一种具有长点分布层的ESC静电卡盘的制作方法

本发明涉及半导体制备过程中的静电卡盘产品，尤其涉及一种具有长点分布层的esc静电卡盘。

背景技术：

1、随着国内半导体芯片制造的发展，esc静电卡盘是制造芯片的核心部件，也是国内半导体设备“卡脖子”的环节之一。其原理是利用静电吸附，将待加工芯片吸附其表面，使芯片保持平整，以防工艺中变形，而且可以通过背吹气体来控制芯片表面的温度。主要应于芯片制造：扩散、薄膜淀积、光刻、刻蚀、离子注入工序。

2、静电卡盘开发难度大，技术门槛极高，且涉及各个学科的结合，研发成本高，研发用设备均自主设计定制，受限于国外。

3、在具体制作过程中，静电卡盘的关键与难点在于带电路氮化铝温度控制、金属与氮化铝陶瓷的焊接。

4、现有技术所存在的问题是：

5、温度均匀性不足，卡盘表面温度分布不均会直接导致刻蚀速率差异——晶圆高温区域刻蚀速率偏高，易造成过刻蚀并改变刻蚀深度与形貌；低温区域则可能出现聚合物过度沉积，形成不理想的倾斜刻蚀侧壁。现有escs在300mm晶圆加工中，表面温度均匀性通常仅能控制在±2℃左右，远不能满足先进制程对±0.5℃以内的要求。

6、介质损耗导致的热效应，静电卡盘的绝缘层（如al2o3或aln）存在介质损耗，施加的高压会部分转化为热能，不仅降低夹持力稳定性，还可能引发晶圆局部过热。高压电源的输出温漂（温度每波动10℃，输出电压漂移约0.15%）进一步加剧了吸附力波动。

7、残余电荷与脱附问题，传统卡盘在脱附阶段依靠自然泄放残余电荷，耗时长达8-15秒，且易产生背面起弧，影响晶圆背面颗粒度。

8、多物理场耦合干扰，静电卡盘工作过程中存在电场、温度场与应力场的强耦合效应——电场提供夹持力，温度场因电源损耗与工艺产热动态变化，应力场源于夹持力不均与热变形，三者相互干扰易导致夹持精度下降。

技术实现思路

1、本申请所解决的现有技术所存在的问题是：

2、卡盘温度不均匀，进而造成刻蚀精度较低，基于此，怎样才能提升卡盘的温度均匀性，提升刻蚀精度，是本领域技术人员所考虑的问题。

3、本发明解决技术问题的方案是：

4、提供一种具有长点分布层的esc静电卡盘，包括定位盘；所述定位盘具有氮化铝陶瓷卡盘面；所述氮化铝陶瓷卡盘面上开设有至少一个周向气槽、若干径向气槽以及若干分割气槽；在所述氮化铝陶瓷卡盘面中心位置开设有用于与气源相连通的中心通孔；所述周向气槽以所述中心通孔为中心，向所述氮化铝陶瓷卡盘面边缘部位扩散；所述径向气槽由靠近所述中心通孔的所述周向气槽向所述氮化铝陶瓷卡盘面边缘延伸；部分的所述径向气槽与所述中心通孔相连通；还包括密集设置于所述氮化铝陶瓷卡盘面表面的、直径尺寸为2nm的磁控溅射tin圆点；还包括用于实时监测盘面温度分布的温度传感阵列以及根据温度反馈独立控制各气路流量的智能气路控制系统。

5、优选地，所述磁控溅射tin圆点的高度为3-5um；用于增加氦气与芯片的接触面。

6、优选地，所述tin颜色为褐色，pvd溅射时增加乙烯气含量，使溅射后圆点更加坚硬耐磨。

7、优选地，所述中心通孔部位输出氮气，增加静电卡盘盘面的温度均匀性。所述智能气路控制系统采用多变量模型预测控制算法，根据实时温度分布对各径向气槽和/或周向气槽的气体流量进行独立调节；还包括智能高压电源，所述智能高压电源具备介质损耗动态补偿功能、残余电荷主动消除功能与自适应吸附力控制功能；所述介质损耗动态补偿通过霍尔电流传感器监测损耗电流，经神经网络算法预测损耗趋势后动态调整输出电压与相位；所述esc静电卡盘通过电场传感器、温度传感器与应力传感器实时采集多物理场参数，经mpc算法实现电场-温度场-应力场的协同控制。

8、优选地，所述磁控溅射tin圆点设计成槽，且尺寸凹下去0.07-0.08mm。

9、优选地，所述esc静电卡盘还包括控温功能层以及用于设置所述氮化铝陶瓷面层、所述吸附电极层以及所述控温功能层的基座；所述基座与外部工艺腔室相互匹配连接。

10、优选地，所述控温功能层内部设置有若干半导体制冷器，用于对外部吸附的晶圆片进行温度调控；且各所述半导体制冷器呈均匀间隔分布。

11、优选地，所述基座上还设置有若干用于采集所述晶圆片温度的非接触式温度传感器。

12、优选地，所述基座内部还设置有水冷管路、水冷吸热片及水冷导热板；所述水冷吸热片及所述水冷导热板分别位于所述水冷管路的上下两侧，且所述水冷导热板沿所述基座的径向延伸设置。

