TW202427546A - 基座、電漿蝕刻裝置及基座的製備方法 - Google Patents
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Abstract
本發明公開了一種基座、電漿蝕刻裝置及基座的製備方法,所述基座包括:陶瓷板,陶瓷板包括頂面和底面,頂面用於放置基片;依次設置在底面上的電極層,絕緣層和黏接層,絕緣層覆蓋電極層;基板,其位於黏接層的下側;適配板,其位於黏接層和基板之間,適配板與陶瓷板的熱膨脹係數相匹配。本發明能夠降低ESC製備工藝的難度,並使其適用於高溫製備工藝。
Description
本發明涉及半導體設備技術領域,特別涉及一種基座、電漿蝕刻裝置及基座的製備方法。
在半導體製造過程(例如,物理氣相沉積、蝕刻、或化學氣相沉積)中,多以處理腔室中的靜電吸盤(electrostatic chuck,ESC)作為支撐和吸附基片等工件的媒介。ESC通常包括電介質的或半導電的陶瓷板,其跨越陶瓷板用靜電荷產生的吸力吸緊工件。
傳統的ESC有兩種結構,一種是將吸附電極嵌入在陶瓷板中,加熱電極作為加熱器集成在加熱板中,並通過黏接或其他方式連接於陶瓷板和基板;另一種是將吸附電極嵌入在陶瓷板中,加熱電極作為加熱器也嵌入在陶瓷板中,陶瓷板再通過黏接或其他方式連接於基板。無論是將吸附電極嵌入在陶瓷板中,還是將吸附電極和加熱電極都嵌入在陶瓷板中,都會增加陶瓷板的厚度,並且製備工藝要求很高,從而增加了ESC的製備成本。
在積體電路的製造中,經常會出現高溫的應用場景。傳統的ESC在高溫的應用場景中,很多組件將因為各種問題而發生故障,例如熱膨脹係數不匹配導致的ESC損壞。
本發明的目的是提供一種基座、電漿蝕刻裝置及基座的製備方法,降低ESC的製備工藝難度,並使其適用於高溫製備工藝。
為了實現以上目的,本發明通過以下技術方案實現:
一種基座,所述基座包括:陶瓷板,所述陶瓷板包括頂面和底面,所述頂面用於放置基片;依次設置在所述底面上的電極層,絕緣層和黏接層,所述絕緣層覆蓋所述電極層;基板,其位於所述黏接層的下側;適配板,其位於所述黏接層和基板之間,所述適配板與陶瓷板的熱膨脹係數相匹配。
可選地,所述電極層上同時施加有直流電和交流電,所述電極層同時作為吸附電極和加熱電極。
可選地,所述電極層上設有第一接入點和第二接入點;所述第一接入點連接有直流電源,所述直流電源的另一端接地;所述第一接入點與所述第二接入點之間的連接通路上設有變壓器,所述直流電源與所述變壓器並聯;所述變壓器與至少一個交流電源並聯。
可選地,所述基座還包括絕熱層,其設置在所述適配板和所述基板之間。
可選地,所述適配板採用連接件與所述基板的上表面固定連接,所述適配板和基板中的至少一個預留有供所述連接件受熱膨脹並移動的空隙。
可選地,所述陶瓷板的厚度小於或等於1mm。
可選地,所述基座的工作溫度為150℃~300℃。
可選地,所述基座的工作溫度為150℃~300℃時,所述陶瓷板的電阻率為1×10
10~1×10
12Ω·cm。
可選地,所述陶瓷板的材料為氮化鋁、氧化鋁、氮化矽、氧化釔、氮化硼、碳化矽、碳化硼中的任意一種或其組合。
可選地,所述絕緣層的耐崩潰電壓大於或等於15kV/mm。
可選地,所述黏接層為金屬黏接層或合金黏接層。
可選地,所述適配板的材料為金屬、合金和陶瓷中的至少一種。
可選地,所述基座還包括冷卻氣體導入孔,其貫穿所述陶瓷板、所述電極層、所述絕緣層、所述黏接層和適配板;所述冷卻氣體導入孔內設置有多孔塞。
可選地,所述陶瓷板、所述電極層、所述絕緣層、所述黏接層和所述適配板的側壁進行熱噴塗鍍膜處理。
另一方面,本發明還提供一種電漿蝕刻裝置,所述電漿蝕刻裝置包括:腔體;氣體噴淋頭,設置在所述腔體頂端;如上文所述的基座,所述基座設置在所述腔體底部,與所述氣體噴淋頭相對設置。
