TW202331928A - 靜電卡盤裝置和溫度控制方法 - Google Patents

Abstract

一種靜電卡盤裝置和溫度控制方法，靜電卡盤裝置，包括自下而上依次設置的裝置基體、加熱層以及用於承載晶圓的絕緣吸附層，絕緣吸附層中設置有吸附電極，吸附電極用於吸附晶圓；加熱層中設置有至少兩個主加熱器，主加熱器用於加熱絕緣吸附層承載的晶圓，絕緣吸附層中設置有吸附電極，吸附電極用於吸附晶圓；靜電卡盤裝置還包括控制器，絕緣吸附層中還設置有多個補償加熱器，多個補償加熱器均與吸附電極絕緣設置，且多個補償加熱器均與控制器電連接，控制器用於控制各補償加熱器的開啟或關斷，以及控制各補償加熱器的功率。

Description

靜電卡盤裝置和溫度控制方法

本申請屬於半導體加工技術領域，具體涉及一種靜電卡盤裝置和溫度控制方法。

在晶圓等半導體被加工件（例如晶圓）的加工過程中，為了提升製程效率和/或製程效果等原因，通常會借助靜電卡盤等加熱器對晶圓等被加工件進行加熱，且使被加工件的整體溫度升高。但是，在實際加工過程中，因為各種原因，支撐於同一加熱器的被加工件上不同位置處的溫度可能存在偏差，這會導致被加工件的製程均勻性較差。

本申請公開一種靜電卡盤裝置和溫度控制方法，能夠解決因目前被加工件上不同位置的溫度可能存在偏差，導致被加工件的製程均勻性較差的問題。

為了解決上述問題，本申請實施例是這樣實現地：

第一方面，本申請實施例提供了一種靜電卡盤裝置，用於半導體設備，該靜電卡盤裝置包括自下而上依次設置的裝置基體、加熱層以及用於承載晶圓的絕緣吸附層，該絕緣吸附層中設置有吸附電極，該吸附電極用於吸附該晶圓；該加熱層中設置有至少兩個主加熱器，該主加熱器用於加熱該絕緣吸附層承載的該晶圓，該絕緣吸附層中設置有吸附電極，該吸附電極用於吸附該晶圓；該靜電卡盤裝置還包括控制器，該絕緣吸附層中還設置有多個補償加熱器，多個該補償加熱器均與該吸附電極絕緣設置，且多個該補償加熱器均與該控制器電連接，該控制器用於控制各該補償加熱器的開啟或關斷，以及控制各該補償加熱器的功率。

第二方面，本申請實施例公開一種溫度控制方法，該溫度控制方法應用於上述靜電卡盤裝置，該靜電卡盤裝置用於承載並加熱晶圓，該溫度控制方法包括： S1、建立製程步驟與目標補償加熱器之間的對應關係，其中，該目標補償加熱器為進行各該製程步驟時，多個該補償加熱器中除多個原始製程結果的極值所在位置對應的該補償加熱器之外的其餘該補償加熱器，該原始製程結果為在保持該加熱層中的該至少兩個主加熱器開啟，且保持各該補償加熱器均關閉的狀態下，進行各該製程步驟的該晶圓上與多個該補償加熱器對應的位置處的製程結果，在該製程結果與該晶圓上對應位置處的溫度呈正相關的情況下，該極值為最大值，在該製程結果與該晶圓上對應位置處的溫度呈負相關的情況下，該極值為最小值；S2、獲取即將進行的製程步驟，控制該加熱層中的各該主加熱器開啟，且根據該對應關係，控制與即將進行的該製程步驟對應的各該目標補償加熱器開啟。

本申請實施例公開一種靜電卡盤裝置，其可以應用在半導體設備中。該靜電卡盤裝置中，絕緣吸附層層疊設置在加熱層上，加熱層層疊設置在裝置基體上，加熱層中的至少兩個主加熱器能夠對承載於絕緣吸附層上的晶圓進行加熱，絕緣吸附層中的吸附電極能夠吸附電極，從而保證晶圓可以穩定地支撐在絕緣吸附層上。同時，靜電卡盤裝置設有控制器，且絕緣吸附層中還設有多個補償加熱器，多個補償加熱器均與控制器電連接，控制器能夠控制各補償加熱器的開啟或關斷，以及控制各補償加熱器的功率。繼而，通過對晶圓上不同位置處的蝕刻速率等製程結果進行檢測，可以通過多個製程結果間接地獲取晶圓上對應位置的溫度情況，從而如果在進行某些製程時僅依靠加熱層中的主加熱器對晶圓加熱存在晶圓上不同位置處的溫度不一致的情況時，在進行前述製程時，可以在利用主加熱器加熱晶圓的基礎上，利用控制器控制靜電卡盤裝置中對應地至少一個補償加熱器開啟，且控制處於開啟狀態的補償加熱器的功率，使開啟的補償加熱器能夠對晶圓上對應的位置處進行加熱，使該位置處的溫度升高至與晶圓上最高的溫度值（即晶圓上製程結果的最大值或最小值）相同，保證晶圓的製程均勻性相對較高。並且，由於補償加熱器的功率相較於主加熱器的功率相對較小，從而通過使補償加熱器位於與晶圓距離較小的絕緣吸附層，可以使補償加熱器的熱量能夠更快且更精准地傳遞至晶圓與該補償加熱器所對應的區域處，進而為晶圓的對應位置提供熱量補償回應速度較快。

以下揭露提供用於實施本揭露之不同構件之許多不同實施例或實例。下文描述組件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且非意欲限制。舉例而言，在以下描述中之一第一構件形成於一第二構件上方或上可包含其中該第一構件及該第二構件經形成為直接接觸之實施例，且亦可包含其中額外構件可形成在該第一構件與該第二構件之間，使得該第一構件及該第二構件可不直接接觸之實施例。另外，本揭露可在各個實例中重複參考數字及/或字母。此重複出於簡化及清楚之目的且本身不指示所論述之各個實施例及/或組態之間的關係。

