CN112563175A - 承载装置和半导体制造设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种承载装置,卡盘包括冷却基座和设置在冷却基座上的承载层,承载层用于承载待加工件,冷却基座包括层叠设置的至少一层冷却层和至少一层加热层,冷却层中设置有用于流通冷却介质的冷却通道,用于对承载层进行冷却,加热层中设置有加热件,用于对相邻的冷却层中的冷却介质进行加热。本发明提供的承载装置能够实现通过控制加热层对冷却通道中的冷却介质进行温度调节,提高了承载装置对待加工件的温度调节能力,拓宽了承载装置的温度调节范围。本发明还提供一种半导体制造设备。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造设备领域,具体地,涉及一种承载装置和一种半导体制造设备。
背景技术
在刻蚀工艺等半导体工艺中,对晶片上不同的膜层、结构需执行不同的刻蚀、沉积等加工步骤,晶片在这些步骤中也需要调节至不同的温度。
在现有技术中,通常通过工艺腔室中用于承载晶片的ESC(E-Chuck,Electrostatic Chuck,静电卡盘)对其上承载的晶片进行温度控制。具体地,静电卡盘内设置有加热层,用于对晶片进行加热,静电卡盘内部还设置有冷却介质循环通道,由冷却源(Chiller)向冷却介质循环通道中导入冷却介质以对晶片能行降温。然而,在一个冷却源温度不变的情况下,晶片温度控制需要不停的调整加热层温度来实现,这将导致静电卡盘的温度调节范围受到冷却介质预设温度和加热层的加热功率的限制。如果同一个晶片在一次刻蚀加工中需要达到的多个温度值之间相差太大,则需要设置温度较低的冷却源,并在晶片需要保持为高温时,控制加热层加大功率进行加热,即对加热层中加热器的控温范围要求很大,同时也提高了对ESC硬件性能(如,耐热性、抗蠕变性等)的要求。
因此,如何提供一种温控能力强、温度调节范围更广的静电卡盘,成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在提供一种承载装置和一种半导体制造设备,该承载装置能够提高半导体制造设备对晶片的温度调节能力。
为实现上述目的,作为本发明的一个方面,提供一种一种承载装置,用于半导体制造设备,所述承载装置包括冷却基座和设置在所述冷却基座上的承载层,所述承载层用于承载待加工件,所述冷却基座包括层叠设置的至少一层冷却层和至少一层加热层,所述冷却层中设置有用于流通冷却介质的冷却通道,用于对所述承载层进行冷却,所述加热层中设置有加热件,用于对相邻的所述冷却层中的冷却介质进行加热。
可选地,所述冷却基座包括多个所述冷却层,多个所述冷却层中的冷却通道依次相互连通,且用于由冷却源接收冷却介质的所述冷却通道的横截面面积大于其余至少一层所述冷却层中所述冷却通道的横截面面积。
可选地,所述冷却基座包括沿远离所述承载层方向依次层叠设置的第一冷却层、第一加热层、第二冷却层和第二加热层,所述第一冷却层中设置有第一冷却通道,所述第二冷却层中设置有第二冷却通道,所述第二冷却通道的第一端形成为所述冷却基座的进液端,所述第二冷却通道的第二端与所述第一冷却通道的第一端连通,所述第一冷却通道的第二端形成为所述冷却基座的出液端,且所述第二冷却通道的横截面面积大于所述第一冷却通道的横截面面积。
可选地,所述冷却通道在对应的所述冷却层中弯曲延伸。
可选地,所述第一冷却通道在所述承载装置承载面上的投影与所述第二冷却通道在所述承载装置承载面上的投影具有重叠区域。
可选地,相邻两层所述冷却层中的冷却通道通过沿所述承载装置厚度方向延伸的连通通道相互连通。
