专利名称：一种用于固定晶片并可区域控温的卡盘装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种卡盘装置，特别是涉及一种用于固定晶片并可区 域控温的卡盘装置。
背景技术：
目前，随着电子技术的高速发展，人们对集成电路的集成度要求 越来越高，这就要求生产集成电路的企业不断地提高半导体晶片的加
工能力。等离子体发生装置广泛地应用于集成电路(IC)或MEMS 器件的制造工艺中。在低气压下，反应气体在射频功率的激发下，产 生电离形成等离子体，等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的 原子、分子和自由基等活性基团，这些活性反应基团和工件表面发生 各种物理化学反应并形成挥发性的生成物，从而使材料表面结构、性 能发生变化。 '
卡盘在半导体生产工艺中被用来固定晶片，避免晶片在处理过程 中出现移动或者错位现象。静电卡盘采用静电引力来固定晶片，相对 于以前采用的机械卡盘和真空卡盘，具有很多优势。静电卡盘减少了 在使用机械卡盘时由于压力、碰撞等原因造成的晶片破损；增大了晶 片可被有效加工的面积；减少了晶片表面腐蚀物颗粒的沉积；并且可 以在真空工艺环境下工作。
典型的静电卡盘由基座和固定在其上的静电模块构成。静电模块 包含至少一个电极，电极被绝缘层包裹。在静电卡盘工作时，在静电 卡盘电极上加直流偏压，从而使电极上产生电荷积累。在使用单电极 驱动的情况下，反应腔室内的等离子体的作用使得晶片上出现电荷积 累，积累的电荷极性与静电卡盘电极上的电荷极性相反，从而在电极 和晶片之间产生库仑引力。在使用双电极驱动的情况下，两个积累了 不同极性电荷的电极被用于对晶片产生引力。典型的静电卡盘在其中 具有冷却液体通道，通过冷却机控制流过其中的冷却液体的温度，来
3控制静电卡盘的温度。
在工艺进行过程中，晶片和卡盘都处于高温环境中，这可能造成 晶片表面产生有害的温度梯度。例如，晶片的边缘部分与晶片的中心 部分的温度经常有差别。在等离子工艺中，等离子体的能量被晶片吸 收，会造成晶片的温度升高，在等离子体浓度高的时候，这一现象更 为严重。
电场强度和射频能量的不均匀也会造成晶片表面的温度梯度。例 如，靠近晶片边缘的部分电阻较低，导入射频电源(RF)的能量容易 在这里聚集，使得晶片边缘的温度高于靠近中心的位置。另外，晶片 在其边缘部分和静电卡盘的导热接触差，造成晶片边缘部分的热量消 散效率低，也会使晶片靠近边缘部分温度偏高。在晶片处理工艺进行
过程中，晶片边缘和中心的温差可达5到10度。
在刻蚀工艺中，晶片温度不均匀会造成刻蚀结果不均匀，刻蚀后 有些区域具有很高的表面平整度(RA),而另一些区域的RA则很差。 由于在低温下聚会物的沉积系数更高，因此比预定工艺参数低的温度 会造成过多的聚合物沉积，这就在晶片的某些区域形成了较差的RA 值，这些区域具有锥形的侧壁，而且这些聚合物沉积很难从晶片上清 除，因此应当尽量消除这种刻蚀效应，。
为了抵消工艺进行中由于射频及等离子体能量不均等原因造成 的晶片温度梯度，可以采用在静电卡盘上不同区域提供不同的温度的 方法对原有温度梯度效应进行中和。例如，由于以上原因，晶片的边 缘部分温度偏高，则可以让静电卡盘支撑晶片边缘部分的温度低于支 撑晶片中心的部分，从而使晶片温度均匀。当然，利用这种办法，也 可以根据具体工艺要求控制晶片表面不同区域上呈现一定规律的温 度分布。
在图1中示出了现有技术方案一的传统的静电卡盘，静电模块被 直接固定在导热基座上，晶片上的热量经过静电模块传入静电卡盘基 座。传统静电卡盘系统包括静电卡盘和温度控制系统组成。在静电卡 盘内设有两个同心布置的流通冷却液的内环道和外环道(如图1所示)，该内、外环道之间由径向通道连通在一起，在内环道上设有冷
