CN101131917A - 刻蚀设备的控温装置及其控制晶片温度的方法 - Google Patents

刻蚀设备的控温装置及其控制晶片温度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种刻蚀设备的控温装置及其控制晶片温度的方法，包括静电卡盘，静电卡盘上可放置晶片，静电卡盘上设有互不连通的中心背冷气体通道和边缘背冷气体通道，中心背冷气体通道与晶片接触的部分紧密接触且密封良好，边缘背冷气体通道的边缘与晶片接触的部分接触面稍粗糙，或在静电卡盘的边缘设有一个或多个背冷气体泄漏孔，边缘背冷气体通道中的背冷气体可沿粗糙面或泄漏孔部分泄漏，中心背冷气体通道连接有压强控制器，边缘背冷气体通道连接有质量流量控制器。结构简单、使用方便，既可以改变晶片边缘部分的散热效果，又可以有效控制晶片的温度。本发明主要适用于半导体生产工艺中的控温系统，也适用于其它场合的控温。

Description

刻蚀设备的控温装置及其控制晶片温度的方法
技术领域
本发明涉及一种半导体生产工艺中的控温系统，尤其涉及一种晶片刻蚀设备的控温装置，及其控制晶片温度的方法。
背景技术
卡盘在半导体生产工艺中被用来固定和支撑晶片，避免晶片在处理过程中出现移动或者错位现象。静电卡盘采用静电引力来固定晶片，相对于以前采用的机械卡盘和真空卡盘，具有很多优势。静电卡盘减少了在使用机械卡盘时由于压力、碰撞等原因造成的晶片破损；增大了晶片可被有效加工的面积；减少了晶片表面腐蚀物颗粒的沉积；并且可以在真空工艺环境下工作。
典型的静电卡盘由基座和固定在其上的静电模块构成。静电模块包含至少一个电极，电极被绝缘层包裹。在静电卡盘工作时，在静电卡盘电极上加直流偏压，从而使电极上产生电荷积累。在使用单电极驱动的情况下，反应腔室内的等离子体的作用下，使得晶片上出现电荷积累，积累的电荷极性与静电卡盘电极上的电荷极性相反，从而在电极和晶片之间产生库仑引力。在使用双电极驱动的情况下，两个积累了不同极性电荷的电极被用于对晶片产生引力。
典型的静电卡盘在其中具有冷却液体通道，通过冷却机(Chiller)控制流过其中的冷却液体的温度，来控制静电卡盘的温度。
晶片的温控是通过控制静电卡盘的温度实现的，但是因为晶片与静电卡盘之间的接触面不可能绝对平滑，因此相互之间的热传导效果不好。通用的做法为在晶片背面和静电卡盘之间通入冷媒气体，通常使用背冷气体。
传统的静电卡盘控温系统采用的控温方法通常是在静电卡盘上制作一个背冷气体通道，背冷气体由该通道导入。静电卡盘的晶片支撑面上制作了一定的导气凹槽系统，晶片和静电卡盘表面的凹槽系统形成了一个接近密闭的腔室结构，背冷气体就在这个腔室内流通。在采用这种方法时，为了避免背冷气体的泄露，要求导气系统不能延伸到晶片支撑的边缘部分，导气系统的边缘和晶片边缘之间一般需要留10到20毫米的距离。即在距离晶片边缘10到20毫米的环形区域内，静电卡盘晶片支撑表面为平面。这就导致背冷气体不能充分到达晶片的边缘部分，造成晶片边缘部分散热效果较差，温度较高。
相反，如果使导气系统过分向晶片边缘部分延伸，会加大背冷气体的泄露量，这将降低系统对晶片温度、特别是边缘温度的控制能力，使晶片上出现冷热不均的区域，造成整个晶片的温度下降。
另外，因为害怕在工艺过程中，静电卡盘受到等离子体伤害，静电卡盘的盘面直径通常设计为小于晶片的直径，这就导致晶片边缘部分不能放置在静电卡盘上，而是放置在其它部件如聚焦环上，这些部件没有温控功能。且在晶片边缘部分没有背冷气体。这些因素都导致了工艺过程中晶片的温度不均匀。
在刻蚀工艺中，晶片温度的不均匀会造成刻蚀结果的不均匀，刻蚀后有些区域具有很高的刻蚀剖面角度值，而另一些区域刻蚀剖面角度则很差。比预定工艺参数低的温度会造成过多的聚合物沉积，因为在低温下聚合物的沉积系数更高，这就在晶片的某些区域形成了较差的刻蚀剖面角度值，具有锥形的侧壁。这种刻蚀效应当是被尽量消除的，而且，这些聚合物沉积很难从晶片上清除。
目前解决的方法有两种：
一种是，让背冷气体在静电卡盘边缘部分泄漏，以改善晶片边缘部分的散热性能，但是在这种方法中，边缘部分泄漏的气体与晶片中心及其它部分的气体是连通的，因此泄漏的气体的量无法控制和计量，且如果泄露的气体量过大，必然影响其它部分的背冷气体压强，使晶片的温度难以控制。