可選地,所述電漿蝕刻裝置還包括與所述基座連接的射頻電源,以及與所述電極層連接的直流電源和交流電源。
再一方面,本發明還提供一種如上文所述的基座的製備方法,所述製備方法包括:製備一陶瓷板;在所述陶瓷板的底面依次製備電極層,絕緣層和黏接層;提供一適配板,將所述黏接層與所述適配板的上表面連接;
提供一基板,將所述適配板的下表面與所述基板連接。
可選地,所述製備方法還包括在所述適配板和所述基板之間設置一絕熱層。
可選地,採用絲網印刷、熱噴塗和蒸鍍中任意一種工藝製備所述電極層。
可選地,採用熱噴塗、蒸鍍和上釉中任意一種或其組合進行製備所述絕緣層。
本發明至少具有以下優點之一:
本發明採用純陶瓷板(陶瓷板內無嵌入式電極),對於純陶瓷板可以採用普通燒結、熱壓燒結工藝進行製備,由此可以避開嵌入式電極陶瓷板成型的技術難點,實現降低製備基座的工藝難度。此外,本發明提出的ESC不需要在陶瓷板中開孔以容納接線端子,進一步降低了其製備難度。
另外,由於本發明提供的陶瓷板中無電極,可以很好地控制陶瓷板的厚度,實現小於或等於1mm的目的,較小的陶瓷板厚度降低了陶瓷板的阻抗,從而降低了陶瓷板上的分壓,避免高功率情況下,陶瓷板上的氦氣通道孔(helium hole)和頂針孔(lift pin hole)中通入的氦氣打火(light up)的風險,因此可以提高ESC可使用的最高功率。
本發明結合ESC的使用溫度條件,陶瓷板的電阻率隨著溫度的上升而顯著下降,體現出JR特性,因此高溫情況下,電荷可以游離到陶瓷板表面,利用JR效應吸附放置在所述陶瓷板上的基片(wafer)。
本發明的所述絕緣層覆蓋所述電極層,可以防止電極層暴露在電漿環境中。
本發明的所述電極層上同時施加有直流電和交流電,所述電極層同時作為吸附電極和加熱電極,簡化了結構;所述電極層可以採用絲網印刷、熱噴塗、蒸鍍等方式附著在陶瓷板的背面,進一步降低了製備基座的工藝難度。
本發明提供的所述適配板與陶瓷板的熱膨脹係數相匹配,由此可以避免熱機械應力在高溫環境中損壞陶瓷板。
本發明在適配板和基板之間設計絕熱層,可以説明ESC實現大的溫度梯度。
本發明通過在氦氣通道孔處添加多孔塞,在ESC的側壁進行熱噴塗處理等方式,使得ESC能夠廣泛地應用於各場景,如高功率、腐蝕性氣體等。
以下結合圖式和具體實施方式對本發明提出的一種基座、電漿蝕刻裝置及基座的製備方法作進一步詳細說明。根據下面說明,本發明的優點和特徵將更清楚。需要說明的是,圖式採用非常簡化的形式且均使用非精准的比例,僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施方式的目的。為了使本發明的目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂,請參閱圖式。須知,本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等,均僅用以配合說明書所揭示的內容,以供熟悉此技術的人士瞭解與閱讀,並非用以限定本發明實施的限定條件,故不具技術上的實質意義,任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整,在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下,均應仍落在本發明所揭示的技術內容能涵蓋的範圍內。
如圖1所示,本實施例提供一種電漿蝕刻裝置,所述電漿蝕刻裝置包括:腔體200;氣體噴淋頭300,設置在所述腔體200頂端;氣體噴淋頭300用於向所述腔體200內部通入工藝氣體;基座100,所述基座100設置在所述腔體200底部,與所述氣體噴淋頭300相對設置。
