CN114156206A - 半导体工艺设备的卡盘组件和半导体工艺设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种半导体工艺设备的卡盘组件和半导体工艺设备，涉及半导体制造技术领域。该半导体工艺设备的卡盘组件包括温控层和支撑层，支撑层与温控层叠置，温控层包括多个温控单元，多个温控单元均与支撑层接触，用于一一对应地调节支撑层的相对的子区域的温度。温控单元集成有第一控制模块、温度传感器和加热模块，第一控制模块分别与温度传感器和加热模块相连，第一控制模块用于在温度传感器检测到的子区域的实际温度低于预设值的情况下，控制加热模块开始加热，在温度传感器检测到的子区域的实际温度高于预设值的情况下，控制加热模块停止加热。该方案能解决静电卡盘对温度控制的实时性差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种半导体工艺设备的卡盘组件和半导体工艺设备。
背景技术
随着集成电路技术的升级，对半导体工艺设备的要求越来高。在半导体刻蚀工艺过程中，需要确保晶圆各处刻蚀速率的均匀性以提高晶圆的利用率。
晶圆在刻蚀工艺过程中放置于静电卡盘，故在对晶圆进行刻蚀的过程中，晶圆的温度分布受到静电卡盘中的加热或冷却元件的具体结构以及分布方式的影响。相关技术中，静电卡盘通过多个热控元件组成热控阵列，并通过功率供给电路实现各热控元件的功率分配，以提高静电卡盘各处温度的均匀性。但是，相关技术中，热控元件与电路板之间的布线复杂，温度控制的实时性差。
发明内容
本发明公开一种半导体工艺设备的卡盘组件和半导体工艺设备，以解决相关技术中静电卡盘对温度控制的实时性差的问题。
为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
本发明所述的半导体工艺设备的卡盘组件包括温控层和支撑层，支撑层与温控层叠置，
温控层包括多个温控单元，多个温控单元均与支撑层接触，用于一一对应地调节支撑层的相对的子区域的温度；
温控单元集成有第一控制模块、温度传感器和加热模块，第一控制模块分别与温度传感器和加热模块相连，第一控制模块用于在温度传感器检测到的子区域的实际温度低于预设值的情况下，控制加热模块开始加热，在温度传感器检测到的子区域的实际温度高于预设值的情况下，控制加热模块停止加热。
基于本发明所述的半导体工艺设备的卡盘组件，本申请还公开一种半导体工艺设备。该半导体工艺设备包括本申请所述的卡盘组件。
本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：
本发明实施例公开的半导体工艺设备的卡盘组件中，通过在温控单元内集成第一控制模块、微控制开关、温度传感器和加热模块，使得每个温控单元均可以通过温度传感器感测支撑层对应区域的当前温度，并将温度传感器的感测的支撑层的当前温度作为第一控制模块的给定值。第一控制模块通过比较温度传感器感测的温度值和预设的温度值的大小控制调节加热模块的工作状态。具体的，在温度传感器感测的温度小于预设温度的情况下，第一控制模块控制加热模块对支撑层对应区域加热。该方案中温控单元可以独立地对支撑层中对应的位置进行温度补偿，达到调节支撑层不同位置温度的目的。因此，各温控单元之间的信息传输互不影响，进而可以提高卡盘组件对各处温度补偿的实时性，解决相关技术中静电卡盘对温度控制的实时性差的问题，有益于提高晶圆各处刻蚀速率的均匀性，提高半导体的利用率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种实施例公开的卡盘组件的示意图；
图2为本发明一种实施例公开的温控单元的控制原理图；
图3为本发明一种实施例公开的温控单元的示意图；
图4为本发明一种实施例公开的多个温控单元之间的连接示意图；
图5为本发明一种实施例公开的卡盘组件的各加热区内温控单元的分布示意图。
