CN111987031B - 卡盘装置及半导体设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种卡盘装置及半导体设备，该卡盘装置包括由下而上依次设置的基座、底座以及用于承载被加工工件的卡盘，其中，所述基座与所述底座之间设置有隔热件；还包括短接结构；所述短接结构设置在所述底座和所述基座的外侧或者二者之间，且分别与所述底座和所述基座电接触；所述卡盘的下表面与所述底座的上表面相贴合。通过本发明，可添加射频电源并在实现射频功能的同时保证了工艺稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，具体地，涉及一种卡盘装置及半导体设备。
背景技术
随着IC(Integrated circuit，集成电路)技术的发展，更小工艺制程的集成电路成为当今社会IC技术发展的方向，更小工艺制程的IC集成电路加工设备对技术的要求也越来越高。作为影响IC技术发展的关键技术：物理气相沉淀技术，要想实现更小的工艺制程，对工艺环境、工艺条件的要求越来越高，为了实现小制程和高均匀性的镀膜，需要磁控溅射和射频溅射相结合的镀膜技术。这种镀膜技术对高温不锈钢加热器的要求也越来越高。不仅仅要求加热器有更高的温度，也要求加热器加热的硅片有更好的温度均匀性，同时也需要硅片能够悬浮带电。而传统的加热器接地设置，不能满足硅片悬浮带电，也无法加射频电源；进一步，现有技术中的承载加工工件的静电卡盘，其一般可以加载直流电源并且还可以具有加热功能，但是其无法添加射频电源，一旦添加射频电源有可能引起打火现象，影响工艺稳定性。
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，提出了卡盘装置及半导体设备，可添加射频电源并在实现射频功能的同时保证工艺稳定性。
为实现本发明的目的而提供一种卡盘装置，包括由下而上依次设置的基座、底座以及用于承载被加工工件的卡盘，其中，所述基座与所述底座之间设置有隔热件；还包括短接结构；
所述短接结构设置在所述底座和所述基座的外侧或者二者之间，且分别与所述底座和所述基座电接触；
所述卡盘的下表面与所述底座的上表面相贴合。
优选地，所述短接结构的两端采用螺钉或卡接的方式分别与所述底座和所述基座固定连接。
优选地，所述短接结构为导线、铜箔片或者不锈钢箔片中的一种。
优选地，所述短接结构为铍铜簧片；所述铍铜簧片包括：弹片部和卡接部；
所述弹片部设置在所述底座和所述基座之间，并分别与二者弹性接触；
所述卡接部位与所述底座卡接。
优选地，所述卡盘的下表面与所述底座的上表面焊接在一起。
优选地，所述卡盘装置还包括：电源线以及射频隔离环；
在所述卡盘中设置有射频电极；所述电源线由下而上依次穿过所述基座和所述底座，并与所述卡盘中的所述射频电极连接；
所述射频隔离环位于所述基座与所述底座之间，用于密封所述电源线穿过的所述基座中的通孔之间的间隙。
优选地，所述卡盘装置还包括：
设置在所述卡盘内的加热元件和静电电极。
优选地，所述卡盘装置还包括：
冷却管路，在所述基座中设置有冷却通道，所述冷却管路用于向所述冷却通道中通入冷却介质。
优选地，所述卡盘装置还包括：波纹管组件以及上背吹管路；所述波纹管组件位于所述基座的下方，且与所述基座固定连接；
所述上背吹管路用于向所述卡盘的上表面输送工艺气体。
一种半导体设备，包括：工艺腔室和设置于所述工艺腔室内部的卡盘装置，所述卡盘装置用于承载被加工工件；
