CN103578899A - 等离子体处理设备及其静电卡盘 - Google Patents

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Medium and Micro Semiconductor Equipment (Shanghai) Co., Ltd.
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Abstract

本发明涉及一种静电卡盘，用于等离子体处理设备的反应腔室中，用于固定待加工件，静电卡盘包括如下部分：第一绝缘层，待加工件被置于第一绝缘层之上；第二绝缘层，位于第一绝缘层下方，第二绝缘层内置有一加热器，用于产生热量通过第一绝缘层加热待加工件；基体，位于第二绝缘层下方，用于支撑第一绝缘层和第二绝缘层；其中，静电卡盘至少还包括一热传导层，设置于第一绝缘层和第二绝缘层之间，由热传导系数不低于铝的材料制成，用于使第二绝缘层产生的热量向第一绝缘层的不同区域均匀地传导。其能使第一绝缘层不同区域的温度均一，并能减少因热膨胀而对静电卡盘产生的损伤。

Description

等离子体处理设备及其静电卡盘
技术领域
本发明涉及半导体加工工艺，更具体地说，涉及半导体加工工艺所用的一种等离子体处理设备及其静电卡盘。
背景技术
在等离子体刻蚀或化学气相沉积等工艺过程中，常采用静电卡盘(Electro Static Chuck，简称ESC)来固定、支撑及传送晶片(Wafer)等待加工件。静电卡盘设置于反应腔室中，其采用静电引力的方式，而非机械方式来固定晶片，可减少对晶片可能的机械损失，并且使静电卡盘与晶片完全接触，有利于热传导。
现有的静电卡盘通常包括第一绝缘层和基座，第一绝缘层中设置有直流电极，该直流电极对晶片施加静电引力。
为使静电卡盘具有足够大的升温速度，进而提高晶片刻蚀的均匀性，第一绝缘层中还可以铺设一加热器，用以通过静电卡盘加热晶片。或者，加热器可以形成独立的一层，设置于第一绝缘层和基座之间，通过硅胶分别与第一绝缘层和基座粘接在一起。加热器通常为一组电阻丝，盘成螺旋形，由一交流电源通过一电路供电。
然而，一方面，由于第一绝缘层材料通常具有较低的热传导性、以及加热器中心部位的加热效果优于边缘部位，第一绝缘层各区域的温度会有较明显的差异甚至形成冷区和热区，从而对晶片的加热也是不均匀的，这将对等离子体刻蚀的工艺效果带来不良的影响。
另一方面，加热器通过静电卡盘加热晶片时，静电卡盘会产生热膨胀，而因静电卡盘各部分材料的不同造成各部分具有不同的热膨胀系数；静电卡盘各部分不同幅度的热膨胀或热形变将会对静电卡盘造成损伤，使其产生裂纹、错位、脱落等现象。
因此，研究人员期望研发出一种静电卡盘结构，既能实现第一绝缘层的不同区域温度均一，又能减少因热膨胀而对静电卡盘产生的损伤。
发明内容
本发明的目的在于提供一种静电卡盘，其在通过第一绝缘层加热待加工件的过程中，能使第一绝缘层的不同区域温度均匀，同时减少因静电卡盘各部分不同幅度的热膨胀而对静电卡盘产生的损伤。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种静电卡盘，用于等离子体处理设备的反应腔室中，用于固定待加工件，静电卡盘包括如下部分：第一绝缘层，待加工件被置于第一绝缘层之上；第二绝缘层，位于第一绝缘层下方，第二绝缘层内置有一加热器，用于产生热量通过第一绝缘层加热待加工件；基体，位于第二绝缘层下方，用于支撑第一绝缘层和第二绝缘层；其中，静电卡盘至少还包括一热传导层，设置于第一绝缘层和第二绝缘层之间，由热传导系数不低于铝的材料制成，用于使第二绝缘层产生的热量向第一绝缘层的不同区域均匀地传导。
优选地，静电卡盘还包括：第一隔离粘接层，由伸缩性材料制成，设置于热传导层和第一绝缘层之间，用于适应热传导层和第一绝缘层之间不同幅度的热膨胀。
