静电吸盘及真空处理装置的制作方法

本实用新型涉及半导体制造领域，特别涉及真空镀膜工艺使用的静电吸盘及真空处理装置。

背景技术：

在半导体制造过程中，可通过真空镀膜工艺在晶片的表面形成薄膜。例如，通过物理气相沉积工艺(PVD，Physical Vapor Deposition)，在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在晶片上，从而形成薄膜。现有的物理气相沉积工艺包括磁控溅射，具体的，在真空环境下，通过电压和磁场的共同作用，以被离化的惰性气体离子对靶材进行轰击，致使靶材以离子、原子或分子的形式被弹出并沉积在晶片上形成薄膜。

图1示出了一种现有的PVD真空沉积装置，其包括真空处理室1、靶材2及静电吸盘(ESC，electrostatic chuck)3。靶材2和静电吸盘3置于真空处理室1内，晶片100吸附并支撑于静电吸盘3上，真空处理室1内通入惰性气体，例如氩气(Ar)，被离化的氩气离子对靶材2进行轰击，致使靶材2以离子的形式被弹出并沉积在晶片上形成薄膜。如图2所示，靶材原子受到Ar离子的轰击而被溅射，其分布服从余弦定理，即，垂直方向靶材溅射原子的密度最大，朝外周方向逐渐减小。晶片表面因受到溅射原子的轰击而产生累温，晶片中间部位因溅射原子浓度较高，而表现出温度较高，而晶片边缘部位因溅射原子浓度较低，往往温度较中心偏低。图3示意性的示出了晶片表面温度分布，自中间至外周的区域A、B、C内，晶片表面温度依次是250℃、240℃与230℃。由此，导致晶片表面温度不均匀，使得出现晶片缺陷，例如，由于温度累积效应引起薄膜的晶须(whisker)，且此缺陷倾向于聚集于晶片中心。

现有技术实用新型了一种静电吸盘，其具有多个气体管路，其内部通入气体，从而对晶片表面冷却。尽管上述现有的静电吸盘具有将晶片表面的热量移除的功能，但是并未考虑到溅射原子的分布的不均匀性，因此无法很好地维持晶片表面温度的均匀性。

因此，如何对现有的静电吸盘进行改进，以提高晶片表面温度的均匀性，减少由于温度不均导致的晶片缺陷，成为真空镀膜工艺亟待解决的技术难点。

技术实现要素：

基于上述问题，本实用新型提供了一种静电吸盘及真空处理装置，以提高晶片表面温度的均匀性，提高晶片良率。

为达成上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供一种静电吸盘，包括本体、冷却通道及隔离部。本体具有相对的第一表面和第二表面；第一表面被限定出多个冷却区域，其中一冷却区域位于第一表面的中心。冷却通道贯穿第一表面和第二表面且分布于各个冷却区域，冷却气体从第二表面进入冷却通道并穿过第一表面。隔离部自第一表面凸出设置，各个冷却区域通过隔离部隔离，冷却气体在各个冷却区域内流动，其中，位于第一表面的中心的冷却区域内的冷却气体的流量大于其他冷却区域内的冷却气体的流量。

根据一实施例，位于第一表面的中心的冷却区域为中心区域，冷却区域还包括围绕中心区域的过渡区域和周边区域，过渡区域位于中心区域与周边区域之间，且中心区域内、过渡区域及周边区域通过隔离部隔离，过渡区域的冷却气体的流量小于中心区域内的冷却气体的流量，且大于周边区域内的冷却气体的流量。

