CN220651988U - 晶圆吸盘 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种晶圆吸盘，设置电卡制冷件，通过电卡效应循环制冷，提高控温效率，节省空间，节约资金与人力；采用环保的冷却介质，对生物与环境无危害；部件稳定性高，使用寿命长，更换频率低；可实现多样化，适用范围广，能适应不同结构的机型。

Description

晶圆吸盘

技术领域

本实用新型属于半导体设备领域，涉及一种晶圆吸盘。

背景技术

在半导体器件的制造过程中，为了在晶圆上进行如沉积、蚀刻等处理工艺，需要提供晶圆吸盘以对待处理的晶圆进行支撑及固定，从而便于工艺制程的进行。其中，温度对半导体器件的整个制造过程有着非常大的影响，其直接决定了后续制备的产品质量。

如图1，示意了现有的晶圆静电吸盘(Electrostatic chuck，ESC)的结构图，该ESC包括位于下部的基座10及位于上部的介电层20。在介电层20中埋设有电极30，通过在电极30上施加直流电可产生静电电荷以吸持位于介电层20上的晶圆(未图示)。基座10则对介电层20进行支撑，且基座10中设置有用于提供热量的加热件40、用以探测加热件40温度的温度传感件50，以及控温系统(Chiller)60，即开设通道通过蒸发器70及压缩机80通过蒸发-压缩制冷的原理，由流经通道的流体来进行加热或冷却，进而控制晶圆的温度。其中，控温系统60实现蒸发-压缩制冷需要依靠三种循环：冷却液循环a、冷媒循环b及水循环c。在冷却液循环a中，冷却液循环装置需要采用高阻抗材料以防止制程中产生电荷累积，且冷却液需要有一个宽的温度范围以防止相变，现有冷却液循环a中的冷却液多采用挥发性有机化合物(VOC)，冷媒循环b中的冷媒介质多采用氟利昂，而这些材料会对生物、环境等造成危害，如臭氧层空洞等问题，且三种循环制冷设备占用空间较大。

随着人们环保意识的提高以及对绿色能源的探索，越来越多的地方从非清洁能源转换成清洁能源，如太阳能发电、氢能源、风能源等。基于近些年科研人员的研究，在极性铁电领域发现了电卡效应，且电卡制冷具有高效率、环保、占地空间小等优点，可以很好的弥补当前晶圆吸盘中控温系统的不足，且作为无机非金属材料的电卡陶瓷本身具有很高的阻抗，不会在晶圆制程过程中产生电荷的累积，从而可避免对晶圆制程的影响。

因此，基于电卡效应，提供一种晶圆吸盘，实属必要。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种晶圆吸盘，用于解决现有技术中晶圆吸盘的环保及空间问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种晶圆吸盘，所述晶圆吸盘包括：

基座，所述基座中设置有加热件及容置腔；

电卡制冷件，所述电卡制冷件设置于所述容置腔内；

冷却介质管道，所述冷却介质管道与所述容置腔相连通，用于容置冷却介质；

散热件，所述散热件与所述冷却介质管道相接触，用于散发热量。

可选地，所述电卡制冷件的制冷系数为0.6～0.9。

可选地，所述电卡制冷件包括锆钛酸铅基电卡制冷件、钛酸钡基电卡制冷件或聚偏氟乙烯基电卡制冷件。

可选地，还包括与所述加热件相接触的温度传感件。

可选地，还包括与所述容置腔相接触的温度传感件。

可选地，所述冷却介质包括气态冷却介质或液态冷却介质；其中，所述气态冷却介质包括氮气或惰性气体，所述液态冷却介质包括水或油。

可选地，所述冷却介质管道上还装设有用以控制所述冷却介质的控制阀。

可选地，所述基座上还设置有介电层，且所述介电层中埋设有电极，通过所述电极提供吸持晶圆的静电电荷。

可选地，所述基座中还设置有真空系统，通过所述真空系统提供吸持晶圆的真空。

可选地，所述晶圆吸盘的尺寸包括4英寸～12英寸。

如上所述，本实用新型的晶圆吸盘，设置电卡制冷件，通过电卡效应循环制冷，提高控温效率，节省空间，节约资金与人力；采用环保的冷却介质，对生物与环境无危害；部件稳定性高，使用寿命长，更换频率低；可实现多样化，适用范围广，能适应不同结构的机型。

