专利名称：静电卡盘装置及其温度控制方法
技术领域：
本发明涉及微电子技术领域的温度控制技术，特别是涉及 一 种用 于等离子体处理设备的静电卡盘装置，以及一种静电卡盘的温度控制方法。
背景技术：
等离子体处理设备(例如刻蚀机)中静电卡盘的应用已经越来越 广泛，静电卡盘的主要作用是保持固定和支撑晶片等待加工件，避免 待加工件在工艺过程中出现位移。
静电卡盘采用静电引力来固定待加工件，相对于以前采用的机械 卡盘和真空卡盘，具有很多优势。例如，静电卡盘可以减少在使用机 械卡盘时由于压力、碰撞等原因造成的待加工件的破损，可以增大待 加工件的有效加工面积，可以减少待加工件表面腐蚀物颗粒的沉积， 并可以在真空环境下正常工作。
众所周知，加工件的温度控制对于工艺过程的顺利完成来说十分 重要，由于静电卡盘与加工件相接触，可以通过控制静电卡盘的温度 来实现对加工件温度的控制。因此，对静电卡盘的温度进行快速而准 确的控制显得十分重要。
典型的静电卡盘包括基体以及固定于基体之上的静电模块，基体 之中具有冷却介质腔体，可以通过冷却通道向冷却介质腔体之中输入
冷却介质，并通过冷却机(Chiller)使上述冷却介质保持较低的温度， 以此实现静电卡盘温度的降低，进而降低待加工件的温度。可以在静 电卡盘中同时设置加热器，静电卡盘以及待加工件温度的升高通过上 述加热器实现。
不同的工艺流程甚至是同 一 工艺流程的不同工艺步骤对加工件 的温度要求各不相同，有时需要在较短的时间内迅速地大幅改变加工 件的温度，这对于静电卡盘温度的快速调整提出了较高的要求。
实际工作过程中，如果冷却机的冷却介质温度设定较低，必然会要求升温过程中加热器的功率大幅增加，同时延长升温时间；如果冷
却机的冷却介质温度设定较高，在需要较大幅度降低待加工件温度(例
如需要降低20摄氏度)的场合温度梯度较小，需要等待较长时间以使 静电卡盘的温度被冷却到设定值。因此，目前多数等离子体处理设备 的静电卡盘难以迅速、大幅改变温度，延长了工艺过程，制约了生产 效率的提高，有时也会导致工艺质量的下降。
因此，如何快速、大幅改变静电卡盘的温度，是本领域技术人员 目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种静电卡盘装置，其静电卡盘的温度可以 快速、大幅改变。本发明的另一目的是提供一种静电卡盘的温度控制 方法，能够快速、大幅改变静电卡盘的温度。
为解决上述技术问题，本发明提供一种静电卡盘装置，其静电卡 盘的基体之中具有冷却介质腔体，所述静电卡盘装置进一步包括能够 向所述冷却介质腔体提供冷却介质的第 一冷却通道、第二冷却通道， 以及选择所述第一冷却通道和所述第二冷却通道之一与所述冷却介质 腔体相连通的通道切换装置；所述第一冷却通道、所述第二冷却通道 中的冷却介质存在温差。
进一步，所述第一冷却通道、所述第二冷却通道中冷却介质的温 差范围为20。C至30°C。
进一步，所述第一冷却通道中冷却介质的温度范围为0'C至30°C, 所述第二冷却通道中的冷却介质的温度范围为2(TC至50°C。
进一步，所述静电卡盘装置进一步包括至少一个附加冷却通道，
所述第一冷却通道、所述第二冷却通道以及各所述附加冷却通道中冷
却介质的温度均不相同；所述通道切换装置选择所述第一冷却通道、 所述第二冷却通道以及各所述附加冷却通道中的一者与所述介质腔体
相连通。
进一步，所述静电卡盘装置进一步包括控制器，预定条件成就时 所述控制器通过所述通道切换装置选择不同的冷却通道与所述冷却介
质腔体相连通。
本发明还提供一种等离子体处理设备，包括上述任一项所述的静 电卡盘装置。
本发明所提供的静电卡盘装置具有两条相互独立的冷却通道，即 第一冷却通道和第二冷却通道，两者之中冷却介质的温度不同。通过
