CN105225986B - 用于化学蚀刻电介质材料的腔室设备 - Google Patents

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Abstract

本公开案的实施方式一般提供一种用于处理腔室的改善基座加热器。所述基座加热器包括控温板和基板接收板，所述控温板具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面。所述控温板包括内部区域、外部区域和设置在所述内部区域和所述外部区域之间的连续热扼流器，所述内部区域包括第一组加热元件，所述外部区域包括第二组加热元件，所述外部区域围绕所述内部区域，以及所述基板接收板具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述基板接收板的所述第二表面耦接至所述控温板的所述第一表面。所述连续热扼流器使得能够在所述内部区域和所述外部区域之间产生和操纵非常小的温度梯度，从而允许在所述基板的表面上实现中央快速蚀刻轮廓或者边缘快速蚀刻轮廓。

Description

用于化学蚀刻电介质材料的腔室设备
技术领域
本公开案的实施方式大体涉及一种用于在处理腔室中使用的设备。更具体来说，本公开案的实施方式涉及一种具有多个加热区域的基座加热器。
背景技术
基座加热器提供在处理期间对基板的热控制，并且被用作移动平台来调整基板在处理腔室中的位置。典型的基座加热器可包括具有加热元件的水平板和附接到所述水平板的底部中心的竖轴。这种单区域基座加热器的温度往往是用与水平板接触的热电偶来测量和控制的。所述轴提供对加热板的支撑并且充当加热元件和热电偶的端子藉以连接到所述处理腔室外部的路径。
半导体工艺往往对基座加热器的温度均匀性或温度分布非常敏感。可通过在一定条件下对加热元件的精心设计来实现理想的温度均匀性或分布，所述条件为诸如温度设定点、腔室压力、气体流速等等。行业中已开发出了分区基座加热器以使得如果需要的话，能按偏好给出特定区域所需的热量。然而，在一些工艺中，所述基座加热器和设置在所述基座加热器上的基板可能都在处理腔室内于相对较高的温度下操作，因此如果例如基板的中央区域上的期望的温度分布不同于例如所述基板的外侧区域上的温度分布，那么可能难以精确地控制所述基座加热器的不同区域处的温度分布。因此，在一些半导体工艺期间的实际情况往往偏离设计条件，以及因此无法维持理想的温度均匀性或分布。
由此，在本领域中存在对改善的基座加热器和用于加热基板的改善方法的需求。
发明内容
本公开案的实施方式一般地提供了具有以精密标度(几摄氏温度)控制基板表面的不同区域处的热量的能力的改善方法和基座加热器。
在一个实施方式中，提供了一种用于处理腔室的基座加热器。所述基座加热器包括控温板，所述控温板具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面。所述控温板包括第一区域、环绕所述第一区域的第二区域，以及设置在所述第一区域和所述第二区域之间的连续环形的热扼流器，其中所述第一区域包括第一组加热元件，所述第二区域包括第二组加热元件。所述基座加热器还包括基板接收板，所述基板接收板具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，其中所述基板接收板的第二表面耦接至所述控温板的第一表面。
在另一实施方式中，所述基座加热器包括基板接收板和控温板，所述基板接收板具有上表面和与所述上表面相对的底面，所述控温板具有上表面和与所述上表面相对的底面，其中所述控温板的上表面耦接至所述基板接收板的底面。所述控温板包括设置在所述控温板的中央区域中的第一区域，并且所述第一区域包括第一组加热元件。所述控温板还包括设置成围绕所述第一区域的第二区域，并且所述第二区域包括第二组加热元件。在所述第一区域和所述第二区域之间设置有沟槽。所述沟槽从控温板的底面延伸穿过所述控温板至控温板的上表面，其中所述沟槽延伸入所述基板接收板中。
在又一实施方式中，提供了一种用于在处理腔室中处理基板的方法。所述方法包含将所述处理腔室的腔室主体维持在第一温度，将形成在基座加热器内的控温板的第一区域和第二区域冷却至第二温度，其中所述第二温度比所述第一温度低约5℃或更小，以及所述基座加热器设置在腔室主体内。所述方法还包含：将从气体混合物产生的等离子体引入限定在所述基座加热器和气体分配板之间的处理体积内，使设置在所述基座加热器上的基板的表面暴露于等离子体以在所述基板的表面上形成材料层，其中所述基板具有覆盖控温板的第一区域和第二区域的直径。所述方法还包含：将控温板的第一区域加热至对应于第一温度的第三温度，同时将控温板的第二区域维持在第二温度，以在所述第一区域和所述第二区域之间产生温度梯度，其中所述温度梯度使得第一区域上方的材料层被以比第二区域上方的材料层相对更快的速率蚀刻。
附图说明
因此，可详细地理解本公开案的上述特征结构的方式，即上文简要概述的本公开案的更具体描述可参照实施方式进行，一些实施方式图示在附图中。然而，应注意，附图仅图示本公开案的典型实施方式，且因此不应被视为本公开案范围的限制，因为本公开案可允许其他同等有效的实施方式。
图1图解根据本公开案的实施方式的示范性处理腔室的横截面图，所述处理腔室可用于处理半导体基板。
图2图解根据本公开案的实施方式的基座加热器的一部分的示意性横截面图，所述基座加热器可用于替代图1的基座加热器。
图3图解根据本公开案的实施方式的图2的基座加热器的示意性俯视图。
图4是流程图，图解用于制造图2的多区基座加热器的示例性方法。
为了促进理解，在可能的情况下已使用相同元件符号指定为诸图所共有的相同元件。应想到在一个实施方式中揭示的元件也可以在其他实施方式中使用的，此处不再进行特定详述。
具体实施方式
本公开案的实施方式一般地提供了具有以精密标度(几摄氏温度)控制基板表面的不同区域处的热量的能力的改善方法和基座加热器。在各种实施方式中，所述基座加热器可以是双区基座加热器，具有将内部加热区域与外部加热区域分隔的连续热扼流器。所述连续热扼流器使得能够在内部加热区域和外部加热区域之间产生和操纵非常小的温度梯度，从而使得即使所述基座加热器和所述基板都在相对较高的温度下操作，也允许在基板表面上实现中央快速蚀刻轮廓或者边缘快速蚀刻轮廓。本公开案的公开内容的细节和各种实施方式论述如下。.