此外，為便於描述，諸如「下面」、「下方」、「下」、「上方」、「上」及類似者之空間相對術語可在本文中用於描述一個元件或構件與另一(些)元件或構件之關係，如圖中圖解說明。空間相對術語意欲涵蓋除在圖中描繪之定向以外之使用或操作中之裝置之不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或按其他定向)且因此可同樣解釋本文中使用之空間相對描述詞。

儘管陳述本揭露之寬泛範疇之數值範圍及參數係近似值，然儘可能精確地報告特定實例中陳述之數值。然而，任何數值固有地含有必然由於見於各自測試量測中之標準偏差所致之某些誤差。再者，如本文中使用，術語「大約」通常意謂在一給定值或範圍之10%、5%、1%或0.5%內。替代地，術語「大約」意謂在由此項技術之一般技術者考量時處於平均值之一可接受標準誤差內。除在操作/工作實例中以外，或除非以其他方式明確指定，否則諸如針對本文中揭露之材料之數量、時間之持續時間、溫度、操作條件、數量之比率及其類似者之全部數值範圍、數量、值及百分比應被理解為在全部例項中由術語「大約」修飾。相應地，除非相反地指示，否則本揭露及隨附發明申請專利範圍中陳述之數值參數係可根據需要變化之近似值。至少，應至少鑑於所報告有效數位之數目且藉由應用普通捨入技術解釋各數值參數。範圍可在本文中表達為從一個端點至另一端點或在兩個端點之間。本文中揭露之全部範圍包含端點，除非另有指定。

如圖1-圖5所示，本申請實施例公開一種靜電卡盤裝置，其可以應用在半導體設備中，以利用靜電卡盤裝置承載晶圓等被加工件，且改變晶圓等被加工件的溫度，提升製程效率和製程結果的優異性。靜電卡盤裝置包括裝置基體400、加熱層300和絕緣吸附層500，且裝置基體400、加熱層300和絕緣吸附層500自下而上依次設置。需要說明的是，前述上下方向為靜電卡盤裝置在進行正常工作過程時豎直方向所在的方位，更直觀地，可以為圖1中的方向A。

其中，絕緣吸附層500用於承載晶圓；加熱層300中設置有至少兩個主加熱器，主加熱器能夠加熱絕緣吸附層500承載的晶圓，使晶圓的溫度上升，提升晶圓的製程效率和效果。主加熱器具體可以包括電阻絲等加熱器件，保證主加熱器具備加熱能力。主加熱器的數量可以為兩個、三個或更多個，主加熱器的數量可以根據各主加熱器的尺寸和形狀等參數確定，此處不作限定。多個主加熱器的形狀可以為扇形，且一併組成加熱層300完整的加熱區域。在本申請的另一實施例中，各主加熱器中的一者為圓形結構件，其餘幾者均為圓環形結構件，多個主加熱器套設組裝，形成加熱層300的加熱區域，這種主加熱器的分佈方式可以根據晶圓等被加工件的直徑等尺寸控制加熱區域的大小，控制精度相對較高。當然，加熱層300中除了主加熱器之外，還可以包括固定主加熱器的結構，具體可以為石英或陶瓷等成型材料，多個主加熱器可以埋設在石英或陶瓷等成型材料中，形成結構穩定的加熱層300。

絕緣吸附層500中設置有吸附電極，吸附電極能夠吸附晶圓，從而使晶圓可以穩定地承載且固定於靜電卡盤裝置之上。吸附電極具體可以採用印刷的方式形成，其具體形狀和結構可以根據實際情況確定，如圖4所示，吸附電極分為DC+和DC-兩個區域，吸附電極整體上可以為環狀結構件，且可以利用金屬絲呈多圈繞設的方式形成吸附電極。並且，亦可以通過使吸附電極形成于石英或陶瓷等成型材料內的方式，形成絕緣層，一方面實現吸附電極的固定目的，另一方面可以使絕緣吸附層500具備絕緣能力，不會對下文提及的設置於吸附絕緣層中的補償加熱器100的正常工作產生不利影響。

並且，本申請實施例公開的靜電卡盤裝置中還包括控制器，且絕緣吸附層500中還設有多個補償加熱器100，各補償加熱器100亦能夠在工作的情況下加熱絕緣吸附層500，從而使各補償加熱器100所在的區域的溫度得到補償，升高各補償加熱器100所在區域的溫度，同時，多個補償加熱器100均與吸附電極絕緣設置。

具體地，各補償加熱器100均可以包括電阻絲等加熱器件，當然，其具體形狀和尺寸等參數可以根據實際需求確定，此處不作限定。補償加熱器100的數量可以根據補償加熱器100的尺寸和形狀，以及絕緣吸附層500的尺寸和形狀等實際參數確定，此處不作限定。更具體地，可以使各補償加熱器100的加熱功率基本相同，以降低多個補償加熱器100的控制難度，提升靜電卡盤裝置的控溫精度。另外，補償加熱器100亦可以形成於絕緣吸附層500中的石英或陶瓷等成型材料中，且通過使補償加熱器100與吸附電極在絕緣吸附層500的厚度方向上相互間隔，保證各補償加熱器100均能夠與吸附電極相互絕緣。

一種具體地實施例是，沿絕緣吸附層500的厚度方向，可以使多個補償加熱器100在絕緣吸附層500中的位置相同，且多個補償加熱器100均勻分佈，使各補償加熱器100可以分別對應絕緣吸附層500中的不同區域，且使多個補償加熱器100對應的區域共同組成絕緣吸附層500的整面。如圖3所示，補償加熱器100整體上可以呈環形結構分佈，且任一環形結構中的各補償加熱器100沿周向分佈，各環形結構中所包括的補償加熱器100的結構和尺寸可以根據實際情況確定，此處不作限定。

需要說明的是，可以使各補償加熱器100的尺寸相對較小，且在佈設補償加熱器100的過程中，可以使補償加熱器100的分佈情況盡可能得均勻，這可以提升補償加熱器100對靜電卡盤裝置進行溫度補償的能力相對較強，且較為全面。

如上，本申請實施例公開的靜電卡盤裝置包括控制器，基於此，可以使多個補償加熱器100均與控制器電連接，以利用控制器控制各補償加熱器100的開啟或關斷，以及控制各補償加熱器100的功率。在靜電卡盤裝置的工作過程中，可以預先為控制器設置相應的控制規則，且使控制器能夠根據所要進行的製程步驟的具體情況，基於預先輸入的控制規則，控制與即將進行的製程步驟對應的補償加熱器100。

