CN110600419A - 一种静电吸盘及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种静电吸盘,能够更精细地控制晶圆的温度,使晶圆任一部位的温度不会超过晶圆工艺所需的范围,提高晶圆的工艺质量,同时每个温控组件都设有单独的温度控制单元,使温度控制更加准确,加热元件之间互不影响。本发明还提供一种静电吸盘的使用方法。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域,特别涉及一种静电吸盘及其使用方法。
背景技术
在半导体制造业中,金属铝被广泛使用。当晶圆上进行金属铝的成膜需要在一定的高温条件下进行,而且这个成膜温度处于一个相对较小的温度范围内,这是由于高于或低于此温度范围下,生成的金属铝膜会产生缺陷,这对产品的质量会产生影响。在实际生产中,通过静电吸盘给晶圆传导热量,使晶圆表面得到金属铝成膜所需的温度条件。为了使得静电吸盘所提供的温度能够保持稳定,在静电吸盘里使用冷却水来起到调节温度的作用,使得温度能够稳定在工艺所需的条件下。如图1所示,在静电吸盘通过加热电阻3提高温度,再利用流通冷却水的冷却水管1来调节温度,但是冷却水管1插入静电吸盘底部的中间位置,与静电吸盘的冷却管道2流通,这样使得冷却水是从静电吸盘的中间位置,通过冷却管道2扩散到四周,导致静电吸盘的中间位置的实际温度相对于边缘位置要来的低,导致晶圆4的温度均匀性就差。由于温度决定了金属铝的成膜质量,温度均匀性的不一致,导致很难满足晶圆4表面所有区域内的温度都能够在所需工艺范围内,这样金属铝的成膜质量也很难得到保证。
发明内容
本发明提出一种静电吸盘及其使用方法,用以解决先有技术中晶圆表面金属成膜时,由于晶圆温度不均匀导致金属成膜质量差的问题。
为了解决上述技术问题,本发明提供一种静电吸盘,用于吸附晶圆,包括静电吸盘主体和温控组件,
所述静电吸盘主体具有一吸附面,用于吸附所述晶圆,所述静电吸盘主体具有一中空的内腔,所述内腔分为至少两个温控区域;
所述温控组件的数量与所述温控区域的数量相等,每个所述温控组件包括加热元件、温度传感器和温度控制单元,所述加热元件和所述温度传感器设置于对应的所述温控区域内,所述温度控制单元连接所述温度传感器和所述加热元件,所述温控组件用于调控对应的所述温控区域内的温度,以调控所述静电吸盘主体的所述吸附面的温度。
可选地,还包括冷源冷却管路和冷源供应管道,所述冷源冷却管路分布于所述静电吸盘主体的内腔中,用于流通冷源降低所述静电吸盘主体的所述吸附面的温度;所述冷源供应管道与所述冷源冷却管路连通,用于提供冷源,所述加热元件与所述冷源冷却管路之间绝缘分隔。
可选地,所述冷源供应管道从所述静电吸盘主体远离所述吸附面的一面连通所述冷源冷却管路。
可选地,以所述冷源供应管道与所述冷源冷却管路的连接点为中心,半径大小z为界,把所述内腔分为第一温控区域和第二温控区域,所述第一温控区域的半径小于z,所述第三温控区域的半径大于z,所述第一温控区域和第二温控区域内分别设有所述加热元件和所述温度传感器。
可选地,以所述冷源供应管道与所述冷源冷却管路的连接点为中心,半径大小x和y为界,所述内腔分为第一温控区域、第二温控区域和第三温控区域,其中x>y,所述第一温控区域的半径小于y,所述第二温控区域的半径位于x和y之间,所述第三温控区域的半径大于x,所述第一温控区域、第二温控区域和第三温控区域内分别设有所述加热元件和所述温度传感器。
可选地,所述吸附面的面积大于所述晶圆的面积。
可选地,所述加热元件为加热电阻丝。
可选地,所述温度控制单元采用PID温度控制器。
本发明还提供一种静电吸盘的使用方法,包括以下步骤:
S1:首先将晶圆放置在权利要求1-8任一项所述的静电吸盘的吸附面,并在所述温度控制单元上设置工艺所需的温度范围;
S2:所述温度控制单元控制所述加热元件进行升温;
S3:所述温度传感器实时探测吸附于静电吸盘上的晶圆的不同位置的温度,并传送给所述温度控制单元;
S4:若检测到晶圆上某一部位的温度超出或低于S1中设置的温度范围,所述温度控制单元发出指令,调整该部位上的所述加热元件的温度。
可选地,当所述静电吸盘包括冷源冷却管路和冷源供应管道时,在所述S4步骤中,所述冷源供应管道通入冷源,并流入所述冷源冷却管路中调节温度。
由此可见,本发明提出的静电吸盘及其使用方法,通过在静电吸盘主体内腔中分为至少两个温控区域,在温控区域内设置加热元件和温度传感器,并用温度控制单元进行控制,能够更精细均匀地控制静电吸盘吸附面的温度,使晶圆任一部位的温度不会超过晶圆工艺所需的范围,进而提高晶圆的工艺质量;同时每个温控组件都设有单独的温度控制单元,使温度控制更加准确,加热元件之间互不影响。