示例性腔室硬件
图1图解示例性处理腔室100的横截面图，所述处理腔室可用于处理半导体基板190。所述处理腔室100可以尤其有效地用于执行基于热或者基于等离子体的工艺。例如，所述处理腔室100可以配置成从基板上干燥蚀刻或者去除材料。所述处理腔室100尤其适合于对材料的各向同性干法蚀刻，具有高选择性和对基板的最小损伤。在一个实施方式中，所述干法蚀刻是使用含氟气体执行的。可经调适用于实践本公开案的实施方式的处理腔室可包括但不限于SiconiTM处理腔室，所述处理腔室可从加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司(Applied Materials Inc.，Santa Clara，California)购得。应注意的是其他真空处理腔室，包括那些可从其他制造商处购得的腔室，也可经调适以实践本公开案的各种实施方式。
在一个实施方式中，所述处理腔室100是电容耦合的等离子体处理腔室，所述处理腔室提供对基板的热学和等离子体处理。所述处理腔室100可配置成在小于约20托(例如，约1托)的压力水平下操作。所述处理腔室100一般包括腔室主体102、盖组件104和基座加热器106。所述盖组件104设置在腔室主体102的顶端，以及所述基座加热器106至少部分地设置在所述腔室主体102内，例如设置在腔室主体102中与盖组件104相对的一端处。所述腔室主体102还包括形成在所述腔室主体的侧壁中的狭缝阀开口108，所述狭缝阀开口108用于提供对处理腔室100的内部体积的接取。所述狭缝阀开口108被选择性地开放和关闭，以允许用外部的基板搬运机械手(未示出)接取所述腔室主体102的内部体积。
在一或多个实施方式中，所述腔室主体102包括形成在腔室主体中的通道110，以使热传递流体穿过所述通道流动。该热传递流体可以是加热流体或者冷冻剂，并且用于控制所述腔室主体102在处理期间的温度。
所述腔室主体102还可包括围绕所述基座加热器106的衬垫112。所述衬垫112可拆卸以进行检修和清洁。所述衬垫112可以由以下材料制成：金属或金属合金，诸如铝或者不锈钢；陶瓷材料，诸如氮化铝或者氧化铝；或者任何其他工艺兼容的材料。在一或多个实施方式中，所述衬垫112包括一或多个孔114和泵送通道116，所述泵送通道116形成为穿过所述衬垫112以与真空口118流体连通。所述孔114向处理腔室100的内部体积中的气体提供进入泵送通道116的流动路径，该路径将处理腔室100内的气体传递到真空口118。真空系统耦接至真空口118以调节穿过所述处理腔室100的气流。所述真空系统包括真空泵120和节流阀122。
所述盖组件104包括多个堆叠的部件，所述多个堆叠的部件配置成在各部件之间形成一或多个体积。在一个实施方式中，所述盖组件104包括盖124、阻断件126、面板128、选择性调节装置(selectivity modulation device；SMD)130，以及气体分配板132。盖124耦接至第一功率源138，诸如射频功率源，所述功率源配置成在约0和约3000W之间，以在约400千赫兹和约60兆赫之间的频率操作。在一个实例中，所述第一功率源138配置成以约13.56兆赫的频率传递约30瓦特至约1500瓦特。在一个实施方式中，所述盖124可包括一或多个嵌入通道或者通路，以用于容纳加热器或者传送加热流体来提供对所述盖组件104的温度控制。
所述盖124包括入口134，所述入口134与远程等离子体发生器136流体连通，所述远程等离子体发生器136耦接至第一气源(未示出)。在一个实施方式中所述第一气源提供氟气。所述盖124垂直地设置在所述阻断件126上方并且配置成传递第一等离子体穿过入口134从所述远程等离子体发生器136进入限定在盖124和阻断件126之间的第一体积140。
所述阻断件126耦接至盖124(因此是射频热的)并且包括多个孔142，所述孔142配置成从所述第一等离子体中过滤中性物质(neutral species)以允许离子和自由基流通穿过所述孔。所述阻断件126垂直地设置在所述面板128上方，由此显着地仅允许来自第一等离子体的离子和自由基进入限定在所述阻断件126和所述面板128之间的第二体积144。来自所述第一等离子体的离子和自由基在所述第二体积144中经由所述面板128分配到第三体积146。
在一个实施方式中，所述面板128和所述SMD 130分别形成上电极和下电极，以限定在它们之间形成的第三体积146。所述面板128连接到第二功率源148，诸如射频功率源，并且所述SMD 130接地，由此在所述上电极128和下电极130之间形成电容。如果需要的话，所述下电极130可以是电浮的。所述上电极128和下电极130可由以下材料制成：高度掺杂的硅或金属，诸如铝、不锈钢等等。在一些实施方式中，所述上电极128和所述下电极130可涂覆有含氧化铝或氧化钇的防护层。绝缘体150设置在所述面板128和所述SMD 130之间并且配置用于电绝缘所述面板128和所述SMD 130。在一个实施方式中，所述绝缘体150是用陶瓷制造的。
