CN101358338A - 轴对称和均匀热分布的真空吸附加热器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种轴对称和均匀热分布的真空吸附加热器。在一些实施例中，一种真空吸盘包括：主体，具有用于在其上支撑衬底的支撑表面；多个轴对称布置的沟槽，形成于所述支撑表面中，所述沟槽中的至少一些相交；以及穿过所述主体并在所述沟槽内形成的多个吸附孔，所述吸附孔用于在操作期间将所述沟槽流体耦合到真空源，其中，所述吸附孔布置在所述沟槽的非相交部分中。

Description

轴对称和均匀热分布的真空吸附加热器
技术领域
本发明的实施例一般涉及半导体制造中使用的真空吸盘，更具体地涉及具有改善热分布的真空吸附加热器。
背景技术
亚大气压化学气相沉积(SACVD)处理在降低(或亚大气)压力下执行。降低压力能够减少不需要的气相反应，由此改善晶片上的膜均匀性。许多传统SACVD处理为膜和/或涂层提供高纯度和均匀性以及保形步骤的覆盖度。
但是，在某些应用中，已经发现，传统SACVD处理可能会不期望地展现沉积膜的较高厚度不均匀，由此降低质量和产量。据信，这样厚度不均匀性至少部分是由于上述处理中涉及的衬底的不均匀热分布引起的。衬底的不均匀热分布可能至少部分地由于真空吸附加热器和衬底之间的不均匀热传递引起。
真空吸附加热器一般包括衬底支撑件，衬底支撑件具有嵌入在其中的加热器和形成于其中的真空吸附孔，加热器具有一个或多个沟槽，而真空吸附孔用于在工件位于合适位置时通过在沟槽中保持真空而将工件(半导体晶片)保持于衬底支撑件上。传统地，除了通过提供较强的真空吸附功率之外，形成于真空吸附加热器中的沟槽和吸附孔没有考虑到会显著影响布置在传统真空吸附加热器上的衬底上所沉积的膜的质量。但是，本发明人已经发现，沟槽和吸附孔的尺寸和位置对得到的布置在其上的衬底的热分布的影响比预先期望的要大。此外，本发明人已经发现，由这样的传统加热器得到的热分布是不均匀的，足以在这样衬底上沉积的膜的膜厚度引起变动。在一些处理中，例如，热分布的一度变化可能对应于其上沉积的膜的厚度约60-100埃每分钟的变化。因此，这样的不均匀热分布可能在利用这样的传统真空吸附加热器得到的衬底上沉积的膜厚度分布中引起较大变化，特别是随着沉积膜的整个厚度减小时。
例如，传统地，一种学院派的想法是，在衬底和支撑件之间提供较强的吸附力以提高其间的热接触，由此，改善衬底的热分布并提高得到的衬底上沉积的膜性能。因此，传统真空吸盘提供较大的吸附孔(例如，直径约为120密尔)，以获得期望的高真空吸附功率。但是，本发明人已经发现，显著的“冷却点”可能在衬底上对应于吸附孔的位置显现出来。另外，本发明人已经发现，将吸附孔定位在真空沟槽(传统认为将真空压力分布在不同沟槽内更有利)的交叉点中实际上加剧了“冷却点”现象。
除了由传统吸附孔尺寸和位置引起的“冷却点”现象之外，本发明人还已经发现，一些非轴对称布局的传统沟槽图案还引起非轴对称的温度分布，由此，在衬底上引起非轴对称的膜厚度分布。
此外，本发明人还已经发现，加热器之间的变动还进一步对得到的沉积膜厚度产生较大影响。例如，当更换处理室内的加热器(由于失效、维护等)时，更换的加热器可能提供的厚度分布与前一个加热器不同。此外，加热器之间的变动可以使得在各自具有不同真空加热吸盘的多个处理室之间，处理标准化变得不可能或者变得极其困难。
虽然利用真空吸附加热器的一些传统系统可以试图利用处理室内或真空吸附加热器内的气体流率的控制来补偿衬底上的非均匀热分布，但是加热器之间的热分布变动使得这样的补偿努力变得困难。
因此，现有技术中需要为处理衬底而改善真空吸附加热器。
发明内容
这里提供了具有轴对称和/或更均匀热分布的真空吸盘的实施例。在一些实施例中，一种真空吸盘包括：主体，具有用于在其上支撑衬底的支撑表面；多个轴对称布置的沟槽，形成于所述支撑表面中，所述沟槽中的至少一些相交；以及穿过所述主体并在所述沟槽内形成的多个吸附孔，所述吸附孔用于在操作期间将所述沟槽流体耦合到真空源，其中，所述吸附孔布置在所述沟槽的非相交部分中。
