CN220585212U - 一种静电夹盘及半导体处理设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种静电夹盘及半导体处理设备，其涉及半导体技术领域。静电夹盘，包括：陶瓷层，其具有用于承载基片的上表面和与所述上表面相对的下表面；基座，用于支撑所述陶瓷层；加热组件，其设置在所述陶瓷层和所述基座之间；其特征在于，所述加热组件还包括：第一板、第二板、导热层及设置于所述第一板和第二板之间的加热元件，其中，所述导热层与所述加热元件在横向方向上间隔设置。本实用新型通过在静电夹盘内置的加热元件两侧设置导热层来优化静电夹盘的控温能力，提升基片处理的一致性。

Description

一种静电夹盘及半导体处理设备

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，尤其涉及一种静电夹盘及半导体处理设备。

背景技术

在对基片进行如刻蚀、化学气相沉积、掺杂或溅镀等半导体工艺处理时，通常需要将基片固定在对基片进行处理的腔室中，常用的固定基片的装置有真空吸盘和静电夹盘，其中，又由于静电夹盘的功能齐全并易于控制，所以静电夹盘使用得较多。

静电夹盘通过对设置于静电夹盘中的吸附电极施加电力，对放置于静电夹盘上方的基片产生静电力，从而达到可靠吸附。

由于在绝大多数的半导体工艺中，温度对工艺都有着极大的影响，因此，为了达到在整个基片上的工艺速率一致，要求基片的温度均匀，所以在使用静电夹盘的设备中，为了提高工艺质量，静电夹盘除了具有稳定吸附基片的功能外，还需要具备对吸附于其上表面的基片进行温度控制的能力，使基片的温度均匀。

现有的静电夹盘一般都采用内置加热丝的方式对承载于其上的基片进行温度控制，但是由于加热丝是间隔布置于基片下方，难以实现对基片进行均匀控温，因此，需要静电夹盘进行优化，以提升其控温性能。

本实用新型提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的实用新型人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。

发明内容

本实用新型提供了一种静电夹盘和半导体处理设备，通过在加热元件两侧设置导热层，提高静电夹盘的温度控制性能。

为实现上述实用新型目的，本实用新型一方面提供了一种静电夹盘：

一种静电夹盘，包括：陶瓷层，其具有用于承载基片的上表面和与所述上表面相对的下表面；基座，用于支撑所述陶瓷层；加热组件，其设置在所述陶瓷层和所述基座之间；其特征在于，所述加热组件还包括：第一板、第二板、导热层及设置于所述第一板和第二板之间的加热元件，其中，所述导热层与所述加热元件在横向方向上间隔设置。

可选地，所述第一板与所述加热元件之间设置有第一树脂层、所述第二板与所述加热元件之间设置有第二树脂层。

可选地，所述导热层与所述加热元件均设置在所述第一树脂层和第二树脂层之间。

可选地，所述导热层在竖直方向的厚度尺寸等于所述加热元件在竖向方向的厚度尺寸以构成平面型结构。

可选地，所述加热元件的横截面与导热层接触的两侧为向外凸的弧形。

可选地，所述加热元件的横截面与导热层接触的两侧为向内凹的弧形。

可选地，所述加热层的上表面和/或下表面实质上为平面。

可选地，所述导热层在竖直方向的最大尺寸大于所述加热元件在竖直方向的最大尺寸。

可选地，所述第一板具有上凹凸部和/或所述第二板具有下凹凸部，其中，所述加热元件对应的区域为凹部。

可选地，所述加热元件与所述导热层构成加热层，所述加热层在横向方向连续。

可选地，所述导热层包括上导热层和/或下导热层，其中，所述上导热层设置于所述第一板与所述第一树脂层之间，所述下导热层设置于所述第二板与所述第二树脂层之间。

可选地，所述上导热层与所述第一树脂层组成的上表面为平面和/或所述下导热层与所述第二树脂层组成的下表面为平面。

可选地，所述第一板和/或所述第二板实质上为平面。

可选地，所述第二板与所述基座之间设置有隔热层。

本实用新型的另一方面还提供了一种半导体处理设备，该半导体处理设备包括前述任意一项所述的静电夹盘。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型通过在静电夹盘内置的加热元件两侧设置导热层来优化静电夹盘的控温能力，通过设置导热层，有利于将电热元件产生的热量在横向方向传导，从而使静电夹盘的整个平面都有热源，从而提升承载于静电夹盘上基片的温度均匀性。