另一种是，在静电卡盘的侧面设计背冷气体泄漏孔，但是该背冷气体泄漏孔的作用主要是使得背冷气体的压强稳定，因此那些背冷气体孔是与静电卡盘表面连通的，泄漏的量很小，只是为了稳定背冷背冷气体压强，不能起到对晶片边缘部分的冷却作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、使用方便的刻蚀设备的控温装置，及应用该装置控制晶片温度的方法，既可以改变晶片边缘部分的散热效果，又可以有效控制晶片的温度。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的刻蚀设备的控温装置，设于刻蚀设备的静电卡盘处，用于控制静电卡盘的温度，静电卡盘上可放置晶片，所述的静电卡盘上设有中心背冷气体通道和边缘背冷气体通道，且所述中心背冷气体通道与边缘背冷气体通道不连通；所述中心背冷气体通道和边缘背冷气体通道分别与气源连接。
所述的中心背冷气体通道与晶片接触的部分紧密接触且密封良好。
所述的边缘背冷气体通道的边缘与晶片接触的部分接触面稍粗糙，背冷气体可沿粗糙面部分泄漏。
所述的静电卡盘的边缘设有一个或多个背冷气体泄漏孔，所述背冷气体泄漏孔与边缘背冷气体通道连通。
所述的中心背冷气体通道与中心气路连接，所述边缘背冷气体通道与边缘气路连接；所述中心气路上设有压强控制器，所述边缘气路上设有质量流量控制器；所述中心气路和边缘气路分别与气源连接。
所述的中心背冷气体通道与边缘背冷气体通道分别设有多组，相互之间互不连通；所述中心气路和边缘气路分别设有一路或多路。
所述的气源有一个或多个。
本发明的利用上述刻蚀设备的控温装置控制晶片温度的方法，包括以下步骤：
A、由气源向中心背冷气体通道和边缘背冷气体通道通入背冷气体，并使边缘背冷气体通道中的背冷气体部分泄漏；
B、通过控制中心背冷气体通道中背冷气体的压强控制晶片中部的温度；并通过控制边缘背冷气体通道中背冷气体的流量控制晶片边缘部分的温度。
所述的步骤A中：
边缘背冷气体通道中的背冷气体通过静电卡盘边缘处的粗糙面或背冷气体泄漏孔部分泄漏；
所述步骤B中：
通过中心气路上设有的压强控制器控制中心背冷气体通道中背冷气体的压强；并通过边缘气路上设有的质量流量控制器控制边缘背冷气体通道中背冷气体的流量。
所述的背冷气体为氦气。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的刻蚀设备的控温装置，由于静电卡盘上设有互不不连通的中心背冷气体通道和边缘背冷气体通道，中心背冷气体通道与晶片接触的部分紧密接触且密封良好；边缘背冷气体通道的边缘与晶片接触的部分接触面稍粗糙，或在静电卡盘的边缘设有一个或多个背冷气体泄漏孔，边缘背冷气体通道中的背冷气体可沿粗糙面或泄漏孔部分泄漏。
既可以通过控制中心背冷气体通道中背冷气体的压强控制晶片中部的温度；又可以通过控制边缘背冷气体通道中背冷气体的流量，改善晶片边缘散热效果，控制晶片边缘部分的温度。
又由于中心气路上设有压强控制器，边缘气路上设有质量流量控制器，可以很方便的实现对中心背冷气体通道中背冷气体的压强控制，和对边缘背冷气体通道中背冷气体的流量控制。
结构简单、使用方便，既可以改变晶片边缘部分的散热效果，又可以有效控制晶片的温度。本发明主要适用于半导体生产工艺中的控温系统，也适用于其它场合的控温。
附图说明
图1为现有技术一刻蚀设备的控温装置的结构示意图；
图2为现有技术二刻蚀设备的控温装置的结构示意图；
图3为本发明刻蚀设备的控温装置具体实施例一的结构简图；
图4为本发明刻蚀设备的控温装置具体实施例二的结构简图。
具体实施方式
本发明较佳的具体实施方式如图3所示，设于刻蚀设备的静电卡盘5处，用于控制静电卡盘5的温度，静电卡盘5上可放置晶片1，静电卡盘5上设有中心背冷气体通道2和边缘背冷气体通道4，中心背冷气体通道2与边缘背冷气体通道4不连通。中心背冷气体通道2和边缘背冷气体通道4分别与气源10连接。
中心背冷气体通道2与晶片1接触的部分紧密接触且密封良好。有利于控制中心背冷气体通道2中背冷气体的压强，以控制晶片1的温度。
由于晶片1边缘部位的散热效果较差，因此，边缘背冷气体通道4中的背冷气体需要有一定的泄漏，以改良晶片1边缘部位的散热效果。
为此，本发明采用的较佳的具体实施方式一，如图3所示：
在静电卡盘5的边缘设有一个或多个背冷气体泄漏孔11，背冷气体泄漏孔11与边缘背冷气体通道4连通，背冷气体可沿边缘背冷气体通道4部分泄漏。
本发明采用的较佳的具体实施方式一，如图4所示：
