TW201807774A - 卡盤、反應腔室及半導體加工裝置 - Google Patents

卡盤、反應腔室及半導體加工裝置 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種卡盤、反應腔室及半導體加工裝置。本發明的卡盤包括本體和基體，該本體包括第一承載面和環繞在第一承載面外周的第二承載面，第一承載面用於承載晶片的中心區域，第二承載面用於承載晶片的邊緣區域，其中，第一承載面具有第一粗糙度，第一粗糙度能夠在保證位於第一承載面與晶片之間的氣體均勻分佈的前提下，增大晶片與第一承載面之間的接觸面積。本發明的反應腔室包括本發明的卡盤。本發明的半導體加工裝置包括本發明的反應腔室。本發明提供的卡盤、反應腔室及半導體加工裝置，可以提高晶片向卡盤進行熱傳導的效率，避免因晶片表面升溫過快而造成的損壞。

Description

卡盤、反應腔室及半導體加工裝置
本發明涉及半導體製造領域，具體地，涉及一種卡盤、反應腔室及半導體加工裝置。
靜電卡盤（Electro Static Chuck，簡稱ESC）廣泛的應用於積體電路的製造製程過程中，特別是電漿蝕刻、物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition，簡稱PVD）、化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition，簡稱CVD）等製程，都需要ESC在反應腔室內固定晶片、為晶片提供直流偏壓，以及對晶片表面進行迅速冷卻，以使晶片表面在製程中產生的高溫能夠得到有效控制。
第1圖為現有的靜電卡盤的局部剖視圖。請參閱第1圖，靜電卡盤包括絕緣層1和用於支撐該絕緣層1的鋁基座4，其中，絕緣層1的上表面採用陶瓷材料製造而成，用以承載晶片2且與其保持絕緣。在絕緣層1內部嵌有直流電極（圖中未示出），電導通後能夠使絕緣層1與晶片2產生靜電吸附力。而且，在絕緣層1內設置有冷卻通道3，用以將冷卻氣體輸送至絕緣層1與晶片2之間，以對晶片2進行冷卻。在鋁基座4的內部設有冷卻水道41，通過向該冷卻水道41中通入冷卻水來冷卻絕緣層1。
第2圖為第1圖所示現有的靜電卡盤的俯視圖。請參閱第2圖，在絕緣層1的上表面設置有環形凸台10和複數凸點11。其中，環形凸台10環繞設置在絕緣層1的邊緣處，用以對晶片2的邊緣進行密封。複數凸點11均位於環形凸台10的內側，且均勻分佈，並且凸點11的上表面與環形凸台10的上表面均與晶片2相接觸，用以共同支撐晶片2。
上述靜電卡盤在實際應用中不可避免地存在以下問題： 絕緣層1與晶片2之間的熱量傳遞主要依靠複數凸點11與晶片2的下表面相接觸，以及絕緣層1與晶片2之間的冷卻氣體，但是，由於凸點11與晶片2的下表面之間屬於點接觸，接觸面積有限，無法滿足晶片2快速冷卻的需求，尤其當進行高溫製程時，晶片2的表面溫度快速上升，使得晶片2因高溫而損壞。
本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提出了一種卡盤、反應腔室及半導體加工裝置。本發明提供的卡盤、反應腔室及半導體加工裝置可以提高晶片向卡盤進行熱傳導的效率，從而可以避免因晶片表面升溫過快而造成晶片損壞。
為實現本發明的目的而提供一種卡盤，包括本體和基體，該本體包括第一承載面和環繞在該第一承載面外周的第二承載面，該第一承載面用於承載晶片的中心區域，該第二承載面用於承載晶片的邊緣區域，其中，該第一承載面具有第一粗糙度，該第一粗糙度能夠在保證位於該第一承載面與晶片之間的氣體均勻分佈的前提下，增大晶片與該第一承載面之間的接觸面積。
較佳的，該第一粗糙度為0.6-0.8um。