所述面板128可包括穿孔板152。在面板128中的多个孔155配置用于将离子和自由基从所述第二体积144均匀地传递到所述第三体积146。所述SMD 130可包括具有多个孔154的穿孔板151。SMD 130中的多个孔154是配置用于控制离子/自由基比率，从而调整选择性提供至限定在所述SMD 130和所述气体分配板132之间的第四体积156的气体。所述SMD 130配置用于过滤所需量的离子以及允许所需量的自由基流通穿过所述SMD 130而进入第四体积156。所述离子/自由基比率可以基于处理要求来选择。
所述气体分配板132可以是大体上扁圆形的部件，包括多个第一孔158和第二孔160，以分配穿过所述气体分配板132的气流。所述第一孔158和所述第二孔160形成了设置在所述基座加热器106上方的双区气体分配板132。在一个实施方式中，所述第一孔158配置用于传递所需量的离子和自由基从第四体积156进入限定在所述气体分配板132和所述基座加热器106之间的处理空间162。在一个实施方式中，所述第二孔160与第二气源(未示出)流体连通并且配置用于传递第二气体从所述气体分配板132的侧壁进入所述处理空间162。因此，所述双区气体分配板132有利地传递至少两种不同的化学物质至所述处理空间162，并且允许所述第二气体回避具有所述第一气体的第一体积140、第二体积144、第三体积146和第四体积156。所述双区气体分配板132可以配置用于跨基板表面分配具有所需离子/自由基比率的第一气体，以及分配第二气体。在各个实例中，所述第一气体和/或第二气体可以是蚀刻剂或者离子化的活性自由基(诸如，离子化的氟、氯或者氨气)，或者氧化剂(诸如臭氧)。在一些实施方式中，所述第二气体可包括包含NF3和He的等离子体。
所述基座加热器106可包括支撑板164，所述支撑板164具有平坦的或者大体上平坦的表面，以用于在处理期间将基板190支撑在所述支撑板164上。所述支撑板164可以用轴168耦接至致动器166，所述轴168延伸穿过形成在所述腔室主体102的底表面中的中心定位的开口。所述致动器166可以用波纹管(未示出)柔性地密封至所述腔室主体102，所述波纹管防止所述轴168四周的真空泄漏。所述致动器166允许所述支撑板164在所述腔室主体102内的处理位置和较低的传送位置之间垂直地移动。所述传送位置略低于形成在所述腔室主体102的侧壁中的狭缝阀开口108。
所述基座加热器106可包括一或多个钻孔，所述钻孔形成为穿过所述支撑板164以容纳升降杆186，所述升降杆186用于操纵和传送基板。所述升降杆186是在所述钻孔内可移动的。当被致动时，所述升降杆186向上凸出离开所述钻孔并且推抵所述基板190的背侧表面，由此举升所述基板190离开所述支撑板164。相反地，所述升降杆186可以从伸展位置收缩以降下所述基板190，由此将所述基板190搁置在所述支撑板164上。
在一些实施方式中，所述基板190可以使用真空吸盘或者静电夹盘紧固至所述支撑板164。静电夹盘可包括围绕电极174的至少一种电介质材料，所述电极可定位在所述支撑板164内。所述电极174可以耦接至多个射频偏置功率源176、178。所述双射频偏置功率源176、178经由匹配电路180耦接至电极174。所述射频偏置功率源176、178广泛地能够产生射频信号，所述射频信号具有从约50千赫兹至约200兆赫的频率以及在约0瓦特至约5000瓦特之间的功率。另外的偏置功率源可以耦接至所述电极174，以按需要控制等离子体的特性。所述支撑板164可以具有两个或更多个加热区域，以及所述加热区域中一些加热区域的温度可以通过流体控制，所述流体穿过嵌入支撑板164的主体的流体通道循环，如将在下文中更详细论述的。
示例性基座加热器
致力于提供基座加热器的所需温度分布以便赋能在基板表面上不同的蚀刻速率，本发明人已经提出了一种改善的基座加热器，所述基座加热器具有改变/控制所述基板的中央区域中和所述基板的边缘地区上的热量的能力。图2示出了基座加热器264的示意性横截面图，所述基座加热器264可用于替换在图1中示出的基座加热器106。应预料到所述基座加热器264还可用于替代在其他热和/或等离子体增强处理腔室中存在的基座加热器或者基板支撑组件。
所述基座加热器264包括基座支撑板202，所述基座支撑板202用轴168耦接至致动器(在图1中示出为166)。所述致动器允许所述基座支撑板202在所述处理腔室内的处理位置和传送位置之间，以如上文关于图1所论述的方式垂直地移动。所述基座支撑板202可以为具有大体上平坦的表面的圆盘形主体206的形式。虽然所述基座支撑板202被示出和描述为其大小设计成支撑基板的圆盘形主体，但是所述基座支撑板202和设置在所述基座支撑板202上的所述基座加热器的所有其他板不限于任何特定形状。在一个方面，术语“基板”是指具有200mm直径或者300mm直径的圆形晶片。在另一方面中，所述术语“基板”是指任何多边形、正方形、矩形、弧形或者另外的非圆形工件，诸如在例如平板显示器的制造中使用的玻璃基板。