所述卡盘装置为本申请中所述的卡盘装置。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的卡盘装置及半导体设备，包括由下而上依次设置基座、底座以及卡盘，卡盘的下表面与底座的上表面相贴合，基座与底座相互分离，且基座与底座底之间设置有隔热件；还包括：短接结构，短接结构用于使底座与基座之间电导通；本发明中，卡盘下表面与底座的上表面相贴合，无法产生打火条件，因此可在卡盘添加射频电源；短接结构使底座与基座之间的电位相同，不存在电位差，当在卡盘上加载射频电源时，底座与基座之间由于隔热件引起的间隙不会出现打火现象，从而在实现了射频功能的同时保证了工艺稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的卡盘装置的一种结构示意图；
图2为本发明实施例中短接结构的一种结构示意图；
图3为本发明实施例中短接结构分别与底座和基座固定连接的一种结构示意图；
图4为本发明实施例中短接结构分别与底座和基座固定连接的另一种结构示意图；
图5为本发明实施例提供的卡盘装置的另一种结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的卡盘装置及半导体设备进行详细描述。
如图1所示为本发明实施例提供的卡盘装置的一种结构示意图，包括：由下而上依次设置的基座5、底座2以及用于承载被加工工件的卡盘1，基座5与底座2之间设置有隔热件4；还包括：短接结构3；短接结构3用于使底座2与基座5之间电导通；卡盘1的下表面与底座2的上表面相贴合；短接结构3设置在底座2和基座5的外侧或者二者之间，且分别与底座2和基座5电接触。
具体地，隔热件4位于底座2和基座5之间，实现底座2与基座5的隔离，隔热件4可以采用导热性能较差的导热材料加工而成，可以为导热硅或者玻璃钢。隔热件4的形状可以是块状或环状或者片状结构。
本发明实施例提供的卡盘装置，包括由下而上依次设置基座、底座以及卡盘，卡盘的下表面与底座的上表面相贴合，基座与底座相互分离，且基座与底座底之间设置有隔热件；还包括：短接结构，短接结构用于使底座与基座之间电导通；本发明中，卡盘下表面与底座的上表面相贴合，无法产生打火条件，因此可在卡盘添加射频电源；短接结构使底座与基座之间的电位相同，不存在电位差，当在卡盘上加载射频电源时，底座与基座之间由于隔热件引起的间隙不会出现打火现象，从而在实现了射频功能的同时保证了工艺稳定性。
进一步，在图1所示的卡盘装置中还包括：波纹管组件6；波纹管组件6位于基座5的下方，且与基座5固定连接；本实施例中，波纹管组件6与基座5安装在一起，当卡盘装置位于工艺腔室时，可以通过提升波纹管组件6的高度，实现底座2与卡盘1的上下移动，满足工艺需求的靶基间距。
具体地，短接结构3设置在底座2和基座5的外侧或者二者之间，且分别与底座2和基座5电接触。参见图1所示，短接结构3设置在底座2和基座5的外侧。
进一步，本发明的另一个实施例中，短接结构3的两端采用螺钉14或卡接的方式分别与底座2和基座5固定连接。参见图1、2与图3所示，在图1与图2中短接结构3两端通过卡接的方式分别与底座2和基座5固定连接。而在图3中短接结构3的两端通过螺钉14分别与底座2和基座5固定连接。
具体地，短接结构3为导线、铜箔片或者不锈钢箔片中的一种。如图2中，短接结构3为铜箔片或者不锈钢箔片，而在图3中短接结构3为导线。
进一步，本发明的另一个实施例中，参见图4所示，短接结构3为铍铜簧片，铍铜簧片设置在底座2和基座5之间，并分别与二者弹性接触。铍铜簧片包括：弹片部31和卡接部32；弹片部31设置在底座2和基座5之间，并分别与二者弹性接触；卡接部位32与底座2卡接。本发明另一个实施例中，铍铜簧片的卡接部32还可与基座5可接，通过卡接部的卡接可以使铍铜簧片不容易在底座2与基座5之间弹性接触时出现脱落的现象。
