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CN111448647B - 静电卡盘加热器 - Google Patents

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CN111448647B
CN111448647B CN201980006368.XA CN201980006368A CN111448647B CN 111448647 B CN111448647 B CN 111448647B CN 201980006368 A CN201980006368 A CN 201980006368A CN 111448647 B CN111448647 B CN 111448647B
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electrostatic chuck
hole
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NGK Insulators Ltd
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Abstract

静电卡盘加热器是约翰生‑拉别克型，用于在晶片上形成导电膜。该静电卡盘加热器具有圆板状的陶瓷基体，其具备静电电极和电阻发热体；以及中空轴，其安装于陶瓷基体的与晶片载置面相反侧的面上。凸状环设置在晶片载置面，其外径比晶片的直径小。贯通孔设置为从中空轴的周壁下端贯通至晶片载置面中的凸状环的内侧。贯通孔能够从中空轴的下端向由晶片载置面、凸状环和载置在晶片载置面上的晶片包围的晶片下方空间供给气体。

Description

静电卡盘加热器
技术领域
本发明涉及静电卡盘加热器。
背景技术
以往，已知有支撑晶片的晶片支撑台。例如，专利文献1的晶片支撑台110，如图10所示，具有载置晶片W的陶瓷基体120、安装在陶瓷基体120中的与载置晶片W的面相反一侧的面上的中空轴140、以及设计为从中空轴140的周壁下端贯通至陶瓷基体120的外周面的贯通孔142。供给至贯通孔142的吹扫气体在向陶瓷基体120的外周面喷出后，通过晶片W与环130之间向上方逸出(图10的点划线箭头)。在通过CVD在晶片W的上表面形成薄膜时，该吹扫气体防止在晶片W的边缘形成薄膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5324627号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在晶片W的外周缘的背面，由于吹扫气体是从外向内的，因此，如图11所示，当通过CVD在晶片W的上表面形成导电膜F时，导电膜F有时会进入到陶瓷基体120的晶片接触面122与晶片W之间。在晶片支撑台110具有通过约翰生-拉别克力将晶片W吸附保持在陶瓷基体120上的功能时，如果导电膜F进入到晶片接触面122与晶片W之间，则吸附力会下降。即，如果将CVD处理后的晶片W卸下而更换为新的晶片W，则新的晶片W与陶瓷基体120的晶片接触面122会经由导电膜F而成为相同电位，因此有时不能变现出充分的约翰生-拉别克力，吸附力下降。
本发明是为了解决上述课题而提出的，主要目的在于稳定地吸住晶片。
解决课题的方法
本发明的静电卡盘加热器是用于在晶片上形成导电膜的约翰生-拉别克型的静电卡盘加热器，具有：
圆板状的陶瓷基体，其一个面为载置上述晶片的晶片载置面，且具有静电电极和电阻发热体；
中空轴，其安装于上述陶瓷基体中的与上述晶片载置面相反侧的面上；
