[发明专利]静电卡盘以及等离子体加工设备

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设备制造领域，具体地，涉及一种静电卡盘以及等离子体加工设备。

背景技术

在制造集成电路（IC）和微机电系统（MEMS）的工艺过程中，特别是在实施等离子刻蚀（ETCH）、物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）等的工艺过程中，常使用静电卡盘来固定、支撑及加热晶片等被加工工件，为晶片提供直流偏压并且控制晶片表面的温度。

图1为典型的静电卡盘的结构示意图。如图1所示，静电卡盘包括由上至下依次叠置的绝缘层1、加热器2和铝基座3。其中，绝缘层1采用AL₂O₃或ALN等陶瓷材料制成，并且在绝缘层1中设置有直流电极层（图中未示出），直流电极层与直流电源电连接后在直流电极层与晶片之间产生静电引力，从而将晶片等被加工工件固定在绝缘层1的顶部；加热器2用于对晶片等被加工工件进行加热；铝基座3与射频电源连接，用以在晶片等被加工工件上生成射频偏压。此外，在加热器2与铝基座3之间还设置有隔热层4，隔热层4采用硅橡胶等具有良好隔热性能的材料制成，以阻挡由加热器2产生的热量向铝基座3传导，从而可以减少加热器2的热量损失，进而提高静电卡盘的加热效率。而且，在隔热层4与加热器2之间以及隔热层4与铝基座3之间分别设置有密封剂，利用密封剂分别对隔热层4与加热器2之间的间隙和隔热层4与铝基座3之间的间隙进行密封，从而防止空气自该间隙进入晶片所在的真空环境。

上述静电卡盘是借助隔热层4来实现加热器2与铝基座3之间的隔热，这在实际应用中不可避免地存在以下问题：

其一，由于加热器2、隔热层4和铝基座3紧密地叠置在一起，隔热层4很难完全阻隔加热器2产生的热量向铝基座3传导，并且加热器2的加热温度越高，隔热层4的隔热效果越差，从而降低了静电卡盘的加热效率。

其二，由于静电卡盘采用密封剂来分别对隔热层4与加热器2之间的间隙和隔热层4与铝基座3之间的间隙进行密封，而密封剂的密封作用在高温环境下将会失效，导致空气自该间隙进入晶片所在的真空环境，从而影响工艺的正常进行。

其三，由于加热器2、隔热层4和铝基座3的热膨胀系数不同，三者在加热过程中产生的热膨胀的差异将会破坏密封剂的密封效果，导致空气自该间隙进入晶片所在的真空环境，从而影响工艺的正常进行。

为此，公开号为CN102105253A的中国专利申请公开了一种高温静电卡盘，如图2所示，静电卡盘包括卡盘主体110和平台组件130。其中，卡盘主体110设置于平台组件130的上方，其包括设置在其内部的直流电极118和加热元件116，直流电极118用于以静电引力的方式将晶片固定在卡盘主体110的顶部；加热元件116用于加热晶片。而且，在卡盘主体110与平台组件130之间设置有膨胀接头140、环状绝缘环154和安装法兰148。其中，环状绝缘环154借助安装法兰148与平台组件130固定连接，用以支撑卡盘主体110；膨胀接头140为薄壁环状结构，并且膨胀接头140的外环侧壁紧靠环状绝缘环154的内环侧壁设置。而且，膨胀接头140的上端144借助铜焊接头142与卡盘主体110焊接在一起，膨胀接头140的下端146借助铜焊接头143与安装法兰148焊接在一起，以对环状绝缘环154与卡盘主体110之间的间隙和环状绝缘环154与安装法兰148之间的间隙进行密封。此外，膨胀接头140采用膨胀系数介于卡盘主体110和平台组件130的膨胀系数的中间值的材料制作，以适应卡盘主体110和平台组件130的热膨胀的差异。

虽然上述静电卡盘采用膨胀接头140可以适应卡盘主体110和平台组件130之间的热膨胀的差异，但是，上述静电卡盘在实际应用中存在以下问题，即：

由于膨胀接头140无法单独支撑卡盘主体110，因而必须借助绝缘环154支撑卡盘主体110，然而，由于加热元件116产生的一部分热量会向绝缘环154传导，导致加热元件16的热量损耗增加，从而降低了静电卡盘的加热效率。而且，由于绝缘环154仅与卡盘主体110底部的边缘区域接触，导致卡盘主体110的边缘区域的热量损耗速率大于中心区域的热量损耗速率，这使得卡盘主体110的温度不均匀，从而使晶片的温度不均匀，进而降低了加工的质量。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种静电卡盘以及等离子体加工设备，其可以彻底解决卡盘的隔热问题，从而可以提高静电卡盘的加热效率和加热均匀性。