可选地,所述冷却基座还包括第一基体层和第二基体层,所述第一基体层位于所述冷却基座朝向所述承载层一侧的表面,所述第二基体层位于所述冷却基座背离所述承载层一侧的表面,且所述第一基体层中设置有基座温度检测件。
可选地,所述承载层中设置有承载温度检测件,用于检测所述承载层的承载面上的温度。
可选地,所述加热件包括加热管,所述加热管用于在通入电流时发热。
可选地,所述加热管在对应的所述加热层中弯曲延伸。
作为本发明的第二个方面,提供一种半导体制造设备,包括工艺腔室和设置在所述工艺腔室中的承载装置,其中,所述承载装置为前面所述的承载装置。
可选地,所述半导体制造设备还包括控制装置,所述控制装置用于获取所述承载装置的温度反馈信息,并根据所述温度反馈信息调节所述加热层的功率。
可选地,所述承载装置包括冷却基座,所述冷却基座包括第一基体层和第二基体层,所述第一基体层中设置有基座温度检测件,所述控制装置用于接收所述基座温度检测件的基座温度反馈信息,并根据所述基座温度反馈信息调节所述加热层的功率。
在本发明提供的承载装置和半导体制造设备中,冷却基座包括层叠设置的至少一层冷却层和至少一层加热层,从而在半导体制造工艺中,利用冷却层的冷却通道中的冷却介质对承载装置进行冷却降温时,可以通过控制加热层加热功率的方式调节冷却通道中冷却介质的温度,进而在不同工艺步骤中实现对冷却介质温度的精确控制,提高了承载装置对晶片的温度调节能力,拓宽了承载装置的温度调节范围,进而极大地提高了半导体制造设备的拓展能力。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明,但并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1是一种现有的静电卡盘的结构示意图;
图2是本发明实施例提供的承载装置的结构示意图。
附图标记说明:
1:待加工件 2:陶瓷层
3:第一粘结层 4:承载加热层
5:承载温度检测件 6:第二粘结层
7:基座温度检测件 8:第一基体层
9:第一冷却层 10:第一冷却通道
11:第一加热层 12:第一加热管
13:第二冷却层 14:第二冷却通道
15:第二加热层 16:第二加热管
17:第二基体层 18:流量开关
19:进液管 20:回液管
21:冷却源
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
如图1所示为一种静电卡盘的结构示意图,该静电卡盘包括陶瓷层02、粘结层03、加热层04、粘结层05、ESC基体07、和热电偶012。在半导体工艺过程中,冷却介质从冷却源011中输出,通过进液管09输送到静电卡盘ESC基体07内部形成的冷却介质循环通道06中,冷却介质在与ESC基体07进行热交换后,经过回液管010返回冷却源011,形成一个冷却介质的循环回路。一般情况下冷却源中冷却介质的温度低于静电卡盘所需的温度一定的数值。冷却介质把等离子体轰击晶片表面产生的热量和ESC加热器产生的多余热量带走,以实现对晶片表面温度的控制。
在上述静电卡盘中,如果需要改变冷却介质的温度,则需要使冷却源011中的冷却介质整体产生温度变化,在调试阶段调试完成并确认冷却介质温度后的量产过程中,冷却介质将保持在之前设定好的温度。其进行刻蚀加工时冷却介质温度不可调节,而静电卡盘的温度调节范围受到冷却介质温度和静电卡盘的加热功率限制,进而影响了设备工艺拓展能力。
为解决上述技术问题,作为本发明的一个方面,提供一种承载装置,用于半导体制造设备,该承载装置包括冷却基座和设置在冷却基座上的承载层,该承载层用于承载待加工件(如,晶片),冷却基座包括层叠设置的至少一层冷却层和至少一层加热层,冷却层中设置有用于流通冷却介质的冷却通道,加热层中设置有加热件,用于对相邻的冷却层中的冷却介质进行加热。
