CN220731450U - 刻蚀设备的恒温系统、刻蚀设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种刻蚀设备的恒温系统、刻蚀设备，刻蚀设备具有刻蚀腔室，刻蚀腔室的顶部设置有盖体，恒温系统包括：第一冷却组件，设置于盖体上，用于对盖体进行降温；第二冷却组件，设置于盖体上，用于对盖体进行降温；第二冷却组件的降温功率可调节；测温组件，设置于盖体上，用于对盖体进行温度检测；控制组件，用于根据测温组件的检测数据确定盖体的实际温度，并在实际温度不低于第一温度时发出第一控制信号，以使第一冷却组件和第二冷却组件根据第一控制信号对盖体进行降温。本申请使得盖体的温度可以控制在第一温度以下，避免盖体的温度过高，从而满足刻蚀工艺的需求。

Description

刻蚀设备的恒温系统、刻蚀设备

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种刻蚀设备的恒温系统、刻蚀设备。

背景技术

现有技术中，刻蚀设备的恒温系统由加热组件、CDA冷却组件、测温组件和控制组件组成。刻蚀设备生产作业时，刻蚀腔室的顶盖(Upper Plate)因工艺需求需要维持60℃±1℃。

现有的CDA冷却组件(也即干燥空气冷却组件)无法控制CDA的流量和温度，其冷却功率不可调节，容易导致顶盖吸收的射频(RF)热量高于CDA冷却组件的散热时，进入温度调节死区，顶盖的温度持续上升，无法保持恒温，直到刻蚀时间结束后顶盖的才能下降。使得刻蚀设备的工艺平均温度在59.8℃至63℃之内波动，无法满足刻蚀工艺需求。

鉴于上述技术问题的存在，本实用新型提供一种新的刻蚀设备的恒温系统、刻蚀设备，以至少部分地解决上述问题。

实用新型内容

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

针对目前存在的问题，本实用新型提供了一种刻蚀设备的恒温系统，所述刻蚀设备具有刻蚀腔室，所述刻蚀腔室的顶部设置有盖体，所述恒温系统包括：第一冷却组件，设置于所述盖体上，用于对所述盖体进行降温；第二冷却组件，设置于所述盖体上，用于对所述盖体进行降温；所述第二冷却组件的降温功率可调节；测温组件，设置于所述盖体上，用于对所述盖体进行温度检测；控制组件，分别与所述第一冷却组件、所述第二冷却组件和所述测温组件通信连接；所述控制组件用于根据所述测温组件的检测数据确定所述盖体的实际温度，并在所述实际温度不低于第一温度时发出第一控制信号，以使所述第一冷却组件和所述第二冷却组件根据第一控制信号对所述盖体进行降温。

在本申请的一个实施例中，所述第一冷却组件包括干燥空气冷却组件。

在本申请的一个实施例中，所述第二冷却组件包括冷却风机。

在本申请的一个实施例中，所述恒温系统还包括加热组件，用于对所述盖体进行升温；所述加热组件与所述控制组件通信连接，所述控制组件还用于在所述实际温度不高于第二温度时发出第二控制信号，以使所述加热组件根据第二控制信号对所述盖体进行升温；其中，所述第二温度低于所述第一温度。

在本申请的一个实施例中，所述测温组件为温度传感器，所述温度传感器的阻值随所述盖体的实际温度的升高而增大。

在本申请的一个实施例中，所述根据所述测温组件的检测数据确定所述盖体的实际温度，包括：根据所述测温组件的电流确定所述测温组件的阻值；根据所述测温组件的阻值确定所述盖体的实际温度。

在本申请的一个实施例中，所述控制组件还用于：根据所述测温组件的检测数据确定所述盖体的温度变化速率，并根据所述温度变化速率发出降温功率调节指令，以使所述第二冷却组件根据所述降温功率调节指令改变降温功率。

在本申请的一个实施例中，所述第二冷却组件为冷却风机，所述冷却风机用于根据所述降温功率调节指令改变自身转速。

根据本申请又一方面，提供了一种刻蚀设备，包括上述中任一项所述的刻蚀设备的恒温系统。

在本申请的一个实施例中，所述刻蚀设备为等离子体增强化学气相沉积刻蚀设备。

根据本申请实施例的刻蚀设备的恒温系统、刻蚀设备，通过设置降温功率可调节的第二冷却组件，从而在对盖体进行降温时可以避免进入温度调节死区，使得盖体的温度可以控制在第一温度以下，避免盖体的温度过高，从而满足刻蚀工艺的需求。