較佳的，該第二承載面具有第二粗糙度，該第二粗糙度能使該第二承載面與晶片緊密接觸，從而密封該第一承載面與晶片之間的氣體。
較佳的，該第二粗糙度小於或等於0.4um。
較佳的，該第一粗糙度大於該第二粗糙度。
較佳的，在該本體中設置有至少二氣體通道，用以向該第一承載面與晶片之間通入氣體。
較佳的，每個該氣體通道為環形通道，且至少二該環形通道為同心環。
較佳的，該環形通道包括：圓環形通道、橢圓環形通道和/或不規則環狀通道。
較佳的，在至少二該環形通道中，最外環的該環形通道位於該第一承載面的邊緣處。
較佳的，該圓環形通道以該第一承載面的中心為圓心。
作為另一技術方案，本發明還提供一種反應腔室，該反應腔室包括本發明提供的上述卡盤。
作為另一技術方案，本發明還提供一種反半導體加工裝置，該半導體加工裝置包括本發明提供的上述反應腔室。
本發明具有以下有益效果： 本發明提供的卡盤，其本體包括第一承載面和環繞在該第一承載面外周的第二承載面，第一承載面和第二承載面用於分別承載晶片的中心區域和邊緣區域。該第一承載面具有第一粗糙度，該第一粗糙度能夠在保證位於第一承載面與晶片之間的氣體均勻分佈的前提下，增大晶片與承載面之間的接觸面積，從而可以提高晶片向卡盤的絕緣層進行熱傳導的效率，改善對晶片的冷卻效果，從而不僅可以改善常規晶片的控溫冷卻的製程效果，而且可以解決新型晶片（如系統集成晶片SOG）在高溫製程時，晶片溫度快速升高的問題，從而避免晶片高溫損壞。
本發明提供的反應腔室，其通過採用本發明提供的上述卡盤，不僅可以改善常規晶片的控溫冷卻的製程效果，而且可以解決新型晶片在進行高溫製程時，晶片溫度快速升高的問題，從而避免晶片高溫損壞。
本發明提供的半導體加工裝置，其通過採用本發明提供的反應腔室，不僅可以改善常規晶片的控溫冷卻的製程效果，而且可以避免新型晶片在進行高溫製程時，因晶片表面升溫過快，造成晶片出現高溫損壞。
為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖來對本發明提供的卡盤、反應腔室及半導體加工裝置進行詳細描述。
第3圖為本發明實施例提供的卡盤的剖視圖。第4圖為第3圖中I區域的放大圖。請一併參閱第3圖和第4圖，卡盤包括本體和基體7，其中，該本體包括第一承載面51和環繞在該第一承載面51外周的第二承載面52，第一承載面51用於承載晶片6的中心區域，第二承載面52用於承載晶片6的邊緣區域。其中，第一承載面51具有第一粗糙度，該第一粗糙度能夠在保證位於第一承載面51與晶片6之間的氣體均勻分佈的前提下，增大晶片6與第一承載面51之間的接觸面積。該氣體被輸送至第一承載面51與晶片6之間，以增加二者之間的熱量傳遞。氣體可以採用惰性氣體，例如氦氣。
進一步說，上述第一粗糙度能夠使第一承載面51與晶片6之間存在間隙，該間隙能夠使氣體在該間隙中形成對流，從而實現氣體的均勻分佈，進而可以提高晶片6向氣體的散熱效率。同時，第一承載面51與晶片6的下表面之間仍然屬於面接觸，保證了二者之間的接觸面積，從而可以提高晶片6向卡盤進行熱傳導的效率，改善對晶片6的冷卻效果，進而不僅可以改善常規晶片6的控溫冷卻的製程效果，而且可以避免新型晶片（如系統集成晶片SOG）在進行高溫製程時，因晶片表面升溫過快而導致晶片因高溫而損壞。
較佳的，上述第一粗糙度的取值範圍在0.6-0.8um。在該取值範圍內，第一承載面51與晶片6之間的接觸面積最大，從而可以提高晶片6向第一承載面51進行熱傳導的效率。這裡，粗糙度即為本體相應表面的表面粗糙度，表面粗糙度越小，則表面越光滑。
較佳的，第二承載面52具有第二粗糙度，該第二粗糙度能使第二承載面52與晶片6緊密接觸，從而密封第一承載面51與晶片6之間的氣體，進而可以避免氣體洩漏。較佳的，第二粗糙度小於或者等於0.4um。在該取值範圍內，對氣體的密封效果較好。
