一种静电卡盘、处理腔室及半导体处理设备的制作方法

1.本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种静电卡盘、处理腔室及半导体处理设备。


背景技术：

2.静电卡盘通常用于在半导体器件的制造过程期间固定晶圆。例如，静电卡盘可以用于在等离子体刻蚀工艺或等离子体沉积工艺中，利用电气性的静电吸着力保持被处理晶圆与支持面的位置。
3.但是，在上述工艺中，在等离子体处理期间，固定在静电卡盘上的晶圆会与温度较高的等离子体接触，从而使晶圆的温度升高。晶圆温度的升高可能会导致晶圆刻蚀速率和形貌发生变化，影响晶圆的良率。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种静电卡盘、处理腔室及半导体处理设备，用于在等离子体刻蚀或沉积工艺中，保证晶圆的良率。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种静电卡盘，该静电卡盘用于固定晶圆，该静电卡盘包括：
6.静电卡盘本体，静电卡盘本体具有容纳腔；
7.静电吸附部，静电吸附部位于静电卡盘本体靠近晶圆的表面上，用于固定晶圆；
8.冷却激光器，冷却激光器设置在容纳腔内，用于向静电吸附部发射冷却激光，以冷却固定在静电吸附部上的晶圆。
9.与现有技术相比，本发明提供的静电卡盘中，静电卡盘本体上设置有静电吸附部，该静电吸附部可以通过静电吸着力将晶圆紧密吸附在静电吸附部上。并且，在静电卡盘本体与静电吸附部之间的容纳腔内设置有冷却激光器。在上述情况下，通过等离子体刻蚀或沉积工艺对晶圆进行处理的过程中，冷却激光器可以向静电吸附部发射冷却激光。冷却激光中的光子可以与静电吸附部所具有的原子相撞击，使得静电吸附部内的原子的运动速度降低，进而降低静电吸附部的温度。此时，静电吸附部可以通过热传导的方式，吸收晶圆中的热量，从而使晶圆在长时间的等离子体反应中，温度依旧维持在电极设置温度附近，以保证晶圆的良率。
10.本发明还提供了一种处理腔室，该处理腔室包括上述技术方案所提供的静电卡盘。
11.与现有技术相比，本发明提供的处理腔室的有益效果与上述技术方案所提供的静电卡盘所具有的有益效果相同，此处不做赘述。
12.本发明还提供了一种半导体处理设备，该半导体处理设备包括上述技术方案所提供的处理腔室。
13.与现有技术相比，本发明提供的半导体处理设备的有益效果与上述技术方案所提
供的静电卡盘所具有的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
14.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
15.图1为本发明实施例提供的静电卡盘的结构纵向剖视图；
16.图2为本发明实施例提供的冷却激光器在容纳腔的底面上的分布图。
17.附图标记：
18.1为静电卡盘本体，11为容纳腔，2为静电吸附部，21为静电板，22为固定板，3为冷却激光器，31为第一冷却激光器，32为第二冷却激光器。
具体实施方式
19.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
20.在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
21.在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
22.此外，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，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
23.在本发明的描述中，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；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.静电卡盘是一种在半导体器件的制造过程期间可以对晶圆进行固定的装置。例如，静电卡盘可以用于在等离子体刻蚀工艺或等离子体沉积工艺中，利用电气性的静电吸着力保持被处理晶圆与支持面的位置。
