静电卡盘及半导体工艺设备的制作方法

[0001]
本申请涉及半导体加工技术领域，具体而言，本申请涉及一种静电卡盘及半导体工艺设备。


背景技术：

[0002]
目前，半导体工艺设备的下电极结构一般包括静电卡盘、射频系统及直流供电系统。静电卡盘(electrostatic chuck,esc)包括自上至下依次设置的陶瓷层、加热层及基座层，陶瓷层内部有吸附电极用于吸附待加工工件，加热层内部含有加热丝用于对待加工工件进行加热。
[0003]
现有技术中吸附电极一般为双极，即直流正极及直流负极均位于陶瓷层中，通过线缆连接到直流供电系统，可提供直流电压输出以实现对待加工工件的吸附。射频系统通过线缆或者铜柱与基座层相连，通过基座层将射频能量进行馈入。静电卡盘的各层之间一般通过胶粘的方式进行连接，射频系统馈入到基座层中，基座与静电卡盘上表面的待加工工件之间相当于多个电容的串联，由于陶瓷层、加热层及基座加工存在一定公差，在多层结构进行粘接过程中，胶层厚度无法做到绝对一致，因此会导致电容的差异，使得到达待加工工件处的射频能量不同，从而影响工艺结果的一致性。


技术实现要素：

[0004]
本申请针对现有方式的缺点，提出一种静电卡盘及半导体工艺设备，用以解决现有技术存在由于静电卡盘上的射频能量不同导致工艺结果不一致的技术问题。
[0005]
第一个方面，本申请实施例提供了一种静电卡盘，用于设置在半导体工艺设备的工艺腔室内，所述静电卡盘包括用于承载并吸附待加工工件的绝缘层和设置于所述绝缘层内的电极组件，所述电极组件用于与一直流电源和射频电源电连接，通过控制所述直流电源将所述待加工工件吸附于所述绝缘层上，并通过所述射频电源向所述电极组件馈入射频，以使得到达所述绝缘层的射频能量相同。
[0006]
于本申请的一实施例中，所述电极组件包括吸附电极，所述吸附电极包括间隔设置的第一电极及第二电极；所述第一电极和所述第二电极用于分别经过滤波器与所述直流电源的正极和负极连接，且所述第一电极和所述第二电极均用于经过电容器与所述射频电源连接。
[0007]
于本申请的一实施例中，所述电极组件还包括分配电极，所述吸附电极通过所述分配电极连接所述直流电源和所述射频电源；所述分配电极包括第一分配电极和第二分配电极，所述第一分配电极和所述第一电极连接，所述第二分配电极和所述第二电极连接；所述第一分配电极和所述第二分配电极还用于通过所述滤波器分别与所述直流电源的正极和负极连接，且所述第一分配电极和所述第二分配电极均用于经过所述电容器与所述射频电源连接。
[0008]
于本申请的一实施例中，所述第一电极的数量为多个，多个所述第一电极位于同
一平面，所述第一分配电极同时与多个所述第一电极连接。
[0009]
于本申请的一实施例中，多个所述第一电极环绕所述第二电极设置，多个所述第一电极的面积均与所述第二电极的面积相同。
[0010]
于本申请的一实施例中，多个所述第一电极围成环状；所述第二电极为圆盘状，所述第二电极的中心与多个所述第一电极围成的环状的中心重合。
[0011]
于本申请的一实施例中，所述第一分配电极包括多个第一连接点及一个第二连接点，多个所述第一连接点均与一个所述第二连接点连接，并且多个所述第一连接点分别与多个所述第一电极的中心区域连接，所述第二连接点用于与所述射频电源连接；所述第二分配电极包括第三连接点及第四连接点，所述第三连接点与所述第二电极的中心区域连接，所述第四连接点用于与所述射频电源连接。
[0012]
于本申请的一实施例中，多个所述第一连接点与所述第二连接点之间均具有相同的第一距离；所述第三连接点与所述第四连接点之间的具有第二距离，所述第二距离与第一距离相同。
[0013]
于本申请的一实施例中，所述第一分配电极为多个电极条形成圆形辐射结构，多个所述第一连接点位于所述第一分配电极的外缘，所述第二连接点位于所述第一分配电极的中部位置。
[0014]
于本申请的一实施例中，所述第二分配电极为电极条形成的圆弧形结构，所述第三连接点及所述第四连接点分别位于所述第二分配电极的两端。
[0015]
第二个方面，本申请实施例提供了一种半导体工艺设备，包括工艺腔室、直流电源、射频电源及设置于所述工艺腔室内的如第一个方面提供的静电卡盘，所述直流电源和所述射频电源均与所述静电卡盘电连接。
[0016]
本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：
[0017]
