CN102077338A - 用于低温pecvd应用的基座加热器 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于提供功率给加热支撑基座的方法和设备。在一实施例中，叙述一种处理套组。该处理套组包含：空心轴，其由导电材料制成，并在一端耦合至基板支撑件，而在相对端耦合至基底组件，该基底组件适于耦合至配置在半导体处理工具上的功率箱。在一实施例中，该基底组件包含至少一暴露的电连接器，其配置在由介电材料，例如塑料树脂，制成的嵌件中。

Description

用于低温PECVD应用的基座加热器
技术领域
本发明的实施例大体上是关于半导体处理腔室，更具体地，是关于用于半导体处理腔室的加热支撑基座。
背景技术
半导体处理牵涉到一些不同的化学和物理工艺，藉此在基板上产生微小的集成电路。构成集成电路的材料层藉由化学气相沉积、物理气相沉积、外延生长等而产生。某些材料层使用光刻胶屏蔽以及湿或干蚀刻技术来图案化。用于形成集成电路的基板可以是硅、砷化镓、磷化铟、玻璃或其它适当的材料。
在集成电路的制造中，等离子体处理常用于不同材料层的沉积或蚀刻。等离子体处理提供许多优于热处理的优点。举例来说，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)允许沉积处理在比类似热处理中可达到的更低温度以及更高沉积率下执行。因此，PECVD对具有严格热预算的集成电路制造来说是有利的，例如，非常大型或超大规模集成电路(VLSI或ULSI)装置的制造。
用在这些处理中的处理腔室典型包含配置在其中的基板支撑件或基座，以于处理期间支撑基板。在某些工艺中，基座可包含嵌入式加热器，其适于控制基板温度及/或提供可用在处理中的高温。通常，基座可由陶瓷材料制成，其通常提供所需的装置制造结果。
不过，陶瓷基座产生许多挑战。这些挑战之一在于由于基座制造成本占工具成本相当大的一部分，而使经营成本升高。此外，使用陶瓷封装加热器无法屏蔽加热器免于可用在装置制造过程中的射频(RF)功率。因此，如果在装置制造过程中使用射频功率，则必须设置射频滤波器以屏蔽加热器，其也增加工具成本。
因此，需要用成本较低且制造花费较低、同时提供嵌入式加热器的射频屏蔽的材料所制成的基座。
发明内容
提供用于提供功率给加热支撑基座的方法和设备。在一实施例中，叙述一种处理套组。该处理套组包含：空心轴，其由导电材料制成，并在一端耦合至基板支撑件，而在相对端耦合至基底组件，该基底组件适于耦合至配置在半导体处理工具上的功率箱。在一实施例中，该基底组件包含至少一个暴露的电连接器，其配置在由介电材料(例如，塑料树脂)制成的嵌件中。
在一实施例中，叙述一种用于半导体处理腔室的基座。该基座包含：基板支撑件，其包含导电材料；加热组件，其封装在该基板支撑件内；及空心轴，其包含导电材料，并在第一端耦合至该基板支撑件，且在相对端耦合至配合接口，该配合接口包含介电插头，介电插头包含至少一个暴露的电连接器，该电连接器适于耦合至功率出口，该功率出口配置在该处理腔室上并与该空心轴电绝缘。
在另一实施例中，叙述一种用于半导体处理腔室的基座。该基座包含：基板支撑件，其包含导电材料；加热组件，其封装在该基板支撑件内；空心轴，其包含导电材料，并在第一端耦合至该基板支撑件，且在相对端耦合至基底组件。该基底组件包含：开槽导电部分，其具有内部容积；及介电插头，其配置在该内部容积中，该介电插头包含一或多个导电构件纵向延伸穿过其中，该一或多个导电构件的每一个与该开槽导电部分电绝缘。
附图说明
参照一些示出在附图中的实施例来提供在上文扼要总结的本发明的更具体叙述，以详细了解本发明的上述的特征结构。不过，须注意附图仅示出此发明的典型实施例，且因此不应视为对本发明范围的限制，因为本发明可容许其它等效实施例。
图1为等离子体系统的一实施例的部分横剖面图。
图2A为图1所示的基座的一实施例的等角顶视图。
图2B为图2A所示的基座的一实施例的等角底视图。
图3A为基座的另一实施例的一部分的横剖面图。
图3B为基座的另一实施例的等角分解图。
图3C为基底组件的一实施例的底部等角视图。
图4为基底组件的另一实施例的横剖面图。
图5为此处所述的基座的基板支撑件表面的示意顶视图。
图6A至6C为从此处所述的基座的三个各自的加热轮廓所取得的数据的图表。
为了帮助了解，已尽可能地使用相同组件符号来标明各图中共享的相同组件。在无需具体详述的情况下，可预期一实施例中所揭示的组件能有利地用在其它实施例上。
