CN110544663A - 静电吸附卡盘的循环液系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种静电吸附卡盘的循环液系统，该静电吸附卡盘的基体中包含冷却液循环水路。该循环液系统包括与所述冷却液循环水路连接的冷却机，所述冷却机配置为能够同时泵出不同温度的第一循环液和第二循环液，其中一种循环液经过所述冷却液循环水路循环时，另一种循环液在所述静电吸附卡盘外部循环。通过引入独立工作的两种温度循环液的双通道冷却机，使进入静电吸附卡盘基体进行温度稳定的循环液可以在两种温度的循环液之间切换，缩短了高低温工艺间循环液升降温的时间，实现了在不同温度工艺时对静电吸附卡盘的快速控温，并且能够避免由于静电吸附卡盘的加热功率过大导致静电吸附卡盘损坏。

Description

静电吸附卡盘的循环液系统
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造领域，具体地，涉及一种静电吸附卡盘的循环液系统。
背景技术
本发明涉及半导体制造设备，在IC(集成电路)的制造工艺中，刻蚀机是必不可少的设备，其中ESC(静电吸附卡盘)是给wafer(晶圆)提供工艺时所需温度的关键部件，一片成品wafer质量的好坏与工艺时ESC温度的稳定性与均匀性是密不可分的。
ESC通过基体内部的循环液与自身的电加热层将温度稳定在所需值。随着半导体工业不断发展，更新制程的诞生，对刻蚀的工艺与效率要求越来越高，同一个腔室需要运行不同温度且温差较大的工艺，温度切换后的均匀性与切换的速度，直接影响了刻蚀后产品的质量与效率。
相关技术中静电吸附卡盘的循环液系统如图1所示。冷却液从冷却机 11泵出，通过冷却液进水管9进入件静电吸附卡盘7基体内部的冷却液循环水路6，然后再经过冷却液回水管10返回冷却机11，形成一个循环液的回路。在冷却机11的作用下，冷却液以恒定的温度在静电吸附卡盘7基体内部循环，将温度均匀地传递到静电吸附卡盘的陶瓷层2。同时静电吸附卡盘内部的加热层4通过热电偶12的温度反馈数据实时调节输出功率，对陶瓷层2进行加热，将温度传递到吸附于表面的晶圆1，使晶圆1达到工艺所需要的温度。循环液进液管9中的流量开关8可以监测是否有循环液进入静电吸附卡盘7基体，避免管路堵塞等状况下没有循环液流过，导致加热层4持续高功率加热损坏静电吸附卡盘。
冷却液在静电吸附卡盘加热过程中起到的作用是，通过冷却液在冷却液循环水路6中的循环，使加热层4工作时与其粘结的第一粘结层3、第二粘结层5以及陶瓷层2有一个合适的初始温度，避免加热层4工作时输出较高的功率，使温度过高导致的第一粘结层3和第二粘结层5胶层的失效与陶瓷层2的开裂，而且通过冷却液在冷却液循环水路6中的循环，陶瓷层2表面的加热温度更均匀。
该方案的缺点在于，静电吸附卡盘是通过单个冷却机提供的循环液进行稳定温度，当工艺需要将静电吸附卡盘顶部陶瓷面稳定在25℃的时候，冷却机需要提供大约5℃的循环液通入静电吸附卡盘进行温度的稳定。然而当工艺需要将静电吸附卡盘顶部陶瓷面稳定在80℃的时候，冷却机需要提供大约60℃的循环液通入静电吸附卡盘进行温度的稳定，如果继续使用5℃或较低温度的循环液对静电吸附卡盘进行温度的稳定，则需要静电吸附卡盘的电加热层输出较大的功率才可以将温度加热并稳定在80℃。局部的高温会导致粘结层的失效与陶瓷层的开裂，产生大量细小的污染物，造成腔室的损害以及晶圆的报废，而且设定温度与循环液温度温差过大不易于静电吸附卡盘温度的稳定。
此外，冷却机在正常使用时，冷却机的循环液从5℃上升并稳定在60℃大概需要16分钟，而从60℃下降并稳定在5℃需要9分钟。当腔室运行完低温工艺需要进行高温工艺，ESC需要等待16分钟将温度降到所需时间，温度变化的时间过长严重影响了机台的效率，而且冷却机频繁升温降温会影响冷却机使用寿命。
因此，亟需开发一种能够提高机台跑片效率、避免加热层功率过高的静电吸附卡盘的循环液系统。