却液流出口4，在外环道上i殳有冷却液流入口3;温度控制系统包4舌冷 却机和与冷却机相连的冷却液流入管和冷却液流出管，该两根管路分
别与静电卡盘内冷却液流出口和冷却液流入口连通。工作时，冷却积』 内的液体由冷却液流入管进入静电卡盘内，并沿着图l中箭头所示方 向流动，边流动边完成冷却液与静电卡盘的温度交换，再由冷却液流 出管流回冷却机，经冷却机制冷之后的液体再由冷却液流入管进入静 电卡盘内，如此往复循环。
该现有技术的缺点是，因为静电卡盘内的冷却液通道是相互连通 的，其中只有一种温度的冷却液体，因此，整个静电卡盘只能控制在 同 一个温度，无法对原有的不均匀的温度梯度进行^卜偿。
现有技术方案二参见图2，该方案把卡盘的上表面分成两个独 立的部分A、 B;并对这两个区域分别进4亍温度控制，这样就可以调 节晶片内、外部分的温度差。
现有技术方案二的缺点是，因为两个独立的控温区域呈同心分 布，所以只能补偿径向的温度差，如图3A所示的温度不均匀性可以被 补偿；但是不能补偿如图3B、 3C所示的角向的温度不均匀性。在径向、 角向均存在温度差的情况下该现有技术方案二就无能为力了 。
同时，如图4所示的等离子体处理设备中，采用的是中心对称的 下抽气方案，其中静电卡盘10位于中心位置，可以按照图4中箭头所 示方向进行抽气，这样在晶片表面产生的温度分布大体上如图3A所 示。但是，由于现有机械结构上的限制和高昂的成本，图4的抽气路 线很难实现；目前工业界大部分使用的是如图5所示的侧向抽气方案， 其中ll为石英盖、12为气体入口、 13为反应腔室、14为线圈、15为晶 片、16为抽气口，该种抽气方案由于抽气的路线并非为中心对称的， 所以便产生了如图3B、 3C所示的温度梯度分布。
所以，针对上述现有技术的缺陷进行技术创新，更显得尤为必要
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供能够克服晶片表面由于温 度不均匀导致刻蚀速率、线条宽度、线条轮廓不均匀性等问题的一种 用于固定晶片并可区域控温的卡盘装置。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案
一种用于固定晶片并可区域控温的卡盘装置，包括温度控制装置 和与温度控制装置相连的测温装置以及温度调节装置，所述温度调节 装置为两个或两个以上，所述卡盘装置的至少部分表面划分为两个或 两个以上呈扇形分布的温度控制区域，每个温度控制区域中至少设置 有一个温度调节装置，所述的每个温度调节装置均与温度控制装置相联接。
优选地，所述温度调节装置包括两个或两个以上将所述卡盘装置 的至少部分表面划分成扇形温度区域分布的加热器，所述的加热器经 由两个或两个以上单独的控制回路进行控制。在所述卡盘的径向上， 所述加热器还呈同心分布。并且，所述加热器的数量为三个或四个或 者为它们的倍数。此外，优选地，所述温度调节装置还包括位于所漆 加热器下方的冷却器。
优选地，所述温度调节装置包括两个或两个以上将所述卡盘装置 的至少部分表面划分成扇形温度区域分布的冷却器，所述的冷却器经 由两个或两个以上单独的控制回路进行控制。在所述卡盘的径向上， 所述冷却器还呈同心分布。所述冷却器的数量为三个或四个或者为它 们的倍数。所述的温度调节装置可先并联后再经由单独的控制回路进 行控制。
优选地，本发明中所述扇形的圆心角角度大于0度，小于360度。 即本发明中的扇形并未包括圓形的情况。
本发明的优点是由于本发明采用了角向呈扇形分布的温度调节 装置，并且优选地在卡盘的径向上所述温度调节装置还呈同心分布， 因此可以使得晶片在角向和径向两个方向上，即整个卡盘的表面都能 实现均匀的温度分布，避免产生有害温度梯度，从而可以大大地提高 半导体晶片的加工能力。
图l为现有技术方案一的冷却液流道的示意图2为现有技术方案二的温度控制区域划分示意图3A为卡盘温度梯度的一种分布示意图3B为卡盘温度梯度的另 一种分布示意图3C为卡盘温度梯度的又一种分布示意图4为等离子体处理设备中采用中心对称的下抽气方案的示意