附图说明
图1为现有技术中静电吸盘的剖视图;
图2为本发明实施例的静电吸盘的剖视图;
图3为本发明实施例的静电吸盘基于PID温控组件的控制系统图;
图4为本发明实施例的另一静电吸盘的剖视图;
其中,1-冷却水管,2-冷却管道,3-加热元件,4-晶圆,11-静电吸盘主体,121-加热元件,122-温度传感器,123-温度控制单元,13-冷源冷却管路,14-冷源供应管道,15-晶圆,16-吸附面。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种静电吸盘及其使用方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书,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。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
如图2所示,其为本发明实施例提供的一种静电吸盘的剖视图。本实施例提供一种静电吸盘,用于吸附晶圆,包括静电吸盘主体11和温控组件,
所述静电吸盘主体11具有一吸附面16,用于吸附所述晶圆15,所述静电吸盘主体11具有一中空的内腔,所述内腔分为至少两个温控区域;
所述温控组件的数量与所述温控区域的数量相等,每个所述温控组件包括加热元件121、温度传感器122和温度控制单元123,所述加热元件121和所述温度传感器122设置于对应的所述温控区域内,所述温度控制单元13连接所述温度传感器122和所述加热元件121,所述温控组件用于调控对应的所述温控区域内的温度,以调控所述静电吸盘主体11的所述吸附面16的温度。
从图2中可以看出,本实施例的静电吸盘,还包括
冷源冷却管路13,分布于所述静电吸盘主体11的内腔中,用于流通冷源降低吸附面16的温度;
和冷源供应管道14,所述冷源供应管道14的其中一端伸入到所述冷源冷却管路13中并与其连通,用于提供冷源。
冷源冷却管路13位于加热元件121所在内腔的下方,所述冷源冷却管路13与所述加热元件121之间绝缘分隔,消除冷源对加热元件121的影响。
图2中的晶圆15为圆形,则静电吸盘主体11为圆形,其面积略大于所述晶圆15的面积,冷源供应管道14从所述冷源冷却管路13远离所述吸附面16的一面与所述冷源冷却管路13连通。此时,以所述冷源供应管道14与所述静电吸盘主体11的连接点为中心,半径大小x和y为界,所述内腔分为第一温控区域、第二温控区域和第三温控区域,其中x>y,所述第一温控区域的半径小于y,所述第二温控区域的半径位于x和y之间,所述第三温控区域的半径大于x,所述第一温控区域、第二温控区域和第三温控区域内分别设有所述加热元件121和所述温度传感器122。
如图4所示,其为本发明实施例的静电吸盘的另一结构剖视图。从图4中可以看出,以所述冷源供应管道14与所述冷源冷却管路13的连接点为中心,半径大小z为界,把所述内腔分为第一温控区域和第二温控区域,所述第一温控区域的半径小于z,所述第三温控区域的半径大于z,所述第一温控区域和第二温控区域内分别设有所述加热元件121和所述温度传感器122。因此,本发明并不限定温控区域的划分方式,技术人员可以根据实际需求进行调整。
在图2或图4所示的静电吸盘的结构中,由于冷源冷却管路13内流入冷源时,晶圆15上靠近所述冷源供应管道14与所述冷源冷却管路13的连接点的部位温度降低过快,远离该连接点的部位温度降低过慢,从而使晶圆15上在不同半径内的部位温度不同。
进一步地,所述加热元件121可以为加热电阻丝,也可以采用其他加热装置。
优选地,所述温度控制单元123可以采用PID温度控制器。
本实施例还提供本实施例静电吸盘的使用方法,包括以下步骤:
S1:首先将晶圆15放置在静电吸盘的吸附面16,并在所述温度控制单元123上设置工艺所需的温度范围;
S2:所述温度控制单元123控制所述加热元件121进行升温;
S3:所述温度传感器122实时探测吸附于静电吸盘上的晶圆15的不同位置的温度,并传送给所述温度控制单元123;
S4:若检测到晶圆15上某一部位的温度超出S1中设置的温度范围,所述温度控制单元123发出指令,调整该部位上的所述加热元件121的温度。
由于本实施例中,所述静电吸盘还包括了冷源冷却管路13和冷源供应管道14,在所述S4步骤中,所述冷源供应管道14通入冷源,并流入所述冷源冷却管路13中调节温度,使温度调节更加均匀。当然,所述冷源可以为冷却水,或者其他液体,或者气体,本发明并不限定具体物质。