公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
为了解决相关技术中的上述问题，本发明提出了一种静电吸附卡盘的循环液系统。
根据本发明的静电吸附卡盘的循环液系统，所述静电吸附卡盘的基体中包含冷却液循环水路，所述循环液系统包括与所述冷却液循环水路连接的冷却机，所述冷却机配置为能够同时泵出不同温度的第一循环液和第二循环液，其中一种循环液经过所述冷却液循环水路循环时，另一种循环液在所述静电吸附卡盘外部循环。
优选地，所述系统包还循环液进液管和循环液回液管，所述冷却机通过循环液进液管与所述冷却液循环水路的入口连接，通过循环液回液管与所述冷却液循环水路的出口连接。
优选地，所述冷却机包括第一循环液出口、第一循环液入口、第二循环液出口以及第二循环液入口，所述第一循环液出口和所述第二循环液出口与所述循环液进液管连接，所述第一循环液入口和所述第二循环液入口与所述循环液回液管连接，并且所述第一循环液出口与所述第一循环液入口之间形成第一循环回路，所述第二循环液出口与所述第二循环液出口之间形成第二循环回路。
优选地，所述系统还包括第一阀组件和第二阀组件，所述第一阀组件用于控制第一循环液的循环，所述第二阀组件用于控制第二循环液的循环。
优选地，所述第一阀组件包括三个气动阀，第一气动阀设置在所述第一循环液出口与所述循环液进液管的连接管路上，第二气动阀设置在所述第一循环液入口与所述循环液回液管的连接管路上，第三气动阀设置在所述第一循环回路上。
优选地，所述第二阀组件包括三个气动阀，第四气动阀设置在所述第二循环液出口与所述循环液进液管的连接管路上，第五气动阀设置在所述第二循环液入口与所述循环液回液管的连接管路上，第六气动阀设置在第二循环回路上。
优选地，所述系统数显流量计，其设置在与所述冷却液循环水路的入口连接的管路上。
优选地，所述气动阀为气动隔膜阀。
优选地，所述循环液系统还包括流路切换装置；所述冷却机包括第一循环液出口、第一循环液入口、第二循环液出口以及第二循环液入口；所述第一循环液出口、所述第一循环液入口、所述第二循环液出口以及所述第二循环液入口分别通过管路连接所述流路切换装置，所述流路切换装置分别通过管路连接所述冷却液循环水路的入口和所述冷却液循环水路的出口；
所述流路切换装置配置为：使其中一种循环液经过所述冷却液循环水路循环时，另一种循环液在所述静电吸附卡盘外部循环。
优选地，所述流路切换装置为电磁换向阀；所述电磁换向阀配置为：使所述第一循环液出口、所述第一循环液入口分别与所述冷却液循环水路的入口、所述冷却液循环水路的出口连通，同时所述第二循环液出口与所述第二循环液入口连通；或者使所述第二循环液出口、所述第二循环液入口分别与所述冷却液循环水路的入口、所述冷却液循环水路的出口连通，同时所述第一循环液出口与所述第一循环液入口连通。
本发明具有以下有益技术效果：
通过引入独立工作的两种温度循环液的双通道冷却机，使进入静电吸附卡盘基体进行温度稳定的循环液可以在两种温度的循环液之间切换，缩短了高低温工艺间循环液升降温的时间，实现了在不同温度工艺时对静电吸附卡盘的快速控温，并且能够避免由于静电吸附卡盘的加热功率过大导致静电吸附卡盘损坏。
本发明的方法具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出相关技术中的静电吸附卡盘的循环液系统的结构图；
图2示出根据本发明的第一实施例的静电吸附卡盘的循环液系统的结构图；
图3示出示出根据本发明的第二实施例的静电吸附卡盘的循环液系统的结构图。
附图标记说明：
1、晶圆，2、陶瓷层，3、第一粘结层，4、加热层，5、第二粘结层， 6、冷却液循环水路，7、静电吸附卡盘基体，8、流量开关，9、循环液进液管，10、循环液回液管，11、单通道冷却机，12、热电偶；
