静电卡盘机构以及半导体加工设备制造技术

本发明专利技术提供的静电卡盘机构以及半导体加工设备，其包括基座、边缘组件、主体静电加热层和边缘静电加热层，其中，基座包括用于承载晶片的承载面，以及环绕在承载面周围、且位于晶片边缘处的台阶面，且台阶面低于承载面。边缘组件包括聚焦环、基环和绝缘环，聚焦环环绕设置在台阶面上；绝缘环设置在基座底部，并支撑基座。主体静电加热层设置在承载面上，用以静电吸附晶片，并调节晶片的温度。边缘静电加热层设置在台阶面上，用以静电吸附聚焦环，并调节聚焦环的温度。本发明专利技术提供的静电卡盘机构，其可以单独地调节晶片中心区域和边缘区域的温度，从而可以实现对晶片边缘区域和中心区域之间的温度差异进行补偿，进而可以提高工艺均匀性。

【技术实现步骤摘要】
静电卡盘机构以及半导体加工设备
本专利技术涉及半导体设备制造领域，具体地，涉及一种静电卡盘机构以及半导体加工设备。
技术介绍
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，常使用静电卡盘来承载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为典型的静电卡盘机构的结构示意图。如图1所示，静电卡盘机构包括静电卡盘8和边缘组件。其中，静电卡盘8用于采用静电吸附的方式将晶片5固定在其上表面上，并且在静电卡盘8内设置有加热器，用以控制晶片5的温度。边缘组件包括由上而下依次叠置的聚焦环6、基环7和绝缘环9，其中，绝缘环9固定在安装固定件10上，用于支撑静电卡盘8。聚焦环6和基环7均环绕在静电卡盘8的周围，聚焦环6用于形成能够将等离子体限制在其内部的边界；基环7用于支撑聚焦环6，并保护静电卡盘8的外周壁不被等离子体刻蚀。上述静电卡盘机构在实际应用中不可避免地存在以下问题：进入28-20纳米技术代以后，高K栅介质和金属栅电极MOS器件被引入集成电路生产工艺，晶片间的晶体管栅极长度的均匀性(3σ)由45nm节点时的3nm减小到32nm节点的1.56nm，这意味着对刻蚀均匀性的要求大大提高。然而，由于受到静电卡盘8物理尺寸的限制，静电卡盘8内的加热器无法对晶片靠近其边缘处的温度进行控制(由于晶片5的直径略大于静电卡盘8的外径，加热器无法控制晶片5外围不与静电卡盘8相接触的部分的温度)，从而造成晶片边缘区域和中心区域的温度不均匀，无法满足28-20纳米技术的对晶片边缘区域和中心区域的刻蚀均匀性的要求。
技术实现思路
本专利技术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机构以及半导体加工设备，其可以单独地调节晶片中心区域和边缘区域的温度，从而可以实现对晶片边缘区域和中心区域之间的温度差异进行补偿，进而可以提高工艺均匀性。为实现本专利技术的目的而提供一种静电卡盘机构，包括基座和边缘组件，其中，所述基座包括用于承载晶片的承载面，以及环绕在所述承载面周围、且位于所述晶片边缘处的台阶面，且所述台阶面低于所述承载面；所述边缘组件包括聚焦环、基环和绝缘环，所述聚焦环环绕设置在所述台阶面上；所述基环环绕设置在所述基座的外周壁上；所述绝缘环设置在所述基座底部，并支撑所述基座；所述静电卡盘机构还包括主体静电加热层和边缘静电加热层，其中，所述主体静电加热层设置在所述承载面上，用以静电吸附所述晶片，并调节所述晶片的温度；所述边缘静电加热层设置在所述台阶面上，用以静电吸附所述聚焦环，并调节所述聚焦环的温度。优选的，所述边缘静电加热层包括由下而上依次设置的边缘加热层和边缘绝缘层，其中，所述聚焦环叠置在所述边缘绝缘层上，且在所述边缘绝缘层中设置有第一直流电极，通过向所述第一直流电极通入直流电，而对所述聚焦环产生静电吸附力；所述边缘加热层用于采用热传导的方式加热所述聚焦环。