更詳細地，在靜電卡盤裝置被應用至量產製程過程之前，可以預先對靜電卡盤裝置的加熱情況進行測試。在測試的過程中，可以僅開啟加熱層300中的全部主加熱器，且控制多個補償加熱器100均處於關閉狀態，進而測量靜電卡盤裝置上多個被測位置處的溫度，多個被測位置與多個補償加熱器100所在的位置一一對應，從而得到多個基礎資料。

當然，在測量過程中，由於溫度資料的測量難度相對較大，進而可以通過測量晶圓等被加工件上不同位置處的被蝕刻速率等參數，從而利用與溫度直接關聯的被蝕刻速率等參數表徵晶圓上所述位置處的溫度的具體情況，也即，上述基礎資料具體可以為被蝕刻速率。另外，蝕刻速率等參數可能與溫度的高低呈正比，亦有可能呈反比，為了便於下文描述，下文均以晶圓的被蝕刻速率與溫度呈正比為例。需要說明的是，多個被測位置具體可以為各補償加熱器100的結構中心，當然，被測位置亦可以為各補償加熱器100的邊緣，只需保證多個補償加熱器100上各自的被測位置相互對應即可。

並且，受靜電卡盤裝置上不同位置處的導熱情況不同等多種因素影響，上述多個基礎資料的大小可能會存在差異，基於此，可以通過開啟與基礎資料對應的補償加熱器100，利用補償加熱器100對其所在的位置進行加熱，使該補償加熱器100所在的區域的溫度升高，實現減小甚至消除多個基礎資料中的數值最大的一者與該基礎資料之間的差值的目的，使多個基礎資料之間的差值均相對較小，甚至使多個基礎資料各自之間的差值均為零。

在上述測試過程中，可以通過控制器控制各補償加熱器100的開啟或關斷，也即，使晶圓上對應於蝕刻速率最高的補償加熱器100處於關斷狀態，且使晶圓上蝕刻速率小於前述最高的一者的其他位置對應的補償加熱器100處於開啟狀態，利用這些處於開啟狀態的補償加熱器100對各自所在的位置進行溫度補償，使晶圓上對應于多個處於開啟狀態的補償加熱器100的區域的溫度升高，進而增大其蝕刻速率。

雖然晶圓上蝕刻速率相對較低的位置處所對應的補償加熱器100處於開啟狀態的情況下能夠增大前述位置處的蝕刻速率，但是，處於開啟狀態的補償加熱器100可能會將其所在處的溫度升高至超過晶圓上溫度最高的位置處的溫度，從而導致該位置處的蝕刻速率成為新的蝕刻速率最大的位置，進而可能會造成晶圓上不同位置處的蝕刻速率仍存在加大的差異。基於此，控制器還可以控制多個補償加熱器100以不同的功率工作，從而使處於開啟狀態的補償加熱器100可以將各自所對應的區域處的溫度補償至與晶圓上的最高溫度接近甚至相同的狀態，保證晶圓上不同位置處的蝕刻速率的一致性相對較高。

其中，對於多個補償加熱器100的開啟功率，亦可以通過預先測試的方式得到。具體地，可以根據所要進行的具體製程，通過使晶圓上蝕刻速率小於最大值的區域對應的補償加熱器100，且使該補償加熱器100分別以不同的功率開啟，記錄其與蝕刻速率中最大值最為貼近的功率值，從而在量產過程中，只要進行前述製程過程，即可利用控制器控制該補償加熱器100以前述測試得到的功率值開啟，使晶圓上與該補償加熱器100對應的區域的溫度和蝕刻速率均能夠與晶圓上溫度和蝕刻速率的最大值對應，保證晶圓具有較高的製程均勻性。

本申請實施例公開一種靜電卡盤裝置，其可以應用在半導體設備中。該靜電卡盤裝置中，絕緣吸附層500層疊設置在加熱層300上，加熱層300層疊設置在裝置基體400上，加熱層300中的至少兩個主加熱器能夠對承載於絕緣吸附層500上的晶圓進行加熱，絕緣吸附層500中的吸附電極能夠吸附電極，從而保證晶圓可以穩定地支撐在靜電卡盤裝置上。同時，靜電卡盤裝置設有控制器，且絕緣吸附層500中還設有多個補償加熱器100，多個補償加熱器100均與控制器電連接，控制器能夠控制各補償加熱器100的開啟或關斷，以及控制各補償加熱器100的功率。繼而，通過對晶圓上不同位置處的蝕刻速率等製程結果進行檢測，可以通過多個製程結果間接地獲取晶圓上對應位置的溫度情況，從而如果在進行某些製程時僅依靠加熱層300中的主加熱器對晶圓加熱存在晶圓上不同位置處的溫度不一致的情況時，在進行前述製程時，可以在利用主加熱器加熱晶圓的基礎上，利用控制器控制靜電卡盤裝置中對應地至少一個補償加熱器100開啟，且控制處於開啟狀態的補償加熱器100的工作功率，使開啟的補償加熱器100能夠對晶圓上對應的位置處進行加熱，使該位置處的溫度升高至與晶圓上最高的溫度值（即晶圓上製程結果的最大值或最小值）相同，保證晶圓的製程均勻性相對較高。並且，由於補償加熱器100的功率相較於主加熱器的功率相對較小，從而通過使補償加熱器100位於與晶圓距離較小的絕緣吸附層500，可以使補償加熱器100的熱量能夠更快且更精准地傳遞至晶圓與該補償加熱器100所對應的區域處，進而為晶圓的對應位置提供熱量補償，回應速度較快。

如上所述，可以通過一體成型等方式形成包括補償加熱器100和吸附電極的絕緣吸附層500，具體地，可以通過一體燒結的方式，在補償加熱器100和吸附電極之間，以及二者之外設置陶瓷材料，且通過燒結的方式，使補償加熱器100和吸附電極被固定在陶瓷材料內，形成絕緣吸附層500。