凸状环，其设置在上述晶片载置面，且外径比上述晶片的直径小；以及
贯通孔，其设置为从上述中空轴的周壁下端贯通至上述晶片载置面中的上述凸状环的内侧，能够从上述中空轴的下端向由上述晶片载置面、上述凸状环和载置在上述晶片载置面上的上述晶片包围的晶片下方空间供给气体。
在使用该静电卡盘加热器时，在载置于凸状环上的晶片的表面形成导电膜，与此同时，在晶片载置面中的凸状环的外侧区域也会附着导电膜。这里，由于凸状环的外径比晶片的直径小，因此俯视时，凸状环成为被晶片覆盖隐藏的状态。因此，在与晶片背面抵接的凸状环的上表面难以附着导电膜。此外，由于向晶片下方空间供给气体，因此形成导电膜的成分难以进入到凸状环与晶片的间隙，在这一点上，也使得在凸状环的上表面难以附着导电膜。因此，即使在晶片上形成导电膜后的凸状环的上表面上载置新的晶片，晶片也会与没有附着导电膜的凸状环的上表面密合。因此，晶片吸持力(即，约翰生-拉别克力)被维持于最初的状态。因此，即使工艺次数增加，也能够稳定地吸住晶片。
本发明的静电卡盘加热器中，可以在上述晶片载置面中的上述凸状环的内侧设置能够与上述晶片抵接的多个凸块。这样的话，晶片和陶瓷基体的接触面积会与凸块面积相应地增大，因此晶片吸持力也增大，能够更稳定地吸住晶片。
本发明的静电卡盘加热器中，上述凸状环也可以具有将上述凸状环的内外连通的狭缝。这样的话，由于晶片下方空间内的气体从晶片中央向外周流动，因此通过该流动而使得形成导电膜的成分更加难以进入凸状环与晶片的间隙。
本发明的静电卡盘加热器中，上述贯通孔中的在上述晶片载置面上的开口部可以由多个直径比上述贯通孔小的小孔构成。这样的话，由于通过贯通孔的气体会分散地吹到晶片背面，因此与气体吹到晶片背面的一点的情形相比，能够更稳定地吸住晶片，且能够抑制因气体导致的晶片温度的下降。
本发明的静电卡盘加热器中，供给至上述晶片下方空间的气体举起上述晶片的力可以设定为小于通过对上述静电电极通电而产生的晶片吸持力与上述晶片的上方气氛下压上述晶片的力之和。这样的话，能够防止因向晶片下方空间供给的气体而导致晶片上浮。
本发明的静电卡盘加热器中，上述静电电极也可以用作等离子体电极。通过对静电电极施加高频，还能够将静电电极用作等离子体电极，也能够通过等离子体CVD工艺来进行成膜。
本发明的静电卡盘加热器中，在上述凸状环的内侧可以具有多个环状和/或放射状的槽。通过在凸状环的内侧设置这样的槽，从而使晶片下方空间内的气体流均匀化，因而使得形成导电膜的成分更加难以进入到凸状环与晶片的间隙。需说明的是，槽的深度可以为0.1mm以下，槽的宽度可以为5mm以下。
本发明的静电卡盘加热器中，上述凸状环的表面粗糙度Ra可以为1μm以上。这样的话，晶片下方空间内的气体从晶片中央通过凸状环的粗糙的上表面而向外周流出，因此通过该流动，从而使得形成导电膜的成分进一步难以进入到凸状环与晶片的间隙。
本发明的静电卡盘加热器中，上述贯通孔可以在上述晶片载置面的上述凸状环的内侧且为上述晶片载置面的中央部和外周部这两处均具有开口部。这样的话，从晶片载置面的外周部的开口进入到晶片下方空间的气体到达凸状环的距离近，因此更加易于防止形成导电膜的成分进入到凸状环与晶片的间隙。
附图说明
图1是静电卡盘加热器10的立体图。
图2是静电卡盘加热器10的俯视图。
图3是图2的A-A截面图。
图4是形成导电膜F后的静电卡盘加热器10的局部截面图。
图5是具备带有狭缝22a的卡环22的静电卡盘加热器的俯视图。
图6是具有带有插塞50的贯通孔42的静电卡盘加热器的局部截面图。
图7是在环内区域20c设置有槽20d、20e的静电卡盘加热器的俯视图。
图8是具备具有开口42a、42b的贯通孔42的静电卡盘加热器的俯视图。
