CN109962030B - 一种静电吸盘 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种静电吸盘，在基座的中心区域和边缘区域分别设置热交换通道，在中心区域和边缘区域之间设置有隔离槽，隔离槽的形状为环状，隔离槽靠近边缘区域的外壁和靠近中心区域的内壁之间设置有连接体，隔离槽可隔断中心区域和边缘区域的热传递，实现两个区域的温度不同，同时，由于连接体的存在，起到加强筋的作用，在中心区域和边缘区域的温度差别较大时，避免因为应力过大导致的基座表面向上凸起变形。

Description

一种静电吸盘

技术领域

本申请涉及半导体制造领域，特别涉及一种静电吸盘。

背景技术

在半导体制造工艺中，静电吸盘(ESC，Electrostatic Chuck)是利用静电力吸住晶片，起到固定和支撑晶片的目的，避免晶片在加工工艺中移动或错位。静电吸盘包括上方的陶瓷材料层，陶瓷材料曾在还埋设有直流电极，陶瓷材料层下方为金属基座，金属基座用于支撑上方陶瓷材料层并且辅助控制上方陶瓷材料城的温度。

为了提高晶片加工工艺的均匀性，目前，在一些半导体设备中，例如电感耦合等离子体设备中，采用双区域的静电吸盘，静电吸盘下方的基座包括中心区域和边缘区域分别设置有热交换通道，可以流通不同温度的热传导液，这样，可以通过分别调节基座中心区域和边缘区域的温度，达到调节刻蚀工艺均匀性的目的。

对于双区域控温的静电吸盘，在金属基座中心区域和边缘区域之间通过隔离槽进行隔离，隔离槽为中空结构。但是在部分应用场合需要静电吸盘中心区域两边的温度差很大(如大于30度)时，由于金属具有较大的热膨胀系数，中心区域和边缘区域的金属膨胀幅度也会产生很大的差别，会导致应力集中在隔离槽上，进而导致基座上表面凸起变形，影响金属基座上方静电吸盘的功能，最严重的会导致很薄(几个毫米)的陶瓷材料层被挤压破裂。所以需要开发一种新的静电吸盘，在保持原有多区控温的温度差调节范围，还需要保持静电吸盘上方陶瓷材料层的稳定可靠，不会破损变形。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种静电吸盘，避免基座的凸起变形。

为实现上述目的，本申请实施例提供了一种静电吸盘，所述静电吸盘包括陶瓷材料层和用于支撑所述陶瓷材料层的基座，所述基座具有中心区域和边缘区域，所述中心区域和所述边缘区域中分别设置有热交换通道，在所述边缘区域和所述中心区域之间设置有位于基座之中的隔离槽，其特征在于，所述隔离槽为环状，所述隔离槽靠近边缘区域的外壁和靠近中心区域的内壁之间设置有连接体，所述连接体与所述中心区域和所述边缘区域相连接。

可选的，在静电吸盘的厚度方向上，所述连接***于所述隔离槽的中部。

可选的，所述连接体为直板或弧形板。

可选的，所述连接体为多个且呈均匀分布。

可选的，所述连接体的厚度小于所述隔离槽的宽度。

可选的，所述隔离槽为与所述静电吸盘同心的圆环。

可选的，所述连接体的顶表面距离所述隔离槽顶表面的距离以及所述连接体的底表面距离所述隔离槽底表面的距离至少为1mm。

可选的，所述隔离槽的顶表面与所述基座的顶表面之间的高度范围为1～3mm。

可选的，所述连接体与所述中心区域和所述边缘区域为一体成型结构。

本申请实施例提供的静电吸盘，在基座的中心区域和边缘区域分别设置热交换通道，在中心区域和边缘区域之间的基座中设置有隔离槽，隔离槽的形状为环状，隔离槽靠近边缘区域的外壁和靠近中心区域的内壁的两壁间设置有连接体，隔离槽可隔断中心区域和边缘区域的热传递，实现两个区域的温度不同，同时，由于连接体的存在，起到加强筋的作用，在中心区域和边缘区域的温度差别较大时，避免因为应力过大导致基座表面向上凸起变形。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A示出了根据本申请实施例的一种基座的截面剖视图；