此外，由于盖体的温度可以控制在第一温度以下，因此，本申请还可以解决高温下盖体上沉积的刻蚀反应聚合物的附着系数较低，导致产生的聚合物容易剥落并覆盖在晶圆表面形成块蚀刻的晶圆缺陷的问题，提升了刻蚀工艺的良率，并进而延长了对刻蚀腔室的清洁处理间隔时间。

附图说明

本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施例及其描述，用来解释本实用新型的原理。

图1示出了本实用新型一个实施例的刻蚀设备的恒温系统的结构框图。

图2示出了本实用新型一个实施例的盖体的温度波动示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本实用新型能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本实用新型的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本实用新型教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本实用新型的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

随着半导体技术的发展，对于刻蚀工艺稳定性的要求越来越高，包括特征尺寸和刻蚀型貌。且随着工艺节点的不断缩小，对干刻腔内部的清洁度要求也不断提高，以保证晶圆不被颗粒污染。

现有技术中，刻蚀设备的恒温系统由加热组件、CDA冷却组件、测温组件和控制组件组成。刻蚀设备生产作业时，刻蚀腔室的顶盖(Upper Plate)因工艺需求需要维持60℃±1℃。

现有的CDA冷却组件(也即干燥空气冷却组件)无法控制CDA的流量和温度，其冷却功率不可调节，容易导致顶盖吸收的射频(RF)热量高于CDA冷却组件的散热时，进入温度调节死区，顶盖的温度持续上升，无法保持恒温，直到刻蚀时间结束后顶盖的才能下降。使得刻蚀设备的工艺平均温度在59.8℃至63℃之内波动，无法满足工艺需求。

由于顶盖的温度无法满足工艺需求，在高温下，顶盖上沉积的刻蚀反应聚合物的附着系数较低，导致产生的聚合物容易剥落并覆盖在晶圆表面形成块蚀刻(block etch)的晶圆缺陷(wafer defect)，而且前期低温时顶盖上附着良好的聚合物也会在多次高低温变化后因自身附着系数下降而剥落。

为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细步骤和结构，以便阐释本实用新型提出的技术方案。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。

下面参考图1描述根据本申请一个实施例的刻蚀设备的恒温系统。刻蚀设备具有刻蚀腔室，刻蚀腔室的顶部设置有盖体，如图1所示，刻蚀设备的恒温系统包括：第一冷却组件120，设置于盖体上，用于对盖体进行降温；第二冷却组件130，设置于盖体上，用于对盖体进行降温，第二冷却组件130的降温功率可调节；测温组件140，设置于盖体上，用于对盖体进行温度检测；控制组件150，分别与第一冷却组件120、第二冷却组件130和测温组件140通信连接；控制组件150用于根据测温组件140的检测数据确定盖体的实际温度，并在实际温度不低于第一温度时发出第一控制信号，以使第一冷却组件120和第二冷却组件130根据第一控制信号对盖体进行降温。

具体地，测温组件140可以根据盖体的温度变化获取到相应的检测数据，控制组件150进而可以根据测温组件140所获取的检测数据确定出盖体的实际温度。当盖体的实际温度不低于第一温度时，控制组件150可以向第一冷却组件120和第二冷却组件130发出第一控制信号，以运行第一冷却组件120和第二冷却组件130，使得第一冷却组件120和第二冷却组件130可以根据第一控制信号对盖体进行降温。其中，由于第一冷却组件120的降温功率是可调节的，因此，在通过第一冷却组件120对盖体进行降温时，可以避免进入温度调节死区，盖体的温度可以在第一冷却组件120的降温作用下实现下降，从而可以将盖体的温度控制在第一温度以下，避免盖体的温度过高，使得盖体的温度满足刻蚀工艺需求。

根据本申请的刻蚀设备的恒温系统，通过设置降温功率可调节的第二冷却组件130，从而在对盖体进行降温时可以避免进入温度调节死区，使得盖体的温度可以控制在第一温度以下，避免盖体的温度过高，从而满足刻蚀工艺的需求。

此外，由于盖体的温度可以控制在第一温度以下，因此，本申请还可以解决高温下盖体上沉积的刻蚀反应聚合物的附着系数较低，导致产生的聚合物容易剥落并覆盖在晶圆表面形成块蚀刻的晶圆缺陷的问题，提升了刻蚀工艺的良率，并进而延长了对刻蚀腔室的清洁处理间隔时间。

而且，相比于现有技术，本申请仅是在盖体上增设了降温功率可调节的第二冷却组件130，能够避免对刻蚀设备大的改动，减少了对刻蚀设备的结构形态的影响，且改造简单成本低廉。

在一个示例中，如图1所示，恒温系统还包括加热组件110，用于对盖体进行升温；加热组件110与控制组件150通信连接，控制组件150还用于在实际温度不高于第二温度时发出第二控制信号，以使加热组件110根据第二控制信号对盖体进行升温；其中，第二温度低于第一温度。

