CN207731903U - 静电吸盘背面氦气的加热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种静电吸盘背面氦气的加热装置，包括一换热件，所述换热件与冷却氦气源和制冷机相连；其中，制冷机提供的冷却液通过第一输入口进入换热件，冷却氦气源提供的氦气通过第二输入口进入换热件，换热后的冷却液通过第一输出口流出至静电吸盘，换热后的氦气通过第二输出口流出至静电吸盘背面的进气孔。本实用新型增加了换热件，冷却液和氦气进入静电吸盘之前在换热件中进行热量交换，这样室温的氦气通过吸收冷却液的热量提高了自身的温度，在不影响晶圆冷却的同时避免了等离子体蚀刻中反应生成物的固化，进而减少反应生成物在静电吸盘表面边缘的沉积，避免形成静电吸盘的微颗粒源而导致晶圆表面缺陷。

Description

静电吸盘背面氦气的加热装置

技术领域

本实用新型属于半导体集成电路制造领域，具体涉及一种静电吸盘背面氦气的加热装置。

背景技术

等离子体刻蚀(Plasma Etching)是晶圆加工的重要工艺，它是在等离子体存在的条件下，以平面曝光后得到的光刻图形作掩模，通过溅射、化学反应、辅助能量离子(或电子)与模式转换等方式，精确可控地除去衬底表面上一定深度的薄膜物质而留下不受影响的沟槽边壁上的物质的加工过程。

随着晶圆加工的特征尺寸从微米um向纳米nm技术节点迈进，等离子体刻蚀对缺陷的控制要求越来越严格。在造成等离子体刻蚀缺陷的众多因素中，一个可能微小但是有时却很致命的因素经常被忽略，那就是静电吸盘背面氦气冷却系统。

在刻蚀设备中，静电吸盘(Electrostatic chuck，简称ESC)是用于固定晶圆和控制晶圆温度的重要部件，它通过绝缘层产生的静电力吸附固定晶圆，并通过绝缘层槽道中的冷却气体(即氦气)和基座中的循环冷却液使晶圆表面保持在设定温度。由于晶圆温度是影响刻蚀速率和均匀性的重要因素，刻蚀中的化学反应对温度也非常敏感，微小的温差都可能造成很大的刻蚀偏差，所以良好的刻蚀效果要求晶圆具有稳定的、均匀的温度分布。

理想情况下，晶圆与静电吸盘的绝缘层直接接触且完全面接触，属于固体传热情况，但是实际生产过程中两平面不可能真正地完全面接触，由于粗糙度的存在，两者之间的实际接触面积约5％～10％，这样就使得接触方式从面对面转化为点对点，产生了接触间隙。由于静电吸盘工作在真空环境中，而间隙中的真空热传导系数非常低，因此为增强间隙内的散热效果，工程中常将具有良好传热性能的氦气作为传热媒介(即冷却气体)通入到晶圆和静电吸盘之间的间隙中，增强对晶圆的冷却作用。而且为了使氦气均匀分布，在静电吸盘绝缘层上加工有分散气体的槽道，原始静电吸盘绝缘层的槽道并不会延伸到边缘，一般终结在密封区内。

晶圆与静电吸盘绝缘层之间的传热主要有槽道中的连续流体、间隙中的自由分子区和点对点固体接触传热三种方式，也就是说晶圆上离子轰击、化学反应产生的热量通过连续流体、自由分子区和固体接触传热传递到静电吸盘上，然后再通过静电吸盘基座中的循环冷却液将热量带走。

在加工过程中，晶圆中间温度基本平稳但是在进气孔处会有波动，原因是进气孔处氦气认为是连续流体，而其它区域则是过渡区或自由分子区，绝缘层边缘构成流场出口。进气孔处和过渡区或自由分子区两区域热传导系数相差较大，并且进气孔的大小会影响连续流体的作用区域。

目前的静电吸盘设计都没有考虑背面氦气的温度对刻蚀工艺缺陷的影响。以TELVIGUS所用静电吸盘为例，这种DOT式静电吸盘的表面包括中心区和边缘区双独立区域，区域内由许多小点(高度相同)用于支撑硅片。在晶圆吸附时，中心区的冷却氦气不外溢，外部的边缘区进气孔到绝缘层边缘之间形成连续流体，密封边缘是流场出口。

等离子体通过硅片和静电吸盘之间的氦气流通路径渗入并冷却固化下来，随着厚度的增加形成ESC表面的微颗粒源。静电吸盘和晶圆之间的冷却氦气维持在一定压力，这个压力使氦气逃逸到真空的腔体内，同时气体逃逸使静电吸盘表面上的微颗粒源被带到真空腔体中进而造成晶圆表面产生缺陷，如图1所示，在工艺过程中形成环状颗粒物污染晶圆制品。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种静电吸盘背面氦气的加热装置，可以解决等离子体刻蚀中反应生成物的固话以及在静电吸盘表面的沉积。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的静电吸盘背面氦气的加热装置，包括一换热件，所述换热件与冷却氦气源和制冷机相连。

在上述装置中，所述冷却氦气源提供的氦气和制冷机提供的冷却液在换热件中进行换热。

其中，所述换热件包括两个输入口和两个输出口，制冷机提供的冷却液通过第一输入口进入换热件，冷却氦气源提供的氦气通过第二输入口进入换热件，换热后的冷却液通过第一输出口流出至静电吸盘，换热后的氦气通过第二输出口流出至静电吸盘背面的进气孔。

