專利名稱：一種用于固定晶片并可區(qū)域控溫的卡盤裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種卡盤裝置，特別是涉及一種用于固定晶片并可區(qū) 域控溫的卡盤裝置。
背景技術(shù)：
目前，隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，人們對集成電路的集成度要求 越來越高，這就要求生產(chǎn)集成電路的企業(yè)不斷地提高半導(dǎo)體晶片的加
工能力。等離子體發(fā)生裝置廣泛地應(yīng)用于集成電路(IC)或MEMS 器件的制造工藝中。在低氣壓下，反應(yīng)氣體在射頻功率的激發(fā)下，產(chǎn) 生電離形成等離子體，等離子體中含有大量的電子、離子、激發(fā)態(tài)的 原子、分子和自由基等活性基團，這些活性反應(yīng)基團和工件表面發(fā)生 各種物理化學(xué)反應(yīng)并形成揮發(fā)性的生成物，從而使材料表面結(jié)構(gòu)、性 能發(fā)生變化。 '
卡盤在半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝中被用來固定晶片，避免晶片在處理過程 中出現(xiàn)移動或者錯位現(xiàn)象。靜電卡盤采用靜電引力來固定晶片，相對 于以前采用的機械卡盤和真空卡盤，具有很多優(yōu)勢。靜電卡盤減少了 在使用機械卡盤時由于壓力、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 包含至少一個電極，電極被絕緣層包裹。在靜電卡盤工作時，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，通過冷卻機控制流過其中的冷卻液體的溫度，來
3控制靜電卡盤的溫度。
在工藝進行過程中，晶片和卡盤都處于高溫環(huán)境中，這可能造成 晶片表面產(chǎn)生有害的溫度梯度。例如，晶片的邊緣部分與晶片的中心 部分的溫度經(jīng)常有差別。在等離子工藝中，等離子體的能量被晶片吸 收，會造成晶片的溫度升高，在等離子體濃度高的時候，這一現(xiàn)象更 為嚴(yán)重。
電場強度和射頻能量的不均勻也會造成晶片表面的溫度梯度。例 如，靠近晶片邊緣的部分電阻較低，導(dǎo)入射頻電源(RF)的能量容易 在這里聚集，使得晶片邊緣的溫度高于靠近中心的位置。另外，晶片 在其邊緣部分和靜電卡盤的導(dǎo)熱接觸差，造成晶片邊緣部分的熱量消 散效率低，也會使晶片靠近邊緣部分溫度偏高。在晶片處理工藝進行
過程中，晶片邊緣和中心的溫差可達5到10度。
在刻蝕工藝中，晶片溫度不均勻會造成刻蝕結(jié)果不均勻，刻蝕后 有些區(qū)域具有很高的表面平整度(RA),而另一些區(qū)域的RA則很差。 由于在低溫下聚會物的沉積系數(shù)更高，因此比預(yù)定工藝參數(shù)低的溫度 會造成過多的聚合物沉積，這就在晶片的某些區(qū)域形成了較差的RA 值，這些區(qū)域具有錐形的側(cè)壁，而且這些聚合物沉積很難從晶片上清 除，因此應(yīng)當(dāng)盡量消除這種刻蝕效應(yīng)，。
為了抵消工藝進行中由于射頻及等離子體能量不均等原因造成 的晶片溫度梯度，可以采用在靜電卡盤上不同區(qū)域提供不同的溫度的 方法對原有溫度梯度效應(yīng)進行中和。例如，由于以上原因，晶片的邊 緣部分溫度偏高，則可以讓靜電卡盤支撐晶片邊緣部分的溫度低于支 撐晶片中心的部分，從而使晶片溫度均勻。當(dāng)然，利用這種辦法，也 可以根據(jù)具體工藝要求控制晶片表面不同區(qū)域上呈現(xiàn)一定規(guī)律的溫 度分布。
