CN115172249B - 一种静电卡盘 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种静电卡盘，包括第二基材和第三基材，所述第二基材和所述第三基材通过焊接固定连接，所述第二基材上设置有氦气通道，在所述第二基材靠近所述第三基材的侧面上设置有凸台，所述凸台上设置有凸台通孔，所述凸台通孔和所述氦气通道连接。通过在第二基材的侧面设置凸台，并且所述凸台的凸台通孔和所述氦气通道连接，当焊接时，焊料融化从焊接面流到第二基材的侧面，由于凸台的存在，可防止其进一步流入到氦气通道中，进而解决了焊料在高温下融化时，可能会流入到氦气通道中，在冷却后造成氦气通道堵塞的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制作设备，尤其涉及一种静电卡盘。
背景技术
静电卡盘是半导体制作设备中的核心部件之一，在干刻、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)等工序都有应用，其核心功能是在晶圆的制作过程中通过静电吸附力以固定晶圆。
静电卡盘的结构如图1所示，主体通常包括基材层和静电吸附层两部份。静电吸附层包括上下两个电介质层和介于两者之间的电极层。使用时，晶圆放置在静电卡盘表面，通过电源接口在电极层上施加0.5～5kV的直流电压，从而在电极层和晶圆之间形成电场，以产生静电吸附力。而基材层通常由金属材料，如铝合金、不锈钢、钛合金等做成，主要作用一是给静电吸附层提供支撑，二是散热。在晶圆的部分制作过程中会产生热量，所以需要通过基材及时的将产生的热量消散掉，以防止晶圆温度上升而产生负面影响。为此，在基材中需要设计氦气槽和冷却液流道。其中，氦气槽的目的是在静电卡盘表面和晶圆背面之间的细微空间中充入氦气，以改善晶圆和基材之间的热传导，冷却液流道的目的是通过冷却液的流动以带走静电卡盘上热量。
为了在基材上设置冷却液流道和氦气槽，基材的结构通常由上、中、下三层焊接而成，其中氦气槽位于上层和中层之间，冷却液流道位于中层和下层之间。氦气从入气口经基材内的氦气通道到达氦气槽，再由贯穿上层的出气孔到达晶圆背面。对基材的各层进行焊接时，通常采用真空钎焊的方法。真空钎焊需要在各层之间添加焊料，再将被焊接的基材和焊料加热至高温进行焊接。由于基材中的气孔通常直径较小(约1mm)，当焊料在高温下融化时，可能会流入到气孔中，因而在冷却后造成气孔堵塞。
发明内容
为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种静电卡盘,其可有效防止焊料在高温下融化时流入到氦气通道，造成氦气通道堵塞。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种静电卡盘，包括第二基材和第三基材，所述第二基材和所述第三基材通过焊接固定连接，所述第二基材上设置有氦气通道，在所述第二基材靠近所述第三基材的侧面上设置有凸台，所述凸台上设置有凸台通孔，所述凸台通孔和所述氦气通道连接。通过在第二基材的侧面设置凸台，并且所述凸台的凸台通孔和所述氦气通道连接，当焊接时，焊料融化从焊接面流到第二基材的侧面，由于凸台的存在，可防止其进一步流入到氦气通道中，进而解决了焊料在高温下融化时，可能会流入到氦气通道中，在冷却后造成氦气通道堵塞的问题。
本发明进一步设置为：所述第三基材在靠近所述第二基材的侧面上设置有氦气槽，所述凸台容纳于所述氦气槽内。
本发明进一步设置为：所述凸台和所述氦气槽的底部之间留有空隙，所述凸台和所述氦气槽的侧壁之间留有空隙。
本发明进一步设置为：所述氦气槽为环形的槽体，所述氦气槽包括进入部和流通部，所述进入部和所述流通部之间连通组成所述氦气槽，所述进入部位于所述凸台的正上方，所述进入部的直径大于所述流通部的直径。
本发明进一步设置为：并且所述氦气槽和所述第三基材为同心圆设置，所述氦气槽的槽底设置有氦气通孔，所述氦气通孔设置有多个，多个所述氦气通孔成圆周排列在所述氦气槽的槽底。
本发明进一步设置为：所述氦气通道包括一个通道入口端和多个通道出口端，所述通道出口端和所述氦气槽连接。
本发明进一步设置为：还包括第一基材，所述第一基材和所述第二基材通过焊接固定连接，所述第二基材靠近所述第一基材的侧面上设置有基材凸起部，所述氦气通道穿过所述基材凸起部，所述第一基材上设置有基材通孔，所述基材通孔的位置、形状、大小和所述基材凸起部相适配，所述基材凸起部能伸入所述基材通孔中。通过在所述第二基材上设置所述基材凸起部，在所述第一基材上设置基材通孔，并且所述基材凸起部能伸入所述基材通孔中，焊接时，将基材凸起部与基材通孔镶嵌。采用这样的结构，可以让第二基材和第三基材的焊接面与氦气通道隔绝，即使在该焊接面出现裂纹的时候，也不可能因裂纹的扩张而与氦气通道连通，从而防止冷却液进入到设备腔体中而损坏晶圆和/或设备。
