CN212991070U - 静电卡盘和半导体设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种静电卡盘，包括静电卡盘基座和设置在静电卡盘基座上的承载盘，静电卡盘基座中形成有中形成有用于控温流体流通的控温通道，控温通道包括第一通道和第二通道，第一通道与第二通道沿静电卡盘厚度方向间隔设置，且第一通道与第二通道在静电卡盘基座顶面上的投影所在区域至少部分重叠，第一通道的尾端与第二通道的首端连通，且第一通道与第二通道的连通位置在投影的重叠区域内。在本实用新型中，静电卡盘的静电卡盘基座中形成有两层沿高度方向间隔的控温通道，两层控温通道中的控温流体沿远离连通位置方向的温度变化趋势相反，从而可以提高静电卡盘承载面上温度分布的均匀性。本实用新型还提供一种半导体设备。

Description

静电卡盘和半导体设备

技术领域

本实用新型涉及半导体设备领域，具体地，涉及一种静电卡盘和一种半导体工艺设备。

背景技术

在集成电路(IC)的制造工艺过程中，为了在固定、支撑晶片(Wafer)、避免晶片在工艺过程中移动或错位的同时，实现对晶片的温度控制，一般采用真空吸盘或者静电卡盘对晶片进行吸附和温度控制。

静电卡盘（Electrostatic Chuck，即E-Chuck）能够在高真空下吸附晶片，且温度控制效果好，因而静电卡盘常被应用在刻蚀机、PVD设备、CVD设备等半导体设备中。在半导体工艺过程中，通常向工艺腔室中通入惰性气体（一般为He或者Ar），作为静电卡盘与晶片之间的热传递媒介，使晶片维持在一个理想的温度范围，静电卡盘对晶片的温度控制能力对半导体工艺的工艺效果至关重要。

一般来讲，静电卡盘的典型结构包括承载盘和基座，承载盘内有静电吸附电极，施加静电电压可以吸附晶片，而基座用于承载支撑上述承载盘、施加射频偏压，静电卡盘的基座中通常配置有流体通道，通过控温流体（一般为绝缘液体）加热或静电卡盘基座，进而使静电卡盘的承载盘维持在一个均匀恒定的温度。

然而，现有的静电卡盘基座经常出现各处温度不一致的现象，导致晶片表面的温度分布不均匀，进而导致半导体工艺的工艺效果差。

发明内容

本实用新型旨在提供一种静电卡盘和一种半导体设备，该静电卡盘能够提高静电卡盘承载面上温度分布的均匀性，提高晶片表面进行的半导体工艺的工艺效果。

为实现上述目的，作为本实用新型的一个方面，提供一种静电卡盘，包括静电卡盘基座和设置在所述静电卡盘基座上的承载盘，其中，所述静电卡盘基座中形成有用于控温流体流通的控温通道，所述控温通道包括第一通道和第二通道，所述第一通道与所述第二通道沿所述静电卡盘基座的厚度方向间隔设置，且所述第一通道与所述第二通道在所述静电卡盘基座顶面上的投影所在区域至少部分重叠，所述第一通道的尾端与所述第二通道的首端连通，且所述第一通道与所述第二通道的连通位置在所述投影的重叠区域内。

可选地，所述控温通道还包括用于供所述控温流体流入或流出所述控温通道的入流通道和出流通道，所述入流通道的一端与所述第一通道的首端连通，所述入流通道的另一端延伸至所述静电卡盘基座的底面并形成为所述控温通道的供所述控温流体流入的进口，所述出流通道的一端与所述第二通道的尾端连通，所述出流通道的另一端延伸至所述静电卡盘基座的底面并形成为所述控温通道的供所述控温流体流出的出口。