可選的，使第一粗糙度大於第二粗糙度。在第一粗糙度高於第二粗糙度時，第一承載面更有利於晶片向第一承載面進行熱傳導，第二承載面與晶片在進行靜電吸附時能進行更緊密的接觸，密封第一承載面和晶片之間的氣體。
可選的，第5圖為本發明實施例採用的本體的俯視圖。請參閱第5圖，在本體中設置有二氣體通道，分別為第一氣體通道81和第二氣體通道82，用以向第一承載面51與晶片6之間通入上述氣體。在本實施例中，第一氣體通道81和第二氣體通道82均為環形通道，且為同心環。通過採用環形的氣體通道，可以使氣體在第一承載面51與晶片6之間分佈得更加均勻，從而可以進一步提高晶片6向氣體的散熱效率。
較佳的，最外環的環形通道，即，第二氣體通道82位於第一承載面51與第二承載面52的邊緣處，從而能夠提高晶片6的邊緣區域向氣體的散熱效率。
另外，通過使第二氣體通道82位於第一承載面51的邊緣處，第一承載面51所在區域即為位於第二氣體通道82內側的區域，該區域被第一氣體通道81進一步劃分為中間區域511和中心區域512。在實際應用中，可以根據具體情況將中間區域511和中心區域512的第一粗糙度設計為相同的或者不同的。
進一步較佳的，上述環形通道為圓環形通道，且以第一承載面51的中心為圓心。這樣可以使氣體在第一承載面51與晶片6之間分佈得更加均勻，從而可以進一步提高晶片6向氣體的散熱效率。
需要說明的是，在本實施例中，在本體中設置有二氣體通道，但是本發明並不侷限於此，在實際應用中，氣體通道的數量還可以為三以上。此外，氣體通道的形狀並不侷限於本實施例採用的圓環形通道，其還可以採用諸如橢圓環形通道和/或不規則環狀通道。需要說明的是，本發明中，不規則環狀通道可以包括任意形狀的閉合曲線構成的通道，也可以包括蛇形通道、螺旋線形通道等的任意非閉合曲線構成的通道。
可選的，上述卡盤為靜電卡盤。具體地，如第3圖所示，本體包括絕緣層5和氣體分佈板9，其中，絕緣層5採用絕緣材料製作，例如陶瓷，上述第一承載面51和第二承載面52即為該絕緣層5的表面。並且，在該絕緣層5內設置有直流電極（圖中未示出），通過向該直流電極通入直流電，使直流電極與晶片6產生靜電吸附力，從而實現對晶片6的固定。氣體分佈板9設置在絕緣層5的底部，較佳的，上述氣體通道設置在該氣體分佈板9中，且呈槽狀。並且，在絕緣層5中均勻分佈有複數進氣孔（圖中未示出），以提高氣體在絕緣層5中的分佈均勻性。氣體依次經由上述氣體通道和進氣孔流入第一承載面51與晶片6之間。
基體7採用諸如鋁等的金屬材料製作，用於支撐和冷卻絕緣層5。具體地，在基體7內設置有冷卻水道71，通過向冷卻水道71中通入冷卻水，來冷卻絕緣層5，從而間接帶走由晶片6產生的熱量。
作為另一技術方案，本發明實施例還提供一種反應腔室，在該反應腔室內設置有卡盤，用於承載晶片，該卡盤可採用本發明上述實施例提供的卡盤。
本發明實施例提供的反應腔室，其通過採用本發明上述實施例提供的卡盤，不僅可以改善常規晶片的控溫冷卻的製程效果，而且可以避免新型晶片（如系統集成晶片SOG）在進行高溫製程時，因晶片表面升溫過快，造成晶片出現高溫損壞。
作為另一技術方案，本發明實施例還提供一種半導體加工裝置，包括反應腔室，該反應腔室採用本發明上述實施例提供的反應腔室。
本發明實施例提供的半導體加工裝置，其通過採用本發明上述實施例提供的反應腔室，不僅可以改善常規晶片的控溫冷卻的製程效果，而且可以避免新型晶片（如系統集成晶片SOG）在進行高溫製程時，因晶片表面升溫過快，造成晶片出現高溫損壞。
可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而採用的示例性實施方式，然而本發明並不侷限於此。對於本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護範圍。
