專利名稱：刻蝕設(shè)備的控溫裝置及其控制晶片溫度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝中的控溫系統(tǒng)，尤其涉及一種晶片刻蝕設(shè)備的控溫裝 置，及其控制晶片溫度的方法。
技術(shù)背景卡盤在半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝中被用來固定和支撐晶片，避免晶片在處理過程中出現(xiàn)移動或 者錯(cuò)位現(xiàn)象。靜電卡盤采用靜電引力來固定晶片，相對于以前釆用的機(jī)械卡盤和真空卡 盤，具有很多優(yōu)勢。靜電卡盤減少了在使用機(jī)械卡盤時(shí)由于壓力、碰撞等原因造成的晶片 破損；增大了晶片可被有效加工的面積；減少了晶片表面腐蝕物顆粒的沉積；并且可以在 真空工藝環(huán)境下工作。典型的靜電卡盤由基座和固定在其上的靜電模塊構(gòu)成。靜電模塊包含至少一個(gè)電極， 電極被絕緣層包裹。在靜電卡盤工作時(shí)，在靜電卡盤電極上加直流偏壓，從而使電極上產(chǎn) 生電荷積累。在使用單電極驅(qū)動的情況下，反應(yīng)腔室內(nèi)的等離子體的作用下，使得晶片上 出現(xiàn)電荷積累，積累的電荷極性與靜電卡盤電極上的電荷極性相反，從而在電極和晶片之 間產(chǎn)生庫侖引力。在使用雙電極驅(qū)動的情況下，兩個(gè)積累了不同極性電荷的電極被用于對 晶片產(chǎn)生引力。典型的靜電卡盤在其中具有冷卻液體通道，通過冷卻機(jī)(Chiller)控制流過其中的 冷卻液體的溫度，來控制靜電卡盤的溫度。晶片的溫控是通過控制靜電卡盤的溫度實(shí)現(xiàn)的，但是因?yàn)榫c靜電卡盤之間的接 觸面不可能絕對平滑，因此相互之間的熱傳導(dǎo)效果不好。通用的做法為在晶片背面和靜電 卡盤之間通入冷媒氣體，通常使用背冷氣體。傳統(tǒng)的靜電卡盤控溫系統(tǒng)采用的控溫方法通常是在靜電卡盤上制作一個(gè)背冷氣體通 道，背冷氣體由該通道導(dǎo)入。靜電卡盤的晶片支撐面上制作了一定的導(dǎo)氣凹槽系統(tǒng)，晶片 和靜電卡盤表面的凹槽系統(tǒng)形成了一個(gè)接近密閉的腔室結(jié)構(gòu)，背冷氣體就在這個(gè)腔室內(nèi)流 通。在采用這種方法時(shí)，為了避免背冷氣體的泄露，要求導(dǎo)氣系統(tǒng)不能延伸到晶片支撐的 邊緣部分，導(dǎo)氣系統(tǒng)的邊緣和晶片邊緣之間一般需要留10到20毫米的距離。即在距離晶片 邊緣10到20毫米的環(huán)形區(qū)域內(nèi)，靜電卡盤晶片支撐表面為平面。這就導(dǎo)致背冷氣體不能充 分到達(dá)晶片的邊緣部分，造成晶片邊緣部分散熱效果較差，溫度較高。
相反，如果使導(dǎo)氣系統(tǒng)過分向晶片邊緣部分延伸，會加大背冷氣體的泄露量，這將 降低系統(tǒng)對晶片溫度、特別是邊緣溫度的控制能力，使晶片上出現(xiàn)冷熱不均的區(qū)域，造成 整個(gè)晶片的溫度下降。另外，因?yàn)楹ε略诠に囘^程中，靜電卡盤受到等離子體傷害，靜電卡盤的盤面直徑 通常設(shè)計(jì)為小于晶片的直徑，這就導(dǎo)致晶片邊緣部分不能放置在靜電卡盤上，而是放置在 其它部件如聚焦環(huán)上，這些部件沒有溫控功能。且在晶片邊緣部分沒有背冷氣體。這些因 素都導(dǎo)致了工藝過程中晶片的溫度不均勻。在刻蝕工藝中，晶片溫度的不均勻會造成刻蝕結(jié)果的不均勻，刻蝕后有些區(qū)域具有 很高的刻蝕剖面角度值，而另一些區(qū)域刻蝕剖面角度則很差。比預(yù)定工藝參數(shù)低的溫度會 造成過多的聚合物沉積，因?yàn)樵诘蜏叵戮酆衔锏某练e系數(shù)更高，這就在晶片的某些區(qū)域形 成了較差的刻蝕剖面角度值，具有錐形的側(cè)壁。這種刻蝕效應(yīng)當(dāng)是被盡量消除的，而且， 這些聚合物沉積很難從晶片上清除。 目前解決的方法有兩種一種是，讓背冷氣體在靜電卡盤邊緣部分泄漏，以改善晶片邊緣部分的散熱性能，但 是在這種方法中，邊緣部分泄漏的氣體與晶片中心及其它部分的氣體是連通的，因此泄漏 的氣體的量無法控制和計(jì)量，且如果泄露的氣體量過大，必然影響其它部分的背冷氣體壓 強(qiáng)，使晶片的溫度難以控制。