在本发明实施例中,冷却基座包括层叠设置的至少一层冷却层和至少一层加热层,从而在半导体制造工艺中,利用冷却层的冷却通道中的冷却介质对承载装置进行冷却降温时,可以通过控制加热层加热功率的方式调节冷却通道中冷却介质的温度(如,对冷却介质进行加热或保温)。
例如,在需要通过低温冷却介质快速冷却承载装置时,可控制加热层停止工作,直接利用低温的冷却介质对承载装置进行冷却;当需要较高温度的冷却介质时,控制加热层以相应的功率对相邻冷却层中流动的冷却介质进行加热,从而升高冷却介质的温度。
本发明实施例提供的承载装置能够实现通过控制加热层对冷却通道中的冷却介质进行温度调节,在不同工艺步骤中实现对冷却介质温度的精确控制,提高了承载装置对待加工件1的温度调节能力,拓宽了承载装置的温度调节范围,进而极大地提高了半导体制造设备的拓展能力。
本发明实施例对冷却基座中冷却层的数量不作具体限定,例如,可选地,冷却基座可以包括多个冷却层,多个冷却层中的冷却通道依次相互连通。
为提高加热层对相邻冷却层中流动的冷却介质加热的均匀性,优选地,用于由冷却源21接收冷却介质的冷却通道的横截面面积大于其余至少一层冷却层中冷却通道的横截面面积。
在本发明实施例中,位于下游的至少一层冷却层中的冷却通道比上游冷却通道更细,从而增大了下游管路水路流阻,使得冷却介质在由上游冷却通道流向下游冷却通道的过程中各处速率平稳,进而提高了加热层对相邻冷却层中各位置冷却通道中流体进行加热的均匀性,提高了对待加工件进行冷却的均匀性。
作为本发明的一种具体实施方式,可选地,如图2所示,该冷却基座包括沿远离承载层方向依次层叠设置的第一冷却层9、第一加热层11、第二冷却层13和第二加热层15,第一冷却层9中设置有第一冷却通道10,第二冷却层13中设置有第二冷却通道14,第二冷却通道14的第一端形成为冷却基座的进液端,用于由冷却源21接收冷却介质,第二冷却通道14的第二端与第一冷却通道10的第一端连通,第一冷却通道10的第二端形成为冷却基座的出液端,用于与冷却源21连接,且第二冷却层13中第二冷却通道14的横截面面积大于一冷却层中第一冷却通道10的横截面面积。
在本发明实施例中,位于下游的第一冷却通道10的横截面面积小于位于上游的第二冷却通道14的横截面面积,从而增大了下游管路水路流阻,使得冷却介质在由上游的第二冷却通道14流向下游的第一冷却通道10的过程中通道各处速率平稳,进而提高了第一加热层11和第二加热层15对相邻冷却层中各位置冷却通道中流体进行加热的均匀性。
本发明实施例对加热层如何实现发热功能不作具体限定,例如,作为本发明的一种可选实施方式,如图2所示,加热层中设置有加热管,加热管能够在通入电流时发热。具体到图2所示实施例,第一加热层11中设置有第一加热管12,第二加热层15中设置有第二加热管16,第一加热管12和第二加热管16分别在两个加热层中弯曲延伸,以实现对相邻冷却层的均匀加热。
或者,在本发明的其他实施例中,加热层设置的加热管可以为中空的管道,用于通入循环的高温液体(如,高温的导热油),以使得高温的液体与周围材料进行换热,并提高承载装置的温度。
本发明实施例对冷却通道以及加热管在对应的层结构中如何延伸不作具体限定,例如,可选地,冷却通道在对应的冷却层中弯曲延伸(例如,可以是螺旋盘绕延伸、迂回延伸、或者折线延伸,以提高换热均匀性),加热管在对应的所述加热层中弯曲延伸。
在冷却基座包括两层冷却层的情况下,优选地,第一冷却通道10在承载装置的承载面上的投影与第二冷却通道14在承载装置的承载面上的投影具有重叠区域(即,二者投影完全重合或部分重合,或者第一冷却通道10的投影重叠在第二冷却通道14的投影内),以提高相邻冷却层的换热均匀性。
本发明实施例对冷却通道的横截面形状不作具体限定,例如,作为一种易于实现的实施方式,如图2所示,第一冷却通道10和第二冷却通道14的横截面形状均为矩形。
