一种具有不同导热性能的氮化硅静电吸盘

技术领域

本发明涉及静电吸盘设计领域，特别是涉及一种具有不同导热性能的氮化硅静电吸盘。

背景技术

静电吸盘被广泛应用于集成电路(IC)制造中，如应用于等离子刻蚀(ETCH)、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)等，承载晶圆以避免其在工艺过程中出现移动或错位，并为晶圆提供射频偏压和控制晶圆表面的温度。

随着第三代宽禁带半导体的飞速发展，对用于半导体器件，特别是SiC器件制造的高温静电吸盘的需求急剧上升。高温静电吸盘的技术要求极高，温度控制精度需达到±2℃，且从室温升温至500℃的时间不超过20分钟，温度范围需要达到100-700℃，以使得保持在高温静电吸盘上的晶圆达到预期的温度(如500℃以上)，保障晶圆的成膜或刻蚀等工艺精度。现有技术中的静电吸盘的导热性能是固定的，而在真空和等离子体环境中，其吸附超洁净薄片所需的导热性能是不一样的。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有不同导热性能的氮化硅静电吸盘，能够适用真空和不同的等离子体环境。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种具有不同导热性能的氮化硅静电吸盘包括基座、吸盘主体和导热腔体，所述导热腔体设置在所述基座和所述吸盘主体之间，所述导热腔体包括腔体和导热介质。

可选地，所述吸盘主体包括电极、电介质层和工作面，所述电极包括静电电极和加热电极，所述静电电极用于产生静电引力，所述加热电极用于产生热量；所述导热腔体与所述加热电极之间设有第一电介质层，所述加热电极和所述静电电极之间设有第二电介质层，所述加热电极和所述工作面之间设有第三电介质层。

可选地，所述电极由导电性金属材质构成，所述电极采用银、金、镍、钨、钼及钛中至少一种。

可选地，所述电介质层采用具有耐热性的陶瓷，所述陶瓷选自氮化硅，或是含有氮化硅的复合陶瓷。

可选地，所述基座和所述导热介质之间通过硅系树脂进行连结，所述导热腔体和所述第一电介质层之间通过硅系树脂进行连结。

可选地，所述导热介质采用氦气或氩气。

可选地，所述第一电介质层和所述导热介质连接且两者的热膨胀系数偏差不超过±10％。

可选地，所述导热腔体的腔体采用氮化铝、氧化铝、金属或者高分子材料，导热系数不低于10W/(m·K)。

可选地，所述导热腔体的尺寸大于所述吸盘主体的尺寸，所述第一电介质层部分嵌入至所述导热腔体中。

可选地，还包括等离子体聚焦环，所述等离子体聚焦环位于所述工作面和第三电介质层之间，所述等离子体聚焦环用于调节晶圆边缘的刻蚀效果，用于调节晶圆边缘的等离子体分布情况。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供一种具有不同导热性能的氮化硅静电吸盘，该静电吸盘包括基座、吸盘主体和导热腔体，导热腔体设置在基座和吸盘主体之间，导热腔体包括腔体和导热介质。本发明通过单独设置导热腔体，使得静电吸盘随着导热腔体内导热介质的不同而具有不同的导热性能，从而能够适用真空和不同的等离子体环境。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具有不同导热性能的氮化硅静电吸盘组成结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种具有不同导热性能的氮化硅静电吸盘，能够适用真空和不同的等离子体环境。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明具有不同导热性能的氮化硅静电吸盘组成结构图，如图1所示，一种具有不同导热性能的氮化硅静电吸盘，该静电吸盘包括基座1、吸盘主体和导热腔体，所述导热腔体设置在所述基座1和所述吸盘主体之间，所述导热腔体包括腔体21和导热介质22。