所述基座支撑板202可以由以下材料制成：金属，诸如铝；金属合金，诸如不锈钢；或者陶瓷材料，诸如氧化铝或者氮化铝；或者任何其他工艺兼容的材料。所述圆盘形主体206耦接至所述轴168。所述圆盘形主体206一般具有上表面208、下表面210和圆柱形外表面212。在一个实施方式中，所述基座支撑板202可以具有多个流体通道214，所述流体通道214形成在所述圆盘形主体206中与所述上表面208相邻，以提供对基座支撑板202的温度控制。所述流体通道214与热传递流体导管216流体连通，所述热传递流体导管216设置在所述轴168内以用于使传热介质或者冷却介质流动。所述流体通道214可以围绕所述轴168以对称方式定位，以提供均匀的热传递至所述基板190。具体地，所述流体通道214将来自所述控温板224的大部分热损失引导主要向下而不是跨设置在控温板224中的加热区域。在一个实施方式中，可以在所述圆盘形主体206中设置四组流体通道。可设想有更多或更少数量的流体通道。所述热传递流体导管216与热传递流体源(未示出)流体连通。可以使用任何合适的热传递流体，诸如水、氮气、乙二醇，或者它们的混合物。所述基座支撑板202还可包括埋入式热电偶(未示出)以用于监测所述基座支撑板202的上表面208的温度。例如，来自所述热电偶的信号可在反馈回路中使用，以控制穿过所述流体通道214循环的流体的温度或者流动速率。
所述轴168还可提供真空导管217，所述真空导管217经由形成在基板接收板222内的通道218(仅示出一个)耦接至多个孔220。所述孔220经由所述真空导管217与真空泵(未示出)流体连通，以通过穿过所述孔220和通道218吸真空而将基板190夹紧至所述基板接收板222的上表面。在一定条件下，所述真空导管217可用于供应净化气体至基板接收板222的表面，以防止反应性气体/等离子体或者副产物接触所述基板的背侧。在一些实施方式中，在蚀刻工艺期间，可将具有相对较高的导热性的净化气体，诸如氦气、氢气或者它们的组合，供应至所述基板的背侧，以在基板接收板222和基板190之间提供更好的热传递。所述基座加热器的热传导率可以通过改变所述基板接收板222和所述基板190之间的气体压力来增强，这是因为气体的热传导率是所述气体的压力的函数。在一个实例中，可以用大体上低于大气压力的一压力水平(例如，10托至100托)将所述净化气体施加至基板的背侧，以改善所述基板接收板222和所述基板190之间的热传导率。
在一个实施方式中，由铝、铜、陶瓷、石英、不锈钢等等制成的挡板226可以任选地形成在所述基座加热器264上。所述挡板226可具有与所述基座支撑板202的直径相对应的直径。大多数情况下，所述挡板226的大小被设计成覆盖所述流体通道214。所述挡板226限制流体通道214内的热传递流体并且隔绝所述热传递流体与所述控温板224的加热元件。对于具有约300mm的直径的基座加热器来说，所述挡板226可以具有约5mm至约30mm的厚度。
在一个实施方式中，所述基座加热器264还包括形成在所述挡板226上的控温板224。如果未使用挡板226，那么所述控温板224形成在所述基座支撑板202上。所述控温板224一般为具有大体上平坦的表面的大体上圆盘形的主体225的形式。所述控温板224可由以下材料制成：金属，诸如铝；金属合金，诸如不锈钢；或者陶瓷材料，诸如氧化铝或者氮化铝；或者任何其他工艺兼容的材料。所述控温板224可具有与所述基座支撑板202的直径相对应的直径。对于具有约300mm的直径的基座加热器来说，所述控温板224可以具有约5mm至约30mm的厚度。
在一些实施方式中，当从控温板224的顶部观察时，所述控温板224可包括两个或更多个加热区域。所述控温板224可具有嵌入在所述圆盘形主体225中的多个加热元件，以加热所述控温板224的不同加热区域。所述加热区域可以具有任何合适的布置，以向基座支撑板202提供所需的温度分布。例如，所述控温板224可以具有布置在直径不断增大的多个同心圆区域和/或环形区域中的加热区域。在其他实施方式中，所述控温板224可以具有以径向对称的或者不对称的格局布置的加热区域。不论发生那种状况，每一加热区域都可具有一或多个独立PID(比例积分微分)控制的加热元件，所述加热元件连接至用于温度读取和控制的埋入式热电偶。
在一个实施方式中，所述控温板224具有同心地围绕内部区域228的外部区域230。所述内部区域228可以覆盖控温板224的大部分区域，而所述外部区域230可以覆盖所述控温板224的边缘部分。在一些实施方式中，所述内部区域228可具有对控温板224的上表面约60％至约90％的表面覆盖度。
所述控温板224可包括设置在所述圆盘形主体225内的第一组加热元件232。在一个实施方式中，所述第一组加热元件232包括四个加热元件。所述第一组加热元件232的布局一般对应于由内部区域228限定的区域。所述第一组加热元件232可以径向对称的方式围绕轴168布置。所述控温板224还可包括设置在所述圆盘形主体225内的第二组加热元件234。在一个实施方式中，所述第二组加热元件234包括两个加热元件。所述第二组加热元件234的布局一般对应于由外部区域230限定的区域。所述第二组加热元件234可以径向对称的方式围绕轴168布置。应注意的是可设想到第一组和第二组加热元件的数量可按需要改变。预计增加数量的加热元件会改善加热可靠性。
