一種靜電卡盤的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種靜電卡盤，用于等離子體處理裝置中固定待加工件，其包括：第一絕緣層；電極，位于所述第一絕緣層之中，用于連接一可控直流電源以產(chǎn)生靜電力吸附待加工件；第二絕緣層，位于所述第一絕緣層的下方；加熱器，設(shè)置于所述第二絕緣層內(nèi)，所述加熱器產(chǎn)生的熱量加熱所述待加工件；基體，位于所述第二絕緣層的下方，用于支撐所述第一絕緣層以及第二絕緣層，所述基體至少包括一冷卻液流道，用于注入冷卻液對(duì)靜電卡盤進(jìn)行冷卻；其中，所述基體還包括：一阻熱單元，所述阻熱單元設(shè)置于所述冷卻液流道的上部且其上表面與所述第二絕緣層的下表面相貼，所述阻熱單元用于降低所述加熱器所產(chǎn)生的熱量向所述冷卻液流道傳遞的速度。
【專利說(shuō)明】—種靜電卡盤
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制程設(shè)備，具體地，涉及用于固定被實(shí)施等離子體處理的待加工件的靜電卡盤以及具有該靜電卡盤的等離子體處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體設(shè)備的制造過(guò)程中，例如蝕刻、沉積、氧化、濺射等處理過(guò)程中，通常會(huì)利用等離子體對(duì)待加工件(晶片)進(jìn)行處理。一般地，對(duì)于等離子體處理裝置來(lái)說(shuō)，作為生成等離子體的方式，大體上可分為利用電暈(glow)放電或者高頻放電，和利用微波等方式。
[0003]例如，在高頻放電方式的等離子體處理裝置中，待加工件被置于靜電卡盤之上，所述靜電卡盤通過(guò)靜電力來(lái)固定所述待加工件。現(xiàn)有的靜電卡盤通常包括第一絕緣層和基體，第一絕緣層中設(shè)置有直流電極，由該直流電極對(duì)晶片施加靜電力。
[0004]在對(duì)待加工件進(jìn)行等離子化處理的過(guò)程中，靜電卡盤需要在縱向上向待加工件傳遞熱量，以提高晶片蝕刻的均勻性，為此目前的等離子體加工處理過(guò)程中會(huì)在陶瓷材料的第一絕緣層的下方添加第二絕緣層，在第二絕緣層中設(shè)置加熱絲等進(jìn)行加熱。第一絕緣層與第二絕緣層之間通過(guò)硅膠粘結(jié)在一起。
[0005]基體中通常包括多個(gè)冷卻液流道，用于注入冷卻液對(duì)靜電卡盤進(jìn)行冷卻。
[0006]然而，在加熱晶片的過(guò)程中，由于基體通常由鋁制成，其熱傳導(dǎo)率較高，第二絕緣層散發(fā)的熱量被冷卻液流道中的冷卻液帶走，從而使第一絕緣層以及晶片不能快速升溫，影響等離子體處理的工藝效果。
[0007]因此，研究人員期望研發(fā)處一種靜電卡盤結(jié)構(gòu)，其能減少加熱絲產(chǎn)生的熱量向基體傳導(dǎo)，降低熱量被冷卻液帶走的速度，從而使固定于第一絕緣層上方的晶片快速升溫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種一種靜電卡盤。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種靜電卡盤，用于等離子體處理裝置中固定待加工件，其包括:第一絕緣層，用于承載所述待加工件；電極，位于所述第一絕緣層之中，用于連接一可控直流電源以產(chǎn)生靜電力吸附待加工件；第二絕緣層，位于所述第一絕緣層的下方；加熱器，設(shè)置于所述第二絕緣層內(nèi)，所述加熱器產(chǎn)生的熱量能夠通過(guò)所述第二絕緣層傳遞至所述第一絕緣層來(lái)加熱所述待加工件；基體，位于所述第二絕緣層的下方，用于支撐所述第一絕緣層以及第二絕緣層，所述基體至少包括一冷卻液流道，用于注入冷卻液對(duì)靜電卡盤進(jìn)行冷卻；其特征在于，所述基體還包括:一阻熱單元，所述阻熱單元設(shè)置于所述冷卻液流道的上部且其上表面與所述第二絕緣層的下表面相貼，所述阻熱單元用于降低所述加熱器所產(chǎn)生的熱量向所述冷卻液流道傳遞的速度。
