CN101933121B - 基板支撑单元、基板处理装置及制造基板支撑单元的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基板支撑单元、基板处理装置以及制造基板支撑单元的方法。基板支撑单元包括：基座(12)，该基座(12)配备有用于对放置在所述基座上的基板进行加热的加热器(15a，16b)，并且包括第一温度区域和温度比第一温度区域高的第二温度区域；以及散热件(20)，该散热件(20)包括与第二温度区域热接触的接触表面(21)。散热件(20)还包括与第一温度区域相对应的开口(23)。散热件(20)形成为环形，其中所述开口(23)被所述接触表面(21)围绕，并且所述散热件(20)的所述接触表面(21)与所述基座(12)的下表面热接触。

Description

基板支撑单元、基板处理装置及制造基板支撑单元的方法
技术领域
本发明涉及基板支撑单元、基板处理装置及制造基板支撑单元的方法，更具体地涉及一种使基板的温度分布均匀的基板支撑单元和基板处理装置，以及制造这种基板支撑单元的方法。
背景技术
一般来说，半导体制造方法包括晶片的沉积工艺或者晶片的蚀刻工艺。在这样的工艺中，在晶片被放置在陶瓷或金属制成的基座上的条件下，通过电阻加热器或灯式加热器对晶片进行加热直到500℃～700℃。
在这样的情况下，为了获得工艺均匀性，需要均匀地调整晶片上的温度分布，为此，基座的温度需要均匀化。
发明内容
因此，鉴于以上问题作出了本发明，并且本发明的目标在于提供一种对晶片上的温度分布进行均匀调节的基板支撑单元和基板处理装置，以及制造这种基板支撑单元的方法。
本发明的另一目标在于提供一种对基座上的温度分布进行均匀调节的基板支撑单元和基板处理装置，以及制造这种基板支撑单元的方法。
根据本发明的一个方面，上述及其他目标可以通过提供这样的基板支撑单元来实现，所述基板支撑单元包括：基座，该基座配备有用于对放置在该基座上的基板进行加热的加热器，并且包括第一温度区域和温度比第一温度区域高的第二温度区域；以及散热件，该散热件包括与第二温度区域热接触的接触表面。
所述散热件还可以包括与第一温度区域相对应的开口。所述散热件可以形成为环形，其中所述开口被所述接触表面围绕，并且所述散热件的所述接触表面可以与所述基座的下表面进行热接触。
所述开口可以被所述环形接触表面围绕，并且包括：第一开口部分，其形成为具有第一半径的扇形；以及第二开口部分，其形成为具有不同于第一半径的第二半径的扇形。所述开口还可以包括设置在第一开口部分与第二开口部分之间并且连接第一开口部分和第二开口部分的中间开口部分。
所述基座可以包括中心区、边缘区和设置在所述中心区与所述边缘区之间的中间区；并且所述开口可以被设置为对应于所述中心区，并且所述接触表面被设置为对应于所述中间区。
所述加热器可以包括：第一加热器，其用于加热所述基板的中心部分；以及围绕第一加热器的第二加热器，其用于加热所述基板的边缘部分。
所述散热件可以由从陶瓷、AlN、Ni和Inconel构成的组中选择的一种来制成。
所述基板支撑单元还可以包括反射件，该反射件被设置为与所述基座的一个表面近似平行，以将从所述基座发出的热朝向所述基座反射。
所述基座还可以包括：温度比第二温度区域低的第三温度区域；和温度比第三温度区域高的第四温度区域；并且所述反射件可以通过热反射来加热第三温度区域。
所述反射件可以形成为盘形，并且包括：形成为具有第一半径的扇形的第一反射件部分；和形成为具有第二半径的扇形的第二反射件部分，其中第二半径不同于第一半径。