如圖2所示,在本實施例中,所述基座100包括:陶瓷板101,所述陶瓷板101包括頂面和底面,所述頂面用於放置基片(圖2中未示出);依次設置在所述底面上的電極層102,絕緣層103和黏接層104,所述絕緣層103覆蓋所述電極層102;基板108,其位於所述黏接層104的下側;適配板105,其位於所述黏接層104和基板108之間,所述適配板105與陶瓷板101的熱膨脹係數相匹配。所述陶瓷板101、所述電極層102、所述絕緣層103、所述黏接層104和所述適配板105構成靜電吸盤(ESC)。
可選地,所述陶瓷板101的材料為氮化鋁、氧化鋁、氮化矽、氧化釔、氮化硼、碳化矽、碳化硼中的任意一種或其組合。上述材料具有符合要求的機械性強度,並且具有對腐蝕性氣體及其電漿的耐久性。可選地,所述適配板105的材料為金屬、合金和陶瓷中的至少一種。可選地,絕緣層103的材料為聚醯亞胺樹脂、矽樹脂或環氧樹脂。
本實施例所提供的基座100,將電極層102,絕緣層103和黏接層104依次設置在陶瓷板101的底面上。本實施例中的陶瓷板101為純的陶瓷板,即陶瓷板101內無嵌入式電極,本實施例的電極層102是設置在所述陶瓷板101的底面,並不設置在所述陶瓷板101的內部,對於純陶瓷板可以採用普通燒結、熱壓燒結等成熟工藝進行製備,由此可以避開嵌入式電極陶瓷板成型的技術難點,實現降低製備基座100的工藝難度的目的。此外,本實施例提出的ESC不需要在陶瓷板中開孔以容納接線端子,進一步降低了其製備難度。
由於本實施例提供的陶瓷板101的內部無需嵌入電極,由此可以很好地控制陶瓷板101的厚度。在一個實施方式中,所述陶瓷板101的厚度小於或等於1mm。在由「射頻-基板-陶瓷板-鞘層-GND」組成的回路中,較小的陶瓷板厚度,可以降低陶瓷板的阻抗,由此可以降低陶瓷板上的分壓,避免高功率情況下,陶瓷板上的氦氣通道孔和頂針孔中通入的氦氣打火的風險,因此可以提高ESC的可使用的最高功率。
在一個實施方式中,陶瓷板101的厚度為1mm,當該ESC處於一般溫度的工藝中時,特別是對於CB(Coulomb)型陶瓷板,需要提供較大的吸附電壓才能產生足夠大的吸附力。值得一提的是,需要提供較大的吸附電壓,並不意味著本實施例提出的基座不適用於一般溫度的工藝。在高溫環境下,如圖3所示,陶瓷板101的電阻率隨著溫度的上升而顯著下降。具體的,ESC的工作溫度為150℃~300℃時,所述陶瓷板101的電阻率約為1×10
10~1×10
12Ω·cm。此時,陶瓷板101會體現出JR特性(Johnsen-Rahbek effect),電荷可以游離到陶瓷板101的表面,從而只需要提供較小的吸附電壓即可利用JR特性吸附基片。因此,具有厚度為1mm的陶瓷板的ESC能夠適用於高溫環境,對基片提供足夠大的吸附力。
高溫情況下,對於靜電吸盤來說,常見的問題就是各配件之間的熱膨脹匹配問題,要儘量保證各配件之間的熱膨脹係數相近,特別是之間有黏合(bonding)的配件,要防止熱膨脹差異造成的黏合失效。本實施例提供的適配板105就是充分考慮了熱膨脹問題,對不同的陶瓷材料可以選取合適的適配板材料,如鉬、鈦、不銹鋼等,以實現適配板105與陶瓷板101的熱膨脹係數相匹配。在一個實施方式中,適配板105與陶瓷板101的熱膨脹係數差值與陶瓷板101的熱膨脹係數的比值在-50%到50%之間。
此外,在高溫情況下,大部分的黏接膠已不再適用,在本實施例中,所述黏接層104為金屬黏接層(例如鋁黏接層)或合金黏接層。
在本實施例中,所述適配板105採用連接件107與所述基板108的上表面固定連接,所述適配板105和基板108中的至少一個預留有供所述連接件107受熱膨脹並移動的空隙。在一個實施方式中,連接件107是螺釘。在其他實施例中,可以採用其他方式連接適配板105和基板108,例如黏接等方式。
