CN110603630A - 用于旋转基座的快速断接电阻温度检测器组件 - Google Patents

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Abstract

本公开内容的实施方式涉及一种快速断接电阻温度检测器(RTD)加热器组件，其包括：第一组件，第一组件包括基座、基座轴杆、适配器、一或多个加热器电源终端及至少一个RTD；及第二组件，第二组件包括旋转模块及缆线组件，旋转模块具有中心开口，缆线组件部分设置在中心开口中并牢固地固定至旋转模块，其中第一组件可拆卸地耦合到第二组件，其中缆线组件包括一或多个电源插座，当第一及第二组件耦合在一起时，电源插座接收加热器电源终端，且其中缆线组件包括一或多个弹簧加载的RTD销，当第一及第二组件耦合在一起时，弹簧加载的RTD销接触到设置在第一组件中的至少一个RTD。

Description

用于旋转基座的快速断接电阻温度检测器组件
技术领域
本公开内容一般涉及用于改善沉积均匀性的设备及方法。具体而言，本公开内容的实施方式涉及用于腔室内旋转基座的快速断接电阻温度检测器(RTD)组件。
背景技术
在原子层沉积及化学气相沉积两者的许多沉积腔室中，旋转基座/加热器都用于改善非均匀性。在大多数情况下，非均匀性来自非均匀的化学物输送、流动分布、腔室特征以及来自腔室主体及周围部件的温度非均匀性。使用旋转基座可分散这些变化的局部效应并改善非均匀性。
然而，在某些情况下，基座或加热器本身可能会贡献非均匀性，特别是当基板(晶片)坐落于加热器上或接触该加热器时。局部非均匀温度分布的影响可对沉积的均匀性产生显著影响。这种非均匀的温度分布可能来自加热器元件布局、诸如升举销孔的局部特征、非均匀的辐射热损失、非均匀的接触表面或间隙，或其他原因。
在使用加热基座的化学气相沉积(CVD)及原子层沉积(ALD)处理期间，越来越需要旋转加热器/基座以获得最佳的膜均匀性。旋转基座设计的典型问题是旋转组件变得非常复杂。安装或拆卸基座需要切断真空馈送、电性馈送及电阻温度检测器(resistancetemperature detector，RTD)。用于监控温度的典型RTD传感器组件经设计以使得RTD传感器位于组件的尖端，且另一端具有连接/信号线，该连接/信号线连接到RTD转换器盒。在将RTD组件从底部安装到腔室中后，此RTD组件接着插入基座内。然而，由于旋转机构设置在腔室下方，因此难以在不损坏部件的情况下安装或拆卸RTD组件。安装/拆卸RTD组件还需要相当长的时间。
因此，本领域需要改进加热器及RTD组件安装及拆卸旋转加热器基座的设备及方法。
发明内容
本公开内容的实施方式涉及快速断接电阻温度检测器(RTD)加热器组件。在与本公开内容一致的一些实施方式中，快速断接电阻温度检测器(RTD)加热器组件包括：第一组件，该第一组件包括：基座；基座轴杆，该基座轴杆耦合到该基座的底部；适配器，该适配器耦合到该基座轴杆；一或多个加热器电源终端，该一或多个加热器电源终端设置在形成于该基座轴杆及该适配器中的通孔中；和至少一个RTD，该RTD设置在形成于该基座、该基座轴杆及该适配器中的通孔中；及第二组件，该第二组件包括旋转模块及缆线组件，该旋转模块具有中心开口，该缆线组件部分地设置在该中心开口中并牢固地固定至该旋转模块，其中该第一组件可拆卸地耦合到该第二组件，其中该缆线组件包括一或多个电源插座，当该第一组件及该第二组件耦合在一起时，该电源插座接收所述加热器电源终端，且其中该缆线组件包括一或多个弹簧加载的RTD销，当该第一组件及该第二组件耦合在一起时，该弹簧加载的RTD销接触到设置在该第一组件中的至少一个RTD。