在本申請的另一實施例中，可選地，如圖2所示，絕緣吸附層500包括第一絕緣子層530、第二絕緣子層520和第三絕緣子層510，且三者自下而上依次設置。第一絕緣子層530、第二絕緣子層520和第三絕緣子層510均為絕緣結構件，也即，三者均採用陶瓷等絕緣材料形成，三者均可以為板狀或層狀結構件，以保證位於三者中任一者相背兩側的器件之間均具備相互絕緣的能力。

並且，吸附電極設置在第三絕緣子層510和第二絕緣子層520之間，形成吸附子層540，多個補償加熱器100均設置在第二絕緣子層520和第一絕緣子層530之間，形成補償加熱層550。也即，在本實施例中，吸附電極和補償加熱器100之間通過第二絕緣子層520這種成型結構件相互絕緣，進而使所形成的絕緣吸附層500中，吸附電極和補償加熱器100之間的絕緣效果相對較為可靠；同時，通過預製第一絕緣子層530、第二絕緣子層520和第三絕緣子層510的方式為吸附電極和補償加熱器100提供固定基礎，還可以使吸附電極和補償加熱器100之間相對位置的穩定性更高，防止在吸附電極、補償加熱器100和絕緣材料一體成型過程中出現吸附電極和/或/相對於各自的原始位置發生偏移，保證吸附電極，尤其是多個補償加熱器100的位置保持在預設位置處，從而提升整個靜電卡盤的加熱均勻能力。

具體地，第一絕緣子層530、第二絕緣子層520和第三絕緣子層510均為陶瓷顆粒與粘接劑混合形成的薄片狀結構件，之後，可以在第一絕緣子層530上設置多個補償加熱器100，各補償加熱器100具體可以為相互獨立的電熱器件，多個補償加熱器100的具體位置可以根據預先對加熱層300的加熱測試得到，使多個補償加熱器100儘量靠近加熱層300對晶圓上加熱溫度相對較低的位置處。當然，多個補償加熱器100亦可以均勻地分佈在第一絕緣子層530上，且根據具體的製程類型，確定該製程過程中需要開啟的補償加熱器100。之後，再將第二絕緣子層520按壓覆蓋在補償加熱層550背離第一絕緣子層530的一側，之後，再在第二絕緣子層520上通過印刷等方式形成吸附電極，之後，再在吸附層的上方壓覆第三絕緣子層510，形成絕緣吸附層500的整體結構。最後，通過整體燒結的方式，可以使吸附電極和補償加熱器100被可靠地固定在第一絕緣子層530、第二絕緣子層520和第三絕緣子層510中，形成結構穩定的絕緣吸附層500。

可選地，補償加熱器100包括絲網印刷形成的金屬電阻加熱器，這可以降低多個補償加熱的加工難度。並且，補償加熱器100的線纜穿過裝置基體400和加熱層300，且引出至裝置基體400之外，以利用裝置基體400和加熱層300為補償加熱器100的線纜提供保護作用，且可以對多個補償加熱器100各自的線纜進行收束，降低各補償加熱器100的線纜的整理難度。另外，可選的，可以使補償加熱器100的數量大於等於10且小於等於100，從而保證在多個補償加熱器100的組裝和連接難度可控的情況下，盡可能精細地為加熱層300提供穩定補償作用。

如上所述，可以使多個補償加熱器100均勻地分佈在絕緣吸附層500中，可選地，多個補償加熱器100組成中心補償區和多個環形補償區，多個環形補償區呈同心環分佈，也即，中心補償區為圓形結構，多個環形補償區均為圓環形結構，且多個環形補償區中的一者環繞設置在中心補償區之外，其他的環形補償區則依次依環繞設置，即，多個環形補償區均以中心補償區的中心為圓心環繞於該中心補償區周圍，使多個補償加熱器100形成與晶圓仿形的結構，以在為晶圓提供熱量補償的過程中，防止出現熱量浪費的情況，且可以在一定程度上提升對晶圓進行溫度補償的精度。

並且，任一環形補償區均包括多個補償加熱器100，以進一步減小任一補償加熱器100的尺寸大小，提升溫度補償精度。另外，在佈設任一環形補償區中的多個補償加熱器100的過程中，可以使任一環形補償區中多個補償加熱器100包括對稱且成組設置的兩個補償加熱器100，如圖3所示，其可以為中心對稱，以便於多個補償加熱器100的補償計算過程的進行。另外，中心補償區包括一個補償加熱器。

可選地，上述控制器可以包括控制部210和多個執行部220，控制部210具體可以為PLC（Programmable Logic Controller，可程式設計邏輯控制器）或FPGA（Field Programmable Gate Array，現場可程式設計邏輯閘陣列）等。多個補償加熱器100與多個執行部220一一對應設置，且使各補償加熱器100與各執行部220一一對應地連接，從而利用多個執行部220分別為多個補償加熱器100發送執行命令。可選的，執行部220具體可以包括PWM（Pulse width modulation，脈衝寬度調製）執行器，這種執行器的成本相對較低，且抗噪性能好。更具體地，PWM執行器可以為繼電器，執行部220能夠接收控制部210所發送的PWM信號，且通過控制開閉比例的方式控制對應的補償加熱器100的開啟功率。並且，控制部210通過多個執行部220控制對應的補償加熱器100輸出目標功率，從而可以減少控制部210的設置數量，一方面進一步降低靜電卡盤裝置的整體成本，另一方面還可以降低控制器的組裝難度。

可選地，如圖5所示，本申請實施例公開的靜電卡盤裝置還可以包括濾波器610，各補償加熱器100與對應的執行部220之間均連接有濾波器610，以利用濾波器610對處於射頻環境的靜電卡盤裝置與外部電路之間進行濾波，防止對外部電路產生不利影響。外部電路包括電源正極和電源負極，二者均連接至靜電卡盤裝置的電路中，以為各補償加熱器100供電。當然，吸附電極亦與外部電路連接，外界電源與吸附電極之間亦設置有提供濾波作用的電源濾波盒620。

基於上述任一實施例公開的靜電卡盤裝置，如圖7所示，本申請實施例還公開一種溫度控制方法，該溫度控制方法可以應用在上述任一實施例公開的靜電卡盤裝置中，以對靜電卡盤裝置的工作狀態進行控制，使承載於靜電卡盤裝置上的晶圓上的不同位置處的溫度趨近一致，提升晶圓的製程均勻性。