图1示出了图1A中沿AA1方向的水平剖视图；

图2A示出了现有技术中的一种基座的截面剖视图；

图2示出了图2A中沿AA1方向的水平剖视图；

图3示出了根据本申请实施例的一种基座的部分剖面图；

图4A示出了根据本申请实施例的另一种基座的截面剖视图；

图4示出了图4A中沿AA1方向的水平剖视图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术中的描述，在半导体制造工艺中，静电吸盘是制造设备中的基础部件，其利用静电力吸住晶片，起到固定和支撑晶片的目的，避免晶片在加工工艺中移动或错位，已广泛应用在等离子和真空环境下的半导体工艺过程中，比如刻蚀、化学气相沉积、离子植入等。

为了提高晶片加工工艺的均匀性，目前，在一些半导体设备中，例如电感耦合等离子体设备中，采用双区域控温的静电吸盘，静电吸盘金属基座的中心区域和边缘区域分别设置有热交换通道，可以流通不同温度的热传导液，这样，可以通过分别调节基座中心区域和边缘区域的温度，达到调节刻蚀工艺均匀性的目的。

参考图1A和图1所示，为现有技术中的基座的结构示意图，基座上方为陶瓷材料层(图未示出)，该基座包括：中心区域100和边缘区域200，所述中心区域100和所述边缘区域200各设置有热交换通道101、201，在边缘区域200和中心区域100之间设置有隔离槽400。其中隔离槽400为中空的圆环沟槽，也就是说，在整个静电吸盘的厚度方向上，隔离沟槽位于静电吸盘的中部。在中心区域100和边缘区域200可以通入不同温度的热传导液，起到辅助调节晶片中心和边缘区域制造工艺均匀性的目的，但由于两个区域的温度不同，通过设置中空的隔离槽400，可以有效的阻挡两个区域之间的热传递，保证两个区域的温度独立性。但同时也使两个区域之间的温度差产生的应力集中在隔离槽400附近，由于隔离槽400是中空的结构，隔离槽顶表面到基座顶表面之间的区域通常较薄，而此处是两个区域热传递集中的区域，使得应力集中在隔离槽顶表面到静电吸盘顶表面之间的区域，容易造成顶表面凸起变形。

基于以上问题，本申请实施例提供了一种静电吸盘，静电吸盘包括陶瓷材料层(图未示出)和用于支撑所述陶瓷材料层的基座，如图2A所示为本申请提供的一种基座的截面剖视图，所述基座具有中心区域100和边缘区域200，所述中心区域100和所述边缘区域200各设置有热交换通道101、201，在边缘区域200和中心区域100之间设置有处于基座之中的隔离槽300，隔离槽300为环状，所述隔离槽靠近边缘区域200的外壁和靠近中心区域100的内壁之间设置有连接体600，所述连接体600与所述中心区域和所述边缘区域相连接。

静电吸盘为半导体制造工艺中，利用静电力吸住晶片的装置，通常地，静电吸盘包括陶瓷材料层(图未示出)和用于支撑所述陶瓷材料层的基座，基座通常是金属块，其材质例如可以是铝。在本申请实施例中，中心区域100的热交换通道101和边缘区域200的热交换通道201、以及隔离槽位于基座之中，也就是说，为整个基座的中空结构，在静电吸盘厚度方向上位于整个基座的中部，距离基座的顶表面以及底表面都有一定的厚度。在具体的应用中，热交换通道以及隔离槽可以一体成型于基座中。

在本申请实施例中，基座包括中心区域100和边缘区域200，如图2所示，虚线内为中心区域，虚线外为边缘区域，两个区域中均形成有热交换通道，在通道内部可以流通不同温度的热传导液体，以分别调整中心区域100和边缘区域200的温度，达到调节刻蚀工艺均匀性的目的。