图中：100-温控层；110-温控单元；111-第一控制模块；112-温度传感器；113-开关；114-加热模块；115-第二控制模块；116-电源管理单元；200-支撑层；300-基板；400-主加热层；410-第一主控温区；420-第二主控温区；430-加热腔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合图1至图5，详细说明本发明各个实施例公开的技术方案。
参照图1至图3，本申请实施例公开的半导体工艺设备的卡盘组件，包括温控层100和支撑层200，支撑层200与温控层100叠置。示例性地，温控层100覆盖支撑层200，以使温控层100可以对支撑层200任意部位的温度进行调控。当然，温控层100还可以覆盖支撑层200中的一部分，以使温控层100可以对支撑层200的部分区域的温度进行调控。进一步地，温控层100可以粘接于支撑层200。具体的，支撑层200用于放置晶圆。对应地，温控层100可以粘接于支撑层200中远离晶圆一侧。
参照图1，温控层100包括多个温控单元110，多个温控单元110均与支撑层200接触。示例性地，支撑层200包括多个子区域，温控层100内的温控单元110与支撑层200内的子区域一一对应，且温控层100内的温控单元110用于一一对应地调节支撑层200的多个子区域的温度。示例性地，温控单元110可以粘贴于支撑层200，以使温控单元110可以对支撑层200的对应子区域进行加热。
参照图2，温控单元110集成有第一控制模块111、温度传感器112和加热模块114。第一控制模块111分别与温度传感器112和加热模块114相连。第一控制模块111用于在温度传感器112检测到的子区域的实际温度低于预设值的情况下，控制加热模块114开始加热，以通过加热模块114对支撑层200的对应子区域进行加热，达到补偿支撑层200对应子区域的温度的目的。在温度传感器112检测到的子区域的实际温度高于预设值的情况下，控制加热模块114停止加热。
上述实施例中，第一控制模块111、温度传感器112和加热模块114集成为一体，以形成温控单元110。示例性地，温控单元110可以通过第一控制模块111调控温度传感器112感测的支撑层200对应位置的加热模块114的工作状态，进而通过加热模块114对支撑层200的对应子区域进行加热实现对支撑层200的对应子区域进行温度补偿。即温控单元110可以根据支撑层200中对应子区域的温度，对支撑层200进行温度补偿，以使支撑层200的对应子区域能够达到预设的温度，确保放置于支撑层200上的晶圆刻蚀速率的均匀性。
需要说明的是，影响半导体刻蚀均匀性的因素有很多，例如热源和热沉的位置、介质移动、材料和形状。一种可选的实施例中，可以通过温控层100调控支撑层200各子区域的稳定，进而通过各子区域的温度差对晶圆各区域刻蚀不均匀的量进行补偿，进而提高晶圆刻蚀速率的均匀性。
另外，温控单元110可以独立地根据支撑层200的当前温度值与预设值的差值控制加热模块114对支撑层200进行加热或停止对支撑层200加热。即温控层100内的各温控单元110可以独立对支撑层200对应区域的温度进行调控，进而无需多路复用开关控制多个温控单元110，使得温控层100内的布线更简单。
需要说明的是，本申请所述的预设值是指：为满足半导体工艺所需，支撑层200对应区域应当达到的温度值。示例性地，在温度传感器112感测的温度值与预设值的差值较大的情况下，可以进一步控制加热模块114加热或停止加热的时长，以使支撑层200对应位置达到所需温度。当然，还可以通过控制加热模块114的功率大小，以使支撑层200对应位置达到所需温度。进一步地，可以根据人为经验判断或者深度学习算法配置预设值。
参照图2，温控单元110还集成有开关113。示例性地，开关113与加热模块114和第一控制模块111相连，以通过第一控制模块111控制开关113导通或断开控制加热模块114对支撑层200加热或补加热。具体的，在子区域的实际温度低于预设值的情况下，第一控制模块111控制开关113导通，以通过加热模块114对支撑层200的对应子区域进行加热，补偿支撑层200对应子区域的温度。在子区域的实际温度高于预设值的情况下，第一控制模块111控制开关113断开，以使加热模块114停止对支撑层200加热。示例性地，开关113可以为微机电开关。第一控制模块111可以为微控制器，例如单片机。
