CN104947088A - 调节温度场和/或等离子场的阻抗可控模块 - Google Patents
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Abstract
一种调节温度场和/或等离子场的阻抗可控模块，所述阻抗可控模块被设置于化学气相沉积设备基台与衬底之间，所述阻抗可控模块平面区域内不同位置处具有不同的导热特性以改变化学气相沉积设备工艺腔室内的温度场分布，和/或所述阻抗可控模块平面区域内不同位置处具有不同的介电常数，以改变化学气相沉积设备工艺腔室内的等离子场分布。利用本发明的调节温度场和/或等离子场的阻抗可控模块，能够实现温度场和/或等离子场空间分布的灵活、精细化调控，低成本而高效，为实现大面积精细调控温度场和/或等离子场的空间分布技术提供了一种有效的解决方案。
Description
技术领域
本发明涉及化学加工工艺领域，特别涉及一种调节化学气相沉积设备工艺腔室温度场和/或等离子场空间分布的设备。
背景技术
图1为现有技术中的化学气相沉积(Chemical vapor deposition，CVD)设备的基台装置，基台1能对其上方衬底3进行加热，同时作为射频电极，激发等离子体。但现有基台1难以实现对衬底3上温度场和等离子场空间分布的灵活、精细化调控，进而难以实现对薄膜沉积工艺效果的空间分布进行灵活调控。随着IC制造晶圆尺寸不断增大，特征尺寸不断缩小，IC制造对薄膜沉积工艺的大面积高一致性的要求越来越苛刻，这终将导致现有的装备设计与调控方案难以满足要求。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种放置在化学气相沉积设备基台和衬底之间，导热特性和/或介电特性根据区域不同的阻抗可控模块，如图2所示，使得通过阻抗可控模块后衬底上的温度场和/或等离子场空间分布具有灵活、精细的调控能力，进而实现对工艺目标的精细化调节。
为了实现此目的，本发明采取的技术方案为如下。
一种调整温度场和/或等离子场的阻抗可控模块，所述阻抗可控模块被设置于化学气相沉积设备基台与衬底之间，所述阻抗可控模块平面区域内不同位置处具有不同的导热特性以改变化学气相沉积设备工艺腔室内的温度场分布，和/或所述阻抗可控模块平面区域内不同位置处具有不同的介电常数，以改变化学气相沉积设备工艺腔室内的等离子场分布。
其中，所述阻抗可控模块平面区域内被绝缘隔热材料分隔为多个区域，其中每个分隔开的区域具有介质材料流入装置、介质材料流出装置和流量控制阀，利用介质材料流入装置、介质材料流出装置和流量控制阀向所述多个分隔开的区域注入不同导热特性的流体介质，和/或利用介质材料流入装置、介质材料流出装置和流量控制阀控制注入所述多个分隔开的区域的流体介质流量，以实现所述多个分隔开的区域具有不同导热特性。
另外，所述不同导热特性的流体介质包括水、油、酒精、煤油及各种液体的混合液中的多种，或者所述不同导热特性的流体介质包括空气、氮气、氦气及各种气体的混合气中的多种。
其中所述阻抗可控模块平面区域内被绝缘隔热材料分隔为多个区域，其中每个分隔开的区域具有介质材料流入装置、介质材料流出装置和流量控制阀，利用介质材料流入装置、介质材料流出装置和流量控制阀向所述多个分隔开的区域注入不同介电常数的流体介质，以实现所述阻抗可控模块平面区域内不同位置处具有不同的介电常数。
特别地，所述分隔不同区域的绝缘隔热材料为陶瓷材料。
其中，所述阻抗可控模块包括控制单元，所述控制单元根据预设要求，实时控制介质材料流入装置、介质材料流出装置和流量控制阀，以选择不同流体介质，以及控制流体介质的流量，以实时调整所述阻抗可控模块平面区域内不同位置处的导热特性，和/或所述阻抗可控模块平面区域内不同位置处的介电常数。
