CN107460451A - 自居中底座加热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及自居中底座加热器。本发明提供了一种底座，所述底座包括：主体；加热器，嵌入在主体中；支撑凹槽，在主体内形成，具有安置在第一平面中的表面；周边表面，安置在第二平面中，包围支撑凹槽；以及多个定心凸片，定位在支撑凹槽与周边表面之间，每个定心凸片具有安置在第三平面中的表面，第三平面在第一平面和第二平面两者之间。

Description

自居中底座加热器
技术领域
本文中公开的实施例总体涉及用于将膜形成在诸如半导体基板的基板上的底座加热器，并且更具体地涉及用于膜堆形成工艺的将基板居中的底座加热器。
背景技术
半导体处理涉及许多不同的化学和物理工艺，从而使得能够在基板上形成小型(minute)集成电路。形成集成电路的材料层通过化学气相沉积、物理气相沉积、外延生长等等形成。一些材料层使用光刻胶掩模以及湿或干法蚀刻技术来图案化。所用来形成集成电路的基板可以是硅、砷化镓、磷化铟、玻璃或其他适合的材料。
在沉积工艺中，典型地利用底座加热器相对于腔室中的喷淋头来支撑基板。一些常规的底座加热器包括形成在其表面中的凹槽，基板可以定位在所述表面上。然而，典型凹槽的尺寸设定为大于基板，使得基板可以在凹槽内移动和/或基板边缘与凹槽的内表面之间的间隙变化。此基板的错误定位会对膜均匀性造成不利影响。
因此，需要有效地将基板居中并阻止在其上移动的底座。
发明内容
提供用于加热基板的方法和设备。在一个实施例中，提供一种底座，所述底座包括：主体；加热器，所述加热器嵌入在主体中；支撑凹槽，所述支撑凹槽在主体内形成，具有安置在第一平面中的表面；周边表面，所述周边表面安置在第二平面中，包围支撑凹槽；以及多个定心凸片，所述多个定心凸片定位在支撑凹槽与周边表面之间，每个定心凸片具有安置在第三平面中的表面，第三平面在第一平面和第二平面两者之间。
在另一实施例中，提供一种底座，所述底座包括：主体；嵌入式加热器，所述嵌入式加热器安置在主体中；支撑凹槽，所述支撑凹槽形成在主体内，具有安置在第一平面中的表面；周边表面，所述周边表面安置在第二平面中，包围支撑凹槽；以及多个定心凸片，所述多个定心凸片定位在支撑凹槽与周边表面之间，每个定心凸片具有安置在第三平面中的表面，第三平面在第一平面和第二平面两者之间，并且在各个定心凸片之间形成有间隙，具有基本上相同的宽度。
在另一实施例中，提供一种底座，所述底座包括：主体，所述主体具有嵌入在其中的加热元件；支撑凹槽，所述支撑凹槽形成在主体内，具有安置在第一平面中的表面，所述表面从主体的纵向轴线延伸第一距离；周边表面，所述周边表面安置在第二平面中，具有将支撑凹槽包围的壁，所述壁从主体的纵向轴线延伸第二距离，第二距离大于第一距离；以及多个定心凸片，所述多个定心凸片定位在第一距离与第二距离之间，每个定心凸片具有安置在第三平面中的表面，第三平面在第一平面和第二平面两者之间，其中第一平面和第二平面具有0.002英寸或更小的平行度。
附图简述
因此，本公开的上述特征可被理解的方式，上文简要概述的更具体描述可以通过参考实施例进行，其中的一些在附图中示出。然而，应当注意，附图仅示出了典型实施例，并且因此不应视为限制其范围，因此本文中公开的实施例也可允许其他等效实施例。
图1是等离子体系统的局部剖面图。
图2A是可用于图1的等离子体系统的底座的一个实施例的等距顶视图。
图2B是沿着图2A的线2B-2B得到的基座主体的剖面图。
图2C是图2A的定心凸片中的一者的放大细节图。
图3A是基座主体的一部分的剖面图，其示出了可如定心凸片中的一个或多个那样来与图2A中所示的底座一起使用的定心凸片的另一实施例。
图3B是沿着图2A的线3B-3B得到的定心凸片的正视图。
图4是基座主体的一部分的剖面图，其示出了可如定心凸片中的一个或多个那样来与图2A中所示的底座一起使用的定心凸片的另一实施例。
图5是基座主体的一部分的剖面图，其示出了可如定心凸片中的一个或多个那样来与图2A中所示的底座一起使用的定心凸片的另一实施例。
