方向由上而下依次设置的绝缘层、金属基座和密封盘，其中，所述金属基座的下表面设置有冷却水道，所述密封盘用于密封所述冷却水道；

所述第二子气体通道设置在所述密封盘中，且所述第二子气体通道与所述第一子气体通道在所述密封盘中相连通。

5.根据权利要求4所述的卡盘装置，其特征在于，所述第一子气体通道由上而下依次贯通所述绝缘层、所述金属基座以及所述密封盘。

6.根据权利要求4所述的卡盘装置，其特征在于，所述第一子气体通道由上而下依次贯通所述绝缘层和所述金属基座，且所述第一子气体通道的另一端延伸至所述密封盘中，并与所述第二子气体通道的一端相连通。

7.根据权利要求5所述的卡盘装置，其特征在于，所述气体通道为至少三条，且至少三条所述气体通道中的所述第一子气体通道沿所述卡盘主体的周向间隔分布；并且，每条所述气体通道中的所述第一子气体通道用以供顶针穿过。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的卡盘装置，其特征在于，所述卡盘主体中还设置有沿其周向间隔分布的至少三个通孔，每个所述通孔由上而下贯通所述卡盘主体，每个所述通孔用以供顶针穿过；所述气体通道与所述通孔相互独立设置。

9.根据权利要求1所述的卡盘装置，其特征在于，所述卡盘装置还包括环绕在所述卡盘主体周围的绝缘组件，所述绝缘组件的内周面与所述卡盘主体的外周面之间具有安装间隙，以能够使所述气体通道的所述第二通气端与所述工艺腔室内部相连通。

10.一种卡盘装置，应用于半导体加工设备的工艺腔室中，其特征在于，包括卡盘主体和牺牲盘，其中，所述卡盘主体包括用于承载晶圆的第一承载面，所述第一承载面上设置有沟槽；且在所述卡盘主体中设置有沿其周向间隔分布的至少三个第一通孔，每个所述第一通孔沿竖直方向贯通所述卡盘主体，用以供顶针穿过；

所述牺牲盘可拆卸地设置在所述卡盘主体上，且所述牺牲盘包括用于承载所述晶圆的第二承载面，所述第二承载面为平面，并且在所述牺牲盘中设置有沿竖直方向贯通所述牺牲盘的至少三个第二通孔，各个所述第二通孔与各个所述第一通孔一一对应地设置，用以供所述顶针穿过。

11.根据权利要求10所述的卡盘装置，其特征在于，所述牺牲盘上设置有相对于所述牺牲盘的外周壁凸出的一个或者多个定位凸部，且多个所述定位凸部沿所述牺牲盘的周向间隔分布；并且，

所述卡盘装置还包括环绕在所述卡盘主体周围的聚焦环，所述聚焦环包括环形承载面，所述环形承载面与所述第一承载面相平齐，用于承载所述晶圆或者所述牺牲盘的边缘部分；并且，所述聚焦环上设置有相对于所述环形承载面凸出的环形凸台，所述环形凸台的内径大于所述牺牲盘的外径；并且，在所述环形凸台的内周壁上设置有一个或多个定位凹部，所述定位凹部与所述定位凸部一一对应地相配合，以限定所述牺牲盘的位置。

12.根据权利要求11所述的卡盘装置，其特征在于，所述牺牲盘采用金属制作。

13.一种半导体加工设备，包括工艺腔室和固定设置在所述工艺腔室内的卡盘装置，所述卡盘装置用作下电极与偏压电源电连接；其特征在于，所述卡盘装置采用如权利要求1-9中任意一项所述的卡盘装置或者如权利要求10-12中任意一项所述的卡盘装置。

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