另外，所述阻抗控制模块平面区域内不同位置处厚度不均匀，且所述阻抗控制模块平面区域内分布有大小不同的孔，以使得所述阻抗可控模块平面区域内不同位置处具有不同的导热特性。
其中，所述阻抗控制模块中心区域厚，边缘区域薄，且中心区域的孔径小，边缘区域的孔径大。
其中，所述阻抗控制模块中心区域薄，边缘区域厚，且中心区域的孔径大，边缘区域的孔径小。
其中根据所需的化学气相沉积设备工艺腔室内温度场分布需求，利用阻抗等效模型，所述阻抗控制模块平面区域内不同位置处具有不同的斜面形状及孔径分布。
通过采用本发明的调节温度场和/或等离子场的阻抗可控模块，能够实现以下有益的技术效果。
本发明无需改变原有设备结构，只需增加一个阻抗可控模块即可实现温度场和/或等离子场空间分布的灵活、精细化调控，低成本而高效，为实现大面积精细调控温度场和/或等离子场的空间分布技术提供了一种有效的解决方案。
附图说明
图1为现有技术中CVD设备的基台和衬底结构原理图。
图2为本发明具体实施方式中加入阻抗模块后CVD设备的结构原理示意图。
图3为本发明具体实施方式中调节温度场和/或等离子场的阻抗可控模块的主视截面图。
图4为本发明具体实施方式中调节温度场和/或等离子场的阻抗可控模块的俯视图。
图5为本发明另一具体实施方式中调节温度场和/或等离子场的阻抗可控模块的主视截面图。
图6为本发明另一具体实施方式中调节温度场和/或等离子场的阻抗可控模块的俯视图。
图7为本发明又一具体实施方式中调节温度场和/或等离子场的阻抗可控模块的主视截面图。
图8为本发明又一具体实施方式中调节温度场和/或等离子场的阻抗可控模块的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细说明。
以下公开详细的示范实施例。然而，此处公开的具体结构和功能细节仅仅是出于描述示范实施例的目的。
然而，应该理解，本发明不局限于公开的具体示范实施例，而是覆盖落入本公开范围内的所有修改、等同物和替换物。在对全部附图的描述中，相同的附图标记表示相同的元件。
同时应该理解，如在此所用的术语“和/或”包括一个或多个相关的列出项的任意和所有组合。另外应该理解，当部件或单元被称为“连接”或“耦接”到另一部件或单元时，它可以直接连接或耦接到其他部件或单元，或者也可以存在中间部件或单元。此外，用来描述部件或单元之间关系的其他词语应该按照相同的方式理解(例如，“之间”对“直接之间”、“相邻”对“直接相邻”等)。
首先介绍本发明附图中的附图标记所代表的含义：
1 化学气相沉积设备的基台，
2 调节温度场和/或等离子场的阻抗可控模块，
3 化学气相沉积设备的衬底，
211 调节温度场和/或等离子场的阻抗可控模块的基底，
221 介质材料流出装置，
231 介质材料流入装置，
241 流量控制阀，
212 调节温度场和/或等离子场的阻抗可控模块的基底，
222 孔。
如图2所示，本发明具体实施方式中公开了一种调整温度场和/或等离子场的阻抗可控模块2，所述阻抗可控模块2被设置于化学气相沉积设备基台1与衬底3之间，所述阻抗可控模块2平面区域内不同位置处具有不同的导热特性以改变化学气相沉积设备工艺腔室内的温度场分布，和/或所述阻抗可控模块2平面区域内不同位置处具有不同的介电常数，以改变化学气相沉积设备工艺腔室内的等离子场分布。
这样，利用本发明的调节温度场和/或等离子场的阻抗可控模块2，能够实现温度场和/或等离子场空间分布的灵活、精细化调控，低成本而高效，为实现大面积精细调控温度场和/或等离子场的空间分布技术提供了一种有效的解决方案。