为了清楚起见，已尽可能使用相同附图标记来标示附图之间共有的相同要素。应可设想到，一个实施例公开的要素和特征可有利地用于其他实施例，而无需进一步叙述。
具体实施方式
以下参考等离子体腔室说明性地描述本公开的实施例，但是本文中描述的实施例可以用于其他腔室类型和多个工艺中。在一个实施例中，等离子体腔室用于等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统。可适于受益于本公开的PECVD系统的示例包括SE CVD系统、GTTM CVD系统或CVD系统，所有这些系统均可从加利福尼亚州圣克拉拉市应用材料公司(Applied Materials,Inc.,Santa Clara,California)采购取得。
SE CVD系统腔室具有两个隔离处理区域，它们可以用于在基板上沉积薄膜，诸如导电膜、氧化物膜(诸如氧化硅膜)、氮化物膜、多晶硅膜、碳掺杂氧化硅、以及其他材料。虽然示例性的实施例包括两个处理区域，但是可设想到的是，本文中公开的实施例可有利地用于具有单个处理区域或多于两个处理区域的系统。还可设想到，本文中公开的实施例可有利地用于其他等离子体腔室，包括蚀刻腔室、离子注入腔室、等离子体处理腔室、以及抗蚀剂剥离腔室(resist stripping chamber)等等。还可设想到，本文中公开的实施例可有利地用于可从其他的制造商获得的等离子体处理腔室。
图1是等离子体系统100的局部剖面图。等离子体系统100通常包括腔室主体102，所述腔室主体具有侧壁112、底壁116和内部侧壁101，它们限定一对处理区域120A和120B。处理区域120A-120B中的每个被类似地配置，并且为了简洁起见，仅描述了处理区域120B中的部件。
底座128穿过通道122安置在处理区域120B中，所述通道122在系统100中的底壁116中形成。底座128提供适于在底座128上表面上支撑基板129的加热器。底座128可以包括加热元件132，例如电阻加热元件，以加热和控制基板温度处于期望工艺温度。或者，底座128可由诸如灯组件的远程加热元件加热。
底座128通过凸缘133耦接到杆126。杆126可以将底座128耦接到电源插座或电源箱103。电源箱103可以包括驱动系统，所述驱动系统控制底座128在处理区域120B内的升高和移动。杆126还可包含用于向底座128提供电力的电力接口。电源箱103还可包括用于电力和温度指示器的接口，诸如热电偶接口。杆126还包括基部组件138，所述基部组件138适于可拆卸地耦接到电源箱103。周向环135被示出位于电源箱103上方。在一个实施例中，周向环135是适于作为机械止动件(mechanical stop)或平台(land)的肩状物，被配置为在基部组件138与电源箱103的上表面之间提供机械接口。
棒130穿过处理区域120B中的底壁116中形成的通路124安置，并且可以用于定位穿过底座128而安置的基板升降杆161。基板升降杆161选择性地将基板129与底座隔开，以便促进利用机器人(未示出)更换基板129，所述机器人用于通过基板传送端口160将基板129传送进出于处理区域120B。
腔室盖104被耦接到腔室主体102的顶部部分。盖104可以容纳耦接至盖104上的一个或多个气体分配系统108。气体分配系统108包括气体入口通路140，所述气体入口通路将反应物和清洁气体通过双通道喷淋头118输送进入处理区域120B中。双通道喷淋头118包括环形底板148，所述环形底板具有安置在面板146中间的区隔板144。射频(RF)源165可耦接到双通道喷淋头118。RF源165会为双通道喷淋头118供电，以便促进在双通道喷淋头118的面板146与底座128之间生成等离子体区域。在另一个实施例中，RF源165可以是高频射频(HFRF)电源，诸如13.56MHz RF发生器。在另一实施例中，RF源165可以包括HFRF电源和低频射频(LFRF)电源(诸如300kHz RF发生器)。或者，RF源可耦接到腔室主体102的其他部分，诸如底座128，以便促进等离子体生成。电介质隔离器158可以安置在盖104与双通道喷淋头118之间以阻止向盖104传导RF功率。遮蔽环106可以安置在底座128的周边上，从而接合底座128。