[0010]優(yōu)選地，所述阻熱單元包括第一阻熱層，所述第一阻熱層由鈦或鈦合金材料制成，所述第一阻熱層貼于所述第二絕緣層的下方。
[0011]優(yōu)選地，所述阻熱單元還包括第二阻熱層，所述第二阻熱層由鈦或鈦合金材料或鋁材料制成，所述第二阻熱層貼于所述第一阻熱層的下方。
[0012]優(yōu)選地，其包括:隔離粘結(jié)層，所述隔離粘結(jié)層由伸縮性材料制成，其設(shè)置于所述第一絕緣層與所述第二絕緣層之間。
[0013]優(yōu)選地，所述隔離粘結(jié)層的厚度小于0.3mm。
[0014]優(yōu)選地，所述第一絕緣層由陶瓷材料制成。
[0015]優(yōu)選地，所述加熱器由一根或多根加熱絲組成，所述一根或多根電加熱絲均勻布置于所述包裹層中。
[0016]優(yōu)選地，所述加熱器為一塊加熱板，所述加熱板的尺寸小于所述包裹層尺寸，其嵌于所述包裹層中并向所述包裹層均勻地傳遞熱量。
[0017]優(yōu)選地，所述第二絕緣層由氧化鋁材料制成，防止所述加熱器中的交流電流流向所述基體。
[0018]優(yōu)選地，所述第一絕緣層由陶瓷材料制成。
[0019]優(yōu)選地，所述冷卻液流道還連接一冷卻裝置，所述冷卻裝置向所述腔體提供冷卻液，以降低所述基體的溫度。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供一種用于對(duì)待加工件進(jìn)行等離子體處理的等離子體處理裝置，其包括:對(duì)待加工件進(jìn)行等離子體處理工藝的反應(yīng)腔室；其特征在于，還包括:置于所述反應(yīng)腔室內(nèi)部、用于固定待加工件的靜電卡盤。
[0021]本發(fā)明通過(guò)提供一種靜電卡盤，所述靜電卡盤的基體包括阻熱單元，所述阻熱單元由一個(gè)或多個(gè)阻熱層組成，所述一個(gè)或多個(gè)阻熱層由鈦或鈦合金材料制成，通過(guò)鈦的阻熱系數(shù)較大，從而降低加熱絲產(chǎn)生的熱量被冷卻液帶走的速度，使固定于第一絕緣層上方的晶片快速升溫。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0023]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的靜電卡盤的縱截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的靜電卡盤的縱截面結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0025]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的靜電卡盤的縱截面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步地說(shuō)明:
[0027]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的靜電卡盤的縱截面結(jié)構(gòu)示意圖。具體地，在圖1所示實(shí)施例中，所述靜電卡盤用于等離子體處理裝置中固定待加工件，其包括用于承載待加工件的第一絕緣層1、位于所述第一絕緣層之中的電極2、位于第一絕緣層下方的第二絕緣層3、設(shè)置于第二絕緣層中的加熱器4、用于支撐第一絕緣層和第二絕緣層的基體5。
[0028]更具體地，所述第一絕緣層I用于承載待加工件，所述第一絕緣層I位于所述第二絕緣層3的上方，所述第一絕緣層I的下表面與所述第二絕緣層3的上表面相貼。優(yōu)選地，所述第一絕緣層I由陶瓷材料制成，且所述第一絕緣層I的橫截面為圓形。[0029]所述電極2位于所述第一絕緣層之中，其用于連接一可控直流電源7以產(chǎn)生靜電力吸附待加工件。更具體地，所述電極2嵌入所述第一絕緣層I之中。在一個(gè)實(shí)施例中，所述電極2由鎢材料制成，其設(shè)置于所述第一絕緣層I的中心，且所述電極2的橫截面面積小于所述第一絕緣層I的橫截面面積。
