[发明专利]静电卡盘机构以及半导体加工设备

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设备制造领域，具体地，涉及一种静电卡盘机构以及半导体加工设备。

背景技术

在制造集成电路(IC)和微机电系统(MEMS)的工艺过程中，特别是在实施等离子刻蚀(ETCH)、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)等的工艺过程中，常使用静电卡盘来承载及加热晶片等被加工工件，为晶片提供直流偏压并且控制晶片表面的温度。

图1为典型的静电卡盘机构的结构示意图。如图1所示，静电卡盘机构包括静电卡盘8和边缘组件。其中，静电卡盘8用于采用静电吸附的方式将晶片5固定在其上表面上，并且在静电卡盘8内设置有加热器，用以控制晶片5的温度。边缘组件包括由上而下依次叠置的聚焦环6、基环7和绝缘环9，其中，绝缘环9固定在安装固定件10上，用于支撑静电卡盘8。聚焦环6和基环7均环绕在静电卡盘8的周围，聚焦环6用于形成能够将等离子体限制在其内部的边界；基环7用于支撑聚焦环6，并保护静电卡盘8的外周壁不被等离子体刻蚀。

上述静电卡盘机构在实际应用中不可避免地存在以下问题：

进入28-20纳米技术代以后，高K栅介质和金属栅电极MOS器件被引入集成电路生产工艺，晶片间的晶体管栅极长度的均匀性(3σ)由45nm节点时的3nm减小到32nm节点的1.56nm，这意味着对刻蚀均匀性的要求大大提高。然而，由于受到静电卡盘8物理尺寸的限制，静电卡盘8内的加热器无法对晶片靠近其边缘处的温度进行控制(由于晶片5的直径略大于静电卡盘8的外径，加热器无法控制晶片5外围不与静电卡盘8相接触的部分的温度)，从而造成晶片边 缘区域和中心区域的温度不均匀，无法满足28-20纳米技术的对晶片边缘区域和中心区域的刻蚀均匀性的要求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种静电卡盘机构以及半导体加工设备，其可以单独地调节晶片中心区域和边缘区域的温度，从而可以实现对晶片边缘区域和中心区域之间的温度差异进行补偿，进而可以提高工艺均匀性。

为实现本发明的目的而提供一种静电卡盘机构，包括基座和边缘组件，其中，所述基座包括用于承载晶片的承载面，以及环绕在所述承载面周围、且位于所述晶片边缘处的台阶面，且所述台阶面低于所述承载面；所述边缘组件包括聚焦环、基环和绝缘环，所述聚焦环环绕设置在所述台阶面上；所述基环环绕设置在所述基座的外周壁上；所述绝缘环设置在所述基座底部，并支撑所述基座；所述静电卡盘机构还包括主体静电加热层和边缘静电加热层，其中，所述主体静电加热层设置在所述承载面上，用以静电吸附所述晶片，并调节所述晶片的温度；所述边缘静电加热层设置在所述台阶面上，用以静电吸附所述聚焦环，并调节所述聚焦环的温度。

优选的，所述边缘静电加热层包括由下而上依次设置的边缘加热层和边缘绝缘层，其中，所述聚焦环叠置在所述边缘绝缘层上，且在所述边缘绝缘层中设置有第一直流电极，通过向所述第一直流电极通入直流电，而对所述聚焦环产生静电吸附力；所述边缘加热层用于采用热传导的方式加热所述聚焦环。

优选的，所述主体静电加热层包括由下而上依次设置的主体加热层和主体绝缘层，其中，所述晶片叠置在所述主体绝缘层上，且在所述主体绝缘层中设置有第二直流电极，通过向所述第二直流电极通入直流电，而对所述晶片产生静电吸附力；所述主体加热层用于采用热传导的方式加热所述晶片。

优选的，所述边缘静电加热层包括边缘绝缘层，所述聚焦环叠置在所述边缘绝缘层上，且在所述边缘绝缘层中设置有第一直流电 极，通过向所述第一直流电极通入直流电，而对所述聚焦环产生静电吸附力；在所述边缘绝缘层中还设置有第一加热元件，用于采用热传导的方式加热所述聚焦环。

优选的，所述主体静电加热层包括主体绝缘层，所述晶片叠置在所述主体绝缘层上，且在所述主体绝缘层中设置有第二直流电极，通过向所述第二直流电极通入直流电，而对所述晶片产生静电吸附力；在所述主体绝缘层中还设置有第二加热元件，用于采用热传导的方式加热所述晶片。

优选的，在所述边缘静电加热层中设置有第一通道，用以朝向所述聚焦环与所述边缘静电加热层之间输送热交换气体。

优选的，在所述主体静电加热层中设置有第二通道，用以朝向所述晶片与所述主体静电加热层之间输送热交换气体。

优选的，所述静电卡盘机构还包括射频源，用于同时向所述晶片和聚焦环提供射频能量。