图9是图8的B-B截面图。
图10是以往的晶片载置台110的截面图。
图11是形成导电膜F后的晶片载置台110的局部截面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的适合的实施方式进行说明。图1是静电卡盘加热器10的立体图，图2是静电卡盘加热器10的俯视图，图3是图2的A-A截面图。
静电卡盘加热器10用于通过CVD等在晶片W上形成导电膜，具有陶瓷基体20和中空轴40。
陶瓷基体20是氮化铝制的圆板。陶瓷基体20的直径没有特别限定，例如为300mm左右。陶瓷基体20具有载置晶片W的晶片载置面20a和与晶片载置面20a相反侧的背面20b。陶瓷基体20在晶片载置面20a上具有卡环22。卡环22是凸状环，设置为与陶瓷基体20成为同心圆。卡环22与陶瓷基体20一体地形成，其外径比晶片W的直径小。在晶片载置面20a中的由卡环22围绕的环内区域20c中，隔着间隔设置多个扁平的圆柱形状的凸块24。凸块24与卡环22一起，与晶片W的背面接触来支撑晶片W。
陶瓷基体20中埋设有静电电极26和电阻发热体28。静电电极26是直径比陶瓷基体20略小的圆形薄层电极，例如由将细金属线编织为网状并制成片状而得到的网状物来形成。静电电极26与未图示的供电棒连接，供电棒经过中空轴40的内部空间而与未图示的外部电源连接。如果由外部电源对静电电极26施加电压，则静电电极26将载置于晶片载置面20a的晶片W吸附保持。由于形成陶瓷基体20的氮化铝的体积电阻率为1×108～1×1013Ωcm，因此此时的吸附力是约翰生-拉别克力。电阻发热体28是将导电性线圈以一笔画的要领遍及整个陶瓷基体20而配线的发热体。电阻发热体28的两端分别与未图示的供电棒连接，供电棒经过中空轴40的内部空间而与未图示的加热器电源连接。如果从加热器电源向电阻发热体28供给电力，则电阻发热体28会发热而对载置在晶片载置面20a上的晶片W进行加热。电阻发热体28不限于线圈，例如也可以是条带(细长的薄板)，也可以是网状物。
中空轴40与陶瓷基体20同样地由氮化铝形成，上端面通过固相接合或扩散接合而安装于陶瓷基体20的背面20b。在中空轴40的周壁上，沿着周方向等间隔地设置4个贯通孔42。贯通孔42从中空轴40的下端沿着上下方向贯穿至陶瓷基体20的环内区域20c。贯通孔42在环内区域20c中的中空轴40的周壁正上方具有开口。贯通孔42的开口42a设置在环内区域20c中的不干扰凸块24的位置上。贯通孔42与未图示的气体供给源连接。
接下来，对静电卡盘加热器10的使用例进行说明。将静电卡盘加热器10配置在未图示的CVD用腔内，在晶片载置面20a的多个凸块24和卡环22上载置晶片W。此时，将由晶片载置面20a、卡环22和晶片W包围的空间称为晶片下方空间S。而且，通过对静电电极26施加电压，从而由约翰生-拉别克力来吸附保持晶片W。此外，基于未图示的热电偶的检测信号来求出晶片W的温度，控制对电阻发热体28施加的电压以使该温度成为目标温度。进而，由气体供给源向贯通孔42供给气体。由此，供给至贯通孔42的气体从环内区域20c的开口42a进入到晶片下方空间S，通过凸块24与凸块24之间而向外周流动(图3的点划线箭头)。在该状态下，通过CVD在晶片W的上表面形成导电膜F(参照图4)。
这时，供给至晶片下方空间S的气体举起晶片W的力设定为小于通过对静电电极26通电而产生的晶片吸持力与晶片W上方的气氛下压晶片W的力之和。因此，能够防止因供给至晶片下方空间S的气体而导致晶片W上浮。