另一種是，在靜電卡盤的側(cè)面設(shè)計(jì)背冷氣體泄漏孔，但是該背冷氣體泄漏孔的作用 主要是使得背冷氣體的壓強(qiáng)穩(wěn)定，因此那些背冷氣體孔是與靜電卡盤表面連通的，泄漏的 量很小，只是為了穩(wěn)定背冷背冷氣體壓強(qiáng)，不能起到對晶片邊緣部分的冷卻作用。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的刻蝕設(shè)備的控溫裝置，及應(yīng)用該裝置 控制晶片溫度的方法，既可以改變晶片邊緣部分的散熱效果，又可以有效控制晶片的溫度。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的刻蝕設(shè)備的控溫裝置，設(shè)于刻蝕設(shè)備的靜電卡盤處，用于控制靜電卡盤的溫 度，靜電卡盤上可放置晶片，所述的靜電卡盤上設(shè)有中心背冷氣體通道和邊緣背冷氣體通 道，且所述中心背冷氣體通道與邊緣背冷氣體通道不連通；所述中心背冷氣體通道和邊緣 背冷氣體通道分別與氣源連接。所述的中心背冷氣體通道與晶片接觸的部分緊密接觸且密封良好。所述的邊緣背冷氣體通道的邊緣與晶片接觸的部分接觸面稍粗糙，背冷氣體可沿粗糙
面部分泄漏。所述的靜電卡盤的邊緣設(shè)有一個(gè)或多個(gè)背冷氣體泄漏孔，所述背冷氣體泄漏孔與邊緣 背冷氣體通道連通。所述的中心背冷氣體通道與中心氣路連接，所述邊緣背冷氣體通道與邊緣氣路連接 所述中心氣路上設(shè)有壓強(qiáng)控制器，所述邊緣氣路上設(shè)有質(zhì)量流量控制器；所述中心氣路和 邊緣氣路分別與氣源連接。所述的中心背冷氣體通道與邊緣背冷氣體通道分別設(shè)有多組，相互之間互不連通；所 述中心氣路和邊緣氣路分別設(shè)有一路或多路。所述的氣源有一個(gè)或多個(gè)。 .本發(fā)明的利用上述刻蝕設(shè)備的控溫裝置控制晶片溫度的方法，包括以下步驟-A、 由氣源向中心背冷氣體通道和邊緣背冷氣體通道通入背冷氣體，并使邊緣背冷氣體 通道中的背冷氣體部分泄漏；B、 通過控制中心背冷氣體通道中背冷氣體的壓強(qiáng)控制晶片中部的溫度；并通過控制邊 緣背冷氣體通道中背冷氣體的流量控制晶片邊緣部分的溫度。所述的步驟A中邊緣背冷氣體通道中的背冷氣體通過靜電卡盤邊緣處的粗糙面或背冷氣體泄漏孔部分 泄漏；所述步驟B中通過中心氣路上設(shè)有的壓強(qiáng)控制器控制中心背冷氣體通道中背冷氣體的壓強(qiáng)；并通過 邊緣氣路上設(shè)有的質(zhì)量流量控制器控制邊緣背冷氣體通道中背冷氣體的流量。所述的背冷氣體為氦氣。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的刻蝕設(shè)備的控溫裝置，由于靜 電卡盤上設(shè)有互不不連通的中心背冷氣體通道和邊緣背冷氣體通道，中心背冷氣體通道與 晶片接觸的部分緊密接觸且密封良好；邊緣背冷氣體通道的邊緣與晶片接觸的部分接觸面 稍粗糙，或在靜電卡盤的邊緣設(shè)有一個(gè)或多個(gè)背冷氣體泄漏孔，邊緣背冷氣體通道中的背 冷氣體可沿粗糙面或泄漏孔部分泄漏。既可以通過控制中心背冷氣體通道中背冷氣體的壓強(qiáng)控制晶片中部的溫度；又可以通 過控制邊緣背冷氣體通道中背冷氣體的流量，改善晶片邊緣散熱效果，控制晶片邊緣部分 的溫度。又由于中心氣路上設(shè)有壓強(qiáng)控制器，邊緣氣路上設(shè)有質(zhì)量流量控制器，可以很方便的 實(shí)現(xiàn)對中心背冷氣體通道中背冷氣體的壓強(qiáng)控制，和對邊緣背冷氣體通道中背冷氣體的流 量控制。結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，既可以改變晶片邊緣部分的散熱效果，又可以有效控制晶片的
溫度。本發(fā)明主要適用于半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝中的控溫系統(tǒng)，也適用于其它場合的控溫。