具体实施方式
本发明的实施例在下文参照等离子体腔室进行说明叙述。在一实施例中，等离子体腔室是用在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统中。可适于从本发明得利的PECVD系统的范例包含
Figure BPA00001280192800031
SE化学气相沉积系统、
Figure BPA00001280192800032
GTTM化学气相沉积系统或
Figure BPA00001280192800033
化学气相沉积系统，所有系统商业上都可购自加州圣克拉拉的应用材料公司。
Figure BPA00001280192800034
SE化学气相沉积系统(例如，200mm或300mm)具有两个隔离的处理区域，其可用于在基板上沉积薄膜，例如，导电膜、硅烷、碳掺杂氧化硅和其它材料，并在美国专利第5,855,681和6,495,233号中叙述，该两专利合并在此以供参照。
Figure BPA00001280192800035
化学气相沉积腔室在美国专利第6,364,954号中揭示，其也并入在此以供参照。虽然示范实施例包含两个处理区域，可预期本发明利于用在具有单一处理区域或多于两个处理区域的系统中。也可预期本发明能够利于用在其它等离子体腔室中，包含蚀刻腔室、离子注入腔室、等离子体处理腔室和剥离腔室等等。进一步可预期本发明能够利于用在购自其它制造商的等离子体处理腔室中。
图1为等离子体系统100的部分横剖面图。等离子体系统100通常包含处理腔室主体102，其具有侧壁112、底壁116和内侧壁101以界定一对处理区域120A和120B。处理区域120A-B各自为类似的配置，为了简洁起见，将仅叙述处理区域120B中的部件。
基座128在处理区域120B中配置通过形成在系统100的底壁116中的通道122。基座128适于在其上表面支撑基板(未显示)。基座128可包含加热组件，举例来说，电阻性组件，以加热并控制基板温度为所需的处理温度。或者，基座128可通过远程加热组件(例如，灯组件)来加热。
基座128藉由杆126耦合至功率出口或功率箱103，其可包含驱动系统，该驱动系统控制基座128在处理区域120B内部的高度和移动。杆126也包含电功率接口，以提供电功率给基座128。功率箱103也包含电功率接口和温度指示器，例如，热电偶接口。杆126也包含基底组件129，其适于可拆卸地耦合至功率箱103。圆周环135示出为位于功率箱130上方。在一实施例中，圆周环135为肩部，其用作机械性止动或阀面，并配置为在基底组件129和功率箱130的上表面之间提供机械接口。
棒130配置通过形成在底壁116中的通道124，并用于启动配置通过基座128的基板举升销161。基板举升销161选择性地隔开基板和基座，以帮助与用来通过基板移送端口160移送基板进出处理区域120B的机器人(未显示)交换基板。
腔室盖104耦合至腔室主体102的顶部。盖104容纳耦合至其上的一或多个气体分配系统108。气体分配组件108包含气体入口通道140，其通过喷淋头组件142传送反应物和清洁气体进入处理区域120B。喷淋头组件142包含环形底板148，其具有阻隔板144配置在其和面板146中间。射频(RF)源165耦合至喷淋头组件142。射频源165提供功率给喷淋头组件142，以帮助在喷淋头组件142的面板146和加热过的基座128之间产生等离子体。在一实施例中，射频源165可为高频射频(HFRF)功率源，例如，13.56MHz射频产生器。在另一实施例中，射频源165可包含高频射频功率源和低频射频(LFRF)功率源，例如300kHz射频产生器。或者，射频源可耦合至处理腔室主体102的其它部分(例如，基座128)，以帮助等离子体产生。电介质绝缘体158配置在盖104和喷淋头组件142之间，以防止射频功率导向盖104。阴影环106可配置在基座128的周边上，其在基座128的所需高度上接合基板。
可选择地，冷却槽道147形成在气体分配系统108的环形底板148中，以在操作期间冷却环形底板148。传热流体(例如，水、乙二醇、气体等)可循环通过冷却槽道147，以致底板148维持预定的温度。
腔室衬垫组件127以非常紧密相邻腔室主体102的侧壁101、112的方式配置在处理区域120B内部，以防止侧壁101、112暴露至处理区域120B内部的处理环境。衬垫组件127包含圆周泵空腔125，其耦合至泵系统164，泵系统164配置为从处理区域120B排出气体和副产物，以及控制处理区域120B内部的压力。多个排气埠131可形成在腔室衬垫组件127上。排气端口131配置为允许气流以促进系统100内部处理的方式从处理区域120B到圆周泵空腔125。