本发明的另一方面提供了一种基板处理装置，该基板处理装置包括：提供对基板进行处理的内部空间的腔室；设置在所述腔室中用于支撑所述基板的基板支撑单元；以及喷头，其用于向所述基板支撑单元所支撑的所述基板的上表面供应处理气体(process gas)，其中所述基板支撑单元包括：基座，该基座配备有用于对放置在所述基座上的基板进行加热的加热器，并且包括第一温度区域和温度比第一温度区域高的第二温度区域；以及散热件，该散热件包括与第二温度区域热接触的接触表面以及与第一温度区域相对应的开口；以及反射件，该反射件被设置为与所述基座的一个表面近似平行，以将所述基座发出的热朝向所述基座反射；并且所述开口被所述环形接触表面围绕；并且所述开口包括：第一开口部分，其形成为具有第一半径的扇形；以及第二开口部分，其形成为具有不同于第一半径的第二半径的扇形。
本发明的再一个方面提供了一种制造基板支撑单元的方法，所述基板支撑单元配备有基座，基板放置在所述基座上，所述方法包括以下步骤：在包括第一温度区域和温度比第一温度区域高的第二温度区域的所述基座的一侧安装散热件，使得所述散热件与第二温度区域热接触，以便散发第二温度区域的热。
所述方法还可以包括以下步骤：形成穿过所述散热件与第一温度区域相对应的开口，以防止第一温度区域和所述散热件之间的热接触。
所述散热件可以形成为环形，其中与第一温度区域相对应的所述开口被与第二温度区域相对应的接触表面围绕；并且所述开口的形成可以包括：形成具有第一半径的扇形的第一开口部分；以及形成具有第二半径的扇形的第二开口部分，其中第二半径不同于第一半径。
所述基座可以包括中心区、边缘区和设置在所述中心区和所述边缘区之间的中间区；并且所述散热件的安装可以包括：设置与第一温度区域相对应的开口，使之对应于所述中心区，并且设置与第二温度区域热接触的接触表面，使之对应于所述中间区。
所述方法还可以包括以下步骤：设置与所述基座的一个表面近似平行的反射件，以将所述基座发出的热朝向所述基座反射。
所述基座还可以包括温度比第二温度区域低的第三温度区域和温度比第三温度区域高的第四温度区域；并且所述反射件的所述设置可以包括：对形成为具有预定半径的盘形的所述反射件进行处理，以形成具有第一半径的扇形的第一反射件部分，其中第一半径小于所述预定半径；以及对所述反射件进行处理，以形成具有第二半径的扇形的第二反射件部分，其中第二半径小于所述预定半径且不同于第一半径。
根据本发明，晶片上的温度分布被均匀地调整。另外，基座上的温度分布被均匀地调整。
附图说明
通过以下结合附图进行的详细描述将更清楚地理解本发明的以上和其他目标、特征和其他益处，在附图中：
图1是示意性图示根据本发明一个实施方式的基板处理装置的图；
图2和图3是图示图1的散热件的图；
图4是示意性图示根据本发明另一个实施方式的基板处理装置的图；
图5和图6是图示图4的反射件的图；而
图7是图示图4的散热件和反射件的图。
具体实施方式
现在将参照图1到图7详细描述本发明的优选实施方式。应该意识到，本发明的这些实施方式可以按各种方式修改，并且本发明的范围并不受下面将描述的实施方式的限制。对实施方式的描述仅仅是为了本领域技术人员更好地理解本发明而作出的。因此，附图中示出的各个部件的形状可以为了更清楚地解释而被夸大。
尽管在之后将示例性地描述沉积装置(deposition apparatus)，但是本发明适用于各种基板处理装置，每种基板处理装置均配备有基板支撑单元。此外，尽管在之后将示例性地描述晶片(W)，但是本发明适用于各种要处理的物体。
图1是示意性图示根据本发明一个实施方式的基板处理装置100的图。基板处理装置100用于沉积膜，并且包括圆柱形的腔室11。腔室11中设置有呈盘形用来水平地支撑晶片(W)的基座12，该基座由支撑件13支撑。基座12由陶瓷，例如Al2O3、AlN等制成。基座12的周缘上设置有用于引导晶片(W)的引导环14。