請繼續參考圖2所示,本實施例還包括:所述電極層102上同時施加有直流電和交流電,所述電極層102同時作為吸附電極和加熱電極。即,其一方面用於對所述電極層102施加直流電,產生靜電吸附力,以吸附固定所述基片。另一方面,對所述電極層102施加交流電,電極層102加熱所述陶瓷板101進而實現對基片的加熱。
在本實施例中,所述電極層102上設有第一接入點和第二接入點;所述第一接入點連接有直流電源DC,所述直流電源DC的另一端接地;所述第一接入點與所述第二接入點之間的連接通路上設有變壓器T,所述直流電源DC與所述變壓器T並聯;所述變壓器T與至少一個交流電源AC並聯,由此實現為一體化的AC-DC電極層供電。在一種實施方式中,可以在直流電源DC和電極層102之間設置濾波器。
在本實施例中,還包括與所述基座100連接的射頻電源RF,用於激勵工藝氣體產生電漿,以對所述基片進行蝕刻。
本實施例提出的基座100,通過對陶瓷板101、一體化DC及AC電極(電極層)102、絕緣層103、黏接層104及適配板105的改進,這些組件彼此支援,共同發揮作用,使得該基座100能適用於高溫環境。
請繼續參考圖2所示,所述基座100還包括絕熱層106,其設置在所述適配板105和所述基板108之間,以説明ESC實現大的溫度梯度。基板108內部還可以設計冷卻通道,用於保持ESC的溫度控制平衡。
在本實施例中,還包括:沿厚度方向貫穿基座100(包括層疊的陶瓷板101、電極層102、絕緣層103、黏接層104、適配板105和基板108)的孔,具體而言,形成有冷卻氣體導入孔(氦氣通道孔)及提升銷插通孔(頂針孔)。冷卻氣體導入孔和提升銷插通孔在所述陶瓷板的頂面有開口。
根據需要,將所選擇的氦氣等冷卻氣體供給至冷卻氣體導入孔,從冷卻氣體導入孔導入的冷卻氣體在所述陶瓷板101的頂面與基片的下表面之間的間隙流動並冷卻所述基片。
提升銷置於提升銷插通孔內。在提升銷的下端設置有使多個提升銷同步地上下運動的提升銷驅動裝置。提升銷能夠沿提升銷插通孔的內周部上下移動。可選地,提升銷插通孔的內周部設置有筒狀的絕緣子(省略圖示),以確保提升銷與構成所述基座100的各組成層結構的絕緣。
在本實施例,所述冷卻氣體導入孔內設置有多孔塞。由此使高溫ESC廣泛地應用於各場景,如高功率、腐蝕性氣體等。在其他實施例中,還可以在ESC的側壁進行熱噴塗鍍膜處理等,以防止工藝過程中的電漿侵蝕靜電吸盤。
再一方面,本發明還提供一種如上文所述的基座的製備方法,所述製備方法包括:製備一陶瓷板;在所述陶瓷板的底面依次製備電極層,絕緣層和黏接層;提供一適配板,將所述黏接層與所述適配板的上表面連接;
提供一基板,將所述適配板的下表面與所述基板連接。
所述製備方法還包括在所述適配板和所述基板之間設置一絕熱層。
在本實施例中,可以採用絲網印刷、熱噴塗和蒸鍍中任意一種工藝製備所述電極層。所述電極層實現將DC電極和加熱的AC電極共用,並附著在陶瓷板的背面,且此類工藝在國內也已成熟,進一步實現降低製備基座的製備工藝的難度的目的。
在本實施例中,採用熱噴塗、蒸鍍和上釉中任意一種或其組合製備所述絕緣層。
具體的,DC電極及AC電極的絕緣處理,可以在其成型後,對所在面執行熱噴塗、蒸鍍、上釉等工藝,或幾種工藝相結合。實現絕緣層的覆蓋並控制絕緣層孔隙等,保證絕緣層的耐崩潰電壓。在本實施例中,所述絕緣層103的耐崩潰電壓大於或等於15kV/mm。
綜上所述,本實施例提供的基座,通過將電極層,絕緣層和黏接層依次設置在陶瓷板的底面上;本實施例的純陶瓷板(陶瓷板內無嵌入式電極),對於純陶瓷板可以採用普通燒結、熱壓燒結工藝進行製備,由此可以避開嵌入式電極陶瓷板成型的技術難點,實現降低製備基座的工藝難度。
另外,由於本實施例提供的陶瓷板中無電極,可以很好地控制陶瓷板的厚度,實現小於或等於1mm的目的,較小的陶瓷板厚度降低了陶瓷板的阻抗,從而降低了陶瓷板上的分壓,避免高功率情況下,陶瓷板上的氦氣通道孔和頂針孔中通入的氦氣打火的風險,因此可以提高ESC可使用的最高功率。