所述基座加热器264在内部区域228和外部区域230处的温度分布可以基于引导至所述第一组加热元件232和所述第二组加热元件234的功率比来调节。所述第一组加热元件232和所述第二组加热元件234可使用任何合适的加热方法，诸如电阻加热、非电阻加热、电感加热、辐射加热，或者它们的任意组合。在一些实施方式中，所述第一组加热元件232可使用电阻加热方法来加热内部区域228，而所述第二组加热元件234可使用非电阻加热方法来加热外部区域230，或者反之亦然。在一些实施方式中，所述第一组加热元件232和所述第二组加热元件234两者可都使用电阻加热方法来加热所述内部区域228和所述外部区域230。
所述电阻加热元件可以由以下材料构成：电阻性金属、电阻性金属合金，或者这两种材料的组合。用于所述电阻加热构件的合适材料可包括那些具有高热阻的材料，诸如钨、钼、钛等等。所述第一组和第二组加热元件可以用具有与基板接收板222和下层挡板226(如果使用的话)的热性质中的至少一者或两者大体上匹配的热性质的材料制造，以降低由不匹配的热膨胀所引起的应力。非电阻加热方法可包括例如内部或者外部热交换源的应用。
基板接收板222设置在所述控温板224上。所述基板接收板222可为具有与控温板224大体上对应的直径的圆盘形主体246的形式。所述基板接收板222可以由以下材料制成：铝、铜、陶瓷、石英、不锈钢，或者任何合适的工艺兼容材料。
所述基板接收板222可以具有配置用于支援/限制基板的运动，或者用于防止在所述工艺期间对基板区域的不希望腐蚀的特征结构。所述基板接收板222可配置成可从所述控温板224拆卸。在一些实施方式中，例如，所述基板接收板222可具有凸出部240和凹陷区域244，所述凸出部240从基板接收板上表面242围绕所述基板接收板222的周缘向上延伸，以及所述凸出部240围绕所述凹陷区域244。所述凹陷区域244的大小可经设计并且可配置用于接收基板190，以使得一旦所述基板190被安置到所述凹陷区域244内，所述基板190的顶表面就大体上与所述凸出部240的顶表面齐平或者略高于所述凸出部240的顶表面。所述凸出部240可具有圈环形状。在一些实施方式中，所述凸出部240可具有与凹陷区域244邻接的内部圆周表面252。所述凸出部240的内表面252可以大于零的角度相对于所述凸出部240的顶表面倾斜，所述角度为例如约30度至约150度，诸如在约100度和约120度之间。所述凸出部240和所述凹陷区域244限制基板在工艺期间的运动。对于具有约300mm的直径的基座加热器来说，所述基板接收板222可以具有约5mm至约30mm的总厚度。所述凸出部240可具有约0.5mm至约5mm的厚度。应注意的是所述凸出部和凹陷区域是出于说明性目的的，并且不应被视为限制其他可能的设计变化的范围。
在各种实施方式中，所述基座加热器264还包括环形槽236，所述环形槽236形成在所述控温板224的圆盘形主体225中，在内部区域228和外部区域230之间。所述槽236一般具有足够大的宽度以热绝缘内部区域228与外部区域230。对于具有约300mm的直径的基座加热器来说，所述槽236可以具有约1mm至约15mm的宽度，例如约2mm至约8mm。所述槽236可以形成为穿过所述控温板224的整体厚度，以便物理地隔绝所述内部区域228和所述外部区域230，如图3所示，图3示出了图2的基座加热器264的示意性仰视图，示出所述内部区域228和所述外部区域230被围绕基座加热器264的周缘延伸的连续槽236分隔。图3还示出了基座加热器264，所述基座加热器264具有三个钻孔250，所述钻孔250各自配置成容纳升降杆186(在图2中示出)。所述钻孔250是沿着基座加热器264的周边，在槽236所处的区域处以有规律的间隔分隔开的。如先前所论述的，所述升降杆是在该升降杆相应的钻孔250内可移动的，以用于基板搬运和传送。如在图2中可以更好地看出的，所述钻孔250一般形成为穿过所述基板接收板222、所述控温板224、所述挡板226和所述基座支撑板202，以允许各个升降杆穿过该升降杆相应的钻孔，从而从较低的位置或者较高的位置移动基板。
在一些实施方式中，所述槽236还延伸到所述基板接收板222的圆盘形主体246的厚度中。在图2中示出的一个实施方式中，所述槽236是形成为穿过所述控温板224的整体厚度，并且向上延伸进入所述基板接收板222的凹陷区域244处。因此，设置在所述内部区域228上方的基板接收板222的圆盘形主体246通过薄型桥248连接到设置在所述外部区域230上方的圆盘形主体246。所述桥248物理地分隔槽236与基板190。在各个实例中，所述槽236形成在控温板224的底部中，留下桥248连续地并且整合地连接所述内部区域228和所述外部区域230。虽然所述桥248的厚度被示出为显着地薄于设置在所述内部区域228和外部区域230上方的圆盘形主体246的厚度，但是所述桥248应该具有用以提供在所述凹陷区域244和所述凸出部240之间的结构所需的机械强度的最小厚度。
槽236的深度和桥248的厚度经仔细选择以在基板190和基板接收板222(以及因此控温板224)之间提供受限的热传递(例如，热扼流器)。在其中基板接收板222和控温板224具有约5mm至约30mm的总厚度的情形中，所述槽236可以具有约2mm至约29.5mm的高度。所述桥248可具有约0.5mm至约28mm的厚度，以及约2mm至约8mm的宽度。