具体的，结合上文对第一冷却组件120和第二冷却组件130的描述，当盖体的实际温度不高于第二温度时，控制组件150可以向加热组件110发出第二控制信号，以运行加热组件110，使得加热组件110可以根据第一控制信号对盖体进行升温，此时，若第一冷却组件120和第二冷却组件130处于运行状态，则控制组件150还可以停止第一冷却组件120和第二冷却组件130；当盖体的实际温度不低于第一温度时，控制组件150可以向第一冷却组件120和第二冷却组件130发出第一控制信号，以运行第一冷却组件120和第二冷却组件130，使得第一冷却组件120和第二冷却组件130可以根据第二控制信号对盖体进行降温，此时，若加热组件110处于运行状态，则控制组件150还可以停止加热组件110。由此，通过控制组件150对第一冷却组件120、第二冷却组件130和加热组件110进行控制，可以将盖体的温度稳定地控制在第一温度和第二温度之间，从而可以改善盖体的温度波动，解决盖体温度大幅度波动所导致的聚合物附着系数下降而剥落的问题。

示例性地，第一温度可以为61℃，第二温度为可以60℃。如图2所示，在采用本申请的恒温系统之后，盖体的温度波动范围有明显改善，从之前的在59.8℃至63℃之内波动(如图2中阶段A所示)，改善为在59.8℃至61℃之内波动(如图2中阶段B所示)，减少了聚合物附着系数下降而剥落并覆盖在晶圆表面形成块蚀刻的晶圆缺陷的现象。

在一个示例中，测温组件140可以采取为热电偶、热电阻、红外测温仪、热像仪、接触式测温仪等多种测温器件，对此不进行限定。示例性地，测温组件140可以采取为温度传感器，温度传感器的阻值随盖体的实际温度的升高而增大。

例如，当盖体的实际温度为第二温度时，温度传感器的阻值为第二阻值，当盖体的实际温度升高为第一温度时，温度传感器的阻值升高为第一阻值，温度传感器的阻值与盖体的实际温度是存在一定的映射关系的，从而可以根据温度传感器的阻值来确定盖体的实际温度。

在一个示例中，控制组件150根据测温组件140的检测数据确定盖体的实际温度，可以包括：控制组件150根据测温组件140的电流确定测温组件140的阻值；控制组件150根据测温组件140的阻值确定盖体的实际温度。

也即，由于电流是比较容易测量的物理量，控制组件150可以获取到测温组件140的电流，从而根据电流电阻之间的物理公式计算出温度传感器的阻值，而后，控制组件150可以根据温度传感器的阻值与盖体的实际温度之间的映射关系来确定出盖体的实际温度。

以第二温度为60℃，第一温度为61℃为例，在盖体的实际温度达到60℃时，温度传感器的阻值为123.4Ω，在盖体的实际温度上升为61℃时，温度传感器的阻值上升为124.4Ω。因此，控制组件150可以根据温度传感器的阻值来确定出盖体的实际温度。

在一个示例中，第一冷却组件120可以包括干燥空气(CDA)冷却组件。在接收到第一控制信号后，干燥空气冷却组件可以通过干燥空气对盖体进行吹扫，从而对盖体进行降温。可选地，第一冷却组件120也可以采取为其他合适的降温功率不可调节的冷却组件，对此不进行限定。

在一个示例中，第二冷却组件130可以包括冷却风机，冷却风机可以设置在盖体的外表面上，在接收到第一控制信号后，冷却风机可以通过空气对流对盖体进行冷却，从而对盖体进行降温。可选地，第二冷却组件130也可以采取为其他合适的降温功率可调节的冷却组件，对此不进行限定。

当采用干燥空气冷却组件组合冷却风机对盖体进行降温时，干燥空气冷却组件能够确保盖体的温度均匀分布，冷却风机能够确保温度降低到第一温度以下，从而实现较佳的冷却效果。

在一个示例中，第二冷却组件130运行一段时间后，VOC(挥发性有机物)的采样数据如下表所示：

在一个示例中，控制组件150还用于：根据测温组件140的检测数据确定盖体的温度变化速率，并根据温度变化速率发出降温功率调节指令，以使第二冷却组件130根据降温功率调节指令改变降温功率。

其中，盖体的温度变化速率可以根据设定时间内盖体的实际温度的变化量计算得到，具体的计算过程此处不再赘述。以第二冷却组件130是冷却风机为例，在接收到降温功率调节指令后，冷却风机可以根据降温功率调节指令改变自身转速，从而通过转速的变化来改变降温功率。

