CN110265323A - 具有接点阵列的晶圆加热座 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种晶圆加热座，包含一支撑柱连接于一盘体的底面，且该支撑柱握持有对应接触盘体的多个接触垫的一接点阵列，该接点阵列包括复数个接触柱。

Description

具有接点阵列的晶圆加热座
技术领域
本发明是关于一种晶圆加热座，尤是一种具有接点阵列的晶圆加热座以及散热结构的晶圆加热座。
背景技术
在传统半导体处理设备中，反应腔体内的晶圆加热座是用以支撑一晶圆于腔体中进行各种处理，如蚀刻。通常在处理晶圆的过程中，需要控制晶圆的温度。基于此目的，晶圆支撑装置被设计成具有温度控制机制的加热装置，其在各种处理的应用中精确地控制晶圆的温度。一般晶圆加热座包含由陶瓷或金属构成的一盘体及密封在盘体中的加热组件，如加热线圈。更具体地，晶圆加热座还可进一步包含温度传感器、控制器及其他电子组件等。
加热在各种的晶圆处理中为重要的步骤，像是化学气相沉积(CVD)，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、光学微影、蚀刻及清洁等。这是因为操作温度为控制化学反应的过程。反应气体与晶圆表面的物质产生化学反应而形成导电薄膜或绝缘层，而欲在整体晶圆上得到均匀厚度且高质量的薄膜，热控制为处理过程中的关键因素之一。
一种已知的多区域加热的晶圆加热座，其包含具有多个电阻式加热组件的盘体，每一个加热组件由一控制器各别控制，使盘面的不同区域提供不同的加热程度。藉由适当地提供各加热组件的功率，遍布晶圆的温度可维持一致，有助于获得较佳的反应结果。此外，晶圆加热座的热也会沿着其结构向下传递，其可能影响处理腔中的温度梯度分布，导致不佳的反应结果。
因此，有需要发展一种多区加热的晶圆加热座，并且也要一并克服热分布的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶圆加热座，包含：一盘体，具有用于支撑晶圆的一承载面及相对于该承载面的一底面，其中该底面提供有复数个接触垫；及一支撑柱，连接于该盘体的底面，且该支撑柱握持有对应接触该等接触垫的一接点阵列，该接点阵列包括复数个接触柱。
在一具体实施例中，该盘体还被嵌入有一或多个加热组件及一或多个感应单元，每一个加热组件定义该盘体的一加热区域且每一个加热组件与至少三个接触垫电性连接。
在一具体实施例中，该盘体中形成有复数个导通孔连接于该等加热组件和该等接触垫。
在一具体实施例中，该支撑柱握持有用于固定该等接触柱的一基座。
在一具体实施例中，该等接触柱的每一者包含一柱体和包覆于该柱体的一外套，其中该柱体可相对于该外套往复移动，该外套被容置于该基座中。
在一具体实施例中，该柱体的顶端具有一接触帽，而该接触帽与该外套之间提供有一弹簧。
在一具体实施例中，该接点阵列的接触柱对应地电性耦接至复数个金属棒，以传递与所述加热组件和感应单元有关的讯号。
在一具体实施例中，该支撑柱与一散热器连接，该散热器从该支撑柱的一内部延伸至该支撑柱的一外部。
在一具体实施例中，该散热器连接于该支撑柱的一底端，该散热器具有一上部及一下部，其中该上部延伸至该支撑柱中，该下部暴露于该支撑柱之外且该下部具有复数个冷却通道。
在一具体实施例中，该散热器配置成与复数个金属棒接触以传递该等金属棒的热。
在一具体实施例中，该接点阵列的接触柱数量为三十六个。
在一具体实施例中，该散热器的一部分暴露于该处理腔的内部。
在以下本发明的说明书以及藉由本发明原理所例示的图式当中，将更详细呈现本发明的这些与其他特色和优点。
附图说明
参照下列图式与说明，可更进一步理解本发明。非限制性与非穷举性实例系参照下列图式而描述。在图式中的构件并非必须为实际尺寸；重点在于说明结构及原理。