综上，短接结构的可以设置在底座和基座的外侧或者二者之间，并且分别与底座和基座电接触；当然，本发明不限定上述的实施例，只要能使底座和基座电接触的短接结构都在本发明的保护范围之内，因此，本发明中的短接结构选择形式多样，便于实现。
本发明的一个实施例中，卡盘1的下表面与底座2的上表面焊接在一起。由于卡盘的下表面与底座的上表面焊接在一起，两者之间不具有间隙。卡盘1的材料可以是陶瓷，底座2的材料可以是碳化硅材料，也可以是铜材质或铁镍钴合金材料，或者是其他可以与陶瓷焊接、可导电、具有一定强度的材料。两个不同电位的物体，施加射频电压，如果两者之间间隙满足某一范围，会导致两者之间发生打火现象。由于卡盘1与底座2的材料不同，卡盘1与底座2之间存在电位差，但是由于两者之间无间隙贴合，因此即使两者之间有电位差也不会出现打火现象。进一步，在工艺过程中，卡盘1侧面会放置隔离工艺环境的工艺隔离环组件，用于保护卡盘1不被工艺环境污染。
本发明的一个实施例中，卡盘装置还包括：设置在卡盘1内的加热元件(图中未示)和静电电极(图中未示)；通过在卡盘1中设置加热元件，使卡盘装置具有了加热功能，加热元件可以直接给卡盘1加热，由于卡盘1的下表面与底座2的上表面相贴合，因此卡盘1与底座2之间不需要背吹传递能量，节省了背吹气体；进一步，在卡盘中设置静电电极，使卡盘具有了静电吸附功能，从而本发明中卡盘可以是静电卡盘。
如图5所示为本发明实施例提供的卡盘装置的另一种结构示意图，相对于图1所示的卡盘装置，图5的卡盘装置还包括：电源线7以及射频隔离环8。
在卡盘1中设置有射频电极(图中未示)；电源线7由下而上依次穿过基座5和底座2，并与卡盘1中的射频电极连接。
射频隔离环8位于基座5与底座2之间，用于密封电源线7穿过的基座5中的通孔51之间的间隙。
需要说明的是，本发明提供的卡盘装置在工艺过程中，通过电源线7给被加工工件施加射频电压，也可以通过电源线7同时施加直流偏压或者射频电压。当施加射频电压，由于基座5接地，底座2通过短接结构3实现与基座5短接，底座2和基座5处在同电位，底座2与基座5之间的间隙不会发生打火。卡盘1与底座2的材料不同，二者之间存在电位差，进一步，卡盘1的下表面与底座2的上表面之间焊接一体结构，不存在间隙，不具备打火的条件，所以不会出现打火现象，也不会发生工艺过程中起辉现象。
综上，本发明实施例提供的卡盘装置，在工艺条件下，施加射频电压不会发生打火现象，可以保持工艺的稳定性。
进一步，本发明的另一个实施例中，如图5所示，相对与图1所示的卡盘装置，图5所示的卡盘装置还包括：
冷却管路9，在基座5中设置有冷却通道(图中未示)，冷却管路9用于向冷却通道中通入冷却介质。
冷却管路9安装在基座5上，可以实现基座5的冷却，还可以使运动件——波纹管组件6维持在低温下，增加波纹管组件6的使用寿命。进一步，本实施例中，如图5所示，在基座5与底座2之间具有空隙，工艺过程中，由于工艺环境为低压环境，底座2和基座5之间的空隙起到了隔热的效果，降低了热量的传导效率，使基座5处于低温状态。而本实施例中，基座5具有冷却通道，可以实现水冷或气冷功能，从而进一步降低了基座5的温度，进而实现波纹管组件6处于低温状态。
进一步，参见图5所示，本发明的卡盘装置还可以包括：加热丝10以及加热隔离环11，加热丝10可以与卡盘1中的加热元件连接，而加热隔离环11套设于加热丝1上，且位于基座5与波纹管组件6之间，用于密封加热丝10并且使基座5和波纹管组件6热隔离。