本发明进一步设置为：所述基材凸起部和所述第二基材一体连接。
本发明进一步设置为：还包括氦气管道，所述氦气管道和所述第一基材通过螺钉可拆卸连接，并且在所述氦气管道和所述第一基材之间设置有密封圈。
本发明进一步设置为：所述第二基材靠近所述第一基材的侧面上设置有冷却液流道。
本发明具有以下有益效果：
1)通过在第二基材的侧面设置凸台，并且所述凸台的凸台通孔和所述氦气通道连接，当焊接时，焊料融化从焊接面流到第二基材的侧面，但由于凸台的存在，可防止其进一步流入到氦气通道中，进而解决了焊料在高温下融化时，可能会流入到氦气通道中，在冷却后造成氦气通道堵塞的问题。
2)通过在所述第二基材上设置所述基材凸起部，在所述第一基材上设置基材通孔，并且所述基材凸起部能伸入所述基材通孔中，焊接时，将基材凸起部与基材通孔镶嵌。采用这样的结构，可以让第二基材和第三基材的焊接面与氦气通道隔绝，即使在该焊接面出现裂纹的时候，也不可能因裂纹的扩张而与氦气通道连通，从而防止冷却液进入到设备腔体中而损坏晶圆和/或设备。
附图说明
图1为本发明一实施例的静电卡盘和晶圆的连接示意图；
图2为本发明一实施例的基材层的立体图；
图3为本发明一实施例的基材层的剖视图；
图4为本发明一实施例的第三基材的立体图；
图5为本发明一实施例的基材层的局部放大图；
图6为本发明一实施例的焊接缺陷扩展示意图。
图中：1、基材层；11、第一基材；12、第二基材；121、氦气通道；1211、通道入口端；1212、通道出口端；122、凸台；123、冷却液流道；124、基材凸起部；13、第三基材；131、氦气槽；1311、进入部；1312、流通部；132、氦气通孔；21、下电介质层；22、上电介质层；23、电极层；3、晶圆；4、氦气管道；41、螺钉；42、密封圈；5、焊接缺陷；6、裂纹扩展方向。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参见附图1所示，本实施例中的一种静电卡盘，包括基材层1和静电吸附层两部份。所述静电吸附层包括上电介质层22、下电介质层21和介于两者之间的电极层23。使用时，晶圆3放置在静电卡盘表面，通过电源接口在电极层23上施加0.5～5kV的直流电压，从而在电极层23和晶圆3之间形成电场，以产生静电吸附力吸附晶圆3。所述基材层1为金属材料，如铝合金、不锈钢、钛合金等做成，主要作用一是给静电吸附层提供支撑，二是散热。在晶圆3的部分制作过程中会产生热量，所以需要通过基材层1及时的将产生的热量消散掉，以防止晶圆3温度上升而产生负面影响。
参见附图2和附图5所示，在一些实施例中，所述基材层1包括依次连接的第一基材11、第二基材12和第三基材13，所述第二基材12位于所述第一基材11和所述第三基材13之间，并且所述第二基材12的上侧面、下侧面分别和所述第三基材13、第一基材11相抵接。所述第一基材11、所述第二基材12和所述第三基材13水平方向的横截面均为圆形，并且所述第一基材11、所述第二基材12和所述第三基材13水平方向的横截面为同心圆。还包括氦气管道4，所述氦气管道4和所述第一基材11通过螺钉41可拆卸连接，并且在所述氦气管道4和所述第一基材11之间设置有密封圈42，以增加所述氦气管道4和所述第一基材11之间的气密性。
参见附图3、附图4和附图5所示，在一些实施例中，在所述第二基材12上设置有氦气通道121，氦气从第二基材12的下侧面进入到所述氦气通道121内，然后经过氦气通道121到达所述第二基材12的上侧面，所述第二基材12靠近所述第一基材11的侧面上设置有冷却液流道123，冷却液流道123的目的是通过冷却液的流动以带走静电卡盘上热量。在所述第三基材13靠近所述第二基材12的侧面设置有氦气槽131，所述氦气槽131为环形的槽体，并且所述氦气槽131和所述第三基材13为同心圆设置，所述氦气槽131设置在所述氦气通道121的上方，氦气从所述氦气通道121内流出后流入到所述氦气槽131内。所述氦气槽131的槽底设置有氦气通孔132，所述氦气通孔132设置有多个，并且多个氦气通孔132成圆周排列在所述氦气槽131的槽底。氦气槽131内的氦气通过所述氦气通孔132到达所述第三基材13的上侧面，使在静电卡盘侧面和晶圆3背面之间的细微空间中充入氦气，以改善晶圆3和基材层1之间的热传导。