图1显示本发明晶圆加热座的一透视图。
图2为图1的剖面视图。
图3单独显示本发明的接点阵列实施例。
图4a显示接点阵列的一接触柱。
图4b显示图4b的一剖面图。
图5显示本发明散热器的一剖面图。
图6显示本发明接点阵列与盘体底部的接触。
图7显示盘体接触垫与接触柱的连接。
图中标记说明：
100 晶圆加热座 501 上部
110 盘体 502 下部
111 底面 503 肩部
120 支撑柱 504 槽
130 散热器 505 环
140 金属棒 601 加热组件
300 接点阵列 602 导通孔
301 接触柱 603 金属棒
302 基座 604 下电极
303 隔绝壁 605 焊接接点
400 柱体 606 接触垫
401 外套
402 接触帽
403 弹簧
404 连接器
具体实施方式
以下将参考图式更完整说明本发明，并且藉由例示显示特定范例具体实施例。不过，本主张主题可具体实施于许多不同形式，因此所涵盖或申请主张主题的建构并不受限于本说明书所揭示的任何范例具体实施例；范例具体实施例仅为例示。同样，本发明在于提供合理宽阔的范畴给所申请或涵盖之主张主题。除此之外，例如主张主题可具体实施为方法、装置或系统。因此，具体实施例可采用例如硬件、软件、韧体或这些的任意组合(已知并非软件)之形式。
本说明书内使用的词汇「在一实施例」并不必要参照相同具体实施例，且本说明书内使用的「在其他(一些/某些)实施例」并不必要参照不同的具体实施例。其目的在于例如主张的主题包括全部或部分范例具体实施例的组合。
本发明提供一种晶圆加热座，适用于各种具备加热处理的处理腔体。特别是，本发明的晶圆加热座是一种具备多加热区域的加热座，即靠近晶圆中心与靠近外缘的加热温度可为不同，弥补热传导于晶圆中心和边缘之间的落差，达到均匀受热的效果。
图1显示本发明的晶圆加热座100，其外观上大致上与已知加热座类似，即具有一盘体110和一支撑柱120。盘体110具有一承载面(未显示)用于承载待处理的晶圆。相对于所述承载面的是一底面111。支撑柱120连接于盘体110的底面111。本发明的支撑柱120的底部连接有一散热器130用于排出累积在加热座的额外热量。关于散热器130的细节将详述如后。在一实施例中，散热器130被配置成当加热座100被安装至一处理腔体(未显示)中，散热器130的一部分被暴露于腔体的空间中。意即，散热器130的部分是暴露于处理时的真空环境中。此外，散热器130的一部分可机械耦接至外部的驱动装置。或者，散热器130的一部分可暴露于腔体外的大气环境。
图2显示图1的剖面视图。如图所示，支撑柱120为一空心柱体，散热器130具有一部分延伸至支撑柱120内。复数个金属棒140穿越散热器130并一路延伸至支撑柱120的顶端与一接点阵列(如图3)电性连接。散热器130被配置成具有复数个孔(未标号)用于引导金属棒140穿越且决定金属棒140的排列。
盘体110嵌入有一或多个加热组件(未显示)，如相互独立的加热线圈。在多加热区域的应用中，盘体110可嵌入有至少有两个加热线圈，且分别涵盖不同的径向范围。盘体110还可嵌入有一或多个感应单元(未显示)，像是电阻式温度侦测器(RTD)，用于获得盘体110中不同位置的温度数据。所述加热组件和感应单元电性耦接至金属棒140以接收电力和提供电讯号。等离子体处理的应用中，盘体110还可嵌入作为下电极的一金属层(未显示)，其亦经由其中一金属棒电性耦接至射频电路的部分。这些安排将于图6说明。
图3单独显示本发明接点阵列300的配置，没有显示支撑柱120的壁。接点阵列300包含复数个接触柱301。本实施例为三十六个，但更多或更少数量的接触柱也是可行的。这些接触柱301被固持在具有多个孔的一基座302中并形成特定的排列且彼此不接触。基座302的形状与支撑柱120匹配，如圆形。基座302可由不导电的陶瓷制成，如氮化铝(ALN)。如图所示，基座302的外侧接触一隔绝壁303的内侧而定位于支撑柱120顶端附近。隔绝壁303介于基座302与支撑柱120的壁之间，使金属棒的热不会横向传递至支撑柱120的周围。本实施例的隔绝壁303的材质为石英。