可选地，可以在气体分配系统108的环形底板148中形成冷却通道147，以在操作期间冷却环形底板148。传热流体(诸如水、乙二醇、气体等等)可以通过冷却通道147循环，使得底板148可以维持在预定温度。
衬里组件127可以安置在处理区域120B内，非常接近腔室主体102的侧壁101、112，以便阻止侧壁101、112暴露于处理区域120B内的处理环境下。衬里组件127包括周向泵吸空腔125，所述周向泵吸空腔可耦接到泵吸系统164，所述泵吸系统被配置为从处理区域120B中排放气体和副产物并且控制处理区域120B内的压力。多个排气端口131可以在衬里组件127上形成。排气端口131被配置为允许气体以促进系统100内的处理的方式从处理区域120B流动到周向泵吸空腔125。
图2A是用于等离子体系统100中的底座128的一个实施例的等距顶视图。底座128包括杆126和与基座主体207的周边表面205相对的基部组件138。在一个实施例中，杆126被配置成管状构件或中空轴。基座主体207包括基本平坦的基板接收表面或支撑凹槽210，或者可以包括凹陷或略微弯曲的表面。支撑凹槽210可以适于支撑200毫米(mm)基板、300毫米基板或450毫米基板。在一个实施例中，支撑凹槽210包括多个结构215，这些结构可以是在支撑凹槽210的平面上方延伸的隆起或突起。多个结构215中的每者的高度基本上等同于提供基本上平坦的基板接收平面或表面，这个基本上平坦的基板接收平面或表面从支撑凹槽210的表面稍微升高或与支撑凹槽210的表面隔开来。在一个实施例中，结构215中的每者由不同于支撑凹槽210的材料的材料形成或涂覆。支撑凹槽210还包括穿过支撑凹槽形成的适于接收升降杆161的多个开口220(图1)。
在一个实施例中，基座主体207和杆126是由导电金属材料制成，而基部组件138由导电金属材料和绝缘材料的组合制成。由导电金属材料来制造的基座主体207用于使得嵌入式加热器(视图中未示出)屏蔽RF功率。这增加了底座128的效率和寿命，从而降低拥有成本。
在一个实施例中，基座主体207和杆126仅由铝材制成，诸如铝合金或陶瓷材料。在一个特定实施例中，基座主体207和杆两者都由AlN制成。在一个实施例中，基座主体207是由陶瓷材料制成，而安置在支撑凹槽210上的结构215中的每者是由陶瓷材料(诸如氧化铝)制成或涂覆。
在一些实施例中，支撑凹槽210包括多个定心凸片225。每个定心凸片225可定位成从周边表面205径向向内延伸(例如，朝向底座128的纵向轴线230)。定心凸片225的数量并不限于附图中所示的数量，并且可以是三个或更多个，诸如四个、五个、六个、七个、八个或更多个。在一些实施例中，定心凸片225彼此相对定位，诸如具有偶数个的定心凸片225。在其他实施例中，定心凸片225以基本上相等的间隔间隔开来，诸如约120度(其中存在三个定心凸片225)或约72度(其中存在五个定心凸片225)。
图2B是沿着图2A的线2B-2B截取的基座主体207的剖面图。定心凸片225的一个实施例在图2A中示出。在这个实施例中，定心凸片225包括平面240中的表面235，所述平面在支撑凹槽210的表面250的平面245与周边表面205的平面255之间。在平面255与平面245之间的平行度可以是约0.002英寸或更小。定心凸片225包括倾斜表面260，所述倾斜表面与支撑凹槽210的表面250和表面235相交。倾斜表面260与表面235的相交部分以及倾斜表面260与支撑凹槽210的表面250的相交部分通常限定基板接收区域，其中基板(未示出)的边缘可在处理期间驻留在基板接收区域中。在一些实施例中，倾斜表面260相对于支撑凹槽210的表面250的角度α可以是约50度至约70度，诸如约60度。