在一些实施方式中，一种快速断接电阻温度检测器(RTD)加热器组件可包括：第一组件，该第一组件包括多个加热器电源终端及至少一个RTD，其中该RTD包括RTD传感器部分、保护套管及RTD连接器壳体，该RTD连接器壳体具有多个铜接触垫；及第二组件，该第二组件包括多个电源插座及多个弹簧加载的RTD销，其中该第一组件可拆卸地耦合到该第二组件，其中该一或多个电源插座经配置以在该第一组件及该第二组件耦合在一起时接收该加热器电源终端，且其中当该第一组件及该第二组件耦合在一起时，该一或多个弹簧加载的RTD销接触该多个铜接触垫。
在一些实施方式中，一种处理腔室包括可旋转基板支撑件加热器基座，该处理腔室包括：腔室主体，该腔室主体具有侧壁、底部，及可拆卸的盖组件，该盖组件封闭处理空间；及快速断接电阻温度检测器(RTD)加热器组件，包括：第一组件，该第一组件包括多个加热器电源终端及至少一个RTD，其中该第一组件经配置以从该处理腔室中的顶部开口安装及拆卸；及第二组件，该第二组件包括多个电源插座及多个弹簧加载的RTD销，其中该第二组件固定在该腔室主体的该底部下方，其中该第一组件可拆卸地耦合到该第二组件，其中当该第一组件及该第二组件耦合在一起时，该一或多个电源插座经配置以接收该加热器电源终端，且其中当该第一组件及该第二组件耦合在一起时，该一或多个弹簧加载的RTD销接触该至少一个RTD。
本公开内容的其他及进一步的实施方式描述如下。
附图说明
通过参考附图中描绘的本公开内容的说明性实施方式，可理解以上简要概述并在下方更详细讨论的本公开内容的实施方式。然而将注意到，附图仅绘示本公开内容的典型实施方式且因此不被认为是对其范围的限制，因为本公开内容可容许其他等效实施方式。
图1示出根据本公开内容的一或多个实施方式的处理腔室的侧截面视图；
图2示出根据本公开内容的一或多个实施方式的快速断接RTD组件的局部侧截面视图；
图3A绘示根据本公开内容的一或多个实施方式的适配器的底视图；
图3B绘示根据本公开内容的一或多个实施方式的适配器及RTD探针的等距视图；
图4A绘示根据本公开内容的一或多个实施方式的旋转模块及缆线壳体的顶视图；和
图4B绘示根据本公开内容的一或多个实施方式的旋转模块及缆线壳体的等距视图。
为了便于理解，在可能的情况下，使用了相同的附图标记来表示绘图中共有的相同元件。附图未按比例绘制，且为了清楚起见可能被简化。将考虑到一个实施方式中的元件及特征可有利地并入其他实施方式中而无需进一步详述。
具体实施方式
本公开内容的实施方式涉及用于腔室内加热器及基板旋转机构的快速断接电阻温度检测器(RTD)组件。在与本公开内容一致的实施方式中，RTD组件被分成两个区段，其中RTD组件的第一部分保持在可拆卸的基座/加热器组件内，且其中RTD组件的第二部分与旋转模块组件保持在一起，该旋转模块组件牢固地固定在处理腔室内，使得安装或维修腔室变得非常容易，并减少部件损坏。更具体而言，与本公开内容一致的CVD及ALD旋转基座组件可由以下组成：旋转轴、用于加热器功率的插头，及用于在加热器安装期间实施“即插即用(Plug and Play)”技术的长外加螺丝(captive screw)。旋转轴具有通孔，其中缆线组件在该通孔处插入并安装以用于加热器电源及信号传输。在本文讨论的实施方式中，可在描述RTD的地方使用热电偶(thermocouple，TC)。
图1绘示根据一或多个实施方式的处理腔室100的侧截面视图。首先描述处理腔室的一般配置，接着描述针对用于腔室内加热器及基板旋转机构的快速断接电阻温度检测器(RTD)加热器组件101的更具体实施方式。