图5为等离子体处理设备中采用的侧向抽气方案的示意图； 图6A和6B为本发明第一种实施例的温度控制区域划分的示意图； 图7 A和7 B为本发明第二种实施例的温度控制区域划分的示意图； 图8为本发明卡盘装置的侧视图9A为未采用本发明卡盘装置时形成的温度梯度分布示意图； 图9B,为采用本发明卡盘装置后形成的温度梯度分布示意图。
具体实施例方式
参见图6A和6B,其中示出了本发明第一种实施例的温度控制区 域划分的示意图，本发明的用于固定晶片并可区域控温的卡盘装置， 包括温度控制装置和与温度控制装置相连的测温装置以及温度调节 装置，其中温度控制装置和测温装置均可为现有技术中的控温及测温 装置，并且在本实施例的附图中，并未标示出；所述的温度调节装置 为两个或两个以上，优选地，所述所温度调节装置可以为加热器和/ 或冷却器，其的数量可以为三个或四个或者为它们的倍数，如图6A 为四个Al、 A2、 A3、 A4，图6B为三个Al、 A2、 A3,并将所述卡 盘装置的至少部分表面划分成两个或两个以上呈扇形分布的温度控 制区域，参见图6A和图6B,所述扇形的圆心角角度大于0度，小于 360度，本发明中的扇形并未包括圓形的情况，当然，各个扇形区域 的圆心角度可以相同，也可以不同，并且，所述的温度调节装置只是在位置分布上使得卡盘装置的表面形成两个或两个以上的扇形区域， 并非对卡盘装置本身进行了物理区域划分。此外，所述的温度调节装 置经由两个或两个以上单独的控制回路进行控制，这样，便可以根据 不同区域的温度梯度进行相对应的温度调节，最终使得整个卡盘装置 表面的温度达到较好的晶片处理要求。
更进一步，所述温度调节装置包括两个或两个以上将所述卡盘装 置的至少部分表面划分成扇形温度区域分布的加热器，所述的加热器 经由两个或两个以上单独的控制回路进行控制。根据需要，不同的加 热器在所述卡盘装置内分布在不同的位置，其中有可能部分的加热器 在空间某个方向上的位置相互重叠，同时，不同的加热器可以分开供
电和控制，也可以将几个加热器并联在一起，经由一蹈、控制回路控制；
不同区域之间温度也并不是严格区分的，在两个加热器之间的重叠部 分或交界处可存在温度的渐变区。
参见图7A和7B,其中示出本发明第二种实施例的温度控制区域 划分的示意图，本实施例中，在所述卡盘的径向上，加热器还呈同心 分布，即A1、 A2、 A3、 A4与B1、 B2、 B3、 B4或Al、 A2、 A3与Bl、 B2、 B3。因此可以通过在各个区域中设置的温度调节装置(加热器和 /或冷却器)同时对晶片在角向和径向两个方向上存在的温度差进4亍#卜 偿，从而使整个卡盘的表面能实现均匀的温度分布，避免产生有害温 度梯度，从而可以大大地提高半导体晶片的加工能力。
参见图8，本发明的温度调节装置还可同时包括位于所述加热器 下方的冷却器2。在此种具有冷却器装置的情况下，卡盘装置表面温 度是加热器的加热作用和冷却器的冷却作用相互作用、动态平衡的结 果，这样可以达到更加稳定、均匀的温度分布。在作用时序方面，冷 却器的作用是持续的、恒定的，冷却液从冷却液入口 3进入，从冷却 液出口 4流出，与图1中示出的装置相似。冷却器的温度调节至少在 单次控制调节期间不会改变，主要是为卡盘装置提供冷阱，而所述温 度控制装置(例如，加热器)则用来调节特定温度控制区域中的温度。
本发明的又一 实施例为，所述温度调节装置包括两个或两个以上
8将所述卡盘装置的至少部分表面划分成扇形温度区域分布的冷却器， 所述的冷却器经由两个或两个以上单独的控制回路进行控制。在所述 卡盘的径向上，所述冷却器还呈同心分布。所述冷却器的数量为三个 或四个或者为它们的倍数。所述的温度调节装置可先并联后再经由单 独的控制回路进行控制。并且，所述扇形的圓心角角度大于0度，小