本實施例的所述電極層上同時施加有直流電和交流電,所述電極層同時作為吸附電極和加熱電極,簡化了結構;所述電極層可以採用絲網印刷、熱噴塗、蒸鍍等方式附著在陶瓷板的背面,實現降低了製備基座的工藝難度。此外,本發明提出的ESC不需要在陶瓷板中開孔以容納接線端子,進一步降低了其製備難度。
本實施例提供的所述適配板與陶瓷板的熱膨脹係數相匹配,由此可以避免熱機械應力在高溫環境中損壞陶瓷板。
需要說明的是,在本文中,諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來,而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且,術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含,從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素,而且還包括沒有明確列出的其他要素,或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下,由語句「包括一個……」限定的要素,並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
在本發明的描述中,需要理解的是,術語「 中心」、「 高度」、「 厚度」、「 上」、「 下」、「 豎直」、「 水平」、「 頂」、「 底」、「 內」、「 外」、「 軸向」、「 徑向」、「 周向」等指示的方位或位置關係為基於圖式所示的方位或位置關係,僅是為了便於描述本發明和簡化描述,而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作,因此不能理解為對本發明的限制。在本發明的描述中,除非另有說明,「 多個」的含義是兩個或兩個以上。
在本發明的描述中,除非另有明確的規定和限定,術語「 安裝」、「 相連」、「 連接」、「 固定」應做廣義理解,例如,可以是固定連接,也可以是可拆卸連接,或成一體;可以是機械連接,也可以是電連接;可以是直接相連,也可以通過中間媒介間接相連,可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係。對於本領域的普通技術人員而言,可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
在本發明中,除非另有明確的規定和限定,第一特徵在第二特徵之「 上」或之「 下」可以包括第一和第二特徵直接接觸,也可以包括第一和第二特徵不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特徵接觸。而且,第一特徵在第二特徵「 之上」、「 上方」和「 上面」包括第一特徵在第二特徵正上方和斜上方,或僅僅表示第一特徵水平高度高於第二特徵。第一特徵在第二特徵「 之下」、「 下方」和「 下面」包括第一特徵在第二特徵正下方和斜下方,或僅僅表示第一特徵水平高度小於第二特徵。
儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹,但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後,對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此,本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。
100:基座
101:陶瓷板
102:電極層
103:絕緣層
104:黏接層
105:適配板
106:絕熱層
107:連接件