在晶片W的表面形成导电膜F时，与此同时，也会在陶瓷基体20的表面中的卡环22的外侧附着导电膜F(参照图4)。在此，由于卡环22的外径比晶片W的直径小，因此在俯视时，卡环22成为被晶片W覆盖隐藏的状态。因此，在与晶片W的背面抵接的卡环22的上表面难以附着导电膜F。此外，由于向晶片下方空间S供给气体，因此形成导电膜F的成分难以进入到卡环22与晶片W的间隙，在这一点上，也使得在卡环22的上表面难以附着导电膜F。
根据以上说明的静电卡盘加热器10，在晶片W的表面形成导电膜F时，能够防止在卡环22的上表面附着导电膜F。因此，即使在晶片W上形成有导电膜F后的卡环22的上表面上载置新的晶片W，新的晶片W也会与没有附着导电膜F的卡环22的上表面密合，约翰生-拉别克力被维持于最初的状态。因此，即使工艺次数增加，也能够稳定地吸住晶片W。
此外，如果在卡环22的上表面附着有导电膜F，则需要进行用于将附着在卡环22的上表面的导电膜F除去的清理。这样的清理会使生产效率下降。本实施方式中，由于在卡环22的上表面上不会附着导电膜F，因而不需要这样的清理，生产效率得以提高。
进而，由于在环内区域20c设置有多个能够与晶片W抵接的凸块24，因此使得晶片W和陶瓷基体20的接触面积会与凸块24的面积相应地增大。因此，晶片吸持力也增大，能够更稳定地吸住晶片。
需说明的是，本发明不受上述实施方式的任何限制，不言而喻，只要属于本发明的技术范围，就能够以各种方式实施。
例如，上述实施方式中，卡环22的上表面的表面粗糙度Ra可以设为粗糙至1μm以上。这样的话，晶片下方空间S内的气体从晶片W的中央通过卡环22的粗糙的上表面向外周流出，因此通过该流动，从而使得形成导电膜F的成分进一步难以进入到卡环22与晶片W的间隙。
上述实施方式中，如图5所示，卡环22也可以具有将卡环22的内外连通的狭缝22a。图5中，对于与上述实施方式相同的构成要素赋予相同的符号。图5中，沿着卡环22的周方向等间隔地设置了8个狭缝22a，但狭缝22a的数量没有特别限定。这样的话，晶片下方空间S内的气体变得易于从晶片W的中央向卡环22的外周流动，因此通过该流动，从而使得形成导电膜F的成分进一步难以进入到卡环22与晶片W的间隙。
上述实施方式中，如图6所示，对于贯通孔42中在晶片载置面20a开口的开口部，也可以嵌入有插塞50，所述插塞50具有多个直径比贯通孔42小的小孔52。这种情况下，贯通孔42的开口部会由多个小孔52构成。这样的话，通过贯通孔42的气体经过小孔52而分散地吹到晶片W的背面，因此与气体集中地吹到晶片W的背面的情形相比，能够更稳定地吸住晶片W，且能够抑制因气体导致的晶片W的温度下降。
上述实施方式中，如图7所示，在陶瓷基体20的环内区域20c(晶片载置面20a中的卡环22的内侧区域)，也可以设置与贯通孔42的开口42a连接的放射状的4条槽20d以及与各槽20d的外周端连接的环状的槽20e。图7中，对于与上述实施方式相同的构成要素赋予相同的符号，但省略了凸块24。这样的话，通过槽20d、20e而易于使晶片下方空间S内的气体流均匀化，因而使得形成导电膜F的成分更加难以进入到卡环22与晶片W的间隙。需说明的是，槽20d、20e的深度可以为0.1mm以下，槽20d、20e的宽度可以为5mm以下。
上述实施方式中，如图8和图9所示，贯通孔42也可以在陶瓷基体20的内部具有沿半径向外的方向延伸的分支路46。图8和图9中，对于与上述实施方式相同的构成要素赋予相同的符号，但省略了凸块24。分支路46的外周侧的端部与设置为与陶瓷基体20成为同心圆的圆周孔47连通。圆周孔47的外径比卡环22的内径略小。圆周孔47与沿着周方向等间隔地设置的多个(这里是8个)垂直孔48连通。垂直孔48在环内区域20c的卡环22的侧面开口。由此，贯通孔42具有两种开口，即，在环内区域20c中的晶片载置面20a的中央部开口的开口42a和在外周部开口的开口42b(垂直孔48的开口)。这样的话，从开口42b进入到晶片下方空间S的气体到达卡环22的距离近，因此更加易于防止形成导电膜F的成分进入到卡环22与晶片W的间隙。