[0030]所述第二絕緣層3位于所述第一絕緣層I和所述基體5之間，所述第二絕緣層3的上表面與所述第一絕緣層I的下表面相貼，所述第二絕緣層3的下表面與所述基體5的上表面相貼。所述第二絕緣層3內(nèi)部還包括一加熱器4，所述加熱器4產(chǎn)生的熱量能夠通過(guò)所述第二絕緣層3傳遞至所述第一絕緣層I來(lái)加熱所述待加工件。優(yōu)選地，在本實(shí)施例中，所述第二絕緣層3的橫截面為圓形，其橫截面面積與所述第一絕緣層I相一致。所述第二絕緣層3由氧化鋁材料制成，所述第二絕緣層3起電絕緣的作用，以防止所述加熱器4中的交流電流向所述基體I。
[0031 ] 進(jìn)一步地，所述加熱器4嵌入所述第二絕緣層3之中，其連接一交流電源6，通過(guò)電加熱使所述加熱器4釋放熱量。更具體地，在本實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述加熱器4為一根加熱絲，所述加熱絲呈螺旋形均勻布置于所述第二絕緣層3之中，對(duì)外釋放熱量。而在一個(gè)變化例中，所述加熱絲也可以由多根加熱絲組成，所述多根加熱絲呈多個(gè)等間距的同心圓，分布于所述第二絕緣層3之中。更進(jìn)一步地，在另一個(gè)變化例中，所述加熱器4也可以是一塊加熱板，所述加熱板的形狀尺寸與所述第二絕緣層3相適應(yīng)，其嵌入所述第二絕緣層3中縱向?qū)Φ诙^緣層3傳遞熱量。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，這些變化例均可以結(jié)合圖1所示實(shí)施例予以實(shí)現(xiàn)，其并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，此處不予贅述。
[0032]所述基體5位于所述第二絕緣層3的下方，用于支撐所述第一絕緣層I以及第二絕緣層3。具體地，所述基體5優(yōu)選地由鋁制成，其橫截面呈圓形。更具體地，所述基體5包括至少一個(gè)冷卻液流道51，所述冷卻液流道51用于注入冷卻液對(duì)所述靜電卡盤進(jìn)行冷卻。所述冷卻液流道51設(shè)置于所述基體I的內(nèi)部，可以理解的是，所述冷卻液流道51還連接一冷卻裝置(圖1中未示出)，所述冷卻裝置向所述冷卻液流道51提供冷卻液，所述冷卻液流道51則容納冷卻介質(zhì)，以降低所述基體5的溫度。
[0033]更進(jìn)一步地，所述基體5還包括一阻熱單元，所述阻熱單元設(shè)置于所述冷卻液流道51的上部且與所述第二絕緣層3相貼，所述阻熱單元用于降低所述加熱器4所產(chǎn)生的熱量向所述冷卻液流道51傳遞的速度，以加快所述第二絕緣層3升溫的速度。
[0034]更為具體地，所述阻熱單元由第一阻熱層521構(gòu)成，所述第一阻熱層521由鈦或鈦合金材料制成，所述第一阻熱層521處于所述基體I的頂部，其貼于所述第二絕緣層3的下方。由于所述第一阻熱層521由鈦制成，鈦的傳熱系數(shù)較低，使所述第一阻熱層521下方的冷卻液流道51帶走所述第二絕緣層3中加熱器4釋放的熱量的速度降低，從而所述加熱器4釋放的熱量能夠更多的積聚于所述第二絕緣層3以及所述第二絕緣層3上方的所述第一絕緣層1，使固定于所述第一絕緣層I上方的待加工件迅速升溫。
[0035]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的靜電卡盤的縱截面結(jié)構(gòu)示意圖。具體地，所述基體5置于所述第二絕緣層3的下方.，所述基體5包括阻熱單元，與第一實(shí)施例不同之處在于:在圖2所示的第二實(shí)施例中，所述阻熱單元由第一阻熱層521以及第二阻熱層522構(gòu)成。其中，所述第一阻熱層521位于所述第二阻熱層522的上方，所述第一阻熱層521貼于所述第二絕緣層2的下方，所述第一阻熱層521和所述第二阻熱層522均位于所述冷卻液流道51的上方。
