专利名称：设有双层冷却剂流管的静电夹头控温装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种静电夹头的控温装置。本发明尤其涉及设有一个设有双层冷却剂 流管的静电夹头控温装置，它在整个静电夹头的内部形成一个平面螺旋形的第一静电夹头 流管，并在静电夹头内部的外表面区形成一个螺旋形的第二静电夹电流管，由于这两个流 管成上/下两层，因此它可以分别控制晶片中心部分和边缘部分的温度。
背景技术：
在制备晶片表面上的一个导电层和一个绝缘层时，控制一个电子电路设备通常可 以获得一个半导体设备，其中一个静电夹头的静电力将晶片固定。静电夹头除了固定晶片， 还用作一个等离子体发生电极。当一个内腔中产生的离子及类似物在一个半导体底板上加 速并射出时，由于离子及其类似物的动能转化为热能，因此半导体底板的温度会升高。这样 晶片的热能改变会降低晶片临界尺寸(CD)的离差。因此，静电夹头通常会设有一个温度控 制系统。这个温度控制系统可以是一个冷却器，也可以是一个冷却器与一个加热器的组合。使用一个冷却器和一个加热器的组合来控制温度可以有利地独立控制晶片中心 部分和边缘部分，由于替换了加热器，静电夹头的设计和制造方法变得复杂，如果在一个氧 化物蚀刻过程中使用高偏置电源，那么所述的加热器被破坏或者是一个无线电频率(RF) 干扰会使控制变得复杂和困难。此外，如果使用一种冷却器，那么会有一个问题是无法实现均勻性，并且不能迅速 地控制晶片的整个温度。尤其是如果一个⑶小于30nm，一个半导体的制造方法会变得复 杂，此外一个过程的控制要求非常精确地控制。因此，如果仅使用一个冷却器是无法实现精 确控制的。如一个实例是一个间隔图形技术(SPT)或一个双图形技术(DPT)。如果有一个 无定形碳层(ACL)或者多晶硅薄膜，那么现有的SPT方法就可以在40°C以上的高温下实现。 如果有一个氧化物薄膜，那么现有的SPT方法就可以在40°C以下的低温下实现。因此，如果 成功蚀刻每个层时，由于所有过程都是在相同的温度下完成的，所以就无法获得需要的蚀 刻特性。因此，为了在实现一个原位方法同时不会让晶片脱出内腔，需要根据蚀刻过程中薄 膜的种类和质量，在短时间内迅速改变静电夹头的温度，此外如果仅使用一个冷却器来控制静电夹头的温度，那么就无法分别控制晶片中 心部分和边缘部分的温度。即需要在CD小于或等于40nm时，将CD分布控制在小于或等于 2nm，但是在CD小于或等于30nm时，CD分布会降低到小于或等于lnm。
发明内容
本发明的一个优选实施方面是解决至少一个上述问题和/或缺点，提供至少一种 下述优点。因此，本发明的一个优选实施方面是提供一种静电夹头的控温装置，其包括一个 双层冷却剂流管，因此它可以分别控制晶片中心和边缘部分的温度。
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本发明的另一个优选实施方面是提供一种静电夹头的控温装置，其包括一个双层 冷却剂流管，它可以在过程发展中迅速改变静电夹头的温度。因此本发明一方面提供了静电夹头的控温装置。所述的装置可以包括一个静电夹 头，一个或多个冷却器。所述的静电夹头包括一个第一流管和一个第二流管，它们在冷却循 环中形成一个流管部分。所述的第一流管是设置在静电夹头内部的外表面区域内。所述的 第二流管是设置在静电夹头的整个内部区域内。所述的冷却器能通过第一流管或第二流管 实现不同温度的冷却控制。第一流管和第二流管可以设置在静电夹头的上/下两层，其形状可以是平面螺旋 形结构。所述的装置在冷却器和流管部分之间还可以包括一个开/关阀门，它可以控制冷 却器和流管部分之间的冷却剂流动，还可以包括一个循环阀门，它可以使那些从冷却器中 流出的冷却剂再流回，并仅在内部循环所述的冷却剂。本发明所述的循环阀门可以安装在所述的冷却器和所述的开/关阀门。如上文所述，本发明可以在，它在整个静电夹头的内部形成一个平面螺旋形的第 一静电夹头流管，并在静电夹头内部的外表面区形成一个螺旋形的第二静电夹电流管，由 于这两个流管成上/下两层，因此它可以分别控制晶片中心部分和边缘部分的温度。此外，本发明在若干个冷却器中充入不同温度的冷却剂，因此可以在进程发展中 迅速地改变静电夹电的温度。
下面将结合附图进一步详细说明本发明的上述以及其它目的、特征和优点，其 中图1是本发明第一优选实施例中温控装置的结构示意图；图2是图1所述的温控方法的流程示意图；图3是本发明第二优选实施例中温控装置的结构示意图；图4是图3所述的温控方法的流程示意图；图5是本发明第三优选实施例中温控装置的结构示意图；图6是图5所述的温控方法的流程示意图；图7是本发明一个优选实施例所述的冷却剂流管的俯视图；在这些附图中，同样的附图标记代表同样的元素、特征和结构。
