专利名称：静电卡盘的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及卡盘，尤其涉及一种静电卡盘。
背景技术：
在半导体制造过程中，为固定和支撑晶圆，避免在处理过程中出现晶圆
移动或者错位现象，在本领域中，常常使用静电卡盘(Electrostatic Chuck, ESC)来实现上述目的。
由于静电卡盘采用静电吸引力来固定晶圆，相比之前采用的机械式卡盘 和真空吸盘，具有很多优势。静电卡盘减少了机械卡盘由于压力、碰撞等原 因造成的晶圆破损，增大了晶圓可被有效加工的面积，减少了晶圆表面腐蚀 物颗粒的沉积，使晶圓与卡盘可以更好地进行热传导。与真空吸盘相比，静 电卡盘可以在真空环境下工作，因而增加了适用范围。
静电卡盘一般由绝缘层和基座所组成。其中，绝缘层一般采用陶资材料 来制造。陶瓷层和基座之间采用粘接剂来粘接。绝缘层的作用是用来支撑晶 圆。因为静电卡盘是利用晶圓和电极之间产生的库仑力或是利用晶圆和电极 之间产生的约翰逊-拉别克(Johnsen-Rahbek， J-R)效应来达到固定晶圆的目 的，因此，在绝缘层之下的导电平面内还埋藏有电极，用于产生静电吸附力。 基座则用来支撑绝缘层，并引入冷井或热源，用来控制晶圆的温度。
随着半导体器件集成度的提高，为实现半导体器件稳定性的要求，需要
不断提高单位时间内的晶圆处理数量和芯片良率。为此，在半导体制造过程 中，需要加快晶圆的升降温的速度，用以提高晶圆的温度均匀性。具体地说，在半导体制造过程的许多工艺中，晶圓都要不断受到等离子 体的轰击，因而温度不断提高，从而需要降低晶圓的温度，并保证温度的均 匀性。为此，现有技术中，在与晶圆接触的绝缘层陶乾面上，设计有凹槽状 的气体通路，通入氦等惰性气体，用来提高晶圆和静电卡盘之间的热传导，
进而达到冷却晶圆的目的。例如，美国专利第6960743号公开了一种静电卡盘。 其中，绝缘层被设计成包含多个用于支撑晶圆的圆形凸台的结构。而在圆形 凸台之间，形成了可以供气体流动的气体通路。
这种圆形凸台在静电卡盘上的布置数量较少，从而导致静电卡盘的控温 能力有限。而圆形凸台间的气体通路有宽有窄，使得晶圆的温度均一性下降。 因而业界存在进一步改进静电卡盘的需求。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是如何提高静电卡盘的控温能力。
为解决上述问题，根据本实用新型的一个方面，提供一种静电卡盘，包 括多个用于承载晶圆的凸台和控温气体入口 ，所述凸台承载面的形状为多边 形，所述控温气体入口与凸台之间形成的控温气体通道连通。
可选地，所述的多边形为正多边形。
可选地，所述凸台的间距相同。
可选地，所述的多边形为正六边形或正八边形。
可选地，所述凸台承载面的形状包括两种以上的正多边形。
可选地，所述凸台在轴向上的高度为10jam至200^im。
可选地，还包括密封圈，所述密封圈部分或全部包围所述凸台。
可选地，在所述静电卡盘设有凸台的表面上还设有控温气体分布槽，所 述控温气体分布槽与所述控温气体入口连通。可选地，所述控温气体分布槽的宽度为0.4mm至2mm，控温气体分布槽 的深度为0.1mm至0.5mm。
根据本实用新型的另一方面，提供一种静电卡盘，包括多个用于承载晶 圆的凸台，所述凸台承载面的形状包括多边形和圓形，或者包括多边形和椭 圆形，或者包括多边形、圆形和椭圓形，所述凸台承载面的边界与相邻凸台 的边界相匹配且凸台之间形成宽度相同的通道，所述控温气体入口与凸台之 间形成的控温气体通道连通。
可选地，所述的多边形为正多边形。
可选地，所述的多边形为正六边形或正八边形。
可选地，所述凸台承载面的形状包括两种以上的正多边形。
可选地，所述凸台在轴向上的高度为10jim至200iLim。
可选地，还包括密封圈，所述密封圏部分或全部包围所述凸台。
可选地，在所述静电卡盘设有凸台的表面上还设有控温气体分布槽，所 述控温气体分布槽与所述控温气体入口连通。
可选地，所述控温气体分布槽的宽度为0,4mm至2mm,控温气体分布槽 的深度为O.lmm至0.5mm。