在一个示例中，控制组件150与第一冷却组件120、第二冷却组件130、测温组件140和加热组件110之间的通信连接方式可以是有线连接或无线连接，也即控制组件150与第一冷却组件120、第二冷却组件130、测温组件140和加热组件110之间可以通过有线的方式传递信息数据，也可以通过无线的方式传递信息数据，对此不进行限定。

根据本申请的又一方面，还提供了一种刻蚀设备。刻蚀设备包括刻蚀设备的恒温系统。

其中，刻蚀设备的恒温系统可以实现为前文所述的刻蚀设备的恒温系统，可以参考上文中的描述，在此不做赘述。

在一个示例中，刻蚀设备可以为等离子体增强化学气相沉积刻蚀设备。当然，本申请并不限定刻蚀设备可以采取为其他刻蚀原理的刻蚀设备。

综上所述，根据本申请实施例的刻蚀设备的恒温系统、刻蚀设备，通过设置降温功率可调节的第二冷却组件，从而在对盖体进行降温时可以避免进入温度调节死区，使得盖体的温度可以控制在第一温度以下，避免盖体的温度过高，从而满足刻蚀工艺的需求。

此外，由于盖体的温度可以控制在第一温度以下，因此，本申请还可以解决高温下盖体上沉积的刻蚀反应聚合物的附着系数较低，导致产生的聚合物容易剥落并覆盖在晶圆表面形成块蚀刻的晶圆缺陷的问题，提升了刻蚀工艺的良率，并进而延长了对刻蚀腔室的清洁处理间隔时间。

而且，相比于现有技术，本申请仅是在盖体上增设了降温功率可调节的第二冷却组件，能够避免对刻蚀设备大的改动，减少了对刻蚀设备的结构形态的影响，且改造简单成本低廉。

尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本申请的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本申请的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本申请的范围之内。

类似地，应当理解，为了精简本申请并帮助理解各个申请方面中的一个或多个，在对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本申请的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其申请点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本申请进行说明而不是对本申请进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (10)

1.一种刻蚀设备的恒温系统，其特征在于，所述刻蚀设备具有刻蚀腔室，所述刻蚀腔室的顶部设置有盖体，所述恒温系统包括：

第一冷却组件，设置于所述盖体上，用于对所述盖体进行降温；

第二冷却组件，设置于所述盖体上，用于对所述盖体进行降温，所述第二冷却组件的降温功率可调节；

测温组件，设置于所述盖体上，用于对所述盖体进行温度检测；

控制组件，分别与所述第一冷却组件、所述第二冷却组件和所述测温组件通信连接；所述控制组件用于根据所述测温组件的检测数据确定所述盖体的实际温度，并在所述实际温度不低于第一温度时发出第一控制信号，以使所述第一冷却组件和所述第二冷却组件根据第一控制信号对所述盖体进行降温。

2.如权利要求1所述的刻蚀设备的恒温系统，其特征在于，所述第一冷却组件包括干燥空气冷却组件。

3.如权利要求1或2所述的刻蚀设备的恒温系统，其特征在于，所述第二冷却组件包括冷却风机。

4.如权利要求1所述的刻蚀设备的恒温系统，其特征在于，所述恒温系统还包括加热组件，用于对所述盖体进行升温；所述加热组件与所述控制组件通信连接，所述控制组件还用于在所述实际温度不高于第二温度时发出第二控制信号，以使所述加热组件根据第二控制信号对所述盖体进行升温；其中，所述第二温度低于所述第一温度。

5.如权利要求1所述的刻蚀设备的恒温系统，其特征在于，所述测温组件为温度传感器，所述温度传感器的阻值随所述盖体的实际温度的升高而增大。

6.如权利要求5所述的刻蚀设备的恒温系统，其特征在于，所述根据所述测温组件的检测数据确定所述盖体的实际温度，包括：

根据所述测温组件的电流确定所述测温组件的阻值；

根据所述测温组件的阻值确定所述盖体的实际温度。

7.如权利要求1所述的刻蚀设备的恒温系统，其特征在于，所述控制组件还用于：根据所述测温组件的检测数据确定所述盖体的温度变化速率，并根据所述温度变化速率发出降温功率调节指令，以使所述第二冷却组件根据所述降温功率调节指令改变降温功率。

8.如权利要求7所述的刻蚀设备的恒温系统，其特征在于，所述第二冷却组件为冷却风机，所述冷却风机用于根据所述降温功率调节指令改变自身转速。

9.一种刻蚀设备，其特征在于，包括如权利要求1～8中任一项所述的刻蚀设备的恒温系统。

10.如权利要求9所述的刻蚀设备，其特征在于，所述刻蚀设备为等离子体增强化学气相沉积刻蚀设备。