在圖1中示出了現(xiàn)有技術(shù)方案一的傳統(tǒng)的靜電卡盤，靜電模塊被 直接固定在導(dǎo)熱基座上，晶片上的熱量經(jīng)過靜電模塊傳入靜電卡盤基 座。傳統(tǒng)靜電卡盤系統(tǒng)包括靜電卡盤和溫度控制系統(tǒng)組成。在靜電卡 盤內(nèi)設(shè)有兩個同心布置的流通冷卻液的內(nèi)環(huán)道和外環(huán)道(如圖1所示)，該內(nèi)、外環(huán)道之間由徑向通道連通在一起，在內(nèi)環(huán)道上設(shè)有冷
卻液流出口4，在外環(huán)道上i殳有冷卻液流入口3;溫度控制系統(tǒng)包4舌冷 卻機和與冷卻機相連的冷卻液流入管和冷卻液流出管，該兩根管路分
別與靜電卡盤內(nèi)冷卻液流出口和冷卻液流入口連通。工作時，冷卻積』 內(nèi)的液體由冷卻液流入管進入靜電卡盤內(nèi)，并沿著圖l中箭頭所示方 向流動，邊流動邊完成冷卻液與靜電卡盤的溫度交換，再由冷卻液流 出管流回冷卻機，經(jīng)冷卻機制冷之后的液體再由冷卻液流入管進入靜 電卡盤內(nèi)，如此往復(fù)循環(huán)。
該現(xiàn)有技術(shù)的缺點是，因為靜電卡盤內(nèi)的冷卻液通道是相互連通 的，其中只有一種溫度的冷卻液體，因此，整個靜電卡盤只能控制在 同 一個溫度，無法對原有的不均勻的溫度梯度進行^卜償。
現(xiàn)有技術(shù)方案二參見圖2，該方案把卡盤的上表面分成兩個獨 立的部分A、 B;并對這兩個區(qū)域分別進4亍溫度控制，這樣就可以調(diào) 節(jié)晶片內(nèi)、外部分的溫度差。
現(xiàn)有技術(shù)方案二的缺點是，因為兩個獨立的控溫區(qū)域呈同心分 布，所以只能補償徑向的溫度差，如圖3A所示的溫度不均勻性可以被 補償；但是不能補償如圖3B、 3C所示的角向的溫度不均勻性。在徑向、 角向均存在溫度差的情況下該現(xiàn)有技術(shù)方案二就無能為力了 。
同時，如圖4所示的等離子體處理設(shè)備中，采用的是中心對稱的 下抽氣方案，其中靜電卡盤10位于中心位置，可以按照圖4中箭頭所 示方向進行抽氣，這樣在晶片表面產(chǎn)生的溫度分布大體上如圖3A所 示。但是，由于現(xiàn)有機械結(jié)構(gòu)上的限制和高昂的成本，圖4的抽氣路 線很難實現(xiàn)；目前工業(yè)界大部分使用的是如圖5所示的側(cè)向抽氣方案， 其中l(wèi)l為石英蓋、12為氣體入口、 13為反應(yīng)腔室、14為線圈、15為晶 片、16為抽氣口，該種抽氣方案由于抽氣的路線并非為中心對稱的， 所以便產(chǎn)生了如圖3B、 3C所示的溫度梯度分布。
所以，針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷進行技術(shù)創(chuàng)新，更顯得尤為必要
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供能夠克服晶片表面由于溫 度不均勻?qū)е驴涛g速率、線條寬度、線條輪廓不均勻性等問題的一種 用于固定晶片并可區(qū)域控溫的卡盤裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計方案
一種用于固定晶片并可區(qū)域控溫的卡盤裝置，包括溫度控制裝置 和與溫度控制裝置相連的測溫裝置以及溫度調(diào)節(jié)裝置，所述溫度調(diào)節(jié) 裝置為兩個或兩個以上，所述卡盤裝置的至少部分表面劃分為兩個或 兩個以上呈扇形分布的溫度控制區(qū)域，每個溫度控制區(qū)域中至少設(shè)置 有一個溫度調(diào)節(jié)裝置，所述的每個溫度調(diào)節(jié)裝置均與溫度控制裝置相聯(lián)接。
優(yōu)選地，所述溫度調(diào)節(jié)裝置包括兩個或兩個以上將所述卡盤裝置 的至少部分表面劃分成扇形溫度區(qū)域分布的加熱器，所述的加熱器經(jīng) 由兩個或兩個以上單獨的控制回路進行控制。在所述卡盤的徑向上， 所述加熱器還呈同心分布。并且，所述加熱器的數(shù)量為三個或四個或 者為它們的倍數(shù)。此外，優(yōu)選地，所述溫度調(diào)節(jié)裝置還包括位于所漆 加熱器下方的冷卻器。