根据一实施例，中心区域为圆形，隔离部、过渡区域及周边区域均为环形，中心区域、过渡区域及周边区域同心排布。

根据一实施例，分布于过渡区域及周边区域的冷却通道呈环状排布。

根据一实施例，过渡区域的面积大于周边区域的面积，过渡区域分布的冷却通道的数量大于周边区域分布的冷却通道的数量。

根据一实施例，中心区域分布的冷却通道的密度大于过渡区域和周边区域分布的冷却通道的密度。

根据一实施例，过渡区域的数量为多个，多个过渡区域与中心区域同心排布，各个过渡区域通过隔离部隔离。

根据一实施例，过渡区域数量为3-6个。

根据一实施例，冷却通道包括进气通道和出气通道，冷却气体能够从第二表面经由进气通道穿过第一表面，并从第一表面经由出气通道穿过第二表面。

根据一实施例，每一区域内，进气通道和出气通道相对于本体的直径对称分布。

根据一实施例，相邻两区域内的进气通道和出气通道的分布相反。

根据一实施例，每一区域内，进气通道和出气通道间隔分布。

根据一实施例，静电吸盘还包括多个相互隔离的气体流道，其设置于第二表面，并分别与各冷却区域对应，气体流道与所对应的冷却区域的冷却通道连通。

根据一实施例，隔离部的顶面为水平面，且各个隔离部的高度相同。

根据一实施例，隔离部的高度为0.2mm～2mm。

根据一实施例，隔离部由陶瓷制成。

根据一实施例，冷却气体的流量为2sccm～10sccm，各冷却区域的冷却气体的流量各不相同，且由中心至外周依次递减1％～8％。

根据一实施例，冷却气体为惰性气体。

根据一实施例，惰性气体为氩气、氦气、氙气、氮气、氖气、氪气中的一种。

根据本实用新型的另一方面，提供一种真空处理装置，包括真空处理室和上述的静电吸盘，所述静电吸盘位于真空处理室内，用于放置晶片，各隔离部的顶部与晶片的下表面接触，本体的第一表面与晶片之间存在间隙。

根据一实施例，真空处理装置用于进行真空沉积制程以及干蚀刻制程。

本实用新型相较于现有技术的有益效果在于：本实用新型的静电吸盘的第一表面划分出多个冷却区域，位于第一表面的中心的冷却区域内的冷却气体的流量大于其他冷却区域内的冷却气体的流量，使得晶片的中部的冷却速率高于其他区域的冷却速率，因此晶片中部的温度比其他区域的温度下降快。考虑到磁控溅射过程中，晶片中部积累的热量较高，因此，较大流量的冷却气体能够使得晶片的中部快速降温，与晶片其他部分的温度基本保持一致，从而提高晶片表面温度的均匀性。

附图说明

图1为现有的PVD真空沉积装置的示意图。

图2为磁控溅射工艺中，溅射原子的溅射角度示意图。

图3为磁控溅射工艺中，晶片表面温度分布示意图。

图4为根据本实用新型一实施例的PVD真空沉积装置的示意图。

图5为根据本实用新型一实施例的静电吸盘的俯视示意图。

图6为根据本实用新型一实施例的静电吸盘的截面结构示意图。

图7为通过现有的PVD真空沉积装置进行磁控溅射工艺中，晶片表面温度随时间变化的曲线图。

图8为通过本实用新型一实施例的PVD真空沉积装置进行磁控溅射工艺中，晶片表面温度随时间变化的曲线图。

图9a为通过现有的PVD真空沉积装置进行磁控溅射工艺中，晶片数量与晶片缺陷数量的对应关系曲线图。

图9b为通过现有的PVD真空沉积装置进行磁控溅射工艺形成的晶片的缺陷示意图。

图10a为通过本实用新型一实施例的PVD真空沉积装置进行磁控溅射工艺中，晶片数量与晶片缺陷数量的对应关系曲线图。

图10b为通过本实用新型一实施例的PVD真空沉积装置进行磁控溅射工艺形成的晶片的缺陷示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，可能夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本实用新型的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本实用新型的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本实用新型的主要技术创意。

本实施例提供一种静电吸盘200，如图4-6所示，其包括本体10、冷却通道20及隔离部30。本体10具有相对的第一表面S1和第二表面S2；其中，如图6所示，第一表面S1面对晶片100，第二表面S2背离晶片100；第一表面S1被限定出多个冷却区域，其中一冷却区域位于第一表面S1的中心。冷却通道20贯穿第一表面S1和第二表面S2且分布于各个冷却区域，冷却气体从第二表面S2进入冷却通道20并穿过第一表面S1。隔离部30自第一表面S1凸出设置，各个冷却区域通过隔离部30隔离，冷却气体在各个冷却区域内流动，其中，位于第一表面S1的中心的冷却区域内的冷却气体的流量大于其他冷却区域内的冷却气体的流量。