无论槽236是否延伸入基板接收板222，槽236和桥248都在内部区域228和外部区域230之间提供热扼流器。因此，否则如果缺乏槽236和桥248就将穿过控温板224的圆盘形主体225的、在内部区域228和外部区域230之间的热传递被极大地减少。槽236(即，热扼流器)因此使得在内部区域228和外部区域230之间能够产生和操纵非常精确的温度梯度，从而即使基座加热器和基板都在相对较高的温度下操作，也允许在基板表面上实现中央快速(内部区域)蚀刻轮廓或者边缘快速(外部区域)蚀刻轮廓。
此外，因为在蚀刻工艺初始阶段之前或期间，基座加热器264可以维持在略低于所述处理腔室的环境温度的温度，所以操作者将能够用引导至内部区域228(以获得中央快速蚀刻轮廓)或者引导至外部区域230(以获得边缘快速蚀刻轮廓)的最少量的热来精确控制内部区域228和/或外部区域230的温度。在本实例中，因为将添加到内部区域228/外部区域230的热量是如此小并且控温板224和基板接收板222都是由高导热性材料(诸如，铝)制成的，所以在内部区域228和外部区域230之间提供较宽的、连续的热扼流器可有效地限制从外部区域230至内部区域228(或者反之亦然)的热流动，否则所述热流动如果不加限制将会影响接触基板的基板接收板222的所需温度分布。
此外，所述钻孔250可形成为穿过设置在槽236和基板190之间的桥248，从而掩蔽从基板190至升降杆钻孔250的缓慢热传递，由此防止基板表面上的局部点可不利地影响基板蚀刻轮廓。因为从基板190到基板接收板222(以及因此控温板224)的热流差在升降杆钻孔所处的区域非常类似于桥248的其他部分，所以如一般将在常规基座加热器中看到的升降杆钻孔250上方的基板上的热点实质上不再是问题，这是因为在槽236上方的热传递实质上是均匀的。
现将描述示例性蚀刻工艺以解释具有图2的发明性基座加热器的图1的处理腔室100可如何有利于蚀刻工艺。为简单起见以及为了便于说明，将关于图1的处理腔室100来描述用于使用从氨气(NH3)和三氟化氮(NF3)气体混合物产生的等离子体去除电介质材料(诸如，氧化硅)的示例性干法蚀刻工艺。所述干法蚀刻工艺可以从以下步骤开始：将基板穿过狭缝阀开口108安置到处理腔室中并且设置到基座加热器264的上表面上。所述基板可以通过经由真空导管217穿过孔220和通道218吸真空而紧固至基板接收板222。如果所述基座加热器264不是已经处于处理位置，那么将所述基座加热器264举升到所述腔室主体102内的处理位置。可将所述腔室主体102维持在所需的温度，所述温度为例如在50℃和200℃之间，诸如约80℃。可以通过穿过通道110传递热传递流体来维持所述腔室主体102的温度。
在一个实施方式中，将基板冷却至比所述处理腔室的环境温度略低例如约5℃或更小的温度，诸如略低约1℃或者2℃，所述处理腔室的环境温度是腔室主体102的温度(在本实例中为约80℃)的结果。为了到达上文所指定的所需基板温度，可通过使冷却流体穿过所述流体通道214不断流动来将基座加热器冷却并且维持在约78℃至79℃的温度。因此内部区域228和外部区域230的温度被维持在约78℃至79℃的温度，所述温度比处理腔室100的环境温度低约1℃2℃。
随后将从合适的蚀刻气体混合物(例如，氨气和三氟化氮气体)产生的等离子体从远程等离子体发生器136引入入口134。所述等离子体流动穿过阻断件126、面板128、SMD130和气体分配板132，以过滤所需量的离子，从而允许所需量的自由基流动至处理空间162并且与基板表面反应。或者，可以将所述蚀刻气体混合物引入入口134并且通过施加射频功率至所述电极(例如，面板128和SMD 130)而激发成等离子体形式。还可在所述气体混合物之前或者与所述气体混合物同时地，将净化气体或载气，诸如氩气、氦气、氢气、氮气或者它们的混合物引入处理腔室。在一些方面中，可使蚀刻气体和/或净化气体或载气中的一者或多者从气体分配板132的侧壁穿过气体分配板132的第二孔160而流入处理空间162。所述等离子体与氧化硅表面反应而形成六氟硅酸铵(NH4)2SiF6、NH3，以及H2O产物。所述NH3和H2O在处理条件下是蒸气并且可以通过真空泵120从处理腔室100去除。在基板表面上留下了(NH4)2SiF6的薄膜。随后将所述基座加热器264加热至足够的温度以将所述(NH4)2SiF6薄膜分解或者升华成挥发性的SiF4、NH3和HF产物。
取决于将在处理腔室中执行的蚀刻工艺，可以控制内部区域228和外部区域230的温度，以使得能够对形成在基板上的材料层(即，(NH4)2SiF6的薄膜)实现中央快速蚀刻轮廓或者边缘快速蚀刻轮廓。通常，80℃或更高的温度被用来从基板有效地升华和去除薄膜。在其中在基板表面上需要中央快速蚀刻轮廓的情形中，可以控制所述第一组加热元件232来将内部区域228的温度加热回升至约80℃，而外部区域230仍然维持在约78℃至79℃的温度下。因此，在内部区域228和外部区域230之间产生了约1℃至约2℃的温度梯度。因为内部区域228被加热至约80℃的温度，相对高于所述外部区域230的温度(约78℃至79℃)，所以在基板表面上实现了中央快速蚀刻轮廓。由于定位在内部区域228和外部区域230之间的桥248和槽236(即，热扼流器)的存在，所以可以有效地维持这个温度梯度，所述温度梯度限制或者最小化内部区域228和外部区域230之间的热传递。此外，实现中央快速蚀刻轮廓所需的功率(热)量可被保持为最小的，这是因为待增加到内部区域228的温度仅为1℃或者2℃。槽236因此使得能够在内部区域228和外部区域230之间精确地产生非常小的温度梯度(几摄氏温度)。