加热器15a和15b安装在基座12内。第一加热器15a主要加热基座12的中心部分，而第二加热器15b主要加热基座12的边缘部分。加热器15a和15b包括线圈型加热器或图案加热器(pattern heater)，并且对加热器15a和15b的供电是独立进行的，因此加热器15a和15b的加热温度是独立受控的。晶片(W)被加热器15a和15b加热到指定温度。基座12包括热耦(未示出)，并且所述热耦感测基座12的温度，以便能够控制基座12的温度。
腔室11的顶上安装有喷头30。喷头30将来自供气线路32的处理气体供应到基座12，并且供气线路32由阀门32a来开闭。高频电源连接到喷头30，遇必要时向喷头30供应指定的高频电力。
穿过腔室11的底部形成有排放口16，因此处理气体和残余产物通过排放口16排放到腔室11外部。另外，腔室11的内部可以通过排放口被减压到指定真空度。在腔室11侧壁上形成有门(gate)42和用于开闭门42的门阀43，晶片(W)通过门42被放入和拿出腔室11。
基板处理装置100还包括安装在基座12a的下表面上的散热件20。散热件20与基座12的下表面热接触，并且由于热接触而将基座12的热散逸到外部。在此，热接触包括直接接触和通过介质的间接接触，并且热通过这些直接接触和间接接触进行传递。为了有效地散热，散热件20可以由具有高传热系数的材料制成，所述材料为从由陶瓷、AlN、Ni和Inconel组成的组中选择的一种。
常规地，在基座12中，基座12边缘部分的热散逸量大，并且因此基座12边缘部分的温度相对更低。另外，基座12中心部分的辐射热(即与基座12相对的喷头13所反射并且入射到晶片上的热)的量相对较大。结果，晶片中心部分的温度升高，从而难以获得晶片上均匀的温度分布。
另外，基座12的靠近支撑该基座12的支撑件13的中心部分被支撑件13冷却，因此基座12中心部分的温度与基座12其他部分相比大大降低而导致晶片上不均匀的温度分布。
考虑到以上因素，将基座12分成如图1所示的三个区。即，基座12在从基座12中心向基座12边缘的方向上被分成第一区A、第二区B和第三区C。将在后面描述的该第一区A、第二区B和第三区C是示例性的，并且根据包括加热器15a和15b的外部条件(例如晶片(W)的尺寸、工艺条件等等)而放大或缩小。
如上面描述的，第一区A是被支撑件13冷却的区，因此表现出比相邻的第二区B更低的温度分布。如上面描述的，第三区C是散逸最大热量的区，因此表现出比相邻的第二区B更低的温度分布。因此，第二区B表现出比第一区A和第三区C更高的温度分布。
散热件20设置在与第二区B相对应的区域，并且冷却第二区B，因此确保了第二区B与第一区A和第三区C之间的温度均匀性。不同于该实施方式，本领域技术人员应该意识到，散热件20尺寸和形状的各种变型是可能的，以确保第二区B与第一区A和第三区C之间的温度均匀性。在后面，将参照图2和3更详细地描述散热件20。
图2和图3是图示图1的散热件20的图。图2图示了处理前的散热件20，而图3图示了处理后的散热件20。如图2所示，散热件20包括环形接触表面21，该环形接触表面21设置有穿过其中心而形成的开口23，并且接触表面21与基座12的下表面热接触。接触表面21的外径为D1(下面称为第一直径)，开口23的直径为D2(下面称为第二直径)。
穿过散热件20形成有用于移动提拉销(lift pin，未示出)的路径以在基座12上支撑基板的孔和用于将散热件安装到基座12上的孔。
使用者将图2的散热件20处理为具有如图3所示的形状，因此均匀地调整基座12上的温度分布。图3的散热件20仅仅是示例性的，并且对散热件20的处理结果可以根据基座12上的温度分布而不同。