在一个示例中，当利用300mm基板时，纵向轴线230与倾斜表面260同表面235的相交部分之间的径向长度265可以是约5.92英寸(约150.3mm)。因此，300mm基板的边缘可以接触倾斜表面260并且落到朝向支撑凹槽210的表面250的位置。在平面240与支撑凹槽210的表面250的平面245之间的某个位置处，限定了基本上等同于基板的直径的直径(例如，约+/-6mm)。例如，在一些实施例中，倾斜表面260与支撑凹槽210的表面250的相交部分可以包括约5.08英寸(约147.3mm)的径向长度268。因此，基板相对于底座128的纵向轴线230居中，并且可以与基座主体207热连通，使得热能可均匀地加热基板。另外，基板相对于周边表面205(例如，平面255)的仰角和/或平行度被控制。这为沉积提供均匀条件，从而提高沉积均匀性。
支撑凹槽210还可包括倾斜表面270，所述倾斜表面与表面235对接并与倾斜表面260相对。在一些实施例中，倾斜表面270的角度可基本上等于倾斜表面260的角度α，使得倾斜表面270和倾斜表面260平行(例如，约0.005英寸或更小的平行度)。如图2B所示的表面235沿径向方向的长度272可以是约0.01英寸(0.25mm)至约0.03英寸(0.76mm)，诸如约0.02英寸(0.51mm)。
支撑凹槽210的表面250(例如，平面245)距表面235(例如，平面240)的高度或距离246可以是约0.02英寸至约0.03英寸(0.51mm至0.76mm)。表面235(例如，平面240)与周边表面205(例如，平面245)之间的高度或距离248可以是约0.04英寸(约1mm)。
图2C是图2A的定心凸片225中的一者的放大细节图。倾斜表面270相对于定心凸片225更清楚地示出。倾斜表面270可以占据支撑凹槽210的未安置定心凸片225的部分，并且包围定心凸片225。根据这个实施例，在底座128的纵向轴线230与支撑凹槽210的表面250同倾斜表面270之间的相交部分274之间测量到的径向长度275可以是约5.94英寸(150.88mm)。
在一个实施例中，形成在定心凸片225之间的间隙或通道276围绕整个基座主体207具有基本上相同的宽度(例如，在相交部分274与倾斜表面260之间测量到的+/-0.5mm)，这为沉积工艺提供均匀条件。
倾斜表面260沿与底座128的纵向轴线230正交的方向的长度280可以是约0.2英寸(5mm)至约0.07英寸(1.7mm)，诸如约0.15英寸(3.8mm)。
具有定心凸片225的基座主体207和包围支撑凹槽210的倾斜表面270的配置使得基板相对于底座128的纵向轴线230居中。另外，基板相对于支撑凹槽210的表面250的高度被控制。这提供了可重复性、防止基板在处理过程中移动(例如，经由压力变化)，并且在基板边缘与基座主体207的周边表面205之间提供受控间隙。上述益处中的一个或多个在沉积或蚀刻工艺中提供更大的均匀性。
图3A是基座主体207的一部分的剖面图，其示出了可如定心凸片225中的一个或多个那样来与图2A中所示的底座128一起使用的定心凸片300的另一实施例。
根据本实施例的定心凸片300与图2B的定心凸片225是基本上相同的，不同之处如下。在支撑凹槽210的表面250的相交部分310与底座128的纵向轴线230之间的径向长度305可以是约5.92英寸(150.3mm)。另外，倾斜表面270相对于周边表面205(以及支撑凹槽210的表面250)的角度α可以是约50度至约70度，诸如约60度。另外，表面235(例如，平面240)与周边表面205(例如，平面245)之间的高度或距离315可以是约0.09英寸(约2.2mm)。倾斜表面270与周边表面205会聚的相交部分320可以包括约0.05英寸至约0.07英寸(1.2mm至1.7mm)的半径。
图3B是沿着图2A的线3B-3B截取的定心凸片300的正视图。定心凸片300包括倾斜表面260，并且具有从倾斜表面260过渡到倾斜表面270中的两个复合倾斜表面325(在X-Y平面以及Y-Z平面中)。X-Y平面中的倾斜表面325可以沿着相对于其长度的半径来形成。另外，Y-Z平面中的复合倾斜表面325包括可以是约50度至约70度(诸如约60度)的角度330。