具体实施例方式下面将结合附图具体说明本发明的优选实施例。为了使下述说明更简洁，将会在 说明中省略其中公知的结构和构造。图1是本发明第一优选实施例中温控装置的结构示意图，其中包括一个冷却剂流 管和两个与冷却剂流管相连的冷却器。图2是图1所述的温控方法的流程示意图。如图1所示，本发明第一优选实施例所述的温控装置100包括一个静电夹头101， 一个设置在静电夹头101内的冷却剂流管102和从若干个冷却器中流出的循环冷却剂，两 个设为不同温度的冷却器110和120，和若干个控制冷却器110和120间冷却剂流动的阀门110a、110b、110C、120a、120b和120c。虽然图1没有图示，但是可以设置一个独立的微 电脑，它根据若干个阀门110a、110b、110c、120a、120b和120c的开/关控制来设置冷却器 110和120的温度。如图1所示，所述的冷却剂流管102穿过了整个静电夹头101的内部区。一种冷 却剂从静电夹头101底部设置的入口 10 处流入，并通过冷却剂流管102在整个静电夹头 101的内部区域流动，然后从静电夹头101底部设置的出口 102b处流出。所述的冷却器110和120可以根据一个设定温度来控制冷却剂的温度。第一冷却 器110设定温度(Tl)，第二冷却器120设定温度(T2)。若干个阀门110a、110b、110c、120a、120b和120c控制静电夹头101中冷却器110 和120与冷却剂流管102之间的冷却剂流动。由于阀门IlOaUlOb和IlOc和第一冷却器 110相连，因此阀门(Vl) IlOa是用于防止从第一冷却器110中流出的冷却剂又流回到第一 冷却器110中。由于阀门IlOaUlOb和IlOc与第一冷却器110相连，因此阀门(V2) IlOb和 阀门(V； ) IlOc是用于控制第一冷却器110和冷却剂流管102之间的冷却剂流动。相似地， 由于阀门120a、120b和120c与第二冷却器120相连，因此阀门(V4) 120a是用于防止从第 二冷却器120中流出的流体又流回到第二冷却器120中。由于阀门120a、120b和120c与 第二冷却器120相连，因此阀门(V5) 120b和阀门(V6) 120c是用于控制第二冷却器120和 冷却剂流管102之间的冷却剂流动。这种结构能根据蚀刻过程中薄膜的类型和质量在短时 间内有效地改变静电夹头101的温度，甚至是在晶片还没有出内腔时。图2详细说明了具有上述结构的温控装置的一个温控方法。如图1和2所示，在步骤200中，所述的装置将第一冷却器110的温度设置为温度 (Tl)，然后打开阀门(Vl) 110a，同时关闭阀门(V2) IlOb和阀门(V3) IlOc0因此，将一种冷 却剂控制为温度(Tl)，并使之在第一冷却器110中循环。相似地，在步骤201中，所述的装置将第二冷却器120的温度设置为温度(T2)，然 后打开阀门(V4) 120a，同时关闭阀门(V5) 120b和阀门(V6)120c。因此，将一种冷却剂控制 为温度(T2)，并使之在第二冷却器120中循环。在步骤202中，所述的装置判断是否循环第一冷却器110中已经根据进程设置为 设定温度(Tl)的冷却剂。如果循环第一冷却器110中为温度(Tl)的冷却剂，那么装置进 入到步骤203，否则进入到205并循环第二冷却器120中为温度(T2)的冷却剂。在步骤203中，所述的装置关闭阀门(Vl) 110a，同时打开阀门(V2) IlOb和阀门 (V3)110c。所以，所述的温度控制为(Tl)的冷却剂通过冷却剂流管102在静电夹头101中 循环。然后在步骤204中，所述的装置在一个环境温度(Tl)中完成一个对应的进程。在步骤205中，所述的装置关闭阀门(V4) 120a，同时打开阀门(V5) 120b和阀门 (V6)120c。所以，所述的温度控制为(T2)的冷却剂通过冷却剂流管102在静电夹头101中 循环。然后在步骤206中，所述的装置在一个环境温度(1 中完成一个对应的进程。最后，在步骤207中，如果需要在一个不同的环境温度下完成一个进程，那么该装 置进入到步骤208，并设置温度(Tl)和(T2)，重复步骤200至207。如果不需要完成所述的 其它进程，那么该方法结束。