使用者在散热件20从基座12上移除的条件下测量基座12上的温度分布(或者，使用者可以在晶片W置于基座12上的条件下进行处理，并且在该处理期间测量晶片W上的温度分布)，并且根据测得的温度分布来处理散热件20的开口23。这里，在散热件20被固定到基座12上的情况下，开口23被处理为具有与低温度区域(温度比其他区更低的区)相对应的尺寸，并且被设置为对应于该低温度区域。
如图3所示，经处理的散热件20包括具有第一半径r1的第一开口部分22a、具有第二半径r2的第二开口部分22b、具有第三半径r3的第三开口部分22c、具有第四半径r4的第四开口部分22d，以及具有第五半径r5的第五开口部分22e。第一开口部分22a到第五开口部分22e为扇形，并且被顺时针依次设置。
即，测量基座12(或者晶片W)上的温度分布，并且根据测量值来确定散热件20的第一开口部分22a到第五开口部分22e的半径、中心角大小和位置。通过以上处理，形成了具有第一半径r1的第一开口部分22a，然后从第一开口部分22a沿顺时针方向形成具有第二半径r2的第二开口部分22b。另外，在第一开口部分22a与第二开口部分22b之间形成有矩形的第一中间开口部分24a，其具有长度分别等于第一半径r1和第二半径r2的两边以及连接该两边的一边。第一中间开口部分24a设置在第一开口部分22a与第二开口部分22b之间，并且将第一开口部分22a和第二开口部分22b互连起来。
第二中间开口部分24b形成在第二开口部分22b的顺时针方向，并且为矩形，其具有长度分别等于第二半径r2和原始开口23半径R的两边以及连接该两边的一边。未处理的原始开口23(具有与第二直径D2的一半相对应的半径R)位于第二开口部分22b的顺时针方向。
通过上述方法，顺时针依次设置了第三中间开口部分24c、第三开口部分22c、第四中间开口部分24d、第四开口部分22d、第五中间开口部分24e、第五开口部分22e、第六中间开口部分24f和第七中间开口部分24g，并且未处理的原始开口23(具有与第二直径D2的一半相对应的半径R)位于第六中间开口部分24f与第七中间开口部分24g之间。
如图1所示，经过以上工艺处理的散热件20被安装为通过接触表面21与基座12的下表面，特别是基座12的高温区域(温度比其他区要高的区域)热接触，并借由散热来冷却基座12的高温区域。在此，散热件20包括与基座12的低温区域(温度比其他区要低的区域)相对应的第一开口部分22a到第五开口部分22e以及第一中间开口部分24a到第七中间开口部分24g。因此，散热件20防止了低温区域通过接触表面21被冷却。基座12的高温区域通过以上工艺被冷却，并且基座12(尤其是第二区B)具有均匀的温度分布。
图4是示意性图示了根据本发明另一实施方式的基板处理装置的图。该实施方式中基本上与前一实施方式相同的一些部分将以相同的标号来表示，尽管它们被描绘在不同附图中，并且将省略对它们的详细描述，因为这是不必要的。另外，将仅描述该实施方式中与前一实施方式显著不同的部分。
如图4所示，基座12被分成四个区。即，第四区D位于第三区C外部，并且具有比相邻的第三区C更高的温度分布。
基板处理装置100还包括设置在散热件20之下与散热件20近似平行的反射件50。反射件50将从基座12发射到反射件50的热反射到基座12，从而基座12被反射的热重新加热。具体来说，反射的热加热了温度比第四区D低的第三区C，因此使基座12获得了均匀的温度分布。为了有效地反射热，反射件50可以由具有高反射率的材料制成，所述材料为从陶瓷、氮化铝、镍和因康镍合金组成的组中选择的一种。
