CN106856188B - 承载装置以及半导体加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的承载装置以及半导体加工设备，其包括静电卡盘和边缘组件，其中，静电卡盘用于承载被加工工件；边缘组件环绕在静电卡盘的外周壁上，且包括由上而下依次叠置的聚焦环、基环和绝缘环；其中，在基环内、且沿静电卡盘的周向环绕设置有热交换通道，通过向热交换通道内通入热交换媒介，来实现对聚焦环的温度控制。本发明提供的承载装置，其可以对聚焦环的温度进行控制，以使被加工工件边缘的温度与中心的温度趋于一致，从而可以提高工艺均匀性。

Description

承载装置以及半导体加工设备
技术领域
本发明涉及半导体设备制造领域，具体地，涉及一种承载装置以及半导体加工设备。
背景技术
半导体加工设备通常利用静电卡盘固定晶片，以及对晶片的温度进行控制。在进行刻蚀工艺的过程中，刻蚀速率的均匀性对于产品的良率有很大的影响，而制约刻蚀速率均匀性的因素有很多，如静电卡盘的温度控制、边缘环(focus ring)设置方式等。针对目前采用的静电卡盘的温控手段，无法满足刻蚀工艺对刻蚀均匀性的要求。
图1为现有的承载装置的剖视图。请参阅图1，承载装置包括静电卡盘208和边缘组件，其中，静电卡盘208用于承载晶片205。边缘组件包括由上而下依次设置的聚焦环206、基环207及绝缘环209。聚焦环206和基环207均采用绝缘材料制作，且分别环绕设置在静电卡盘208的外周壁上，用于将静电卡盘208与外界带电体隔离，以防止其短路。
上述承载装置在实际应用中不可避免地存在以下问题：
在进行刻蚀工艺时，离化后的反应气体除了和晶片205上表面发生反应之外，也会与聚焦环206的上表面发生反应，同时释放大量热能，这使得聚焦环206的温度持续上升，并明显高于晶片的温度，而由于聚焦环206距离晶片边缘较近，导致晶片205边缘的温度上升，从而造成晶片边缘的温度高于中心的温度，最终造成刻蚀速率的均匀性下降。
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，提出了一种承载装置以及半导体加工设备，其可以对聚焦环的温度进行控制，以使被加工工件边缘的温度与中心的温度趋于一致，从而可以提高工艺均匀性。
为实现本发明的目的而提供一种承载装置，包括静电卡盘和边缘组件，其中，所述静电卡盘用于承载被加工工件；所述边缘组件环绕在所述静电卡盘的外周壁上，且包括由上而下依次叠置的聚焦环、基环和绝缘环；在所述基环内、且沿所述静电卡盘的周向环绕设置有热交换通道，通过向所述热交换通道内通入热交换媒介，来实现对所述聚焦环的温度控制。
优选的，所述承载装置还包括输入接头和输出接头，二者竖直贯穿所述绝缘环，且所述输入接头与输出接头各自的上端延伸至所述基环内，并与所述热交换通道连通；分别在所述输入接头与所述绝缘环之间以及所述输出接头与所述绝缘环之间设置有密封圈；经由所述输入接头向所述热交换通道内通入所述热交换媒介，并经由所述输出接头将所述热交换媒介自所述热交换通道排出。
优选的，所述承载装置还包括热交换源、输入管路和输出管路，其中，所述输入管路的输出端与所述输入接头连接，所述输入管路的输入端与所述热交换源的输出端连接；所述输出管路的输入端与所述输出接头连接，所述输出管路的输出端与所述热交换源的输入端连接；所述热交换源用于通过其输出端向所述输入管路提供热交换媒介，并通过其输入端回收来自所述输出管路的热交换媒介。
优选的，所述输入接头和输出接头相对于所述基环的轴线对称分布。
优选的，在所述基环中设置有入口和出口，二者各自的一端与所述热交换通道相连通，二者各自的另一端延伸至所述基环的下表面；在所述绝缘环中分别设置有沿其厚度方向贯穿的第一通孔和第二通孔，其中，所述第一通孔与所述入口相连通；所述第二通孔与所述出口相连通；在所述基环的下表面与所述绝缘环的上表面之间，且分别环绕在所述第一通孔和第二通孔的周围设置有密封圈；依次经由所述第一通孔和所述入口向所述热交换通道内通入所述热交换媒介，并依次经由所述出口和所述第二通孔将所述热交换媒介自所述热交换通道排出。
优选的，所述承载装置还包括热交换源、输入管路和输出管路，其中，所述输入管路的输出端与所述第一通孔连接，所述输入管路的输入端与所述热交换源的输出端连接；所述输出管路的输入端与所述第二通孔连接，所述输出管路的输出端与所述热交换源的输入端连接；所述热交换源用于通过其输出端向所述输入管路提供热交换媒介，并通过其输入端回收来自所述输出管路的热交换媒介。
优选的，所述入口和出口相对于所述基环的轴线对称分布。
优选的，所述热交换通道为多个，多个所述热交换通道与所述静电卡盘的轴线之间的径向间距不同，且同心设置。
优选的，所述热交换媒介为液体或气体。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室和设置在其内的承载装置，所述承载装置用于承载所述被加工工件，以及调节所述被加工工件的温度，所述承载装置采用了本发明提供的上述承载装置。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的承载装置，其通过在基环内、且沿静电卡盘的周向环绕设置热交换通道，通过向该热交换通道内通入热交换媒介，可以对聚焦环的温度进行控制，以使被加工工件边缘的温度与中心的温度趋于一致，从而可以提高被加工工件的温度均匀性，进而可以提高工艺均匀性。
