静电卡盘及半导体加工设备制造技术

本发明专利技术提供一种静电卡盘及半导体加工设备，该静电卡盘中，气道结构包括环形气道、主气道组和次气道组，其中，环形气道位于靠近卡盘本体的上表面的边缘处，用以在其内侧限定形成热交换区域；主气道组环绕在中心进气孔周围，次气道组环绕在主气道组周围；主气道组分别与中心进气孔和次气道组相连通，且设置为能够提高将中心进气孔流出的背吹气体输送至次气道组的速度；次气道组分别与主气道组和环形气道相连通，且设置为能够使背吹气体在热交换区域的不同位置处分布均匀。本发明专利技术提供的静电卡盘及半导体加工设备，其可以在保证背吹气压达到稳定性和均匀性要求的前提下，有效缩短背吹气体的通气时间，从而可以提高设备产能。从而可以提高设备产能。从而可以提高设备产能。

【技术实现步骤摘要】
静电卡盘及半导体加工设备


[0001]本专利技术涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种静电卡盘及半导体加工设备。

技术介绍

[0002]静电卡盘(Electrostatic Chuck，简称ESC)用于采用静电吸附的方式承载晶圆，避免晶圆在工艺过程中出现移动或错位。在工艺过程中，还需要向静电卡盘与晶圆之间的间隙通入一定压力的背吹气体，用于提高静电卡盘对晶圆的传热能力，避免真空绝热，从而可以提高静电卡盘对晶圆温度的控制能力；此外，静电卡盘还可以为晶圆提供射频偏压。
[0003]静电卡盘通常被放置于真空腔室，以物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，简称PVD)设备为例，当晶圆被传送至PVD设备的真空腔室中并被放置于静电卡盘上时，真空腔室处于本底真空状态(本底真空度通常在10
‑8Torr或10
‑9Torr量级)。此时，晶圆与静电卡盘之间处于真空绝热的状态，静电卡盘无法实现对晶圆的控温，需要向二者之间的间隙通入背吹气体并保持一定气压(例如1
‑
20Torr)，背吹气体能够在静电卡盘与晶圆之间进行热传递，以实现静电卡盘的控温能力。
[0004]静电卡盘可分为库仑型和迥斯热背型(Johnsen
‑
Rahbek effect，简称J
‑
R型)两类，库仑型静电卡盘的工作原理是利用在电极与晶圆之间产生的静电引力对晶圆产生吸附作用，而J
‑
R型静电卡盘的工作原理是利用在静电卡盘的上表面与晶圆之间产生的静电引力对晶圆产生吸附作用。为了提高热传递效率，通常在静电卡盘的上表面上设置气道，有助于背吹气体通过气道扩散至晶圆的不同位置处，但是，由于上述库仑型静电卡盘中的电极距离晶圆较近，导致电极上方的介电层的厚度较薄，无法设置上述气道，而J
‑
R型静电卡盘中的电极距离晶圆较远，电极上方的介电层较厚，可以制作气道。
[0005]但是，对于J
‑
R型静电卡盘，现有的气道结构需要通入背吹气体较长时间(100s以上)，才能使背吹气压的稳定性和均匀性达到工艺要求，才能开始进行PVD工艺，而PVD工艺的时间一般仅在20
‑
100s范围内，导致设备产能较低，无法应用于工业生产。