处理腔室100包括腔室主体104，该腔室主体具有侧壁103、底部105及可拆卸的盖组件106，该盖组件封闭处理空间108。基板支撑系统102至少部分地设置在处理空间108中且能够支撑基板110，该基板透过形成于腔室主体104中的端口112而传送到处理空间108。处理配件被包含在处理空间108中，该处理配件包括上边缘环116、下边缘环180、底板169和/或遮蔽环182的其中至少一者。
基板支撑系统102包括主要基板支撑件113，例如基座114及热元件120。此外，处理配件的部分包括次要基板支撑件115，例如上边缘环116及下边缘环180。次要基板支撑件115可用于在主要基板支撑件113上方间歇地支撑基板110。基座114包括支撑表面118，该支撑表面经适配以在处理期间接触(或者接近)基板110的主要表面。因此，基座114用作为处理腔室100中的基板110的主要支撑结构。
基座114可包括热元件120以在处理期间控制基板110的温度。热元件120可为，例如，加热器或冷却器，其定位在基座114的顶部上或在该基座内。该加热器或冷却器可为分离的部件，其耦合到基座114的顶部或可为基座114的整合部分。在一些实施方式中，热元件120被嵌入在基座主体内(如图1所示)。在一或多个实施方式中，嵌入的热元件120可为加热元件或冷却元件或通道，用以对基座114主体施加热能量，该热能量由基板110吸收。其他元件可设置在基座114上或嵌入在该基座内，例如一或多个电极、传感器和/或真空端口。一或多个RTD 220可监控基板110的温度。嵌入的热元件120可为区域受控的，使得在基座114主体的不同区域处的温度可独立加热或冷却。然而，由于缓和因素，例如基座114中的缺陷和/或基板110的非均匀性，嵌入的热元件120可能无法均匀地遍及整个支撑表面118和/或基板110施加热能。这些缓和因素可能遍及基板110产生非均匀的温度分布，此可能导致基板的非均匀处理。
基座114可经由轴杆组件121耦合至致动器126，该轴杆组件包括基座轴杆202、适配器204、旋转模块206，及选择性的水馈通件208及滑环209，该轴杆组件提供垂直运动(在z轴中)、旋转运动(绕着轴A)的其中一或多者，且也可提供角度运动(相对于轴A)。垂直运动可由致动器126提供，以允许基板110在上边缘环116及支撑表面118之间传送。轴杆组件121经由开口127以通过处理腔室100的底部105。波纹管154可保存隔离的处理环境，该波纹管环绕开口127且连接到复合轴杆组件121的一部分。
机器人109透过处理腔室100的侧壁103中的端口112以将基板110带入处理空间108。端口112可为，例如，狭缝阀。
处理腔室100可为CVD、ALD或其他类型的沉积腔室、蚀刻腔室、离子注入腔室、等离子体处理腔室，或热处理腔室，以及其他腔室。在图1所示的实施方式中，处理腔室为沉积腔室，且包括喷头组件128。处理空间108可与真空系统130处于选择性的流体连通，以控制其中的压力。喷头组件128可耦合至处理气源132，以对处理空间108提供用于将材料沉积到基板110的处理气体。喷头组件128也可包括温度控制元件134，以便控制喷头组件128的温度。温度控制元件134可为流体通道，该流体通道与冷却剂源136流体连通。
在一些实施方式中，基座114可为静电卡盘，且基座114可包括一或多个电极125(如图1所示)。例如，基座114可耦合至功率元件140A，该功率元件可为提供功率至一或多个电极125的电压源。该电压源可为射频(RF)控制器或直流(DC)控制器。在另一个范例中，基座114可由导电材料制成，且用作为RF功率的接地路径，该RF功率来自喷头组件128所分布的功率元件140B。因此，处理腔室100可利用RF或DC等离子体来执行沉积或蚀刻处理。由于这些类型的等离子体可能并非完全同心或对称的，故RF或DC热点(即电磁热点)可能存在于基板110上。这些电磁热点可能在基板110的表面上产生非均匀的沉积或非均匀的蚀刻速率。