本发明实施例对不同冷却层中的冷却通道如何相互连通不作具体限定,例如,作为本发明的一种可选实施方式,如图2所示,相邻两层冷却层中的冷却通道通过沿承载装置厚度方向延伸的连通通道相互连通,且该连通通道与加热层中的加热管在承载装置的轴线方向错开。
为提高相邻冷却层与加热层之间的换热效率,作为本发明的一种优选实施方式,相邻的冷却层与加热层之间无其他膜层(如粘结层、介质层等),相邻冷却层与加热层直接相互贴合。本发明实施例对冷却层与加热层之间如何固定连接不作具体限定,例如,作为一种易于实现且结构稳定的实施方式,优选地,相邻的冷却层与加热层之间焊接固定连接。
本发明实施例对冷却基座中的其他膜层结构不作具体限定,例如,为提高控制待加工件温度的精确性,作为本发明的一种优选实施方式,如图2所示,冷却基座还包括第一基体层8和第二基体层17,第一基体层8位于冷却基座朝向承载层一侧的表面,第二基体层17位于冷却基座背离承载层一侧的表面,且第一基体层8中设置有基座温度检测件7。
在本发明实施例中,第一基体层8中设置有基座温度检测件7,从而在对加热层的功率进行调节的过程中,可以通过基座温度检测件7的温度反馈信息判断加热后的冷却介质温度是否达到预期温度,进而提高了控制冷却介质温度和待加工件温度的精确性。
为进一步提高控制待加工件温度的精确性,优选地,如图2所示,承载层中设置有承载温度检测件5,用于检测承载层的承载面上的温度。在本发明实施例中,承载层中设置有承载温度检测件5,从而在半导体工艺中可以通过承载温度检测件5的温度反馈信息判断承载层承载面上的温度是否达到预期温度,进而提高了控制待加工件温度的精确性。
本发明实施例对承载层的结构不作具体限定,例如,该承载装置可以为静电卡盘(ESC),该承载层可以包括陶瓷层2和承载加热层4,承载加热层4用于对陶瓷层2及其上承载的待加工件进行加热。
本发明实施例对陶瓷层2与承载加热层4之间以及承载层与冷却基座之间如何固定连接不作具体限定,例如,作为本发明的一种可选实施方式,如图2所示,陶瓷层2与承载加热层4通过第一粘结层3固定连接,承载层与冷却基座通过第二粘结层6固定连接。
作为本发明的第二个方面,提供一种半导体制造设备,包括工艺腔室和设置在工艺腔室中的承载装置,其中,该承载装置为本发明实施例中提供的承载装置。
在本发明实施例提供的半导体制造设备中,承载装置能够实现通过控制加热层对冷却通道中的冷却介质进行温度调节,在不同工艺步骤中实现对冷却介质温度的精确控制,提高了承载装置对待加工件的温度调节能力,拓宽了承载装置的温度调节范围,进而极大地提高了半导体制造设备的拓展能力。
本发明实施例对该半导体制造设备如何控制冷却介质温度作具体限定,例如,可选地,该半导体制造设备还包括控制装置,控制装置用于获取承载装置的温度反馈信息,并根据温度反馈信息调节加热层的功率。
本发明实施例对冷却基座中的冷却通道如何获取冷却介质不作具体限定,例如,作为本发明的一种可选实施方式,如图2所示,该半导体制造设备还包括冷却源21(Chiller),冷却源21通过进液管19向冷却介质通路提供冷却介质,并通过回液管20由冷却介质通路中回收冷却介质。
可选地,如图2所示,进液管19上设置有流量开关18,控制装置能够在半导体工艺中控制流量开关18开启或关闭进液管19。
为提高控制待加工件温度的精确性,优选地,在冷却基座包括第一基体层8和第二基体层17,且第一基体层8中设置有基座温度检测件7的情况下,控制装置用于接收基座温度检测件7的基座温度反馈信息,并根据基座温度反馈信息调节加热层的功率。
为进一步提高控制待加工件温度的精确性,优选地,如图2所示,在承载层中设置有承载温度检测件5的情况下,控制装置还用于接收承载温度检测件5的基座温度反馈信息,并根据基座温度检测件7的基座温度反馈信息和承载温度检测件5的承载温度反馈信息调节加热层的功率。