于360度。
本发明的效果可以参见图9A和9B,其中图9A为未采用本发明装 置的卡盘温度梯度分布示意图，即使用整体控温卡盘装置的刻蚀速率 结构，而图9B为使用扇形、同心区域划分控制卡盘的刻蚀速率结果。 具体为用空白硅片做工艺实验，用Cl2、 HBr做刻蚀气体，刻蚀完成 后用膜厚测量仪观察刻蚀速率并做图，可以看出，使用了扇形、同心 区域划分相结合的卡盘控温方案后，刻蚀速率的均匀性比使用单一温 度卡盘的要好得多。
显而易见，本领域的普通技术人员，可以用本发明的用于固定晶 片并可区域控温的卡盘装置，构成各种类型的控温卡盘结构。
上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有 关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，还可以 作出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本发明的范 畴，本发明的专利保护范围应由各权利要求限定。
权利要求
1、一种用于固定晶片并可区域控温的卡盘装置，包括温度控制装置和与温度控制装置相连的测温装置以及温度调节装置，其特征在于所述温度调节装置为两个或两个以上，所述卡盘装置的至少部分表面划分为两个或两个以上呈扇形分布的温度控制区域，每个温度控制区域中至少设置有一个温度调节装置，所述的每个温度调节装置均与温度控制装置相联接。
2、 根据权利要求l所述的卡盘装置，其特征在于所述温度调节装 置包括两个或两个以上将所述卡盘装置的至少部分表面划分成扇形温度 区域分布的加热器，所述的加热器经由两个或两个以上单独的控制回^各 进行控制。
3、 根据权利要求2所述的卡盘装置，其特征在于在所述卡盘的径 向上，所述加热器还呈同心分布。
4、 根据权利要求3所述的卡盘装置，其特征在于所述加热器的数 量为三个或四个或者为它们的倍ft。 '
5、 根据权利要求2所述的卡盘装置，其特征在于所述温度调节装 置还包括位于所述加热器下方的冷却器。
6、 根据权利要求l所述的卡盘装置，其特征在于所述温度调节装 置包括两个或两个以上将所述卡盘装置的至少部分表面划分成扇形温度 区域分布的冷却器，所述的冷却器经由两个或两个以上单独的控制回^各 进行控制。
7、 根据权利要求6所述的卡盘装置，其特征在于在所述卡盘的径 向上，所述冷却器还呈同心分布。
8、 根据权利要求7所述的卡盘装置，其特征在于所述冷却器的数 量为三个或四个或者为它们的倍数。
9、 根据权利要求2或6所述的卡盘装置，其特征在于所述的温度 调节装置可先并联后再经由单独的控制回路进行控制。
10、 根据权利要求2所述的卡盘装置，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
本发明涉及一种用于固定晶片并可区域控温的卡盘装置，包括温度控制装置和与温度控制装置相连的测温装置以及温度调节装置，所述温度调节装置为两个或两个以上，所述卡盘装置的至少部分表面划分为两个或两个以上呈扇形分布的温度控制区域，每个温度控制区域中至少设置有一个温度调节装置，所述的每个温度调节装置均与温度控制装置相联接。由于本发明采用了角向呈扇形分布的温度调节装置，并且优选地在卡盘的径向上所述温度调节装置还呈同心分布，因此可以使得晶片在角向和径向两个方向上，即整个卡盘的表面都能实现均匀的温度分布，避免产生有害温度梯度，从而可以大大地提高半导体晶片的加工能力。
文档编号H01L21/67GK101465312SQ200710179768
公开日2009年6月24日 申请日期2007年12月18日 优先权日2007年12月18日
发明者刘利坚, 申浩南 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司