CN100595901C - 一种静电夹盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体加工工艺中所使用的静电夹盘，具体地讲，本发明公开了一种用于在半导体加工过程中借助于静电引力固定被加工器件的静电夹盘，其包括绝缘层、加热器、基座以及设置在加热器和基座之间的隔热层，所述被加工器件置于所述绝缘层之上，所述基座用于支撑所述绝缘层和加热器，所述隔热层用于阻隔加热器所产生的热量向所述基座传导。借助于前述隔热层，可以使加热器所产生的大部分热量仅向绝缘层传导，从而使静电夹盘以及其上的晶片等被加工器件具有足够大的升温速度，以便使晶片等被加工器件在半导体加工工艺过程(尤其是半导体刻蚀工艺过程)中能够在极短的时间内达到预定温度，进而提高了晶片等被加工器件加工(例如，刻蚀)的均匀性。

Description

一种静电夹盘

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，具体而言，涉及半导体加工工艺

中所使用的一种静电夹盘。

背景技术

在集成电路(IC)制造工艺过程中，特别是等离子刻蚀(ETCH)、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)等工艺过程中，为了固定、支撑及传送晶片(Wafer)等被加工器件，避免被加工器件出现移动或错位现象，往往使用静电卡盘(Electro Static Chuck，简称ESC)。

静电卡盘利用静电引力来固定晶片等被加工器件，其可分为库仑和Johnson-Rahbek两种类型。由于静电卡盘是采用静电引力的方式而不是传统的机械方式来固定晶片等被加工器件，因此，其可以减少传统机械方式中因压力、碰撞等机械原因而对晶片等被加工器件所造成的不可修复的损伤，以及减少因机械碰撞而产生的颗粒污染。另外，采用静电卡盘还可以增大晶片等被加工器件的有效加工面积，并且使静电卡盘与晶片等被加工器件完全接触，从而更加有利于进行热传导。

现有的静电卡盘通常包括绝缘层和基座。目前，绝缘层通常采用陶瓷材料(AL₂O₃、ALN等)加工而成，或以陶瓷喷涂的形式制造而成。绝缘层中通过烧结或喷涂等方式埋藏有直流电极层，静电卡盘就是利用该直流电极层与晶片等被加工器件之间产生的静电引力来固定晶片等被加工器件的。基座通常采用金属铝加工而成，用以支撑绝缘层。基座还用来导入射频电源(RF)，以便在静电卡盘和晶片之间形成RF偏压。

该静电卡盘配置有温控设备(Chiller)，该温控设备的管道与基座连接，以实现对静电卡盘的温度控制。然而，这种控温方式只能对静电卡盘整体进行温度控制，而不能实现分区精确控温，这样也就不能满足更高的工艺要求，因而具有一定的局限性。

为了克服上述不足，满足更高的工艺要求，人们提出了一种具有双加热器的新型静电卡盘，并将其应用于12英寸的刻蚀机等半导体加工设备。此种静电卡盘具有内圈加热器和外两圈加热器，改变内、外圈加热器的功率能够对绝缘层上的对应于内、外圈加热器的区域进行温度控制，进而调整晶片中心与边缘处的刻蚀速率，从而提高晶片的刻蚀均匀性。所谓刻蚀速率是指刻蚀过程中去除晶片表面材料的速度。所谓刻蚀均匀性是指刻蚀过程中制造性能的一致性，这既包括整个晶片的性能一致，又包括同一批次或各个批次之间的性能一致。在半导体加工工艺过程中，特别是高密度等离子体刻蚀过程中，对刻蚀均匀性的要求非常严格。

图1就示出了这样一种典型的具有双加热器的12英寸静电卡盘。该静电卡盘包括绝缘层1、加热器2和基座3。其中，绝缘层1由陶瓷材料(AL₂O₃，ALN)经过烧结制成，并且内嵌有直流电极层。基座3通常由铝经过硬质硫酸阳极氧化加工而成，并且其内部设置有与温控设备相连的水道，用以对静电卡盘进行温度控制。加热器2位于绝缘层1和基座3之间，并通过硅胶分别与绝缘层1和基座3粘接在一起，用以加热静电卡盘。

请同时参阅图2，图1所示的加热器2具有两个独立的加热器，即，外圈加热器4和内圈加热器5。对外圈加热器4和内圈加热器5分别施加功率，就可以对绝缘层1上的对应于内、外圈加热器的区域分别进行温度控制，换言之，即可实现对静电卡盘进行分区控温。

