[发明专利]一种用于固定晶片并可区域控温的卡盘装置

说明书

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。由于在低温下聚合物的沉积系数更高，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，在外环道上设有冷却液流入口3；温度控制系统包括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，冷却机内的液体由冷却液流入管进入静电卡盘内，并沿着图1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补偿。

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行温度控制，这样就可以调节晶片内、外部分的温度差。