一种新型的静电吸盘结构和半导体设备的制作方法

1.本发明涉及半导体设备领域，尤其涉及一种新型的静电吸盘结构和半导体设备。


背景技术：

2.在半导体制造中，涉及多道工序，每道工序都是由一定的设备和工艺来完成的。其中，等离子体反应常被用于半导体晶圆及其它基片的化学物理沉积、刻蚀以及光刻胶灰化去除等，在典型的等离子体刻蚀工艺中，不同的工艺气体组合(如cxfy、o2,、ar等)在射频(radio frequency)环境中经过射频激励作用形成等离子体，形成的等离子体在刻蚀腔体上下电极电场作用下与晶圆表面发生物理轰击和化学反应，完成对晶圆表面设计图案和关键工艺的处理过程。典型的等离子体刻蚀腔体包括容性耦合腔体(ccp)和感性耦合腔体(icp)两种。
3.等离子体刻蚀腔体中具有静电吸盘系统结构。
4.然而，现有的静电吸盘系统结构的可靠性较差。


技术实现要素：

5.本发明解决的问题是提供一种新型的静电吸盘结构和半导体设备，能够提高静电吸盘系统结构的可靠性。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供一种新型的静电吸盘结构，包括：静电吸盘基座；位于所述静电吸盘基座上的静电吸盘层，所述静电吸盘层背离所述静电吸盘基座一侧的表面包括第一区和环绕所述第一区的第一密封环区；若干个第一气冷通道，贯穿所述静电吸盘基座和所述静电吸盘层的第一区；环绕所述静电吸盘层设置的功能环；所述第一密封环区包括沿着第一密封环区的周向排布的主密封区和第一漏气区，所述第一漏气区的粗糙度大于所述主密封区的粗糙度；和/或，所述静电吸盘层背离所述静电吸盘基座一侧的表面还包括位于所述第一密封环区外侧的第二漏气区，所述第二漏气区和静电吸盘基座中具有贯穿所述第二漏气区和静电吸盘基座的第二气冷通道。
7.可选的，所述第一密封环区的平均表面粗糙度小于所述第一区的平均表面粗糙度。
8.可选的，所述第一漏气区的总面积为所述主密封区的面积的10％～90％。
9.可选的，第一漏气区的数量为若干个，若干个第一漏气区沿着所述第一密封环区的周向上均匀排布。
10.可选的，所述第一漏气区之间的间距为1mm～100mm，各所述第一漏气区沿着所述第一密封环区的周向上的长度为0.1mm～10mm。
11.可选的，所述第一漏气区的表面粗糙度为所述主密封区的表面粗糙度的2 倍～10倍。
12.可选的，所述第一漏气区的表面粗糙度大于或等于1微米，所述主密封区的表面粗糙度小于或等于0.2微米。
13.可选的，所述第二漏气区的表面粗糙度大于所述第一密封环区的平均表面粗糙度。
14.可选的，所述第二漏气区的表面粗糙度大于或等于1微米。
15.可选的，当所述静电吸盘层背离所述静电吸盘基座一侧的表面还包括位于所述第一密封环区外侧的第二漏气区时，所述第一密封环区的形状包括多边形环。
16.可选的，所述第一密封环区外侧具有若干个第二漏气区，所述第二漏气区分别位于多边形环的每个环边的外侧，每个第二漏气区中均具有第二气冷通道。
17.可选的，所述第一密封环区的高度大于所述第一区的高度，所述静电吸盘层对应所述第一密封环区的位置具有凸起环，所述凸起环背离所述静电吸盘基座一侧的表面作为第一密封环区；所述新型的静电吸盘结构还包括：在所述凸起环的宽度方向上贯穿所述凸起环的气槽。
18.可选的，所述气槽的数量为若干个，若干个气槽沿着所述凸起环的周向上均匀排布。
19.可选的，所述气槽的槽径为0.1mm～10mm；所述气槽的槽深为1um～20um。
20.可选的，相邻气槽之间的间距为1mm～100mm。
21.可选的，所述第一区包括：第一子区、环绕所述第一子区的第二密封环区；环绕所述第二密封环区的第二子区，所述第二密封环区的表面粗造度大于所述第一子区的表面粗造度且大于所述第二子区的表面粗造度。
22.可选的，还包括：第一压力控制模块，所述第一压力控制模块适于控制第一子区中的第一气冷通道内的气体压强；第二压力控制模块，所述第二压力控制模块适于控制第二子区中的第一气冷通道内的气体压强。
23.可选的，还包括：第三压力控制模块，所述第三压力控制模块适于控制第二气冷通道内的气体压强。
24.可选的，所述功能环包括等离子体聚焦环。