为了对抗可能存在于基板110的表面上的热非均匀性(该热非均匀性可通过监控基板110的温度而判定)，基板110可相对于支撑表面118重新定位。存在于基板110的表面的热点或冷点指示基座主体的支撑表面118上的热点或冷点。主要基板支撑件113由致动器126旋转预定量。旋转后，去耦的基板110及支撑表面118重新耦合，将主要基板支撑件113向上移动至基板110与支撑表面118接触的位置。此耦合/处理/去耦/旋转循环被重复直到处理完成。
如上所述，旋转基座设计的典型问题是旋转组件变得非常复杂。安装或拆卸基座需要切断真空馈送、电力馈送及RTD。在一些实施方式中，快速断接RTD加热器组件101可包括基座114、基座轴杆202、适配器204，旋转模块206、水馈通件208及滑环209。在一些实施方式中，快速断接RTD加热器组件101分为两区段。快速断接RTD加热器组件101的第一部分200包括基座轴杆202及适配器204，且该适配器耦合到基座114。此第一部分200可从腔室100的顶部安装及拆卸。快速断接RTD加热器组件101的第二部分201包括旋转模块206。在一些实施方式中，快速断接RTD加热器组件101的第二部分201还可包括水馈通件208和/或滑环209。快速断接RTD加热器组件101的第二部分201保留在腔室内(即，固定在腔室内)，此有利地使得安装或维修腔室变得非常容易且减少了部件损坏。如上所述，快速断接RTD加热器组件101的第一部分200及第二部分201在适配器204及旋转模块206之间分开。
快速断接RTD加热器组件101的部件在下方参考图1至图4B更详细地讨论。如图1及图2所示，基座114耦合到基座轴杆202。基座轴杆202具有通孔203，所述通孔允许电源终端212穿过并提供电力给加热器基座114中的热元件120。基座114上的每个加热区域使用两个销(即，电源终端212)以提供电力给加热区域。因此，对于二个区域的加热器而言，将使用四个销且所述销将穿过基座轴杆202，对于三个区域的加热器而言，将使用六个销。除了电源终端212之外，RTD 220也穿过基座轴杆202及基座114，使得RTD延伸到基座114的表面。
适配器204耦合到基座轴杆202。如上所述，基座轴杆202、适配器204及基座114构成快速断接RTD加热器组件101的第一部分200，该第一部分可从腔室100的顶部安装及拆卸。如图3A所示，适配器204包括通孔312，所述通孔允许电源终端212穿过并提供电力给加热器基座114中的热元件120。适配器204中的通孔312与基座轴杆202中的通孔203对准。在一些实施方式中，适配器204包括一或多个螺孔310，以便用螺丝将适配器204牢固地耦合到基座轴杆202。在一些实施方式中，一或多个螺孔310可与基座轴杆202中的螺孔对准，以便用螺丝将基座轴杆202及适配器204牢固地耦合到基座114。每个螺孔310可包括O形环316，以将所述孔密封并防止任何气体、压力或真空泄漏(亦即，腔室泄漏)。类似地，适配器204的整个底部可包括O形环314，以防止从腔室100的气体、压力或真空泄漏。
在一些实施方式中，适配器204包括一或多个对准销孔308，该对准销孔不完全通过适配器204。对准销孔308经配置以从旋转模块206接收对准销216以用于对准目的。开口303形成在适配器204中以允许RTD 220通过。如图3B所示，RTD 220包括传感器部分320及保护套管322。在一些实施方式中，套管322由不锈钢制成。在一些实施方式中，套管可提供免于其他信号的保护/隔离，以防止错误的测量。RTD可进一步包括弹簧318，该弹簧具有套环324，该套环焊接到套管上。如图2、图3A及图3B所示，RTD进一步包括RTD连接器壳体242。