例如在一个具体实施方式中，如图3和图4所示，所述阻抗可控模块2包括基底211，所述基底211在平面区域内被绝缘隔热材料分隔为多个区域，其中每个分隔开的区域具有介质材料流入装置231、介质材料流出装置221和流量控制阀241，利用介质材料流入装置231、介质材料流出装置221和流量控制阀241向所述多个分隔开的区域注入不同导热特性的流体介质，和/或利用介质材料流入装置231、介质材料流出装置221和流量控制阀241控制注入所述多个分隔开的区域的流体介质流量，以实现所述多个分隔开的区域的不同导热特性。
如图4所示，所述阻抗可控模块2平面区域内被分隔为了共9个区域，每个区域之间通过绝缘隔热材料隔开，这样每一个子区域与外界独立连通，可注入导热特性和相对介电常数不同的流体介质材料。
因此，通过每个区域独立的导热特性和相对介电常数，实现了每个分隔开的区域各自的温度分布和/或等离子场分布，给化学气相沉积技术提供灵活多样的工艺条件选择。
在具体实施方式中，所述不同导热特性的流体介质包括水、油、酒精、煤油及各种液体的混合液中的多种，或者所述不同导热特性的流体介质包括空气、氮气、氦气及各种气体的混合气中的多种。这样本领域内技术人员可以根据工艺需求选择合适的流体介质，以任意调节特定区域的导热系数，并由此改变化学气相沉积设备工艺腔室内的温度场分布。
另外一个具体实施方式中，所述阻抗可控模块2平面区域内被绝缘隔热材料分隔为多个区域，其中每个分隔开的区域具有介质材料流入装置231、介质材料流出装置221和流量控制阀241，利用介质材料流入装置231、介质材料流出装置221和流量控制阀241向所述多个分隔开的区域注入不同介电常数的流体介质，以实现所述阻抗可控模块2平面区域内不同位置处具有不同的介电常数。这样可以调节化学气相沉积腔室内的等离子场分布。
以上实施方式中，所述分隔不同区域的绝缘隔热材料为陶瓷材料，或者采用其他导热性能差的材料，例如高分子合成材料等。
在另外一个具体实施方式中，所述阻抗可控模块2还包括控制单元，所述控制单元根据预设要求，实时控制介质材料流入装置231、介质材料流出装置221和流量控制阀241，以选择不同流体介质，以及控制流体介质的流量，由此实时调整所述阻抗可控模块2平面区域内不同位置处的导热特性，和/或所述阻抗可控模块2平面区域内不同位置处的介电常数。
为了实现实时控制，所述阻抗可控模块2还可以包括检测温度场、等离子场分布的检测单元，以实现控制单元对于阻抗可控模块2平面区域内不同位置处的导热特性或介电常数的闭环控制。
另外一个具体实施方式中，如图5-8所示，所述阻抗控制模块2包括基底221，所述基底221平面区域内不同位置处厚度不均匀，且所述阻抗控制模块平面区域内分布有大小不同的孔222，以使得所述阻抗可控模块2平面区域内不同位置处具有不同的导热特性。
在一个具体实施方式中，如图5和图6所示，所述阻抗控制模块2中心区域厚，边缘区域薄，且中心区域的孔径小，边缘区域的孔径大。因为阻抗控制模块2的导热特性优于空气，所以使用阻抗控制模块2后，使得化学气相沉积设备的衬底3中部区域温度高、边缘区域温度低。
在一个具体实施方式中，如图7和图8所示，所述阻抗控制模块2中心区域薄，边缘区域厚，且中心区域的孔径大，边缘区域的孔径小。因为阻抗控制模块2的导热特性优于空气，所以使用阻抗控制模块2后，使得化学气相沉积设备的衬底3中部区域温度低、边缘区域温度高。
除了以上两个实施方式中的规则分布温度场以外，还可以根据实际需要任意控制化学气相沉积设备腔室内的温度场分布情况。
例如使用过程中，根据所需的化学气相沉积设备工艺腔室内温度场分布需求，利用阻抗等效模型，所述阻抗控制模块2平面区域内不同位置处具有不同的斜面形状及孔径分布。
另外，当需要更换为其他温度场分布情况时，还可以更换所述阻抗控制模块2，这样不用对整体设备调整更换，简单易行，成本低。
另外本发明还公开了一种调节温度场和/或等离子场的方法，所述方法包括步骤：
