CN108847382B - 一种气压调节装置、气压调节方法及晶圆刻蚀设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气压调节装置，所述气压调节装置包括：承载结构、压力片、通气管、排气管、气缸、活塞及阀门；压力片与承载结构形成一中空结构，所述承载结构上安装所述通气管和所述排气管，所述通气管和所述排气管与所述中空结构相通，所述气缸安装在所述排气管上并与所述排气管相通，所述活塞设置在所述气缸内以控制所述气缸中的气压；所述阀门设置于通气管和排气管上。所述压力片与所述承载结构形成中空结构，使所述承载结构与所述压力片边缘密封接触；所述通气管和所述排气管使所述中空结构中气流通畅；所述活塞设置在所述气缸内，移动所述活塞调节气缸体积以调节所述中空结构中的气压，从而调节气压所产生的压力，使所述压力片气压平衡。

Description

一种气压调节装置、气压调节方法及晶圆刻蚀设备

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种气压调节装置、气压调节方法及晶圆刻蚀设备。

背景技术

等离子体刻蚀是晶圆加工的重要工艺，随着晶圆加工的特征尺寸从微米向纳米技术节点迈进，半导体工艺对晶圆缺陷的要求也越来越严格。晶圆在等离子体刻蚀工艺时需要控制其温度不能过高，静电吸盘是用于固定晶圆和控制晶圆温度的重要部件，静电吸盘通过绝缘层产生的静电吸附力固定晶圆，并通过绝缘层槽道中的冷却气体使晶圆表面稳定在设定温度。

现有技术中，在静电去除时，静电吸盘槽道中气压产生的压力大于吸附力，使晶圆受力不平衡，导致晶圆与静电吸盘边缘密封不严，聚合物接触到低温表面迅速固化沾附在晶元表面形成污染物。

因此，急需提供一种气压调节装置，以解决现有技术中晶圆气压不平衡，导致晶圆与静电吸盘边缘密封不严，产生污染物的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气压调节装置，以解决现有技术中晶圆气压不平衡，导致晶圆与静电吸盘边缘密封不严，产生污染物的问题。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种气压调节装置，包括：承载结构、压力片、通气管、排气管、气缸、活塞及阀门；

所述压力片与所述承载结构形成一中空结构，所述承载结构上安装所述通气管和所述排气管，所述通气管和所述排气管与所述中空结构相通，所述气缸安装在所述排气管上并与所述排气管相通，所述活塞设置在所述气缸内以控制所述气缸中的气压；所述阀门设置于通气管和排气管上。

可选的，在所述气压调节装置中，所述活塞在所述气缸内移动。

可选的，在所述气压调节装置中，所述气缸体积大于所述中空结构的体积。

可选的，在所述气压调节装置中，所述阀门的数量为多个，分别为：第一阀门，第二阀门和第三阀门；

所述第一阀门安装在所述通气管上；所述第二阀门和所述第三阀门安装在所述排气管上，所述排气管上依次设置所述第二阀门、所述气缸和所述第三阀门，所述第二阀门靠近所述承载结构。

本发明还提供了一种气压调节方法，采用如权利要求1所述的气压调节装置；

工作时：所述压力片受到所述中空结构内气体的正向压力和与所述正向压力相对的反向压力，使所述压力片保持平衡；

结束时：

控制所述阀门使得气缸内的气体全部排出，并使得所述活塞移动，抽出所述中空结构中的气体，然后去除反向压力。

可选的，在所述气压调节方法中，所述阀门的数量为多个，分别为：第一阀门，第二阀门和第三阀门；所述第一阀门安装在所述通气管上；所述第二阀门和所述第三阀门安装在所述排气管上；抽出所述中空结构中的气体包括：

关闭第一阀门和第二阀门；

打开第三阀门，将气缸内的气体全部排出；

关闭第三阀门；

打开第二阀门，移动所述活塞，抽出所述中空结构中的气体。

可选的，在所述气压调节方法中，所述反向压力包括：静电吸附力、重力或推力。

本发明还提供了一种晶圆刻蚀设备，所述晶圆刻蚀设备包括静电吸盘、晶圆、通气管、排气管、气缸及活塞；

所述晶圆与所述静电吸盘形成一中空结构，所述静电吸盘上安装所述通气管和所述排气管，所述通气管和所述排气管与所述中空结构相通，所述气缸安装在所述排气管上并与所述排气管相通，所述活塞设置在所述气缸内以控制所述气缸中的气压。