所述吸盘主体采用具有耐热性的陶瓷。所述陶瓷选自氮化硅，或是含有氮化硅的复合陶瓷。陶瓷还可选自氮化铝、氧化铝、氧化锆的1种，或是含有2种以上的复合陶瓷。

所述吸盘主体包括电极、电介质层和工作面36，所述电极包括静电电极32和加热电极31，所述静电电极32用于产生静电引力，所述加热电极31用于产生热量；所述导热腔体与所述加热电极31之间设有第一电介质层33，所述加热电极31和所述静电电极32之间设有第二电介质层34，所述加热电极31和所述工作面之间设有第三电介质层35。

电极可以以导电性金属材质构成。作为一个示例，所述电极可以以银(Ag)、金(Au)、镍(Ni)、钨(W)、钼(Mo)及钛(Ti)中至少一种形成，更优选地，可以以钨(W)形成。电极可以使用热熔喷涂工序或丝网印刷工序形成。所述电极具有约30μm至50μm厚度。例如，电极的厚度如果不足30μm，则因相应电极层内的气孔率及其他缺陷而导致阻抗值增加，随着所述阻抗值的增加，发生静电吸附力下降的现象，因而不推荐。另外，电极的厚度如果超过50μm，则发生过电流而可能发生电弧(arcking)现象，因而不推荐。因此，优选电极的厚度具有约30μm至50μm范围。电极可以形成得具有诸如板状结构、螺旋形结构或同心圆结构等的多样形状。

所述基座1和所述导热介质22之间通过硅系树脂进行连结，所述导热腔体和所述第一电介质层33之间通过硅系树脂进行连结。所述第一电介质层33和所述导热介质22连接且两者的热膨胀系数偏差不超过±10％。

所述基座1为散热基座，所述散热基座主要用于吸盘主体的冷却降温，采用高导热系数的金属材料，如铜、铝、铜铝合金等制成。

所述散热基座内形成有流道，流道通过管路等与外部制冷机组串接。吸盘主体需要冷却降温时，制冷机组启动，冷却液优选地如水、氟化物(如氟利昂)等在管路中循环流动。散热基座作为制冷机组的吸热器件，在冷却液流过其流道时与之进行热交换；吸热后的冷却液在流动至制冷机组的散热器件，如冷凝器时将热量释放至外部环境中，如此不断循环实现对散热基座的散热降温。

所述导热介质22采用氦气或氩气。所述导热腔体的腔体采用氮化铝、氧化铝、金属或者高分子材料，导热系数不低于10W/(m·K)，在静电吸盘100的工作温度范围内不和与之连接的吸盘主体的第一电介质层33发生化学反应即可。当导热腔体与第一电介质层33采用不同的材料时，为避免在升温或者降温的过程中产生问题，两者材料的热膨胀系数差优选地不超过±10％。所述导热腔体的尺寸大于所述吸盘主体的尺寸，所述第一电介质层33部分嵌入至所述导热腔体中。

所述导热介质22在相对较低的第一温度时具有第一导热系数、在相对较高的第二温度时具有第二导热系数，所述第一导热系数大于第二导热系数，使得所述导热腔体在第一温度时的热传导性能大于在第二温度时的热传导性能。

导热腔体形成通道，根据需要通道内可以选择填充或者不填充导热介质22，不填充导热介质22时导热腔体导热性能差，减缓热量向散热基座的传递，进而有效减少热量流失、使得吸盘主体快速升温；填充导热介质22时导热腔体导热性能好，加速热量向散热基座的传递，进而有效提升散热效率、使得吸盘主体快速降温。本申请静电吸盘的导热腔体可以根据需要选择填充或者不填充导热介质22，进而处于不同的使用状态而具有不同的热传导性能。

相较于现有技术，本申请静电吸盘在吸盘主体和基座之间设置导热腔体，导热腔体内填充导热介质22，导热介质22在升温至一定程度时其导热系数大幅降低，减缓热量向散热基座的传递；在降温至一定程度时其导热系数大幅提升，加速热量向散热基座的传递，从而能够同时兼顾升温与降温的使用需求。

本发明的静电吸盘还包括等离子体聚焦环，所述等离子体聚焦环位于所述工作面和第三电介质层35之间，所述等离子体聚焦环用于调节晶圆边缘的刻蚀效果，用于调节晶圆边缘的等离子体分布情况。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。