技术实现思路

[0006]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及半导体加工设备，其可以在保证背吹气压达到稳定性和均匀性要求的前提下，有效缩短背吹气体的通气时间，从而可以提高设备产能。
[0007]为实现本专利技术的目的而提供一种静电卡盘，应用于半导体加工设备中，包括卡盘本体，所述卡盘本体的上表面设置有凸点结构、中心进气孔和气道结构，其中，所述凸点结构位于所述卡盘本体的上表面的非气道区域中，用于承载晶圆，且所述凸点结构的承载面与所述卡盘本体的上表面之间具有预设间距；
[0008]所述气道结构包括环形气道、主气道组和次气道组，其中，所述环形气道位于所述卡盘本体的上表面的边缘处，用以在其内侧限定形成热交换区域；所述主气道组和次气道组均分布在所述热交换区域中，且所述主气道组环绕在所述中心进气孔周围，所述次气道
组环绕在所述主气道组周围；
[0009]所述主气道组分别与所述中心进气孔和所述次气道组相连通，且设置为能够提高将所述中心进气孔流出的背吹气体输送至所述次气道组的速度；
[0010]所述次气道组分别与所述主气道组和所述环形气道相连通，且设置为能够使所述背吹气体在所述热交换区域的不同位置处分布均匀。
[0011]可选的，所述主气道组在所述卡盘本体的上表面上的正投影面积相对于所述卡盘本体的上表面的指定区域面积的占比小于等于50％，所述指定区域面积为以所述上表面的中心为圆心，直径为指定直径的圆面积。
[0012]可选的，所述指定直径为50mm。
[0013]可选的，所述主气道组包括围绕所述中心进气孔的周向均匀分布的多条主气道，每条所述主气道均沿所述中心进气孔的径向设置，并且，每条所述主气道的进气端均与所述中心进气孔相连通，每条所述主气道的出气端均与所述次气道组相连通。
[0014]可选的，所述主气道的宽度为大于等于0.5mm，且小于等于3mm；所述主气道的深度为大于等于0.1mm，且小于等于0.4mm；所述主气道的数量为大于等于9条，且小于等于20条。
[0015]可选的，所述次气道组包括一级子气道组，所述子气道组包括多条次气道，每条所述主气道的出气端均与至少一条所述次气道的进气端相连通，且与同一所述主气道相连通的多条所述次气道自该主气道的出气端向远离所述中心进气孔的不同方向延伸；或者，
[0016]所述次气道组包括沿远离所述中心进气孔的方向依次环绕的多级子气道组，每级所述子气道组均包括多条次气道，每条所述主气道的出气端均和与之相邻的一级所述子气道组中的至少一条所述次气道的进气端相连通，且与同一所述主气道相连通的多条所述次气道自该主气道的出气端向远离所述中心进气孔的不同方向延伸；上游一级的每条次气道的出气端均和与之相邻的下游一级的至少一条次气道的进气端相连通，且与上游一级的同一次气道相连通的下游一级的多条次气道自该上游一级的次气道的出气端向远离所述中心进气孔的不同方向延伸。
[0017]可选的，所述次气道的宽度为大于等于0.5mm，且小于等于3mm；所述次气道的深度为大于等于0.1mm，且小于等于0.4mm；所述次气道的数量为大于等于9条，且小于等于100条。
[0018]可选的，所述次气道组包括两级所述子气道组，分别为第一级气道组和第二级气道组，其中，所述第一级气道组包括多条第一次气道，每条所述主气道的出气端均和其中三条所述第一次气道的进气端相连通，且与同一所述主气道相连通的三条所述第一次气道中，中间的所述第一次气道与该条主气道同轴，两侧的两个所述第一次气道相对于中间的所述第一次气道对称分布；并且，与不同的所述主气道相连通，且相邻的任意两条所述第一次气道的出气端汇聚成第一公共出气端；
[0019]所述第二级气道组包括多条第二次气道，与同一所述主气道相连通的三条所述第一次气道中，中间的所述第一次气道的出气端和其中两条所述第二次气道的进气端相连通，每个所述第一公共出气端均和其中两条所述第二次气道的进气端相连通；并且，任意两条相邻的与所述第一次气道的出气端连通的所述第二次气道和与所述第一公共出气端连通的所述第二次气道的出气端汇聚成第二公共出气端，所述第二公共出气端均与所述环形气道相连通。
[0020]可选的，所述次气道组还包括多条过渡气道，各条所述过渡气道的进气端一一对应地与各个所述第二公共出气端相连通，各条所述过渡气道的出气端均与所述环形气道相连通。
[0021]可选的，所述环形气道的环形中心线的直径为大于等于270mm，且小于等于290mm；所述环形气道的径向宽度为大于等于0.5mm，且小于等于3mm；所述环形气道的深度为大于等于0.1mm，且小于等于0.4mm。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种静电卡盘，应用于半导体加工设备中，包括卡盘本体，其特征在于，所述卡盘本体的上表面设置有凸点结构、中心进气孔和气道结构，其中，所述凸点结构位于所述卡盘本体的上表面的非气道区域中，用于承载晶圆，且所述凸点结构的承载面与所述卡盘本体的上表面之间具有预设间距；所述气道结构包括环形气道、主气道组和次气道组，其中，所述环形气道位于所述卡盘本体的上表面的边缘处，用以在其内侧限定形成热交换区域；所述主气道组和次气道组均分布在所述热交换区域中，且所述主气道组环绕在所述中心进气孔周围，所述次气道组环绕在所述主气道组周围；所述主气道组分别与所述中心进气孔和所述次气道组相连通，且设置为能够提高将所述中心进气孔流出的背吹气体输送至所述次气道组的速度；所述次气道组分别与所述主气道组和所述环形气道相连通，且设置为能够使所述背吹气体在所述热交换区域的不同位置处分布均匀。2.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述主气道组在所述卡盘本体的上表面上的正投影面积相对于所述卡盘本体的上表面的指定区域面积的占比小于等于50％，所述指定区域面积为以所述上表面的中心为圆心，直径为指定直径的圆面积。3.根据权利要求2所述的静电卡盘，其特征在于，所述指定直径为50mm。4.根据权利要求1
‑
3任意一项所述的静电卡盘，其特征在于，所述主气道组包括围绕所述中心进气孔的周向均匀分布的多条主气道，每条所述主气道均沿所述中心进气孔的径向设置，并且，每条所述主气道的进气端均与所述中心进气孔相连通，每条所述主气道的出气端均与所述次气道组相连通。5.根据权利要求4所述的静电卡盘，其特征在于，所述主气道的宽度为大于等于0.5mm，且小于等于3mm；所述主气道的深度为大于等于0.1mm，且小于等于0.4mm；所述主气道的数量为大于等于9条，且小于等于20条。6.根据权利要求4所述的静电卡盘，其特征在于，所述次气道组包括一级子气道组，所述子气道组包括多条次气道，每条所述主气道的出气端均与至少一条所述次气道的进气端相连通，且与同一所述主气道相连通的多条所述次气道自该主气道的出气端向远离所述中心进气孔的不同方向延伸；或者，所述次气道组包括沿远离所述中心进气孔的方向依次环绕的多级子气道组，每级所述子气道组均包括多条次气道，每条所述主气道的出气端均和与之相邻的一级所述子气道组中的至少一条所述次气道的进气端相连通，且与同一所述主气道相连通的多条所述次气道自该主气道的出气端向远离所述中心进气孔的不同方向延伸；上游一级的每条次气道的出气端均和与之相邻的下游一级的至少一条次气道的进气端相连...

【专利技术属性】
技术研发人员：史全宇，叶华，于斌，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：