108:基板
200:腔體
300:氣體噴淋頭
T:變壓器
DC:直流電源
AC:交流電源
RF:射頻電源
圖1為本發明一實施例提供的一種電漿蝕刻裝置的簡單結構示意圖;
圖2為本發明一實施例提供的一種基座的結構示意圖;
圖3為本發明一實施例提供的陶瓷板的電阻率隨著溫度的變化示意圖。
100:基座
101:陶瓷板
102:電極層
103:絕緣層
104:黏接層
105:適配板
106:絕熱層
107:連接件
108:基板
T:變壓器
DC:直流電源
AC:交流電源
RF:射頻電源
Claims (20)
- 一種基座,包括: 陶瓷板,所述陶瓷板包括頂面和底面,所述頂面用於放置基片; 依次設置在所述底面上的電極層,絕緣層和黏接層,所述絕緣層覆蓋所述電極層; 基板,其位於所述黏接層的下側;以及 適配板,其位於所述黏接層和基板之間,所述適配板與陶瓷板的熱膨脹係數相匹配。
- 如請求項1所述的基座,其中所述電極層上同時施加有直流電和交流電,所述電極層同時作為吸附電極和加熱電極。
- 如請求項2所述的基座,其中所述電極層上設有第一接入點和第二接入點; 所述第一接入點連接有直流電源,所述直流電源的另一端接地; 所述第一接入點與所述第二接入點之間的連接通路上設有變壓器,所述直流電源與所述變壓器並聯;以及 所述變壓器與至少一個交流電源並聯。
- 如請求項1所述的基座,其中所述基座還包括絕熱層,其設置在所述適配板和所述基板之間。
- 如請求項1所述的基座,其中所述適配板採用連接件與所述基板的上表面固定連接,所述適配板和所述基板中的至少一個預留有供所述連接件受熱膨脹並移動的空隙。
- 如請求項1所述的基座,其中所述陶瓷板的厚度小於或等於1mm。
- 如請求項1所述的基座,其中所述基座的工作溫度為150℃~300℃。
- 如請求項7所述的基座,其中所述基座的工作溫度為150℃~300℃時,所述陶瓷板的電阻率為1×10 10~1×10 12Ω·cm。
- 如請求項1所述的基座,其中所述陶瓷板的材料為氮化鋁、氧化鋁、氮化矽、氧化釔、氮化硼、碳化矽、碳化硼中的任意一種或其組合。
- 如請求項1所述的基座,其中所述絕緣層的耐崩潰電壓大於或等於15kV/mm。
- 如請求項1所述的基座,其中所述黏接層為金屬黏接層或合金黏接層。
- 如請求項1所述的基座,其中所述適配板的材料為金屬、合金和陶瓷中的至少一種。
- 如請求項1所述的基座,其中所述基座還包括冷卻氣體導入孔,其貫穿所述陶瓷板、所述電極層、所述絕緣層、所述黏接層和所述適配板;所述冷卻氣體導入孔內設置有多孔塞。
- 如請求項1所述的基座,其中所述陶瓷板、所述電極層、所述絕緣層、所述黏接層和所述適配板的側壁進行熱噴塗鍍膜處理。
- 一種電漿蝕刻裝置,所述電漿蝕刻裝置包括:腔體;氣體噴淋頭,設置在所述腔體頂端;如請求項1至14任一項所述的基座,所述基座設置在所述腔體底部,與所述氣體噴淋頭相對設置。
- 如請求項15所述的電漿蝕刻裝置,其中所述電漿蝕刻裝置還包括與所述基座連接的射頻電源,以及與所述電極層連接的直流電源和交流電源。
- 一種如請求項1至14任一項所述的基座的製備方法,所述製備方法包括: 製備一陶瓷板; 在所述陶瓷板的底面依次製備電極層,絕緣層和黏接層; 提供一適配板,將所述黏接層與所述適配板的上表面連接;以及 提供一基板,將所述適配板的下表面與所述基板連接。
- 如請求項17所述的基座的製備方法,其中所述製備方法還包括在所述適配板和所述基板之間設置一絕熱層。
- 如請求項17所述的基座的製備方法,其中採用絲網印刷、熱噴塗和蒸鍍中任意一種工藝製備所述電極層。
- 如請求項17所述的基座的製備方法,其中採用熱噴塗、蒸鍍和上釉中任意一種或其組合進行製備所述絕緣層。
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