图2A为用在等离子体系统100中的基座128的一实施例的等角顶视图。基座128包含杆126和基底组件129，其相对圆形基板支撑件205。在一实施例中，杆126配置为管状构件或空心轴。在一实施例中，基底组件129是用作可拆卸的配合接口，其具有配置在功率出口或功率箱103之中或之上的电连接。基板支撑件205包含本质上为平面的基板接收表面或支撑表面210。支撑表面210可适于支撑200mm的基板、300mm的基板或450mm的基板。在一实施例中，支撑表面210包含多个结构215，其可为在支撑表面210的平面上方延伸的凸块或突出部。多个结构215的每一个的高度本质上相等，以提供本质上平面的基板接收平面或稍微上升(或从支撑表面210隔开)的表面。在一实施例中，每一个结构215是由不同于支撑表面210的材料的材料形成或以其涂布。基板支撑件205也包含通过其中形成的多个开口220，该多个开口220适于容纳举升销161(图1)。
在一实施例中，基板支撑件205的主体和杆126是由导电金属材料制成，而基底组件129是由导电金属材料和绝缘材料的组合制成。和陶瓷制成的基板支撑件相比，以导电金属材料制造基板支撑件205降低经营成本。此外，导电金属材料足以屏蔽嵌入式加热器(在此图中未显示)使其免于射频功率。此增加基板支撑件205的效率和寿命，并因而减少经营成本。
在一实施例中，基板支撑件205的主体和杆126完全以铝材料(例如，铝合金)制成。在一特定实施例中，基板支撑件205和杆两者用6061铝制成。在一实施例中，基底组件129包含铝部分和配置在其中的绝缘部分(例如，聚醚醚酮(PEEK)树脂)，以使部分的基底组件129和基板支撑件205以及杆126的导电部分电绝缘。在一实施例中，基板支撑件205的主体以铝材料制成，而配置在支撑表面210上的每一个结构215是以陶瓷材料(例如，氧化铝)制成或涂布。
图2B为基座128的一实施例的等角底视图。杆126包含第一端，其耦合至基板支撑件205，且基底组件129位于相对基板支撑件205的第二端。在此实施例中，基底组件129包含开槽导电部分225，其耦合至介电插头230及/或包含介电插头230。在一实施例中，开槽导电部分225可配置为插头或公接口，其适于配合功率箱103(图1)。在此实施例中，导电部分225可为圆形横剖面，其具有至少部分形成穿过外部表面或壁的狭槽。介电插头230可配置如插口或母接口，或者，包含配置为适于容纳或配合与功率箱103内电连接的插口或母接口的一部分或多个部分。在此实施例中，开槽导电部分225可为杆126的整合延伸部分并以铝材料制成，而介电插头230则以PEEK树脂制成。
基底组件129也包含圆周环135，其适于容纳接合与图1的功率箱103接合的O形环240。在此实施例中，开槽导电部分225包含开口，其适于容纳介电插头230，且介电插头230紧固至开槽导电部分225。介电插头230也包含形成在其中的开口或插口，以容纳来自功率箱103的电引线。
图3A为基座128的一实施例的一部分的横剖面图，其具有耦合至如图1所示的功率出口或功率箱103的杆126。基板支撑件205包含嵌入式加热组件(例如，电阻性加热器305)，其配置或封装在导电主体300中。在一实施例中，主体300是以由导电金属(例如，铝)构成的材料制成。电阻性加热器305耦合至功率源310，功率源310藉由配置在杆126中的导电引线315而配置在功率箱103中。杆126也包含纵向槽道或孔350，其适于容纳热电偶(未显示)。在此实施例中，介电插头230包含一或多个配置在其中的导电插头320，以耦合导电引线315和配置在功率箱103中的各插口326。在一实施例中，导电插头320为多接点插头。导电引线315和导电插头320可在操作期间电偏压，但藉由介电插头230的周边壁325与开槽导电部分225、杆126和基板支撑件205电绝缘。