優(yōu)選地，所述溫度調(diào)節(jié)裝置包括兩個或兩個以上將所述卡盤裝置 的至少部分表面劃分成扇形溫度區(qū)域分布的冷卻器，所述的冷卻器經(jīng) 由兩個或兩個以上單獨的控制回路進行控制。在所述卡盤的徑向上， 所述冷卻器還呈同心分布。所述冷卻器的數(shù)量為三個或四個或者為它 們的倍數(shù)。所述的溫度調(diào)節(jié)裝置可先并聯(lián)后再經(jīng)由單獨的控制回路進 行控制。
優(yōu)選地，本發(fā)明中所述扇形的圓心角角度大于0度，小于360度。 即本發(fā)明中的扇形并未包括圓形的情況。
本發(fā)明的優(yōu)點是由于本發(fā)明采用了角向呈扇形分布的溫度調(diào)節(jié) 裝置，并且優(yōu)選地在卡盤的徑向上所述溫度調(diào)節(jié)裝置還呈同心分布， 因此可以使得晶片在角向和徑向兩個方向上，即整個卡盤的表面都能 實現(xiàn)均勻的溫度分布，避免產(chǎn)生有害溫度梯度，從而可以大大地提高 半導(dǎo)體晶片的加工能力。


圖l為現(xiàn)有技術(shù)方案一的冷卻液流道的示意圖2為現(xiàn)有技術(shù)方案二的溫度控制區(qū)域劃分示意圖3A為卡盤溫度梯度的一種分布示意圖3B為卡盤溫度梯度的另 一種分布示意圖3C為卡盤溫度梯度的又一種分布示意圖4為等離子體處理設(shè)備中采用中心對稱的下抽氣方案的示意
圖5為等離子體處理設(shè)備中采用的側(cè)向抽氣方案的示意圖； 圖6A和6B為本發(fā)明第一種實施例的溫度控制區(qū)域劃分的示意圖； 圖7 A和7 B為本發(fā)明第二種實施例的溫度控制區(qū)域劃分的示意圖； 圖8為本發(fā)明卡盤裝置的側(cè)視圖9A為未采用本發(fā)明卡盤裝置時形成的溫度梯度分布示意圖； 圖9B,為采用本發(fā)明卡盤裝置后形成的溫度梯度分布示意圖。
具體實施例方式
參見圖6A和6B,其中示出了本發(fā)明第一種實施例的溫度控制區(qū) 域劃分的示意圖，本發(fā)明的用于固定晶片并可區(qū)域控溫的卡盤裝置， 包括溫度控制裝置和與溫度控制裝置相連的測溫裝置以及溫度調(diào)節(jié) 裝置，其中溫度控制裝置和測溫裝置均可為現(xiàn)有技術(shù)中的控溫及測溫 裝置，并且在本實施例的附圖中，并未標(biāo)示出；所述的溫度調(diào)節(jié)裝置 為兩個或兩個以上，優(yōu)選地，所述所溫度調(diào)節(jié)裝置可以為加熱器和/ 或冷卻器，其的數(shù)量可以為三個或四個或者為它們的倍數(shù)，如圖6A 為四個Al、 A2、 A3、 A4，圖6B為三個Al、 A2、 A3,并將所述卡 盤裝置的至少部分表面劃分成兩個或兩個以上呈扇形分布的溫度控 制區(qū)域，參見圖6A和圖6B,所述扇形的圓心角角度大于0度，小于 360度，本發(fā)明中的扇形并未包括圓形的情況，當(dāng)然，各個扇形區(qū)域 的圓心角度可以相同，也可以不同，并且，所述的溫度調(diào)節(jié)裝置只是在位置分布上使得卡盤裝置的表面形成兩個或兩個以上的扇形區(qū)域， 并非對卡盤裝置本身進行了物理區(qū)域劃分。此外，所述的溫度調(diào)節(jié)裝 置經(jīng)由兩個或兩個以上單獨的控制回路進行控制，這樣，便可以根據(jù) 不同區(qū)域的溫度梯度進行相對應(yīng)的溫度調(diào)節(jié)，最終使得整個卡盤裝置 表面的溫度達到較好的晶片處理要求。
更進一步，所述溫度調(diào)節(jié)裝置包括兩個或兩個以上將所述卡盤裝 置的至少部分表面劃分成扇形溫度區(qū)域分布的加熱器，所述的加熱器 經(jīng)由兩個或兩個以上單獨的控制回路進行控制。根據(jù)需要，不同的加 熱器在所述卡盤裝置內(nèi)分布在不同的位置，其中有可能部分的加熱器 在空間某個方向上的位置相互重疊，同時，不同的加熱器可以分開供