25.可选的，还包括：位于所述静电吸盘基座和所述静电吸盘层之间的粘结层；所述第一气冷通道贯穿所述粘结层，所述第二气冷通道贯穿所述粘结层。
26.可选的，所述粘结层包括陶瓷粘结层。
27.本发明还提供一种半导体设备，包括本发明的新型的静电吸盘结构。
28.与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
29.本发明技术方案提供的新型的静电吸盘结构，所述静电吸盘层上适于放置晶圆，晶圆放置在所述静电吸盘层上被静电吸盘层吸附时，晶圆的边缘区域位于第一密封环区上，这样晶圆、第一区和第一密封环区之间形成的空间体系对第一气冷通道中气体具有一定的限制作用。所述第一密封环区包括沿着第一密封环区的周向排布的主密封区和第一漏气区，所述第一漏气区的粗糙度大于所述主密封区的粗糙度；和/或，所述静电吸盘层背离所述静电吸盘基座一侧的表面还包括位于所述第一密封环区外侧的第二漏气区，所述第二漏气区和静电吸盘基座中具有贯穿所述第二漏气区和静电吸盘基座的第二气冷通道。当第一密封环区包括第一漏气区时，第一气冷通道内的气体能经过第一漏气区扩散逸出至功能环、晶圆边缘下沿与静电吸盘层的侧壁形成的死角处，扩散逸出的气体对死角具有吹扫作用，阻碍聚合物在死角处的沉积。当所述静电吸盘层背离所述静电吸盘基座一侧的表面包
括第二漏气区时，第二气冷通道内的气体扩散逸出至功能环、晶圆边缘下沿与静电吸盘层的侧壁形成的死角处，扩散逸出的气体对死角具有吹扫作用，阻碍聚合物在死角处的沉积。由于阻碍了聚合物在死角处的沉积，因此避免反应产生的聚合物持续扩散沉积到静电吸盘层的侧壁，避免聚合物会随机散落到静电吸盘层的表面，避免造成静电吸盘层对晶圆的库伦吸附失败，避免中断工艺流程，大大提高工艺持续运行时间。综上，新型的静电吸盘结构能够提高可靠性。
附图说明
30.图1为一种静电吸盘结构的示意图；
31.图2为图1中的静电吸盘结构的密封带；
32.图3为本发明一实施例中新型的静电吸盘结构的示意图；
33.图4为本发明另一实施例中密封环和的静电吸盘基座的俯视图；
34.图5为本发明又一实施例中密封环和的静电吸盘基座的俯视图；
35.图6为本发明又一实施例中密封环和的静电吸盘基座的俯视图；
36.图7为本发明又一实施例中密封环和的静电吸盘基座的俯视图。
具体实施方式
37.一种静电吸盘结构，参考图1，包括：静电吸盘基座1；陶瓷粘贴层2；静电吸盘陶瓷层3；晶圆4；冷却he通道5；介质隔离层6；等离子体聚焦环 7。通过在静电吸盘陶瓷层3中的直流电极层施加正电压或负电压，实现对晶圆的库仑力吸附。通常在晶圆4与静电吸盘陶瓷层3之间通入特定压力的he 气，用于冷却和调节晶圆4表面温度；静电吸盘陶瓷层3边缘区域的表面会设置低粗糙度的环状的密封带，当晶圆4被静电吸盘陶瓷层3库伦吸附时， he气就会被晶圆4和静电吸盘陶瓷层3、密封带之间形成的闭合体系密封住。另外，为了调节晶圆边缘的刻蚀效果，通常会在静电吸盘陶瓷层3边缘安装等离子体聚焦环7，用于调节和化晶圆边缘的等离子体分布情况。如图1所示，等离子体聚焦环7、晶圆边缘下沿与静电吸盘陶瓷层3的侧壁会形成一个死角，由于静电吸盘陶瓷层3侧壁的较低温度特性，工艺过程中，特别是反应产生的聚合物(polymer)较重的工艺过程中，反应产生的聚合物会持续扩散沉积到静电吸盘陶瓷层3的侧壁；当聚合物沉积到一定厚度时会从静电吸盘陶瓷层3的侧壁脱落下来(peeling)，脱落的聚合物会随机散落到静电吸盘陶瓷层3的表面，造成晶圆的库伦吸附失败，中断腔体的工艺流程。通常这种聚合物沉积-脱落过程会大大缩短腔体持续运行时间。综上，导致静电吸盘结构的可靠性降低。
38.基于上述分析，本发明提出一种新型的静电吸盘结构，包括：静电吸盘基座；位于所述静电吸盘基座上的静电吸盘层，所述静电吸盘层背离所述静电吸盘基座一侧的表面包括第一区和环绕所述第一区的第一密封环区；若干个第一气冷通道，贯穿所述静电吸盘基座和所述静电吸盘层的第一区；环绕所述静电吸盘层设置的功能环；所述第一密封环区包括沿着第一密封环区的周向排布的主密封区和第一漏气区，所述第一漏气区的粗糙度大于所述主密封区的粗糙度；和/或，所述静电吸盘层背离所述静电吸盘基座一侧的表面还包括位于所述第一密封环区外侧的第二漏气区，所述第二漏气区和静电吸盘基座中具有贯穿所述第二漏气区和静电吸盘基座的第二气冷通道。所述新型的静电吸盘结构的可靠性提高。