与现有技术相比，本实用新型将用于承载晶圆的凸台在径向平面上的形 状设置成多边形，使得静电卡盘上可以布置的凸台数量与现有技术采用圆形 凸台所能布置的凸台数量相比有所增加，因而可以提高静电卡盘的控温能力。
另外，将各个凸台的间距设置为相同宽度，使得传热气体的流动通道均 一，从而可以提高晶圆温度的均一性。
由于圆形凸台的制it难^4交4氐，因此，在本实用新型的另一方面中，将多边 形和圓形的凸台混合没置，既能提供静电卡盘的控温能力，又可以降低制造难度。
图1为本实用新型一个实施例中静电卡盘的结构示意图； 图2为图1所示的实施例中凸台的结构示意图； 图3为控温气体与晶圓间传热示意图； 图4为现有技术中凸台阵列的俯视图； 图5为本实用新型再一个实施例中凸台阵列的俯视图； 图6为本实用新型另一个实施例中凸台阵列的俯^L图； 图7为本实用新型又一个实施例中凸台阵列的俯一见图。
具体实施方式
在具体实施方式
中，提供一种静电卡盘，如图1所示，静电卡盘101具 有支撑半导体晶圓用的上表面102。上表面102的形状与晶圆的形状相适应， 一般可以为圆形。
上表面102并非是一个连续的平面，而是包括成阵列排布的多个凸台103。 凸台103的一端与静电卡盘101连接，而其另一端是一个平面，使得该部件 从微观上看起来是从静电卡盘101表面"生长"出来的平台。大部分或所有 凸台103的成平面的一个端面处于同一个平面上。因此，在承载晶圆时，凸 台103成平台的一面与晶圆接触。也就是说，多个凸台103联合起来实际起 到支撑晶圆的作用。
另夕卜，上表面102上还设有控温气体入口 105。控温气体入口 105与凸台 103之间的空间连通。因此，从控温气体入口 105所进入的控温气体可以在凸 台103之间的空间自由流动，从而可以均匀地与晶圆接触来对晶圆进行均匀 控温。
根据本实用新型一个实施例，凸台103的结构如图2所示。从图2可知，凸台103具有成平台的一面，即凸台103的承载面201,该承载面201在使用 时与被承载的晶圓接触。凸台103还包括与承载面201相对应，用于与静电 卡盘101相连接的连接面202。当然，凸台103还包括连接承载面201和连接 面202的侧壁203。凸台103只有连接面202与静电卡盘101连接，而承载面 201和侧壁203是暴露于空间之中的，并不与第三部件形成永久连接。只有在 静电卡盘101使用时，承载面201会与被承载的晶圆IOO接触。
凸台103的承载面201与连接面202之间的距离为10jum至200jum。在 本实用新型的一个优选的实施例中，凸台103的承载面201与连接面202之 间的3巨离为20jLim。
在本实用新型中，凸台103承载面201的形状是多边形。将凸台103的 上表面设置成多边形是有好处的。如图3所示，本实用新型的实用新型人发 现，从樣么观上看，凸台103的表面是不平坦的，因此，凸台103的寿(载面201 与晶圆IOO的接触并非面接触，而是点接触。这样的接触方式，使得凸台103 的承载面201与晶圓IOO之间存在与凸台103间的气体通道206连通的平台 空间205。如前所述，控温气体入口 105与气体通道206是连通的，这样才能 保证控温气体能够顺利进入气体通道206。在这种情况下，控温气体先从控温 气体入口 105进入气体通道206,然后会在平台空间205与气体通道206之间 流动。这样的流动是晶圆100与气体之间进行热交换的主要方式。因而，如 果能增加平台空间205,将会提高静电卡盘101的控温能力。这里所谓的增加 平台空间205,是指增加所有凸台103的承载面201的面积与上表面102面积 之比，以下将这个比例称作占空比。
如图4所示，现有技术中，凸台103的承载面201为圆形，即使凸台103 之间的侧壁203达到相互接触的状态，现有技术中的凸台103之间也存在比 较大的空间，也就是说占空比较低。因此，采用圆形承载面201的凸台103 设置数量有限。而增大圓柱形凸台103占空比的方法就是减小凸台103的轮廓尺寸，或者说减小凸台103的承载面201面积增加凸台数量，这又会导致 制造成本的大幅提高。