溫度控制方法包括：

S1、建立製程步驟與目標補償加熱器的對應關係，其中，目標補償加熱器為進行各製程步驟時，多個補償加熱器中除多個原始製程結果的極值所在位置對應的補償加熱器之外的其餘補償加熱器。上述原始製程結果為在保持加熱層，且保持各補償加熱器均關閉的狀態下，進行各製程步驟的晶圓上與多個補償加熱器對應的位置處的製程結果。另外，針對上述極值，在製程結果與晶圓上對應位置處的溫度呈正相關的情況下，上述極值為最大值，對應地，在製程結果與晶圓上對應位置處的溫度呈負相關的情況下，上述極值為最小值。

展開地說，在晶圓的加工過程中，需要對晶圓進行至少一個製程步驟，任一製程步驟中，晶圓的製程結果均與晶圓的溫度相關，且製程結果與溫度可能呈正相關，亦有可能呈負相關。但無論如何，晶圓上某一位置的溫度必然與該位置處的製程結果相關，從而通過對晶圓上多個位置的製程結果進行檢測，即可獲得晶圓上對應位置處的溫度情況。其中，上述製程結果可以為晶圓的蝕刻速率等，當然，製程結果還可以為沉積速率等，此處不作限定。

如上所述，在僅利用加熱層對晶圓進行加熱時，理論上，加熱層對晶圓上不同位置處的加熱效率相同。但是，受各種因素影響，晶圓上仍存在溫度不同的位置。進而，晶圓上必然存在至少一處溫度最高的位置，而且，前述至少一個位置可能正好與靜電卡盤裝置上多個補償加熱器中的至少一者對應重合，也即，承載於靜電卡盤裝置上的晶圓中溫度最高的位置處的正下方正好設置有補償加熱器；或者，晶圓上溫度最高的位置處在靜電卡盤裝置上所對應的位置處亦有可能未設置補償加熱器，因而，在獲取晶圓的溫度（也即製程結果）的過程中，可以測量晶圓中與多個補償加熱器對應的多個位置的溫度（或製程結果），在這種情況下，可以更為直觀地獲取任一補償加熱器對應於晶圓上的位置處的溫度（或製程結果）。

當然，在測量晶圓中與多個補償加熱器對應的多個位置的溫度（或製程結果）的過程中，需要使加熱層保持開啟狀態，且使各補償加熱器保持關閉狀態，從而得到晶圓進行該製程步驟時的製程結果的原始值，也即，得到與多個補償加熱器所在位置一一對應的多個原始製程結果。

在晶圓的加工過程中，為了保證晶圓的製程結果的均勻性較高，需要使晶圓上不同位置處的溫度趨近一致，由於補償加熱器只能使晶圓上對應位置處的溫度升高，進而在利用補償加熱器補償晶圓上的溫度時，只能使溫度相對較低的位置處的補償加熱器工作，以補償該溫度較低的位置處的溫度。

如上所述，上述多個原始製程結果中，必然有至少一個極值，以製程結果與溫度呈正相關為例，上述多個原始製程結果中存在至少一個最大值，以原始製程結果為六個，最大值為一個為例，顯然，在進行該製程步驟時，可以通過開啟除了與前述最大值對應的補償加熱器之外的其他補償加熱器，從而晶圓上溫度較低的五個位置處能夠在補償加熱器的作用下在一定範圍內升高其溫度，使前述五個位置處的溫度與前述最大值對應的位置處的溫度之間的差值得到減小，從而使晶圓的製程均勻性得到提升。

需要說明的是，為了防止因補償加熱器的溫度補償作用較強而造成前述五個位置處的溫度超出前述最大值對應的位置處的溫度，甚至超出較多，可以使補償加熱器的加熱功率相對較小。進一步地，可以根據晶圓在製程步驟中的製程結果的差值等資訊，對應地確定補償加熱器的加熱功率，以儘量使補償加熱器的補償溫度不會超過前述最大值對應的位置處的溫度過多，進而保證晶圓的製程結果的均勻性相對較高。

當然，在製程步驟的數量為多個的情況下，可以針對每一製程步驟分別單獨進行上述過程，且得到與該製程步驟對應的需要開啟的補償加熱器所在的位置，記為與該製程步驟對應的目標補償加熱器，從而形成製程步驟與目標補償加熱器之間的對應關係。

基於上述步驟S1，本申請實施例公開的溫度控制方法還包括：

S2、獲取即將進行的製程步驟，控制開啟加熱層中的各主加熱器開啟，且根據上述步驟得到的對應關係，控制與即將進行的製程步驟對應的各目標補償加熱器開啟。

如上所述，可以預先得到一組對應關係的資料，基於上述資料可以得到任一製程步驟與目標補償加熱器之間的聯繫，從而只要確定所要進行的製程步驟，即可基於上述對應關係得到目標補償加熱器為多個補償加熱器中的哪一者或哪幾者。基於此，在進行製程步驟時，為了保證晶圓上任意位置處的製程效果均相對較好，可以開啟加熱層中的所有主加熱器和即將進行的製程步驟對應的目標補償加熱器，從而在加熱層和目標補償加熱器的共同作用下，儘量使晶圓上任意位置處的溫度趨近一致，提升晶圓的製程結果的均勻性。

在上述實施例公開的溫度控制方法中，只要在進行某一製程步驟的過程中，存在至少一個補償加熱器與晶圓上對應的區域的製程結果不是多個原始製程結果中的極值的情況，則在後續進行該製程步驟時，即控制上述至少一個補償加熱器開啟，這可能會導致在後續進行該製程步驟時，因前述至少一個補償加熱器開啟，造成某一補償加熱器所對應的晶圓的區域的溫度超過多個原始製程結果中的極值，造成晶圓上製程均勻性仍無法較好地實現。

基於此，上述步驟S2可以包括：

獲取即將進行的製程步驟，控制加熱層中的各主加熱器開啟，且根據上述對應關係和開啟比例，控制與即將進行的製程步驟對應的各目標補償加熱器以目標功率開啟。也就是說，在本實施例中，當進行某製程步驟時，不僅基於上述對應關係控制與所要進行的製程步驟對應的目標補償加熱器，還可以根據開啟比例使所要開啟的目標補償加熱器以目標功率開啟，從而進一步提升各目標補償加熱器的控制精度。