20、流路切换装置，21、静电吸附卡盘，22、冷却机，221、第一循环液出口，222、第二循环液入口，223、第二循环液出口，224、第二循环液入口，23、第一阀组件，231、第一气动阀，232、第二气动阀，233、第三气动阀，24、第二阀组件，241、第四气动阀，242、第五气动阀，243、第六气动阀，25、循环液进液管，26、循环液回液管，27、数显流量计。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
第一实施例
图2示出根据本发明的第一实施例的静电吸附卡盘的循环液系统的结构图，该静电吸附卡盘的基体中包含冷却液循环水路(未示出)。
如图2所示，该循环液系统包括与静电吸附卡盘21中的冷却液循环水路连接的冷却机22。冷却机22配置为能够同时泵出不同温度的第一循环液和第二循环液，其中一种循环液经过所述冷却液循环水路循环时，另一种循环液在所述静电吸附卡盘外部循环。
静电吸附卡盘21可采用图1所示的结构。第一循环液与第二循环液的温度可以依据在高温工艺中和在低温工艺中所需要的冷却液的温度来设置。例如将第一循环液设置为用于在高温工艺时冷却静电吸附卡盘，即第一循环液为高温循环液；将第二循环液设置为用于在低温工艺时冷却静电吸附卡盘，即第二循环液为低温循环液；反之亦可。
在高温工艺时，静电吸附卡盘21需要通入高温循环液时，冷却机22 泵出的高温循环液进入静电吸附卡盘21基体内部进行循环，而同时泵出的低温循环液不经静电吸附卡盘21进行循环；当静电吸附卡盘21需要通入低温循环液时，冷却机22泵出的低温循环液进入静电吸附卡盘21基体内部进行循环，而同时泵出的高温循环液不经静电吸附卡盘21进行循环。
通过引入提供独立工作的两种温度循环液的双通道冷却机，使进入静电吸附卡盘基体进行温度稳定的循环液在两种温度的循环液之间切换，缩短了高低温工艺间循环液升降温的时间，实现了在不同温度工艺时对静电吸附卡盘的快速控温，提高了机台跑片的效率。
通过直接将不同温度的循环液引入静电吸附卡盘基体中，避免了在循环液升温过程中静电吸附卡盘的电加热层输出加热功率过大而导致静电吸附卡盘损坏，产生大量细小的污染物，造成腔室的损害以及晶圆的报废。
双通道冷却机能够同时提供两种不同温度的循环液，避免了冷却机频繁的升降温，有益于延长冷却机的寿命。
高温循环液和低温循环液的温度可以根据工艺的需求而确定。例如，进行低温工艺时，通常需要将静电吸附卡盘顶部陶瓷面稳定在25℃，则可以将低温循环液的温度设置在5℃以下。进行低温工艺时，通常需要将静电吸附卡盘顶部陶瓷面稳定在80℃，则可以将高温循环液的温度设置在60℃。本领域技术人员应当理解，高温循环液和低温循环液的温度范围不限于以上。
在一个示例中，该循环液系统还包括循环液进液管25和循环液回液管 26，冷却机22通过循环液进液管24与冷却液循环水路的入口连接，通过循环液回液管26与冷却液循环水路的出口连接。
冷却机22泵出的第一循环液和第二循环液中，用于进行温度稳定的循环液经由循环液进液管25进行静电吸附卡盘内部，并从循环液回液管26 返回冷却机22进行循环。
在一个示例中，冷却机22包括第一循环液出口221、第一循环液入口 222、第二循环液出口223以及第二循环液入口224。第一循环液出口221 和第二循环液出口223与循环液进液管25连接，第一循环液入口222和第二循环液入口224与循环液回液管26连接，并且第一循环液出口221与第一循环液入口222之间形成第一循环回路，第二循环液出口223与第二循环液出口224之间形成第二循环回路。
基于以上结构，冷却机22所泵出的第一循环液和第二循环液能够在冷却机22与冷却液循环水路之间形成的回路中循环，也能够在冷却机22的端口之间形成的第一循环回路或第二循环回路中循环，也即在静电吸附卡盘外部进行冷却机端口之间的小循环。
在一个示例中，该循环液系统还包括第一阀组件23和第二阀组件24，第一阀组件23用于控制第一循环液的循环，所述第二阀组件24用于控制第二循环液的循环。
