[发明专利]用于单个晶片工具的晶片温度就地控制装置

说明书

                         技术领域

本发明涉及半导体晶片腐蚀工具，特别涉及腐蚀期间半导体晶片温度的控制装置。

                         背景技术

在半导体晶片的干式腐蚀过程中，晶片表面温度是极关键的工艺参数。腐蚀过程中晶片温度的极小波动就会影响腐蚀晶片的特性。如腐蚀速率，腐蚀部分的锥形角，侧壁淀积速度等。因而，在该腐蚀过程中要求局部温度均匀。腐蚀工艺中的一种温度控制方法是，在处理过程中经设置在悬挂晶片的卡盘内的送料管从容器中送入流体。测试流体温度和在容器中控制流体温度，并将流体泵送经卡盘，因而，通过设定容器温度和排除冷却剂送料管中的损耗，而确定卡盘表面温度。但是，这种温度控制方法受到很大限制。例如，无法补偿或控制在卡盘表面的不同温度。事实上，这种问题随晶片直径增大而显得越严重。而且，该方法有极长的响应时间(约2分钟/℃)。

工艺中另一种温度控制方法是，通过再充气在晶片与基座之间的空隙引入氦或类似气体以增加它们之间的热交换速度，而改善晶片与卡盘之间的传热特性。该方法描述于美国专利5270266中，由Hirano，等人1993年12月14日公开。因此，改变引入气体的压力，能在一定程度上控制晶片温度。

但是，通过再充氦气而局部加入不同压力来控制晶片温度的方法受到简单几何形状的限制(中心对边缘之比)。此外，这种方法仅限于静电卡盘。

腐蚀工艺中控制晶片温度的其它方法是，制造一种具有利用Peltier(珀尔帖)效应(电流流过的结点的热吸收效应)工作的热偶阵列的热电器件。例如，由Blaske等人于1985年1月15日公开的美国专利4493939，它公开了用于制造包含由热电元件阵列所制成的矩阵元件的热电装置的方法和设备。但是，该专利中并没有说明如何使用所述热电元件的阵列与晶片一起来控制晶片温度。

                         发明内容

因而，本发明的目的是，为了基本上克服和消除这些缺点，提供一种感应并控制腐蚀工艺中半导体晶片的局部温度分布的装置，与现有技术相比，其响应时间较快，并能极好地控制局部温度。

本发明涉及单个晶片腐蚀工具用的温度控制装置。用于单个晶片工具的就地晶片温度控制装置分别包括：阴极、隔离层、热电元件层、卡盘装置，这些零件垂直地叠置以支承待腐蚀晶片。热电元件层包括多个按预定形状连接的热电元件以构成多个闭合环，具体地说，每个闭合热电元件环包括多个与电源装置互连和与晶片的特定面积对应的Peltier元件。因此由特定闭合环所加电功率可控制晶片特定面积的温度。

                         附图说明

通过以下结合附图对本发明优选实施例的更具体的说明，本发明的所述目的和其它目的，特征和优点将会显而易见。

图1是本发明的典型实施例的正视示意图；

图2是图1所示热电元件层的透视平面示意图；

图3是Peltier元件与电源的连接示意图；

图4是每个Peltier元件与相应的电源的偶连示意图。

                     具体实施方式

参见图1，本发明包括用于提供腐蚀环境的减压室80和设置于减压室80内的单个晶片支架12。

本发明的减压室80的形状是圆柱形。但是，应该懂得，减压室80能包括任何形状，如立方形。通常，减压室80包括顶表面88，底表面86，和连续侧壁82。从减压室80的顶表面88伸出的是用于对减压室80供给腐蚀气的进料管100。从减压室80的侧壁82伸出的是用于从减压室排除气体的出料管102。最终，减压室80的侧壁82接地89。

本发明的减压室80是由导电材料如铝制成。但是，应该明白，可用保持减压环境的任何已知的导电材料制造减压室80。

晶片支架12放在减压室80中。具体地说，支架12包括阴极电极20，介电隔离层30，热电元件层40，和卡盘装置60。设计的支承层20，30，40，60的尺寸和形状，要使其支承晶片14。图1所示典型实施例中，支架12的每层20、30、40、60的直径是晶片14的直径，约为200mm。但是，应该明白，支架12的支承层20、30、40、60的尺寸和形状能随任何尺寸和形状的晶片14而变化。