附图说明

图1是背景技术中的一种静电夹盘整体结构示意图；

图2是背景技术中的一种静电夹盘结构示意图；

图3是本实用新型一实施例提供的一种静电夹盘结构示意图；

图4是本实用新型又一实施例提供的一种静电夹盘结构示意图；

图5是本实用新型另一实施例提供的一种静电夹盘结构示意图；

图6是本实用新型再一实施例提供的一种静电夹盘结构示意图；

图7是本实用新型后一实施例提供的一种静电夹盘结构示意图；

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型提出的气体输送装置、原子层沉积设备及其使用方法作进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施方式的目的。为了使本实用新型的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

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。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本申请所涉及的静电夹盘通常设置在反应腔室内用于固定基片，同时，该静电夹盘还具有温度控制的功能，以使承载在静电夹盘上的基片温度均匀。

如图1所示，是一种静电夹盘示意图。该静电夹盘具有陶瓷层2、加热层3及基座5，其中，陶瓷层2内设置有电极，向该电极施加电能以对陶瓷层2上承载的基片1产生吸附力，将基片1吸附于静电夹盘，从而便于对基片1进行半导体工艺。加热层3设置在陶瓷层2的下方，通常加热层3通过粘结剂与陶瓷层2粘结。加热层3中设置有加热丝，通过对加热丝施加电能以对陶瓷层2上承载的基片1进行加热，将基片1的温度控制在工艺需要的温度。此外，加热层3的下方设置有基座4，基座4内设置有冷却通道5，向冷却通道5内通入冷却液，以对静电夹盘快速降温。需要说明的是，同时设置加热层3和基座4中的冷却通道5并不矛盾，这是为了满足不同的工艺要求，例如，在等离子体刻蚀工艺开始时期望基片1的温度快速上升到刻蚀工艺所需要的温度，此时可通过加热层3以对基片进行加热；在工艺开始后，由于等离子体不断的在基片上表面进行物理化学刻蚀，此时会产生大量的热，使基片1的温度超过工艺需要的温度，因此，需要通过向基座4内的冷却通道通入冷却液将基片1降温至工艺需要的温度。为了达到基片上工艺的一致性，如刻蚀速率的一致性，期望基片在面内具有温度均匀性。但由于加热层内的加热丝布置方式的限制，难以在面内均匀的产生热量，因此，需要对静电夹盘进行专门的设计。

如图2所示，是现有技术中的一种静电夹盘结构示意图。该静电夹盘包括陶瓷层110、第一粘结层120、加热组件130、第二粘结层140和基座150,加热组件130设置在陶瓷层110与基座150之间，并且加热组件130通过第一粘结层120、第二粘结层140分别与陶瓷层110、基座150粘结。加热组件130包括加热丝133，加热丝133被设置第一树脂层132与第二树脂层134之间，第一树脂层132上表面设置有第一金属板131，第二树脂层134下表面设置有第二金属板135。由于加热丝133在竖向方向上存在一定尺寸，因此，在形成前述结构时，加热组件130会在平面内形成一定的凹凸形状。此外，由于陶瓷层为了吸附基片，陶瓷层的形状需要制造为平板型，由此，在通过第一粘结层120将加热组件130粘结于陶瓷层110时，第一粘结层120为适应加热组件130的凹凸形状也会在平面内形成凹凸形状，这就导致从加热组件130到陶瓷层110，即加热组件130到基片的传热路径存在差异。具体地，如图2所示，在加热丝133所在区域，加热组件130向上凸起形成凸部，该区域对应的加热组件130到陶瓷层110的距离为D1；在横向方向远离加热丝133的区域，加热组件130对应为凹部，该区域对应的加热组件130到陶瓷层110的距离为D2，其中D1大于D2，由此即会产生温度梯度的差异，并且，通常情况下，粘结层的导热性能一般不是很好，这将进一步加剧该温度梯度的差异。前述凹凸部产生的温度梯度差异难以得到有效的控制，最终将影响基片面内的温度均一性，影响工艺效果。

