CN221486472U - 一种用于加热的静电卡盘机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于加热的静电卡盘机构，属于半导体设备技术领域，其包括有自上而下依次层叠设置的静电卡盘、石墨热扩散盘、钨丝加热盘和水冷盘；石墨热扩散盘、钨丝加热盘和水冷盘的外侧套设有钛合金套筒；静电卡盘连接有高压线缆，钨丝加热盘连接有加热线缆，水冷盘上开设有穿线孔，高压线缆和加热线缆均通过穿线孔穿出。本方案设有石墨热扩散盘，从而使钨丝的热量分散均匀地施加到静电卡盘上，避免静电卡盘受热不均，从而解决晶圆表明温度不均匀的问题，提高半导体工艺质量及均匀性；并且本方案能够采用现有的已产业化的静电卡盘产品，而无需重新设计生产新型的静电卡盘，工程上易实现、效率较高且成本较低。

Description

一种用于加热的静电卡盘机构

技术领域

本实用新型属于半导体设备技术领域，具体地涉及一种用于加热的静电卡盘机构。

背景技术

在目前一些半导体工艺中，需要在真空中对晶圆进行加热。现有技术方案中一般采用钨丝产生热辐射的方式进行加热，但难以保证加热后晶圆温度的均匀性，通常，晶圆上高温区域的分布会与盘绕的钨丝形状一致，会影响半导体工艺的均匀性。再如申请公开号为CN115966502A的中国发明专利，设计了一种新型的静电卡盘结构，将加热层集成于高温静电卡盘及加热器总成之中，需要采用特定的新方法进行制造，前期加工成本较高，现阶段较难实现批量化生产应用。因此，面对日新月异的半导体产品及工艺需求，需要一种更便于应用的新方案。

实用新型内容

基于现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种用于加热的静电卡盘机构，解决现有技术方案对晶圆加热不均匀的问题，并且结构简单，生产加工效率高、成本低。

依据本实用新型的技术方案，本实用新型提供了一种用于加热的静电卡盘机构，包括有自上而下依次层叠设置的静电卡盘、石墨热扩散盘、钨丝加热盘和水冷盘；石墨热扩散盘、钨丝加热盘和水冷盘的外侧套设有钛合金套筒；静电卡盘连接有高压线缆，钨丝加热盘连接有加热线缆，水冷盘上开设有穿线孔，高压线缆和加热线缆均通过穿线孔穿出。

进一步地，水冷盘的下方连接有呈筒状的支撑结构，支撑结构的内部与穿线孔相连通，高压线缆和加热线缆沿着支撑结构的内部设置。

进一步地，高压线缆和加热线缆的末端连接有真空电极，真空电极在水冷盘的穿线孔处密封连接。

进一步地，石墨热扩散盘背向静电卡盘的一侧具有热扩散盘凹槽，钨丝加热盘位于热扩散盘凹槽内。

进一步地，钨丝加热盘与石墨热扩散盘之间设置有石英阻隔片。

进一步地，钨丝加热盘和水冷盘之间设置有陶瓷隔热板。

进一步地，陶瓷隔热板内部开设有线缆通道，高压线缆和加热线缆穿入在线缆通道内。

进一步地，水冷盘包括有上盖板和下槽板，下槽板上设有水冷槽道，上盖板将水冷槽道的开口侧密封从而形成冷却剂通道，冷却剂通道与冷却剂输送系统相连接。

进一步地，钛合金套筒外侧设置有石墨保护层。

进一步地，还包括有温度测量装置，温度测量装置连接在静电卡盘的背面。

与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果如下：

本实用新型的用于加热的静电卡盘机构在静电卡盘与钨丝加热盘之间设有石墨热扩散盘，从而使钨丝的热量分散均匀地施加到静电卡盘上，避免静电卡盘受热不均，从而解决晶圆表明温度不均匀的问题，提高半导体工艺质量及均匀性。并且本方案能够采用现有的已产业化的静电卡盘产品，而无需重新设计生产新型的静电卡盘，工程上易实现、效率较高且成本较低。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的剖视结构示意图。

图2是本实用新型一实施例的应用本方案的机械手的结构示意图。

附图中的附图标记说明：

1、静电卡盘；11、静电卡盘电极；2、石墨热扩散盘；3、钨丝加热盘；31、加热器底座；32、钨丝；4、水冷盘；41、穿线孔；42、上盖板；43、下槽板；44、冷却剂通道；5、钛合金套筒；6、陶瓷隔热板；7、石英阻隔片；8、真空电极；9、支撑结构。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关实用新型相关的部分。在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要注意，本实用新型中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本实用新型中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