之后将参照图5和图6更详细地描述反射件50。图5和图6是图示图4的反射件50的图。图5图示了处理前的反射件50，而图6图示了处理后的反射件50。如图5所示，反射件50为具有第三直径D3的盘形。穿过反射件50形成有用于将反射件50安装到支撑件13的多个孔。
使用者将图5的反射件50处理为具有如图6所示的形状，因此均匀地调整基座12上的温度分布。图6的反射件50仅仅是示例性的，并且对反射件50的处理结果可以根据基座12上的温度分布而不同。
使用者在反射件50从基座12移除的条件下测量基座12上的温度分布(或者，使用者可以在晶片W置于基座12上的条件下进行处理，并且在该处理期间测量晶片W上的温度分布)，并且根据所测得的温度分布如图6所示来处理反射件50的边缘。即，如上面描述的，在第四区D为高温区域而第三区C为低温区域的情况下，使用反射件50将从基座12发出的热供应到第三区C并加热第三区C。在此，为了防止反射件50反射的热被供应到第四区D，对反射件50的边缘作了处理。
如图6所示，经处理的反射件50包括扇形的第一反射件部分52a到第十二反射件部分521，它们顺时针依次设置。
第一反射件部分51a到第十一反射件部分52k分别具有第一半径R1到第十一半径R11，而第十二反射件部分521具有与第三半径D3的一半相对应的原始半径R。即，如图6所示，根据测得的温度分布对反射件50的边缘进行处理，并且通过处理形成第一反射件部分51a到第十二反射件部分521。图6中第一反射件部分51a到第十二反射件部分521的半径和中心角仅仅是示例性的，并且可以根据测得的温度分布而修改。
上述反射件50将反射的热供应到第三区C，并防止反射的热被供应到第四区D，因此均匀地调整基座12上的温度分布。
图7是图示图4的散热件20和反射件50的图。如图4所示，散热件20和反射件50可以一起使用，因此更均匀地调整基座12前表面的温度分布。例如，第一区A与第二区B之间的温度均匀性通过散热件20来确保，而第三区C与第四区D之间的温度均匀性通过反射件50来确保。然而，该实施方式仅仅是示例性的，散热件20和反射件50的功能可以互换。
根据本发明，晶片上的温度分布被均匀调整。另外，基座上的温度分布被均匀调整。
尽管已经出于图示说明的目的公开了本发明的优选实施方式，但是本领域技术人员应该意识到各种修改、增添和替代是可能的而不会偏离所附权利要求书中所公开的本发明的范围和主旨。

Claims (19)

1.一种基板支撑单元，该基板支撑单元包括：
基座，其配备有用于对放置在该基座上的基板进行加热的加热器，并且包括第一温度区域和温度比第一温度区域高的第二温度区域；以及
散热件，其包括与第二温度区域热接触的接触表面。
2.根据权利要求1所述的基板支撑单元，其中，所述散热件还包括与第一温度区域相对应的开口。
3.根据权利要求1所述的基板支撑单元，其中，所述散热件形成为环形，其中所述开口被所述接触表面围绕，并且所述散热件的所述接触表面与所述基座的下表面进行热接触。
4.根据权利要求1所述的基板支撑单元，其中：
所述开口被环形的所述接触表面围绕，并且所述开口包括：
第一开口部分，其形成为具有第一半径的扇形；以及
第二开口部分，其形成为具有不同于第一半径的第二半径的扇形。
5.根据权利要求4所述的基板支撑单元，其中，所述开口还包括设置在第一开口部分与第二开口部分之间并且连接第一开口部分和第二开口部分的中间开口部分。
6.根据权利要求1所述的基板支撑单元，其中：
所述基座包括中心区、边缘区和设置在所述中心区与所述边缘区之间的中间区；并且
所述开口被设置为对应于所述中心区，并且所述接触表面被设置为对应于所述中间区。
7.根据权利要求1所述的基板支撑单元，其中，所述加热器包括：
第一加热器，其用于加热所述基板的中心部分；以及