可选的，在所述晶圆刻蚀设备中，所述晶圆刻蚀设备还包括：第一阀门，第二阀门和第三阀门；

所述第一阀门安装在所述通气管上；所述第二阀门和所述第三阀门安装在所述排气管上，所述排气管上依次设置所述第二阀门、所述气缸和所述第三阀门，所述第二阀门靠近所述静电吸盘。

可选的，在所述晶圆刻蚀设备中，所述晶圆与所述静电吸盘之间的静电产生吸附力。

在本发明所提供的一种气压调节装置中，所述压力片与所述承载结构形成中空结构，使所述承载结构与所述压力片边缘密封接触；所述通气管和所述排气管使所述中空结构中气流通畅；所述活塞设置在所述气缸内，移动所述活塞调节气缸体积以调节所述中空结构中的气压，从而调节气压所产生的压力，使所述压力片气压平衡。在所述晶圆等离子体刻蚀工艺中，所述气压调节装置能够平衡所述晶圆正面和背面的气压，使所述晶圆受力平衡，以避免所述晶圆与所述静电吸盘边缘接触不严，从而避免了工艺反应生成物在所述静电吸盘与所述晶圆密封边缘处粘附并形成污染源。增加等离子体刻蚀工艺选择方案和工艺配方窗口；本发明既可以减少晶圆的缺陷，又可以延长腔体维护周期。

附图说明

图1为本发明实施例提供的气压调节装置结构图；

图2为本发明实施例提供的晶圆刻蚀设备结构图；

图3为本发明实施例提供的晶圆刻蚀设备静电吸盘结构图；

图4为本发明实施例提供的晶圆刻蚀设备气压调节装置结构图；

其中，11-压力片；12-承载结构；13-中空结构；21-通气管；22-排气管；31-气缸；32-活塞；33-活塞控制设备；41-第一阀门；42-第二阀门；43-第三阀门；51-晶圆；52-静电吸盘；53-气体源；54-气体控制设备。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1至图4，图1为本发明实施例提供的气压调节装置结构图；图2为本发明实施例提供的晶圆刻蚀设备结构图；图3为本发明实施例提供的晶圆刻蚀设备静电吸盘结构图；图4为本发明实施例提供的晶圆刻蚀设备气压调节装置结构图。

本发明提供了一种气压调节装置，所述气压调节装置包括：承载结构12、压力片11、通气管21、排气管22、气缸31、活塞32及阀门；

如图1所示，所述压力片11与所述承载结构12形成一中空结构13，所述承载结构12上安装所述通气管21和所述排气管22；所述通气管21和所述排气管22与所述中空结构13相通；所述气缸31安装在所述排气管22上并与所述排气管22相通，所述活塞32设置在所述气缸31内以控制所述气缸31中的气压；所述阀门设置于通气管21和排气管22上。

所述压力片11与所述承载结构12形成中空结构13，使所述承载结构12与所述压力片11边缘密封接触；所述通气管21和所述排气管22使所述中空结构13中气流通畅；所述活塞32设置在所述气缸31内。

进一步的，所述活塞32在所述气缸31内可以移动，通过移动所述活塞32调节气缸31体积以调节所述中空结构13中的气压，使所述压力片11气压平衡。具体的，所述活塞32向右移动时，所述气缸31体积变大，能容纳的空气增多，将所述中空结构13内的气体抽至所述气缸31内，减小所述中空结构13的气压，从而减小所述中空结构13内气压对所述压力片11产生的压力。

较佳的，所述气缸31体积大于所述中空结构13的体积。具体的，所述气缸31内的缓冲体积为抽出所述中空结构13内气体需要占用的体积，通过缓冲体积计算所述活塞32移动的距离，气缸31的缓冲体积算法如下：

所述通气管21、所述排气管22和所述中空结构13的体积之和为V1，所述中空结构13向所述压力片11施加的压强为P1，所述反向压强为P2，所述反向压强为与压强P1相对的压强，用于使所述压力片11压强平衡。所述气缸31内的缓冲体积为V2，由P1*V1＝P2*(V1+V2)，可以计算出所述气缸31的缓冲体积V2＝(P1*V1-P2*V1)/P2，缓冲体积V2确定的情况下，得到所述气缸31内所述活塞32移动的距离。

在本发明实施例所述提供的气压调节装置中，所述阀门的数量为多个，分别为：第一阀门41，第二阀门42和第三阀门43；

所述第一阀门41安装在所述通气管21上；用于控制所述中空结构13内的气体通入，所述第二阀门42和所述第三阀门43安装在所述排气管22上。所述第二阀门42和所述第三阀门43用于控制所述中空结构13内的气体排出。