1‧‧‧絕緣層
2‧‧‧晶片
3‧‧‧冷卻通道
4‧‧‧鋁基座
5‧‧‧絕緣層
6‧‧‧晶片
7‧‧‧基體
9‧‧‧氣體分佈板
10‧‧‧環形凸台
11‧‧‧凸點
41‧‧‧冷卻水道
51、52‧‧‧承載面
81、82‧‧‧氣體通道
511‧‧‧中間區域
512‧‧‧中心區域
第1圖為現有的靜電卡盤的局部剖視圖； 第2圖為第1圖所示現有的靜電卡盤的俯視圖； 第3圖為本發明實施例提供的卡盤的剖視圖； 第4圖為第3圖中I區域的放大圖； 第5圖為本發明實施例採用的本體的俯視圖； 其中，附圖標記為：絕緣層1、晶片2、冷卻通道3、鋁基座4、 冷卻水道41、環形凸台10、凸點11、絕緣層 5、基體7、氣體分佈板 9、 第一承載面 51、第二承載面52、晶片6、第一氣體通道81、第二氣體通道82、中間區域511和中心區域512。
5‧‧‧絕緣層
6‧‧‧晶片
7‧‧‧基體
9‧‧‧氣體分佈板
71‧‧‧冷卻水道
I‧‧‧區域

Claims (12)

  1. 一種卡盤，包括本體和基體，其特徵在於，該本體包括第一承載面和環繞在該第一承載面外周的第二承載面，該第一承載面用於承載晶片的中心區域，該第二承載面用於承載晶片的邊緣區域，其中， 該第一承載面具有第一粗糙度，該第一粗糙度能夠在保證位於該第一承載面與晶片之間的氣體均勻分佈的前提下，增大晶片與該第一承載面之間的接觸面積。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的卡盤，其特徵在於，該第一粗糙度為0.6-0.8um。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的卡盤，其特徵在於，該第二承載面具有第二粗糙度，該第二粗糙度能使該第二承載面與晶片緊密接觸，從而密封該第一承載面與晶片之間的氣體。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的卡盤，其特徵在於，該第二粗糙度小於或等於0.4um。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的卡盤，其特徵在於，該第一粗糙度大於該第二粗糙度。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的卡盤，其特徵在於，在該本體中設置有至少二氣體通道，用以向該第一承載面與晶片之間通入氣體。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的卡盤，其特徵在於，每個該氣體通道為環形通道，且至少二該環形通道為同心環。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的卡盤，其特徵在於，該環形通道包括：圓環形通道、橢圓環形通道和/或不規則環狀通道。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的卡盤，其特徵在於，在至少二該環形通道中，最外環的該環形通道位於該第一承載面的邊緣處。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的卡盤，其特徵在於，該圓環形通道以該第一承載面的中心為圓心。
  11. 一種反應腔室，其特徵在於，該反應腔室包括申請專利範圍第1項至第10項任一項所述的卡盤。
  12. 一種半導體加工裝置，其特徵在於，該半導體加工裝置包括申請專利範圍第11項所述的反應腔室。
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