图3为静电吸盘基于PID温度控制器的系统控制图,温度控制单元为PID温度控制器,包括比例单元、积分单元和微分单元三个控制模块。众所周知,PID温度控制器是一种线性控制器,目标温度与采样温度具有偏差,将偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过线性组合构成控制量,对加热元件进行控制。其中,比例单元可对系统的温度偏差做出及时响应;积分单元主要用来消除系统静差,改善系统的静态特性,体现了系统的静态性能指标;微分单元主要用来减少动态超调,克服系统振荡,加快系统的动态响应,改善系统的动态特性。其具体过程为:在PID温度控制器中设置目标温度(即工艺所需的温度范围),然后温度传感器采集晶圆的某部位温度,计算与目标温度的偏差,再按比例、积分和微分的函数关系进行运算,根据运算结果来控制加热元件的温度。
综上所述,本发明的静电吸盘,在其内腔中设置至少两个加热元件用于控制吸附面的温度,进而控制晶圆的温度,并在相应位置设置与加热元件数量相同的温度传感器,实时检测吸附面各部位的温度,并将温度数据发送给温度控制单元。这样能够更精细地控制吸附面的温度,从而使晶圆任一部位的温度不会超过晶圆工艺所需的范围。同时多个温度控制单元互相独立,使温度控制更加准确,加热元件之间互不影响。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。此外,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种静电吸盘,用于吸附晶圆,其特征在于,包括静电吸盘主体和温控组件,
所述静电吸盘主体具有一吸附面,用于吸附所述晶圆,所述静电吸盘主体具有一中空的内腔,所述内腔分为至少两个温控区域;
所述温控组件的数量与所述温控区域的数量相等,每个所述温控组件包括加热元件、温度传感器和温度控制单元,所述加热元件和所述温度传感器设置于对应的所述温控区域内,所述温度控制单元连接所述温度传感器和所述加热元件,所述温控组件用于调控对应的所述温控区域内的温度,以调控所述静电吸盘主体的所述吸附面的温度。
2.如权利要求1所述的静电吸盘,其特征在于,还包括冷源冷却管路和冷源供应管道,所述冷源冷却管路分布于所述静电吸盘主体的内腔中,用于流通冷源降低所述静电吸盘主体的所述吸附面的温度;所述冷源供应管道与所述冷源冷却管路连通,用于提供冷源,所述加热元件与所述冷源冷却管路之间绝缘分隔。
3.如权利要求2所述的静电吸盘,其特征在于,所述冷源供应管道从所述静电吸盘主体远离所述吸附面的一面连通所述冷源冷却管路。
4.如权利要求3所述的静电吸盘,其特征在于,以所述冷源供应管道与所述冷源冷却管路的连接点为中心,半径大小z为界,把所述内腔分为第一温控区域和第二温控区域,所述第一温控区域的半径小于z,所述第二温控区域的半径大于z,所述第一温控区域和第二温控区域内分别设有所述加热元件和所述温度传感器。
5.如权利要求3所述的静电吸盘,其特征在于,以所述冷源供应管道与所述冷源冷却管路的连接点为中心,半径大小x和y为界,所述内腔分为第一温控区域、第二温控区域和第三温控区域,其中x>y,所述第一温控区域的半径小于y,所述第二温控区域的半径位于x和y之间,所述第三温控区域的半径大于x,所述第一温控区域、第二温控区域和第三温控区域内分别设有所述加热元件和所述温度传感器。
6.如权利要求1所述的静电吸盘,其特征在于,所述吸附面的面积大于所述晶圆的面积。
7.如权利要求1所述的静电吸盘,其特征在于,所述加热元件为加热电阻丝。
8.如权利要求1所述的静电吸盘,其特征在于,所述温度控制单元采用PID温度控制器。
9.一种静电吸盘的使用方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:首先将晶圆放置在权利要求1-8任一项所述的所述静电吸盘的吸附面,并在所述温度控制单元上设置工艺所需的温度范围;
S2:所述温度控制单元控制所述加热元件进行升温;
S3:所述温度传感器实时探测吸附于静电吸盘上的晶圆的不同位置的温度,并传送给所述温度控制单元;
S4:若检测到晶圆上某一部位的温度超出或低于S1中设置的温度范围,所述温度控制单元发出指令,调整该部位上的所述加热元件的温度。
10.如权利要求9所述的静电吸盘的使用方法,其特征在于,当所述静电吸盘包括冷源冷却管路和冷源供应管道时,在所述S4步骤中,所述冷源供应管道通入冷源,并流入所述冷源冷却管路中调节温度。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191220 |
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