附图说明

图1显示为现有技术中的晶圆静电吸盘的结构示意图。

图2显示为本实用新型中的晶圆静电吸盘的结构示意图。

图3显示为本实用新型中的电卡制冷件的结构示意图。

元件标号说明

10 基座

20 介电层

30 电极

40 加热件

50 温度传感件

60 控温系统

70 蒸发器

80 压缩机

a 冷却液循环

b 冷媒循环

c 水循环

100 基座

200 介电层

300 电极

400 加热件

500 温度传感件

600 容置腔

700 电卡制冷件

701 第一电极

702 第二电极

703 电卡介质层

800 冷却介质管道

900 散热件

110 控制阀

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

参阅图2，本实施例提供一种晶圆吸盘，所述晶圆吸盘包括基座100、电卡制冷件700、冷却介质管道800及散热件900。

其中，所述基座100中设置有加热件400及容置腔600；所述电卡制冷件700设置于所述容置腔600内；所述冷却介质管道800与所述容置腔600相连通，用于容置冷却介质；所述散热件900与所述冷却介质管道800相接触，用于散发热量。

具体的，参阅图3，所述电卡制冷件700可包括第一电极701、第二电极702及位于所述第一电极701与所述第二电极702之间的电卡介质层703，以通过所述第一电极701和所述第二电极702用于向所述电卡介质层703施加电场和移除电场，以使所述电卡介质层703升温或降温。

在另一实施例中，所述电卡介质层703中还可设置至少一个电极(未图示)，且该电极可与所述第一电极701和所述第二电极702间隔设置，以实现与所述第一电极701和所述第二电极702的耦合连接，此处不作限定。

其中，所述电卡介质层703为能够被电极化的极性材料，极性材料会因外电场的改变导致极化状态发生改变，从而产生温度或熵的变化，即电卡效应。具体而言，对极性材料施加电场，材料中的电偶极子从无序变为有序，材料的熵减小，在绝热条件下，多余的熵产生温度的上升。移去电场，材料中的电偶极子从有序变为无序，材料的熵增加，在等温条件下，材料从外界吸收热量；或在绝热条件下，导致材料温度下降。通过电卡效应，在所述第一电极701和所述第二电极702向所述电卡介质层703施加电场或移除电场时，可以使所述电卡介质层703相应的升温或降温，进而实现吸热或放热。

具体的，当所述电卡介质层703被施加电场时，所述电卡介质层703升温，当温度大于所述散热件900的温度时，由于温差，通过所述冷却介质管道800的冷却介质，可将热量传递到所述散热件900中；当施加于所述电卡介质层703的电场被移除时，所述电卡介质层703降温，当温度小于所述散热件900的温度时，所述电卡介质层703将吸收所述加热件400的热量。从而通过对所述电卡介质层703的循环施加电场和移除电场，可源源不断的将所述加热件400的热量转移到所述散热件900上，从而所述电卡制冷件700可作为所述加热件400的冷源，以实现晶圆吸盘温度的动态平衡。

作为示例，所述电卡制冷件700的制冷系数(Coefficient Of Performance，COP)可为0.6～0.9，如0.6、0.7、0.8、0.9等，具体根据需要，由选择的所述电卡介质层703的材质决定。

其中，所述电卡制冷件700可包括锆钛酸铅(PZT)基电卡制冷件、钛酸钡(BT)基电卡制冷件或聚偏氟乙烯(PVDF)基电卡制冷件，即所述电卡介质层703可包括PZT基电卡介质层、BT基电卡介质层或PVDF基电卡介质层。

当采用PZT基电卡制冷件时，其为铅基铁电陶瓷，虽陶瓷使用寿命长，控温无需考虑液-气相变，更换频率低，制备过程可以实现多样化，能适应不同结构的机型，以扩大应用范围，但由于含铅对环境仍不够友好，因此，所述电卡制冷件700优选为BT基电卡制冷件，即无铅铁电陶瓷，或无铅的柔性铁电陶瓷-聚偏氟乙烯(PVDF)基电卡制冷件，以实现电卡效应。

作为示例，所述晶圆吸盘还可包括与所述加热件400相接触的温度传感件500，以通过所述温度传感件500实时的获取所述加热件400的温度，便于及时进行温度调控。

进一步的，还可包括与所述容置腔600相接触的温度传感件(未图示)，以便于实时的获取所述容置腔600的温度，从而结合所述加热件400的温度及所述容置腔600的温度，以及时的对所述电卡制冷件700进行调节，以提供满足需求的温度。