参照图2，温控单元110还集成有第二控制模块115，第二控制模块115与第一控制模块111相连，且第二控制模块115用于在终端设备控制下设置预设值。示例性地，第二控制模块115可以为CAN总线控制器，以使温控单元110可以与终端设备进行通讯。示例性地，各温控单元110均预设为不同的ID，进而可以根据各温控单元110的ID区分各温控单元110。示例性地，各温控单元110内的第二控制模块115并联连接至终端设备。参照图1至图4，第二控制模块115包括两根CAN总线。示例性地，两根CAN总线分别为CAN-L和CAN-H。示例性地，各温控单元110单元内的第二控制模块115通过CAN-L和CAN-H并联。需要说明的是，终端设备种类有很多，例如电脑、手机、平板等。为此，本实施例不限定终端设备的具体种类。
上述实施例中，CAN总线控制器可以根据CAN总线协议控制数据帧的发送和接收，进而实现与微控制器或终端设备通讯。在需要对预设值进行修正的情况下，可以通过终端设备与各温控单元110进行通讯，进而改变各温控单元110对应的预设值。具体的，可以根据人为经验判断或者深度学习算法修正预设值。该方案可以简化温控层100内的布线。
参照图2，温控单元110还集成有电源管理单元116，电源管理单元116分别与第一控制模块111、温度传感器112和第二控制模块115相连，且电源管理单元116用于为第一控制模块111、温度传感器112和第二控制模块115供电。示例性地，各电源管理单元116并联连接至供电电源。参照图1至图4，电源管理单元116包括两根电源线。示例性地，两根电源线可以为Power和HGND。可选地，各温控单元110单元内的电源管理单元116通过Power和HGND相互并联。供电电源中种类有很多，例如蓄电池、电网、发电机等。为此，本实施例不限定供电电源的种类。
参照图1，卡盘组件还包括基板300和主加热层400。其中，基板300为基础结构件可以为主加热层400提供安装基础。主加热层400用于为支撑层200提供主要温度分布。示例性地，主加热层400设置于基板300上，温控层100叠置于主加热层400远离基板300的一侧，且温控层100位于主加热层400与支撑层200之间。
上述实施中，主加热层400通过对支撑层200加热，以使支撑层200各区域的温度接近预设温度，即可以通过主加热层400对支撑层200进行加热，以缩小支撑层200各子区域的温度与该子区域对应的预设温度之间的差值。进一步地，在半导体工艺过程中，主加热层400可以持续为支撑层200加热，以减小温控层100对支撑层200各区域温度的调节量，提高支撑层200温度调节的灵敏度。
参照图5，主加热层400包括第一主控温区410和第二主控温区420，第一主控温区410为圆形区域，第二主控温区420为环形区域，且第二主控温区420以第一主控温区410为中心，沿第一主控温区410的径向布设。示例性地，第一主控温区410的直径与第二主控温区420的内环直径相等。可选地，第二主控温区420的数量可以为多个，多个第二主控温区420沿第一主控温区410的径向布设。示例性地，第一主控温区410和第二主控温区420形成圆形区域。
参照图1，一种可选的实施例中，第一主控温区410和第二主控温区420均设置有加热腔430，加热腔430用于流通或储存加热流体，以通过向加热腔430内注入加热流体加热支撑层200。示例性地，加热腔430可以设置为环形。可选地，加热腔430的中心与第一主控温区410中心重合。
上述实施例中，可以通过调节加热流体的温度，调节主加热层400对应区域的温度。可选地，主加热层400可以采用chiller液加热。可选地，加热流体温度的调节范围为：-20℃至80℃之间。示例性地，温控层100的温度补偿范围为0℃至5℃。