在一个示例中，当利用300mm基板时，300mm基板的边缘可以接触倾斜表面260并且落到与相交部分310相邻的位置。因此，基板相对于底座128的纵向轴线230居中，并且可以与基座主体207热连通，使得热能可均匀地加热基板。另外，基板相对于周边表面205(例如，平面255)的仰角和/或平行度被控制。这为沉积提供均匀条件，从而提高沉积均匀性。
具有定心凸片300的基座主体207和包围支撑凹槽210的倾斜表面270的配置使得基板相对于底座128的纵向轴线230居中。另外，基板相对于支撑凹槽210的表面250的高度被控制。这提供了可重复性、防止基板在处理过程中移动(例如，经由压力变化)，并且在基板边缘与基座主体207的周边表面205之间提供受控间隙。上述益处中的一个或多个在沉积或蚀刻工艺中提供更大的均匀性。
图4是基座主体207的一部分的剖面图，其示出了可如定心凸片225中的一个或多个那样来与图2A中所示的底座128一起使用的定心凸片400的另一实施例。
根据本实施例的定心凸片400与图2B的定心凸片225是基本上相同的，不同之处如下。根据本实施例的定心凸片400包括周壁405，所述周壁与周边表面205和表面235对接。周壁405和表面235可环绕或包围整个支撑凹槽210。周壁405与底座128的纵向轴线230之间的径向长度410可以是约5.94英寸(150.8mm)。表面235的径向长度415可以是约0.03英寸至约0.05英寸(0.7mm至1.25mm)，诸如约0.04英寸(1.02mm)。深度420(或正交于平面255的长度)可以是约0.01英寸(0.254mm)至约0.006英寸(0.152mm)，诸如约0.008英寸(0.203mm)。
在一个示例中，当利用300mm基板时，300mm基板的边缘可以接触倾斜表面260并且落到与支撑凹槽210的表面250相邻的位置。因此，基板相对于底座128的纵向轴线230居中，并且可以与基座主体207热连通，使得热能可均匀地加热基板。另外，基板相对于周边表面205(例如，平面255)的仰角和/或平行度被控制。这为沉积提供均匀条件，从而提高沉积均匀性。
具有定心凸片400的基座主体207和包围支撑凹槽210的周壁405的配置使得基板相对于底座128的纵向轴线230居中。另外，基板相对于支撑凹槽210的表面250的高度被控制。这提供了可重复性、防止基板在处理过程中移动(例如，经由压力变化)，并且在基板边缘与基座主体207的周边表面205之间提供受控间隙。上述益处中的一个或多个在沉积或蚀刻工艺中提供更大的均匀性。
图5是基座主体207的一部分的剖面图，其示出了可如定心凸片225中的一个或多个那样来与图2A中所示的底座128一起使用的定心凸片500的另一实施例。
根据本实施例的定心凸片500与图4的定心凸片225是基本上相同的，不同之处如下。根据本实施例的定心凸片500具有在周壁405与底座128的纵向轴线230之间的约5.97英寸(151.64mm)的径向长度505。表面235的径向长度510可以是约0.07英寸至约0.09英寸(1.78mm至2.29mm)，诸如约0.08英寸(2.03mm)。深度420(或正交于平面255的长度)可以是约0.01英寸(0.254mm)至约0.006英寸(0.152mm)，诸如约0.008英寸(0.203mm)。
在一个示例中，当利用300mm基板时，300mm基板的边缘可以接触倾斜表面260并且落到与支撑凹槽210的表面250相邻的位置。因此，基板相对于底座128的纵向轴线230居中，并且可以与基座主体207热连通，使得热能可均匀地加热基板。另外，基板相对于周边表面205(例如，平面255)的仰角和/或平行度被控制。这为沉积提供均匀条件，从而提高沉积均匀性。