可以理解，所述晶圆吸盘设置有控制器(未图示)，所述加热件400、所述电卡制冷件700、所述散热件900及所述温度传感件500等均可与所述控制器相通信，以实现自动化和/或手动调节，关于所述控制器、所述加热件400、所述电卡制冷件700、所述散热件900及所述温度传感件500的种类及通信方式此处不作限定，可根据需要进行选择。

作为示例，位于所述冷却介质管道800中的所述冷却介质可包括气态冷却介质或液态冷却介质，如所述气态冷却介质可包括氮气或惰性气体，所述液态冷却介质可包括对环境友好的水，也可为油等液态物质，关于所述冷却介质的种类此处不作过分限定。

作为示例，所述冷却介质管道800上还可装设用以控制所述冷却介质的控制阀110，以通过所述控制阀110便捷的向所述冷却介质管道800中补给所述冷却介质，当然根据需要，也可不设置所述控制阀110，而使得所述冷却介质管道800为装有所述冷却介质的密封式管道，此处不作限定。

作为示例，所述基座100上还设置有介电层200，且所述介电层200中埋设有电极300，通过所述电极300提供吸持晶圆(未图示)的静电电荷。

具体的，如图2，本实施例提供一种晶圆静电吸盘(ESC)，从而设置所述介电层200及所述电极300，通过在所述电极300上施加直流电可产生静电电荷以吸持位于所述介电层200上的晶圆(未图示)。

在另一实施例中，也可提供一种晶圆真空吸盘，即不设置如图2中的所述介电层200及所述电极300，而通过在所述基座100中设置真空系统(未图示)，以提供吸持晶圆(未图示)的真空，关于所述真空系统的结构此处不作限定。

作为示例，所述晶圆吸盘的尺寸可包括4英寸～12英寸。

具体的，由于所述电卡制冷件700采用陶瓷材料的形态，在制造过程中，可以实现多样化，从而能适应不同结构的机型。如根据需要，所述晶圆吸盘的尺寸可包括4英寸、6英寸、8英寸、12英寸等，以扩大所述晶圆吸盘的应用范围。

综上所述，本实用新型的晶圆吸盘，设置电卡制冷件，通过电卡效应循环制冷，提高控温效率，节省空间，节约资金与人力；采用环保的冷却介质，对生物与环境无危害；部件稳定性高，使用寿命长，更换频率低；可实现多样化，适用范围广，能适应不同结构的机型。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种晶圆吸盘，其特征在于，所述晶圆吸盘包括：

基座，所述基座中设置有加热件及容置腔；

电卡制冷件，所述电卡制冷件设置于所述容置腔内；

冷却介质管道，所述冷却介质管道与所述容置腔相连通，用于容置冷却介质；

散热件，所述散热件与所述冷却介质管道相接触，用于散发热量。

2.根据权利要求1所述的晶圆吸盘，其特征在于：所述电卡制冷件的制冷系数为0.6～0.9。

3.根据权利要求1所述的晶圆吸盘，其特征在于：所述电卡制冷件包括锆钛酸铅基电卡制冷件、钛酸钡基电卡制冷件或聚偏氟乙烯基电卡制冷件。

4.根据权利要求1所述的晶圆吸盘，其特征在于：还包括与所述加热件相接触的温度传感件。

5.根据权利要求4所述的晶圆吸盘，其特征在于：还包括与所述容置腔相接触的温度传感件。

6.根据权利要求1所述的晶圆吸盘，其特征在于：所述冷却介质包括气态冷却介质或液态冷却介质；其中，所述气态冷却介质包括氮气或惰性气体，所述液态冷却介质包括水或油。

7.根据权利要求1所述的晶圆吸盘，其特征在于：所述冷却介质管道上还装设有用以控制所述冷却介质的控制阀。

8.根据权利要求1所述的晶圆吸盘，其特征在于：所述基座上还设置有介电层，且所述介电层中埋设有电极，通过所述电极提供吸持晶圆的静电电荷。

9.根据权利要求1所述的晶圆吸盘，其特征在于：所述基座中还设置有真空系统，通过所述真空系统提供吸持晶圆的真空。

10.根据权利要求1所述的晶圆吸盘，其特征在于：所述晶圆吸盘的尺寸包括4英寸～12英寸。