图3是本发明第二优选实施例中温控装置的结构示意图，其中包括两个冷却剂流 管和两个与所述两个冷却剂流管相连的冷却器。图4是图2所述的温控方法的流程示意图。 图3所示的温控装置300具有与图1所示温控装置相同的结构，图3与图1不同之处是其 冷却剂流管302和303是成上/下两层地设置一个静电夹头301中。下面将详细说明设置在静电夹头301冷却剂流管302和303。所述的冷却剂流管 302和303是由一个设置在静电夹头301顶部的第一冷却剂流管302和一个设置在静电夹 头301底部的第二冷却剂流管303组成。所述的第一冷却剂流管302是设置在静电夹头 301内部的外表面区域。所述的第二冷却剂流管303是设置为穿过整个静电夹头301的内 部区域。如上文的现有技术中的详细说明所述，这种结构可以分别控制晶片的中心部分和 边缘部分的温度。另一方面，图3图示了第一冷却剂流管302是设置在第二冷却剂流管303 之上的，但是这仅是举例说明。也可以根据需要将第一冷却剂流管302设置在第二冷却剂 流管303的下面。如图3及下面的图4所示，在步骤400中，所述的装置将第一冷却器310的温度设 置为温度(Tl)，然后打开阀门(Vl)310a，同时关闭阀门(V2)310b和阀门(V3)310c。因此， 将一种冷却剂控制为温度(Tl)，并使之在第一冷却器310中循环。相似地，在步骤401中，将第二冷却器320的温度设置为温度(T2)，然后打开阀门 (V4) 320a，同时关闭阀门(V5)320b和阀门(V6) 320c。因此，将一种冷却剂控制为温度(T2)， 并使之在第二冷却器320中循环。在步骤402中，所述的装置判断是否循环第二冷却器320中已经根据进程设置为 设定温度(T2)的冷却剂。如果循环第二冷却器320中为温度(T2)的冷却剂，那么装置进 入到步骤403，否则跳到407并判断是否完成下一个进程。在步骤403中，所述的装置关闭阀门(V4)310a，同时打开阀门(V5) 320b和阀门 (V6)320c。所以，所述的温度控制为(T2)的冷却剂通过冷却剂流管303在静电夹头301中 循环。然后在步骤404中，所述的装置判断是否需要将一个晶片的边缘部分设置为不同 温度。这个判断完全可以由图3中未示的一个独立的微电脑完成。根据判断的结果，若需 要将边缘部分设定为不同的温度，那么所述的装置会进入到步骤405，否则会跳到步骤406 并完成一个对应的进程。在步骤405中，为了控制边缘部分的温度，所述的装置关闭阀门(Vl)310a，同时打 开阀门(V2)310b和阀门(V3)310c。所以，被控制为温度(T2)的冷却剂通过顶部的冷却剂 流管302在静电夹头301中循环。然后在步骤406中，所述的装置完成一个对应的进程。完成对应的进程之后，在步骤407中，所述的装置判断是否需要在一个不同的环 境温度下完成所述的进程。如果需要在407中需要在一个不同的环境温度下完成所述的进 程，那么所述的装置进入到步骤408并设定温度(Tl)和(T2)，重复步骤400至406。如果 不需要完成其它的不同温度进程，那么该方法结束。图5是本发明第三优选实施例中温控装置的结构示意图，其中包括两个冷却剂流 管和三个与所述两个冷却剂流管相连的冷却器。图6是图5所述的温控方法的流程示意图； 图5所示的温控装置500是图1所示温控装置和图3所示温控装置的组合。
如图5和6所示，在步骤600中，所述的装置将第一冷却器510的温度设置为温度 (Tl)，然后打开阀门(Vl)510a，同时关闭阀门(V2)510b和阀门(V5)510c。因此，将一种冷 却剂控制为温度(Tl)，并使之在第一冷却器510中循环。相似地，在步骤601中，将第二冷却器520的温度设置为温度(T2)，然后打开阀门 (V4) 520a，同时关闭阀门(V5)520b和阀门(V6) 520c。因此，将一种冷却剂控制为温度(T2)， 并使之在第二冷却器520中循环。相似地，在步骤602中，将第三冷却器530的温度设置为温度(T3)，然后打开阀门 (V7) 530a，同时关闭阀门(V8)530b和阀门(V9) 530c。因此，将一种冷却剂控制为温度(T3)， 并使之在第二冷却器530中循环。在步骤603中，所述的装置判断是否循环第二冷却器520中已经根据进程设置为 设定温度(T2)的冷却剂。如果循环第二冷却器520中为温度(T2)的冷却剂，那么装置进 入到步骤604，否则跳到606并判断是否完成下一个进程。在步骤604中，所述的装置关闭阀门(V4) 520a，同时打开阀门(V5) 520b和阀门 (V6)520c。所以，所述的温度控制为(T2)的冷却剂通过冷却剂流管503在静电夹头501中 循环。另一方面，在步骤606中，所述的装置关闭阀门(V7)530a，同时打开阀门(V8) 530b 和阀门(V9)530c。