[发明专利]一种晶片夹持装置

说明书

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/处理过程中所使用的一种晶片夹持装置。

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/处理设备。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。

请参阅图1，在现有的典型等离子体刻蚀机中，反应室2的顶部设置有石英窗1，反应室2内的底部安装有静电卡盘4，静电卡盘4之上依次安装有基环5和聚焦环6，在聚焦环6的上方(即，静电卡盘4的盘面顶部)吸持有晶片3。聚焦环6上的与晶片3底面边缘相重合的部分向下(即，向反应室2的底部)凹进，使得晶片3与聚焦环6之间存在一定的间隙，彼此并不接触，从而保证晶片3与高出所述凹进部分的静电卡盘4之间能够充分接触。

在实际工艺过程中，整个反应室2内部充满等离子体。等离子体分布的均匀性严重影响着刻蚀的均匀性。因此，需要保证反应室2内等离子体分布的均匀性。众所周知，静电卡盘对等离子体分布起着至关重要的作用。

如图2所示，现有的典型静电卡盘主要包括绝缘层7和铝基座8。其中，绝缘层7以陶瓷(AL₂O₃)为主要材料，通过烧结的方式加工得到。而且，该绝缘层7内嵌有直流电极层，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。为简化说明，下文中将该绝缘层7的上表面称为B面。

铝基座8设置为两级台阶状的结构，最上一级台阶上设置有前述绝缘层7。为简化说明，下文中将最下一级台阶的上表面称为C面。在C面上由下向上依次配置有前述基环5和聚焦环6。而且，在铝基座8的内部设置有与温控设备相连的水道，以实现对静电卡盘的温度控制。

需要说明的是，本文中以基座上的放置有绝缘层的那一级台阶为最上一级台阶，以最远离绝缘层的那一级台阶(即，基座底部的那一级台阶)为最下一级台阶。换言之，本文中以基座上的放置有绝缘层的那一侧为“上”，远离绝缘层的那一侧为“下”。