优选的，所述主体静电加热层包括由下而上依次设置的主体加热层和主体绝缘层，其中，所述晶片叠置在所述主体绝缘层上，且在所述主体绝缘层中设置有第二直流电极，通过向所述第二直流电极通入直流电，而对所述晶片产生静电吸附力；所述主体加热层用于采用热传导的方式加热所述晶片。优选的，所述边缘静电加热层包括边缘绝缘层，所述聚焦环叠置在所述边缘绝缘层上，且在所述边缘绝缘层中设置有第一直流电极，通过向所述第一直流电极通入直流电，而对所述聚焦环产生静电吸附力；在所述边缘绝缘层中还设置有第一加热元件，用于采用热传导的方式加热所述聚焦环。优选的，所述主体静电加热层包括主体绝缘层，所述晶片叠置在所述主体绝缘层上，且在所述主体绝缘层中设置有第二直流电极，通过向所述第二直流电极通入直流电，而对所述晶片产生静电吸附力；在所述主体绝缘层中还设置有第二加热元件，用于采用热传导的方式加热所述晶片。优选的，在所述边缘静电加热层中设置有第一通道，用以朝向所述聚焦环与所述边缘静电加热层之间输送热交换气体。优选的，在所述主体静电加热层中设置有第二通道，用以朝向所述晶片与所述主体静电加热层之间输送热交换气体。优选的，所述静电卡盘机构还包括射频源，用于同时向所述晶片和聚焦环提供射频能量。优选的，所述静电卡盘机构还包括主体射频源和边缘射频源，其中，所述主体射频源用于向所述晶片提供射频能量；所述边缘射频源用于向所述聚焦环提供射频能量。优选的，所述静电卡盘机构还包括边缘温度传感器、中心温度传感器和温控单元，其中，所述边缘温度传感器设置在所述基座内，且靠近所述晶片的边缘处，用以检测所述晶片的边缘处温度，并发送至所述温控单元；所述中心温度传感器设置在所述基座内，且靠近所述晶片的中心处，用以检测所述晶片的中心处温度，并发送至所述温控单元；所述温控单元用于根据所述边缘处温度控制所述边缘静电加热层调节所述聚焦环的温度，从而间接调节所述晶片边缘的温度；以及根据所述中心处温度控制所述主体静电加热层调节所述晶片中心的温度。作为另一个技术方案，本专利技术还提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室和设置在其内的静电卡盘机构，所述静电卡盘机构用于承载晶片，以及调节所述晶片的温度，所述静电卡盘机构采用了本专利技术提供的上述静电卡盘机构。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的静电卡盘机构，其通过在基座的承载面上设置主体静电加热层来调节晶片的温度，同时在基座的台阶面上设置边缘静电加热层，来通过调节聚集环的温度间接调节晶片边缘处的温度，可以实现单独地调节晶片中心区域和边缘区域的温度，从而可以实现对晶片边缘区域和中心区域之间的温度差异进行补偿，进而可以提高工艺均匀性。此外，主体静电加热层还可以静电吸附晶片，从而实现对晶片的固定。同时，边缘静电加热层还可以静电吸附聚焦环，从而使聚焦环与边缘静电加热层更贴合，进而可以提高对聚集环的热传递效果。本专利技术提供的半导体加工设备，其通过采用本专利技术提供的上述静电卡盘机构，可以单独地调节晶片中心区域和边缘区域的温度，从而可以实现对晶片边缘区域和中心区域之间的温度差异进行补偿，进而可以提高工艺均匀性。附图说明图1为典型的静电卡盘机构的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的静电卡盘机构的剖视图；以及图3为图2中I区域的放大图。具体实施方式为使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图来对本专利技术提供的静电卡盘机构以及半导体加工设备进行详细描述。