在一些实施例中，一种衬底处理室包括：处理室；以及真空吸盘，布置在所述处理室内，所述真空吸盘包括：主体，具有用于在其上支撑衬底的支撑表面；多个轴对称布置的沟槽，形成于所述支撑表面中，所述沟槽中的至少一些相交；以及穿过所述主体并在所述沟槽内形成的多个吸附孔，所述吸附孔用于在操作期间将所述沟槽流体耦合到真空源，其中，所述吸附孔布置在所述沟槽的非相交部分中。
在本发明的另一个方面中，提供用于制造真空吸盘的方法。在一些实施例中，一种制造真空吸盘的方法包括：提供主体，所述主体具有衬底支撑表面；在所述支撑表面中形成轴对称布置的多个沟槽；以及在所述沟槽的非相交部分内形成穿过所述主体的多个吸附孔。
附图说明
为了更具体地理解本发明的上述特征，上面简单概括的本发明的更具体描述可以参考具体实施例，一些具体实施例在附图中示出。但是，应当注意，附图中仅示出本发明的典型实施例，因此不应当认为是对保护范围的限制，因为本发明可以包括其它等同实施例。
图1A示出根据本发明一些实施例的真空吸附加热器。
图1B示出图1A的真空吸附加热器沿线1B-1B所取的剖面侧视图。
图2示出根据本发明的一些实施例制造真空吸附加热器的方法的流程图。
为了便于理解，适当的时候，相同的参考标号用于表示多个图中共有的相同元件。附图并非按比例绘制，而是简化以便清楚。应当意识到，一个实施例的元件和特征可以在没有进一步提及的情况下有利地结合到其它实施例中。
具体实施方式
本发明的实施例提供一种具有轴对称和/或更均匀的热分布的真空吸附加热器。如这里使用的，术语“热分布”是指布置在真空吸附加热器上并被加热到期望温度的衬底或工件的稳态温度。如这里使用的，术语“轴对称”是指热分布相对于真空吸附加热器或布置在其上的衬底的中心轴线(例如，垂直于半导体晶片或衬底的中心而延伸的轴线)的对称性.
图1A-1B分别示出根据本发明实施例的真空吸附加热器100的俯视图和沿剖面线1B-1B所取的剖面侧视图。真空吸附加热器100可以布置在处理衬底(例如，半导体衬底(例如但不限于200或300mm的半导体晶片))时使用的处理室(未示出)中。真空吸附加热器100可以用于期望对衬底加热的任何处理，例如，化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)等。可以从这里描述的真空吸附加热器获利的合适处理室包括例如PRODUCER
Figure A20081013121500081
半导体处理系统中使用的亚大气压CVD(SACVD)生产线的处理室，这些都可以从Santa Clara，California的应用材料公司获得。应当意识到，本发明的真空吸附加热器可以同样用于其它处理室和系统。
真空吸附加热器100包括主体102和用于支撑主体102的轴104，其中主体具有布置在其中的加热器112(诸如，电阻加热器元件等)。主体102可以由适于经受住处理环境的任何材料(诸如，氮化铝、氧化铝、不锈钢、铝、热解氮化硼等)制成。主体102具有用于在其上支撑衬底的大体上平面支撑表面106。在一些实施例中，可以提供周边突起或唇缘118，以限定凹穴120，在处理期间，衬底可以放置在凹穴120中。唇缘118可以具有便于在处理期间将衬底对中和保持在期望位置的特征件122(诸如，倾斜侧壁)。可以提供多个抬升销孔124(在图1A-1B中示出三个抬升销孔124)，抬升销孔124与对应的抬升销(未示出)便于将衬底升高到支撑表面106或降低离开支撑表面106。
加热器112一般包括嵌入在主体102中的一个或多个电阻线圈(未示出)。电阻线圈可被独立控制，以产生加热器区域。可以提供温度指示器(未示出)，以监控处理温度。作为一个示例，温度指示器可以是热电偶(未示出)，并被定位使得其提供与支撑表面106(或布置在其上的衬底表面)处的温度相关的数据。
在一些实施例中，可以在主体102内提供RF电极116，以便于下述一者或两者：将RF功率耦合到室，或提供RF接地路径以从室移除RF功率。
为了便于真空吸附，在支撑表面106中形成一个或多个沟槽108，并且在沟槽108内提供多个吸附孔110。沟槽108可以在诸如模铸、铸造或烧结处理以形成主体102的期间以任何合适的模式形成，和/或者可以通过机加工主体102的支撑表面而形成。沟槽108还可以通过移除任何存在的沟槽(诸如，通过填充或机加工支撑表面)然后根据这里提供的教导机加工沟槽108而形成在传统真空加热器吸盘中(或者，真空加热器吸盘100可以被翻新(refurbish))。
