[發明專利]一種靜電吸盤除靜電時的氦氣壓力控制系統及方法

有效

• 申請號: 201810092190.2
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108376659B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 袁鵬華
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/67
• 分類號: H01L21/67;H01L21/683
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 俞滌炯

本發明提供一種靜電吸盤除靜電時的氦氣壓力控制系統及方法，包括以下步驟：通過第一閥組控制第一背面冷卻氣體壓力控制器與第一氣體管路斷開連接，以及控制第一壓力控制器連接第一氣體管路；通過第二閥組控制第二背面冷卻氣體壓力控制器與第二氣體管路斷開連接，以及控制第二壓力控制器連接第二氣體管路；通過第三閥組和第四閥組控制分子泵對兩氣體管路進行抽氣；通過兩壓力控制器控制兩氣體管路中的壓力；有益效果：通過平衡反應腔體內的壓力與氣體管路中的壓力，避免反應生成物接觸靜電吸盤的表面，減少了污染源，從而可以減少晶圓缺陷，延長真空腔體維護周期。

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種靜電吸盤除靜電時的氦氣壓力控制系統及方法。

背景技術

靜電吸盤(Electrostatic chuck，E-chuck)是用于晶圓固定和溫度控制的重要部件。通過其表面絕緣層產生的靜電力吸附并固定晶圓。然后，通過絕緣層槽道中的冷卻氣體和基座中的循環冷卻液使晶圓表面穩定在一預定溫度。

在理想情況下，晶圓與絕緣層是完全的面接觸，兩者屬于固體傳熱的范疇。但是現實中兩個平面因為粗糙度的問題，不可能實現完全的面接觸，其實際接觸面積大約在5％～10％。這就使得兩者的接觸行為從面接觸轉化為點接觸，從而產生了接觸間隙。

由于靜電吸盤的工作環境為真空，所以其間隙中的真空熱傳導系數非常低。為增強間隙內的散熱效果，工程中，常將具有良好傳熱性能的氦氣作為傳熱媒介通入到間隙中，增強對晶圓的冷卻作用。為了使氦氣均勻分布，通常會在靜電吸盤絕緣層上加工出用以分散氣體的槽道。

現有技術中晶圓與靜電吸盤絕緣層之間的傳熱方式主要有三種：槽道中的連續流體，間隙中的自由分子區和點對點的固體接觸傳熱，即晶圓上離子轟擊、化學反應熱量通過連續流體、自由分子區和固體接觸傳熱傳遞到靜電吸盤上，然后再通過靜電吸盤基座中循環冷卻作用將熱量帶走。

目前的靜電吸盤設計都沒有考慮在除靜電過程中真空腔體內壓力與靜電吸盤背面的氦氣管路中壓力的平衡問題。兩側壓力的不平衡會在工藝過程中形成如圖1所示的環狀顆粒物污染晶圓。

發明內容

針對上述問題，本發明提供一種靜電吸附盤除靜電時的氦氣壓力控制系統，其中，包括：

反應腔體，為一圓柱形結構；

靜電吸盤，設置于所述反應腔體底部；

第一氣體管路，連接所述靜電吸盤；

第二氣體管路，連接所述靜電吸盤；

第一壓力控制單元，通過一第一閥組連接所述第一氣體管路，所述第一壓力控制單元包括第一背面冷卻氣體壓力控制器和第一壓力控制器；

第二壓力控制單元，通過一第二閥組連接所述第二氣體管路，所述第二壓力控制單元包括第二背面冷卻氣體壓力控制器和第二壓力控制器；

冷卻氣體源，分別連接所述第一壓力控制單元和所述第二壓力控制單元；

分子泵，通過一第三閥組連接所述第一氣體管路，以及通過一第四閥組連接所述第二氣體管路。

其中，所述分子泵還連接一干泵，所述干泵通過所述第三閥組連接所述第一氣體管路，以及通過所述第四閥組連接所述第二氣體管路。

其中，所述第一閥組包括第一閥門和第二閥門，所述第一閥門連接所述第一背面冷卻氣體壓力控制器，所述第二閥門連接所述第一壓力控制器。

其中，所述第二閥組包括第三閥門和第四閥門，所述第三閥門連接所述第二背面冷卻氣體壓力控制器，所述第四閥門連接所述第二壓力控制器。

其中，所述第三閥組包括第五閥門和第六閥門，所述第五閥門連接所述分子泵，所述第六閥門連接所述干泵。