所示基座302的中央有一未被填满的孔(未标号)。同样地，在等离子体处理的应用中，该孔可提供有用于电耦接盘体101中下电极(未显示)的一接触柱及一金属棒。所示接触柱301具有自基座302上表面延伸出的一顶端及自基座302下表面延伸出的一底端。所述金属棒140的顶端与接触柱301的底端电接触。这些金属棒140的顶端具有相同的水平，使接触柱301的顶端也位在相同的水平。散热器130的一部分延伸至靠近基座302的下方但不与基座302接触，如此散热器103可接触金属棒140的一最大面积。
图4a和图4b分别显示一单独接触柱301及其剖面结构。所述接触柱301实为由多个组件组成的一可动部件，包括一柱体400和包覆于柱体400的一外套401。柱体400为纵向延伸的一结构，柱体400的顶端具有一接触帽402，其提供有一曲面用以接触盘体110底面111所暴露的接触垫(见图7)。在其他可能的实施例中，接触帽402可为其他形状或者被省略。外套401具有一孔供容置柱体400并允许柱体400相对于外套401纵向地往复移动。外套401还被配置成容置于基座302的对应孔中。例如，外套401的表面可提供有特殊的结构，使外套401能稳固地容置于基座302中。柱体400的接触帽402和外套401还提供有一弹簧403，其支撑柱体400于一高度。当接触帽402受到压力时，弹簧403允许柱体400向下移动。换言之，本发明的接点阵列提供的是软性接触。
柱体400的底端与金属棒140的上端接触以电性连接两者。在所述接触位置，提供有一连接器404用于电性连接或固定柱体400和金属棒140。例如，所示连接器404为一压接器(crimp connector)。在其他实施例中，连接器的其他类型也是可行的，或者可被省略。返参图3，当接触柱301安装于基座302，连接器(未标号)介于基座302与散热器130之间的空间。
图5显示本发明散热器130的剖面。散热器130连接于支撑柱120的底端，且从支撑柱120的内部延伸至支撑柱120的外部。意即，散热器130的一部分是隐藏在支撑柱120中，而散热器130的另一部分是暴露于处理腔体的腔室中。具体而言，散热器130具有一上部501及一下部502，其中上部501延伸至支撑柱120中，下部502暴露于支撑柱120之外。散热器130具有一肩部503用于接触支撑柱120底端，并界定出延伸至支撑柱120中的上部501和暴露于支撑柱120底端的下部502。散热器130具有多个孔供容置金属棒140，并尽可能接触金属棒140的表面。藉此，散热器130可将累积在支撑柱120中金属棒140的热经由上部501传递至下部502。
如图所示，下部502的一表面还形成有复数个槽504，其由散热器130的表面向内凹入，藉此增加散热器130与周遭环境的接触面积。在一实施例中，散热器130的外部还提供有一环505，其与槽504形成一冷却通道，允许冷水却导入其中以强化散热器130的表现。意即，本发明散热器130可进一步与一冷却水供应装置连接。
在一实施例中，虽未显示，安装的散热器130下部502一部分暴露于处理腔体的腔室中，而下部502的另一部分则可连接至一驱动装置或者处理腔体之外的大气环境。在一实施例中，支撑柱120内部空间为大气环境，且不与处理腔体的腔室连通。
图6显示盘体110的局部剖面示意图。接点阵列的接触柱301以弹簧的一偏压接触盘体110的底面111，确保每个接触柱301的顶端确实接触盘体110。所示盘体110嵌入有多个加热组件，如加热线圈。此处仅显示靠近盘体110中央的一加热组件601，另一加热组件则靠近盘体110的外缘。所述加热组件601经由多个导通孔(602，vias)电性耦接至其中的一些接触柱301，如本实施例显示有四个接触柱。导通孔602包含纵向导通孔及横向导通孔。此处仅显示纵向导通孔。此外，所示导通孔602中的两者还连接有横向导通孔(未显示)，使接触柱301中的两者电性耦接至另一加热组件(未显示)。