中心区域100和边缘区域200的范围可依实际情况有所调整，热交换通道具有入口端和出口端，从出口端至入口端为连续流通的通道，可以根据具体需要设置其形状以及高宽比，参考图2所示，其形状例如可以是螺旋线形状，也可以是相互连通的多个同心圆形状，还可以是首尾相连的并排通道等，不同的形状设置下，可以使得热交换通道的总长度不同，越长的热交换通道总长度越长，热交换的效率会越高，而热交换通道越高，越宽，其横截面上能够流通的热传导液体越多热交换的效率会越高。此处形状等设置仅为示例，并不影响本申请实施例的实现，本申请对此不作特别限定。此外，热传导液体例如可以为制冷剂或热介质流体，热传导液体可以是比热容较大的液体，利于保存能量。

在具体的应用中，可以通过热交换液供应管道(图未示出)将热交换液通入到热交换通道的入口端，在热交换通道中流通之后，从热交换液供应管道的出口端流出，进入到冷却装置(图未示出)，完成一次热循环，热交换液在冷却装置中降温后，再次进入热交换通道中，从而实现静电吸盘的温度控制。

对于以上应力集中在隔离槽顶表面到基座顶表面之间的区域，造成顶表面凸起变形的问题，本申请实施例提供的静电吸盘的基座中，隔离槽300设置为环状，如图2所示，隔离槽两壁之间设置有连接体，所述连接体与所述中心区域和所述边缘区域相连接。也就是说，隔离槽并不是一个完全连续的环状中空槽，连接体将隔离槽分隔为多个部分，在连接体所在区域两侧，隔离槽并不贯通，由于在隔离槽中设置了与中心区域和边缘区域连接起来的连接体，这样，连接体起到加强筋的作用，分担中心区域和边缘区域由于热交换而产生的应力，从而，避免应力过大导致的基座表面向上凸起变形。

在具体的应用中，可以根据中心区域和边缘区域中热交换通道的形状来设置隔离槽的形状，例如隔离槽300可以是圆环，该圆环中心与静电吸盘的中心重合。若中心区域100的形状为椭圆形，相应的隔离槽300还可以是椭圆环。当然，隔离槽还可以为其他的形状的环形，本申请对此不作特别限定。

为了实现较好的隔热效果，同时隔离槽顶表面到静电吸盘顶表面之间的区域不至于太薄导致静电吸盘容易损坏，如图3所示为图2A中虚线框部分的放大图，隔离槽的顶表面与所述基座的顶表面500之间的高度d1范围可以为1～3mm，在实际操作中，还可以根据需要进行调整。

可以根据具体的需要来设置连接体600的厚度，连接体600的厚度方向为隔离槽环绕方向，更为优选地，连接体600的厚度小于隔离槽的宽度，这样，可以有效保证隔离槽的隔离效果，同时起到加强筋的作用，保证两个区域温度精确控制的同时，避免基座表面向上凸起变形。

连接体600设置在隔离槽内，在静电吸盘的厚度方向上，连接体的高度可以根据需要来设置，根据不同高度的连接体设置，连接体可以将其两侧的隔离槽完全阻断或部分阻断，在连接体600的高度小于隔离槽300的高度时，连接体可以位于隔离槽的任意位置处。

在本申请一种可能的实现方式中，连接体600可以不将隔离槽300完全分隔开，在连接体600的上部和下部的隔离槽为连通的，连接体600所在区域部分阻断隔离槽并连接至内部区域和外部区域，参考图2A所示。具体的，连接体600可以位于隔离槽300的上部和下部的中间位置，即在静电吸盘的厚度方向上，所述连接***于所述中空槽的中部，各个中空槽之间通过连接体600上部和下部的空气连通，例如，连接体的顶表面与隔离槽的顶表面之间的距离d2至少为1mm以上，连接体600的底表面与隔离槽的底表面之间的距离d3至少为1mm以上，此时，由于隔离槽300中间的空气能够对温度产生隔离，隔离效果更好，连接体起到加强作用的同时，对基座顶部的热传导作用更小。

在本申请另一种可能的实现方式中，连接体600的上部或下部可以与基座连接，也就是连接体完全将隔离槽阻断，并连接至内部区域和外部区域。此时隔离槽300仍然能实现隔离温度的目的，同时，连接体600能够分担应力，加固隔离槽300周围的金属块。

连接体600的数量可以为一个或多个，在为多个时，连接体可以为均匀分布，也就是说，这些连接体分布在基本相同的高度处，并在此高度处，将隔离槽分隔为多个基本相等的部分。均匀分布的多个连接体，有助于更为均匀地分散应力，更好地保证静电吸盘的平整性。