一种可选的实施例中，第一主控温区410内的加热腔430为环形或圆形，且加热腔430的中心与第一主控温区410的中心重合。第二主控温区420内的加热腔430为环形，且加热腔430的中心与第二主控温区420的中心重合。需要说明的是，本申请所述的卡盘组件通常情况下用于放置晶圆。进一步地，第一主控温区410和第二主控温区420的中心可以与放置于支撑层200上的晶圆的中心重合。示例性地，卡盘组件上设置有定位槽。进一步地，定位槽的槽壁设置为圆弧形。在半导体工艺过程中，晶圆放置于定位槽，且晶圆的侧壁与定位槽的侧壁抵触限位。进一步地，在晶圆放置于定位槽的情况下，晶圆的中心与第一主控温区410的中心重合，以便通过控制各温控单元110，改善晶圆刻蚀速率的不均匀性。
参照图5，温控层100中与第一主控温区410和/或第二主控温区420相对的区域中设置有多个温控单元110，且温控单元110以第一主控温区410的中心为中心，沿第一主控温区410和/或第二主控温区420的周向均匀分布，以使温控层100对支撑层200中不同子区域的温度调节性能一致，进而有益于改善晶圆刻蚀速率的不均匀性。进一步地，参照图5，温控层100中与第一主控温区410的中心位置相对处设置有一温控单元110，以便于温控单元110的布设。
一种可选的实施例中，第一主控温区410或第二主控温区420中与各温控单元110相对的部分的面积相等。进一步地，第一主控温区410和第二主控温区420中，沿周向相邻的两个温控单元110之间的间距相等。参照图5，示例性地，主加热层400包括第一主控温区410和三个第二主控温区420。示例性地，温控层100中与第一主控温区410相对的温控单元110的数量为5个。其中，温控层100中与第一主控温区410中心区域相对的部分设置有一个温控单元110，进一步地，另外四个温控单元110围绕与第一主控温区410中心区域相对的温控单元110设置。进一步地，温控层100中与第二主控温区420相对的温控单元110的数量为6个。进一步的，三个第二主控温区420中由靠近第一主控温区410一侧沿第一主控温区410的径向向远离第一主控温区410一侧，各第二主控温区420对应的温控层100的部分分别设置有6个、8个和16个温控单元110。
需要说明的是，第一主控温区410或第二主控温区420中与温控层100相对的部分内设置的温控单元110的数量与温控单元110能够加热区域的大小有关。为此，可以根据需要设置第一主控温区410或第二主控温区420与温控层100中相对部分设置温控单元110的数量。故本申请不限定与第一主控温区410或第二主控温区420相对的温控单元110的数量。
一种可选的实施例中，支撑层200设置有安装槽，安装槽位于支撑层200靠近温控层100的一侧，且温控单元110至少部分位于位于安装槽内。
一种可选的实施例中，第一控制模块111、温度传感器112、第二控制模块115和电源管理单元116可以集成于一体结构。参照图3，第一控制模块111、温度传感器112、第二控制模块115和电源管理单元116可以集合形成控制部。示例性地，控制部具有两个信号接口、两个供电接口和两个外接接口。其中，两个信号接口分别对应两根CAN总线，例如图2中所示的CAN-L和CAN-H。示例性地，温控单元110通过两个信号接口与终端设备相连，以实现温控单元110与终端设备通信。两个供电接口分别对应两根电源线，例如图2中所示的Power和HGND。两根外接接口分别用于与加热模块114的相连，以通过两根外接接口为加热模块114提供电能。
上述实施中，将加热模块114集成于控制部的外部，便于加热模块114的布设。一种可选地实施例中，加热模块114可以与温控单元110内的其他部件分别设置于两个不同的层结构内。示例性地，加热模块114可以嵌设于支撑层200内，温控单元110中除加热模块114之外的其他部件位于温控层100。
基于本发明实施例所述的卡盘组件。本发明还公开一种半导体工艺设备。示例性地，该半导体工艺设备包括本申请任意一项实施例所述的卡盘组件。示例性地，该半导体工艺设备可以用于晶圆刻蚀工艺。上述实施例中所述的半导体工艺设备可以提高晶圆刻蚀速率的均匀性，提高晶圆的利用率。
本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (13)
