【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及半導體，尤其涉及一種新型刻蝕靜電吸盤、溫度自適應控制裝置及方法。
技術介紹
1、在文獻《干法刻蝕中晶圓表面溫度控制研究》中，可以知道干法刻蝕工藝中，晶圓溫度會直接影響刻蝕速率、刻蝕均勻性及刻蝕形貌，從而對最終的器件性能產生影響。通過實驗，確認了靜電吸盤的夾持電壓及氦壓、射頻源功率、下電極溫度及晶圓本身都會對刻蝕過程中的晶圓溫度產生一定影響，其中靜電吸盤的夾持電壓及氦壓對晶圓溫度影響最大，晶圓翹曲、下射頻源功率次之，上射頻源功率、下電極冷卻溫度對晶圓溫度影響基本相當，影響程度最小。
2、在文獻《等離子體刻蝕機靜電吸盤溫度控制方法仿真研究》中，可以知道等離子刻蝕是現代集成電路制造的關鍵工序。隨著集成電路特征尺寸從45過渡到22nm，用于制造芯片的晶圓直徑從300mm向450mm轉型，業界對等離子刻蝕工藝的要求越來越高。其中，晶圓的刻蝕速率和刻蝕均勻性是評價刻蝕質量的重要指標，而晶圓溫度分布均勻性是影響這兩個指標的重要因素。晶圓溫度分布主要受等離子能量空間分布以及用于固定晶圓、與晶圓接觸的靜電吸盤的影響。由于腔室內離子體不均勻性的存在，離子能量難以實現空間上均勻分布，于是靜電吸盤起了控制晶圓溫度的關鍵作用。
3、目前，利用靜電吸盤控制晶圓溫度的方法主要為結構控制法。該方法通過在靜電吸盤表面設計一系列表面形貌結構，如槽道、凸臺，然后在結構間隙內通以冷卻氣體，如氦氣，再通過調整形貌結構參數和氣體壓強實現對晶圓溫度的控制。雖然結構控制法能夠在一定程度上提高晶圓溫度的均勻性，但是由于刻蝕中靜電吸盤結構參數
技術實現思路
1、針對現有技術的不足，本專利技術提供了一種新型刻蝕靜電吸盤、溫度自適應控制裝置及方法，解決了傳統靜電吸盤無法適用于復雜的刻蝕工藝環境，同時難以精確控制靜電吸盤表面各處溫度的技術問題。
2、為解決上述技術問題，本專利技術提供了如下技術方案：一種溫度自適應控制方法，該方法包括以下步驟：
3、s1、將靜電吸盤的基臺以中軸線為起點向其外側邊緣等區域劃分至少三個區域，形成等面積的內層區、中層區以及外層區，且內層區、中層區以及外層區中分別布設獨立的溫度傳感器以及冷卻管道；
4、s2、獲取內層區、中層區和外層區實時的溫度數據，并進行預處理得到無噪聲的溫度數據；
5、s3、建立用以反映在半導體刻蝕過程中冷卻介質流速v與溫度差δt之間近似關系的初始數學模型；
6、s4、基于在單位時間δt內，液體放出熱量qδt等于對流換熱帶走熱量δq對初始數學模型進行優化，用以反映在半導體刻蝕過程中冷卻介質流速v與溫度差δt之間的精確關系；
7、s5、在精確關系下，根據實時獲取的溫度數據計算冷卻介質在冷卻管道中循環，使內層區、中層區和外層區之間溫度差δt趨于接近的目標流速v`以及循環時間t；
8、s6、將目標流速v`和循環時間t反饋至冷卻系統用于調節輸出功率實現自適應控制。
9、進一步地，所述溫度數據包括位于內層區、中層區和外層區之間的溫度差δt、冷卻介質流速v和冷卻介質溫度tc。
10、進一步地，所述初始數學模型的表達式為：
11、v＝v0ekδt
12、式中，v0是δt＝0時的初始流速；k是大于0的常數。
13、進一步地，在步驟s4中，具體過程包括以下步驟：
14、s41、建立單位時間δt內液體放出熱量qδt等于對流換熱帶走熱量δq的初始方程，即：
15、qδt＝δq
16、q＝haδt
17、式中，h為熱傳遞系數；a為冷卻管道與基臺接觸的熱交換面積；
18、s42、計算單位時間δt內冷卻介質對流換熱帶走的熱量δq，計算公式為：
19、
20、式中，cp為冷卻介質的比熱容；m為冷卻介質的質量；t為冷卻介質的循環時間；
21、s43、將熱量δq帶入初始方程中得到精確方程，即：
22、
23、s44、根據精確方程確定在層流狀態下，半導體刻蝕過程中冷卻介質流速v與溫度差δt之間的精確關系；
24、s45、根據精確方程確定在湍流狀態下，半導體刻蝕過程中冷卻介質流速v與溫度差δt之間的精確關系。
25、該技術方案還提供了一種應用于上述溫度自適應控制方法的裝置，包括：
26、溫度檢測模塊，所述溫度檢測模塊由多個溫度傳感器組成，且分布在靜電吸盤的不同位置，用以實時測量內層區、中層區和外層區的溫度，并將溫度變化轉換為電信號；
27、數據處理與控制模塊，所述數據處理與控制模塊接收來自溫度檢測模塊的溫度數據，所述數據處理與控制模塊內置有微處理器或數字信號處理器，用于對溫度數據進行實時計算，確定靜電吸盤的當前溫度與目標溫度的偏差以及溫度變化趨勢；
28、冷卻系統，所述冷卻系統用于分別為內層區、中層區和外層區供應冷卻介質，并根據數據處理與控制模塊的控制信號調節輸出功率，用于改變冷卻介質的流速。
