[发明专利]刻蚀设备的控温装置及其控制晶片温度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体生产工艺中的控温系统，尤其涉及一种晶片刻蚀设备的控温装置，及其控制晶片温度的方法。

背景技术

卡盘在半导体生产工艺中被用来固定和支撑晶片，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下，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(Chiller)控制流过其中的冷却液体的温度，来控制静电卡盘的温度。

晶片的温控是通过控制静电卡盘的温度实现的，但是因为晶片与静电卡盘之间的接触面不可能绝对平滑，因此相互之间的热传导效果不好。通用的做法为在晶片背面和静电卡盘之间通入冷媒气体，通常使用背冷气体。

传统的静电卡盘控温系统采用的控温方法通常是在静电卡盘上制作一个背冷气体通道，背冷气体由该通道导入。静电卡盘的晶片支撑面上制作了一定的导气凹槽系统，晶片和静电卡盘表面的凹槽系统形成了一个接近密闭的腔室结构，背冷气体就在这个腔室内流通。在采用这种方法时，为了避免背冷气体的泄露，要求导气系统不能延伸到晶片支撑的边缘部分，导气系统的边缘和晶片边缘之间一般需要留10到20毫米的距离。即在距离晶片边缘10到20毫米的环形区域内，静电卡盘晶片支撑表面为平面。这就导致背冷气体不能充分到达晶片的边缘部分，造成晶片边缘部分散热效果较差，温度较高。

相反，如果使导气系统过分向晶片边缘部分延伸，会加大背冷气体的泄露量，这将降低系统对晶片温度、特别是边缘温度的控制能力，使晶片上出现冷热不均的区域，造成整个晶片的温度下降。

另外，因为害怕在工艺过程中，静电卡盘受到等离子体伤害，静电卡盘的盘面直径通常设计为小于晶片的直径，这就导致晶片边缘部分不能放置在静电卡盘上，而是放置在其它部件如聚焦环上，这些部件没有温控功能。且在晶片边缘部分没有背冷气体。这些因素都导致了工艺过程中晶片的温度不均匀。

在刻蚀工艺中，晶片温度的不均匀会造成刻蚀结果的不均匀，刻蚀后有些区域具有很高的刻蚀剖面角度值，而另一些区域刻蚀剖面角度则很差。比预定工艺参数低的温度会造成过多的聚合物沉积，因为在低温下聚合物的沉积系数更高，这就在晶片的某些区域形成了较差的刻蚀剖面角度值，具有锥形的侧壁。这种刻蚀效应当是被尽量消除的，而且，这些聚合物沉积很难从晶片上清除。

目前解决的方法有两种：

一种是，让背冷气体在静电卡盘边缘部分泄漏，以改善晶片边缘部分的散热性能，但是在这种方法中，边缘部分泄漏的气体与晶片中心及其它部分的气体是连通的，因此泄漏的气体的量无法控制和计量，且如果泄露的气体量过大，必然影响其它部分的背冷气体压强，使晶片的温度难以控制。

另一种是，在静电卡盘的侧面设计背冷气体泄漏孔，但是该背冷气体泄漏孔的作用主要是使得背冷气体的压强稳定，因此那些背冷气体孔是与静电卡盘表面连通的，泄漏的量很小，只是为了稳定背冷背冷气体压强，不能起到对晶片边缘部分的冷却作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、使用方便的刻蚀设备的控温装置，及应用该装置控制晶片温度的方法，既可以改变晶片边缘部分的散热效果，又可以有效控制晶片的温度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的刻蚀设备的控温装置，设于刻蚀设备的静电卡盘处，用于控制静电卡盘的温度，静电卡盘上可放置晶片，所述的静电卡盘上设有中心背冷气体通道和边缘背冷气体通道，且所述中心背冷气体通道与边缘背冷气体通道不连通；所述中心背冷气体通道和边缘背冷气体通道分别与气源连接。

所述的中心背冷气体通道与晶片接触的部分紧密接触且密封良好。

所述的边缘背冷气体通道的边缘与晶片接触的部分接触面稍粗糙，背冷气体可沿粗糙面部分泄漏。