CN216528815U

CN216528815U - 静电卡盘及半导体处理设备

Info

Publication number: CN216528815U
Application number: CN202122349984.2U
Authority: CN
Inventors: 王星; 王浙辉; 周鹏
Original assignee: Yangtze Memory Technologies Co Ltd
Current assignee: Yangtze Memory Technologies Co Ltd
Priority date: 2021-09-27
Filing date: 2021-09-27
Publication date: 2022-05-13
Anticipated expiration: 2031-09-27

Abstract

本实用新型实施例提供了一种静电卡盘及半导体处理设备。其中，所述静电卡盘，包括：晶圆载置部及至少一组进液管路；其中，所述晶圆载置部具有容纳导热液体的内腔；通过所述内腔中导热液体对设置在所述晶圆载置部上的晶圆进行温度调节；所述至少一组进液管路中的每组均包括：至少两个进液子管路和至少一个混合管路；其中，所述至少两个进液子管路用于，将不同预设温度的导热液体分别传送至所述混合管路中；所述混合管路，用于将传送到的导热液体进行混合，并将混合后的导热液体至所述内腔。

Description

静电卡盘及半导体处理设备

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，尤其涉及一种静电卡盘及半导体处理设备。

背景技术

在半导体工艺制程中，静电卡盘用于在晶圆的加工如，进行沉积或刻蚀等工艺时，承载该晶圆，并将该晶圆调节至工艺所期望的温度。

然而，相关技术中，对置于静电卡盘中晶圆载置部上的晶圆进行升温或降温时，存在温度调节不灵活的问题。

实用新型内容

为解决现有存在的技术问题，本实用新型实施例提出了一种静电卡盘及半导体处理设备。

本实用新型实施例提供的静电卡盘包括：晶圆载置部及至少一组进液管路；其中，

所述晶圆载置部具有容纳导热液体的内腔；通过所述内腔中导热液体对设置在所述晶圆载置部上的晶圆进行温度调节；

所述至少一组进液管路中的每组均包括：至少两个进液子管路和至少一个混合管路；其中，所述至少两个进液子管路用于，将不同预设温度的导热液体分别传送至所述混合管路中；所述混合管路，用于将传送到的导热液体进行混合，并将混合后的导热液体至所述内腔。

上述方案中，所述静电卡盘还包括控制器，用于根据目标温度值及所述进液子管路中导热液体的不同预设温度值，确定各进液子管路中通入的导热液体的流量比。

上述方案中，所述静电卡盘还包括温度检测部件，设置在所述内腔中，用于检测所述内腔中导热液体的温度，并将检测的温度发送给所述控制器；

所述控制器，还用于根据所述检测的温度与所述目标温度的差值，调整所述流速比。

上述方案中，所述静电卡盘还包括流量控制部件，设置在所述进液子管路中，用于在控制器的作用下，控制所述进液子管路中导热液体的流量。

上述方案中，所述静电卡盘包括并联设置的两组进液管路；其中，一组进液管路用于向所述内腔中供应用于升高所述晶圆温度的导热液体；另一组进液管路用于向所述内腔中供应用于降低所述晶圆温度的导热液体。

上述方案中，每组进液管路均包括：两个进液子管路和一个混合管路；其中，所述两个进液子管路用于，将第一预设温度的导热液体和第二预设温度的导热液体分别传送至所述混合管路中。

上述方案中，所述静电卡盘还包括止回阀，设置在所述进液子管路和/或混合管路中，用于防止所述导热液体向背离所述内腔的方向流动。

上述方案中，所述静电卡盘包括出液管路，与所述内腔连通，用于将内腔中的导热液体排出。

本实用新型实施例还提供了一种半导体处理设备，包括如上所述的静电卡盘。

上述方案中，所述半导体处理设备包括刻蚀机台、沉积机台或者离子注入机台。

本实用新型实施例提供了一种静电卡盘装置及半导体处理设备。其中，所述静电卡盘包括：晶圆载置部及至少一组进液管路；其中，所述晶圆载置部具有容纳导热液体的内腔；通过所述内腔中导热液体对设置在所述晶圆载置部上的晶圆进行温度调节；所述至少一组进液管路中的每组均包括：至少两个进液子管路和至少一个混合管路；其中，所述至少两个进液子管路用于，将不同预设温度的导热液体分别传送至所述混合管路中；所述混合管路，用于将传送到的导热液体进行混合，并将混合后的导热液体至所述内腔。本实用新型实施例中，通过设置至少两个子管路，并利用两个子管路将不同预设温度的导热液体进行混合，之后将混合后的导热液体提供至晶圆载置部的内腔，以对设置在所述晶圆载置部上的晶圆进行温度调节。可以理解的是，本实用新型实施例中提供了至少两个子管路，可以通过两个不同预设温度的导热液体的混合灵活的实现不同温度的导热液体的供应，打破了使用单一温度的导热液体供给至内腔而存在温度调节单一的限制。