在一实施例中，杆126和基板支撑件205是以铝制成且电接地。铝材料封装加热组件，并作用为电阻性加热器305的有效射频屏蔽。藉由铝材料屏蔽射频免除以带通滤波器滤除耦合至电阻性加热器305的射频的需求，而这在以不同材料(例如，陶瓷)制成的加热基座中是必须的。使用导电插头320作为电阻性加热器305的功率端子的电接口设计能够使用来自功率箱103的标准线规线和连接器，而不需使用定制设计的电连接器。导电插头320是装配在包含PEEK树脂的独特基底设计上。导电插头320包含功率端子组件，其由介电插头230机械地支撑，介电插头230插头紧固至基底组件129的导电部分225上。PEEK树脂将通电的功率端子(导电插头320)和接地的加热器主体(基板支撑件205和杆126)电绝缘。因此，基座128藉由免除带通滤波器和利用较便宜的铝材料来最小化成本，其显著降低经营成本。进一步地，在不需要大规模重新设计及/或停机时间的情况下，如此处所述的基座128可翻新改进以取代现存腔室中的原始基座。
图3B为基座128的另一实施例的等角分解图。如所示，多个可以陶瓷材料制成的套筒或嵌件360可容纳于配置在基板支撑件205中的开口220(图2A和2B)。嵌件360适于容纳举升销161(图1)。基底组件129包含开槽导电部分225和介电插头230。开槽导电部分225包含径向狭槽，其适于容纳配置在介电插头230的下部之上的延伸构件或耳部362。开槽导电部分225和介电插头230彼此通过紧固件365(例如，螺钉或螺栓)耦合。在一实施例中，紧固件365和各螺纹嵌件370耦合，螺纹嵌件370耦合至或配置在导电部分225中。在一实施例中，螺纹嵌件370包含
Figure BPA00001280192800071
嵌件。
导电插头320(仅显示一个)包含轴，其具有肩部段363，其用作止动或耦合段，并适于将导电插头320羁留在介电插头230的帽盖段中。导电插头320也可包含螺纹末端364，其适于转进具有母螺纹的导电嵌件375中。在一实施例中，导电插头320是以黄铜材料制成并镀银(Ag)，且导电嵌件375是以黄铜材料制成。导电嵌件375可插入绝缘套380中，绝缘套380可以介电材料(例如，PEEK树脂)制成。用于热电偶(未显示)的导引和装配的导引构件385可耦合至或邻接套380配置以从此处开始延伸。导引构件385可以铝材料制成。
图3C为基底组件129的底部等角视图。介电插头230包含本质上圆形的主体，其适于紧密安装在开槽导电部分225之中。在一实施例中，每一个耳部362从主体朝外径向延伸，且本质上为均等间隔。在一实施例中，每一个耳部362是以相等的角增量(例如，120度间隔)放置。介电插头230的主体也包含多个凹部或开口，例如，开口390和开口392。在一实施例中，开口390为母接口，其具有梯形形状，并用于容纳配置在功率箱103上的公插头(未显示)。一或多个导电插头320是容纳在开口390内部。开口392可用作母接口，以容纳一部分的热电偶(未显示)及/或和热电偶耦合的信号线。导电部分的底表面也包含一或多个凹部或开口394，其可适于引导销或装配接口。在一实施例中，至少一个开口394适于容纳接地装置，例如，以导电材料制成的销。
图4为基底组件129的一实施例的横剖面图。圆周环135包含形成在其中的沟槽，以容纳密封件410，例如，O形环。密封件410可以绝缘材料或导电材料制成，以帮助开槽导电部分225接地。在此实施例中，导电插头320显示为耦合至各导电嵌件375。在一实施例中，每一个导电嵌件375是藉由绝缘套380而与基底组件129的其它导电部分以及彼此电绝缘。每一个绝缘套380可以绝缘材料制成，例如，PEEK树脂。在一实施例中，至少一部分的导电引线315至少部分延伸进入绝缘套380和导电嵌件375两者，以使导电引线315和导电插头320电连通。在一实施方式中，导电插头320并未接触导电引线315。
图5为此处所述的基座128的基板支撑件205的示意顶视图。基板支撑件205示范性地将尺寸定在用于300mm的基板应用中。为了帮助解释本发明和范例，基板支撑件205的支撑表面210图形化地划分为七个分开的同心圆。各同心圆的内部半径称为方位角。方位角位于半径23mm、46mm、69mm、92mm、115mm和137mm。图5进一步图形化地划分为多个辐。辐从圆中心向外辐射。辐每30度出现一次，总共产生12个。包含中心点，在支撑表面210上存在有73个交点(12个辐与6个方位角相交，包含中心半径)。
图6A为环绕各方位角的平均温度轮廓的图表(R0＝支撑表面210的中心、R6＝最外部的方位角)。环绕方位角的温度量测是在辐的交点处取得。在此范例中，基座128是用来支撑具有7mm厚度的300mm的碳化硅晶圆。加热器温度设定在400℃，且压力设定在4Torr。氩以每分钟2标准公升(2SLM)的速度流过腔室。标准基底温度维持在75±1℃。在每一方位角的基座平均温度是介于389℃和392℃之间。