图2为本专利技术实施例提供的静电卡盘机构的剖视图。图3为图2中I区域的放大图。请一并参阅图2和图3，静电卡盘机构包括基座11、边缘组件、主体静电加热层17和边缘静电加热层18。其中，基座11包括用于承载晶片14的承载面111，以及环绕在该承载面111周围、且位于晶片14边缘处的台阶面112，且该台阶面112低于承载面111。也就是说，在基座11上表面的中心区域形成有凸台，该凸台的上表面用作承载晶片14的承载面111，而基座11上表面的边缘区域，即环绕在凸台周边的环形表面用作台阶面112。在一般情况下，晶片14的直径略大于承载面111的直径，从而晶片14边缘处的一部分自承载面111的边界伸出，而不与承载面111相接触。边缘组件包括聚焦环12、基环本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静电卡盘机构，包括基座和边缘组件，其中，所述基座包括用于承载晶片的承载面，以及环绕在所述承载面周围、且位于所述晶片边缘处的台阶面，且所述台阶面低于所述承载面；所述边缘组件包括聚焦环、基环和绝缘环，所述聚焦环环绕设置在所述台阶面上；所述基环环绕设置在所述基座的外周壁上；所述绝缘环设置在所述基座底部，并支撑所述基座；其特征在于，所述静电卡盘机构还包括主体静电加热层和边缘静电加热层，其中，所述主体静电加热层设置在所述承载面上，用以静电吸附所述晶片，并调节所述晶片的温度；所述边缘静电加热层设置在所述台阶面上，用以静电吸附所述聚焦环，并调节所述聚焦环的温度。

【技术特征摘要】
1.一种静电卡盘机构，包括基座和边缘组件，其中，所述基座包括用于承载晶片的承载面，以及环绕在所述承载面周围、且位于所述晶片边缘处的台阶面，且所述台阶面低于所述承载面；所述边缘组件包括聚焦环、基环和绝缘环，所述聚焦环环绕设置在所述台阶面上；所述基环环绕设置在所述基座的外周壁上；所述绝缘环设置在所述基座底部，并支撑所述基座；其特征在于，所述静电卡盘机构还包括主体静电加热层和边缘静电加热层，其中，所述主体静电加热层设置在所述承载面上，用以静电吸附所述晶片，并调节所述晶片的温度；所述边缘静电加热层设置在所述台阶面上，用以静电吸附所述聚焦环，并调节所述聚焦环的温度。2.根据权利要求1所述的静电卡盘机构，其特征在于，所述边缘静电加热层包括由下而上依次设置的边缘加热层和边缘绝缘层，其中，所述聚焦环叠置在所述边缘绝缘层上，且在所述边缘绝缘层中设置有第一直流电极，通过向所述第一直流电极通入直流电，而对所述聚焦环产生静电吸附力；所述边缘加热层用于采用热传导的方式加热所述聚焦环。3.根据权利要求1所述的静电卡盘机构，其特征在于，所述主体静电加热层包括由下而上依次设置的主体加热层和主体绝缘层，其中，所述晶片叠置在所述主体绝缘层上，且在所述主体绝缘层中设置有第二直流电极，通过向所述第二直流电极通入直流电，而对所述晶片产生静电吸附力；所述主体加热层用于采用热传导的方式加热所述晶片。4.根据权利要求1所述的静电卡盘机构，其特征在于，所述边缘静电加热层包括边缘绝缘层，所述聚焦环叠置在所述边缘绝缘层上，且在所述边缘绝缘层中设置有第一直流电极，通过向所述第一直流电极通入直流电，而对所述聚焦环产生静电吸附力；在所述边缘绝缘层中还设置有第一加热元件，用于采用热传导的方式加热所述聚焦环。5.根据权利要求1所述的静电卡盘机构，其特征在于，所述主体静电加热层包括主体绝缘层，所述晶片叠置在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭宇霖，
申请(专利权)人：北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11