等离子去胶设备中的冷却装置的制作方法

1.本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种等离子去胶设备中的冷却装置。


背景技术：

2.在制造半导体晶圆的过程中，通常要对晶圆进行诸多处理。其中，灰化(ashing)工艺一般发生在蚀刻或植入步骤实施之后，此时晶圆上会残留有光刻胶(photoresist)或其他蚀刻残留物，这些残留物通常需要通过灰化处理来移除。在光刻胶灰化过程中，常采用等离子去胶机或等离子清洗机移除残留的光刻胶，此移除工艺需要将晶圆的温度升高至大于200℃。因此，该工艺完成之后有必要对晶圆执行冷却。
3.此外，在实际的半导体制造过程中，来自高温生产腔体的晶圆到进入冷却槽内由冷却不均匀等因素所致会偶发性出现晶圆破片的现象。
4.因此本领域存在对于等离子去胶设备中使用的冷却装置的改良需求。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种等离子去胶设备中的冷却装置，用于解决现有技术中晶圆冷却过程中的热应力破片、晶圆表面的光刻胶去除不均等问题。
6.为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种等离子去胶设备中的冷却装置，所述冷却装置包括：平台，所述平台上设置有用于承载晶圆的支撑结构；冷却管路，所述冷却管路位于所述平台下方，所述冷却管路形成为蛇形管路，所述蛇形管路包括沿一方向扩展的若干个迂回管段，所述蛇形管路包括接入端和排放端且形成为密封管路，所述蛇形管路内填充有流体介质以用于冷却晶圆，两个以上的所述晶圆沿所述蛇形管路扩展的方向排布。
7.可选地，所述冷却管路由若干个u型管通过相邻的u型管首尾对接组成。
8.可选地，相邻的u型管之间通过卡套机构固定，所述对接部设置成卡套式管接头。
9.可选地，所述u型管的材料为铜，并且所述u型管路的直径为5mm。
10.可选地，所述u型管内以水作为流体介质，所述流体介质的温度在17.5℃以下。
11.可选地，所述支撑结构是与所述平台一体化成型的槽部，所述晶圆设置于所述槽部中且沿所述蛇形管路扩展的方向排布。
12.可选地，所述接入端设置有流量阀，以用于控制所述流体介质的流量。
13.可选地，所述槽部与所述平台为一体化成型，所述槽部的导热率小于所述冷却管路的导热率。
14.本发明还提供一种基于等离子去胶设备执行的光刻胶去除方法，所述等离子去胶设备包括上述的冷却装置，所述光刻胶去除方法包括通过等离子体灰化工艺从晶圆去除残留的光刻胶，采用所述冷却装置对灰化处理后的所述晶圆进行冷却。
15.如上所述，本发明的等离子去胶设备中的冷却装置，通过在冷却槽下方沿一方向
均匀排布的迂回管路可以增大热交换面积，晶圆散热更均匀、更稳定发生，由此可以提高晶圆冷却的均匀性，从而可以降低热应力导致的破片风险，降低了产品的生产成本；在执行灰化工艺之前将来自高温腔体的晶圆进行均匀冷却，还有利于均匀地移除光刻胶。
附图说明
16.图1显示为本发明对比例的等离子去胶设备中冷却装置的结构示意图。
17.图2显示为本发明实施例一的等离子去胶设备中冷却装置的结构示意图。
18.组件标号说明
19.100
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平台
20.110
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槽部
21.200
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直管管路
22.300
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蛇形管路
23.310
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u型管
具体实施方式
24.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
25.在等离子去胶设备中通过执行等离子体灰化工艺去除残留的光刻胶，此种灰化工艺采用含氧的等离子体，其中具有强氧化能力的游离态氧原子[o](约占10～20％)在高频电压作用下与光刻胶膜反应：
[0026]
o2→
[o]+[o]，
[0027]cxhy