为此，本实用新型将凸台103的承载面201设置成多边形。多边形的种 类有很多，根据本实用新型的一个实施例，如图5所示，凸台103的承载面 201被设置成三角形。把凸台103的承载面201设置成多边形的好处可以从图 5获知。因为承载面201成多边形的凸台103所形成的阵列，凸台103和凸台 103之间的气体通道206的宽度可调。在极端情况下，即凸台103和凸台103 之间相互接触的情况下，就不存在气体通道206。也就是说，当凸台103的承 载面201为多边形时，占空比最高可以为100%。由此可知，将凸台103的承 载面201设置成多边形，可以提高占空比，从而可以增加凸台103的承载面 201与晶圓IOO之间的平台空间205,进而提高静电卡盘101的控温能力。
根据本实用新型的一个优选的实施例，凸台103的承载面201的形状被 设置成正多边形。这里所谓的正多边形，是指该多边形的边长相等，且外凸 角的角度相等。因为正多边形更方便凸台103的排布而实现通过增加凸台103 来提高占空比的目的。
如图6所示，根据本实用新型的又一个实施例，凸台103的承载面201 的形状被设置成正六边形。采用正六边形有个额外的好处，因为在所有的正 多边形中，正六边形的材料利用率最高，这和自然界,中蜂窝是六边形的结构 是相似的。
并且，当凸台103的承载面201的形状为正六边形时，经过适当设置， 凸台103与凸台103之间的气体通道206可以形成形状规则且宽度均等的网 状沟槽，这样的均匀网状沟槽有利于控温气体的流通和疏导，进而可以提高 静电卡盘101上的晶圆100的温度均一性。当然，凸台103的承载面201的形状还可以设置成其他形状，例如正八 边形，也可以实现本实用新型的目的。然而，随着承载面201的正多边形形 状的边越多，制造成本将会提高，因此，在凸台103的承载面201的形状为 单一多边形的情况下，优选实施例是该正多边形为正六边形或正八边形。
而将凸台103与凸台103之间设置成等距排布，并不只限于承载面201 的形状为正六边形和正八边形的情况。本领域技术人员知道，当承载面201 为其他类型的多边形时，也可以实现凸台103与凸台103之间的等距:&置。 这样的等距设置，有利于控温气体的流动。
另外，凸台103的承载面201的形状除了釆用单一多边形以外，还可以 采用多种多边形的结合。如图7所示，承载面201的形状既包括正八边形， 又包括正六边形，这样的两种多边形的结合可以根据气体通道206的设计需 求来进行多种排布，也就是说，多种形状的承载面201的结合可以提高气体 通道206的形状选4奪余地。当然，采用承载面201采用正八边形和正六边形 的结合仅仅是一个实例，本领域技术人员知道，采用承载面201采用两种以 上的多边形的结合都可以实现本实用新型的目的。
根据本实用新型的又一方面，凸台103的承载面201的形状除了采用单 一多边形以及多种多边形的结合以外，还可以采用多边形和圆形的结合，或 者多边形和椭圆形的结合，或者包括多边形、圓形和椭圆形三者的结合。这 里所说的多边形和圆形的结合，可以是单一的多边形与圆形的结合，也可以 是多种多边形与圆形的结合。当然，多边形和椭圆形的结合，以及包括多边 形、圆形和椭圓形三者的结合也是类似的。在凸台103的承载面201的形状 中引入多边形与圆形和椭圆形的结合的原因在于，圓形和椭圆形承载面201 的制造更加容易，在能保证静电卡盘101的控温能力和晶圆100的温度均匀 性的情况下，增加具有圓形和椭圓型承载面201的凸台103可以降低静电卡 盘101的制造成本。本实用新型凸台103无论承载面201的形状如何，只要相邻两个凸台的边界线形状相匹配，能形成一条宽度一样的沟道，均能 实现本实用新型的目的均匀分布控温气体，较高的占空比。所以承载面的 形状可以是任何形状，只要选择凸台间沟道的不同宽度就能实现调节占空比。
凸台103具有一个中心轴204，整个凸台103以中心轴204为对称轴成轴 对称 这种情况下，不仅是凸台103的承载面201为多边形，该凸台103的 任何径向平面都成多边形。