本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述承载装置，可以使被加工工件边缘的温度与中心的温度趋于一致，从而可以提高被加工工件的温度均匀性，进而可以提高工艺均匀性。
附图说明
图1为现有的承载装置的剖视图；
图2A为本发明第一实施例提供的承载装置的剖视图；以及
图2B为图2A中基环的俯视剖视图。
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承载装置以及半导体加工设备进行详细描述。
第一实施例
图2A为本发明第一实施例提供的承载装置的结构图。图2B为图2A中基环的俯视剖视图。请一并参阅图2A和图2B，承载装置包括静电卡盘308和边缘组件。其中，静电卡盘308用于采用静电吸附的方式承载被加工工件305。边缘组件环绕在静电卡盘308的外周壁上，且包括由上而下依次叠置的聚焦环306、基环307和绝缘环309。其中，绝缘环309通过真空螺钉(图中未示出)固定在安装固定组件311上，该安装固定组件311与反应腔室固定连接。绝缘环309采用绝缘材料制作，例如Al2O3陶瓷。静电卡盘308通过真空螺钉(图中未示出)与绝缘环309固定连接。聚焦环306和基环307均采用绝缘材料制作，且分别环绕设置在静电卡盘308的外周壁上，用于将静电卡盘308与外界带电体隔离，以防止其短路。而且，在基环307内部、且沿静电卡盘308的周向环绕设置有热交换通道315，通过向热交换通道315内通入热交换媒介，来实现对聚焦环306的温度控制，可以使被加工工件305边缘的温度与中心的温度趋于一致，从而可以提高被加工工件305的温度均匀性，进而可以提高工艺均匀性。
在本实施例中，装载装置还包括输入接头310和输出接头313，二者竖直贯穿绝缘环309，且输入接头310与输出接头313各自的上端延伸至基环307内，并与热交换通道315连通。并且，分别在输入接头310与绝缘环309之间以及输出接头313与绝缘环309之间均设置有密封圈，用于对热交换媒介进行密封。经由输入接头310向热交换通道315内通入热交换媒介，然后依次经由输出接头313排出，从而起到了对聚焦环306的温度进行控制的作用。
在本实施例中，承载装置还包括热交换源、输入管路312和输出管路314，其中，输入管路312的输出端与输入接头310连接，输入管路312的输入端与热交换源的输出端连接。输出管路314的输入端与输出接头313连接，输出管路314的输出端与热交换源的输入端连接。热交换源用于通过其输出端向输入管路312提供热交换媒介，并通过其输入端回收来自输出管路314的热交换媒介，从而实现热交换媒介的循环流动。
优选的，输入接头310和输出接头313相对于基环307的轴线对称分布，自输入接头310流入热交换通道315内的热交换媒介分成两路沿热交换通道315流动，并汇聚在输出接头313排出热交换通道315，热交换媒介的流动方向如图2B中的箭头所示，这不仅可以缩短热交换媒介的流动长度，从而有利于提高热交换的均匀性，而且还可以提高热交换效率，从而可以提高温度调节的效果。
在实际应用中，上述热交换媒介可以为液体或气体。其中，热交换媒介可以为冷却液体或冷却气体，用以通过基环307冷却聚焦环306，从而间接降低被加工工件305边缘的温度，以使其与被加工工件305中心的温度趋于一致，进而提高被加工工件305的温度均匀性，提高工艺均匀性。
需要说明的是，在本实施例中，热交换通道315为一个，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，热交换通道315还可以为多个，多个热交换通道315与静电卡盘308的轴线之间的径向间距不同，且同心设置。通过同时向多个热交换通道315内通入热交换媒介，可以提高热交换效率，从而有利于提高对聚焦环306的温度控制效果。
第二实施例
本实施例与上述第一实施例相比，其区别在于：省去了输入接头310和输出接头313，而仅通过分别在基环和绝缘环中设置有可供热交换媒介流入和流出的通道，来实现热交换媒介的循环流动。
具体地，在基环中设置有入口和出口，二者各自的一端与热交换通道相连通，二者各自的另一端延伸至基环的下表面。在绝缘环中分别设置有沿其厚度方向贯穿的第一通孔和第二通孔，其中，第一通孔与入口相连通，第二通孔与出口相连通。在基环的下表面与绝缘环的上表面之间，且分别环绕在第一通孔和第二通孔的周围设置有密封圈，用于对热交换媒介进行密封。依次经由第一通孔和入口向热交换通道内通入热交换媒介，热交换媒介沿热交换通道流动，并通过基环与聚焦环进行热交换，然后依次经由出口和第二通孔排出，从而起到了对聚焦环的温度进行控制的作用。