圖l為現(xiàn)有技術(shù)一刻蝕設(shè)備的控溫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為現(xiàn)有技術(shù)二刻蝕設(shè)備的控溫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明刻蝕設(shè)備的控溫裝置具體實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)簡圖； 圖4為本發(fā)明刻蝕設(shè)備的控溫裝置具體實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)簡圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
如圖3所示，設(shè)于刻蝕設(shè)備的靜電卡盤5處，用于控制靜電 卡盤5的溫度，靜電卡盤5上可放置晶片1，靜電卡盤5上設(shè)有中心背冷氣體通道2和邊緣背冷 氣體通道4，中心背冷氣體通道2與邊緣背冷氣體通道4不連通。中心背冷氣體通道2和邊緣 背冷氣體通道4分別與氣源10連接，中心背冷氣體通道2與晶片1接觸的部分緊密接觸且密封良好。有利于控制中心背冷氣 體通道2中背冷氣體的壓強(qiáng)，以控制晶片l的溫度。由于晶片l邊緣部位的散熱效果較差，因此，邊緣背冷氣體通道4中的背冷氣體需要有 一定的泄漏，以改良晶片l邊緣部位的散熱效果。為此，本發(fā)明采用的較佳的具體實(shí)施方式
一，如圖3所示在靜電卡盤5的邊緣設(shè)有一個(gè)或多個(gè)背冷氣體泄漏孔11，背冷氣體泄漏孔ll與邊緣背 冷氣體通道4連通，背冷氣體可沿邊緣背冷氣體通道4部分泄漏。 本發(fā)明采用的較佳的具體實(shí)施方式
一，如圖4所示在靜電卡盤5的邊緣，具體在邊緣背冷氣體通道4的邊緣與晶片1接觸的部分接觸面3稍 粗糙，背冷氣體可沿粗糙面3部分泄漏。中心背冷氣體通道2與中心氣路9連接，邊緣背冷氣體通道4與邊緣氣路7連接。中心氣 路9上設(shè)有壓強(qiáng)控制器8，邊緣氣路7上設(shè)有質(zhì)量流量控制器6。中心氣路9和邊緣氣路7分別 與氣源10連接。通過壓強(qiáng)控制器8控制中心背冷氣體通道2中背冷氣體的壓強(qiáng)，用以控制晶片l的溫度。 并通過質(zhì)量流量控制器6控制邊緣背冷氣體通道4中背冷氣體的流量，用以改良晶片l邊 緣部位的散熱效果。所述的中心背冷氣體通道2與邊緣背冷氣體通道4可以分別設(shè)有多組，相互之間互不連通。多組中心背冷氣體通道2可以由一路中心氣路9統(tǒng)一供氣，也可以有多路中心氣路9分 別供氣。多組邊緣背冷氣體通道4可以由一路邊緣氣路7統(tǒng)一供氣，也可以有多路邊緣氣路7分
別供氣。所用的氣源10有一個(gè)集中供氣，也可以有兩個(gè)或多個(gè)分別給中心背冷氣體通道2和邊 緣背冷氣體通道4供氣。本發(fā)明利用上述刻蝕設(shè)備的控溫裝置控制晶片溫度的方法，包括以下步驟-步驟l、由氣源向中心背冷氣體通道和邊緣背冷氣體通道通入背冷氣體，并使邊緣背冷 氣體通道中的背冷氣體部分泄漏；步驟2、通過控制中心背冷氣體通道中背冷氣體的壓強(qiáng)控制晶片中部的溫度；并通過控 制邊緣背冷氣體通道中背冷氣體的流量控制晶片邊緣部分的溫度。在步驟l中邊緣背冷氣體通道中的背冷氣體通過靜電卡盤邊緣處的粗糙面或背冷氣體 泄漏孔部分泄漏；在步驟2中通過中心氣路上設(shè)有的壓強(qiáng)控制器控制中心背冷氣體通道中背冷氣體的壓 強(qiáng)；并通過邊緣氣路上設(shè)有的質(zhì)量流量控制器控制邊緣背冷氣體通道中背冷氣體的流量。在整個(gè)控制過程中，由于中心背冷氣體通道2與邊緣背冷氣體通道4不連通，既可以使 邊緣背冷氣體通道中的背冷氣體部分泄漏，達(dá)到改善晶片邊緣散熱效果的問題；又不影響 中心背冷氣體通道中背冷氣體的壓強(qiáng)，有利于控制晶片的溫度。系統(tǒng)中所用的背冷氣體為氦氣、氮?dú)饣蚱渌鼩怏w。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都 應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種刻蝕設(shè)備的控溫裝置，設(shè)于刻蝕設(shè)備的靜電卡盤處，用于控制靜電卡盤的溫度，靜電卡盤上可放置晶片，其特征在于，所述的靜電卡盤上設(shè)有中心背冷氣體通道和邊緣背冷氣體通道，且所述中心背冷氣體通道與邊緣背冷氣體通道不連通；所述中心背冷氣體通道和邊緣背冷氣體通道分別與氣源連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的刻蝕設(shè)備的控溫裝置，其特征在于，所述的中心背冷氣體通 道與晶片接觸的部分緊密接觸且密封良好。