通道切换装置可以选择所述第一冷却通道和所述第二冷却通道之一与 所述冷却介质腔体相连通。需要升高静电卡盘的温度时，可以通过通 道切换装置选择其中冷却介质温度较高的冷却通道，例如第一冷却通
道，连通所述冷却介质腔体；此时温度较高的冷却介质有利于静电卡
盘获得较高的基础温度，从而有利于降低加热器的功率、节省加热过 程所需的时间。需要降低静电卡盘的温度时，可以通过通道切换装置 选择冷却介质温度较低的第二冷却通道，这样，降温梯度可以得到加 大，热交换效率因而得到提高，从而可以在较短的时间内实现静电卡 盘的大幅冷却。这样，快速、大幅地调整静电卡盘的温度成为可能， 缩短了工艺过程，显著提高了生产效率以及工艺质量。适当加大所述 第一冷却通道和所述第二冷却通道中冷却介质的温差，可以获得更为 显著的技术效果。本发明所提供的等离子处理设备显然也具备上述优点。
本发明还提供一种静电卡盘的温度控制方法，通过加热器提高所 述静电卡盘的温度，并通过冷却介质腔体中的冷却介质调节所述静电 卡盘的温度，所述冷却介质腔体连通至少两条冷却通道，各冷却通道
中冷却介质的温度均不相同；需要升温时向所述冷却介质腔体中输入 温度较高的冷却介质，需要降温时向所述冷却介质腔体中输入温度较 低的冷却介质。
进一步，通过通道切换装置选择不同的冷却通道与所述冷却介质 腔体相连通，从而向所述冷却介质腔体输入不同温度的冷却介质。
进一步，所述冷却通道具有两条，即第一冷却通道和第二冷却通 道，两者之中冷却介质的温差范围为20。C至30°C。
进一步，所述第一冷却通道中冷却介质的温度范围为0。C至30°C,
所述第二冷却通道中的冷却介质的温度范围为20。C至50°C。
进一步，所述通道切换装置的切换由控制器在预定条件成就时完
成o
本发明提供的静电卡盘的温度控制方法，通过两条冷却通道向冷 却介质腔体中输送温度不同的冷却介质，静电卡盘需要升温时通过温 度较高的冷却通道向所述冷却介质腔体中输入冷却介质，以便向静电
卡盘提供基础热量、缩短升温时间并降低加热器功率；静电卡盘需要
质，以形成较大的降温梯度、提高热交换效率，进而缩短了工艺过程，
显著提高了生产效率以及工艺质量。
图1为本发明所提供静电卡盘装置第一种具体实施方式
的结构示 意图2为本发明所提供静电卡盘装置第二种具体实施方式
的结构示 意图3为本发明所提供静电卡盘装置第三种具体实施方式
的结构示 意图4为本发明所提供静电卡盘装置第四种具体实施方式
的结构示 意图。
具体实施例方式
本发明的核心是提供一种静电卡盘装置，其静电卡盘的温度可以 快速、大幅改变。本发明的另一核心是提供一种静电卡盘的温度控制 方法，能够快速、大幅改变静电卡盘的温度。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图 和具体实施方式
对本发明作进一步的详细i兌明。
请参考图1,图1为本发明所提供静电卡盘装置第一种具体实施 方式的结构示意图。
在一种具体实施方式
中，本发明所提供的静电卡盘装置包括静电
卡盘1，静电卡盘1大体包括基体以及固定安装于所述基体之上的静电模块。
为了能够对静电卡盘1的温度进行调节，可以在所述基体之中开 设冷却介质腔体，并通过冷却通道向所述冷却介质腔体中输入冷却介 质。温度较低的冷却介质(通常是液态介质)可以与所述基体进行热 交换，将热量由所述基体转移至冷却介质，从而实现所述基体的降温。
流出所述冷却介质腔体的冷却介质可以由冷却机(Chiller)降温 至设定值，以便重新输入所述冷却介质腔体中。
所述基体的升温可以通过加热器实现，加热器通常内置于所述基 体之中。
所述基体内部的冷却介质腔体与第一冷却通道21连通，并由第 一冷却通道21向其中输入冷却介质，第一冷却通道21连接有第一冷 却机31，因此其中的冷却介质可以由第一冷却才几31维持在设定的第 一温度Tl。