本实用新型提供一种用于加热的静电卡盘机构，解决现有技术方案对晶圆加热不均匀的问题，并且结构简单，生产加工效率高、成本低。

请参阅图1，本实用新型一实施例的一种用于加热的静电卡盘机构，包括有自上而下依次层叠设置的静电卡盘1、石墨热扩散盘2、钨丝加热盘3和水冷盘4，石墨热扩散盘2、钨丝加热盘3和水冷盘4的外侧套设有钛合金套筒5，钛合金套筒5在结构强度较高的同时耐高温且重量轻，用于稳定地支撑、形成整体结构。

静电卡盘1的背面连接有静电卡盘电极11(耐高温电极)以及高压线缆，静电卡盘1的上表面为工作面，用于支撑、吸附晶圆，进而加热晶圆。钨丝加热盘3的主要加热部件为钨丝32，钨丝32连接有加热线缆。以及还可设有例如温度测量装置等其他部件、连接有其他线缆，为此，石墨热扩散盘2、钨丝加热盘3、水冷盘4等部件上根据需要开设有通孔，从而使线缆(以及静电卡盘电极11)穿过，具体位置例如设置在边缘从而避免影响各部分的作用。水冷盘4上在例如中部位置开设有穿线孔41，高压线缆和加热线缆均通过穿线孔41穿出。

进一步地，水冷盘4的下方连接有呈筒状的支撑结构9，支撑结构9的内部与穿线孔41相连通，高压线缆和加热线缆以及其他线缆等均沿着支撑结构9的内部设置。支撑结构9用于将静电卡盘1与半导体设备腔体相连接。本方案将各部件的线缆均置于支撑结构9内，结构更为整洁并能够对线缆进行保护。更具体地，高压线缆和加热线缆以及其他线缆的末端连接有真空电极8，真空电极8在水冷盘4的穿线孔41处密封连接。位于真空电极8上方的线缆例如外径4mm规格的耐高温电缆，真空电极8远离静电卡盘1的一端位于支撑结构9内，并通过后端线缆连接至半导体设备的中央控制器，后端线缆可选为常规线缆，无需采用要求较高的耐高温电缆。

石墨热扩散盘2为石墨制成的盘状结构，石墨热扩散盘2的形状与静电卡盘1相匹配，例如为尺寸一致的圆形，从而利用石墨的高导热性实现将钨丝加热盘3辐射出的热量扩散、均匀分布在静电卡盘1平面各个位置。石墨热扩散盘2的厚度优选例如12mm-36mm，过薄则会导致静电卡盘1的温度分布仍受钨丝加热盘3的钨丝32排布影响、不均匀，过厚则会导致增加热能损耗、增加导热时间。进一步优选地，石墨热扩散盘2的一侧紧贴静电卡盘1，石墨热扩散盘2的背向静电卡盘1的一侧具有热扩散盘凹槽，钨丝加热盘3位于热扩散盘凹槽内；换言之，石墨热扩散盘2具有侧壁，形成全包式石墨热扩散盘，在侧面四周也包围住钨丝加热盘3，如此设置能够在注入过程晶圆快速升温时，同时起到很好的快速散热效果，保证温度的可靠性。

钨丝加热盘3包括有加热器底座31，加热器底座31在靠近静电卡盘1的一侧开设有加热槽道并在其中设有钨丝32(图中仅示意性地绘出了一部分)，加热槽道及钨丝32例如呈蛇形或螺旋形盘绕设置的一条，尽可能较均匀地覆盖静电卡盘1的范围。优选地，钨丝加热盘3与石墨热扩散盘2之间设置有石英阻隔片7，更具体为在加热器底座31与石墨热扩散盘2之间设置有石英阻隔片7，石英阻隔片7将加热槽道开口侧封闭。石英阻隔片7为透明石英片，热量是通过辐射传播的，石英可以很好地让辐射穿透，并且围住钨丝32可以让热辐射均匀传递，有助于使晶圆受热更均匀，并且能够避免石墨热扩散盘2可能产生的石墨碎屑掉到钨丝32上发生炭化的问题。

优选地，钨丝加热盘3和水冷盘4之间设置有陶瓷隔热板6，起到隔热作用。陶瓷隔热板6内部开设有线缆通道，高压线缆和加热线缆等线缆穿入在线缆通道内；换言之，线缆包裹在陶瓷隔热板6内，不与钨丝加热盘3、水冷盘4直接接触，从而有助于提高线缆的使用寿命。