上述開啟比例可以為0.1、0.2、1.1等值，其可以根據溫差與開啟功率的對應關係等實際情況選定，此處不作限定。目標功率與開啟比例相關，且目標功率還與待補償值相關，詳細地說，目標功率為開啟比例與待補償值的乘積。其中，待補償值為多個原始製程結果中的極值與目標補償加熱器對應的原始製程結果之間的差值，也即，目標補償加熱器的目標功率與其所對應的晶圓上的區域的製程結果直接相關。在這種情況下，借助多個目標補償加熱器的共同作用可以使晶圓上原本溫度小於溫度最大處的溫度的區域的溫度，能夠更接近最大溫度，且即便某一處的溫度經目標補償加熱器的加熱而超過原本的最大溫度，由於目標補償加熱器的目標功率與該目標補償加熱器對應的區域的原始製程結果密切相關，且原始製程結果與溫度直接相關，從而也不會出現經目標補償加熱器進行熱量補償之後，導致該處的溫度超過原本的溫度最大值過多，進而可以保證晶圓上各處的溫度的均勻性更高，從而使晶圓的製程結果的均勻性得到提升。

考慮到晶圓的溫度受多方面因素的影響，為了進一步提升補償加熱器對晶圓上對應位置的溫度的補償精度，在本申請的另一實施例中，可選地，上述步驟S2包括：

獲取即將進行的製程步驟，控制加熱層中的各主加熱器開啟，且根據上述對應關係，待補償值和影響函數，控制與即將進行的製程步驟對應的各目標補償加熱器以目標功率開啟。也即，在本申請中，基於影響函數和待補償值，進一步對需要開啟的各目標補償加熱器的目標功率進行更為精准的控制，使目標補償加熱器在目標功率下工作，能夠將其所對應的位置處的製程結果補償至與多個原始製程結果中的極值相當甚至相等，進一步提升晶圓的製程均勻性。

當然，為實現上述目的，需要使影響函數的可靠性相對較高，進而，可以通過使目標補償加熱器分別以多個不同的開啟功率工作，且記錄目標補償加熱器以對應的開啟功率工作時晶圓上對應位置處的製程結果，任一組資料均包括製程結果和開啟功率，在多組資料的支援下，即可得到一函數關係，其即為上述影響函數。並且，影響函數的級數與前述資料的組數有關，進而可以針對每一目標補償加熱器均進行至少兩次測試，使任一目標補償加熱器的影響函數均至少為二次函數，使基於影響函數得到的目標功率的準確性更好。具體地，可以針對任一目標補償加熱器設置10%、50%和90%功率，且得到與該目標補償加熱器對應的位置的製程結果分別為Tn1、Tn2和Tn3，通過二次函數擬合可獲得該目標補償加熱器的輸出功率與製程結果之間的影響函數：Pn=k1×T ²+k2×T+k3。繼而，在進行對應的製程步驟時，可以根據該目標補償加熱器對應的位置處的製程結果的待補償值，得到該目標補償加熱器所要開啟的目標功率。

如上所述，在採用上述溫度控制方法的進行製程步驟的過程中，基於上述步驟S1中所建立的對應關係控制對應的目標補償加熱器開啟之後，可能會造成某一或某多個目標補償加熱器對應的位置處的製程結果超過（具體為大於或小於）多個原始製程結果中的極值，從而導致補償後的製程結果中出現新的極值，這會造成晶圓的製程均勻性可能無法被滿足，基於此，在採用步驟S1建立的對應關係控制目標補償加熱器工作之前，可以先對所建立的對應關係進行驗證，且在驗證的結果滿足要求的情況下，才根據所要進行的製程步驟，基於上述對應關係，控制對應的目標補償加熱器開啟。

詳細地，上述步驟S2包括：

在進行即將進行的製程步驟之前，開啟加熱層中各主加熱器，且基於上述對應關係開啟對應的目標補償加熱器；

在晶圓上與多個補償加熱器對應的位置處的製程結果中任意兩者的差值均小於預設值的情況下，獲取即將進行的製程步驟，控制加熱層中各主加熱器開啟，且根據上述對應關係，控制與即將進行的製程步驟對應的目標補償加熱器開啟。

在採用上述技術方案的情況下，通過預先對進行製程步驟時，根據對應關係開啟對應的目標補償加熱器，所得到的晶圓上與多個補償加熱器對應的位置的製程結果進行驗證，只有在多個製程結果的均勻性滿足需求的情況下，後續進行對應的製程步驟時，才會根據上述對應關係，控制對應的目標補償加熱器開啟，以與加熱層共同作用，為承載於靜電卡盤裝置上的晶圓提供加熱作用，使晶圓上任意位置處的溫度相同或基本相同。

相應地，如果在進行製程步驟，開啟加熱層中的各主加熱器，且基於對應關係開啟對應的目標補償加熱器，晶圓上與多個補償加熱器對應的位置處的製程結果中任意兩者之間的差值中包括大於或等於預設值的情況，則認為上述對應關係可能存在準確性不足的情況。

為解決上述情況，可以控制補償後的製程結果中與多個原始製程結果的極值的差值等於或大於上述預設值的目標補償加熱器在進行對應的製程步驟時處於關閉狀態，這使得該位置處的製程結果小於多個原始製程結果中的極值，但亦可以在一定程度上提升晶圓的製程均勻性。

或者，還可以採用上述實施例中基於上述極值與補償加熱器對應的位置處的製程結果的待補償值，比例性地控制補償加熱器的開啟功率。再或者，還可以採用上述實施例中，基於影響函數和上述極值與補償加熱器對應的位置處的製程結果的待補償值，對應地控制補償加熱器的開啟功率。當然，在採用此兩種替代方案的過程中，亦有可能存在目標補償加熱器以對應的目標功率開啟時，出現某一或某多個目標補償加熱器對應的位置處的製程結果與多個原始製程結果的極值之間的差值等於或大於上述預設值，基於此，可以對上述兩種替代方案中的比例係數或影響函數中的各項係數進行調整，得到新的比例係數或影響函數，提升上述兩種替代方案的精確度。