本申请实施例通过将射频电源与电极组件连接，并且通过电极组件向静电卡盘内馈入射频能量，由于射频电源直接将射频馈入到电极组件，避免了静电卡盘的多层结构之间电容差异对射频能量的影响，使得到达绝缘层的射频能量相同，从而大幅提高了待加工工件工艺结果的一致性，进而提高了待加工工件成品率以及提高经济效益。
[0018]
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
[0019]
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0020]
图1为本申请实施例提供的一种静电卡盘的示意图；
[0021]
图2为本申请实施例提供的一种吸附电极的结构示意图；
[0022]
图3为本申请实施例提供的一种第一分配电极的结构示意图；
[0023]
图4为本申请实施例提供的一种第二分配电极的结构示意图；
[0024]
图5为本申请实施例提供的一种分配电极与陶瓷层配合的结构示意图；
[0025]
图6为本申请实施例提供的另一种分配电极与陶瓷层配合的结构示意图。
具体实施方式
[0026]
下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
[0027]
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0028]
下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。
[0029]
本申请实施例提供了一种静电卡盘，用于设置在半导体工艺设备的工艺腔室内，该静电卡盘的结构示意图如图1所示，静电卡盘1包括有用于承载并吸附待加工工件(图中未示出)的绝缘层11和设置于绝缘层11内的电极组件2，电极组件2用于与一直流电源30和射频电源31电连接，通过控制直流电源30以将待加工工件吸附于绝缘层11上并通过射频电源31向电极组件2馈入射频，以使得到达绝缘层11的射频能量相同。
[0030]
如图1所示，静电卡盘1可以包括自上至下的绝缘层11、加热层12及基座层13，静电卡盘1通过基座层13设置于工艺腔室(图中未示出)内，绝缘层11的顶面用于承载并吸附待加工工件，该待加工工件例如可以是晶圆，而绝缘层具体可以采用陶瓷材质制成，便是本申请实施例并不以此为限。加热层12用于对待加工工件进行加热。电极组件2例如设置于绝缘层11内，并且靠近绝缘层11的顶面设置，电极组件2采用线缆21与直流电源30及射频电源31电连接，直流电源30向电极组件2施加电压以将待加工工件吸附于绝缘层11的顶面上；或者电极组件2具体为两个，两个电极组件2分别与直流电源30及射频电源31电连接，即一个电极组件2用于单独和直流电源30连接来施加电压，另一个电极组件2用于单独和射频电源31连接来馈入射频，以避免直流电源30与射频电源31之间相互影响，但是本申请实施例并不以此为限。射频电源31可以设置于工艺腔室的外侧，射频电源31可以与电极组件2的线缆21连接，射频电源31通过向电极组件2馈入射频，以使得到达绝缘层的射频能量相同，从而确保待加工工件工艺结果一致。
[0031]
本申请实施例通过将射频电源与电极组件连接，并且通过电极组件向静电卡盘内馈入射频能量，由于射频电源直接将射频馈入到电极组件，避免了静电卡盘的多层结构之间电容差异对射频能量的影响，使得到达绝缘层的射频能量相同，从而大幅提高了待加工工件工艺结果的一致性，进而提高了待加工工件成品率以及提高经济效益。
[0032]
于本申请的一实施例中，如图1及图2所示，电极组件2包括吸附电极4，吸附电极4包括间隔设置的第一电极41及第二电极42；第一电极41和第二电极42用于分别经过滤波器33与直流电源30的正极和负极连接，且第一电极41和第二电极42均用于经过电容器32与射频电源31连接。具体来说，第一电极41具体可以通过电缆21与直流电源30的正极连接，而第二电极42则具体可以通过电缆21与直流电源30的负极连接。第一电极41及第二电极42配合的具体结构具体可参照图2所示，图1中仅为第一电极41及第二电极42通过分配电极5与直
流电流31及射频电源32连接的示意图。滤波器33与电极组件2的线缆21连接，并且靠近直流电源20设置，以避免射频电源31影响直流电源30正常工作，从而避免对电极组件2造成影响。采用上述设计，不仅使得本申请实施例结构简单，而且能有效降低应用及维护成本。射频电源31可以通过两个电容器32与两条线缆21连接，以避免直流电源30的正负极之间短路。该电容器32具有隔直流通交流的特性，需能承受直流电源30的吸附电压以及射频电源31的射频电压和射频电流，工艺过程中吸附电压为