本实施例的静电吸盘200可应用于真空处理装置，真空处理装置用于进行真空沉积制程、干蚀刻制程等。所述静电吸盘200位于真空处理室内，用于放置晶片，各隔离部30的顶部与晶片的下表面接触，本体10的第一表面S1与晶片之间存在间隙。

所述真空处理装置可为PVD真空沉积装置，真空处理室内通入惰性气体，例如氩气(Ar)，被离化的氩气离子对靶材进行轰击，靶材原子受到Ar离子的轰击而被溅射，沉积在晶片的上表面，从而形成薄膜。

应用上述真空处理装置对晶片进行处理的供气方法可包括以下步骤：

将晶片放置于静电吸盘200上，各隔离部30的顶部与晶片100的下表面接触；

向真空处理室内提供工艺气体，以对晶片进行反应处理；

经由冷却通道20输送冷却气体，并控制冷却气体的流量，使得位于静电吸盘200的本体10的第一表面S1的中心的冷却区域内的冷却气体的流量大于其他冷却区域内的冷却气体的流量。

本实施例的静电吸盘200的第一表面S1划分出多个冷却区域，位于第一表面S1的中心的冷却区域内的冷却气体的流量大于其他冷却区域内的冷却气体的流量，使得晶片的中部的冷却速率高于其他区域的冷却速率，因此晶片中部的温度比其他区域的温度下降快。考虑到磁控溅射过程中，晶片中部积累的热量较高，因此，较大流量的冷却气体能够使得晶片的中部快速降温，与晶片其他部分的温度基本保持一致，从而提高晶片表面温度的均匀性。

在相同工艺、条件下，本案的真空沉积装置与现有的真空沉积装置制造的晶片的缺陷进行比较，参照图9a、10a，现有技术获得的晶片的平均缺陷数量为17.44个，而通过本案的真空沉积装置获得的晶片的平均缺陷数量为5.64个。可见，随着晶片数量的增加，现有技术中温度累积效应愈加明显，缺陷数量明显上升，而本案不存在此现象。并且，参照图9b、10b，现有技术获得的晶片的缺陷倾向于聚集于晶片中心，而通过本案的真空沉积装置获得的晶片不存在缺陷聚集现象，由此可削弱缺陷的影响。

因此，通过本案的真空沉积装置及其静电吸盘200，能够提高晶片表面温度的均匀性，从而大幅降低由于晶片温度累积效应导致的缺陷。

并且，多个冷却区域由隔离部30彼此隔离、相互独立，因此，各个冷却区域内的冷却气体不会相互干涉，从而能够更加准确的控制各个冷却区域的温度。

本实施例中，如图5所示，位于第一表面S1的中心的冷却区域为中心区域A1，冷却区域还包括围绕中心区域A1的过渡区域A2和周边区域A3，过渡区域A2位于中心区域A1与周边区域A3之间，且中心区域A1、过渡区域A2及周边区域A3通过隔离部30隔离，过渡区域A2的冷却气体的流量小于中心区域A1内的冷却气体的流量，且大于周边区域A3内的冷却气体的流量。

因此，本案的本体10的第一表面S1自中心至周边至少被划分出3个区域，且这些区域内的冷却气体的流量不同，因此，晶片的对应区域的温度不同。在沉积过程中，晶片上不同区域温度变化曲线不同，以晶片上划分出外圈、中圈、内圈3个区域为例，其对应的温度变化曲线为T1、T2、T3，参照图7所示，利用现有的真空沉积装置在沉积的最后阶段，晶片的外圈、中圈、内圈3个区域的温度差异较大。参照图8所示，利用本案的真空沉积装置在沉积的最后阶段，晶片的外圈、中圈、内圈3个区域的温度差异很小，可见，本案的真空沉积装置很好的维持了晶片表面温度的均匀性。