然而在实际应用中，由于基座3通常是由铝加工而成的，而铝本身为热传导的良导体，并且加热器2与基座3仅通过薄薄一层硅胶粘接在一起，而不能在加热器2与基座3之间形成有效的隔热层。因此，基座3会吸收加热器2所产生的很大一部分热量，这将使绝缘层1不能从加热器2获得足够多的热量，以致于不能使绝缘层1以及其上的晶片等被加工器件很快地升温。但是实际工艺中，晶片等被加工器件在半导体加工设备(尤其是等离子体刻蚀机)中的加工时间很短，在这样短的时间内要控制并达到预定的温度，就必须要求晶片等被加工器件具有足够大的升温速度，只有这样才能实现良好的分区温度控制，从而提高晶片等被加工器件的加工(例如，刻蚀)均匀性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种静电夹盘(亦称静电卡盘)，其能够阻隔来自加热器的热量向基座传导，从而使该静电夹盘上的晶片等被加工器件具有足够大的升温速度，并能够进行良好的分区温度控制，进而能够提高晶片等被加工器件加工(例如，刻蚀)的均匀性。

为此，本发明提供一种静电夹盘，用于在半导体加工过程中借助于静电引力固定被加工器件，其包括绝缘层、加热器、基座所述被加工器件置于所述绝缘层之上，所述基座用于支撑所述绝缘层和加热器，所述绝缘层包括扣压在一起的上绝缘层和下绝缘层，所述加热器内嵌于彼此扣压的上绝缘层和下绝缘层之间，并且所述静电夹盘还包括厚度为0.5mm且设置在加热器和基座之间的隔热层，所述隔热层用于阻隔加热器所产生的热量向所述基座传导。

其中，所述隔热层采用具有高绝热性能的材料制成。优选地，所述隔热层采用硅橡胶制成。

其中，所述隔热层通过粘结剂与基座粘结在一起。优选地，所述粘结剂采用硅胶或环氧胶等。

其中，所述加热器通过印刷的方式内嵌于所述绝缘层内。

其中，所述加热器为由内圈加热器和外圈加热器构成的双加热器。所述加热器可以采用钨材料制成。

由于本发明提供的静电夹盘充分考虑到热传导的影响因素，并通过在加热器与基座之间设置隔热层，来阻隔加热器所产生的热量向基座传导，这样便可以使加热器所产生的大部分热量仅向绝缘层传导，从而使静电夹盘以及其上的晶片等被加工器件具有足够大的升温速度，以便使晶片等被加工器件在半导体加工工艺过程(尤其是半导体刻蚀工艺过程)中能够在极短的时间内达到预定温度，进而提高晶片等被加工器件的加工(例如，刻蚀)均匀性。

在本发明的一个优选实施例中，本发明提供的静电夹盘所采用的加热器为由内圈加热器和外圈加热器构成的双加热器，这样就可以分别对绝缘层上的与内、外圈加热器相对应的区域进行温度控制，以便对绝缘层之上的晶片等被加工器件进行分区温度控制，从而调整晶片等被加工器件的中心与边缘处的加工(例如，刻蚀)速率，进而提高晶片等被加工器件的加工均匀性。

附图说明

图1是现有技术中静电卡盘的侧视图；

图2是图1所示静电卡盘所采用的加热器的俯视图；

图3是本发明第一实施例的静电夹盘的侧视图；

图4是本发明第二实施例的静电夹盘的剖视图。

具体实施方式

为使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的静电夹盘进行详细描述。

本发明充分考虑热传导的影响因素，通过在加热器与基座之间设置隔热层，来阻隔加热器所产生的热量向基座传导，从而使该静电夹盘上的晶片等被加工器件具有足够大的升温速度，并能够进行良好的分区温度控制，进而提高晶片等被加工器件加工(例如，刻蚀)的均匀性。

请参阅图3，本发明第一实施例中的静电夹盘从上至下依次包括绝缘层1、加热器2、隔热层7和基座3。

其中，类似于图1所示的静电卡盘，绝缘层1由陶瓷(AL₂O₃，ALN)通过烧结制成，并且内嵌有直流电极层。

基座3由铝经过硬质硫酸阳极氧化加工而成，并且其内部设置有与温控设备相连的水道，用以对静电夹盘进行温度控制。

加热器2由金属钨加工而成，用以加热静电夹盘。该加热器2采用如前所述的由内圈加热器和外圈加热器构成的双加热器，以便分别对绝缘层1上的与内、外圈加热器相对应的区域进行温度控制，进而对绝缘层1之上的晶片等被加工器件进行分区温度控制，从而调整晶片中心与边缘处的刻蚀速率，并且减小等离子体分布不均匀对晶片刻蚀均匀性的影响，以提高晶片的刻蚀均匀性。