13、优选地，所述esc静电卡盘的制造工艺流程包括s1：混料；s2：流延；s3：钨浆电极印刷；s4：排胶；s5：烧结成型；s6：装配；s7：检测；s8：制备完成；

14、在所述步骤s5烧结过种中参杂ti钛金属材料，参杂量为6-15%（重量比）；参杂y2o3的参杂量为4-5%（重量比）。

15、本申请解决技术问题所产生的技术效果如下：

16、与现有技术相比，本发明一种具有长点分布层的esc静电卡盘通过同时设置定位盘具有氮化铝陶瓷卡盘面；所述氮化铝陶瓷卡盘面上开设有至少一个周向气槽、若干径向气槽以及若干分割气槽；在所述氮化铝陶瓷卡盘面中心位置开设有用于与气源相连通的中心通孔；所述周向气槽以所述中心通孔为中心，向所述氮化铝陶瓷卡盘面边缘部位扩散；所述径向气槽由靠近所述中心通孔的所述周向气槽向所述氮化铝陶瓷卡盘面边缘延伸；部分的所述径向气槽与所述中心通孔相连通；还包括密集设置于所述氮化铝陶瓷卡盘面表面的、直径尺寸为2nm的磁控溅射tin圆点11，实际应用中，可以较好的增加氦气与芯片的接触面，且使溅射后圆点更加坚硬耐磨，盘面的温度均匀性更佳。

1.一种具有长点分布层的esc静电卡盘，其特征在于：包括定位盘；所述定位盘具有氮化铝陶瓷卡盘面；所述氮化铝陶瓷卡盘面上开设有至少一个周向气槽、若干径向气槽以及若干分割气槽；在所述氮化铝陶瓷卡盘面中心位置开设有用于与气源相连通的中心通孔；所述周向气槽以所述中心通孔为中心，向所述氮化铝陶瓷卡盘面边缘部位扩散；所述径向气槽由靠近所述中心通孔的所述周向气槽向所述氮化铝陶瓷卡盘面边缘延伸；部分的所述径向气槽与所述中心通孔相连通；还包括密集设置于所述氮化铝陶瓷卡盘面表面的、直径尺寸为2nm的磁控溅射tin圆点；还包括用于实时监测盘面温度分布的温度传感阵列以及根据温度反馈独立控制各气路流量的智能气路控制系统。

2.如权利要求1所述的一种具有长点分布层的esc静电卡盘，其特征在于：所述磁控溅射tin圆点的高度为3-5um；用于增加氦气与芯片的接触面。

3.如权利要求1所述的一种具有长点分布层的esc静电卡盘，其特征在于：所述tin颜色为褐色，pvd溅射时增加乙烯气含量，使溅射后圆点更加坚硬耐磨。

4.如权利要求1所述的一种具有长点分布层的esc静电卡盘，其特征在于：所述中心通孔部位输出氮气，增加静电卡盘盘面的温度均匀性；所述智能气路控制系统采用多变量模型预测控制算法，根据实时温度分布对各径向气槽和/或周向气槽的气体流量进行独立调节；还包括智能高压电源，所述智能高压电源具备介质损耗动态补偿功能、残余电荷主动消除功能与自适应吸附力控制功能；所述介质损耗动态补偿通过霍尔电流传感器监测损耗电流，经神经网络算法预测损耗趋势后动态调整输出电压与相位；所述esc静电卡盘通过电场传感器、温度传感器与应力传感器实时采集多物理场参数，经mpc算法实现电场-温度场-应力场的协同控制。

5.如权利要求1至4中任意一项权利要求所述的一种具有长点分布层的esc静电卡盘，其特征在于：所述磁控溅射tin圆点设计成槽，且尺寸凹下去0.07-0.08mm。

6.如权利要求1至4中任意一项权利要求所述的一种具有长点分布层的esc静电卡盘，其特征在于：所述esc静电卡盘还包括控温功能层以及用于设置所述氮化铝陶瓷面层、所述吸附电极层以及所述控温功能层的基座；所述基座与外部工艺腔室相互匹配连接。

7.如权利要求6所述的一种具有长点分布层的esc静电卡盘，其特征在于：所述控温功能层内部设置有若干半导体制冷器，用于对外部吸附的晶圆片进行温度调控；且各所述半导体制冷器呈均匀间隔分布。

8.如权利要求7所述的一种具有长点分布层的esc静电卡盘，其特征在于：所述基座上还设置有若干用于采集所述晶圆片温度的非接触式温度传感器。

9.如权利要求7所述的一种具有长点分布层的esc静电卡盘，其特征在于：所述基座内部还设置有水冷管路、水冷吸热片及水冷导热板；所述水冷吸热片及所述水冷导热板分别位于所述水冷管路的上下两侧，且所述水冷导热板沿所述基座的径向延伸设置。

10.如权利要求1至4中任意一项权利要求所述的一种具有长点分布层的esc静电卡盘，其特征在于：所述esc静电卡盘的制造工艺流程包括s1：混料；s2：流延；s3：钨浆电极印刷；s4：排胶；s5：烧结成型；s6：装配；s7：检测；s8：制备完成；