上述实施方式中，静电电极26也可以用作等离子体电极。通过对静电电极26施加高频，还能够将静电电极26用作等离子体电极，也能够通过等离子体CVD工艺来进行成膜。
上述实施方式中，在中空轴40的周壁上沿着周方向等间隔地设置了4个贯通孔42，但贯通孔42的数量不限于4个，也可以是2个，也可以是3个，也可以是5个以上。
本申请以于2018年3月26日申请的美国临时申请第62/647,965号作为优先权的基础，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。
产业上的利用可能性
本发明能够用于在晶片上形成导电膜的静电卡盘加热器。
符号说明
10：静电卡盘加热器，20：陶瓷基体，20a：晶片载置面，20b：背面，20c：环内区域，20d、20e：槽，22：卡环，22a：狭缝，24：凸块，26：静电电极，28：电阻发热体，40：中空轴，42：贯通孔，42a、42b：开口，46：分支路，47：圆周孔，48：垂直孔，50：插塞，52：小孔，110：晶片载置台，120：陶瓷基体，122：晶片接触面，130：环，140：中空轴，142：贯通孔，F：导电膜，S：晶片下方空间，W：晶片。

Claims (9)

1.一种静电卡盘加热器，是用于在晶片上形成导电膜的约翰生-拉别克型的静电卡盘加热器，具有：
圆板状的陶瓷基体，其一个面为载置所述晶片的晶片载置面，且具有静电电极和电阻发热体；
中空轴，其安装于所述陶瓷基体的与所述晶片载置面相反侧的面上；
凸状环，其设置在所述晶片载置面，且外径比所述晶片的直径小；以及
贯通孔，其设置为从所述中空轴的周壁下端贯通至所述晶片载置面中的所述凸状环的内侧，能够从所述中空轴的下端向由所述晶片载置面、所述凸状环和载置在所述晶片载置面上的所述晶片包围的晶片下方空间供给气体，
所述贯通孔在所述陶瓷基体的内部具有沿半径向外的方向延伸的分支路，所述分支路的外周侧的端部与设置为与所述陶瓷基体成为同心圆的圆周孔连通，所述圆周孔的外径比所述凸状环的内径小，所述圆周孔与沿着周方向等间隔地设置的多个垂直孔连通，所述垂直孔在所述晶片载置面的所述凸状环内侧开口。
2.如权利要求1所述的静电卡盘加热器，其中，
在所述晶片载置面中的所述凸状环的内侧，设置有多个能够与所述晶片抵接的凸块。
3.如权利要求1或2所述的静电卡盘加热器，其中，
所述凸状环具有将所述凸状环内外连通的狭缝。
4.如权利要求1或2所述的静电卡盘加热器，其中，
所述贯通孔中的在所述晶片载置面上的开口部由多个直径比所述贯通孔小的小孔构成。
5.如权利要求1或2所述的静电卡盘加热器，其中，
供给至所述晶片下方空间的气体举起所述晶片的力小于通过对所述静电电极通电而产生的晶片吸持力与所述晶片的上方气氛下压所述晶片的力之和。
6.如权利要求1或2所述的静电卡盘加热器，其中，
所述静电电极还用作等离子体电极。
7.如权利要求1或2所述的静电卡盘加热器，其中，
在所述凸状环的内侧具有多个环状和/或放射状的槽。
8.如权利要求1或2所述的静电卡盘加热器，其中，
所述凸状环的表面粗糙度Ra为1μm以上。
9.如权利要求1或2所述的静电卡盘加热器，其中，
所述贯通孔在所述晶片载置面的所述凸状环内侧且为所述晶片载置面的中央部和外周部这两处均具有开口部。
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