在本申请实施例中，连接体的结构可以具有任意的设置方式，参考图2和图4所示，连接体例如可以为直板或弧形板。

在本实施例一种可能的实现方式中，参考图2和图2A所示，连接体600为直板，横向连接隔离槽300的内壁和外壁的连接体600，将隔离槽300分隔为多个部分，在该具体的示例中，连接体的长度与环状的隔离槽的宽度基本相同，连接体的长度方向为连接体在隔离槽两壁间的延伸方向，连接体600以最短距离连接在隔离槽300的两壁之间，该连接体600与隔离槽300的两壁的切线垂直。这种情况下，隔离槽300的长度是最短的，相应的对中心区域100和边缘区域200的温度的隔离效果较好。相应的，连接体600可以将完全将中空槽之间进行隔断，也可以只上部或下部与金属块连接，或者只存在于隔离槽300的中部，与基座连接处仅在于隔离槽300的内壁和外壁。

在本实施例另一种可能的实现方式中，连接体600为弧形板，如图4A和图4所示，在该具体的示例中，连接体的长度大于隔离槽的宽度，连接体600可以以较长的距离连接在隔离槽300的两壁之间，该连接体与中空槽的两壁的切线具有一定角度，该角度为锐角或钝角，各个连接体600与隔离槽300内壁的角度大小可以是相同的，也可以是不同的，在此不做限定。在本申请中，角度范围为30-60°时较佳。这种情况下，连接体600较长，对基座的支持作用较好。相应的，连接体600可以将完全将中空槽之间进行隔断，也可以只上部或下部与金属块连接，或者之存在于隔离槽300的中部，与金属块的连接处仅在于隔离槽300的内壁和外壁。

通过本申请实施例的静电吸盘，在使用过程中，当基座顶面中心区域和边缘区域的温度超过30℃时，整个基座顶面的平面度仍然可以保持0.1mm以内。

本申请实施例提供的静电吸盘，在基座的中心区域和边缘区域分别设置热交换通道，在中心区域和边缘区域之间设置有隔离槽，隔离槽的形状为环状，隔离槽两壁之间设置有连接体，隔离槽可隔断中心区域和边缘区域的热传递，实现两个区域的温度不同，同时，连接体可对中空槽进行加固，实现加强筋的作用，在中心区域和边缘区域的温度差别较大时，避免因为应力过大导致的基座表面向上凸起变形。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，虽然本申请已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种静电吸盘，所述静电吸盘包括陶瓷材料层和用于支撑所述陶瓷材料层的基座，所述基座具有中心区域和边缘区域，所述中心区域和所述边缘区域中分别设置有热交换通道，在所述边缘区域和所述中心区域之间设置有位于基座之中的隔离槽，其特征在于，所述隔离槽为环状，所述隔离槽靠近边缘区域的外壁和靠近中心区域的内壁之间设置有连接体，所述连接体与所述中心区域和所述边缘区域相连接；所述隔离槽的顶表面距离基座的顶表面具有一定的厚度；在静电吸盘的厚度方向上，所述连接***于所述隔离槽的中部。

2.根据权利要求1所述的静电吸盘，其特征在于，所述连接体为直板或弧形板。

3.根据权利要求1所述的静电吸盘，其特征在于，所述连接体为多个且呈均匀分布。

4.根据权利要求1所述的静电吸盘，其特征在于，所述连接体的厚度小于所述隔离槽的宽度。

5.根据权利要求1所述的静电吸盘，其特征在于，所述隔离槽为与所述静电吸盘同心的圆环。

6.根据权利要求1所述的静电吸盘，其特征在于，所述连接体的顶表面距离所述隔离槽顶表面的距离以及所述连接体的底表面距离所述隔离槽底表面的距离至少为1mm。

7.根据权利要求1所述的静电吸盘，其特征在于，所述隔离槽的顶表面与所述基座的顶表面之间的高度范围为1～3mm。

8.根据权利要求1所述的静电吸盘，其特征在于，所述连接体与所述中心区域和所述边缘区域为一体成型结构。

Images