在上述任一實施例中，均涉及到對晶圓上與多個補償加熱器對應的位置處的製程結果的採樣工作。如圖8和圖3所示，在實際應用過程中，用以提供採樣功能的採樣設備上的採樣點位元（即測溫點）可能並非與已經成型的靜電卡盤裝置中多個補償加熱器的位置一一相互對應，且為了保證靜電卡盤裝置的溫度補償能力相對較強，通常需要使多個補償加熱器的分佈盡可能得均勻。

基於此，在獲取晶圓上與任一補償加熱器對應的位置處的製程結果的過程中，如果採樣設備上的某一採樣點位正好與該位置對應，則可以利用前述採樣點位為該位置提供採樣工作。而如果採樣設備中任一採樣點位均無法與某一補償加熱器所對應的位置相互對應，則可以通過採集該補償加熱器對應的位置周圍的多個位置的製程結果，且經插值法計算得到該補償加熱器對應的位置處的製程結果，降低採樣難度。

詳細地說，晶圓上與至少一個補償加熱器對應的位置處的製程結果為晶圓上圍繞前述位置的多個其他位置處的製程結果的均值。其中，晶圓上與補償加熱器對應的位置處的製程結果為待測製程結果，且待測製程結果無法通過直接測量的方式得到；圍繞前述位置的多個其他位置的製程結果為已知製程結果，已知製程結果能夠通過直接測量的方式得到。

更具體地，如圖6所示，靜電卡盤裝置中設置有6個補償加熱器，以晶圓中心為座標X和Y的零點，補償加熱器中心位置的座標分別為（X1，Y1）、（X2，Y2）…… (X6，Y6)，製程步驟中檢查了10個點的製程結果，這個10個點的座標分別為（A1，B1）、（A2，B2）……(A10，B10)，則按照上述溫度控制方法，需要首先測試當補償加熱器全部關閉時，這10個製程點的原始製程結果（C1，C2，……，C10），之後，可以通過線性插值的方式利用上述10個點的製程結果，計算得到晶圓上與6個補償加熱器的中心位置相對對應的位置的製程結果。更具體地，以圖9中空心圓圈所示的點（X1，Y1）的計算為例說明具體計算步驟如下：10個製程點的橫坐標分別為A1-A10，則X1位於其中兩個數之間，例如位於A2和A3之間，10個製程點的縱坐標分別為B1-B10，則Y1位於其中兩個數之間，例如B3和B4之間，則X1，Y1所處的結果如圖9所示，圖9中C1-C5為已知測到的製程結果資料，（X1，Y1）對應的周邊除（A3，B3）外其餘3個點的座標分別為(A2，B3)、(A2，B4)、(A3，B4)，假設這3個點的製程資料分別為P1，P2，P3，則進行如下計算：P1=（C2+C3）/2， P2=(P1+P3)/2，P3=(C3+C4)/2，則（X1，Y1）處的製程資料P=（P1+P2+P3+C3）/4=(3×C2+22×C3+3×C4)/16。

之後，再從上述6個製程結果中找出製程結果的極值（該極值是溫度最高的位置處對應的製程結果的值，不一定是真實的數值最大值，因為有些製程是溫度越高，製程結果越小的），假設極值為第一個補償加熱器所對應的位置處，分別計算其餘5個補償加熱器對應的位置處的製程結果與前述極值的差值，分別假設為PE1，PE2，…，PE5。由於補償加熱器只能進行升溫補償，後續補償中保持第一個補償加熱器處於關閉狀態，通過打開其他5個補償加熱器對各自對應的位置進行溫度補償。在溫度控制過程中，將PE1-PE5分別代入上述5個補償加熱器各自的影響函數關係Pn=k1×T ²+k2×T+k3中，得到其餘5個補償加熱器各自的輸出功率T1-T5，將功率資料發給控制部，控制PWM執行器按照該輸出功率控制對應的補償加熱器工作。

之後，對晶圓上的製程結果進行再次收集，以確認上述控制方式是否可以使晶圓的均勻性得到滿足，如果可以，則在量產製程過程中，即可利用上述控制方法對靜電卡盤裝置進行控制，如果不可以，則通過再次取值的方式，得到新的影響函數。

如圖10所示，通過對晶圓上的多個位置（即，測溫點位置）的溫度進行測量，可以發現，在採用上述控制方法對靜電卡盤裝置的加熱過程進行控制之後，晶圓上不同位置處的溫度（即，測溫點溫度）之間的差值明顯減小，晶圓上的溫度均勻性得到顯著提升，進而可以保證晶圓的製程均勻性得到較大提升。

前述內容概括數項實施例之特徵，使得熟習此項技術者可更佳地理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應瞭解，其等可容易地使用本揭露作為用於設計或修改用於實行本文仲介紹之實施例之相同目的及/或達成相同優點之其他製程及結構之一基礎。熟習此項技術者亦應瞭解，此等等效構造不背離本揭露之精神及範疇，且其等可在不背離本揭露之精神及範疇之情況下在本文中作出各種改變、置換及更改。

100:補償加熱器 210:控制部 220:執行部 300:加熱層 400:裝置基體 500:絕緣吸附層 510:第三絕緣子層 520:第二絕緣子層 530:第一絕緣子層 540:吸附子層 550:補償加熱層 610:濾波器 620:電源濾波盒

當結合附圖閱讀時，從以下詳細描述最佳理解本揭露之態樣。應注意，根據產業中之標準實踐，各種構件未按比例繪製。事實上，為了論述的清楚起見可任意增大或減小各種構件之尺寸。 圖1是本申請實施例公開的靜電卡盤裝置的結構示意圖； 圖2是本申請實施例公開的靜電卡盤裝置中絕緣吸附部的結構示意圖； 圖3是本申請實施例公開的靜電卡盤裝置中多個補償加熱部的分佈示意圖； 圖4是本申請實施例公開的靜電卡盤裝置中吸附電極的結構示意圖； 圖5是本申請實施例公開的靜電卡盤裝置的電氣原理示意圖； 圖6是本申請實施例公開的靜電卡盤裝置中部分結構的電氣原理示意圖； 圖7是本申請實施例公開的溫度控制方法的流程圖； 圖8是本申請實施例公開的溫度控制方法中晶圓上多個被測溫點的位置分佈示意圖； 圖9是本申請實施例公開的溫度控制方法中晶圓上多個被測溫點與一補償加熱器之間相對位置的示意圖； 圖10為本申請實施例公開的溫度控制方法中補償加熱器處於開啟和關閉狀態下晶圓上多個被測溫點的溫度對比示意圖。