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 (13)
1.一种承载装置,用于半导体制造设备,所述承载装置包括冷却基座和设置在所述冷却基座上的承载层,所述承载层用于承载待加工件,其特征在于,所述冷却基座包括层叠设置的至少一层冷却层和至少一层加热层,所述冷却层中设置有用于流通冷却介质的冷却通道,用于对所述承载层进行冷却,所述加热层中设置有加热件,用于对相邻的所述冷却层中的冷却介质进行加热。
2.根据权利要求1所述的承载装置,其特征在于,所述冷却基座包括多个所述冷却层,多个所述冷却层中的冷却通道依次相互连通,且用于由冷却源接收冷却介质的所述冷却通道的横截面面积大于其余至少一层所述冷却层中所述冷却通道的横截面面积。
3.根据权利要求2所述的承载装置,其特征在于,所述冷却基座包括沿远离所述承载层方向依次层叠设置的第一冷却层、第一加热层、第二冷却层和第二加热层,所述第一冷却层中设置有第一冷却通道,所述第二冷却层中设置有第二冷却通道,所述第二冷却通道的第一端形成为所述冷却基座的进液端,所述第二冷却通道的第二端与所述第一冷却通道的第一端连通,所述第一冷却通道的第二端形成为所述冷却基座的出液端,且所述第二冷却通道的横截面面积大于所述第一冷却通道的横截面面积。
4.根据权利要求3所述的承载装置,其特征在于,所述冷却通道在对应的所述冷却层中弯曲延伸。
5.根据权利要求4所述的承载装置,其特征在于,所述第一冷却通道在所述承载装置承载面上的投影与所述第二冷却通道在所述承载装置承载面上的投影具有重叠区域。
6.根据权利要求2所述的承载装置,其特征在于,相邻两层所述冷却层中的冷却通道通过沿所述承载装置厚度方向延伸的连通通道相互连通。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的承载装置,其特征在于,所述冷却基座还包括第一基体层和第二基体层,所述第一基体层位于所述冷却基座朝向所述承载层一侧的表面,所述第二基体层位于所述冷却基座背离所述承载层一侧的表面,且所述第一基体层中设置有基座温度检测件。
8.根据权利要求7所述的承载装置,其特征在于,所述承载层中设置有承载温度检测件,用于检测所述承载层的承载面上的温度。
9.根据权利要求1至6中任意一项所述的承载装置,其特征在于,所述加热件包括加热管,所述加热管用于在通入电流时发热。
10.根据权利要求9所述的承载装置,其特征在于,所述加热管在对应的所述加热层中弯曲延伸。
11.一种半导体制造设备,包括工艺腔室和设置在所述工艺腔室中的承载装置,其特征在于,所述承载装置为权利要求1至10中任意一项所述的承载装置。
12.根据权利要求11所述的半导体制造设备,其特征在于,所述半导体制造设备还包括控制装置,所述控制装置用于获取所述承载装置的温度反馈信息,并根据所述温度反馈信息调节所述加热层的功率。
13.根据权利要求12所述的半导体制造设备,其特征在于,所述承载装置包括冷却基座,所述冷却基座包括第一基体层和第二基体层,所述第一基体层中设置有基座温度检测件,所述控制装置用于接收所述基座温度检测件的基座温度反馈信息,并根据所述基座温度反馈信息调节所述加热层的功率。
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CN112563175B (zh) | 2021-06-08 |
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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