优选的，所述排气管22上依次安装有所述第二阀门42、所述气缸31和所述第三阀门43，所述第二阀门42靠近所述承载结构12。所述第二阀门42和所述第一阀门41用于控制所述中空结构13内的气压，所述第二阀门42和所述第三阀门43用于控制所述气缸31内的气压。

本发明提供了一种气压调节方法，采用所述的气压调节装置；

所述气压调节装置工作时：所述压力片11受到中空内气体的正向压力和与所述正向压力相对的反向压力，使所述压力片11保持平衡；

所述气压调节装置工作结束时，控制所述阀门使得气缸31内的气体全部排出，并使得所述活塞32移动，抽出所述中空结构13中的气体，然后去除反向压力。

抽出所述中空结构13中的气体具体包括如下步骤

S1：关闭第一阀门41和第二阀门42；

S2：打开第三阀门43，将气缸31内的气体全部排出，所述气缸31内的空间被排气成真空；

S3：关闭第三阀门43；

S4：打开第二阀门42，移动所述活塞32，抽出所述中空结构13中的气体，使所述压力片11不与所述中空结构13分离。

具体的，所述反向压力包括：静电吸附力、重力或推力。用于使所述压力片11受力平衡等。

如图2所示，本发明提供了一种晶圆刻蚀设备，所述晶圆刻蚀设备包括静电吸盘52、晶圆51、通气管21、排气管22、气缸31及活塞32；所述晶圆51与所述静电吸盘52形成一中空结构13，所述静电吸盘52上安装所述通气管21和所述排气管22，所述通气管21和所述排气管22与所述中空结构13相通，所述气缸31安装在所述排气管22上并与所述排气管22相通，所述活塞32设置在所述气缸31内以控制所述气缸31中的气压。

进一步的，所述晶圆51放置在所述静电吸盘52上，形成所述中空结构13，所述通气管21和所述排气管22使所述中空结构13中气流通畅；所述活塞32设置在所述气缸31内，通过活塞控制设备33控制所述气缸31中的气压。

通常的，所述晶圆刻蚀工艺在所述晶圆刻蚀设备中，所述晶圆刻蚀工艺在一腔体中进行，所述腔体结构内为真空状态，加工时所述腔体结构内的温度为150度。所述静电吸盘52用于固定晶圆51并降低所述晶圆51温度。所述晶圆51与所述静电吸盘52之间的绝缘层产生静电吸附力，以固定晶圆51。如图3所示，在所述静电吸盘52绝缘层上加工出分散气体的槽道，通过在绝缘层槽道中通入冷却气体和在所述静电吸盘52内循环流通冷却液，所述冷却气体和所述冷却液的温度为50度，以使晶圆51表面温度稳定在设定温度。

在本发明中，需要从气体源53通入冷却气体，经气体控制设备54控制冷却气体的通入时间及通入量，经所述通气管21进入所述中空结构13，从排气管22排出，并带走所述晶圆51上的热量。

进一步的，所述晶圆刻蚀设备还包括：第一阀门41，第二阀门42和第三阀门43；所述第一阀门41安装在所述通气管21上；所述第二阀门42和所述第三阀门43安装在所述排气管22上。具体的，所述排气管22上依次设置所述第二阀门42、所述气缸31和所述第三阀门43，所述第二阀门42靠近所述静电吸盘52。所述阀门用于控制所述通气管21和排气管22上的开关，打开阀门，则气体流通，反之，气体不能流通。

在本发明所提供的晶圆刻蚀设备中，要求所述晶圆51所受气压平衡，因此无论是在工作状态下还是在结束时，都要求所述晶圆51所受静电吸附力和中空结构13内的压力相互平衡，以避免工艺反应生成物在所述静电吸盘52与所述晶圆51密封边缘处固化粘附并形成污染源。在工作状态下，所述静电吸附力和中空结构13内的压力可以相互平衡；在工作结束时，会去除掉所述静电吸附力，为使晶圆51在静电去除的时候受力平衡，先去除所述中空结构13内的压力，然后取消静电吸附力，避免了所述晶圆51受力不平衡，导致所述晶圆51与所述静电吸盘52边缘密封不严，所述工艺反应生成物在所述静电吸盘52与所述晶圆51密封边缘处固化粘附并形成污染源的问题。