±
2000v(伏特)，射频电流一般为1-2a(安培)，因此该电容器需满足耐压2000v以上及耐电流2a以上，但是本申请实施例并不以此为限。
[0033]
于本申请的一实施例中，如图1至图4所示，电极组件2还包括分配电极5，吸附电极4通过分配电极5连接直流电源30和射频电源31；分配电极5包括第一分配电极51及第二分配电极52，第一分配电极51分别与多个第一电极41连接，第二分配电极52与第二电极42连接；第一分配电极51和第二分配电极52还用于经过滤波器33分别与直流电源30的正极和负极连接，且第一分配电极51和第二分配电极52均用于经过电容器32与射频电源31连接。
[0034]
如图1至4所示，第一分配电极51设置于第一电极41及射频电源31之间，并且第一分配电极51经过电容器32与射频电源31连接，用于将射频分配给多个第一电极41；第二分配电极52设置于第二电极42及射频电源31之间，并且第二分配电极52经过电容器32与射频电源31连接，以用于将射频分配给第二电极42。进一步的，第一分配电极51与直流电源30的正极连接，而第二分配电极则与直流电源30的负极连接，以使得第一电极41及第二电极42施加的电压类型不同。此时第一分配电极51及第二分配电极52配合以分别向第一电极41及第二电极42馈入射频，从而使得绝缘层1获得较佳吸附效果的同时，结构较为简单易于实现，并且避免第一电极41与第二电极42之间存在有电磁干涉。
[0035]
需要说明的是，本申请实施例并不限第一电极41及第二电极42施加的电压类型，例如两者施加的电压类型可以互换。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
[0036]
于本申请的一实施例中，如图1至图6所示，第一电极的数量为多个，多个第一电极位于同一平面，第一分配电极同时与多个第一电极连接。
[0037]
如图1至图6所示，多个第一电极41为同层设置，即多个第一电极41位于绝缘层11内的同一水平面设置，以用于均匀吸附待加工工件。第一电极41为形成于绝缘层11内的电极片，例如可以采用钨或铂制成，但是本申请实施例并不以此为限。第一分配电极51同样设置于绝缘层11内，并且位于第一电极41的下方。第一分配电极51分别与多个第一电极41，用于将射频电源3的射频能量均匀的分配至多个第一电极41上。采用上述设计，通过将第一电极41设计为多个，使得各第一电极41上的馈入点到边缘的距离缩小，从而使得本申请实施不仅适用低频射频信号，并且还适用于高频射频信号。
[0038]
进一步的，当前采用的射频信号一般为连续的正弦波，低频射频信号的频率为2khz(千赫兹)或者13.56mhz(兆赫兹)等。射频信号的波长公式为λ＝c/f，其中c为光速并且采用一定值，f为频率，当频率增加时则波长对应减小。对于低频射频信号来说，由于其波长较长，吸附电极4的各电极馈入点距离边缘的最远距离远小于待加工工件的直径，因此波形在吸附电极4的各电极上不会发散，使得本申请实施例适用于低频射频信号，例如对于常用的13.56mhz的低频射频信号，其波长为22m(米)，待加工工件直径为300mm(毫米)，由于吸附
电极4的各电极几何中心距离边缘的最远距离远小于待加工工件直径，因此波形在吸附电极4的各电极上不会发散。另外，随着半导体工艺的发展，要求提高射频信号的频率以减小等离子体的刻蚀损伤，而高频射频信号的频率一般为50-100mhz左右，射频周期一般为10-20ns(纳秒)，当射频周期为10ns时，频率为108hz-100mhz，其波长为3m。由于高频射频信号的波长较短，因此需要将吸附电极4分为多个电极，从而使得吸附电极4的各电极的几何中心距离边缘距离最远距离尽量缩小，以避免波形过度发散，从而保证波形一致。
[0039]
于本申请的一实施例中，如图2所示，多个第一电极41环绕第二电极42设置，多个第一电极41的面积均与第二电极42的面积相同。可选地，多个第一电极围成环状；第二电极为圆盘状，第二电极的中心与多个第一电极围成的环状的中心重合。
[0040]