可选地，所述进口与所述出口位于所述静电卡盘基座轴线的同一侧。

可选地，所述控温通道还包括连接通道，所述连接通道将所述第一通道和所述第二通道连通，且所述连接通道沿所述静电卡盘基座的厚度方向延伸。

可选地，所述连接通道与所述进口、所述出口相对设置在所述静电卡盘基座轴线的两侧。

可选地，所述入流通道和所述出流通道均沿所述静电卡盘基座的厚度方向延伸。

可选地，所述第一通道在所述静电卡盘基座顶面上的投影与所述第二通道在所述静电卡盘基座顶面上的投影至少部分形状相同且重叠。

可选地，所述第一通道由所述静电卡盘基座的中心向所述静电卡盘基座的边缘螺旋延伸，所述第二通道由所述静电卡盘基座的中心向所述静电卡盘基座的边缘螺旋延伸。

可选地，所述第一通道由所述静电卡盘基座的一侧向所述静电卡盘基座的另一侧迂回延伸，所述第二通道由所述静电卡盘基座的一侧向所述静电卡盘基座的另一侧迂回延伸。

作为本实用新型的第二个方面，提供一种半导体设备，所述半导体设备包括工艺腔室和设置在所述工艺腔室中的静电卡盘，其中，所述静电卡盘为前面所述的静电卡盘。

在本实用新型提供的静电卡盘和半导体设备中，静电卡盘的静电卡盘基座中形成有两层沿高度方向间隔的控温通道第一通道和第二通道，两层控温通道中的控温流体沿远离连通位置方向的温度变化趋势相反，从而可以使第一通道各位置温度与第二通道中对应位置的温度之间的平均值近似相等，进而消除控温流体温度沿管路变化导致的静电卡盘基座温度不均现象，提高静电卡盘承载面上温度分布的均匀性，提高晶片表面进行的半导体工艺的工艺效果。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是现有技术中一种静电卡盘的结构示意图；

图2是图1中静电卡盘的A-A向剖面图；

图3是本实用新型实施例提供的静电卡盘的结构示意图；

图4是图3中静电卡盘的B-B向剖面图；

图5是本实用新型另一实施例提供的静电卡盘的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

如图1所示为现有技术中一种静电卡盘的结构示意图，该静电卡盘包括承载盘1和静电卡盘基座2。其中，承载盘1中设置有吸附电极101，用于向承载盘1上放置的晶片提供电磁场，静电卡盘基座2中形成有控温通道201，在半导体工艺过程中，控温通道201中通入控温流体，从而实现对静电卡盘基座2的温度控制，进而将承载盘1及承载盘1上放置的晶片的温度控制在合适的范围内。

如图1-2所示，控温通道201通常在静电卡盘的静电卡盘基座2中水平弯曲设置，从而均匀分布在静电卡盘的承载面下方。然而，由于控温流体在控温通道201中单向流动，控温流体沿控温通道201延伸方向温度发生变化，使得控温流体流经控温通道201入水端2011时的温度与控温流体流经控温通道201出水端2012时的温度之间存在温差，导致静电卡盘不同位置处的实际温度之间存在差异，进而影响了晶片温度分布的均匀性和半导体工艺的工艺效果。

为解决上述技术问题，作为本实用新型的一个方面，提供一种静电卡盘，如图3所示，该静电卡盘包括静电卡盘基座2，静电卡盘基座2中形成有用于控温流体在其中流通的控温通道201，控温通道201包括第一通道2013和第二通道2015，第一通道2013与第二通道2015沿静电卡盘基座2的厚度方向间隔设置，且第一通道2013静电卡盘基座2顶面上的投影所在区域与第二通道2015在静电卡盘基座2顶面上的投影所在区域至少部分重叠，第一通道2013的尾端与第二通道2015的首端连通，且第一通道2013与第二通道2015的连通位置在投影的重叠区域内。

在本实用新型中，首端是指对应的通道接收控温流体的一端，尾端是指对应的通道排出控温流体的一端，第一通道2013与第二通道2015相连通，控温流体由第一通道2013的首端流入控温通道201，并在依次流经第一通道2013和第二通道2015后由第二通道2015的尾端排出控温通道201。投影的重叠区域是指第一通道2013的投影所在区域与第二通道2015的投影所在区域的重叠部分。