通过第一阀组件23能够将第一循环液在经由冷却液循环水路的循环和在冷却机端口之间的小循环之间进行切换；通过第二阀组件24能够将第二循环液在经由冷却液循环水路的循环和在冷却机端口之间的小循环之间进行切换。同时，保证第一循环液和第二循环液其中一种经由冷却液循环水路进行循环，另外一种在冷却机端口之间进行小循环。
具体地，第一阀组件23可以包括第一气动阀231、第二气动阀232、第三气动阀233。第一气动阀231设置在第一循环液出口221与循环液进液管的连接管路上，第二气动阀232设置在第一循环液入口222与循环液回液管的连接管路上，第三气动阀233设置在第一循环回路上。
第二阀组件24可以包括第四气动阀241、第五气动阀242、第六气动阀243。第四气动阀241设置在第二循环液出口223与循环液进液管的连接管路上，第五气动阀242设置在第二循环液入口224与循环液回液管的连接管路上，第六气动阀243设置在第二循环回路上。
当静电吸附卡盘需要通入第一循环液时，第一气动阀组件23中的第一气动阀231和第二气动阀232处于开通状态，第三气动阀233处于闭合状态，使得从第一循环液出口221泵出的第一循环液通过第一气动阀231、经由循环液进液管25进入静电吸附卡盘基体中的冷却液循环水路，再经由循环液回液管26、通过第二气动阀232返回第一循环液入口222，完成静电吸附卡盘对第一循环液的需求。同时，第二气动阀组件24中的第四气动阀 241和第五气动阀242处于闭合状态，第六气动阀243处于开通状态，使得第二循环液出口223泵出的第二循环液经过第六气动阀243流回第二循环液入口224，形成静电吸附卡盘外部的小循环，保证能够随时向静电吸附卡盘提供其维持温度所需的第二循环液。
同理，当静电吸附卡盘需要通入第二循环液时，第二气动阀组件24中的第四气动阀241和第五气动阀242处于开通状态，第六气动阀243处于闭合状态，使得从第二循环液出口223泵出的第二循环液通过第四气动阀 241、经由循环液进液管25进入静电吸附卡盘基体中的冷却液循环水路，再经由循环液回液管26、通过第五气动阀242返回第二循环液入口224，完成静电吸附卡盘对第二循环液的需求。同时，第一气动阀组件23中的第一气动阀231和第二气动阀232处于闭合状态，第三气动阀233处于开通状态，使得第一循环液出口221泵出的第一循环液经过第三气动阀233流回第一循环液入口222，形成静电吸附卡盘外部的小循环，保证能够随时向静电吸附卡盘提供其维持温度所需的第一循环液。
通过控制各个气动阀的开关，能够在迅速实现对静电吸附卡盘内部循环的冷却液的切换，实现了工艺温度发生变化时对静电吸附卡盘的快速控温。
气动阀优选为高温水用气动隔膜阀，可以有效地防止阀体内杂质对循环液的污染，增加循环液与阀体的使用寿命。
在与冷却液循环水路的入口连接的管路上，优选设置数显流量计，以监测流量大小，保证循环液以恒定的流量进入静电吸附卡盘，使静电吸附卡盘的控温更稳定。
第二实施例
图3示出根据本发明的第二实施例的静电吸附卡盘的循环液系统的结构图。在该实施例中，静电吸附卡盘21以及冷却机22的结构与第一实施例中相同，冷却机22配置为能够同时泵出不同温度的第一循环液和第二循环液，其中一种循环液经过静电吸附卡盘21中的冷却液循环水路循环时，另一种循环液在静电吸附卡盘外部循环。
在该实施例中，循环液系统还包括流路切换装置20。冷却机22的第一循环液出口221、第一循环液入口222、第二循环液出口223以及第二循环液入口224分别通过管路连接流路切换装置20，流路切换装置20分别通过管路连接冷却液循环水路的入口和冷却液循环水路的出口。
流路切换装置20配置为：使其中一种循环液经过冷却液循环水路循环时，另一种循环液在静电吸附卡盘21外部循环。