25.但是，采用等离子体刻蚀工艺对晶圆进行刻蚀，或采用等离子体沉积工艺在晶圆
上沉积相应膜层的过程中，在等离子体处理期间，固定在静电卡盘上的晶圆通常会由与之接触的高温等离子体加热，使得晶圆的温度发生变化，从而无法在刻蚀或沉积过程中维持晶圆对等离子体反应的恒定温度，这可能导致晶圆刻蚀速率和形貌发生变化，最终影响晶圆的良率。
26.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种静电卡盘、处理腔室及半导体处理设备。其中，本发明实施例提供的静电卡盘中，在静电卡盘本体与静电吸附部之间的容纳腔内设置有冷却激光器。该冷却激光器可以在等离子体刻蚀或沉积工艺中，维持晶圆对等离子体反应的恒定温度，提升晶圆的良率。
27.参见图1和图2，本发明实施例提供了一种静电卡盘，该静电卡盘包括：静电卡盘本体1、静电吸附部2以及冷却激光器3。
28.参见图1，上述静电卡盘本体1具有容纳腔11。上述静电吸附部2位于静电卡盘本体1靠近晶圆的表面上，用于固定晶圆。
29.具体来说，为了更好地对晶圆进行固定，静电卡盘本体和静电吸附部的结构可以根据晶圆的形状和规格等信息进行设置。例如：静电卡盘本体和静电吸附部可以为圆形或盘形结构。此外，静电卡盘本体靠近静电吸附部的一侧上可以开设有容纳腔，以便于容纳冷却激光器。该容纳腔的径向截面的形状可以为圆形等形状。静电吸附部覆盖在容纳腔的顶部。
30.参见图1，对于上述静电吸附部2来说，该静电吸附部2可以包括静电板21、以及设置在静电板21上的固定板22。其中，静电板21可以通过螺栓和螺母等方式与固定板22紧密连接在一起。在实际的应用过程中，当静电板21上施加直流电压等电力后，可在静电板21和晶圆之间产生静电力。晶圆可通过静电力被吸附在位于静电板21上的固定板22的上表面。其中，静电板21的材质可包括具有良好电导率的材质。
31.参见图1，对于固定板22来说，固定板22的上表面可以为平坦的水平面，以使得晶圆可强附着于固定板22的上表面。由于固定板22需要承受在等离子体刻蚀或沉积过程中产生的高温等离子体，因此固定板22的材料可以包括热形变较小的材料。此外，固定板22的材料可以为非导体材料，以保护晶圆不受施加于静电板21上的高电压影响。并且，固定板22的厚度会影响静电板21在高电压的作用下施加给晶圆的静电力。具体的，在其他因素相同的情况下，固定板22的厚度越厚，施加在晶圆上的静电力越小。反之，固定板22的厚度越薄，施加在晶圆上的静电力越大，因此可以根据实际应用场景中对晶圆的固定要求来设置固定板22的厚度。
32.参见图1和图2，上述冷却激光器3设置在容纳腔11内，用于向静电吸附部2发射冷却激光，以冷却固定在静电吸附部2上的晶圆。
33.具体来说，冷却激光器可通过螺栓、粘接等方式固定连接在容纳腔的底面上，或者固定连接在容纳腔的侧壁等位置上。冷却激光器在容纳腔内的具体设置位置、以及容纳腔内设置的冷却激光器的数量可以根据实际应用场景设置，只要能够对晶圆进行冷却即可。
34.在一种示例中，冷却激光器的数量可以为一个，也可以为多个。当冷却激光器的数量为一个时，该冷却激光器可以设置在容纳腔的底面中心处。参见图1和图2，当冷却激光器3的数量为多个时，多个冷却激光器3可以均匀设置在容纳腔11的底面上。此外，当冷却激光器3的数量为多个时，相邻两个冷却激光器3之间还可以具有间隔。并且，不同的相邻两个冷
却激光器3之间所具有的间隔可以相等，也可以不相等。
35.示例性的，参见图1和图2，当冷却激光器3的数量为多个时，多个冷却激光器3可以包括位于容纳腔11的底面中心的第一冷却激光器31、以及以容纳腔11的底面中心为圆心呈同心圆分布的至少两组冷却激光器3。每组冷却激光器3可以包括至少两个第二冷却激光器32。
36.具体的，同一组的相邻两个第二冷却激光器之间所具有的间隔可以相等，也可以不相等。当多个激光器包括至少三组呈同心圆分布的冷却激光器时，每相邻两组冷却激光器之间所具有的间隔可以相等，也可以不等。当上述间隔相等时，多个冷却激光器在容纳腔的底面上的分布具有良好的均匀性，可以在等离子体刻蚀或沉积的过程中使得静电吸附部各个区域的温度得到均匀的降低，进而使得静电吸附部各个区域的温度保持一致，从而能够为紧密吸附在静电吸附部上的晶圆背面各个区域进行均匀冷却。