隔热层7位于加热器2和基座3之间，并通过粘结剂(例如，硅胶、环氧胶等)与加热器2和基座3粘接在一起。隔热层7具有良好的绝热性能，通常采用高绝热材料(例如，硅橡胶等)。通过该隔热层7能够较好地阻隔加热器2所产生的热量向基座3传导，这样便可以使加热器2所产生的大部分热量仅向绝缘层1传导，从而使静电夹盘在具有双区控温功能的同时还具有足够大的升温速度，以便使晶片在刻蚀工艺过程中能够在极短的时间内达到预定温度，进而提高晶片的刻蚀均匀性。

需要指出，隔热层7所用材料可以不必局限于前述实施例中所述的硅橡胶，而是可以采用具有类似功能的任何高绝热材料。当然，粘结剂也不必局限于硅胶、环氧胶，而是可以采用能够实现牢固粘接的任何粘结剂。至于隔热层7的厚度，可以根据实际情况而定，例如，在本实施例中可以为0.5mm。

请参阅图4，本发明第二实施例中的静电夹盘包括绝缘层5、加热器6、隔热层7和基座8。这些部分所采用的材料与第一实施例中的类似，在此不再赘述。

本实施例中的加热器6不是独立加工成型为一个单独部分并层叠于绝缘层5与隔热层7之间的，而是嵌入在绝缘层5中并与其一起烧结加工制得的。具体地讲，绝缘层5分为上绝缘层和下绝缘层，首先通过印刷的方式将加热器6制作在下绝缘层内表面上，而后将上绝缘层扣压在下绝缘层内表面上，即，将上绝缘层和下绝缘层层叠在一起，这样就可以将加热器6内嵌于绝缘层5中了，之后再进行烧结，即可得到本实施例中的内嵌有加热器6的绝缘层5。

隔热层7位于绝缘层5和基座8之间，并通过硅胶等粘结剂分别与内嵌有加热器6的绝缘层5以及基座8粘接在一起。

需要指出的是，在制作内嵌有加热器6的绝缘层5时，也可以通过印刷的方式将加热器6制作在上绝缘层的内表面，而后将上绝缘层和下绝缘层层叠在一起而制得绝缘层5。当然，也可以采用其他能够使加热器6牢固地内嵌于绝缘层5中的任何方式，而不必局限于本实施例中所述的印刷方式。

进一步需要指出的是，本发明提供的静电夹盘所采用的加热器可以不必局限于前述实施例中所述的由内圈加热器和外圈加热器所组成的双加热器的形式，而是可以采用由两个以上加热器构成的多加热器的形式，当然也可以采用单加热器的形式。

此外，本发明提供的静电夹盘不仅仅用于等离子体刻蚀设备中，也可以应用于其他适合的半导体加工设备中。并且，本发明提供的静电夹盘也不仅仅局限于对晶片进行处理的加工工艺中，也可以应用于其他半导体器件加工/制造工艺中。

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

Claims (7)

1.一种静电夹盘，用于在半导体加工过程中借助于静电引力固定被加工器件，其包括绝缘层、加热器和基座，所述被加工器件置于所述绝缘层之上，所述基座用于支撑所述绝缘层和加热器，其特征在于，所述绝缘层包括扣压在一起的上绝缘层和下绝缘层，所述加热器内嵌于彼此扣压的上绝缘层和下绝缘层之间，并且所述静电夹盘还包括厚度为0.5mm且设置在加热器和基座之间的隔热层，所述隔热层用于阻隔加热器所产生的热量向所述基座传导。

2.根据权利要求1所述的静电夹盘，其特征在于，所述隔热层由具有高绝热性能的材料制成。

3.根据权利要求2所述的静电夹盘，其特征在于，所述具有高绝热性能的材料包括硅橡胶。

4.根据权利要求1所述的静电夹盘，其特征在于，所述隔热层通过粘结剂与基座粘结在一起。

5.根据权利要求4所述的静电夹盘，其特征在于，所述粘结剂包括硅胶或环氧胶。

6.根据权利要求1所述的静电夹盘，其特征在于，所述加热器通过印刷的方式内嵌于所述绝缘层内。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的静电夹盘，其特征在于，所述加热器为由内圈加热器和外圈加热器构成的双加热器。

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