[0036]更具體地，在圖2所示實(shí)施例中，所述第一阻熱層521由鈦或鈦合金材料制成，所述第二阻熱層522由鈦或鋁材料中的任一種制成。當(dāng)所述第二阻熱層522由和第一阻熱層521相同的鈦或鈦合金材料制成時(shí)，所述第一阻熱層521與所述第二阻熱層522可以理解為一個(gè)整體，相比第一實(shí)施例中所述阻熱單元僅由所述第一阻熱層521構(gòu)成時(shí)，所述阻熱單元的厚度增加了，從而更有效地降低所述加熱器4所產(chǎn)生的熱量向所述冷卻液流道11傳遞的速度，增強(qiáng)了所述阻熱單元的作用效果。
[0037]進(jìn)一步地，在一些變化例中，所述阻熱單元還可以包括更多阻熱層，例如增加第三阻熱層，所述第三阻熱層的置于所述第二阻熱層522的下方，其同樣可以由鈦或鋁材料中的任一種制成，通過(guò)增加多層相同或不同材料的阻熱層使所述阻熱單元的阻熱效果增加，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，這些變化例均可以結(jié)合圖2所示實(shí)施例予以實(shí)現(xiàn)，此處不予贅述。
[0038]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的靜電卡盤的縱截面結(jié)構(gòu)示意圖。具體地，在圖3所示實(shí)施例中，所述第二絕緣層3置于所述基體5之上，支撐所述第二絕緣層3以及所述第一絕緣層I。所述第一絕緣層I位于所述第二絕緣層3的上方，其中所述第一絕緣層I用于固定待加工件。所述電極2嵌入于所述第一絕緣層I之中。所述基體5包括阻熱單元，所述阻熱單元由第一阻熱層521組成，所述第一阻熱層521貼于所述第二絕緣層3的下方。
[0039]更具體地，與第一實(shí)施例不同之處在于:所述第一絕緣層I與所述第二絕緣層3之間還設(shè)有一隔離粘結(jié)層8。所述隔離粘結(jié)層8由伸縮性材料制成，優(yōu)選地，所述隔離粘結(jié)層8由硅膠制成，其厚度小于0.3_，用于適應(yīng)所述第一絕緣層I與所述第二絕緣層3之間不同幅度的熱膨脹，并且所述隔離粘結(jié)層8還起到粘結(jié)所述第一絕緣層I與所述第二粘結(jié)層3的作用。
[0040]更為具體地，結(jié)合上述圖1至圖3所示實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，本發(fā)明的靜電卡盤的基體增加一阻熱單元，該阻熱單元的優(yōu)選地使用鈦材料制成。由于AT = q/G, G= k/d，其中AT為溫度梯度，q為熱流密度(熱流強(qiáng)度)即單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)等溫面上單位面積的熱量，G為熱導(dǎo)率，k為材料導(dǎo)熱系數(shù)，d為所述冷卻液流道至所述第二絕緣層下表面的距離，并且鈦材料的k值為22W/ (m -K)相較于其他材料的導(dǎo)熱系數(shù)如鋁材料的k值為170W/ (m.K)要小很多，因此采用鈦材料可以使所述阻熱單元的阻熱能力加強(qiáng)，并且根據(jù)公式G = k/d可知，所述冷卻液流道至所述第二絕緣層下表面的距離與熱導(dǎo)率呈反比，因此增加所述阻熱單元的厚度也可使所述阻熱單元的阻熱能力加強(qiáng)。由于所述阻熱單元的能力加強(qiáng)，從而使熱量更多地集中在所述第二絕緣層不易流向所述冷卻液流道，因此所述第二絕緣層的熱量也可以快速上升，以達(dá)到本發(fā)明所需的目的。
[0041]本發(fā)明的靜電卡盤可以應(yīng)用于用于對(duì)待加工件進(jìn)行等離子體處理工藝的等離子體處理裝置，所述等離子體處理裝置包括一反應(yīng)腔室和本發(fā)明第一實(shí)施例或第二實(shí)施例的靜電卡盤。等離子體處理工藝在反應(yīng)腔室中進(jìn)行，待加工件被吸附固定于靜電卡盤之上，一起置于反應(yīng)腔室中。