所述基体内部的冷却介质腔体进一步与第二冷却通道22连通， 并同样可以由第二冷却通道22向其中输入冷却介质；当然，某一时刻 通常只有一个通道向所述冷却介质腔体中输入冷却介质。第二冷却通
道22连接有第二冷却才几32，因此其中的冷却介质可以由第二冷却机 32维持在设定的第二温度T2。
第一冷却通道21、第二冷却通道22中的冷却介质的温度存在差 异，例如，上述第一温度Tl可以高于第二温度T2，通过第一冷却机 31以及第二冷却机32可以准确设定第一温度Tl与第二温度T2的温 差AT。
在不同工艺流程或者同 一工艺流程的不同步骤之间切换时，可能 需要提高静电卡盘的温度，但仅依靠所述加热器将耗费较长的时间， 特别在升温幅度较大的情况下即使使用大功率加热器也很难实现静电 卡盘的及时降温；其原因在于此时的静电卡盘的热量主要依靠加热器 来提供。
本发明所提供的静电卡盘装置可以较好地解决这个问题。需要大 幅升温时，可以选择第一冷却通道21与静电卡盘1基体中的冷却介质
腔体相连通，这样可以迅速向所述冷却介质腔体中输入温度相对较高 的冷却介质，因此可以在较短时间内将所述基体的基础温度大幅提高， 继而再由所述加热器以上述基础温度为起点进一 步进4亍加热。显然， 由于基础温度较高，即使使用功率较小的加热器也可以在较短的时间 内实现静电卡盘1的大幅升温。
需要降低静电卡盘1的温度时，仍选择第一冷却通道21与静电 卡盘1基体中的冷却介质腔体相连通将导致降温过程耗时较长，其原 因在于所述冷却介质腔体中冷却介质的温度较高，冷却介质与静电卡 盘l的温差较小、热交换效率较低。
在需要降温时，本发明所提供的静电卡盘装置可以选择第二冷却
通道22与静电卡盘1基体中的冷却介质腔体相连通，这样可以迅速地 将所述冷却介质腔体中温度较高的冷却介质置换为温度较低的冷却介 质，因此，在较短时间即可以显著扩大静电卡盘1与换热介质的温差， 较大的降温梯度显然会大幅提高热交换效率，降温过程所;肖耗的时间 必然会大幅减少。
本发明所提供的静电卡盘装置是通过通道切换装置4在第一冷却 通道21和第二冷却通道22之间切换的；具体切换方式如何并不是本 发明的关键点，本领域的技术人员可以根据现有技术和公知常识以多 种方式实现通道切换装置4的基本功能，对此，本文不再赘述。
根据上文所记载的内容，本领域的技术人员可以理解，上述第一 温度T1与第二温度T2的温差AT对于本发明技术效果的实现具有重 要意义。因此，可以进一步设定上述温差AT。结合等离子体处理设 备的实际工艺过程，可以将上述温差AT的范围设定于2(TC至30。C, 温差AT在此范围内可以合理地平衡升温工艺过程与降温工艺过程的 速率，有利于从整体上提高等离子体处理设备的工作效率以及工艺质 量。
进一步，可以将上述第一温度Tl的范围设为0。C至30°C,同时 将上述第二温度T2的范围设为20。C至50°C。上述第一温度T1、第二 温度T2的具体范围能够满足大多数工艺步骤中升、降静电卡盘1温
度的要求，从而进一步提高等离子体处理设备的工作效率以及工艺质量。
请参考图2,图2为本发明所提供静电卡盘装置第二种具体实施 方式的结构示意图。
卡盘装置进行改进。可以预先设定通道切换装置4的切换条件，并通 过设置传感器6检测相关参数并将相关参数的检测值传递给控制器5, 控制器5根据预定的策略判断上述切换条件是否成就，当上述切换条 件成就时控制器5向通道切换装置4发出切换指令。这样，本发明所 提供静电卡盘装置的反应速度将更快，有利于进一步提高等离子体处 理设备的工作效率以及工艺质量。
请参考图3，图3为本发明所提供静电卡盘装置三种具体实施方 式的结构示意图。