39.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
40.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
41.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，也可以是电学连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
43.实施例1
44.本发明一实施例提供一种新型的静电吸盘结构，请参考图3和图4，包括：
45.静电吸盘基座100；
46.位于所述静电吸盘基座100上的静电吸盘层150；所述静电吸盘层150背离所述静电吸盘基座100一侧的表面包括第一区154和环绕所述第一区154 的第一密封环区151；
47.若干个第一气冷通道110，贯穿所述静电吸盘基座100和所述静电吸盘层 150的第一区154；
48.环绕所述静电吸盘层150设置的功能环170；
49.所述第一密封环区151包括沿着第一密封环区151的周向排布的主密封区153和第一漏气区152，所述第一漏气区152的粗糙度大于所述主密封区 153的粗糙度。
50.本实施例中，所述静电吸盘层150上适于放置晶圆140，晶圆140放置在所述静电吸盘层130上被静电吸盘层130吸附时，晶圆140的边缘区域位于第一密封环区151上，这样晶圆140、第一区154和第一密封环区151之间形成的空间体系对第一气冷通道110中气体具有一定的限制作用。
51.所述功能环170包括等离子体聚焦环，等离子体聚焦环用于调节晶圆140 边缘的刻蚀效果，用于调节和化晶圆140边缘的等离子体分布情况。
52.第一密封环区151包括第一漏气区152时，第一气冷通道110内的气体能经过第一漏气区152扩散逸出至功能环170、晶圆边缘下沿与静电吸盘层的侧壁形成的死角处，扩散逸出的气体对死角具有吹扫作用，阻碍聚合物在死角处的沉积。由于阻碍了聚合物在死角处的沉积，因此避免反应产生的聚合物持续扩散沉积到静电吸盘层的侧壁，避免聚合物会随机散落到静电吸盘层 150的表面，避免造成静电吸盘层150对晶圆140的库伦吸附失败，避免中断工艺流程，大大提高工艺持续运行时间。综上，新型的静电吸盘结构能够提高可靠性。
53.所述第一密封环区151的平均表面粗糙度小于所述第一区154的平均表面粗糙度。
54.在一个实施例中，所述第一漏气区152的总面积为所述主密封区153的面积的10％～90％，如10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％。若第一漏气区152的总面积过大，则导致第一密封环区151的密封作用降低；所述第一漏气区152的总面积过小，第一气冷通道中的气体从第一漏气区152 逸出的流量较小，对死角处的聚合物在的吹扫作用降低。所述第一漏气区152 的总面积为所述主密封区153的面积的10％～90％，能兼顾优化第一密封环区 151的密封作用和对死角处的聚合物在的吹扫。
55.本实施例中，第一漏气区152的数量为若干个，若干个第一漏气区152 沿着所述第一密封环区151的周向上均匀排布。这样使得第一气冷通道中的气体从第一漏气区152逸出后对死角处的各区域的吹扫均匀性提高。需要说明的是，在其他实施例中，若干个第一漏气区152沿着所述第一密封环区151 的周向上的排布可以不均匀。
56.在一个实施例中，所述第一漏气区152之间的间距为1mm～100mm，例如1mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm或100mm。若所述第一漏气区152之间的间距小于1mm，则第一漏气区152的密度过大，则会影响到第一密封环区151的密封作用。若所述第一漏气区152之间的间距大于100mm，则对部分死角处的聚合物的吹扫力度降低。