再参考图1，静电卡盘101还包括密封圈104。密封圈104设置在静电卡 盘101的上表面102，并全部包围凸台103。密封圈104的作用是保证在凸台 103间的气体通道206流动控温气体具备一定的压力。因为静电卡盘101可以 在真空或低压的环境下使用，例如在等离子刻蚀腔内工作。这种情况下，如 果没有密封圈104的存在，控温气体一旦进入气体通道206，将会迅速从静电 卡盘101的边界泄漏，也即控温气体与晶圆IOO之间的接触时间很短，这对 于传热是不利的。在设置密封圏104之后，控温气体从静电卡盘101的边界 泄漏的阻力增大，从而可以保证控温气体与晶圆100的接触时间，从而保证 静电卡盘101的控温能力。
静电卡盘101上还可以设有气体分布槽106。气体分布槽106与气体入口 105和气体通道206均连通。气体分布槽106是弧形的凹槽，其宽度为0.4mm 至2mm,深度为0.1mm至0.5mm。由于气体入口 105的数量较少，而气体通 道206的网路复杂，因而从气体入口 105进入的控温气体要均匀进入气体通 道206的各个部分的阻力较大。而气体分布槽106就可以将从气体入口 105 进入的控温气体均匀分配至气体通道206的多个位置，从而可以提高控温气 体在气体通道206内流动的均匀性。
另外，静电卡盘101还可以设置用于容纳顶升设备的升降槽，以及对静 电卡盘101降温的冷却盘。当然，作为一个利用静电来稳固被承载物的静电卡盘101，在本实用新型的一个实施例中，静电卡盘内部还设置有产生静电的 线路及控制装置。上述这些升降槽、冷却盘以及线路和控制装置是现有技术， 在此不再赘述。
在上述实施例中，静电卡盘101的作用是用来承载半导体制造过程中所 用到的晶圆，但是，晶圓作为被承载物仅仅是一个示例，在此不应作为对静 电卡盘101自身的结构的限制，更不应作为对本实用新型范围的一个限制。 本领域:汰术人员知道，利用本实用新型所述的静电卡盘101来承载其他物品， 也是可实施的。
本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求， 任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能 的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界 定的范围为准。
权利要求1.一种静电卡盘，包括多个用于承载晶圆的凸台和控温气体入口，其特征在于所述凸台承载面的形状为多边形，所述控温气体入口与凸台之间形成的控温气体通道连通。
2. 如权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于所述的多边形为正多边形。
3. 如权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于所述凸台的间距相同。
4. 如权利要求1所述的静电卡盘， 形或正/\边形。
5. 如权利要求1所述的静电卡盘, 包括两种以上的正多边形。
6. 如权利要求1所述的静电卡盘， 度为10lam至200jum。
7. 如权利要求1所述的静电卡盘: 封圈部分或全部包围所述凸台。
8. 如权利要求1所述的静电卡盘:其特征在于所述的多边形为正六边其特征在于所述凸台承载面的形状其特征在于所述凸台在轴向上的高其特征在于还包括密封圈，所述密其特征在于在所述静电卡盘设有凸台的表面上还设有控温气体分布槽，所述控温气体分布槽与所述控温气体入 n连通。
9. 如权利要求8所述的静电卡盘，其特征在于所述控温气体分布槽的 宽度为0.4mm至2mm,控温气体分布槽的深度为O.lmm至0.5mm。
10. —种静电卡盘，包括多个用于承载晶圆的凸台和控温气体入口，其宽度相同的通道，使所述控温气体入口与凸台之间形成的控温气体通道连通。
专利摘要本实用新型涉及一种静电卡盘，包括多个用于承载晶圆的凸台和控温气体入口，所述凸台承载面的形状为多边形，所述控温气体入口与凸台之间形成的控温气体通道连通。与现有技术相比，本实用新型将用于承载晶圆的凸台在径向平面上的形状设置成多边形，使得静电卡盘上可以布置的凸台数量与现有技术采用圆形凸台所能布置的凸台数量相比有所增加，因而可以提高静电卡盘的控温能力。
文档编号H01L21/687GK201383496SQ200820208758
公开日2010年1月13日 申请日期2008年12月31日 优先权日2008年12月31日
发明者倪图强, 罗伯特·赖安 申请人:中微半导体设备(上海)有限公司