[发明专利]用于加热静电卡盘上晶片的方法、系统及CVD设备

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种用于加热静电卡盘上晶片的方法和系统以及一种具有该用于加热静电卡盘上晶片的系统的CVD（Chemical-Vapor-Deposition，化学气相沉积）设备。

背景技术

在刻蚀工艺中，晶片温度不均匀会造成刻蚀结果的不均匀，使得晶片刻蚀后有些区域具有很高的RA（Roughness Average，表面平整度），而另一些区域的RA很差。由于在低温下聚合物的沉积系数更高，所以比预定工艺参数低的温度会在晶片上造成过多的聚合物沉积，在晶片温度较低区域形成较差的RA，从而使得刻蚀结果的图形具有锥形的侧壁，而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。刻蚀工艺中，传统静电卡盘系统中产生与传导的热量的不均匀性会在晶片的表面形成温度梯度，影响刻蚀效果。

为了消除工艺进行中射频及等离子体能量不均等原因造成的晶片上的温度梯度，可以对静电卡盘上的不同区域提供不同的温度来对原有温度梯度效应进行中和。例如，由于以上所述原因，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的温度低于支撑晶片中心的部分，从而使晶片温度均匀，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。传统静电卡盘系统中热量产生与传导的不均匀性会在晶片的工艺加工表面形成温度梯度。而且同一工艺流程中不同工艺步之间对卡盘不同分区的温度要求可能不同，这就要求在不同工艺步骤之间对卡盘的不同分区能够进行快速切换温度控制（升温或降温）。如图1所示，为一种可分区控温的静电卡盘系统，此静电卡盘系统包括静电卡盘03、加热器02以及晶片01。加热器02的热量通过其上的均热层传送给晶片01，加热器02产生的热量很大程度上决定了晶片01表面的温度。如图2所示，为了满足工艺要求，加热器02分为内区05和外区04，通过对两个区域的温度分别进行独立控制。加热器02的控制原理是，由两个单回路PID（Proportion Integration Differentiation，比例-积分-微分）控制器分别调解各组加热器的供电电压或交流电源的通断，从而控制各部分的温度。如图3所示，e（e₁、e₂）为温度设定值与由传感器反馈回的温度实际值比较产生的误差信号，d（d₁、d₂）为各种原因造成的温度扰动信号，u（u₁、u₂）为由通过PID控制器调节并和温度扰动信号d产生的控制信号。正常状态下，一组热电偶输入的温度设定值与传感器反馈回的加热输出的实际值比较产生的误差信号e输入PID控制器，通过PID控制器调节输出脉冲信号，并与温度扰动信号d合并产生控制信号u输入加热器，用以控制加热器交流电源的通断情况即加热器的电源在一个周期中的导通情况，来控制加热器加热时间的长短，从而达到控制加热器温度的作用。如图1所示的可分区控温的静电卡盘系统，由两个单回路PID控制器分别对外区05和内区04的两个加热器进行调节控制，从而达到分区控温的效果。

综上所述，现有技术存在的缺点是，加热器各部分不是隔离的，而是相互关联的，并且加热器上面铺有一层均热介质，导热性很好，所以加热器各部分的温度是一种耦合关系，温度扰动性强，温度的时间常数和时间滞后较大。因此，采用单回路独立温度PID控制器很难达到理想的调节控制效果。尤其是当各区设定温度不一致时，PID控制器的参数整定比较困难。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种用于加热静电卡盘上晶片的方法，该方法能够使加热器在升温、降温的过程中，有效调节不同区域温度变化速度，并且在稳态过程中能有效抑制外部干扰造成的温度扰动。本发明的第二个目的在于提出一种用于加热静电卡盘上晶片的系统。本发明的第三个目的在于提出一种具有该用于加热静电卡盘上晶片的系统的CVD设备。