在其中需要边缘快速蚀刻轮廓的情形中，可以反之亦然控制第二组加热元件234以将所述外部区域230的温度加热回升，从而在内部区域228和外部区域230之间产生所需的温度梯度。应注意的是取决于基板表面上所需的工艺配方/蚀刻轮廓，可设想更大或更小的温度梯度。本文给出的温度范围是仅出于说明性目的，并且不应被视为限制其他可能的蚀刻工艺的范围。本领域一般技术人员可以轻易地确定高效和有效地气化所需薄膜而不损坏下层基板所需的温度。
一旦已经从基板去除所述膜，就对所述腔室进行净化和抽真空。随后通过以下方式从处理腔室100去除经处理的基板：使基板下降到传送位置，松开基板，以及传送所述基板穿过狭缝阀开口108离开所述处理腔室100。
图4是流程图，示出用于制造图2的多区基座加热器或者类似的基座加热器的示例性方法400。所述方法400是从方块402处从以下步骤开始的：形成基板接收板。可以使用热压烧结工艺形成所述基板接收板，在所述热压烧结工艺中将第一层导热性材料(例如，铝)以粉剂形式压入铸模中并加热。所述铸模可以具有预定的铸模式样，以便所述基板接收板形成为具有所需的基板支撑特征结构，例如图2的凸出部240和凹陷区域244。
在方块404处，将控温板安置到基板接收板的与基板支撑特征结构相对的表面上。所述控温板可以通过以下步骤形成：提供粉末形式的第二层导热性材料(例如，铝)到铸模中的第一层铝粉上方，以及随后将第一组加热元件和第二组加热元件放置到所述第二层铝粉上。所述第一组加热元件和所述第二组加热元件的布局被布置成使得位于第二层铝粉的中央区域处的所述第一组加热元件产生内部加热区域，而位于边缘地区处的第二组加热元件产生外部加热区域，如上文关于图2所论述的。一旦第一层和第二层铝粉以及第一组和第二组加热元件就位，可将第三层导热性材料(例如，铝)以粉末形式安置在第二层铝粉上方，以封装所述加热元件。此后，可将一或多个热电偶放置到第三层铝粉上。
在方块406处，一旦各层铝粉、加热元件以及热电偶就位，可施加高压力和高温至设置在铸模中的各层铝粉，从而引发烧结过程。结果是形成了分层的板结构，所述板结构具有嵌入板结构中的加热元件和热电偶。
在方块408处，将连续槽形成到所述分层的板结构中，直至获得所需厚度的槽。可以用任何可行方法形成连续槽，所述方法为诸如磨铣、喷砂、研磨或者蚀刻工艺。所述槽可以延伸穿过控温板以及进入基板接收板的一部分中。所述槽一般具有以上文关于图2所论述的连续方式围绕控温板的周边延伸的布置。所述槽可以替代地在方块408处一体成型。
在方块410处，将具有连续槽的分层板结构接合至挡板。可以使用合适的工艺将所述分层的板结构接合至挡板，所述工艺为诸如烧结工艺、钎焊工艺，或者焊接工艺。可以用热压烧结工艺形成所述挡板，在所述热压烧结工艺中将第四层导热性材料(例如，铝)以粉剂形式压入铸模中并加热。在将分层的板结构接合至挡板后，就用挡板覆盖所述连续槽。
在方块412处，使用合适的工艺将具有挡板的分层的板结构接合至基座支撑板，所述工艺为诸如烧结工艺或者焊接工艺。可以使用热压烧结工艺形成所述基座支撑板，在所述热压烧结工艺中将第五层导热性材料(例如，铝)以粉剂形式压入铸模中并加热。所述铸模可以具有预定的铸模式样，以便所述基座支撑板形成为具有流体通道，如图2所示。一旦所述分层的板结构接合至基座支撑板，就将可附接的空心轴耦接至基座支撑板，从而形成基座加热器。所述轴可用作用于冷却流体流、电气布线或者热电偶布线的导管。应注意的是在整个制造工艺期间，所述基座加热器可制造为真空密闭的。虽然未示出或论述，但是应理解可以按照不同于上文论述的顺序制造基座加热器。完成功能性基座加热器所需的另外步骤可以在方块402-412之间，之前或者之后执行。例如，在制造工艺期间，加热元件、热电偶和流体通道所需的电气导线、连接器以及流体管线可以形成在控温板和基座支撑板中。
本公开案的益处包括改善的基座加热器，所述基座加热器具有以精密标度(几摄氏温度)控制基板表面的不同区域处的热量的能力。具体地，在双区基座加热器中连续热扼流器的使用使内部加热区域与外部加热区域相分隔。所述连续热扼流器使得能够在所述内部加热区域和所述外部加热区域之间产生和操纵非常小的温度梯度，从而即使所述基座加热器和所述基板都在相对较高的温度下操作，也允许在基板表面上实现中央快速蚀刻轮廓或者边缘快速蚀刻轮廓。
尽管上述内容是针对本公开案的实施方式，但可在不脱离本公开案的基本范围的情况下设计本公开案的进一步实施方式，且本公开案的范围是由以上权利要求书来决定。

Claims (14)

1.一种用于处理腔室的基座加热器，所述基座加热器包括：
控温板，所述控温板具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；所述控温板包括：
第一区域，所述第一区域包括第一组加热元件；以及
第二区域，所述第二区域包括第二组加热元件，所述第二区域围绕所述第一区域；以及