電和控制，也可以將幾個加熱器并聯(lián)在一起，經(jīng)由一蹈、控制回路控制；
不同區(qū)域之間溫度也并不是嚴(yán)格區(qū)分的，在兩個加熱器之間的重疊部 分或交界處可存在溫度的漸變區(qū)。
參見圖7A和7B,其中示出本發(fā)明第二種實施例的溫度控制區(qū)域 劃分的示意圖，本實施例中，在所述卡盤的徑向上，加熱器還呈同心 分布，即A1、 A2、 A3、 A4與B1、 B2、 B3、 B4或Al、 A2、 A3與Bl、 B2、 B3。因此可以通過在各個區(qū)域中設(shè)置的溫度調(diào)節(jié)裝置(加熱器和 /或冷卻器)同時對晶片在角向和徑向兩個方向上存在的溫度差進4亍#卜 償，從而使整個卡盤的表面能實現(xiàn)均勻的溫度分布，避免產(chǎn)生有害溫 度梯度，從而可以大大地提高半導(dǎo)體晶片的加工能力。
參見圖8，本發(fā)明的溫度調(diào)節(jié)裝置還可同時包括位于所述加熱器 下方的冷卻器2。在此種具有冷卻器裝置的情況下，卡盤裝置表面溫 度是加熱器的加熱作用和冷卻器的冷卻作用相互作用、動態(tài)平衡的結(jié) 果，這樣可以達到更加穩(wěn)定、均勻的溫度分布。在作用時序方面，冷 卻器的作用是持續(xù)的、恒定的，冷卻液從冷卻液入口 3進入，從冷卻 液出口 4流出，與圖1中示出的裝置相似。冷卻器的溫度調(diào)節(jié)至少在 單次控制調(diào)節(jié)期間不會改變，主要是為卡盤裝置提供冷阱，而所述溫 度控制裝置(例如，加熱器)則用來調(diào)節(jié)特定溫度控制區(qū)域中的溫度。
本發(fā)明的又一 實施例為，所述溫度調(diào)節(jié)裝置包括兩個或兩個以上
8將所述卡盤裝置的至少部分表面劃分成扇形溫度區(qū)域分布的冷卻器， 所述的冷卻器經(jīng)由兩個或兩個以上單獨的控制回路進行控制。在所述 卡盤的徑向上，所述冷卻器還呈同心分布。所述冷卻器的數(shù)量為三個 或四個或者為它們的倍數(shù)。所述的溫度調(diào)節(jié)裝置可先并聯(lián)后再經(jīng)由單 獨的控制回路進行控制。并且，所述扇形的圓心角角度大于0度，小
于360度。
本發(fā)明的效果可以參見圖9A和9B,其中圖9A為未采用本發(fā)明裝 置的卡盤溫度梯度分布示意圖，即使用整體控溫卡盤裝置的刻蝕速率 結(jié)構(gòu)，而圖9B為使用扇形、同心區(qū)域劃分控制卡盤的刻蝕速率結(jié)果。 具體為用空白硅片做工藝實驗，用Cl2、 HBr做刻蝕氣體，刻蝕完成 后用膜厚測量儀觀察刻蝕速率并做圖，可以看出，使用了扇形、同心 區(qū)域劃分相結(jié)合的卡盤控溫方案后，刻蝕速率的均勻性比使用單一溫 度卡盤的要好得多。
顯而易見，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，可以用本發(fā)明的用于固定晶 片并可區(qū)域控溫的卡盤裝置，構(gòu)成各種類型的控溫卡盤結(jié)構(gòu)。
上述實施例僅供說明本發(fā)明之用，而并非是對本發(fā)明的限制，有 關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，還可以 作出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)屬于本發(fā)明的范 疇，本發(fā)明的專利保護范圍應(yīng)由各權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1、一種用于固定晶片并可區(qū)域控溫的卡盤裝置，包括溫度控制裝置和與溫度控制裝置相連的測溫裝置以及溫度調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述溫度調(diào)節(jié)裝置為兩個或兩個以上，所述卡盤裝置的至少部分表面劃分為兩個或兩個以上呈扇形分布的溫度控制區(qū)域，每個溫度控制區(qū)域中至少設(shè)置有一個溫度調(diào)節(jié)裝置，所述的每個溫度調(diào)節(jié)裝置均與溫度控制裝置相聯(lián)接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的卡盤裝置，其特征在于所述溫度調(diào)節(jié)裝 置包括兩個或兩個以上將所述卡盤裝置的至少部分表面劃分成扇形溫度 區(qū)域分布的加熱器，所述的加熱器經(jīng)由兩個或兩個以上單獨的控制回^各 進行控制。