+[o]
→
o2↑
+h2o
↑
。
[0028]
反应后生成的co2和h2o，随即被抽走。
[0029]
由于晶圆温度对去胶速率有显著的影响，等离子体灰化工艺中会将晶圆温度升高至200℃以上，以提升残留的光刻胶的去除速率。将灰化工艺之后的晶圆传送出等离子去胶机之前，需要将晶圆的温度冷却，例如冷却至60℃以下，以避免在传送过程中晶圆表面被氧化。此外，在实际的半导体制造过程中，经受高温处理的晶圆从高温腔体传送进入冷却槽内也会出现冷却不均匀等因素所导致的偶发性破片的现象。在此基础上，由于晶圆表面温度的不一致性，易于造成去胶速率的差异，由此影响晶圆上残留的光刻胶的去除度。
[0030]
本发明对比例提供了一种等离子去胶设备中的冷却槽的布置方式，参见图1，承载晶圆的平台100下方设置有若干直管管路200，用于承载晶圆的槽部110沿直管管路的延伸方向依次排布，此种冷却管路设置与平台的接触面有限，而且沿管路中流体介质的流动方向存在的梯度本身也会造成晶圆的冷却不均。在如图1所示的冷却槽的构造中，由于平台与冷却管路的接触面有限，用于承载晶圆的支撑结构与冷却管路之间的热交换效率偏低，因此晶圆存在片内的冷却不均匀问题，因此产生偶发性的破片现象。
[0031]
为了解决在等离子去胶设备中的晶圆冷却不均匀的问题，本发明提供了一种等离子体去胶设备中的冷却装置，所述冷却装置包括：平台，所述平台上设置有用于承载晶圆的
支撑结构；冷却管路，所述冷却管路位于所述平台下方，所述冷却管路形成为蛇形管路，所述蛇形管路包括沿一方向扩展的若干个迂回管段，所述蛇形管路包括接入端和排放端且形成为密封管路，所述蛇形管路内填充有流体介质以用于冷却晶圆，两个以上的所述晶圆沿所述蛇形管路扩展的方向排布。
[0032]
以下将参阅所附图式描述本发明所述的等离子去胶设备中的冷却装置的具体细节。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。且为使图示尽量简洁，本说明书中对同一图示中的相同结构尽量不重复标记。
[0033]
实施例一
[0034]
参见图2，本发明提供一种等离子去胶设备中的冷却装置，所述冷却装置包括：平台100和冷却管路，所述平台上设置有支撑结构，以用于支撑两个以上的晶圆，所述冷却管路位于所述平台下方。在本实施例中，所述支撑结构可以是用于承载晶圆的槽部110，每个槽部放置一晶圆。如图2所示，所述冷却管路设置成蛇形管路300，所述蛇形管路具有沿第一方向扩展的若干个迂回管段。在本实施例中，所述迂回管段可以是u型管，蛇形管路300由若干个u型管通过相邻的u型管首尾对接组成；即，相邻的u型管在第二方向上对接，所述蛇形管路沿所述第一方向扩展，所述第一方向不同于所述第二方向，如图2所示的箭头m和n方向。蛇形管路300包括接入端和排放端，所述接入端经配置以提供流体介质，用于冷却晶圆。举例而言，所述流体介质为水。蛇形管路300主体形成为密封管路，使得所述蛇形管路内填充有的所述流体介质。
[0035]
继续参看图2，晶圆400各自支撑于槽部110中，并且沿蛇形管路300扩展的m标示的方向排布。在此提供的冷却管路形成为蛇形管路，包括平直区段和弯曲区段，利用温度相对稳定的所述平直区段对晶圆进行冷却，利用所述弯曲区段改变流体介质的流动方向而促进流体介质内的传热，一定程度地抑制在所述蛇形管路的扩展方向上的温度梯度，在增加热交换面积的同时有利于整片晶圆的均匀冷却。
[0036]
作为示例，相邻的u型管310之间通过卡套机构固定，相邻u型管的对接部可以设置成卡套式管接头，以提供在相邻u型管的对接处的流体密封。在其他示例中，所述卡套机构还可以设置有引流结构以确保流体介质在管路中的流动性，有利于提高冷却管路的热交换效率。
[0037]
作为示例，u型管310可以采用导热性良好的材料制成，例如铜及其合金，所述u型管可以具有5mm的直径。
[0038]
作为示例，u型管310内的流体介质可以是水，所述流体介质的温度在17.5℃以下，例如所述流体介质的温度为17.5℃。
[0039]
作为示例，蛇形管路300的接入端上设置有控制阀，所述控制阀可以根据需要精确控制作为流体介质的水的流量，例如根据待冷却的晶圆数量、实际的晶圆温度等控制水的流量。举例而言，所述控制阀可以为流量阀，并且配置为将水的压力调节为2.5公斤/厘米。
[0040]