附图说明

图1为相关技术中静电卡盘的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种静电卡盘的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种静电卡盘的结构示意图；

图4为本实用新型的静电卡盘进行温度调节的原理示意图；

图5为利用相关技术中的静电卡盘进行刻蚀沟道孔或栅缝隙刻蚀时三维存储芯片的剖面结构示意图；

图6为利用相关技术中的静电卡盘进行刻蚀沟道孔或栅缝隙刻蚀时三维存储芯片的立体结构示意图；

图7为本实用新型中一个示例中的CH₂F₂/C_xF_y随刻蚀深度的比例曲线示意图；

图8为本实用新型中一个示例中不同刻蚀深度对应的步骤中晶圆所需的温度示意图；

图9为相关技术中和本实用新型的静电卡盘进行温度调节的对照曲线示意图；

图10为利用本实用新型实施例提供的静电卡盘进行刻蚀沟道孔或栅缝隙刻蚀时三维存储芯片的剖面结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或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实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本实用新型的限制。

相关技术中，结合图1所示，图1为相关技术中静电卡盘10的结构示意图。该静电卡盘10主要包括：晶圆载置部110、混合管路120、第一输入管路130、第二管路140以及输出管路150，其中，在静电卡盘10中，对置于晶圆载置部110上的晶圆(图1中未示出)进行温度调节包括升温和降温两种情况。

当需要对晶圆进行升温时，向第一输入管路130中通入高温的流体，该热流体进入混合管路120中，随后进入晶圆载置部110中的内腔，经过对置于晶圆载置部110上的晶圆进行升温后，再经由输出管路150排出。这里，当第一输入管路130中通入相对热的流体时，与其并联的第二输入管路140中不通入任何流体。这样，通过单个管路实现了对晶圆的升温。

当需要对晶圆进行降温时，向第二输入管路140中通入低温的流体，该冷流体进入混合管路120中，随后进入晶圆载置部110中的内腔(未示出)，经过对置于晶圆载置部110上的晶圆进行降温后，再经由输出管路150排出。这里，当第二输入管路140中通入相对低温的流体时，与其并联的第一输入管路130 中不通入任何流体。这样，通过单个管路实现了对晶圆的降温。

可以看出，第一输入管路130和与之并联的第二输入管路140是相对独立的，在对晶圆进行升温或降温时，二者择一使用。并且，在利用第一输入管路 130和第二输入管路140时，每一个管路每次仅能向内腔供应某一固定温度的导热液体。

可以理解的是，上述方案中对晶圆的升温和降温存在一定的局限性，即，进入到晶圆载置部110中的流体的温度仅取决于源头，而不具备调节和控制的余地。

对此，本实用新型实施例提出了一种静电卡盘。图2为本实用新型实施例提供的一种静电卡盘的示意图。静电卡盘20包括：晶圆载置部210及至少一组进液管路220a；其中，

所述晶圆载置部210具有容纳导热液体的内腔(图2中未示出)；通过所述内腔中导热液体对设置在所述晶圆载置部210上的晶圆(图2中未示出)进行温度调节；

所述至少一组进液管路220a中的每组均包括：至少两个进液子管路220a1、 220a2和至少一个混合管路220a3；其中，所述至少两个进液子管路220a1、220a2 用于，将不同预设温度的导热液体分别传送至所述混合管路220a3中；所述混合管路220a3，用于将传送到的导热液体进行混合，并将混合后的导热液体至所述内腔。

可以理解的是，本实用新型实施例的静电卡盘20包括的进液管路至少包括上述一组进液管路220a，还可以包括更多组的进液管路。换句话说，本实用新型实施例的静电卡盘20可包括一组或多组进液管路。示例性地，本实用新型实施例的静电卡盘20可仅包括一组进液管路220a；或者，本实用新型实施例的静电卡盘20可包括两组进液管路220a、220b。