围绕第一加热器的第二加热器，其用于加热所述基板的边缘部分。
8.根据权利要求1所述的基板支撑单元，其中，所述散热件由从陶瓷、AlN、Ni和Inconel构成的组中选择的一种来制成。
9.根据权利要求1所述的基板支撑单元，该基板支撑单元还包括反射件，该反射件被设置为与所述基座的一个表面平行，以将从所述基座发出的热朝向所述基座反射。
10.根据权利要求9所述的基板支撑单元，其中：
所述基座还包括温度比第二温度区域低的第三温度区域和温度比第三温度区域高的第四温度区域；并且
所述反射件通过热反射来加热第三温度区域。
11.根据权利要求10所述的基板支撑单元，其中：
所述反射件形成为盘形，并且
所述反射件包括：
形成为具有第一半径的扇形的第一反射件部分；和
形成为具有第二半径的扇形的第二反射件部分，其中第二半径不同于第一半径。
12.一种基板处理装置，该基板处理装置包括：
提供对基板进行处理的内部空间的腔室；
设置在所述腔室中用于支撑基板的基板支撑单元；以及
喷头，其用于向所述基板支撑单元所支撑的基板的上表面供应处理气体，
其中，所述基板支撑单元包括：
基座，其配备有用于对放置在所述基座上的基板进行加热的加热器，并且包括第一温度区域和温度比第一温度区域高的第二温度区域；
散热件，其包括与第二温度区域热接触的接触表面以及与第一温度区域相对应的开口；以及
反射件，其被设置为与所述基座的一个表面平行，以将从所述基座发出的热朝向所述基座反射；并且所述开口被环形接触表面围绕；并且
所述开口包括：
第一开口部分，其形成为具有第一半径的扇形；以及
第二开口部分，其形成为具有第二半径的扇形。
13.根据权利要求12所述的基板处理装置，其中：
所述基座还包括温度比第二温度区域低的第三温度区域和温度比第三温度区域高的第四温度区域；并且
所述反射件通过热反射来加热第三温度区域。
14.一种制造基板支撑单元的方法，所述基板支撑单元配备有基座，基板放置在所述基座上，该方法包括以下步骤：在包括第一温度区域和温度比第一温度区域高的第二温度区域的所述基座的一侧安装散热件，使得所述散热件与第二温度区域热接触，以便散发第二温度区域的热。
15.根据权利要求14所述的方法，该方法还包括以下步骤：形成穿过所述散热件与第一温度区域相对应的开口，以防止第一温度区域与所述散热件之间的热接触。
16.根据权利要求15所述的方法，其中：
所述散热件形成为环形，其中与第一温度区域相对应的所述开口被与第二温度区域相对应的接触表面围绕；并且
所述开口的形成包括以下步骤：
形成具有第一半径的扇形的第一开口部分；以及
形成具有第二半径的扇形的第二开口部分，其中第二半径不同于第一半径。
17.根据权利要求14所述的方法，其中：
所述基座包括中心区、边缘区和设置在所述中心区与所述边缘区之间的中间区；并且
所述散热件的安装包括以下步骤：
设置与第一温度区域相对应的开口，使之对应于所述中心区；
以及
设置与第二温度区域热接触的接触表面，使之对应于所述中间区。
18.根据权利要求14所述的方法，该方法还包括以下步骤：设置与所述基座的一个表面平行的反射件，以将从所述基座发出的热朝向所述基座反射。
19.根据权利要求18所述的方法，其中：
所述基座还包括温度比第二温度区域低的第三温度区域和温度比第三温度区域高的第四温度区域；并且所述反射件的设置包括以下步骤：
对形成为具有预定半径的盘形的所述反射件进行处理，以形成具有第一半径的扇形的第一反射件部分，其中第一半径小于所述预定半径；以及
对所述反射件进行处理，以形成具有第二半径的扇形的第二反射件部分，其中第二半径小于所述预定半径且不同于第一半径。
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