如图2所示，多个第一电极41具体为八个，并且多个第一电极41呈环状分布于第二电极42的外周，而第二电极42的形状则为圆盘状，并且第一电极41的面积与第二电极42的面积相同，并且第二电极42的中心与多个第一电极41围成的环状的中心重合，即第二电极42与多个第一电极41围成的环状同心设置。进一步的，多个第一电极41之间相互不导通，并且任意两个相邻的第一电极41之间具有一间隙，该间隙可以设置为0.1-1mm。第一电极41与第二电极42之间同样不导通，并且第一电极41与第二电极42之间具有一间隙，该间隙需满足直流电源30正负极之间的耐电压要求，该间隙可以设置为0.1-3mm。采用上述设计，使得本申请实施例的结构简单易于制造，从而大幅降低加工制造成本。在实际应用时，可以对第一电极41施加负电压，对第二电极42施加正电压，不仅可以避免对工艺腔室内的等离子体造成影响，并且还可以避免由于静电卡盘1与待加工工件发生粘连导致损坏待加工工件的现象，从而大幅提高工艺结果的均匀性及成品率。
[0041]
需要说明的是，本申请实施例并限定第一电极41及第二电极42的具体数量及排布方式，例如第一电极41及第二电极42均可以为多个。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
[0042]
于本申请的一实施例中，如图2至图4所示，第一分配电极51包括多个第一连接点511及一个第二连接点512，多个第一连接点511均与一个第二连接点512连接，并且多个第一连接点511分别与多个第一电极41的中心区域连接，第二连接点512用于与射频电源31连接；第二分配电极52包括第三连接点521及第四连接点522，第三连接点521与第二电极42的中心区域连接，第四连接点522用于与射频电源31连接。
[0043]
如图2至图4所示，第一分配电极51包括多个第一连接点511及一个第二连接点512。第一连接点511的具体数量为八个，分别与八个第一电极41的中心区域连接，即第一连接点511与第一电极41的几何形状的中心点连接，以使得第一电极41上的馈入点到边缘的距离相同。多个第一连接点511均与第二连接点512连接，第二连接点512与射频电源31连接，以实现对于多个第一电极41的射频分配。第二分配电极52包括第三连接点521及第四连接点522，第三连接点521与第二电极42的中心区域连接，即第三连接点521与第二电极42的几何形状的中心点连接，由于第二电极42为圆形结构，因此第三连接点521可以与第二电极42的圆心连接，以使得第二电极42上的馈入点到边缘的距离相同。第三连接点521与第四连接点522连接，第四连接点522与射频电源31连接，以实现对于第二电极42的射频分配。采用上述设计，分配电极5仅采用第二连接点512及第四连接点522即可实现对多个第一电极41及一个第二电极42进行射频分配，使得本申请实施例结构简单且易于实现。
[0044]
需要说明的是，本申请实施例并不限定第一连接点511及第三连接点521的具体数量，只要第一连接点511的数量与第一电极41的数量对应设置即可，以及第三连接点521的数量与第二电极42的数量对应设置。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
[0045]
于本申请的一实施例中，如图2至图4所示，多个第一连接点511与第二连接点512之间均具有相同的第一距离；第三连接点521与第四连接点522之间的具有第二距离，第二距离与第一距离相同。具体来说，多个第一连接点511与第二连接点512之间均具有第一距离，多个第一连接点511到第二连接点512的距离为等间距设置。第三连接点521与第四连接点522之间具有第二距离，第二距离等于第一距离，即第三连接点521至第四连接点522之间的距离等于第一连接点511到第二连接点512的之间距离。采用上述设计，使得射频电源31在分配电极5上的总馈入点为固定设置，并且该总馈入点到达多个第一电极41及一个第二电极42上的馈入点距离相同，以保证吸附电极4的各电极射频相位同步，使得本申请实施例在应用高频射频信号时在吸附电极4上形成的波形一致，从而避免影响待加工工件的工艺结果。
[0046]
于本申请的一实施例中，如图3所示，第一分配电极51为多个电极条形成圆形辐射结构，多个第一连接点511位于第一分配电极51的外缘，第二连接点512位于第一分配电极51的中部位置。具体来说，第一分配电极51形成于绝缘层11内，并且在由八个电极条组成的圆形辐射结构，即八个电极条一端汇聚以形成第二连接点512，另一端均呈圆形辐射状以形成八个第一连接点511。采用上述设计，由于第一分配电极51呈圆形辐射结构，并且相对于绝缘层11的轴心居中设置，使得其本身对于绝缘层11影响一致性较佳，从而避免对待加工工件的工艺结果造成不良影响。需要说明的是，本申请实施例并不限定第一分配电极51的具体结构，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