优选地，静电卡盘还包括：第二隔离粘接层，由伸缩性材料制成，位于热传导层和第二绝缘层之间，用于适应热传导层和第二绝缘层之间不同幅度的热膨胀。
本发明的提供的静电卡盘，其通过在第一绝缘层和加热器之间设置一热传导层，在加热器通过第一绝缘层加热待加工件的过程中，使加热器产生的热量向第一绝缘层的不同区域均匀地传导，从而使第一绝缘层不同区域的温度均一，保证了等离子体处理工艺的工艺效果。同时，该静电卡盘还设置了第一、第二隔离粘接层，以适应静电卡盘各部分不同幅度的热膨胀，从而减少了因静电卡盘热膨胀或热形变而对其本身产生的损伤。且该静电卡盘结构简单，成本低，易于普及。
本发明还公开了一种等离子体处理设备，用于对放置在其中的待加工件进行等离子体处理工艺，包括：反应腔室，用于在其中进行等离子体处理工艺；和静电卡盘，位于反应腔室中，用于固定待加工件。
附图说明
图1示出本发明第一实施例的静电卡盘纵剖面示意图；
图2示出本发明第二实施例的静电卡盘纵剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明第一实施例提供一种静电卡盘，其包括如下部分：基体101、第二绝缘层102、热传导层1031和第一绝缘层104，分别自下向上分层设置。
具体地，基体101为静电卡盘底部，用于支撑其他部分，其内部设有多条冷却液流道1011，用于注入冷却液对静电卡盘进行冷却；第二绝缘层102位于基体101上方，其内部设有一加热器1021，用于产生热量通过热传导层1031和第一绝缘层104向上传导，以加热夹持于第一绝缘层104上方的待加工件；热传导层1031位于第二绝缘层102上方，用于使加热器1021产生的热量向第一绝缘层104的不同区域均匀地传导；第一绝缘层104为静电卡盘顶部，其内部铺设有一直流电极(附图未示出)，通电后产生吸附力以固定待加工件。
其中，第一绝缘层104的制成材料包括陶瓷；第二绝缘层102的制成材料包括氧化铝，并包覆住加热器1021；加热器1021为一组电阻丝，外接交流电源以产生热量，电阻丝由金属钨制成；热传导层1031由热传导系数不低于铝的材料或者陶瓷制成。
进一步地，热传导层的主体材料为铝、或铝合金中的任一种。
进一步地，热传导层的厚度为1-2mm。
由于热传导层主体材料的热传导性较好，可以保证加热器1021产生的热量向第一绝缘层104的不同区域均匀地传导，进而使第一绝缘层104不同区域的温度均一，避免了冷区和热区的出现，使待加工件各部位得到了均匀的加热，从而对待加工件进行等离子体处理的工艺效果得到了显著改善。
如图2所示，本发明第二实施例提供的静电卡盘为在上述第一实施例的基础上改进而来。其自下而上包括如下部分：基体101、第二绝缘层102、第二隔离粘接层1033、热传导层1031、第一隔离粘接层1032和第一绝缘层104。
其中，基体101、第二绝缘层102、热传导层1031和第一绝缘层104的结构与功能同本发明第一实施例相同。
本领域技术人员理解，静电卡盘结构分为多层，每层的制成材料均不相同，例如，第一绝缘层104由陶瓷制成，第二绝缘层102主要由氧化铝制成，本发明第一实施例公开的热传导层1031由铝合金制成。各层材料均具有不同的热膨胀率，在加热器1021通电产生热量后，给第一绝缘层104、第二绝缘层102和热传导层1031带来不同幅度的热膨胀或热形变，而在使待加工件快速升温的场合，热膨胀或热形变的差异更加明显，这将会对静电卡盘本体造成损伤，使其产生裂纹、错位、脱落等现象。
为克服上述现象，本实施例在热传导层1031上、下部分别设置了第一隔离粘接层1032和第二隔离粘接层1033。
其中，第一隔离粘接层1032由伸缩性材料制成，设置于热传导层1031和第一绝缘层104之间，用于适应热传导层1031和第一绝缘层104之间不同幅度的热膨胀。
第二隔离粘接层1033也由伸缩性材料制成，设置于热传导层1031和第二绝缘层102之间，用于适应热传导层1031和第二绝缘层102之间不同幅度的热膨胀。