具体的，去除所述所述中空结构13内的压力包括以下步骤，

S1：同时关闭第一阀门41和第二阀门42；停止通入气体，并保持所述中空结构13内的气压不变。

S2：打开第三阀门43，将气缸31内的气体全部排出，所述气缸31内的空间被排气成真空；

S3：关闭第三阀门43；避免气体回流。

S4：打开第二阀门42，移动所述活塞32，抽出所述中空结构13中的气体，然后去除反向压力，使所述晶圆51不与所述静电吸盘52分离。

具体的，所述静电吸盘52在真空环境中工作，间隙中的真空热传递系数非常低，为增强间隙内的散热效果，工程中，常优选用具有良好传热性能的氦气作为传热媒介通入到绝缘层槽道中，增强对晶圆51的冷却作用。通常的，晶圆51与静电吸盘52绝缘层之间的传热主要有三种方式：槽道中的流通循环冷却液，间隙中的自由分子区和固体接触传热，即晶圆51上离子轰击和化学反应的热量通过流通循环冷却液、自由分子区和固体接触传热传递到静电吸盘52上，然后再通过静电吸盘52中循环冷却作用将热量带走。

综上，在本发明所提供的一种气压调节装置中，所述压力片与所述承载结构形成中空结构，使所述承载结构与所述压力片边缘密封接触；所述通气管和所述排气管使所述中空结构中气流通畅；所述活塞设置在所述气缸内，移动所述活塞调节气缸体积以调节所述中空结构中的气压，从而调节气压所产生的压力，使所述压力片气压平衡。在所述晶圆等离子体刻蚀工艺中，所述气压调节装置能够平衡所述晶圆正面和背面的气压，使所述晶圆受力平衡，以避免所述晶圆与所述静电吸盘边缘接触不严，从而避免了工艺反应生成物在所述静电吸盘与所述晶圆密封边缘处粘附并形成污染源。增加等离子体刻蚀工艺选择方案和工艺配方窗口；本发明既可以减少晶圆的缺陷，又可以延长腔体维护周期。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种气压调节装置，其特征在于，所述气压调节装置包括：承载结构、压力片、通气管、排气管、气缸、活塞及阀门；

所述压力片与所述承载结构形成一中空结构，所述承载结构上安装所述通气管和所述排气管，所述通气管和所述排气管分别与所述中空结构相通，所述气缸安装在所述排气管上并与所述排气管相通，所述活塞设置在所述气缸内以控制所述气缸中的气压；所述阀门设置于通气管和排气管上，其中，所述气缸体积大于所述中空结构的体积；

所述阀门的数量为多个，分别为：第一阀门，第二阀门和第三阀门；所述第一阀门安装在所述通气管上；所述第二阀门和所述第三阀门安装在所述排气管上，所述排气管上依次设置所述第二阀门、所述气缸和所述第三阀门，所述第二阀门靠近所述承载结构。

2.如权利要求1所述的气压调节装置，其特征在于，所述活塞在所述气缸内移动。

3.一种气压调节方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的气压调节装置；

工作时：所述压力片受到所述中空结构内气体的正向压力和与所述正向压力相对的反向压力，使所述压力片保持平衡；

结束时：

控制所述阀门使得气缸内的气体全部排出，并使得所述活塞移动，抽出所述中空结构中的气体，然后去除反向压力。

4.如权利要求3所述的气压调节方法，其特征在于，所述阀门的数量为多个，分别为：第一阀门，第二阀门和第三阀门；所述第一阀门安装在所述通气管上；所述第二阀门和所述第三阀门安装在所述排气管上；抽出所述中空结构中的气体包括：

关闭第一阀门和第二阀门；

打开第三阀门，将气缸内的气体全部排出；

关闭第三阀门；

打开第二阀门，移动所述活塞，抽出所述中空结构中的气体。

5.如权利要求4所述的气压调节方法，其特征在于，所述反向压力包括：静电吸附力、重力或推力。

6.一种晶圆刻蚀设备，其特征在于，所述晶圆刻蚀设备包括静电吸盘、晶圆、通气管、排气管、气缸及活塞、第一阀门、第二阀门和第三阀门；

所述晶圆与所述静电吸盘形成一中空结构，所述静电吸盘上安装所述通气管和所述排气管，所述通气管和所述排气管分别与所述中空结构相通，所述气缸安装在所述排气管上并与所述排气管相通，所述活塞设置在所述气缸内以控制所述气缸中的气压；所述第一阀门安装在所述通气管上；所述第二阀门和所述第三阀门安装在所述排气管上，所述排气管上依次设置所述第二阀门、所述气缸和所述第三阀门，所述第二阀门靠近所述静电吸盘。

7.如权利要求6所述的晶圆刻蚀设备，其特征在于，所述晶圆与所述静电吸盘之间的静电产生吸附力。

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