基板接收板，所述基板接收板具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，其中所述基板接收板的所述第二表面耦接至所述控温板的所述第一表面，其中连续的环形的热扼流器设置在所述第一区域和所述第二区域之间，其中所述热扼流器是穿过所述控温板的整个厚度形成并且进入所述基板接收板的厚度中的切口，从而使得设置在所述第二区域上方的所述基板接收板的一部分由薄型桥连接至设置在所述第一区域上方的所述基板接收板的一部分，并且其中穿过所述薄型桥形成的钻孔的大小设计成允许基板升降杆通过。
2.根据权利要求1所述的基座加热器，其特征在于，所述第一区域围绕所述控温板的中心区域覆盖所述控温板的大部分。
3.根据权利要求1所述的基座加热器，其特征在于，所述基座加热器还包括：
基座支撑板，所述基座支撑板具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述基座支撑板的所述第一表面设置为与所述控温板的所述第二表面相邻，并且所述基座支撑板具有多个流体通道。
4.根据权利要求3所述的基座加热器，其特征在于，所述控温板、所述基座支撑板和所述基板接收板是用以下材料形成的：铝、不锈钢、氧化铝，或者氮化铝。
5.一种用于处理腔室的基座加热器，所述基座加热器包括：
基板接收板，所述基板接收板具有上表面和与所述上表面相对的底表面；
控温板，所述控温板具有上表面和与所述上表面相对的底表面，所述控温板的所述上表面耦接至所述基板接收板的所述底表面，所述控温板包括：
第一区域，所述第一区域设置在所述控温板的中心区域中，所述控温板包括设置在所述第一区域中的第一组加热元件；以及
第二区域，所述第二区域设置为围绕所述第一区域，所述控温板包括设置在所述第二区域中的第二组加热元件，其中在所述第一区域和所述第二区域之间设置切口，所述切口从所述底表面穿过所述控温板向所述上表面延伸，且进入所述基板接收板的一部分中以提供在所述基板接收板中的桥部分和穿过所述桥部分形成的钻孔；
基座支撑板，所述基座支撑板具有上表面和与所述上表面相对的底表面，所述基座支撑板具有设置在所述上表面中的多个流体通道；以及
挡板，所述挡板设置在所述基座支撑板和所述控温板之间，其中所述挡板的大小设计成覆盖所述多个流体通道和所述切口。
6.根据权利要求5所述的基座加热器，其特征在于，所述第一区域是与所述第二区域同心的。
7.根据权利要求5所述的基座加热器，其特征在于，所述控温板、所述基座支撑板、所述挡板和所述基板接收板是用以下材料形成的：铝、不锈钢、氧化铝，或者氮化铝。
8.根据权利要求5所述的基座加热器，其特征在于，所述第一组和第二组加热元件是以径向对称的方式围绕所述中心区域布置的。
9.一种用于在处理腔室中处理基板的方法，所述方法包含：
将所述处理腔室的腔室主体维持在第一温度；
将形成在基座加热器内的控温板的第一区域和第二区域冷却至第二温度，其中所述第二温度比所述第一温度低5℃或更少，并且所述基座加热器设置在所述腔室主体内；
将从气体混合物产生的等离子体引入限定在所述基座加热器和气体分配板之间的处理空间；
将设置在所述基座加热器上的基板的表面暴露至所述等离子体，以在所述基板的所述表面上形成材料层，所述基板具有覆盖所述控温板的所述第一区域和所述第二区域的直径；以及
加热所述控温板的所述第一区域至与所述第一温度对应的第三温度，同时维持所述控温板的所述第二区域处于所述第二温度，以在所述第一区域和所述第二区域之间产生温度梯度，其中所述温度梯度使得所述第一区域上方的所述材料层被以比所述第二区域上方的所述材料层相对更快的速率蚀刻。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，通过在所述第一区域和所述第二区域之间提供连续热扼流器以最小化所述第一区域和所述第二区域之间的热传递来维持所述温度梯度。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述热扼流器是形成为穿过所述控温板的厚度的槽形式。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述基座加热器的所述第一区域加热至第三温度的步骤包含使用设置在所述控温板中与所述第一区域相对应的区域处的第一组加热元件，以及其中将所述基座加热器的所述第二区域维持至所述第二温度的步骤包含使用设置在所述控温板中与所述第二区域相对应的区域处的第二组加热元件。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，冷却基座加热器的第一区域和第二区域的步骤包含使热传递流体穿过设置在基座支撑板中的流体通道不断流动，所述基座支撑板形成在所述基座加热器内与所述控温板邻近处。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一区域围绕所述控温板的中心区域覆盖所述控温板的大部分，以及所述第二区域覆盖所述控温板从所述控温板的所述中心区域到边缘的其余部分。
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