作为示例，槽部110可以与平台100一体化成型，所述槽部的导热率小于所述冷却管路的导热率，可以进一步降低由沿流体介质在流动方向上的温度梯度造成的晶圆传热不均匀，从而可以使所述平台上设置的每一晶圆均匀冷却。
[0041]
本发明还提供一种基于等离子去胶设备执行的光刻胶去除方法，所述等离子去胶设备包括冷却装置，所述光刻胶去除方法包括通过等离子体灰化工艺从晶圆去除残留的光刻胶，随后采用所述冷却装置对灰化处理后的所述晶圆进行冷却。关于所述冷却装置的构造可以参照实施例一，在此不再赘述。
[0042]
在其他示例中，所述光刻胶去除方法还包括：于执行等离子体灰化工艺之前，将经受高温处理的晶圆传送进入冷却装置，将晶圆冷却至合适的温度以执行等离子体灰化工艺。例如，将晶圆冷却至200℃以下。在此种情形中，将整个的晶圆保持均匀冷却，这样有助于晶圆表面去胶均匀。
[0043]
综上所述，如上所述，本发明的等离子去胶设备中的冷却装置，具有以下有益效果：
[0044]
通过在承载晶圆的槽部下方沿一方向均匀排布的迂回管路可以增加承载晶圆的槽部与冷却管路之间的热交换效率，提高晶圆冷却的均匀性，从而可以降低热应力导致的破片风险，降低了产品的生产成本；在执行灰化工艺之前将来自高温腔体的晶圆均匀冷却，还有利于均匀移除光刻胶。采用本发明所述的等离子去胶设备中的冷却装置，以及基于等离子去胶设备中执行的光刻胶去除方法，有助于降低生产成本和提高设备产出率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0045]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种等离子去胶设备中的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置包括：平台，所述平台上设置有用于承载晶圆的支撑结构；冷却管路，所述冷却管路位于所述平台下方，所述冷却管路形成为蛇形管路，所述蛇形管路包括沿一方向扩展的若干个迂回管段，所述蛇形管路包括接入端和排放端且形成为密封管路，所述冷却管路内填充有流体介质以用于冷却晶圆，两个以上的所述晶圆沿所述蛇形管路扩展的方向排布。2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于：所述迂回管段为u型管，所述蛇形管路通过相邻的u型管首尾对接组成。3.根据权利要求2所述的冷却装置，其特征在于：相邻的u型管之间通过卡套机构固定，所述对接部设置成卡套式管接头。4.根据权利要求2所述的冷却装置，其特征在于：所述u型管的材料为铜，并且所述u型管路的直径为5mm。5.根据权利要求2所述的冷却装置，其特征在于：所述u型管内以水作为流体介质，所述流体介质的温度在17.5℃以下。6.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于：所述支撑结构是与所述平台一体化成型的槽部，所述晶圆设置于所述槽部中且沿所述蛇形管路扩展的方向排布。7.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于：所述接入端设置有流量阀，以用于控制所述流体介质的流量。8.根据权利要求6所述的冷却装置，其特征在于：所述槽部的导热率小于所述冷却管路的导热率。9.一种基于等离子去胶设备执行的光刻胶去除方法，其特征在于，所述等离子去胶设备包括如权利要求1-8任一项所述的冷却装置，所述光刻胶去除方法包括通过等离子体灰化工艺从晶圆去除残留的光刻胶，采用所述冷却装置对灰化处理后的所述晶圆进行冷却。

技术总结
本发明提供一种等离子去胶设备中的冷却装置，所述冷却装置包括：平台，所述平台上设置有用于承载晶圆的支撑结构；冷却管路，所述冷却管路位于所述平台下方，所述冷却管路形成为蛇形管路，所述蛇形管路包括沿一方向扩展的若干个迂回管段，所述蛇形管路包括接入端和排放端且形成为密封管路，所述蛇形管路内填充有流体介质以用于冷却晶圆，两个以上的所述晶圆沿所述蛇形管路扩展的方向排布。采用本发明的等离子去胶设备中的冷却装置，通过在承载晶圆的槽部下方沿一方向均匀排布的迂回管路可以提高晶圆冷却的均匀性，从而可以降低热应力导致的破片风险，降低了产品的生产成本。降低了产品的生产成本。降低了产品的生产成本。


技术研发人员：曹兴龙
受保护的技术使用者：上海新微技术研发中心有限公司
技术研发日：2021.12.31
技术公布日：2023/7/13