在一些实施例中，在所述第二基材12靠近所述第三基材13的侧面上设置有凸台122，所述凸台122上设置有凸台通孔，所述凸台通孔和所述氦气通道121连接，并且所述凸台122位于所述氦气槽131内，所述凸台122的高度小于所述氦气槽131的深度，使氦气能从氦气通道121流出进入氦气槽131内，所述凸台122的宽度小于所述氦气槽131的宽度，以方便连接所述第二基材和所述第三基材。所述第二基材12和所述第三基材13通过焊接的方式连接，在对所述第二基材12和所述第三基材13之间进行焊接时，通常采用真空钎焊的方法，真空钎焊需要在各层之间添加焊料，再将被焊接的基材和焊料加热至高温进行焊接。由于基材中的氦气通道121通常直径较小(约1mm)，当焊料在高温下融化时，可能会流入到氦气通道121中，因而在冷却后造成氦气通道121堵塞。通过在氦气槽131内，与氦气通道121相连的位置设置一凸台122，氦气通道121经过所述凸台122与氦气槽131相连。焊接时，焊料融化从焊接面流到气槽内，但由于凸台122的存在，可防止其进一步流入到氦气通道121中，进而解决了焊料在高温下融化时，可能会流入到氦气通道121中，在冷却后造成氦气通道121堵塞的问题。
在一些实施例中，所述氦气槽131为环形的槽体结构，所述氦气槽131包括进入部1311和流通部1312，所述进入部1311和所述流通部1312之间连通组成所述氦气槽131，所述进入部1311位于所述凸台122的正上方，氦气通过凸台122上的凸台通孔进入所述进入部1311，然后氦气由进入部1311向流通部1312流动，然后进入氦气槽131底部不同位置的氦气通孔132。所述进入部1311的直径大于所述流通部1312的直径，通过将进入部1311的直径设置较大，则可将所述凸台122的直径相应扩大，减少焊料高温下融化时流入到氦气通道121的概率。
在一些实施例中，所述氦气通道121包括一个通道入口端1211和多个通道出口端1212，所述通道入口端1211和所述氦气管道4连接，所述通道出口端1212和所述氦气槽131连接，通过一个通道入口端1211和多个通道出口端1212的设置，使氦气流向第二基材12的不同位置，以便分散氦气，以便于不同位置的静电卡盘侧面和晶圆3背面之间的细微空间中充入氦气，以改善晶圆3和基材层1之间的热传导
在一些实施例中，在所述第二基材12靠近所述第一基材11的侧面上设置有基材凸起部124，所述基材凸起部124和所述第二基材12一体连接，并且所述氦气通道121穿过所述基材凸起部124和氦气管道4连接。所述第一基材11上设置有基材通孔，所述基材通孔的位置、形状和大小和所述基材凸起部124相适配，所述基材凸起部124能伸入所述基材通孔内。
参见附图6所示，在将第一基材11和第二基材12之间进行焊接时，焊接面往往会有局部的区域存在焊接缺陷5。这些缺陷处的强度相对较小。当静电卡盘长期使用后，这些区域会沿着焊接面不断扩大，其中包括裂纹扩张方向6为从裂纹缺陷5向氦气通道121靠近，最终可能出现冷却液流道123和氦气通道121连通的情况。当发生这种情况时，冷却液就会经裂纹与氦气通道121进入到设备腔体中，损坏制作中的晶圆3，甚至损坏设备。在本实施例中，焊接时，将基材凸起部124与基材通孔镶嵌。采用这样的结构，可以让第二基材12和第三基材13的焊接面与氦气通道121隔绝，即使在该焊接面出现裂纹的时候，也不可能因裂纹的扩张而与氦气通道121连通，从而防止冷却液进入到设备腔体中而损坏晶圆3和/或设备。
在另外一些实施例中，所述第一基材11上设置有基材凹槽，所述基材凹槽的位置、形状和大小和所述基材凸起部124相适配，所述基材凸起部124能伸入到所述基材凹槽内，并且所述基材凸起部124的高度和所述基材凹槽的深度相等，即所述基材凸起部124能全部容纳于所述基材凹槽内，并且所述基材凸起部124和所述基材凹槽的底部相抵接。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种静电卡盘，包括第二基材(12)和第三基材(13)，其特征在于，所述第二基材(12)和所述第三基材(13)通过焊接固定连接，所述第二基材(12)上设置有氦气通道(121)，在所述第二基材(12)靠近所述第三基材(13)的侧面上设置有凸台(122)，所述凸台(122)上设置有凸台通孔，所述凸台通孔和所述氦气通道(121)连接，所述第三基材(13)在靠近所述第二基材(12)的侧面上设置有氦气槽(131)，所述凸台(122)容纳于所述氦气槽(131)内。
2.根据权利要求1所述的一种静电卡盘，其特征在于，所述凸台(122)和所述氦气槽(131)的底部之间留有空隙，所述凸台(122)和所述氦气槽(131)的侧壁之间留有空隙。