[0042]所述等離子體處理裝置通過(guò)使靜電卡盤的基體增加一阻熱單元，使加熱器釋放的熱量被冷卻液流道帶走的速度變慢，熱量能夠積聚于第二絕緣層以及第一絕緣層中，使待加工件的升溫加快，從而等離子體處理工藝效果得到了提高。[0043]以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種靜電卡盤，用于等離子體處理裝置中固定待加工件，其包括: 第一絕緣層，用于承載所述待加工件； 電極，位于所述第一絕緣層之中，用于連接一可控直流電源以產(chǎn)生靜電力吸附待加工件； 第二絕緣層，位于所述第一絕緣層的下方； 加熱器，設(shè)置于所述第二絕緣層內(nèi)，所述加熱器產(chǎn)生的熱量能夠通過(guò)所述第二絕緣層傳遞至所述第一絕緣層來(lái)加熱所述待加工件； 基體，位于所述第二絕緣層的下方，用于支撐所述第一絕緣層以及第二絕緣層，所述基體至少包括一冷卻液流道，用于注入冷卻液對(duì)靜電卡盤進(jìn)行冷卻； 其特征在于，所述基體還包括: 一阻熱單元，所述阻熱單元設(shè)置于所述冷卻液流道的上部且其上表面與所述第二絕緣層的下表面相貼，所述阻熱單元用于降低所述加熱器所產(chǎn)生的熱量向所述冷卻液流道傳遞的速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電卡盤，其特征在于，所述阻熱單元包括第一阻熱層，所述第一阻熱層由鈦或鈦合金材料制成，所述第一阻熱層貼于所述第二絕緣層的下方。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的靜電卡盤，其特征在于，所述阻熱單元還包括第二阻熱層，所述第二阻熱層由鈦或鈦合金材料或鋁材料制成，所述第二阻熱層貼于所述第一阻熱層的下方。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電卡盤，其特征在于，其包括: 隔離粘結(jié)層，所述隔離粘結(jié)層由伸縮性材料制成，其設(shè)置于所述第一絕緣層與所述第二絕緣層之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的靜電卡盤，其特征在于，所述隔離粘結(jié)層的厚度小于0.3mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電卡盤，其特征在于，所述第一絕緣層由陶瓷材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電卡盤，其特征在于，所述加熱器由一根或多根加熱絲組成，所述一根或多根電加熱絲均勻布置于所述包裹層中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電卡盤，其特征在于，所述加熱器為一塊加熱板，所述加熱板的尺寸小于所述包裹層尺寸，其嵌于所述包裹層中并向所述包裹層均勻地傳遞熱量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電卡盤，其特征在于，所述第二絕緣層由氧化鋁材料制成，防止所述加熱器中的交流電流流向所述基體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電卡盤，其特征在于，所述第一絕緣層由陶瓷材料制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電卡盤，其特征在于，所述冷卻液流道還連接一冷卻裝置，所述冷卻裝置向所述腔體提供冷卻液，以降低所述基體的溫度。
12.一種用于對(duì)待加工件進(jìn)行等離子體處理的等離子體處理裝置，其包括: 對(duì)待加工件進(jìn)行等離子體處理工藝的反應(yīng)腔室； 其特征在于，還包括: 置于所述反應(yīng)腔室內(nèi)部，用于固定待加工件的根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的靜電卡盤。
【文檔編號(hào)】H01J37/32GK103633003SQ201210310949
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月28日
【發(fā)明者】左濤濤, 吳狄, 周寧, 倪圖強(qiáng) 申請(qǐng)人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司