37.其中，上述以容纳腔的底面中心为圆心呈同心圆分布的冷却激光器的组数可以根据冷却激光器的规格、以及晶圆的形状和规格进行设置，此处不作具体限定。此外，上述每组冷却激光器所包括的第二冷却激光器的数量可以相同，也可以不同。示例性的，参见图2，沿着容纳腔11的底面的中心至边缘的方向，每组冷却激光器所包括的第二冷却激光器32的数量逐渐增多。各组冷却激光器所包括的第二冷却激光器32相差的个数可以根据同心圆的规格、以及第二冷却激光器32的规格进行设置，此处不作具体限定。
38.例如：参见图2，当冷却激光器3的数量为多个时，多个冷却激光器3可以包括位于腔底的中心的第一冷却激光器31、以及以腔底的中心为圆心呈同心圆分布的第一组冷却激光器和第二组冷却激光器。第一组冷却激光器位于第一冷却激光器31与第二组冷却激光器之间。第一冷却激光器31与第一组冷却激光器的间距等于第一组冷却激光器与第二组冷却激光器的间距。第一组冷却激光器包括4个第二冷却激光器32。第二组冷却激光器包括8个第二冷却激光器32。
39.此外，参见图1，当冷却激光器3的数量为多个时，多个冷却激光器3的顶部可以平齐。此时，各个冷却激光器3的发光部与静电吸附部2的底部的间距相等，进一步确保在多个冷却激光器3的冷却作用下，使得静电吸附部2各个区域的温度得到均匀的降低。
40.对于冷却激光器的类型来说，冷却激光器可以为任一能够使得静电吸附部的温度降低，并对晶圆进行冷却的冷却激光器。例如：冷却激光器可以为紫外线冷却激光器。
41.具体来说，物体的原子总是在不停地做无规则运动，这实际上就是物体温度高低的热运动。具体的，原子运动越激烈，物体的温度就越高。反之，物体的温度就越低。所以只要降低原子运动速度，就能降低物体温度。基于此，冷却激光器制冷的原理就是利用大量的光子阻碍原子运动，使其减速，从而降低了物体的温度。相应的，静电吸附部的材质可以为激光可穿透的材料。此时，冷却激光器所发射出的冷却激光可以穿透静电吸附部。并且，冷却激光中的光子在穿透静电吸附部的过程中，可以与静电吸附部中的原子相撞击，使其减速，从而使得静电吸附部的温度降低，进而实现对晶圆的冷却。其中，上述激光可穿透的材质具体的种类，可以根据静电吸附部所包括的各个结构的功能进行选择。
42.示例性的，如前文所述，当静电吸附部包括静电板、以及位于静电板上的固定板时，静电板和固定板的材质可以均为激光可穿透的材质。或者，静电板的材质为激光可穿透、且导电率良好的材质，而固定板的材质可以为具有良好导热性、且绝缘的材质。
43.例如：静电板的材质可以为：铁、铜、银等。固定板的材质可以为石英或陶瓷等。
44.由上述内容可以看出，通过等离子体刻蚀或沉积工艺对晶圆进行处理时，本发明实施例提供的静电卡盘中，冷却激光器可以向静电吸附部发射冷却激光。冷却激光中的光子可以与静电吸附部所具有的原子相撞击，使得静电吸附部内的原子的运动速度降低，进而降低静电吸附部的温度。此时，静电吸附部可以通过热传导的方式，吸收晶圆中的热量，从而使晶圆在长时间的等离子体反应中，温度依旧维持在电极设置温度附近，实现对晶圆的快速冷却，保证晶圆的良率。
45.本发明实施例还提供了一种处理腔室，该处理腔室包括上述实施例所提供的静电卡盘。
46.具体的，上述处理腔室可以为能够进行等离子体刻蚀的腔室、或者能够进行等离子体沉积的腔室。
47.与现有技术相比，本发明实施例提供的处理腔室的有益效果与上述实施例所提供的静电卡盘所具有的有益效果相同，此处不做赘述。
48.本发明实施例还提供了一种半导体处理设备，该半导体处理设备包括上述实施例所提供的处理腔室。
49.具体的，上述半导体处理设备可以为反应离子刻蚀设备、感应耦合等离子体刻蚀设备等任一利用等离子体对晶圆进行刻蚀的设备。或者，该半导体处理设备还可以为等离子体化学气相沉积设备、等离子体辅助物理气相沉积设备等任一利用等离子体在晶圆上沉积膜层的设备。
50.与现有技术相比，本发明实施例提供的半导体处理设备的有益效果与上述实施例所提供的静电卡盘所具有的有益效果相同，此处不做赘述。
51.以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。