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的卡盤裝置，其特征在于在所述卡盤的徑 向上，所述加熱器還呈同心分布。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的卡盤裝置，其特征在于所述加熱器的數(shù) 量為三個或四個或者為它們的倍ft。 '
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的卡盤裝置，其特征在于所述溫度調(diào)節(jié)裝 置還包括位于所述加熱器下方的冷卻器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的卡盤裝置，其特征在于所述溫度調(diào)節(jié)裝 置包括兩個或兩個以上將所述卡盤裝置的至少部分表面劃分成扇形溫度 區(qū)域分布的冷卻器，所述的冷卻器經(jīng)由兩個或兩個以上單獨的控制回^各 進行控制。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的卡盤裝置，其特征在于在所述卡盤的徑 向上，所述冷卻器還呈同心分布。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的卡盤裝置，其特征在于所述冷卻器的數(shù) 量為三個或四個或者為它們的倍數(shù)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求2或6所述的卡盤裝置，其特征在于所述的溫度 調(diào)節(jié)裝置可先并聯(lián)后再經(jīng)由單獨的控制回路進行控制。
10、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的卡盤裝置，其特征在于所述扇形的圓 心角角度大于0度，小于360度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于固定晶片并可區(qū)域控溫的卡盤裝置，包括溫度控制裝置和與溫度控制裝置相連的測溫裝置以及溫度調(diào)節(jié)裝置，所述溫度調(diào)節(jié)裝置為兩個或兩個以上，所述卡盤裝置的至少部分表面劃分為兩個或兩個以上呈扇形分布的溫度控制區(qū)域，每個溫度控制區(qū)域中至少設(shè)置有一個溫度調(diào)節(jié)裝置，所述的每個溫度調(diào)節(jié)裝置均與溫度控制裝置相聯(lián)接。由于本發(fā)明采用了角向呈扇形分布的溫度調(diào)節(jié)裝置，并且優(yōu)選地在卡盤的徑向上所述溫度調(diào)節(jié)裝置還呈同心分布，因此可以使得晶片在角向和徑向兩個方向上，即整個卡盤的表面都能實現(xiàn)均勻的溫度分布，避免產(chǎn)生有害溫度梯度，從而可以大大地提高半導(dǎo)體晶片的加工能力。
文檔編號H01L21/67GK101465312SQ200710179768
公開日2009年6月24日 申請日期2007年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月18日
發(fā)明者劉利堅, 申浩南 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