卡盘装置还可以包括：上背吹管路12以及背吹隔离环13；上背吹管路12用于向卡盘1的上表面输送工艺气体，从而为卡盘1上被加工工件的背面提供工艺气体，提高被加工工件的升温速度和温度均匀性。背吹隔离环13实现上背吹管路12的密封，背吹隔离环13套设于背吹管路12上，且位于基座5与波纹管组件6之间，用于背吹管路12并且使基座5和波纹管组件6隔离。
针对上述卡盘装置，本发明提供了一种半导体设备，该半导体设备包括：工艺腔室和设置于工艺腔室内部的卡盘装置，卡盘装置用于承载被加工工件，该卡盘装置包括本发明实施例中卡盘装置。
综上所述，本发明实施例提供的卡盘装置以及半导体设备，具有如下特点：
1)本发明提供的卡盘装置可加射频、防打火、高温以及具有静电卡盘功能。
2)本发明提供的卡盘装置通过短接结构实现底座与基座的同电位，实现防打火。
3)本发明提供的卡盘装置，卡盘的下表面与底座的上表面相贴合，在卡盘中设置加热元件后，无需背吹传递能量，减少了下背吹功能。
4)本发明提供的卡盘装置，通过基座与底座之间的隔热件，降低了卡盘向基座的热量传播，实现了基座的降温，进一步可以实现基座下方波纹管组件的温度降低。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种卡盘装置，包括由下而上依次设置的基座、底座以及用于承载被加工工件的卡盘，其中，所述基座与所述底座之间设置有隔热件，以使所述基座和所述底座相互分离；其特征在于，还包括短接结构；
所述短接结构设置在所述底座和所述基座的外侧或者二者之间，且分别与所述底座和所述基座电接触；其中，所述短接结构用于使得所述底座和所述基座处于同电位；
所述卡盘的下表面与所述底座的上表面相贴合。
2.根据权利要求1所述的卡盘装置，其特征在于，所述短接结构的两端采用螺钉或卡接的方式分别与所述底座和所述基座固定连接。
3.根据权利要求2所述的卡盘装置，其特征在于，所述短接结构为导线、铜箔片或者不锈钢箔片中的一种。
4.根据权利要求3所述的卡盘装置，其特征在于，所述短接结构为铍铜簧片；
所述铍铜簧片包括：弹片部和卡接部；
所述弹片部设置在所述底座和所述基座之间，并分别与二者弹性接触；
所述卡接部与所述底座卡接。
5.根据权利要求1所述的卡盘装置，其特征在于，所述卡盘的下表面与所述底座的上表面焊接在一起。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的卡盘装置，其特征在于，所述卡盘装置还包括：电源线以及射频隔离环；
在所述卡盘中设置有射频电极；所述电源线由下而上依次穿过所述基座和所述底座，并与所述卡盘中的所述射频电极连接；
所述射频隔离环位于所述基座与所述底座之间，用于密封所述电源线穿过的所述基座中的通孔之间的间隙。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的卡盘装置，其特征在于，所述卡盘装置还包括：
设置在所述卡盘内的加热元件和静电电极。
8.根据权利要求1-5任一项所述的卡盘装置，其特征在于，所述卡盘装置还包括：
冷却管路，在所述基座中设置有冷却通道，所述冷却管路用于向所述冷却通道中通入冷却介质。
9.根据权利要求1-5任一项所述的卡盘装置，其特征在于，所述卡盘装置还包括：波纹管组件以及上背吹管路；所述波纹管组件位于所述基座的下方，且与所述基座固定连接；
所述上背吹管路用于向所述卡盘的上表面输送工艺气体。
10.一种半导体设备，其特征在于，包括：工艺腔室和设置于所述工艺腔室内部的如权利要求1-9任一项所述的卡盘装置；所述卡盘装置用于承载被加工工件。
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