请参见图3，是本申请提出的一种静电夹盘结构示意图。同图2所示的现有技术一样，该静电夹盘包括：陶瓷层210、第一粘结层220、加热组件230、第二粘结层240和基座250,加热组件230设置在陶瓷层210与基座250之间，并且加热组件230通过第一粘结层220、第二粘结层240分别与陶瓷层210、基座250粘结。本实用新型与图2所示的现有技术的差异至少在于加热组件230。加热组件230包括加热元件233和导热层236，加热元件233与导热层236在横向方向间隔设置并且在横向方向上连续以形成加热层。即在俯视加热组件230和加热元件233所在横截面时，可选地，加热元件233为螺旋形，螺旋形的间隙区域填充有导热层236。在加热元件233与导热层236共同组成的加热层的上表面依次设置第一树脂层232、第一板231，在其下表面依次第二树脂层234和第二板235以形成加热组件230。由于在加热元件236的左右两侧增加了导热层233，因此，在加热组件230所在的水平面上就能减缓或者避免凹凸部的形成，从而可以减缓或避免加热组件230不同区域到陶瓷层210的距离差异，从而提升加热组件230对基片加热的均一性，提升工艺效果。

在一些实施例中，该静电夹盘处于复杂的电磁环境中，如在干法刻蚀设备中，为了产生刻蚀需要的等离子体，需要向干法刻蚀设备的反应腔内馈入射频能量，该静电夹盘即需要在这样的射频环境下工作。而静电夹盘中的加热组件230所包含的加热元件233会受到射频的影响而发热，因此会产生额外的热量，影响控热能力。为了消除该影响，第一板231和第二板234包含金属成分或者就是由金属材料制成，由此，为加热元件233提供金属屏蔽，避免受到电磁影响。

在一些实施例中，导热层236在竖向方向的厚度尺寸等于加热元件233在竖直方向的厚度尺寸，并且导热层236与加热元件233设置在实质相同的平面，从而使得导热层236和加热元件233组成的加热层呈平面型结构，即该加热层的上表面与下表面为平面，从而便于通过树脂层232与第一板231和第二板234结合，一方面可以完全避免加热组件230形成凹凸部，确保基片或者陶瓷层210到加热组件230的距离D一致，从而避免因传热路径而温度均匀性；另一方面，由于导热层236与加热元件233形成的结构为平面型，这也避免了凹凸部因为热胀冷缩而容易产生间隙，影响结构稳定性。

如图4所示，在一些实施例中，导热层236在竖直方向的最大尺寸大于加热元件233在竖直方向的最大尺寸，因此，在导热层236与加热元件233形成的加热层上会形成凹凸结构。这样的加热层在通过树脂层与第一板231或者第二板235结合时也会形成对应的凹凸结构，即加热组件230也会形成与之对应的凹凸结构。容易理解地，加热元件233对应于该凹凸结构的凹部，因此，在陶瓷层210和/或基座250通过粘结层220、240与加热组件230结合时，粘结层220、240会填充该凹部，即粘结层220、240在该凹部对应的部分尺寸会大于导热层236所处区域对应的尺寸。因为导热层236的热量来源于加热元件233，所述导热层236的温度会低于加热元件233的温度，此时，通过增加加热元件233所在区域对应的粘结层的厚度可至少部分抵消该加热元件233温度高于导热层236所带来的影响。

如图5和6所示，在一些实施例中，加热元件233的横截面与导热层236接触的两侧为弧形。由于导热层236本身不产生热量，而是由加热元件233产生热量，导热层236仅是将加热元件233产生的热量在导热层236与加热元件233组成的加热层所在的平面内传导，从而减少在该平面内温度的差异。因此，陶瓷层210或者基片在受热时较为均匀。基于这样的热量传导过程，为了进一步增加加热元件233将热量传导给导热层236，将加热元件233的横截面与导热层236接触的两侧设置为弧形，这样可以通过增加加热元件233与导热层236的接触以增加加热元件233传导至导热层236的热量。可选地，这样的弧形为向外凸的弧形，这样即可实现增加向导热层236传输热量，又可减少加热元件233与树脂层直接接触的面积，从而可以进一步增加水平方向加热的均匀性。可选地，这样的弧形还可为内凹的弧形，特别地，内凹的弧形还适用于导热层236在竖直方向的最大尺寸大于加热元件233在竖直方向的最大尺寸的情形。