A、确定预期温度场空间分布；
B、根据预期温度场空间分布，采用阻抗等效模型，确定阻抗控制模块2的厚度分布和孔设计；
C、在化学气相沉积设备中进行实验，根据实验结果对托盘的设计进行微调直至调节结果满足需求。
需要说明的是，上述实施方式仅为本发明较佳的实施方案，不能将其理解为对本发明保护范围的限制，在未脱离本发明构思前提下，对本发明所做的任何微小变化与修饰均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种调整温度场和/或等离子场的阻抗可控模块，所述阻抗可控模块被设置于化学气相沉积设备基台与衬底之间，所述阻抗可控模块平面区域内不同位置处具有不同的导热特性以改变化学气相沉积设备工艺腔室内的温度场分布，和/或所述阻抗可控模块平面区域内不同位置处具有不同的介电常数，以改变化学气相沉积设备工艺腔室内的等离子场分布。
2.根据权利要求1中所述的调整温度场和/或等离子场的阻抗可控模块，其特征在于，所述阻抗可控模块平面区域内被绝缘隔热材料分隔为多个区域，其中每个分隔开的区域具有介质材料流入装置、介质材料流出装置和流量控制阀，利用介质材料流入装置、介质材料流出装置和流量控制阀向所述多个分隔开的区域注入不同导热特性的流体介质，和/或利用介质材料流入装置、介质材料流出装置和流量控制阀控制注入所述多个分隔开的区域的流体介质流量，以实现所述多个分隔开的区域具有不同导热特性。
3.根据权利要求2中所述的调整温度场和/或等离子场的阻抗可控模块，其特征在于，所述不同导热特性的流体介质包括水、油、酒精、煤油及各种液体的混合液中的多种，或者所述不同导热特性的流体介质包括空气、氮气、氦气及各种气体的混合气中的多种。
4.根据权利要求1中所述的调整温度场和/或等离子场的阻抗可控模块，其特征在于，所述阻抗可控模块平面区域内被绝缘隔热材料分隔为多个区域，其中每个分隔开的区域具有介质材料流入装置、介质材料流出装置和流量控制阀，利用介质材料流入装置、介质材料流出装置和流量控制阀向所述多个分隔开的区域注入不同介电常数的流体介质，以实现所述阻抗可控模块平面区域内不同位置处具有不同的介电常数。
5.根据权利要求2至4中任意一项所述的调整温度场和/或等离子场的阻抗可控模块，其特征在于，所述分隔不同区域的绝缘隔热材料为陶瓷材料。
6.根据权利要求2至4中任意一项所述的调整温度场和/或等离子场的阻抗可控模块，其特征在于，所述阻抗可控模块包括控制单元，所述控制单元根据预设要求，实时控制介质材料流入装置、介质材料流出装置和流量控制阀，以选择不同流体介质，以及控制流体介质的流量，以实时调整所述阻抗可控模块平面区域内不同位置处的导热特性，和/或所述阻抗可控模块平面区域内不同位置处的介电常数。
7.根据权利要求1中所述的调整温度场和/或等离子场的阻抗可控模块，其特征在于，所述阻抗控制模块平面区域内不同位置处厚度不均匀，且所述阻抗控制模块平面区域内分布有大小不同的孔，以使得所述阻抗可控模块平面区域内不同位置处具有不同的导热特性。
8.根据权利要求7中所述的调整温度场和/或等离子场的阻抗可控模块，其特征在于，所述阻抗控制模块中心区域厚，边缘区域薄，且中心区域的孔径小，边缘区域的孔径大。
9.根据权利要求7中所述的调整温度场和/或等离子场的阻抗可控模块，其特征在于，所述阻抗控制模块中心区域薄，边缘区域厚，且中心区域的孔径大，边缘区域的孔径小。
10.根据权利要求7中所述的调整温度场和/或等离子场的阻抗可控模块，其特征在于，根据所需的化学气相沉积设备工艺腔室内温度场分布需求，利用阻抗等效模型，所述阻抗控制模块平面区域内不同位置处具有不同的斜面形状及孔径分布。
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