57.在一个实施例中，各所述第一漏气区152沿着所述第一密封环区151的周向上的长度为0.1mm～10mm。若第一漏气区152沿着所述第一密封环区151 的周向上的长度大于10mm则会影响到第一密封环区151的密封作用；若第一漏气区152沿着所述第一密封环区151的周向上的长度小于0.1mm，则第一气冷通道中的气体从单个第一漏气区152逸出的流量较小，对死角处的聚合物的吹扫力度降低。
58.在一个实施例中，所述第一漏气区152的表面粗糙度为所述主密封区153 的表面粗糙度的2倍～10倍、如2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、7倍、8倍、9 倍或10倍。若所述第一漏气区152的表面粗糙度小于所述主密封区153的表面粗糙度的2倍，则第一气冷通道中的气体从第一漏气区152逸出的难度增加；若所述第一漏气区152的表面粗糙度大于所述主密封区153的表面粗糙度的10倍，则气体密封性太差，第一密封环区151容易失效。
59.在一个具体的实施例中，所述第一漏气区152的表面粗糙度大于或等于1 微米，如1.2微米，所述主密封区153的表面粗糙度小于或等于0.2微米，如0.1微米、或0.05微米。
60.在一个具体的实施例中，所述第一密封环区151的宽度为1mm～20mm。
61.所述第一密封环区151的平均表面粗糙度小于所述第一区154的平均表面粗糙度。
62.进一步的，本实施例中，所述第一密封环区151的高度大于所述第一区 154的高度，所述静电吸盘层150对应所述第一密封环区151的位置具有凸起环，所述凸起环背离所述静电吸盘基座100一侧的表面作为第一密封环区151。所述新型的静电吸盘结构还包括：在所述凸起环的宽度方向上贯穿所述凸起环的气槽(未图示)。第一气冷通道中的内体能从气槽中逸出后对死角处的聚合物进行吹扫。
63.本实施例中，所述气槽的数量为若干个，若干个气槽沿着所述凸起环的周向上均匀排布。这样使得从气槽逸出后对死角处的各区域的吹扫均匀性提高。需要说明的是，在其他实施例中，若干个气槽沿着凸起环的周向上的排布可以不均匀。
64.在一个实施例中，所述气槽的槽径为0.1mm～10mm。若所述气槽的槽深大于10mm，则凸起环的支撑性降低，凸起环容易塌陷，影响气槽对死角处的吹扫作用；若吹气槽151的孔径小于0.1mm，则对死角处的吹扫作用减弱。
65.在一个实施例中，相邻气槽之间的间距为1mm～100mm。
66.本实施例中，气槽和第一漏气区152结合在一起，加强了对死角处聚合物的吹扫。由于气槽的存在，第一漏气区的数量能适当减少，提高了第一密封环区151的密封性。
67.在一个具体的实施例中，气槽在静电吸盘层150上的投影与第一漏气区 152间隔，这样使得气槽在静电吸盘层150对死角处的聚合物的吹扫更加均匀。
68.需要说明的是，在其他实施例中，第一区和第一密封环区的高度一致，不设置凸起环和气槽。
69.本实施例中，第一密封环区151为圆环状结构。
70.本实施例中，第一密封环区151外侧的所述静电吸盘基座100和静电吸盘层130中没有设置第二气冷通道。
71.本实施例中，还包括：位于所述静电吸盘基座100和所述静电吸盘层130 之间的粘结层120；所述第一气冷通道110还贯穿所述粘结层120。所述粘结层120包括陶瓷粘结层。
72.第一气冷通道110中通入的气体包括he。
73.实施例2
74.本实施例与实施例1的区别在于：参考图5，静电吸盘层背离所述静电吸盘基座一侧的表面包括第一区154a、环绕第一区154a的第一密封环区151a、以及位于所述第一密封环区151a外侧的第二漏气区155，所述第二漏气区155 和静电吸盘基座中具有贯穿所述第二漏气区155和静电吸盘基座的第二气冷通道111。
75.第二气冷通道111中通入的气体包括he。
76.本实施例中，不设置第一漏气区。
77.第二气冷通道111内的气体扩散逸出至功能环、晶圆边缘下沿与静电吸盘层的侧壁形成的死角处，扩散逸出的气体对死角具有吹扫作用，阻碍聚合物在死角处的沉积。由于阻碍了聚合物在死角处的沉积，因此避免反应产生的聚合物持续扩散沉积到静电吸盘层的侧壁，避免聚合物会随机散落到静电吸盘层的表面，避免造成静电吸盘层对晶圆的库伦吸附失败，避免中断工艺流程，大大提高工艺持续运行时间。综上，新型的静电吸盘结构能够提高可靠性。