接点阵列的中央由一金属棒603取代，该金属棒603穿入盘体110并延伸至一下电极604。金属棒603的材质可为镍。金属棒603的顶端经由一焊接接点605电性耦接至一下电极604。类似印刷电路板的制造，盘体110及其内部电子组件也可采多层陶瓷板堆栈制造而成。
图7显示盘体110堆栈结构的一示意图。每一导通孔602的底端与一接触垫606连接。接触垫606配置成以其下表面暴露于盘体110的底面111并与底面111共平面。较佳地，接触垫606的面积大于接触柱301的宽度，确保完全接触。在某些实施历中，接触垫606可配置成略突出底面111或者略从底面111向内凹。在可能的实施例中，接触垫606可被省略或者可以是导通孔602的一部分。接触垫606的数量和位置是根据接点阵列而决定。例如，与一加热组件连接的接触垫606数量至少为三个，但不多于五个。
综上所述，本发明提供的晶圆加热座具备有特殊的接点阵列，其提供金属棒与电子组件之间的良好连接，以实现电力供应及接收感应讯号的工作。此外，本发明提供的散热器更强化了散热能力，有助于包含加热处理的制程应用。
虽然为了清楚了解已经用某些细节来描述前述本发明，吾人将了解在申请专利范围内可实施特定变更与修改。因此，以上实施例仅用于说明，并不设限，并且本发明并不受限于此处说明的细节，但是可在附加之申请专利范围的领域及等同者下进行修改。

Claims (12)

1.一种晶圆加热座，其特征在于：包含，
一盘体，具有用于支撑晶圆的一承载面及相对于该承载面的一底面，其中该底面提供有复数个接触垫；及
一支撑柱，连接于该盘体的底面，且该支撑柱握持有对应接触该等接触垫的一接点阵列，该接点阵列包括复数个接触柱。
2.如权利要求1所述的晶圆加热座，其特征在于：其中该盘体还被嵌入有一或多个加热组件及一或多个感应单元，每一个加热组件定义该盘体的一加热区域且每一个加热组件与至少三个接触垫电性连接。
3.如权利要求2所述的晶圆加热座，其特征在于：其中该盘体中形成有复数个导通孔连接于该等加热组件和该等接触垫。
4.如权利要求1所述的晶圆加热座，其特征在于：其中该支撑柱握持有用于固定该等接触柱的一基座。
5.如权利要求4所述的晶圆加热座，其特征在于：其中该等接触柱的每一者包含一柱体和包覆于该柱体的一外套，其中该柱体可相对于该外套往复移动，该外套被容置于该基座中。
6.如权利要求5所述的晶圆加热座，其特征在于：其中该柱体的顶端具有一接触帽，而该接触帽与该外套之间提供有一弹簧。
7.如权利要求2所述的晶圆加热座，其特征在于：其中该接点阵列的接触柱对应地电性耦接至复数个金属棒，以传递与所述加热组件和感应单元有关的讯号。
8.如权利要求1所述的晶圆加热座，其特征在于：其中该支撑柱与一散热器连接，该散热器从该支撑柱的一内部延伸至该支撑柱的一外部。
9.如权利要求8所述的晶圆加热座，其特征在于：其中该散热器连接于该支撑柱的一底端，该散热器具有一上部及一下部，其中该上部延伸至该支撑柱中，该下部暴露于该支撑柱之外且该下部具有复数个冷却通道。
10.如权利要求8所述的晶圆加热座，其特征在于：其中该散热器配置成与复数个金属棒接触以传递该等金属棒的热。
11.如权利要求1所述的晶圆加热座，其特征在于：其中该接点阵列的接触柱数量为三十六个。
12.一种处理腔体，其特征在于：包含如权利要求8所述的晶圆加热座，其中该散热器的一部分暴露于该处理腔的内部。
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