水冷盘4包括有上盖板42和下槽板43，下槽板43上设有水冷槽道，上盖板42将水冷槽道的开口侧密封从而形成冷却剂通道44，冷却剂通道44与冷却剂输送系统相连接；从而在水冷盘4中循环通入冷却剂进行降温，防止结构(尤其是机械臂6部分)过热。

在一些实施例中，本实用新型的用于加热的静电卡盘机构作为离子注入设备的部件，承载晶圆进行离子注入，为此，在钛合金套筒5外侧设置有石墨保护层，避免离子束直接打到钛合金上而产生杂质离子、污染晶圆。

优选地，还包括有温度测量装置，用于监测静电卡盘1的温度，温度测量装置例如热电偶，温度测量装置连接在静电卡盘1的背面，从而不影响静电卡盘1的吸附效果。

请参阅图2，本实用新型的用于加热的静电卡盘机构可设置于高温离子注入设备的扫描机器人上，尤其适用于例如SiGe鳍式场效应晶体管(FinFET)的生产工艺。SiGeFinFET结构中包括有一层SiGe薄膜，并且在加工过程中需要进行离子注入。现有工艺中，对例如单晶硅片进行离子注入后，表面的Si晶格会被打破，形成非晶化结构，然后可以通过热处理，利用硅片深处未被打破的晶格结构来将表层晶格恢复。但由于SiGe只有很薄一层，离子注入时晶格结构会全部被打破，之后基本无法通过热处理方式再恢复晶格结构，因此采用常规离子注入系统工艺生产的SiGe FinFET品质将大打折扣。采用本方案的扫描机器人进行高温离子注入工艺，通过设定所需的工艺参数，能够实现在对较薄的SiGe层进行扫描注入、打破晶格结构的同时，使被打破的晶格也在进行着恢复，从而最终注入完成后能够具有所需的晶格结构。因此本方案对于先进半导体器件制程具有突破性的重大作用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于加热的静电卡盘机构，其特征在于，包括有自上而下依次层叠设置的静电卡盘（1）、石墨热扩散盘（2）、钨丝加热盘（3）和水冷盘（4）；所述石墨热扩散盘（2）、所述钨丝加热盘（3）和所述水冷盘（4）的外侧套设有钛合金套筒（5）；所述静电卡盘（1）连接有高压线缆，所述钨丝加热盘（3）连接有加热线缆，所述水冷盘（4）上开设有穿线孔（41），所述高压线缆和所述加热线缆均通过所述穿线孔（41）穿出。

2.根据权利要求1所述的用于加热的静电卡盘机构，其特征在于，所述水冷盘（4）的下方连接有呈筒状的支撑结构（9），所述支撑结构（9）的内部与所述穿线孔（41）相连通，所述高压线缆和所述加热线缆沿着所述支撑结构（9）的内部设置。

3.根据权利要求2所述的用于加热的静电卡盘机构，其特征在于，所述高压线缆和所述加热线缆的末端连接有真空电极（8），所述真空电极（8）在所述水冷盘（4）的所述穿线孔（41）处密封连接。

4.根据权利要求1所述的用于加热的静电卡盘机构，其特征在于，所述石墨热扩散盘（2）背向所述静电卡盘（1）的一侧具有热扩散盘凹槽，所述钨丝加热盘（3）位于所述热扩散盘凹槽内。

5.根据权利要求1所述的用于加热的静电卡盘机构，其特征在于，所述钨丝加热盘（3）与所述石墨热扩散盘（2）之间设置有石英阻隔片（7）。

6.根据权利要求1所述的用于加热的静电卡盘机构，其特征在于，所述钨丝加热盘（3）和所述水冷盘（4）之间设置有陶瓷隔热板（6）。

7.根据权利要求6所述的用于加热的静电卡盘机构，其特征在于，所述陶瓷隔热板（6）内部开设有线缆通道，所述高压线缆和所述加热线缆穿入在所述线缆通道内。

8.根据权利要求1所述的用于加热的静电卡盘机构，其特征在于，所述水冷盘（4）包括有上盖板（42）和下槽板（43），所述下槽板（43）上设有水冷槽道，所述上盖板（42）将所述水冷槽道的开口侧密封从而形成冷却剂通道（44），所述冷却剂通道（44）与冷却剂输送系统相连接。

9.根据权利要求1所述的用于加热的静电卡盘机构，其特征在于，所述钛合金套筒（5）外侧设置有石墨保护层。

10.根据权利要求1-9中任一权利要求所述的用于加热的静电卡盘机构，其特征在于，还包括有温度测量装置，所述温度测量装置连接在所述静电卡盘（1）的背面。