在本发明的实施例中，吸附孔110与传统真空加热器吸盘相比具有减小的直径，由此消除或减少“冷却点”效应。在一些实施例中，吸附孔110的直径可以小于或等于约40密尔、或在约30-60密尔之间或约40密尔。
在本发明的实施例中，吸附孔100可以布置在与各个沟槽108的交点远离的位置中(例如，吸附孔100布置在沟槽的不相交部分)。在一些实施例中，吸附孔110可以对称(虽然不一定要轴对称)布置。例如，在图1A-1B所示的实施例中，一对吸附孔110设置在沟槽108内径向相对的位置，并且与沟槽108的最近相交点等间距。应当意识到，在沟槽内(如上所述，除了不在任何沟槽相交点内)的不同位置可以利用其它更多或更少的吸附孔110。
在本发明的实施例中，沟槽108绕真空吸附加热器100的中心轴线150轴对称布置，由此有利于产生轴对称的热分布，并且由此产生轴对称的膜厚度分布。例如，在图1A-1B所示的实施例中，内圆形沟槽108A和外圆形沟槽108B设置有连接内外圆形沟槽108A-B的四个等间距的轴向沟槽108C-F。应当意识到，可以利用具有相同或不同数量的沟槽的其它轴对称几何构造。
轴对称布置的沟槽108在衬底和真空加热器吸盘100的支撑表面106之间产生均匀分布的气压。接着，这在真空加热器吸盘100和衬底之间引起均匀热传递，由此产生衬底的更均匀的热分布。例如，测试结果表明，布置在真空加热器吸盘100上的衬底的方位角温度范围可以从6摄氏度降低到低于约3摄氏度，由此降低对尝试补偿热分布非均匀性的其它方法的依赖。
在本发明的实施例中，沟槽108可以具有精密的公差，由此有利于降低加热器之间温度分布变动。例如，在一些实施例中，沟槽108的宽度可以在约17-23密尔之间。在一些实施例中，沟槽108的深度可以在约2.5-3.5密尔之间。此外，在一些实施例中，支撑表面106的降低的表面粗糙度可以低于约32微英寸、或者在28-32微英寸之间，由此改善在使用期间衬底和支撑表面106之间的表面接触。因此，通过牢固控制真空加热器吸盘100的表面的形貌条件，可以控制对不同加热器之间的衬底温度变动。
轴104可以具有多个开口114(或者其它机构，诸如，管、软管等)，开口114将吸附孔110流体耦合到真空系统(未示出)(由此将沟槽108耦合到真空系统)。因此，在操作中，衬底可以布置在真空加热器吸盘100的支撑表面106上，并且通过经由吸附孔110在沟槽108内施加并保持真空压力而将衬底保持于其上。轴104还包括中心通道126，以便于工具或连接器穿过其到达真空加热器吸盘100的主体102。例如，一个或多个加热器连接器128可以穿过通道126并耦合到加热器112，用于提供电连接以操作加热器112。另外，RF连接器130可以穿过通道126，用于将RF电极116耦合到RF功率供应装置或接地连接(未示出)。
图2示出根据本发明的一些实施例制造真空吸附加热器的方法200的流程图。参考根据图1A-1B上述的真空吸附加热器100描述方法200。在一些实施例中，方法开始于202，其中提供具有衬底支撑表面106的主体102。主体102可以由上面讨论的任何合适材料制造，并且可以由诸如模铸、烧结、机加工等任何合适方式制造。
接着，在204，可以在支撑表面106中形成多个轴对称布置的沟槽108。沟槽108诸如在用于形成主体102的制造处理期间以任何合适方式形成。或者，沟槽108可以通过随后将沟槽机加工到主体102的支撑表面中而形成。在一些实施例(诸如现存真空吸附加热器的翻新)中，在形成沟槽108之前，可以从主体102移除预先存在的沟槽。例如，在一些实施例中，支撑表面106可以被机加工平坦以移除预先存在的沟槽。应当意识到，任何预先存在的沟槽中的至少一些可以被重新调节而不是完全移除，以形成沟槽108。
接着，在206，在沟槽108的非相交部分内，可以形成多个吸附孔110穿过主体。可以在形成沟槽108之前或之后形成吸附孔110。此外，在真空吸附加热器被翻新的实施例中，吸附孔110可以是已经存在于主体102内的，也可以是后来形成的。另外，在真空吸附加热器被翻新的实施例中，在形成吸附孔110之前，可以将任何预先存在的吸附孔至少部分地填充。