进一步的，所述装置还包括一压力控制器，所述压力控制器的输入端与所述换热件的第二输出口相连，输出端与静电吸盘背面的进气孔相连。

在上述装置中，所述换热件具有缓存腔，用于存储换热后的氦气。

进一步的，所述压力控制器的输出端与静电吸盘背面的进气孔之间设有阀组件。

此外，所述压力控制器的输出端还连接一排气端。进一步的，所述压力控制器的输出端与排气端之间设有阀组件。

本实用新型增加了换热件，冷却液和氦气进入静电吸盘之前在换热件中进行热量交换，这样室温的氦气通过吸收冷却液的热量提高了自身的温度，在不影响晶圆冷却的同时避免了等离子体蚀刻中反应生成物的固化，进而减少反应生成物在静电吸盘表面边缘的沉积，避免形成静电吸盘的微颗粒源而导致晶圆表面缺陷。

附图说明

图1为现有静电吸盘导致的环状颗粒物污染晶圆的示意图；

图2为本实用新型的加热装置的示意图。

其中附图标记说明如下：

1为静电吸盘；2为冷却氦气源；3为制冷机；4为换热件；5为压力控制器；6为排气端。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型的静电吸盘背面氦气的加热装置，如图2所示，包括一换热件4，所述换热件4与冷却氦气源2和制冷机3相连。制冷机3提供的冷却液进入静电吸盘1前先流经换热件4，同时让冷却氦气源2提供的处于室温的氦气也流经换热件4，二者在换热件4中进行换热，这样氦气通过换热提升了温度，而不是室温(大约20摄氏度)。

进一步的，换热件4具有缓存腔，用于存储换热后的氦气。

如图2所示，所述换热件4包括两个输入口和两个输出口，制冷机3提供的冷却液通过第一输入口进入换热件4，换热后的冷却液通过第一输出口流出至静电吸盘1(如图2中虚线所示)，冷却氦气源2提供的氦气通过第二输入口进入换热件4，换热后的氦气通过第二输出口流出至静电吸盘1背面的进气孔(如图2中实线所示)。

此外，所述装置还包括一压力控制器5，所述压力控制器5的输入端与所述换热件4的第二输出口相连，输出端与静电吸盘1背面的进气孔相连。为了保证氦气维持在一定压力，压力控制器5的输出端还连接一排气端6。

更佳的，压力控制器5的输出端与静电吸盘1背面的进气孔之间设有阀组件，所述压力控制器5的输出端与排气端6之间也设有阀组件。

本实施例中，在换热件中利用处于工作温度的冷却液加热室温的氦气，例如，刻蚀反应的反应生成物固化温度为45摄氏度，静电吸盘的工艺温度设定为55摄氏度，也就是制冷机的设定温度是55摄氏度，那样氦气经过换热件时室温的氦气得到加热，但是加热的温度不会超过静电吸盘的设定温度。这样，在不影响晶圆冷却的同时可以避免等离子体蚀刻中反应生成物的固化，减少反应生成物在静电吸盘表面边缘的沉积，避免形成静电吸盘的微颗粒源而导致晶圆表面缺陷，而且避免了PA缺陷宕机，延长设备维护周期。

本实用新型通过增加换热件使冷却液和冷却氦气在其内部进行热量交换，加热冷却氦气，能够解决刻蚀过程中工艺反应生成物凝结温度较低时，在静电吸盘密封边缘的流场出口处形成粘附并导致成为污染源。

以上通过具体实施例对本实用新型进行了详细的说明，该实施例仅仅是本实用新型的较佳实施例，本实用新型并不局限于上述实施方式。在不脱离本实用新型原理的情况下，本领域的技术人员等做出的等效置换和改进，均应视为在本实用新型所保护的技术范畴内。

Claims (6)

1.一种静电吸盘背面氦气的加热装置，其特征在于，包括一换热件，所述换热件与冷却氦气源和制冷机相连，所述冷却氦气源提供的氦气和制冷机提供的冷却液在换热件中进行换热；所述换热件包括两个输入口和两个输出口，制冷机提供的冷却液通过第一输入口进入换热件，冷却氦气源提供的氦气通过第二输入口进入换热件，换热后的冷却液通过第一输出口流出至静电吸盘，换热后的氦气通过第二输出口流出至静电吸盘背面的进气孔。

2.根据权利要求1所述的静电吸盘背面氦气的加热装置，其特征在于，所述装置还包括一压力控制器，所述压力控制器的输入端与所述换热件的第二输出口相连，输出端与静电吸盘背面的进气孔相连。

3.根据权利要求1所述的静电吸盘背面氦气的加热装置，其特征在于，所述换热件具有缓存腔，用于存储换热后的氦气。

4.根据权利要求2所述的静电吸盘背面氦气的加热装置，其特征在于，所述压力控制器的输出端与静电吸盘背面的进气孔之间设有阀组件。

5.根据权利要求2所述的静电吸盘背面氦气的加热装置，其特征在于，所述压力控制器的输出端还连接一排气端。

6.根据权利要求5所述的静电吸盘背面氦气的加热装置，其特征在于，所述压力控制器的输出端与排气端之间设有阀组件。