由于每一组进液管路中进一步包括至少两个进液子管路和至少一个混合管路，因此，当至少两个进液子管路中的液体进行混合时，可以实现对混合管路中液体温度的调节，即，实现对进入内腔中液体温度的调节，进而实现对晶圆的温度的调节。例如，两个进液子管路220a1、220a2中通入流体的温度分别为 T₁、T₂时，可实现的可调节的温度范围为T₁至T₂。

在一个实施例中，当本实用新型实施例的静电卡盘20仅包括一组进液管路 220a时，结合图2，此时，如果需要对晶圆进行升温，并对其温度进行调节和控制时，通过在两个进液子管路220a1、220a2分别通入温度T_h1和T_h2(其中， T_h1和T_h2高于环境温度)的导热液体，则可实现的温度范围为T_h1至T_h2的升温。

相应地，如果需要对晶圆进行降温，并对其温度进行调节和控制时，通过在两个进液子管路220a1、220a2分别通入温度T_c1和T_c2(其中，T_c1和T_c2低于环境温度)的导热液体，则可实现的温度范围为T_c1至T_c2的降温。

具体地，上述调节和控制可借助于控制器等实现，因此，本实用新型实施例的静电卡盘20还可以包括控制器(未示出)，用于根据目标温度值及所述进液子管路中导热液体的不同预设温度值，确定各进液子管路中通入的导热液体的流量比。

例如，以对晶圆进行升温为例，所述进液子管路中导热液体的预设温度分别为T_h1和T_h2，并且对晶圆进行升温的目标温度值为T_h3时，而进液子管路中的导热液体通常为同一种液体，控制器可仅根据T_h1、T_h2和T_h3确定进液子管路中导热液体的流量比。对晶圆进行降温的情况类似于对晶圆进行升温的情况，在此不再赘述。

以下将对本实用新型的静电卡盘进行进行温度调节的原理进一步说明。图 4为本实用新型的静电卡盘进行温度调节的原理示意图，其中，T_a、T_b分别为混合前两个分支管路中导热液体对应的温度值，x、y分别为混合前两个分支管路中导热液体对应的流速值(单位为：m³/s，或其换算单位)。T_c为混合后管路中导热液体对应的温度值。

可以理解，T_c＝a×T_a+b×T_b，即混合后管路中导热液体对应的温度值T_c与混合前两个分支管路中导热液体对应的温度值T_a、T_b呈线性关系，其中其线性系数分别为a和b。在导热液体为同一液体的情况下，且假设导热液体的比热容不随温度变化时，a、b的值取决于混合前两个分支管路中导热液体对应的流量值x、y。这样，可以通过调节x、y，即可调节x与y的比例，可以获得不同的温度T_c。可以理解，T_c大于T_a、T_b中的较小者，且小于T_a、T_b中的较大者。

在一些实施例中，所述静电卡盘还包括流量控制部件，设置在所述进液子管路中，用于在控制器的作用下，控制所述进液子管路中导热液体的流量。

实际应用中，控制器调整所述流量比的方式可以是调整不同进液子管路中各自的流量值。

以本实用新型静电卡盘20仅包括一组进液管路220a为例，结合图2，控制器通过分别调整所述进液子管路中的流量大小来调整上述流量比。调节流量大小的方式可以是在进液子管路分别设置流量控制部件，例如，流量控制部件可以是流量调节阀。这里，流量调节阀可包括信号装置和执行机构。控制器将待调整的流量传输至流量调节阀的信号装置，由信号装置对执行机构发送指令，调节流量调节阀的开度，进而调整流量值，从而实现各进液子管路中通入的导热液体的流量比的确定。

考虑到导热液体在传输的过程中存在损耗，实际应用中，可以测量内腔中的温度，并实时反馈给控制器，以通过控制器，对损耗的温度进行补偿。

在一些实施例中，所述静电卡盘还包括温度检测部件，设置在所述内腔中，用于检测所述内腔中导热液体的温度，并将检测的温度发送给所述控制器；

所述控制器，还用于根据所述检测的温度与所述目标温度的差值，调整所述流量比。

这里，实际应用中，所述温度检测部件可以包括具有温度检测功能的传感器，如，热电偶、热电阻式温度传感器等。

这里，控制器的功能还包括根据所述检测的温度与所述目标温度的差值，调整所述流速比。例如，当所述检测的温度低于所述目标温度时，可以提高温度较高的导热液体的流速，而保持温度较高的导热液体的流速。