在静电卡盘5的边缘，具体在边缘背冷气体通道4的边缘与晶片1接触的部分接触面3稍粗糙，背冷气体可沿粗糙面3部分泄漏。
中心背冷气体通道2与中心气路9连接，边缘背冷气体通道4与边缘气路7连接。中心气路9上设有压强控制器8，边缘气路7上设有质量流量控制器6。中心气路9和边缘气路7分别与气源10连接。
通过压强控制器8控制中心背冷气体通道2中背冷气体的压强，用以控制晶片1的温度。
并通过质量流量控制器6控制边缘背冷气体通道4中背冷气体的流量，用以改良晶片1边缘部位的散热效果。
所述的中心背冷气体通道2与边缘背冷气体通道4可以分别设有多组，相互之间互不连通。
多组中心背冷气体通道2可以由一路中心气路9统一供气，也可以有多路中心气路9分别供气。
多组边缘背冷气体通道4可以由一路边缘气路7统一供气，也可以有多路边缘气路7分别供气。
所用的气源10有一个集中供气，也可以有两个或多个分别给中心背冷气体通道2和边缘背冷气体通道4供气。
本发明利用上述刻蚀设备的控温装置控制晶片温度的方法，包括以下步骤：
步骤1、由气源向中心背冷气体通道和边缘背冷气体通道通入背冷气体，并使边缘背冷气体通道中的背冷气体部分泄漏；
步骤2、通过控制中心背冷气体通道中背冷气体的压强控制晶片中部的温度；并通过控制边缘背冷气体通道中背冷气体的流量控制晶片边缘部分的温度。
在步骤1中：边缘背冷气体通道中的背冷气体通过静电卡盘边缘处的粗糙面或背冷气体泄漏孔部分泄漏；
在步骤2中：通过中心气路上设有的压强控制器控制中心背冷气体通道中背冷气体的压强；并通过边缘气路上设有的质量流量控制器控制边缘背冷气体通道中背冷气体的流量。
在整个控制过程中，由于中心背冷气体通道2与边缘背冷气体通道4不连通，既可以使边缘背冷气体通道中的背冷气体部分泄漏，达到改善晶片边缘散热效果的问题；又不影响中心背冷气体通道中背冷气体的压强，有利于控制晶片的温度。
系统中所用的背冷气体为氦气、氮气或其它气体。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种刻蚀设备的控温装置，设于刻蚀设备的静电卡盘处，用于控制静电卡盘的温度，静电卡盘上可放置晶片，其特征在于，所述的静电卡盘上设有中心背冷气体通道和边缘背冷气体通道，且所述中心背冷气体通道与边缘背冷气体通道不连通；所述中心背冷气体通道和边缘背冷气体通道分别与气源连接。
2.根据权利要求1所述的刻蚀设备的控温装置，其特征在于，所述的中心背冷气体通道与晶片接触的部分紧密接触且密封良好。
3.根据权利要求2所述的刻蚀设备的控温装置，其特征在于，所述的边缘背冷气体通道的边缘与晶片接触的部分接触面稍粗糙，背冷气体可沿粗糙面部分泄漏。
4.根据权利要求2所述的刻蚀设备的控温装置，其特征在于，所述的静电卡盘的边缘设有一个或多个背冷气体泄漏孔，所述背冷气体泄漏孔与边缘背冷气体通道连通。
5.根据权利要求1至4任一项所述的刻蚀设备的控温装置，其特征在于，所述的中心背冷气体通道与中心气路连接，所述边缘背冷气体通道与边缘气路连接；所述中心气路上设有压强控制器，所述边缘气路上设有质量流量控制器；所述中心气路和边缘气路分别与气源连接。
6.根据权利要求5所述的刻蚀设备的控温装置，其特征在于，所述的中心背冷气体通道与边缘背冷气体通道分别设有多组，相互之间互不连通；所述中心气路和边缘气路分别设有一路或多路。
7.根据权利要求6所述的刻蚀设备的控温装置，其特征在于，所述的气源有一个或多个。
8.一种利用上述刻蚀设备的控温装置控制晶片温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、由气源向中心背冷气体通道和边缘背冷气体通道通入背冷气体，并使边缘背冷气体通道中的背冷气体部分泄漏；
B、通过控制中心背冷气体通道中背冷气体的压强控制晶片中部的温度；并通过控制边缘背冷气体通道中背冷气体的流量控制晶片边缘部分的温度。
9.根据权利要求8所述的控制晶片温度的方法，其特征在于，所述的步骤A中：
边缘背冷气体通道中的背冷气体通过静电卡盘边缘处的粗糙面或背冷气体泄漏孔部分泄漏；
所述步骤B中：
通过中心气路上设有的压强控制器控制中心背冷气体通道中背冷气体的压强；并通过边缘气路上设有的质量流量控制器控制边缘背冷气体通道中背冷气体的流量。
10.根据权利要求8所述的控制晶片温度的方法，其特征在于，所述的背冷气体为氦气。
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