本实用新型实施例对第一通道2013和第二通道2015如何相互连通不作具体限定，例如，作为本实用新型的一种可选实施方式，如图3至图5所示，控温通道201还包括连接通道2014，连接通道2014用于将第一通道2013和第二通道2015连通。

在本实用新型实施例中，静电卡盘基座2中形成有两层沿高度方向（即图中上下方向、静电卡盘基座2的厚度方向）间隔的控温通道第一通道2013和第二通道2015，第一通道2013和第二通道2015相互连通且设置区域至少部分重叠（为提高温度调节效果优选为完全重叠）。当控温流体是用于对静电卡盘进行降温的冷却液时，在半导体工艺过程中，控温流体在依次流过第一通道2013和第二通道2015并带走静电卡盘热量的过程中温度逐渐升高，控温流体在流经第一通道2013时的温度低于流经第二通道2015时的温度，且在第一通道2013中各处控温流体的温度沿远离第一通道2013与第二通道2015连通位置（即连接通道2014所在位置）方向呈下降趋势，而在第二通道2015中各处控温流体的温度沿远离连通位置方向呈上升趋势。

当控温流体是用于对静电卡盘进行加热的高温液体时，在半导体工艺过程中，控温流体在依次流过第一通道2013和第二通道2015并向静电卡盘提供热量的过程中温度逐渐下降，控温流体在流经第一通道2013时的温度高于流经第二通道2015时的温度，且在第一通道2013中各处控温流体的温度沿远离第一通道2013与第二通道2015连通位置（即连接通道2014所在位置）方向呈上升趋势，而在第二通道2015中各处控温流体的温度沿远离连通位置方向呈下降趋势。

即，无论控温流体是高温液体还是低温的冷却液，控温流体在第一通道2013与第二通道2015中沿远离连通位置方向的温度变化趋势始终相反，从而可以使第一通道2013各位置温度与第二通道2015中对应位置的温度之间的平均值近似相等，进而消除控温流体温度沿管路变化导致的静电卡盘基座温度不均现象，提高静电卡盘承载面上温度分布的均匀性，提高晶片表面进行的半导体工艺的工艺效果。

本实用新型实施例对控温通道201如何接收循环的控温流体（如，冷却水）不作具体限定，例如，作为本实用新型的一种可选实施方式，如图3至图5所示，控温通道201还包括用于供控温流体流入或流出控温通道201的入流通道和出流通道，入流通道的一端与第一通道2013的首端连通，入流通道的另一端延伸至静电卡盘基座2的底面并形成为控温通道201的供控温流体流入的进口2016，出流通道的一端与第二通道2015的尾端连通，出流通道的另一端延伸至静电卡盘基座2的底面并形成为控温通道201的供控温流体流出的出口2017。

本实用新型实施例对控温通道201中流过的控温流体种类不作具体限定，例如，可选地，控温流体可以为热传导液（Galden）或者水（冷却水）等液体。

为进一步提高静电卡盘基座各处温度的均匀性，作为本实用新型的一种优选实施方式，如图3、图5所示，进口2016与出口2017位于静电卡盘基座2轴线的同一侧。进一步优选地，如图3、图5所示，进口2016与出口2017靠近设置。

在本实用新型实施例中，进口2016与出口2017的位置相近，控温流体由进口2016流动至连通位置的方向与控温流体由连通位置流动至出口2017的方向相反，且控温流体温度最高的出口2017位置与控温流体温度最低的进口2016位置匹配，从而进一步提高了静电卡盘基座各处温度的均匀性。

本实用新型实施例对入流通道、出流通道和连接通道2014的延伸方向不作具体限定，例如，作为本实用新型的一种可选实施方式，如图3至图5所示，入流通道和出流通道均沿静电卡盘基座2的厚度方向（即高度方向）延伸，在此情况下入流通道与出流通道在在静电卡盘基座2顶面上的投影需相互错开。