所以，所述的温度控制为CH)的冷却剂通过冷却剂流管503在静电夹头 501中循环。然后在步骤404中，所述的装置判断是否需要将一个晶片的边缘部分设置为不同 温度。相似地，这个判断完全可以由图3中未示的一个独立的微电脑完成。根据判断的结 果，若需要将边缘部分设定为不同的温度，那么所述的装置会进入到步骤607，否则会跳到 步骤608并完成一个对应的进程。在步骤607中，为了控制边缘部分的温度，所述的装置关闭阀门(Vl)510a，同时打 开阀门(V2)510b和阀门(V3)510c。所以，被控制为温度(T2)的冷却剂通过顶部的冷却剂 流管502在静电夹头501中循环。然后在步骤608中，所述的装置完成一个对应的进程。完成对应的进程之后，在步骤609中，所述的装置判断是否需要在一个不同的环 境温度下完成所述的进程。如果需要在607中需要在一个不同的环境温度下完成所述的进 程，那么所述的装置进入到步骤610并设定温度(Tl)、(T2)和(T3)，重复步骤600至608。 如果不需要完成其它的不同温度进程，那么该方法结束。图7是本发明一个优选实施例所述的冷却剂流管的俯视图。如图7所示，所述的冷却剂流管由一个第一冷却剂流管702和一个第二冷却剂流 管703组成。所述的第一冷却剂流管702是设置在静电夹头701内部的外圆周区域的上层。 所述的第二冷却剂流管703穿过了静电夹头701内部的下层。一种冷却剂从第一冷却剂流 管702的一个冷却剂入口 70 处流入，并沿静电夹头701内部的外圆周区域流动，然后从 一个冷却剂出口 702b处流出。另一方面，一种冷却剂从第二冷却剂流管703的一个冷却剂 入口 703a处流入，并沿整个静电夹头701的内部区域流动，然后从一个冷却剂出口 70 处 流出。如图7所示，所述的冷却剂流管701是一个平面螺旋形结构，但是这仅是举例说明， 也可以根据本领域技术人员的需要将冷却剂流管701设置成各种形状。此外，本发明图示的第一和第二冷却剂流管分别在静电夹头701中的上层和下层工作，但是根据一个优选的 实施例，所述的第一 702和第二 703冷却剂流管可以设置在同一层。此外，所述的第一冷却 剂流管702的半径可以大于第二冷却剂流管703，而第二冷却剂流管703的半径也可以大于 第一冷却剂流管702。 虽然本发明已经公开描述了某些优选的实施例，但应理解为只要不违背和超出权 利要求所规定的本发明的原理和范围，本领域的技术人员就可以对其进行各种变化。
权利要求
1.一种静电夹头的控温装置，其特征在于所述的装置包括一个静电夹头，其包括一个第一流管和一个第二流管，这两个流管是作为冷却剂循环 的一个流管部分，所述的第一流管是设置在静电夹头内部的外圆周区域中，而第二流管是 设置在整个静电夹头的内部区域；和一个或多个将第一流管或第二流管中的冷却剂控制为不同温度的冷却器。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述的第一流管和第二流管是分别设置在静 电夹头的上下两层上。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述的第一流管和第二流管是平面螺旋状结构。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于还包括在冷却器和流管部分之间设置的， 一个开关阀门，它用于控制冷却器和流管部分之间的冷却剂流动；和一个循环阀门，它使那些从冷却器中流出的冷却剂流回，并仅在内部循环冷却剂。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于所述的循环阀门是安装在冷却器和开关阀门 之间。
全文摘要
本发明涉及一种静电夹头的温控装置。所述的装置包括一个静电夹头，其包括一个第一流管和一个第二流管，这两个流管是作为冷却剂循环的一个流管部分，所述的第一流管是设置在静电夹头内部的外圆周区域中，而第二流管是设置在整个静电夹头的内部区域，和一个或多个将第一流管或第二流管中的冷却剂控制为不同温度的冷却器。这两个流管成上/下两层地设置在静电夹头内，因此它可以分别控制晶片中心部分和边缘部分的温度。
文档编号H01L21/00GK102129958SQ20101062123
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月24日 优先权日2009年12月31日
发明者李东锡, 李元默, 李洸旼, 蔡焕国, 金珉植, 金起铉, 高诚庸 申请人:显示器生产服务株式会社