[0047]
于本申请的一实施例中，如图4所示，第二分配电极52为电极条形成的圆弧形结构，第三连接点521及第四连接点522分别位于第二分配电极52的两端。具体来说，第二分配电极52形成于绝缘层11内，并且第二分配电极52可以采用一个电极条形成的圆弧形结构，第三连接点521及第四连接点522分别位于第二分配电极52的两端。采用上述设计，由于第二分配电极52采用圆弧结构，并且相对于绝缘层11的轴心居中设置，使得其本身对于绝缘层11影响一致性较佳，从而避免对待加工工件的工艺结果造成不良影响。需要说明的是，本申请实施例并不限定第二分配电极52的具体结构，例如第二分配电极52还可以采用其它曲线形状。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
[0048]
于本申请的一实施例中，如图5及图6所示，第一分配电极51及第二分配电极52为同层设置或者异层设置。具体来说，当绝缘层11厚度限制时，第一分配电极51及第二分配电极52可以设置于同一层，即两者在绝缘层11内位于同一水平面上，并且位于吸附电极4的底部，具体参考如图5所示，第一分配电极51与和第二分配电极52间隔设置于绝缘层11内，并且两者之间具有0.1-3mm的间隙，以保证耐电压要求。采用上述设计，能大幅节省绝缘层11的厚度，从而降低空间占用。具体实施过程中，第一分配电极51和第一电极41相平行设置，在两者垂直方向连接，可缩短两者连接的距离，第二分配电极52和第二电极42同样平行设置，且两者在垂直方向连接。第一分配电极51和第二分配电极52同层设置时，第一分配电极
51的第二连接点512可能位于第二电极42的中心的正下方，为了保证在垂直方向上连接，第二分配电极52的第三连接点521可适应性的垂直连接至接近圆心的区域，不影响射频馈入的均匀性，并可避免第一分配电51极和第二分配电极52发生干涉。
[0049]
当绝缘层11厚度不受限制时，第一电极41及第二电极42可以采用异层设置，即两者在绝缘层11内分别位于两个水平面上，具体参照如图6所示，第一分配电极51及第二分配电极52依次设置于吸附电极4的底部。由于绝缘层11厚度较小，即使异层设计，第一电极41及第二电极42与各自馈入点的距离也相差不大，不影响射频馈入的均匀性。采用上述设计，由于第一分配电极51与第二分配电极52相互独立设计，使得本申请实施例结构简单易用，从而大幅降低设计制造成本。具体实施过程中，可将第二分配电极52置于第一分配电极51上方，以使第三连接点521位于第二连接点512的上方，进而可以保证第三连接点521垂直连接至第二电极42的中心位置处，提升射频馈入的均匀性。
[0050]
基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种半导体工艺设备，包括工艺腔室、直流电源、射频电源及设置于工艺腔室内的如上述各实施例提供的静电卡盘，直流电源和射频电源均与静电卡盘电连接。
[0051]
应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：
[0052]
本申请实施例通过将射频电源与电极组件连接，并且通过电极组件向静电卡盘内馈入射频能量，由于射频电源直接将射频馈入到电极组件，避免了静电卡盘的多层结构之间电容差异对射频能量的影响，使得到达绝缘层的射频能量相同，从而大幅提高了待加工工件工艺结果的一致性，进而提高了待加工工件成品率以及提高经济效益。
[0053]
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
[0054]
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0055]
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0056]
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0057]
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0058]
以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。