100:補償加熱器

210:控制部

220:執行部

300:加熱層

400:裝置基體

500:絕緣吸附層

510:第三絕緣子層

520:第二絕緣子層

530:第一絕緣子層

540:吸附子層

550:補償加熱層

610:濾波器

620:電源濾波盒

Claims (13)

1. 一種靜電卡盤裝置，用於一半導體設備，其中，該靜電卡盤裝置包括自下而上依次設置的一裝置基體、一加熱層以及用於承載一晶圓的一絕緣吸附層，該絕緣吸附層中設置有一吸附電極，該吸附電極用於吸附該晶圓；該加熱層中設置有至少兩個主加熱器，該主加熱器用於加熱該絕緣吸附層承載的該晶圓；該靜電卡盤裝置還包括一控制器，該絕緣吸附層中還設置有多個補償加熱器，多個該補償加熱器均與該吸附電極絕緣設置，且多個該補償加熱器均與該控制器電連接，該控制器用於控制各該補償加熱器的開啟或關斷，以及控制各該補償加熱器的功率。
2. 如請求項1所述的靜電卡盤裝置，其中，該絕緣吸附層包括自下而上依次設置的一第一絕緣子層、一第二絕緣子層和一第三絕緣子層，該吸附電極設置於該第三絕緣子層和該第二絕緣子層之間，形成吸附子層，多個該補償加熱器均設置於該第二絕緣子層和該第一絕緣子層之間，形成一補償加熱層。
3. 如請求項2所述的靜電卡盤裝置，其中，該補償加熱器包括絲網印刷形成的一金屬電阻加熱器，該補償加熱器的線纜穿過該裝置基體和該加熱層，且引出至該裝置基體之外。
4. 如請求項1-3中任意一項所述的靜電卡盤裝置，其中，該補償加熱器的數量大於等於10且小於等於100。
5. 如請求項3所述的靜電卡盤裝置，其中，多個該補償加熱器組成一中心補償區和多個環形補償區，多個環形補償區呈同心環分佈，且均以該中心補償區的中心為圓心環繞於該中心補償區周圍；任一環形補償區均包括多個該補償加熱器；該中心補償區包括一個該補償加熱器。
6. 如請求項1所述的靜電卡盤裝置，其中，該控制器包括相互連接的一控制部和多個執行部，各該補償加熱器與各該執行部一一對應地連接，該控制部通過該執行部控制對應的該補償加熱器輸出目標功率。
7. 如請求項6所述的靜電卡盤裝置，其中，該執行部包括脈衝寬度調製執行器。
8. 如請求項6所述的靜電卡盤裝置，其中，該靜電卡盤裝置還包括一濾波器，各該補償加熱器與對應的該執行部之間均連接有該濾波器。
9. 一種溫度控制方法，其中，該溫度控制方法應用於請求項1-8任一所述的靜電卡盤裝置，該靜電卡盤裝置用於承載並加熱晶圓，該溫度控制方法包括： S1、建立製程步驟與一目標補償加熱器之間的對應關係，其中，該目標補償加熱器為進行各該製程步驟時，多個該補償加熱器中除多個原始製程結果的極值所在位置對應的該補償加熱器之外的其餘該補償加熱器，該原始製程結果為在保持該加熱層中的該至少兩個主加熱器開啟，且保持各該補償加熱器均關閉的狀態下，進行各該製程步驟的該晶圓上與多個該補償加熱器對應的位置處的製程結果，在該製程結果與該晶圓上對應位置處的溫度呈正相關的情況下，該極值為最大值，在該製程結果與該晶圓上對應位置處的溫度呈負相關的情況下，該極值為最小值； S2、獲取即將進行的製程步驟，控制該加熱層中的各該主加熱器開啟，且根據該對應關係，控制與即將進行的該製程步驟對應的各該目標補償加熱器開啟。
10. 如請求項9所述的溫度控制方法，其中，該S2包括： 獲取即將進行的製程步驟，控制該加熱層中的各該主加熱器開啟，且根據該對應關係和開啟比例，控制與即將進行的該製程步驟對應的各該目標補償加熱器以目標功率開啟；其中，多個該原始製程結果中的該極值與各該目標補償加熱器對應的原始製程結果之間的差值均為待補償值，該目標功率為該開啟比例與該待補償值的乘積。
11. 如請求項9所述的溫度控制方法，其中，該S2包括： 獲取即將進行的製程步驟，控制該加熱層中的各該主加熱器開啟，且根據該對應關係、待補償值和影響函數，控制與即將進行的該製程步驟對應的各該目標補償加熱器以目標功率開啟；其中，該待補償值為多個該原始製程結果中的該極值與各該目標補償加熱器對應的原始製程結果之間的差值，該影響函數為各該目標補償加熱器分別工作於多個不同的開啟功率的情況下，該開啟功率與該晶圓上與該目標補償加熱器對應的位置處的製程結果形成的函數關係。
12. 如請求項9所述的溫度控制方法，其中，該S2包括： 在進行即將進行的製程步驟之前，開啟該加熱層中的各該主加熱器，且基於該對應關係開啟對應的目標補償加熱器； 在晶圓上與多個該補償加熱器對應的位置處的製程結果中任意兩者之間的差值均小於預設值的情況下，獲取即將進行的製程步驟，控制該加熱層中的各該主加熱器開啟，且根據該對應關係，控制與即將進行的該製程步驟對應的各該目標補償加熱器開啟。
13. 如請求項9所述的溫度控制方法，其中，該晶圓上與至少一個該補償加熱器對應的位置處的製程結果為該晶圓上圍繞該位置的多個其他位置處的製程結果的均值。