29、進一步地，所述冷卻系統還包括管道網絡，所述管道網絡與內層區、中層區和外層區所在的冷卻管道組成相互獨立的內外循環。
30、該技術方案還提供了一種應用于上述自適應控制方法的新型刻蝕靜電吸盤，包括作為靜電吸盤主體結構的基臺，以及分別設置于基臺上下兩側的加熱層和冷卻層，所述基臺的底部以中軸線為起點向其外側邊緣等區域劃分至少三個區域，形成等面積的內層區、中層區以及外層區，所述內層區、中層區和外層區內均設置具有獨立進液口和出液口的冷卻管道，在所述加熱層中分布有多個用以實時測量所述內層區、中層區和外層區溫度的溫度傳感器。
31、進一步地，所述冷卻管道位于冷卻層，所述冷卻管道為設置在冷卻層內的槽道或凸臺或管道結構，供冷卻液通過對應區域內所在的冷卻管道流經內層區或中層區或外層區。
32、進一步地，多個所述溫度傳感器分別對應內層區、中層區和外層區布設。
33、進一步地，所述內層區、中層區和外層區的區域形狀為環形或矩形。
34、借由上述技術方案，本專利技術提供了一種新型刻蝕靜電吸盤、溫度自適應控制裝置及方法，至少具備以下有益效果：
35、1、本專利技術能夠在復雜的刻蝕工藝環境下，更加精確地控制冷卻介質的流速，實現對靜電吸盤溫度的高效、穩定自適應控制，提高半導體刻蝕工藝的質量和可靠性，減少因溫度波動導致的晶圓缺陷，為半導體制造產業提供了一種先進的溫度控制技術解決方案。
36、2、本專利技術所提出的溫度自適應控制裝置，能夠配合靜電吸盤實現內層區、中層區和外層區之間溫度差的更好且更快的接近，從而精確控制靜電吸盤表面各處的溫度，以此更好地穩定晶圓刻蝕時的溫度。
37、3、本專利技術所提出的靜電吸盤能夠在晶圓刻蝕中，將靜電吸盤的溫度分布由傳統的近似分布等效為由本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種溫度自適應控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的溫度自適應控制方法，其特征在于，所述溫度數據包括位于內層區、中層區和外層區之間的溫度差ΔT、冷卻介質流速v和冷卻介質溫度Tc。
3.根據權利要求1所述的溫度自適應控制方法，其特征在于，所述初始數學模型的表達式為：
4.根據權利要求1所述的溫度自適應控制方法，其特征在于，在步驟S4中，具體過程包括以下步驟：
5.一種應用于上述權利要求1-4任一項所述溫度自適應控制方法的裝置，其特征在于，包括：
6.根據權利要求5所述的溫度自適應控制裝置，其特征在于，所述冷卻系統還包括管道網絡，所述管道網絡與內層區、中層區和外層區所在的冷卻管道組成相互獨立的內外循環。
7.一種應用于上述權利要求1-4任一項所述自適應控制方法的新型刻蝕靜電吸盤，包括作為靜電吸盤主體結構的基臺(1)，以及分別設置于基臺(1)上下兩側的加熱層(4)和冷卻層(2)，其特征在于，所述基臺(1)的底部以中軸線為起點向其外側邊緣等區域劃分至少三個區域，形成等面積的內層區、中
8.根據權利要求7所述的新型刻蝕靜電吸盤，其特征在于，所述冷卻管道(3)位于冷卻層(2)，所述冷卻管道(3)為設置在冷卻層(2)內的槽道或凸臺或管道結構，供冷卻液通過對應區域內所在的冷卻管道(3)流經內層區或中層區或外層區。
9.根據權利要求7所述的新型刻蝕靜電吸盤，其特征在于，多個所述溫度傳感器(5)分別對應內層區、中層區和外層區布設。
10.根據權利要求7所述的新型刻蝕靜電吸盤，其特征在于，所述內層區、中層區和外層區的區域形狀為環形或矩形。
...【技術特征摘要】
1.一種溫度自適應控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的溫度自適應控制方法，其特征在于，所述溫度數據包括位于內層區、中層區和外層區之間的溫度差δt、冷卻介質流速v和冷卻介質溫度tc。
3.根據權利要求1所述的溫度自適應控制方法，其特征在于，所述初始數學模型的表達式為：
4.根據權利要求1所述的溫度自適應控制方法，其特征在于，在步驟s4中，具體過程包括以下步驟：
5.一種應用于上述權利要求1-4任一項所述溫度自適應控制方法的裝置，其特征在于，包括：
6.根據權利要求5所述的溫度自適應控制裝置，其特征在于，所述冷卻系統還包括管道網絡，所述管道網絡與內層區、中層區和外層區所在的冷卻管道組成相互獨立的內外循環。
7.一種應用于上述權利要求1-4任一項所述自適應控制方法的新型刻蝕靜電吸盤，包括作為靜電吸盤主體結構的基臺(1)，以及...
【專利技術屬性】
技術研發人員：原凡彬，金天明，何健，劉坤，袁亮，
申請(專利權)人：邁睿捷南京半導體科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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