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的刻蝕設(shè)備的控溫裝置，其特征在于，所述的邊緣背冷氣體通道的邊緣與晶片接觸的部分接觸面稍粗糙，背冷氣體可沿粗糙面部分泄漏。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的刻蝕設(shè)備的控溫裝置，其特征在于，所述的靜電卡盤的邊緣 設(shè)有一個(gè)或多個(gè)背冷氣體泄漏孔，所述背冷氣體泄漏孔與邊緣背冷氣體通道連通。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的刻蝕設(shè)備的控溫裝置，其特征在于，所述的中心 背冷氣體通道與中心氣路連接，所述邊緣背冷氣體通道與邊緣氣路連接；所述中心氣路上設(shè)有壓強(qiáng)控制器，所述邊緣氣路上設(shè)有質(zhì)量流量控制器；所述中心氣路和邊緣氣路分別與 氣源連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的刻蝕設(shè)備的控溫裝置，其特征在于，所述的中心背冷氣體通 道與邊緣背冷氣體通道分別設(shè)有多組，相互之間互不連通；所述中心氣路和邊緣氣路分別 設(shè)有一路或多路。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的刻蝕設(shè)備的控溫裝置，其特征在于，所述的氣源有一個(gè)或多個(gè)。
8、 一種利用上述刻蝕設(shè)備的控溫裝置控制晶片溫度的方法，其特征在于，包括以下步驟A、 由氣源向中心背冷氣體通道和邊緣背冷氣體通道通入背冷氣體，并使邊緣背冷氣體 通道中的背冷氣體部分泄漏；B、 通過控制中心背冷氣體通道中背冷氣體的壓強(qiáng)控制晶片中部的溫度；并通過控制邊緣背冷氣體通道中背冷氣體的流量控制晶片邊緣部分的溫度。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制晶片溫度的方法，其特征在于，所述的步驟A中邊緣背冷氣體通道中的背冷氣體通過靜電卡盤邊緣處的粗糙面或背冷氣體泄漏孔部分泄漏；所述步驟B中通過中心氣路上設(shè)有的壓強(qiáng)控制器控制中心背冷氣體通道中背冷氣體的壓強(qiáng)；并通過 邊緣氣路上設(shè)有的質(zhì)量流量控制器控制邊緣背冷氣體通道中背冷氣體的流量。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制晶片溫度的方法，其特征在于，所述的背冷氣體為氦氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種刻蝕設(shè)備的控溫裝置及其控制晶片溫度的方法，包括靜電卡盤，靜電卡盤上可放置晶片，靜電卡盤上設(shè)有互不連通的中心背冷氣體通道和邊緣背冷氣體通道，中心背冷氣體通道與晶片接觸的部分緊密接觸且密封良好，邊緣背冷氣體通道的邊緣與晶片接觸的部分接觸面稍粗糙，或在靜電卡盤的邊緣設(shè)有一個(gè)或多個(gè)背冷氣體泄漏孔，邊緣背冷氣體通道中的背冷氣體可沿粗糙面或泄漏孔部分泄漏，中心背冷氣體通道連接有壓強(qiáng)控制器，邊緣背冷氣體通道連接有質(zhì)量流量控制器。結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，既可以改變晶片邊緣部分的散熱效果，又可以有效控制晶片的溫度。本發(fā)明主要適用于半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝中的控溫系統(tǒng)，也適用于其它場合的控溫。
文檔編號C23F4/00GK101131917SQ200610112568
公開日2008年2月27日 申請日期2006年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月23日
發(fā)明者劉利堅(jiān) 申請人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司