伸缩性材料可以容忍第二绝缘层102、热传导层1031和第一绝缘层104分别进行适度的热膨胀，并匹配它们之间幅度不一的热膨胀或热形变，从而避免了对静电卡盘本体产生的损伤。
进一步地，第一、第二隔离粘接层1032、1033的制成材料还包括硅胶，分别用于粘合热传导层1031和第一绝缘层104，以及热传导层1031和第二绝缘层102。
进一步地，第一隔离粘接层1032的厚度小于0.3mm，以优先保证向上热传导的均一性，使第一绝缘层104各区域温度均一。
本发明第三实施例(附图未示出)提供一种等离子体处理设备，用于对衬底进行等离子体处理工艺，该处理设备包括一反应腔室和本发明第一实施例或第二实施例公开的静电卡盘。离子体处理工艺在反应腔室中进行，衬底被吸附固定于静电卡盘之上，一起设置于反应腔室中。
该等离子体处理设备通过为静电卡盘设置了一热传导层使衬底各部位得到均匀的加热，从而等离子体处理工艺效果得到了提高；并且，该等离子体处理设备中的静电卡盘各部分可以分别作不同幅度的热膨胀或热形变，从而减少了因热膨胀而对静电卡盘产生的损伤。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种静电卡盘，用于等离子体处理设备的反应腔室中，用于固定待加工件，所述静电卡盘包括如下部分：
第一绝缘层，所述待加工件被置于所述第一绝缘层之上；
第二绝缘层，位于所述第一绝缘层下方，所述第二绝缘层内置有一加热器，用于产生热量通过所述第一绝缘层加热所述待加工件；
基体，位于所述第二绝缘层下方，用于支撑所述第一绝缘层和第二绝缘层；
其特征在于，所述静电卡盘至少还包括一热传导层，设置于所述第一绝缘层和所述第二绝缘层之间，由热传导系数不低于铝的材料或陶瓷制成，所述热传导层用于使所述加热器产生的热量向所述第一绝缘层的不同区域均匀地传导。
2.如权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，其还包括：
第一隔离粘接层，由伸缩性材料制成，设置于所述热传导层和所述第一绝缘层之间，用于适应所述热传导层和所述第一绝缘层之间不同幅度的热膨胀。
3.如权利要求2所述的静电卡盘，其特征在于，其还包括：
第二隔离粘接层，由伸缩性材料制成，设置于所述热传导层和所述第二绝缘层之间，用于适应所述热传导层和所述第二绝缘层之间不同幅度的热膨胀。
4.如权利要求2或3所述的静电卡盘，其特征在于，所述热传导层的制成材料包括铝或铝合金。
5.如权利要求2或3所述的静电卡盘，其特征在于，所述热传导层的厚度为1-2mm。
6.如权利要求3所述的静电卡盘，其特征在于，所述第一、第二隔离粘接层的制成材料还包括硅胶，分别用于粘合所述热传导层和第一绝缘层，以及所述热传导层和第二绝缘层。
7.如权利要求6所述的静电卡盘，其特征在于，所述第一隔离粘接层的厚度小于0.3mm。
8.如权利要求1至3中任一项所述的静电卡盘，其特征在于，所述第一绝缘层的制成材料包括陶瓷。
9.如权利要求1至3中任一项所述的静电卡盘，其特征在于，所述第二绝缘层的制成材料包括氧化铝，所述制成材料包覆所述加热器。
10.如权利要求9所述的静电卡盘，其特征在于，所述加热器为一组电阻丝，由金属钨制成。
11.如权利要求1至3中任一项所述的静电卡盘，其特征在于，所述基体包括至少一个冷却液流道，用于注入冷却液对所述静电卡盘进行冷却。
12.一种等离子体处理设备，用于对放置在其中的待加工件进行等离子体处理工艺，包括：
反应腔室，用于在其中进行所述等离子体处理工艺；
如权利要求1至10中任一项所述静电卡盘，位于所述反应腔室中，用于固定所述待加工件。
13.如权利要求11所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述等离子体处理工艺为等离子体刻蚀工艺，所述待加工件为衬底。
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