在一个示例中，流路切换装置20为电磁换向阀，例如为三位六通电磁换向阀。该电磁换向阀配置为：使第一循环液出口221、第一循环液入口 222分别与冷却液循环水路的入口、冷却液循环水路的出口连通，同时第二循环液出口223与第二循环液入口224连通；或者使第二循环液出口223、第二循环液入口224分别与冷却液循环水路的入口、冷却液循环水路的出口连通，同时第一循环液出口221与第一循环液入口222连通。
基于以上结构，冷却机22所泵出的第一循环液和第二循环液能够在冷却机22通过流路切换装置20与冷却液循环水路之间形成的回路中循环，也能够在冷却机22通过流路切换装置20形成的端口之间的回路中循环。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种静电吸附卡盘的循环液系统，所述静电吸附卡盘的基体中包含冷却液循环水路，其特征在于，所述循环液系统包括与所述冷却液循环水路连接的冷却机，所述冷却机配置为能够同时泵出不同温度的第一循环液和第二循环液，其中一种循环液经过所述冷却液循环水路循环时，另一种循环液在所述静电吸附卡盘外部循环。
2.根据权利要求1所述的静电吸附卡盘的循环液系统，其特征在于，还包括循环液进液管和循环液回液管，所述冷却机通过循环液进液管与所述冷却液循环水路的入口连接，通过循环液回液管与所述冷却液循环水路的出口连接。
3.根据权利要求2所述的静电吸附卡盘的循环液系统，其特征在于，所述冷却机包括第一循环液出口、第一循环液入口、第二循环液出口以及第二循环液入口，所述第一循环液出口和所述第二循环液出口与所述循环液进液管连接，所述第一循环液入口和所述第二循环液入口与所述循环液回液管连接，并且所述第一循环液出口与所述第一循环液入口之间形成第一循环回路，所述第二循环液出口与所述第二循环液出口之间形成第二循环回路。
4.根据权利要求3所述的静电吸附卡盘的循环液系统，其特征在于，还包括第一阀组件和第二阀组件，所述第一阀组件用于控制第一循环液的循环，所述第二阀组件用于控制第二循环液的循环。
5.根据权利要求4所述的静电吸附卡盘的循环液系统，其特征在于，所述第一阀组件包括三个气动阀，第一气动阀设置在所述第一循环液出口与所述循环液进液管的连接管路上，第二气动阀设置在所述第一循环液入口与所述循环液回液管的连接管路上，第三气动阀设置在所述第一循环回路上。
6.根据权利要求4所述的静电吸附卡盘的循环液系统，其特征在于，所述第二阀组件包括三个气动阀，第四气动阀设置在所述第二循环液出口与所述循环液进液管的连接管路上，第五气动阀设置在所述第二循环液入口与所述循环液回液管的连接管路上，第六气动阀设置在所述第二循环回路上。
7.根据权利要求1-6中的一项所述的静电吸附卡盘的循环液系统，其特征在于，还包括数显流量计，其设置在与所述冷却液循环水路的入口连接的管路上。
8.根据权利要求5或6所述的静电吸附卡盘的循环液系统，其特征在于，所述气动阀为气动隔膜阀。
9.根据权利要求1所述的静电吸附卡盘的循环液系统，其特征在于，所述循环液系统还包括流路切换装置；所述冷却机包括第一循环液出口、第一循环液入口、第二循环液出口以及第二循环液入口；所述第一循环液出口、所述第一循环液入口、所述第二循环液出口以及所述第二循环液入口分别通过管路连接所述流路切换装置，所述流路切换装置分别通过管路连接所述冷却液循环水路的入口和所述冷却液循环水路的出口；
所述流路切换装置配置为：使其中一种循环液经过所述冷却液循环水路循环时，另一种循环液在所述静电吸附卡盘外部循环。
10.根据权利要求9所述的静电吸附卡盘的循环液系统，其特征在于，所述流路切换装置为电磁换向阀；所述电磁换向阀配置为：使所述第一循环液出口、所述第一循环液入口分别与所述冷却液循环水路的入口、所述冷却液循环水路的出口连通，同时所述第二循环液出口与所述第二循环液入口连通；或者使所述第二循环液出口、所述第二循环液入口分别与所述冷却液循环水路的入口、所述冷却液循环水路的出口连通，同时所述第一循环液出口与所述第一循环液入口连通。
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