具有定心凸片500的基座主体207和包围支撑凹槽210的周壁405的配置使得基板相对于底座128的纵向轴线230居中。另外，基板相对于支撑凹槽210的表面250的高度被控制。这提供了可重复性、防止基板在处理过程中移动(例如，经由压力变化)，并且在基板边缘与基座主体207的周边表面205之间提供受控间隙。上述益处中的一个或多个在沉积或蚀刻工艺中提供更大的均匀性。
尽管上述内容针对本公开的实施例，但也可在不背离本公开的基本范围的情况下设计本公开的其他实施例，并且本公开的范围是由所附权利要求书确定。

Claims (20)

1.一种底座，包括：
主体；
加热器，嵌入在所述主体中；
支撑凹槽，在所述主体内形成，具有安置在第一平面中的表面；
周边表面，安置在第二平面中，包围所述支撑凹槽；以及
多个定心凸片，定位在所述支撑凹槽与所述周边表面之间，每个所述定心凸片具有安置在第三平面中的表面，所述第三平面在所述第一平面和所述第二平面两者之间。
2.如权利要求1所述的底座，其特征在于，所述第一平面和所述第二平面具有0.002英寸或更小的平行度。
3.如权利要求1所述的底座，其特征在于，每个所述定心凸片具有倾斜表面，所述倾斜表面在所述第二平面与所述第三平面之间延伸。
4.如权利要求1所述的底座，其还包括在所述周边表面与所述定心凸片的所述表面之间的通道。
5.如权利要求4所述的底座，其特征在于，所述通道包围所述支撑凹槽。
6.如权利要求5所述的底座，其特征在于，所述通道具有基本上相同的宽度。
7.如权利要求4所述的底座，其特征在于，所述通道包括周壁。
8.如权利要求7所述的底座，其特征在于，所述周壁相对于所述周边表面正交地取向。
9.如权利要求7所述的底座，其特征在于，所述周壁相对于所述周边表面成角度。
10.如权利要求9所述的底座，其特征在于，每个所述定心凸片具有倾斜表面，所述倾斜表面在所述第二平面与所述第三平面之间延伸，并且所述倾斜表面的角度和所述周壁的角度基本上相同。
11.一种底座，包括：
主体；
嵌入式加热器，安置在所述主体中；
支撑凹槽，在所述主体内形成，具有安置在第一平面中的表面；
周边表面，安置在第二平面中，包围所述支撑凹槽；以及
多个定心凸片，定位在所述支撑凹槽与所述周边表面之间，每个所述定心凸片具有安置在第三平面中的表面，所述第三平面在所述第一平面和所述第二平面两者之间，并且间隙在每个所述定心凸片之间形成，所述间隙具有基本上相同的宽度。
12.如权利要求11所述的底座，其特征在于，所述第一平面和所述第二平面具有0.002英寸或更小的平行度。
13.如权利要求11所述的底座，其特征在于，所述间隙包括周壁。
14.如权利要求13所述的底座，其特征在于，所述周壁相对于所述周边表面正交地取向。
15.如权利要求13所述的底座，其特征在于，所述周壁相对于所述周边表面成角度。
16.如权利要求15所述的底座，其特征在于，每个所述定心凸片具有倾斜表面，所述倾斜表面在所述第二平面与所述第三平面之间延伸，并且所述倾斜表面的角度和所述周壁的角度基本上相同。
17.一种底座，包括：
主体，具有嵌入在其中的加热元件；
支撑凹槽，形成在所述主体内，具有安置在第一平面中的表面，所述表面从所述主体的纵向轴线延伸第一距离；
周边表面，安置在第二平面中，具有将所述支撑凹槽包围的壁，所述壁从所述主体的所述纵向轴线延伸第二距离，所述第二距离大于所述第一距离；以及
多个定心凸片，定位在所述第一距离与所述第二距离之间，每个所述定心凸片具有安置在第三平面中的表面，所述第三平面在所述第一平面和所述第二平面两者之间，其中所述第一平面和所述第二平面具有0.002英寸或更小的平行度。
18.如权利要求17所述的底座，其特征在于，所述壁包括倾斜表面并且限定在每个所述定心凸片之间的通道。
19.如权利要求18所述的底座，其特征在于，所述通道具有基本上相同的宽度。
20.如权利要求18所述的底座，其特征在于，成角度的表面在每个所述定心凸片的所述表面与所述支撑凹槽的所述表面之间延伸，并且所述壁的所述倾斜表面与所述成角度的表面基本上平行。
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