可以用双通道冷却机33取代上述第一冷却机31和第二冷却机 32,双通道冷却才几33同样具有第一冷却通道21和第二冷却通道22, 通过通道切换装置4可以在第一冷却通道21和第二冷却通道22之间 进行切换，以使两者之一与第三冷却通道23连通；第三冷却通道23 直接连通静电卡盘l基体内的冷却介质腔体。这样可以简化静电卡盘 装置的结构、节省其成本。
此外，控制器5可以根据检测到的相关参数和预定策略控制加热 器7,使加热器7和冷却介质能够协调发挥作用。
请参考图4,图4为本发明所提供静电卡盘装置四种具体实施方 式的结构示意图。
图1至图3所示具体实施方式
中静电卡盘1基体内的冷却介质腔 体均连接两条冷却通道(第一冷却通道21和第二冷却通道22 );可以 在此基础上进一步增加至少一条附加冷却通道23,以及与附加冷却通 道23连4妄的附加冷却才几33;各附加冷却通道23中冷却介质的温度均 不相同，并且与第一冷却通道21和第二冷却通道22中冷却介质的温 度也不相同。图4所示具体实施中附加冷却通道23为一条，附加冷却
机33为一台。
增设附加冷却通道23可以为不同工艺过程以及不同工艺步骤才是 供更多的温度选择，对静电卡盘1的温度控制将更加具有针对性，因 而反应速度也将更快，有利于进一步提高等离子体处理设备的工作效 率和工艺质量。
本发明所提供的等离子体处理设备包括上述任一项所述的静电 卡盘装置，所述等离子体处理设备其他部分的结构可以参考现有技术， 本文不再赘述。本发明所提供的静电卡盘的温度控制方法，通过加热 器提高静电卡盘1的温度、通过冷却介质腔体中的冷却介质降低静电 卡盘1的温度；在不同工艺步骤中通过不同的冷却通道向所述冷却介 质腔体中输入温度不同的冷却介质静电卡盘l需要升温时，通过第 一冷却通道21向所述冷却介质腔体中输入温度4支高的冷却介质，以便 向静电卡盘1提供基础热量、缩短升温时间并降低加热器7的功率； 静电卡盘1需要降温时，通过第二冷却通道22向所述冷却介质腔体中 输入温度较低的冷却介质，以形成较大的降温梯度、提高热交换效率， 进而缩短了工艺过程。因此，本法明所提供的温度控制方法可以显著 提高等离子体处理设备的生产效率，并提高工艺质量。
可以通过通道切换装置4选择不同的冷却通道与所述冷却介质腔 体相连通，从而向所述冷却介质腔体中输入不同温度的冷却介质。所 述冷却通道的条数可以是两条或者多条，即可以在第一冷却通道21 和第二冷却通道22之外增i殳至少一条附加冷却通道23。
当所述冷却通道设置两条(第一冷却通道21和第二冷却通道22) 时，两者之中冷却介质的温差范围为可以是20。C至30°C,以合理地平 衡升温工艺过程与降温工艺过程的速率，有利于从整体上提高等离子 体处理设备的工作效率以及工艺质量。
此外，所述第一冷却通道中冷却介质的温度范围可以是0。C至30 °C,所述第二冷却通道中的冷却介质的温度范围可以是20。C至50°C。 这样能够满足大多数工艺步骤中升、降静电卡盘l温度的要求，从而 进一步提高等离子体处理设备的工作效率以及工艺质量。
可以预先设定所述通道切换装置4的切换条件，并通过设置传感
器6检测相关参数并将相关参数的检测值传递给控制器5，控制器5 根据预定的策略判断上述切换条件是否成就，当上述切换条件成就时 控制器5向通道切换装置4发出切换指令；这样，本发明所提供静电 卡盘装置的反应速度将更快，等离子体处理设备的工作效率以及工艺质量。
本发明所提供的静电卡盘的温度控制方法可以用于晶片等各种 常见加工件的处理。
可以参照附图1至附图4以及上文关于静电卡盘装置的描述，以 便更准确地理解本发明所提供的静电卡盘的温度控制方法。
以上对本发明所提供的静电卡盘装置以及静电卡盘的温度控制