1.一种半导体工艺设备的卡盘组件，其特征在于，包括温控层(100)和支撑层(200)，所述支撑层(200)与所述温控层(100)叠置，
所述温控层(100)包括多个温控单元(110)，所述多个温控单元(110)均与所述支撑层(200)接触，用于一一对应地调节所述支撑层(200)的多个子区域的温度；
所述温控单元(110)集成有第一控制模块(111)、温度传感器(112)和加热模块(114)，所述第一控制模块(111)分别与所述温度传感器(112)和所述加热模块(114)相连，所述第一控制模块(111)用于在所述温度传感器(112)检测到的所述子区域的实际温度低于预设值的情况下，控制所述加热模块(114)开始加热，在所述温度传感器(112)检测到的所述子区域的实际温度高于所述预设值的情况下，控制所述加热模块(114)停止加热。
2.根据权利要求1所述的卡盘组件，其特征在于，所述温控单元(110)还集成有第二控制模块(115)，所述第二控制模块(115)与所述第一控制模块(111)相连，且所述第二控制模块(115)用于在终端设备控制下设置所述预设值。
3.根据权利要求2所述的卡盘组件，其特征在于，各所述温控单元(110)内的所述第二控制模块(115)并联连接至所述终端设备。
4.根据权利要求2所述的卡盘组件，其特征在于，所述温控单元(110)还集成有电源管理单元(116)，所述电源管理单元(116)分别与所述第一控制模块(111)、所述温度传感器(112)和所述第二控制模块(115)相连，且所述电源管理单元(116)用于为所述第一控制模块(111)、所述温度传感器(112)和所述第二控制模块(115)供电。
5.根据权利要求4所述的卡盘组件，其特征在于，各所述电源管理单元(116)并联连接至供电电源。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的卡盘组件，其特征在于，所述卡盘组件还包括基板(300)和主加热层(400)，所述主加热层(400)设置于所述基板(300)上，所述温控层(100)叠置于所述主加热层(400)远离所述基板(300)的一侧，且所述温控层(100)位于所述主加热层(400)与所述支撑层(200)之间。
7.根据权利要求6所述的卡盘组件，其特征在于，所述主加热层(400)包括第一主控温区(410)和第二主控温区(420)，所述第一主控温区(410)为圆形区域，所述第二主控温区(420)为环形区域，且所述第二主控温区(420)以所述第一主控温区(410)为中心，沿所述第一主控温区(410)的径向布设。
8.根据权利要求7所述的卡盘组件，其特征在于，所述第一主控温区(410)和所述第二主控温区(420)均设置有加热腔(430)，所述加热腔(430)用于流通或储存加热流体。
9.根据权利要求8所述的卡盘组件，其特征在于，所述第一主控温区(410)内的所述加热腔(430)为环形或圆形，且所述加热腔(430)的中心与所述第一主控温区(410)的中心重合；
所述第二主控温区(420)内的所述加热腔(430)为环形，且所述加热腔(430)的中心与所述第二主控温区(420)的中心重合。
10.根据权利要求7所述的卡盘组件，其特征在于，所述温控层(100)中与所述第一主控温区(410)和/或所述第二主控温区(420)相对的区域中设置有多个所述温控单元(110)，且所述温控单元(110)以所述第一主控温区(410)的中心为中心，沿所述第一主控温区(410)和/或所述第二主控温区(420)的周向均匀分布。
11.根据权利要求10所述的卡盘组件，其特征在于，所述温控层(100)中与所述第一主控温区(410)的中心位置相对处设置有一所述温控单元(110)。
12.根据权利要求1所述的卡盘组件，其特征在于，所述支撑层(200)设置有安装槽，所述安装槽位于所述支撑层(200)靠近所述温控层(100)的一侧，且所述温控单元(110)至少部分位于所述安装槽内。
13.一种半导体工艺设备，其特征在于，包括多个权利要求1至12中任意一项所述的卡盘组件。
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