本实施例中，自中心至周边设置多个独立的冷却区域，各个冷却区域内的冷却气体的流量自中心至周边依次减小，与晶片的热量分布规律相对应，即，自中部至周边逐渐降低。且各个冷却区域内的冷却气体的流量能够独立控制，针对不同冷却区域采取不同流量的冷却气体，从而能够将晶片的各个部分的温度尽可能调节为一致，实现提升晶片表面温度均匀性。

本实施例中，如图5所示，中心区域A1大致为圆形，隔离部30、过渡区域A2及周边区域A3均为环形，中心区域A1、过渡区域A2及周边区域A3同心排布。

分布于过渡区域A2及周边区域A3的冷却通道20呈环状排布。中心区域A1分布的冷却通道20的密度大于过渡区域A2和周边区域A3分布的冷却通道20的密度，使得中心区域A1的冷却气体的流量较大。

过渡区域A2的面积大于周边区域A3的面积，过渡区域A2分布的冷却通道20的数量大于周边区域A3分布的冷却通道20的数量。

过渡区域A2的数量为多个，多个过渡区域A2与中心区域A1同心排布，各个过渡区域A2通过隔离部30隔离。过渡区域A2数量可为3-6个，本实施例为3个，A2-1、A2-2、A2-3，多个过渡区域A2的尺寸和流量可不相同，例如自中心朝外周方向，过渡区域A2的宽度逐渐减小，流量逐渐减小。

如图6所示，冷却通道20可包括进气通道21和出气通道22，冷却气体能够从第二表面S2经由进气通道21穿过第一表面S1，并从第一表面S1经由出气通道22穿过第二表面S2，最后通过例如抽气泵将冷却气体抽出至真空处理装置外部。

其中，每一区域内，进气通道21和出气通道22相对于本体10的直径对称分布。即，如图5所示，每一区域内，左半部分为进气通道21，右半部分为出气通道22，或者，左半部分为出气通道22，右半部分为进气通道21。

在一实施例中，相邻两区域内的进气通道21和出气通道22的分布相反。例如，周边区域A3的冷却通道20设计为左半部分为进气通道21，右半部分为出气通道22，过渡区域A2的冷却通道20设计为左半部分为出气通道22，右半部分为进气通道21。如此，使得晶片上相邻冷却区域的冷却气体均衡冷却，并能够提升晶片支撑的稳定性。

在一实施例中，其中，每一区域内，进气通道21和出气通道22间隔分布。例如，每一区域内，每n个进气通道21之间间隔设置m个出气通道22，n、m的数值可相同或不同。

本实施例中，如图6所示，静电吸盘200还包括多个相互隔离的气体流道40，其设置于第二表面S2，并分别与各冷却区域对应，气体流道40的一端与所对应的冷却区域的冷却通道20连通，气体流道40的另一端可与一冷却气体供应装置连通。

本实施例中，隔离部30的顶面为水平面，且各个隔离部30的高度相同。隔离部30的高度例如为0.2mm～2mm。隔离部30可由陶瓷制成，具有较好的隔热作用。应当理解，隔离部30的形状、材料可根据工艺需要、晶片形状相应改变。

本实施例中，冷却气体的流量例如为2sccm～10sccm，各冷却区域的冷却气体的流量各不相同，且由中心至外周依次递减1％～8％。应当理解，冷却气体的流量可根据工艺条件、晶片形状等相应改变。

冷却气体为惰性气体。例如为氩气、氦气、氙气、氮气、氖气、氪气中的一种或组合。工艺气体与冷却气体的种类可相同或不同。

综上所述，本实用新型的静电吸盘的第一表面划分出多个冷却区域，位于第一表面的中心的冷却区域内的冷却气体的流量大于其他冷却区域内的冷却气体的流量，使得晶片的中部的冷却速率高于其他区域的冷却速率，因此晶片中部的温度比其他区域的温度下降快。考虑到磁控溅射过程中，晶片中部积累的热量较高，因此，较大流量的冷却气体能够使得晶片的中部快速降温，与晶片其他部分的温度基本保持一致，从而提高晶片表面温度的均匀性。

虽然已参照几个典型实施例描述了本实用新型，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离实用新型的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。