需要说明的是，第一通道2013和第二通道2015均沿静电卡盘基座的直径方向弯曲铺展，以均匀分布在静电卡盘基座中对静电卡盘基座的各个位置进行冷却，本实用新型实施例对第一通道2013和第二通道2015的铺展方式不作具体限定，例如，作为本实用新型的一种可选实施方式，如图3、图4所示，连接通道2014与进口2016、出口2017相对设置在静电卡盘基座2轴线的两侧。

在本实用新型实施例中，控温流体流经第一通道2013时，第一通道2013中的控温流体温度由左至右呈上升趋势，控温流体流经第二通道2015时，第二通道2015中的控温流体温度由右至左呈上升趋势，从而第一通道2013中左侧各位置控温流体温度越高，其对应位置的第二通道2015中控温流体温度则越低，进而提高了静电卡盘基座2各处温度的均匀性。

本实用新型实施例对第一通道2013和第二通道2015的形状不作具体限定，例如，作为本实用新型的一种可选实施方式，如图3、图4所示，第一通道2013由静电卡盘基座2的一侧向静电卡盘基座2的另一侧迂回延伸（即，由进口2016所在一侧向连接通道2014所在一侧迂回延伸），第二通道2015由静电卡盘基座2的一侧向静电卡盘基座2的另一侧迂回延伸（即，由连接通道2014所在一侧向出口2017所在一侧迂回延伸）。

在本实用新型的其他实施方式中，第一通道2013和第二通道2015也可以为图2所示的螺旋延伸形状，在此实施方式中，连接通道可对应设置在静电卡盘基座2的中央，如图5所示，控温流体流经第一通道2013时，第一通道2013中的控温流体温度由外圈至内圈呈上升趋势，控温流体流经第二通道2015时，第二通道2015中的控温流体温度由内圈至外圈呈上升趋势，从而第一通道2013中外圈各位置控温流体温度越高，其对应位置的第二通道2015中的控温流体温度则越低，进而提高了静电卡盘基座2各处温度的均匀性。

为进一步提高静电卡盘基座2各处温度的均匀性，进一步优选地，第一通道2013在静电卡盘基座2顶面上的投影与第二通道2015在静电卡盘基座2顶面上的投影至少部分形状相同且重叠。

需要说明的是，投影形状相同且重叠的部分优选为由连通位置向进口2016（出口2017）方向延伸的一段，即，不重叠的部分仅限于入流通道与出流通道均沿高度方向延伸且需相互错开时进口2016与出口2017附近（二者相互错开则两层控温通道的投影图案无法完全相同）。在本实用新型实施例中，两层控温通道由连通位置向进口2016（出口2017）方向延伸的至少一段形状相同且投影重合，从而使得两通道各位置处的控温流体温度的平均值均能够与连通位置的控温流体温度相近，进一步提高了静电卡盘基座2各处温度的均匀性。

为进一步提高第一通道2013与第二通道2015的重合度，优选地，如图3、图5所示，连接通道2014沿静电卡盘基座2的厚度方向（即高度方向）延伸，从而使投影的重叠区域内第一通道2013与第二通道2015的在静电卡盘基座顶面上的投影可以完全重合。

本实用新型实施例对静电卡盘基座2的材质不作具体限定，例如，为提高换热效率，作为本实用新型的一种优选实施方式，静电卡盘基座2的材质可以为金属材料。进一步地，静电卡盘基座2的材质可以为铝合金，或者也可以为不锈钢等其它金属材料。

本实用新型实施例对静电卡盘的其它结构不作具体限定，例如，作为本实用新型的一种可选实施方式，如图3、图5所示，静电卡盘还可以包括承载盘1，承载盘1设置在静电卡盘基座2的顶面上，且承载盘1中设置有吸附电极101。