RTD连接器壳体242包括多个接触垫304。在一些实施方式中，如图3A所示，RTD连接器壳体242包括四个接触垫304。在一些实施方式中，接触垫304可由铜制成并接触缆线组件壳体210的弹簧加载的RTD销240(下方参考图4A及图4B描述)。RTD连接器壳体242可经由紧固件306而固定到适配器204上。在一些实施方式中，紧固件306可为螺丝。适配器204还具有开口305，当适配器204及旋转模块206耦合在一起时，该开口经配置以接收缆线组件壳体210的上部部分。
图4A及图4B描绘旋转模块206的细节。如图4A及图4B所示，旋转模块206包括一或多个对准销216。对准销216设置在旋转模块206的顶部上，以在加热器安装期间确保外加螺丝408对适配器204的螺纹螺丝310孔的精确对准，及弹簧加载的销240对RTD连接器壳体242的接触垫304的对准。外加螺丝408用于将快速断接RTD组件的第一部分200(即，基座114、基座轴杆202及适配器204)附接到旋转模块206。
在操作期间，加热器可为500摄氏度至550摄氏度。为了保持连接及适配器区域的冷却，旋转模块206包括冷却通道228，该冷却通道形成在旋转模块206的外表面上。在一些实施方式中，套管或插入件配装在冷却剂通道228上，以将冷却剂容纳在通道228内。如图2所示，冷却剂经由形成在旋转模块206内的导管226以供应到冷却通道228。冷却剂经由形成在水馈通件208中的导管230以供应到导管226。冷却剂经由导管227并接着通过水馈通件208中的出口232以离开旋转模块206。
图4A及图4B还描绘缆线组件210的细节。如图4A及图4B所示，缆线组件210装配到旋转模块206的开口420中。缆线组件210的顶部部分将在旋转模块206的顶表面上方延伸，并将装配到适配器204的开口305中。缆线组件210包括一或多个耦合特征406，以用于将缆线组件210固定到旋转模块206。在一些实施方式中，螺丝可用于经由耦合特征406以将缆线组件210固定到旋转模块206。缆线组件210包括多个电源插座410，其中在加热器安装期间，AC电源终端销212插入该电源插座处。电源插座410的底部耦合到电源缆线252。
缆线组件210包括RTD销支撑件402，该RTD销支撑件设置在缆线组件210的侧边。弹簧加载的销240由RTD销支撑件402所支撑。在一些实施方式中，可存在一或多个弹簧加载的销240。在一些实施方式中，弹簧加载的销240的数量将等于RTD连接器壳体242的接触垫304的数量。弹簧加载的销240的底部附接到信号缆线250。在可监控额外温度区域的一些实施方式中，额外的RTD销支撑件402可设置在缆线组件210的其他侧边上，其中在该额外的RTD销支撑件上支撑额外的多个弹簧加载的销240。这些额外的弹簧加载的销240将接触设置在适配器204的底部上的额外接触垫304。因此，例如，与其是用四个RTD信号线来测量单个区域，反而可用八个RTD信号线及相关联的连接来监控基座114的两个分离区域中的温度。
虽然前述内容涉及本公开内容的实施方式，但可设计本公开内容的其他及进一步的实施方式而不脱离本公开内容的基本范围。

Claims (15)

1.一种快速断接电阻温度检测器(RTD)加热器组件，包括：
第一组件，所述第一组件包括：基座；基座轴杆，所述基座轴杆耦合到所述基座的底部；适配器，所述适配器耦合到所述基座轴杆；一或多个加热器电源终端，所述一或多个加热器电源终端设置在形成于所述基座轴杆及所述适配器中的通孔中；和至少一个RTD，所述RTD设置在形成于所述基座、所述基座轴杆及所述适配器中的通孔中；和