可以理解，通常情况下，在某一半导体工艺制程中，不需要同时对晶圆进行降温和升温，因此，上述升温和降温过程均可以通过一组进液管路来实现。当然，考虑到升温和降温过程对管道的材质要求不同，也可以通过一组进液管路专门用于供应高温导热液体，另一组进液管路专门用于供应低温导热液体。

基于此，在一些实施例中，本实用新型实施例的静电卡盘30包括并联设置的两组进液管路320a和320b，参考图3，图3为本实用新型实施例提供的另一种静电卡盘的示意图。其中，一组进液管路320a用于向所述内腔中供应用于升高所述晶圆温度的导热液体；另一组进液管路320b用于向所述内腔中供应用于降低所述晶圆温度的导热液体。

相比于上一实施例中的静电卡盘20，本实施例中的静电卡盘30包括与一组进液管路320a并联的一组进液管路320b，这里的一组进液管路320a和一组进液管路320b与上一实施例中的静电卡盘20中的一组进液管路220a是相同的，在此不再赘述。

不同之处在于，相比于上一实施例中的静电卡盘20仅包括一组进液管路 220a，因此，对晶圆进行升温和降温时，均需要通过该组进液管路220a来实现。而对于本实施例中的静电卡盘30而言，对晶圆进行升温时，通过一组进液管路 220a来实现，对晶圆进行降温时，通过另一组进液管路220b来实现。如此，能够高效对晶圆进行升温和降温，省去了导热液体与高温管路、低温管路之间进行切换的步骤，提高了效率。

需要说明的是，上述每组进液管路均包括：两个进液子管路和一个混合管路；其中，所述两个进液子管路用于，将第一预设温度的导热液体和第二预设温度的导热液体分别传送至所述混合管路中。例如，一组进液管路220a包括两个进液子管路220a1，220a2和混合管路220a3；另一组进液管路220b包括两个进液子管路220b1，220b2和混合管路220b3。其中，两个进液子管路220a1， 220a2用于将第一预设温度T₁的导热液体和第二预设温度T₂的导热液体分别传送至所述混合管路220a3中，对于另一组进液管路220b也是如此，不同之处在于第一预设温度T₁的导热液体和第二预设温度T₂分别不同。

在一些实施例中，上述静电卡盘还包括止回阀(在图2和图3中未示出)，设置在所述进液子管路和/或混合管路中，用于防止所述导热液体向背离所述内腔的方向流动。

需要说明是的，这里的止回阀又称为单向阀，用于防止液体返流，即用于防止所述导热液体向背离所述内腔的方向流动。以本实用新型实施例的静电卡盘20为例，结合图2，止回阀可以仅设置于进液子管路220a1和进液子管路 220a2中，或者也仅设置混合管路220a3中。在一些实施例中，也可以同时设置于进液子管路220a1、进液子管路220a2和混合管路220a3中。类似地，以本实用新型实施例的静电卡盘30为例，结合图3，止回阀设置的位置可类似于本实用新型实施例的静电卡盘20，这里不再赘述。

在上述实施例，所述静电卡盘还包括出液管路，与所述内腔连通，用于将内腔中的导热液体排出。

其中，在一些实施例中，所述半导体处理设备包括刻蚀机台、沉积机台或者离子注入机台。

通过在上述半导体处理设备中设置本实用新型实施例的静电卡盘，能够对置于静电卡盘晶圆载置部上的晶圆实现一定温度范围的调节，有利于在不同工艺制程中实现更好的温度控制。

以下，将上述方案中的晶圆包括三维存储芯片为例，说明本实用新型的静电卡盘以及相关技术中的静电卡盘对晶圆进行刻蚀以形成孔的情况。这里的三维存储芯片例如可以是三维NAND存储芯片。

在对晶圆进行刻蚀时，存在不同步骤需要不同的温度的情况。

结合图1，在相关技术中的静电卡盘装置10中，在对包括晶圆的升温或者降温过程中，由于进入到晶圆载置部110中的流体的温度仅取决于源头，不具备调节和控制的余地，此时，在刻蚀沟道孔或栅缝隙的过程中，由于温度不具备可调节性，容易产生刻蚀问题。

图5为利用相关技术中的静电卡盘进行刻蚀沟道孔或栅缝隙刻蚀时三维存储芯片的剖面结构示意图。从图5可以看出，在不同的深度时，所刻蚀的孔可能会因为温度原因导致刻蚀的径宽不一致，进而影响芯片的存储性能。