为保证吸附电极101的吸附能力并避免晶片与吸附电极101短路或晶片与承载盘1的承载面粘连，优选地，承载盘1的材质为陶瓷材料，进一步地，承载盘1的材质可以为氧化铝（Al2O3）、氮化铝（AlN）等陶瓷材料。本实用新型实施例对吸附电极101上加载的电信号种类不作具体限定，例如，作为本实用新型的一种可选实施方式，吸附电极101可以为直流电极。

作为本实用新型的第二个方面，提供一种半导体工艺设备，该半导体工艺设备包括工艺腔室和设置在工艺腔室中的静电卡盘，其中，该静电卡盘为本实用新型实施例提供的静电卡盘。

在本实用新型提供的半导体工艺设备中，静电卡盘的静电卡盘基座2中形成有两层沿高度方向间隔的控温通道第一通道2013和第二通道2015，第一通道2013与第二通道2015中控温流体沿远离连通位置方向的温度变化趋势相反，从而可以使第一通道2013各位置温度与第二通道2015中对应位置的温度之间的平均值近似相等，进而消除控温流体温度沿管路变化导致的静电卡盘基座温度不均现象，提高静电卡盘承载面上温度分布的均匀性，提高晶片表面进行的半导体工艺的工艺效果。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型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实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种静电卡盘，其特征在于，包括静电卡盘基座和设置在所述静电卡盘基座上的承载盘，其中，所述静电卡盘基座中形成有用于控温流体流通的控温通道，所述控温通道包括第一通道和第二通道，所述第一通道与所述第二通道沿所述静电卡盘基座的厚度方向间隔设置，且所述第一通道与所述第二通道在所述静电卡盘基座顶面上的投影所在区域至少部分重叠，所述第一通道的尾端与所述第二通道的首端连通，且所述第一通道与所述第二通道的连通位置在所述投影的重叠区域内。

2.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述控温通道还包括用于供所述控温流体流入或流出所述控温通道的入流通道和出流通道，所述入流通道的一端与所述第一通道的首端连通，所述入流通道的另一端延伸至所述静电卡盘基座的底面并形成为所述控温通道的供所述控温流体流入的进口，所述出流通道的一端与所述第二通道的尾端连通，所述出流通道的另一端延伸至所述静电卡盘基座的底面并形成为所述控温通道的供所述控温流体流出的出口。

3.根据权利要求2所述的静电卡盘，其特征在于，所述进口与所述出口位于所述静电卡盘基座轴线的同一侧。

4.根据权利要求2所述的静电卡盘，其特征在于，所述控温通道还包括连接通道，所述连接通道将所述第一通道和所述第二通道连通，且所述连接通道沿所述静电卡盘基座的厚度方向延伸。

5.根据权利要求4所述的静电卡盘，其特征在于，所述连接通道与所述进口、所述出口相对设置在所述静电卡盘基座轴线的两侧。

6.根据权利要求4所述的静电卡盘，其特征在于，所述入流通道和所述出流通道均沿所述静电卡盘基座的厚度方向延伸。

7.根据权利要求2至6中任意一项所述的静电卡盘，其特征在于，所述第一通道在所述静电卡盘基座顶面上的投影与所述第二通道在所述静电卡盘基座顶面上的投影至少部分形状相同且重叠。

8.根据权利要求1至6中任意一项所述的静电卡盘，其特征在于，所述第一通道由所述静电卡盘基座的中心向所述静电卡盘基座的边缘螺旋延伸，所述第二通道由所述静电卡盘基座的中心向所述静电卡盘基座的边缘螺旋延伸。

9.根据权利要求1至6中任意一项所述的静电卡盘，其特征在于，所述第一通道由所述静电卡盘基座的一侧向所述静电卡盘基座的另一侧迂回延伸，所述第二通道由所述静电卡盘基座的一侧向所述静电卡盘基座的另一侧迂回延伸。

10.一种半导体设备，所述半导体设备包括工艺腔室和设置在所述工艺腔室中的静电卡盘，其特征在于，所述静电卡盘为权利要求1至9中任意一项所述的静电卡盘。

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