请参见图7，是本申请提出的另一种静电夹盘结构示意图。同样地，该静电夹盘的加热元件233在横向方向的两侧均设置有导热层2361、2362，但是该导热层并未直接与加热元件233直接接触，加热元件233的上下两侧分别设置第一树脂层232和第二树脂层234。由于该加热元件233在竖直方向上存在一定尺寸，因此在加热元件233的上下两侧设置第一树脂层232和第二树脂层234时会形成凹凸部，此时，加热元件233对应的区域向上或下凸，如果直接在其上或下设置第一板231或者第二板235，则第一板231或者第二板235也会相应形成这样的凹凸部。此时，为了保证基座250或者陶瓷层210相对加热组件230的面平整，就需要使粘结层220、240形成相应的凹凸形状。而粘结层的导热效果较差，因此会形成较大的温度差，从而使陶瓷层210或者基片的温度难以达到面内均匀。在设置导热层2361、2362后可填充第一树脂层232和/或第二树脂层234形成的凹部，使得第一板231和/或第二板235保持平整，即第一板231和/或第二板235实质上为平面，从而不影响粘结层210、240的平整。并且由于导热层2361、2362不需要具备粘结性能，因此可以容易的使导热层2361、2362的导热率好于粘结层210、240，从而可以提升基片的片内温度均匀性。可选地，导热层的材料可以为具有较好导热效果的硅胶或者树脂等绝缘材料。

在一些实施例中，由于加热组件230的加热功率有限，而基座250的冷却功率很大，为了使加热组件230的加热功率尽可能多的向上传导至陶瓷层210或基片，在第二板235与基座之间设置隔热层(图中未示出)。在这样的设计下，在需要对基片进行加热时，向加热组件230施加电流，加热组件230产生的热向基座250传导的路径被隔热层阻断，因此大部分的热量向上传导至陶瓷层210或者基片，使得陶瓷层210或者基片升温速度较快。此外，在工艺过程中，静电夹盘的温度达到稳态后，由于隔热层的存在，可以使加热组件，也即陶瓷层或基片，与基座250保持一个较大的温度梯度。

容易理解地，前述各实施方式中的技术特征只要不相互抵触，其组合而成的技术方案均为本实用新型所记载的技术方案。

最后，本实用新型还提供了一种半导体处理设备，该处理设备包括前述任一实施方式或各实施方式不抵触的特征组合而成的实施方式中的静电夹盘。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (15)

1.一种静电夹盘，包括：陶瓷层，其具有用于承载基片的上表面和与所述上表面相对的下表面；

基座，用于支撑所述陶瓷层；

加热组件，其设置在所述陶瓷层和所述基座之间；其特征在于，所述加热组件还包括：第一板、第二板、导热层及设置于所述第一板和第二板之间的加热元件，其中，所述导热层与所述加热元件在横向方向上间隔设置。

2.如权利要求1所述的静电夹盘，其特征在于，所述第一板与所述加热元件之间设置有第一树脂层、所述第二板与所述加热元件之间设置有第二树脂层。

3.如权利要求2所述的静电夹盘，其特征在于，所述导热层与所述加热元件均设置在所述第一树脂层和第二树脂层之间。

4.如权利要求3所述的静电夹盘，其特征在于，所述导热层在竖向方向的厚度尺寸等于所述加热元件在竖直方向的厚度尺寸以构成平面型结构。

5.如权利要求4所述的静电夹盘，其特征在于，所述加热元件的横截面与导热层接触的两侧为向外凸的弧形或向内凹的弧形。

6.如权利要求5所述的静电夹盘，其特征在于，所述加热元件与所述导热层构成加热层，所述加热层的上表面和/或下表面实质上为平面。

7.如权利要求3所述的静电夹盘，其特征在于，所述导热层在竖直方向的最大尺寸大于所述加热元件在竖直方向的最大尺寸。

8.如权利要求7所述的静电夹盘，其特征在于，所述加热元件的横截面与导热层接触的两侧为向内凹的弧形。

9.如权利要求7所述的静电夹盘，其特征在于，所述第一板具有上凹凸部和/或所述第二板具有下凹凸部，其中，所述加热元件对应的区域为凹部。

10.如权利要求3至9中任意一项所述的静电夹盘，其特征在于，所述加热元件与所述导热层构成加热层，所述加热层在横向方向连续。

11.如权利要求2所述的静电夹盘，其特征在于，所述导热层包括上导热层和/或下导热层，其中，所述上导热层设置于所述第一板与所述第一树脂层之间，所述下导热层设置于所述第二板与所述第二树脂层之间。

12.如权利要求11所述的静电夹盘，其特征在于，所述上导热层与所述第一树脂层组成的上表面为平面和/或所述下导热层与所述第二树脂层组成的下表面为平面。

13.如权利要求7或11所述的静电夹盘，其特征在于，所述第一板和/或所述第二板实质上为平面。

14.如权利要求1所述的静电夹盘，其特征在于，所述第二板与所述基座之间设置有隔热层。

15.一种半导体处理设备，其特征在于，包括如权利要求1-14中任意一项所述的静电夹盘。