因此，这里提供了轴对称和均匀热分布的真空吸附加热器的实施例。真空吸附加热器有利于最小化布置在真空吸附加热器上的衬底上的所形成的膜和/或涂层的厚度非均匀性。此外，这里描述的创造性真空吸附加热器还有利于提供下述的一项或多项：1)降低由于衬底上对应于吸附孔的局部冷却点引起的膜厚度尖峰值；2)降低由于真空吸附加热器的热分布不对称性而引起的膜厚度分布不均匀性；以及3)降低加热器之间热分布变动。
虽然上面针对于本发明的实施例，但是在不偏离本发明的基本范围的情况下可以设计出其它实施例，因此，本发明的范围由权利要求来确定。

Claims (23)

1.一种真空吸盘，包括：
主体，具有用于在其上支撑衬底的支撑表面；
多个轴对称布置的沟槽，形成于所述支撑表面中，所述沟槽中的至少一些相交；以及
穿过所述主体并在所述沟槽内形成的多个吸附孔，所述吸附孔用于在操作期间将所述沟槽流体耦合到真空源，其中，所述吸附孔布置在所述沟槽的非相交部分中。
2.根据权利要求1所述的真空吸盘，还包括：
布置在所述主体内的加热器。
3.根据权利要求2所述的真空吸盘，其中，所述加热器包括：
一个或多个电阻线圈。
4.根据权利要求1所述的真空吸盘，其中，所述沟槽的宽度在17-23密尔之间。
5.根据权利要求1所述的真空吸盘，其中，所述沟槽的深度在2.5-3.5密尔之间。
6.根据权利要求1所述的真空吸盘，其中，所述支撑表面的表面粗糙度小于或等于32微英寸。
7.根据权利要求1所述的真空吸盘，其中，所述孔的直径在20-60密尔之间。
8.根据权利要求1所述的真空吸盘，其中，所述孔的直径小于或等于40密尔。
9.根据权利要求1所述的真空吸盘，其中，所述孔的直径小于或等于所述沟槽的宽度。
10.根据权利要求1所述的真空吸盘，其中，所述多个吸附孔是两个吸附孔。
11.根据权利要求1所述的真空吸盘，其中，所述多个吸附孔绕所述真空吸盘的中心轴线对称布置。
12.根据权利要求1所述的真空吸盘，其中，所述多个轴对称布置的沟槽包括至少两个同心圆形沟槽，并且具有与所述圆形沟槽耦合的多个沿径向延伸的沟槽。
13.一种衬底处理室，包括：
处理室；以及
真空吸盘，布置在所述处理室内，所述真空吸盘包括：
主体，具有用于在其上支撑衬底的支撑表面；
多个轴对称布置的沟槽，形成于所述支撑表面中，所述沟槽中的至少一些相交；以及
穿过所述主体并在所述沟槽内形成的多个吸附孔，所述吸附孔用于在操作期间将所述沟槽流体耦合到真空源，其中，所述吸附孔布置在所述沟槽的非相交部分中。
14.根据权利要求13所述的衬底处理室，还包括：
真空泵，耦合到所述吸附孔，用于在处理期间在所述沟槽内建立并保持真空压力。
15.根据权利要求13所述的衬底处理室，还包括：
布置在所述主体内的加热器。
16.根据权利要求1所述的衬底处理室，其中，所述沟槽的宽度在17-23密尔之间，深度在2.5-3.5密尔之间。
17.根据权利要求13所述的衬底处理室，其中，所述支撑表面的表面粗糙度小于或等于32微英寸。
18.根据权利要求13所述的衬底处理室，其中，所述孔的直径在20-60密尔之间。
19.根据权利要求13所述的衬底处理室，其中，所述多个吸附孔是绕所述真空吸盘的中心轴线对称布置的两个吸附孔。
20.根据权利要求13所述的衬底处理室，其中，所述多个轴对称布置的沟槽包括至少两个同心圆形沟槽，并且具有与所述圆形沟槽耦合的多个沿径向延伸的沟槽。
21.一种制造真空吸盘的方法，包括：
提供主体，所述主体具有衬底支撑表面；
在所述支撑表面中形成轴对称布置的多个沟槽；以及
在所述沟槽的非相交部分内形成穿过所述主体的多个吸附孔。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述提供主体还包括：
从所述主体移除预先存在的沟槽。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括：
机加工所述支撑表面，以移除所述预先存在的沟槽。
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