78.本实施例中，所述第二漏气区155的表面粗糙度大于所述第一密封环区 151a的平均表面粗糙度。
79.本实施例中，第一密封环区151a各处的粗糙度均小于第二漏气区的粗糙度，且第一密封环区151a各处的粗糙度均小于第一区的粗糙度。
80.在一个实施例中，第一密封环区151a各处的粗糙度小于或等于0.2微米。所述第二漏气区155的表面粗糙度大于或等于1微米。
81.本实施例中，静电吸盘层可以设置实施例1的凸起环和气槽。还可以是，设置实施例1的凸起环但不设置气槽。还可以是，第一区和第一密封环区的高度一致，不设置凸起环。
82.需要说明的是，当设置凸起环时，可以不对第二漏气区155的表面粗糙度做限定，第二漏气区的表面粗糙度大于、小于或等于所述第一密封环区的平均表面粗糙度。
83.当所述静电吸盘层背离所述静电吸盘基座一侧的表面还包括位于所述第一密封环区外侧的第二漏气区155时，所述第一密封环区151a的形状包括多边形环。
84.所述第一密封环区151a外侧具有若干个第二漏气区155，所述第二漏气区155分别
位于多边形环的每个环边的外侧，每个第二漏气区155中均具有第二气冷通道111。
85.所述新型的静电吸盘结构还包括：第三压力控制模块，所述第三压力控制模块适于控制第二气冷通道内的气体压强。
86.所述第一密封环区151a外侧的第二气冷通道内的气体压强和所述第一密封环区151a内侧的第一气冷通道内的气体压强独立控制。
87.关于本实施例与实施例1相同的内容，不再详述。
88.实施例3
89.本实施例与实施例1的区别在于：所述第一密封环区包括沿着第一密封环区的周向排布的主密封区和第一漏气区，所述第一漏气区的粗糙度大于所述主密封区的粗糙度；和，所述静电吸盘层背离所述静电吸盘基座一侧的表面还包括位于所述第一密封环区外侧的第二漏气区，所述第二漏气区和静电吸盘基座中具有贯穿所述第二漏气区和静电吸盘基座的第二气冷通道。
90.关于第二漏气区和第二气冷通道的描述均参照实施例2。
91.关于本实施例与实施例1相同的内容，不再详述。
92.实施例4
93.本实施例与实施例1的区别在于：参考图6，第一区包括：第一子区1541、环绕所述第一子区1541的第二密封环区1542；环绕所述第二密封环区1542 的第二子区1543，所述第二密封环区1542的表面粗造度大于所述第一子区 1541的表面粗造度且大于所述第二子区1543的表面粗造度。
94.所述第二密封环区1542的宽度为1mm～20mm。
95.所述新型的静电吸盘结构还包括：还包括：第一压力控制模块，所述第一压力控制模块适于控制第一子区中的第一气冷通道内的气体压强；第二压力控制模块，所述第二压力控制模块适于控制第二子区中的第一气冷通道内的气体压强；第三压力控制模块，所述第三压力控制模块适于控制第二气冷通道内的气体压强。
96.关于本实施例与实施例1相同的内容，不再详述。
97.实施例5
98.本实施例与实施例2的区别在于：参考图7，第一区包括：第一子区1541a、环绕所述第一子区1541a的第二密封环区1542a；环绕所述第二密封环区1542 a的第二子区1543a，所述第二密封环区1542a的表面粗造度大于所述第一子区1541a的表面粗造度且大于所述第二子区1543a的表面粗造度。
99.所述第二密封环区1542a的宽度为1mm～20mm。
100.所述新型的静电吸盘结构还包括：还包括：第一压力控制模块，所述第一压力控制模块适于控制第一子区中的第一气冷通道内的气体压强；第二压力控制模块，所述第二压力控制模块适于控制第二子区中的第一气冷通道内的气体压强；第三压力控制模块，所述第三压力控制模块适于控制第二气冷通道内的气体压强。
101.关于本实施例与实施例2相同的内容，不再详述。
102.实施例6
103.本实施例提供一种半导体设备，包括实施例1至实施例5中任意一个实施例的新型的静电吸盘结构。
104.所述半导体设备包括等离子体刻蚀设备，相应的，功能环为等离子体聚焦环
105.虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。