在本实施例中，承载装置还包括热交换源、输入管路和输出管路。其中，输入管路的输出端与第一通孔连接，输入管路的输入端与热交换源的输出端连接，输出管路的输入端与第二通孔连接，输出管路的输出端与热交换源的输入端连接。热交换源用于通过其输出端向输入管路提供热交换媒介，并通过其输入端回收来自输出管路的热交换媒介，从而实现热交换媒介的循环流动。
优选的，入口和出口相对于基环的轴线对称分布，自第一通孔与入口流入热交换通道内的热交换媒介分成两路沿热交换通道流动，并汇聚在出口，并依次经由出口和第二通孔排出热交换通道，这不仅可以缩短热交换媒介的流动长度，从而有利于提高热交换的均匀性，而且还可以提高热交换效率，从而可以提高温度调节的效果。
综上所述，本发明提供的承载装置，其通过在基环内、且沿静电卡盘的周向环绕设置热交换通道，通过向该热交换通道内通入热交换媒介，可以对聚焦环的温度进行控制，以使被加工工件边缘的温度与中心的温度趋于一致，从而可以提高被加工工件的温度均匀性，进而可以提高工艺均匀性。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室和设置在其内的承载装置，该承载装置用于承载被加工工件，以及调节被加工工件的温度。并且，承载装置采用了本发明上述各个实施例提供的承载装置。
本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述承载装置，可以使被加工工件边缘的温度与中心的温度趋于一致，从而可以提高被加工工件的温度均匀性，进而可以提高工艺均匀性。
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 (9)

1.一种承载装置，包括静电卡盘和边缘组件，其中，所述静电卡盘用于承载被加工工件；所述边缘组件环绕在所述静电卡盘的外周壁上，且包括由上而下依次叠置的聚焦环、基环和绝缘环；其特征在于，在所述基环内、且沿所述静电卡盘的周向环绕设置有热交换通道，通过向所述热交换通道内通入热交换媒介，来实现对所述聚焦环的温度控制；
在所述基环中设置有入口和出口，二者各自的一端与所述热交换通道相连通，二者各自的另一端延伸至所述基环的下表面；
在所述绝缘环中分别设置有沿其厚度方向贯穿的第一通孔和第二通孔，其中，所述第一通孔与所述入口相连通；所述第二通孔与所述出口相连通；
在所述基环的下表面与所述绝缘环的上表面之间，且分别环绕在所述第一通孔和第二通孔的周围设置有密封圈；
依次经由所述第一通孔和所述入口向所述热交换通道内通入所述热交换媒介，并依次经由所述出口和所述第二通孔将所述热交换媒介自所述热交换通道排出。
2.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述承载装置还包括输入接头和输出接头，二者分别通过所述第一通孔和第二通孔竖直贯穿所述绝缘环，且所述输入接头与输出接头各自的上端分别延伸至所述基环中的所述入口和出口内，并与所述热交换通道连通；
分别在所述输入接头与所述绝缘环之间以及所述输出接头与所述绝缘环之间设置有密封圈；
经由所述输入接头、所述第一通孔和所述入口向所述热交换通道内通入所述热交换媒介，并经由所述出口、所述第二通孔和所述输出接头将所述热交换媒介自所述热交换通道排出。
3.根据权利要求2所述的承载装置，其特征在于，所述承载装置还包括热交换源、输入管路和输出管路，其中，
所述输入管路的输出端与所述输入接头连接，所述输入管路的输入端与所述热交换源的输出端连接；
所述输出管路的输入端与所述输出接头连接，所述输出管路的输出端与所述热交换源的输入端连接；
所述热交换源用于通过其输出端向所述输入管路提供热交换媒介，并通过其输入端回收来自所述输出管路的热交换媒介。
4.根据权利要求2所述的承载装置，其特征在于，所述输入接头和输出接头相对于所述基环的轴线对称分布。
5.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述承载装置还包括热交换源、输入管路和输出管路，其中，
所述输入管路的输出端与所述第一通孔连接，所述输入管路的输入端与所述热交换源的输出端连接；
所述输出管路的输入端与所述第二通孔连接，所述输出管路的输出端与所述热交换源的输入端连接；
所述热交换源用于通过其输出端向所述输入管路提供热交换媒介，并通过其输入端回收来自所述输出管路的热交换媒介。
6.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述入口和出口相对于所述基环的轴线对称分布。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的承载装置，其特征在于，所述热交换通道为多个，多个所述热交换通道与所述静电卡盘的轴线之间的径向间距不同，且同心设置。
8.根据权利要求1-6任意一项所述的承载装置，其特征在于，所述热交换媒介为液体或气体。
9.一种半导体加工设备，其包括反应腔室和设置在其内的承载装置，所述承载装置用于承载被加工工件，以及调节所述被加工工件的温度，其特征在于，所述承载装置采用了权利要求1-8任意一项所述的承载装置。
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