图6B是环绕6个方位角的每一个的温度范围的图表。图6B中的数据是在三个个别操作(操作A、B和C)期间在和上述范例相同的处理参数下所收集而得的。范围由环绕各方位角的12个点(30°、60°、90°、…、330°)构成，其中方位角和辐相交。方位角R1至R6的个别温度范围典型小于7℃。举例来说，在一范例中，第二方位角上的温度范围约为5℃。为了范例目的，温度范围是定义为任何数据组的最大值和最小值之间的差。
图6C是沿着12个辐的每一个的温度范围的图表。图6C的资料是在和上述范例相同的处理参数下所收集而得的。针对三个个别操作(操作A、B和C)，计算在方位角交点的沿着每一辐的长度的温度范围。三个操作的沿着每一辐的温度范围介于约3℃和约8℃之间。举例来说，在一操作中，60°辐上的温度范围约为5℃。
在一实施例中，使用双重处理区域120A、120B叙述在基板上沉积薄膜的方法。该方法包含在处理腔室的每一处理区域中在配置在其中的各基座128上提供至少一个基板。基座128包含：基板支撑件205，其包含导电材料；电阻性加热器305，其封装在该基板支撑件内部；及杆126，其包含导电材料，并在第一端耦合至该基板支撑件。该基板支撑件在相对端也包含作为配合接口的基底组件129。该配合接口包含介电插头230，其包含至少一个暴露的电连接器，该电连接器适于耦合至功率出口，该功率出口配置在该处理腔室上，并和该空心轴电绝缘。该方法也包含使一或多个反应气体流到处理区域120A、120B的至少一个，以及在喷淋头组件142和基板支撑件205之间使用射频能量产生等离子体。在一实施例中，该反应器体可在载气(例如氢)中流动。
虽然以上内容已揭示本发明的多个实施例，但可在不偏离本发明基本范围的情况下做出本发明的其它及进一步实施例，且本发明范围当由后附权利要求书决定。

Claims (15)

1.一种用于半导体处理腔室的基座，其包含：
基板支撑件，其包含导电材料；
加热组件，其封装在所述基板支撑件内部；及
空心轴，其包含导电材料，并在第一端耦合至所述基板支撑件，以及在相对端耦合至配合接口，所述配合接口包含介电插头，所述介电插头包含至少一个暴露的电连接器，所述电连接器适于耦合至功率出口，所述功率出口配置在所述处理腔室上并和所述空心轴电绝缘。
2.如权利要求1所述的基座，其中所述配合接口进一步包含：
至少部分地穿过其外部表面形成的多个狭槽。
3.如权利要求2所述的基座，其中所述介电插头包含多个延伸构件，所述多个延伸构件和各自狭槽配合。
4.如权利要求3所述的基座，其中所述介电插头包含圆形横剖面，且所述多个延伸构件的每一个由此径向延伸。
5.如权利要求4所述的基座，其中所述多个延伸构件为均等间隔。
6.如权利要求1所述的基座，其中所述配合接口进一步包含：
配置在其外部表面上的圆周环。
7.如权利要求6所述的基座，其中所述圆周环包含O形环，其适于帮助密封所述处理腔室。
8.如权利要求1所述的基座，其中所述基板支撑件包含基板接收表面，所述基板接收表面包含多个配置在支撑表面上的突出部，其中所述多个突出部中的每一个是以陶瓷材料制成或以陶瓷材料涂布。
9.如权利要求1所述的基座，其中所述至少一个暴露的电连接器是和配置在所述空心轴中的导电引线电连通。
10.一种用于半导体处理腔室的基座，其包含：
基板支撑件，其包含导电材料；
加热组件，其封装在所述基板支撑件内；
空心轴，其包含导电材料，并在第一端耦合至所述基板支撑件，且在相对端耦合至基底组件，所述基底组件包含：
开槽导电部分，其具有内部容积；及
介电插头，其配置在所述内部容积中，所述介电插头包含一或多个导电构件，所述一或多个导电构件纵向延伸穿过其中，所述一或多个导电构件的每一个与所述开槽导电部分电绝缘。
11.如权利要求10所述的基座，其中所述一或多个导电构件的每一个的至少一部分延伸超出所述基底组件。
12.如权利要求10所述的基座，其中所述开槽导电部分是所述空心轴的延伸部分。
13.如权利要求10所述的基座，其中所述介电插头包含多个延伸构件，所述多个延伸构件和位于所述开槽导电部分中的各自狭槽配合。
14.如权利要求13所述的基座，其中所述介电插头包含圆形横剖面，且所述多个延伸构件的每一个由此径向延伸。
15.如权利要求14所述的基座，其中所述多个延伸构件为均等间隔。
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