第二组件，所述第二组件包括旋转模块及缆线组件，所述旋转模块具有中心开口，所述缆线组件部分地设置在所述中心开口中并牢固地固定至所述旋转模块，
其中所述第一组件可拆卸地耦合到所述第二组件，其中所述缆线组件包括一或多个电源插座，当所述第一组件及所述第二组件耦合在一起时，所述电源插座接收所述加热器电源终端，且其中所述缆线组件包括一或多个弹簧加载的RTD销，当所述第一组件及所述第二组件耦合在一起时，所述弹簧加载的RTD销接触到设置在所述第一组件中的至少一个RTD。
2.如权利要求1所述的快速断接RTD加热器组件，其中所述适配器具有中心开口，所述中心开口形成在所述适配器的底表面中，且其中当所述第一组件及所述第二组件耦合在一起时，所述缆线组件的顶部部分设置在所述适配器的所述中心开口内。
3.如权利要求1所述的快速断接RTD加热器组件，其中设置在所述第一组件中的所述RTD包括：RTD传感器部分；保护套管；具有套环的弹簧，所述套环焊接到所述套管；和RTD连接器壳体。
4.如权利要求3所述的快速断接RTD加热器组件，其中所述RTD连接器壳体包括多个铜接触垫，当所述第一组件及所述第二组件耦合在一起时，所述铜接触垫接触所述一或多个弹簧加载的RTD销。
5.如权利要求4所述的快速断接RTD加热器组件，其中当所述第一组件及所述第二组件耦合在一起时，每个铜接触垫接触单一个弹簧加载的RTD销。
6.如权利要求1-5中的任一项所述的快速断接RTD加热器组件，其中所述旋转模块在所述旋转模块的顶表面上包括至少一个外加螺丝及至少一个对准销。
7.如权利要求6所述的快速断接RTD加热器组件，其中所述适配器包括形成在所述适配器的底表面中的至少一个对准孔及至少一个外加螺丝孔。
8.如权利要求7所述的快速断接RTD加热器组件，其中所述对准销配合到对应的对准孔中，并确保所述至少一个外加螺丝的对准，及所述弹簧加载的销对设置在所述第一组件中的所述至少一个RTD的对应接触垫的对准。
9.如权利要求7所述的快速断接RTD加热器组件，其中每个外加螺丝孔包括O形环以保持真空密封。
10.如权利要求1-5中的任一项所述的快速断接RTD加热器组件，其中所述旋转模块包括冷却剂通道，所述冷却剂通道形成于所述旋转模块的外表面中。
11.如权利要求10所述的快速断接RTD加热器组件，其中所述第二组件进一步包括水馈通件，所述水馈通件耦合到所述旋转模块的底部，且其中所述水馈通件向所述冷却剂通道提供冷却剂。
12.如权利要求11所述的快速断接RTD加热器组件，其中所述加热器电源终端向设置在所述基座中的加热元件提供电力。
13.如权利要求1-5中的任一项所述的快速断接RTD加热器组件，其中当所述第一组件及所述第二组件耦合在一起时，所述基座轴杆、所述适配器及所述旋转模块形成轴杆组件，且其中所述基座经由所述轴杆组件耦合至致动器，所述轴杆组件提供垂直运动、旋转运动及角度运动的一或多者。
14.一种快速断接电阻温度检测器(RTD)加热器组件，包括：
第一组件，所述第一组件包括多个加热器电源终端及至少一个RTD，其中所述RTD包括RTD传感器部分、保护套管及RTD连接器壳体，所述RTD连接器壳体具有多个铜接触垫；和
第二组件，所述第二组件包括多个电源插座及多个弹簧加载的RTD销，
其中所述第一组件可拆卸地耦合到所述第二组件，其中所述一或多个电源插座经配置以在所述第一组件及所述第二组件耦合在一起时接收所述加热器电源终端，且其中当所述第一组件及所述第二组件耦合在一起时，所述一或多个弹簧加载的RTD销接触所述多个铜接触垫。
15.如权利要求14所述的快速断接RTD加热器组件，其中当所述第一组件及所述第二组件耦合在一起时，每个铜接触垫接触单一个弹簧加载的RTD销。
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