方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法 及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰， 这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种静电卡盘装置，其静电卡盘的基体之中具有冷却介质腔体，其特征在于，进一步包括能够向所述冷却介质腔体提供冷却介质的第一冷却通道、第二冷却通道，以及选择所述第一冷却通道和所述第二冷却通道之一与所述冷却介质腔体相连通的通道切换装置；所述第一冷却通道、所述第二冷却通道中的冷却介质存在温差。
2、 如权利要求1所述的静电卡盘装置，其特征在于，所述第一 冷却通道、所述第二冷却通道中冷却介质的温差范围为20。C至30°C。
3、 如权利要求2所述的静电卡盘装置，其特征在于，所述第一 冷却通道中冷却介质的温度范围为0。C至30。C，所述第二冷却通道中 的冷却介质的温度范围为20。C至5CTC。
4、 如权利要求1所述的静电卡盘装置，其特征在于，进一步包 括至少一个附加冷却通道，所述第一冷却通道、所述第二冷却通道以 及各所述附加冷却通道中冷却介质的温度均不相同；所述通道切换装 置选择所述第一冷却通道、所述第二冷却通道以及各所述附加冷却通 道中的 一者与所述介质腔体相连通。
5、 如权利要求1所述的静电卡盘装置，其特征在于，进一步包 括控制器，预定条件成就时所述控制器通过所述通道切换装置选择不 同的冷却通道与所述冷却介质腔体相连通。
6、 一种等离子体处理设备，其特征在于，包括如权利要求1至5 任一项所述的静电卡盘装置。
7、 一种静电卡盘的温度控制方法，通过加热器提高所述静电卡 盘的温度，并通过冷却介质腔体中的冷却介质调节所述静电卡盘的温 度，其特征在于，所述冷却介质腔体连通至少两条冷却通道，各冷却通 道中冷却介质的温度均不相同；需要升温时向所述冷却介质腔体中输 入温度较高的冷却介质，需要降温时向所述冷却介质腔体中输入温度 專交4氐的冷却介质。
8、 如权利要求7所述的静电卡盘的温度控制方法，其特征在于， 通过通道切换装置选择不同的冷却通道与所述冷却介质腔体相连通， ^^人而向所述冷却介质腔体输入不同温度的冷却介质。
9、 如权利要求8所述的静电卡盘的温度控制方法，其特征在于，所述冷却通道具有两条，即第一冷却通道和第二冷却通道，两者之中冷却介质的温差范围为20。C至30°C。
10、 如权利要求9所述的静电卡盘的温度控制方法，其特征在于， 所述第一冷却通道中冷却介质的温度范围为0'C至30。C,所述第二冷 却通道中的冷却介质的温度范围为2(TC至50°C。
11、 如权利要求8所述的静电卡盘的温度控制方法，其特征在于， 所述通道切换装置的切换由控制器在预定条件成就时完成。
全文摘要
本发明公开了一种等离子体处理设备及其静电卡盘装置，该静电卡盘装置包括能够向冷却介质腔体提供冷却介质的第一冷却通道、第二冷却通道，以及选择两者之一与所述冷却介质腔体相连通的通道切换装置；上述两冷却通道中的冷却介质存在温差。本发明还公开了一种静电卡盘的温度控制方法，通过至少两条冷却通道向静电卡盘的基体中的冷却介质腔体提供温度不同的冷却介质；需要升温时向所述冷却介质腔体中输入温度较高的冷却介质，需要降温时向所述冷却介质腔体中输入温度较低的冷却介质。在加温时静电卡盘可以获得较高的基础温度，有利于降低加热器的功率、节省加热时间；在降温时降温梯度得到加大，可以在较短的时间内实现静电卡盘的大幅冷却。
文档编号C30B25/12GK101373731SQ20081022480
公开日2009年2月25日 申请日期2008年10月21日 优先权日2008年10月21日
发明者刘利坚 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