图6中展示了利用相关技术中的静电卡盘装置进行沟道孔或栅缝隙刻蚀时三维存储芯片可能产生的一些问题。具体地，1#孔是所期望刻蚀的孔的示例，尤其是在具有高深宽比的情况下，孔的直径几乎不随深度增加而改变。2#孔是刻蚀时存在刻蚀深度不够的情况。3#孔是随着深度增加，一定深度处的孔的刻蚀程度不一致的情况。4#孔是深度增加，孔的中心线出现偏离，即形貌扭曲的情况。5#孔是随刻蚀深度增加，孔的直径缩小的情况。上述情况均在不同程度影响存储芯片的性能，严重时甚至导致芯片失效报废等情况。

图7为本示例中CH₂F₂/C_xF_y随刻蚀深度的比例曲线示意图。图8为本示例中不同刻蚀深度对应的步骤中晶圆所需的温度示意图。也就是说，在刻蚀形成三维存储器的过程中，某些刻蚀工艺对晶圆的温度调节存在一定的要求。

图9为相关技术中和本实用新型的静电卡盘进行温度调节的输出值的一个示例。在图9中，虚线L1对应相关技术的静电卡盘的温度值的示例，实线L2 为本实用新型的静电卡盘的温度范围的示例。

结合图9，在相关技术中静电卡盘温度不可调节的情况下，例如，在步骤1 至2以及步骤3至4的过程中，静电卡盘的温度不可调节，其温度值仅取决于输入的导热液体的温度(-20℃或20℃)。在步骤2至3的过程中，从-20℃切换至20℃，存在温度渐变的过程，需要说明的是，该渐变的温度并非所调节的温度，而是导热液体切换时产生的温度。

而对于本实用新型实施例提供的静电卡盘，静电卡盘的温度可以是实线L2 上的任一温度值。本领域技术人员可根据不同情况，例如刻蚀剂的成分，刻蚀深度等因素来调节静电卡盘的温度。由于可以得到实线L2上的任一温度值，该原理在上文已进行详细说明，这里不再赘述。因此，在实现温度调节的情况下，能够实现更好的刻蚀效果。

图10为根据利用本实用新型实施例提供的静电卡盘进行刻蚀沟道孔或栅缝隙刻蚀对包括时三维存储芯片层的晶圆进行刻蚀的剖面结构示意图。从图10 可以看出，通过本实用新型的静电卡盘进行温度调节与控制的情况下，能够获得形貌良好的刻蚀孔，该刻蚀孔的孔径几乎不随刻蚀孔的深度的增加而变化。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种静电卡盘，其特征在于，包括：晶圆载置部及至少一组进液管路；其中，

2.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述静电卡盘还包括控制器，用于根据目标温度值及所述进液子管路中导热液体的不同预设温度值，确定各进液子管路中通入的导热液体的流量比。

3.根据权利要求2所述的静电卡盘，其特征在于，所述静电卡盘还包括温度检测部件，设置在所述内腔中，用于检测所述内腔中导热液体的温度，并将检测的温度发送给所述控制器；

4.根据权利要求2所述的静电卡盘，其特征在于，所述静电卡盘还包括流量控制部件，设置在所述进液子管路中，用于在控制器的作用下，控制所述进液子管路中导热液体的流量。

5.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述静电卡盘包括并联设置的两组进液管路；其中，一组进液管路用于向所述内腔中供应用于升高所述晶圆温度的导热液体；另一组进液管路用于向所述内腔中供应用于降低所述晶圆温度的导热液体。

6.根据权利要求5所述的静电卡盘，其特征在于，每组进液管路均包括：两个进液子管路和一个混合管路；其中，所述两个进液子管路用于，将第一预设温度的导热液体和第二预设温度的导热液体分别传送至所述混合管路中。

7.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述静电卡盘还包括止回阀，设置在所述进液子管路和/或混合管路中，用于防止所述导热液体向背离所述内腔的方向流动。

8.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，所述静电卡盘包括出液管路，与所述内腔连通，用于将内腔中的导热液体排出。

9.一种半导体处理设备，包括权利要求1至8任一项所述的静电卡盘。

10.根据权利要求9所述的半导体处理设备，其特征在于，所述半导体处理设备包括刻蚀机台、沉积机台或者离子注入机台。