3.根据权利要求2所述的一种静电卡盘，其特征在于，所述氦气槽(131)为环形的槽体，所述氦气槽(131)包括进入部(1311)和流通部(1312)，所述进入部(1311)和所述流通部(1312)之间连通组成所述氦气槽(131)，所述进入部(1311)位于所述凸台(122)的正上方，所述进入部(1311)的直径大于所述流通部(1312)的直径。
4.根据权利要求3所述的一种静电卡盘，其特征在于，并且所述氦气槽(131)和所述第三基材(13)为同心圆设置，所述氦气槽(131)的槽底设置有氦气通孔(132)，所述氦气通孔(132)设置有多个，多个所述氦气通孔(132)成圆周排列在所述氦气槽(131)的槽底。
5.根据权利要求4所述的一种静电卡盘，其特征在于，所述氦气通道(121)包括一个通道入口端(1211)和多个通道出口端(1212)，所述通道出口端(1212)和所述氦气槽(131)连接。
6.根据权利要求1所述的一种静电卡盘，其特征在于，还包括第一基材(11)，所述第一基材(11)和所述第二基材(12)通过焊接固定连接，所述第二基材(12)靠近所述第一基材(11)的侧面上设置有基材凸起部(124)，所述氦气通道(121)穿过所述基材凸起部(124)，所述第一基材(11)上设置有基材通孔，所述基材通孔的位置、形状、大小和所述基材凸起部(124)相适配，所述基材凸起部(124)能伸入所述基材通孔中。
7.根据权利要求6所述的一种静电卡盘，其特征在于，所述基材凸起部(124)和所述第二基材(12)一体连接。
8.根据权利要求7所述的一种静电卡盘，其特征在于，还包括氦气管道(4)，所述氦气管道(4)和所述第一基材(11)通过螺钉(41)可拆卸连接，并且在所述氦气管道(4)和所述第一基材(11)之间设置有密封圈(42)。
9.根据权利要求6-8任一项所述的一种静电卡盘，其特征在于，所述第二基材(12)靠近所述第一基材(11)的侧面上设置有冷却液流道(123)。
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| CN202210886458.6A Active CN115172249B (zh) | 2022-07-26 | 2022-07-26 | 一种静电卡盘 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115172249B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5684669A (en) * | 1995-06-07 | 1997-11-04 | Applied Materials, Inc. | Method for dechucking a workpiece from an electrostatic chuck |
| JPH1116996A (ja) * | 1997-06-26 | 1999-01-22 | Shibaura Eng Works Co Ltd | 静電チャック装置及び載置台 |
| JP2003249541A (ja) * | 2002-02-26 | 2003-09-05 | Hitachi High-Technologies Corp | ウエハステージ |
| CN108140606A (zh) * | 2015-10-21 | 2018-06-08 | 住友大阪水泥股份有限公司 | 静电卡盘装置 |
| CN112864073A (zh) * | 2019-11-12 | 2021-05-28 | 美科陶瓷科技有限公司 | 静电吸盘 |
-
2022
- 2022-07-26 CN CN202210886458.6A patent/CN115172249B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5684669A (en) * | 1995-06-07 | 1997-11-04 | Applied Materials, Inc. | Method for dechucking a workpiece from an electrostatic chuck |
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| CN112864073A (zh) * | 2019-11-12 | 2021-05-28 | 美科陶瓷科技有限公司 | 静电吸盘 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115172249A (zh) | 2022-10-11 |
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