[发明专利]卡盘装置以及半导体加工设备

说明书

本发明提供的卡盘装置以及半导体加工设备，其包括基座、基环、聚焦环和热边缘环，基座包括用于承载晶片的承载面；基环环绕设置在基座的侧壁上；聚集环设置在基环上；热边缘环设置在基环与基座之间，且靠近承载面的边缘处；并且，热边缘环包括金属本体，以及包覆所述金属本体的外表面的绝缘层。本发明提供的卡盘装置，其可以在改善在晶圆边缘区域的温度分布不均匀和电场陡峭的前提下，减少晶片的金属污染和颗粒污染。

技术领域

本发明涉及半导体设备制造领域，具体地，涉及一种卡盘装置以及半导体加工设备。

背景技术

在半导体制造工艺中，等离子体刻蚀技术是利用高能离子轰击晶圆表面所产生的物理作用，或者利用等离子体中的活性自由基与晶圆表面之间的化学作用，或者二者的复合作用，达到去除晶圆材料的目的的一种技术。在等离子体刻蚀反应腔室中设置有卡盘装置，用于固定、支撑及传送晶圆，并且控制晶圆表面的温度，例如静电卡盘(Electro StaticChuck，ESC)。

现有的静电卡盘包括由上至下依次叠置的绝缘层、加热层、隔热层和基座，其中，在绝缘层内烧结有直流电极层，用以产生静电引力将晶圆固定在绝缘层的上表面。加热层用于实现对晶圆的温度控制。隔热层设置在加热层与基座之间，用以阻挡加热层产生的热量向基座3传导，从而保证静电卡盘具有足够的工艺温度。此外，在静电卡盘的周围还设置有边缘环组件，其主要包括聚焦环、基环及绝缘环。其中，绝缘环固定在安装固定件上，用于支撑基座，并且绝缘环采用Al₂O₃陶瓷材料制作，用以实现基座与安装固定件电绝缘。聚焦环和基环均环绕在基座的周围，聚焦环用于形成能够将等离子体限制在其内部的边界；基环用于支撑聚焦环，并保护基座的外周壁不被等离子体刻蚀。

为了避免金属污染，上述边缘环组件中没有金属，这使得在晶圆7的边缘区域的电场非常陡峭，从而造成晶圆边缘与中心的刻蚀均匀性较差。

为此，图1为现有的一种静电卡盘的局部剖视图。请参阅图2，在上述静电卡盘的基础上，本静电卡盘增设了热边缘环。具体地，热边缘环包括由上而下依次叠置的硅边缘环120、陶瓷导热环130和导电下环140。其中，陶瓷导热环130可以不断地将硅边缘环120的热量传递出去，从而可以将硅边缘环120的温度控制在恒定的温度范围内。导电下环140采用金属材料制成，其能够改善在晶圆边缘区域的电场陡峭的问题，从而可以提高工艺均匀性。

但是，由于导电下环140采用金属材料制成，而且上述热边缘环与基座150之间存在间隙，这很容易在刻蚀环境中带来金属颗粒污染，从而对成品质量造成影响。

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，提出了一种卡盘装置以及半导体加工设备，其可以在改善在晶圆边缘区域的温度分布不均匀和电场陡峭的前提下，减少晶片的金属污染和颗粒污染。

为实现本发明的目的而提供一种卡盘装置，包括基座、基环和聚焦环，所述基座包括用于承载晶片的承载面；所述基环环绕设置在所述基座的侧壁上；所述聚集环设置在所述基环上；还包括热边缘环，所述热边缘环设置在所述基环与所述基座之间，且靠近所述承载面的边缘处；并且，所述热边缘环包括金属本体，以及包覆所述金属本体的外表面的绝缘层。

优选的，所述绝缘层包括氧化层；或者，

所述绝缘层包括陶瓷涂层；或者，

所述绝缘层包括氧化层和陶瓷涂层，二者由内而外依次设置。

优选的，所述氧化层采用阳极氧化处理的方式制成。

优选的，所述阳极氧化处理使用的电解质溶液包括硫酸、草酸、铬酸、磷酸、硼酸或者混合酸。

优选的，所述氧化层的厚度的取值范围在50～60μm。

优选的，所述氧化层的维氏显微硬度大于等于300。