TWI491757B - 軸對稱與一致熱數據圖表的真空吸盤加熱器 - Google Patents

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TWI491757B TW097128157A TW97128157A TWI491757B TW I491757 B TWI491757 B TW I491757B TW 097128157 A TW097128157 A TW 097128157A TW 97128157 A TW97128157 A TW 97128157A TW I491757 B TWI491757 B TW I491757B
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Description

軸對稱與一致熱數據圖表的真空吸盤加熱器
本發明之實施例一般涉及一種用於半導體製造之真空吸座(chuck)，特別是一種具有改良熱分佈之真空吸座加熱器。
次大氣壓化學氣相沉積(SACVD)製程係在較低之壓力(或次大氣壓)下進行。較低之壓力係傾向於減少不期望之氣相反應，因此增進跨越晶圓之薄膜均一性。許多習知的SACVD製程提供薄膜及/或塗層之高純度及均一性，以及保形之階梯覆蓋(conformal step coverage)。
然而，在部分應用中，觀察到習知之SACVD製程係不期望地存在有沉積薄膜之高厚度非均一性，因而降低品質及產量。深信至少部分是因為包含在上述製程中之基板的非均一熱分佈而導致此種厚度非均一性；且至少部分是因為真空吸座加熱器及基板之間的非均一熱傳輸而導致基板之非均一熱分佈。
真空吸座加熱器通常包括一基板支撐件，其具有嵌設於其中之一加熱器，且加熱器中係形成有用於使工件(例如，半導體晶圓)保持在加熱器上的一或多個溝槽及真空吸引孔洞，此保持動作係藉由當工件就位時，維持溝槽中的真空而達成。在習知技術中，除了提供強真空吸引力之外，並未認為形成在真空吸座加熱器中的溝槽及吸引孔洞 對於沉積在設置於習知真空吸座加熱器上之基板上的薄膜品質會造成多大的影響。然而，相較於先前之認知，本發明之發明人發現溝槽及吸引孔洞之尺寸及位置對於設置在其上的基板之熱分佈具有極大影響。再者，發明人亦發現此種習知加熱器所造成之熱分佈並不夠均一，而導致沉積在此種基板上之薄膜厚度的變化。舉例來說，在部分製程中，熱分佈1度的改變會相應於沉積在其上的薄膜厚度之約60~100/分的改變。因此，此種非均一之熱分佈會導致沉積在使用此種習知真空吸座加熱器之基板上的薄膜熱分佈之大幅度變化，特別是沉積薄膜之總厚度降低。
舉例來說，在習知技術中，有一學派認為在基板及支撐件之間提供強吸引力可增進彼此之間的熱接觸，且因此可改良基板的熱分佈，以及沉積在基板上之薄膜所具有的性質。因此，習知之真空吸座提供較大之吸引孔洞(例如直徑約120密爾；mil)，以獲得期望之高真空吸引力。然而，發明人亦發現，在相應於吸引孔洞之基板位置會產生「冷點(cool spot)」。此外，發明人發現在真空溝槽交叉處設置吸引孔洞(以往認為此可更有利地將真空壓力分佈在多個溝槽中)會使得「冷點」現象惡化。
此外，除了由習知吸引孔洞尺寸及位置所造成之「冷點」之外，發明人更發現部分習知溝槽圖案的非軸對稱分佈會進一步造成非軸對稱的溫度分佈，因而導致基板上之非軸對稱薄膜厚度分佈。
再者，發明人更發現加熱器之間的差別可更加對所得 之沉積薄膜厚度造成更大效應。舉例來說，當替換製程室中的加熱器時(由於失效、維護等原因)，所替換之加熱器與之前的加熱器不一定會提供相同的厚度分佈。再者，加熱器之間的差別會使得各個具有不同真空加熱器吸座之多個製程室之間，極難或甚至是不可能達到跨越多製程室之製程穩定性。
使用真空吸座加熱器之部分習知系統可控制製程室或真空吸座加熱器中的氣體流速，而企圖補償基板上之非均一熱分佈，而加熱器之間的熱分佈變化會使得此種補償成果變得困難。
因此，此技術領域需要一種用於處理基板的改良式真空吸座加熱器。
本發明之實施例係提供一種具有軸對稱及/或更均一熱分佈之真空吸座。在部分實施例中，一種真空吸座包括：一主體，具有用於將一基板支撐於其上之一支撐表面；複數個軸對稱設置溝槽，係形成在支撐表面中，且至少部分之溝槽為交叉設置；以及複數個吸引孔洞，穿設於主體並位於溝槽中，且該些吸引孔洞係用以在操作過程中將溝槽流體耦接至一真空源，其中該些吸引孔洞係設置在該些溝槽之非交叉部位。
在部分實施例中，一種基板製程室包括：一製程室；以及一真空吸座，設置在該製程室中。該真空吸座包括： 一主體，具有用於將一基板支撐於其上之一支撐表面；複數個軸對稱設置溝槽，係形成在支撐表面中，且至少部分之溝槽為交叉設置；以及複數個吸引孔洞，穿設於主體並位於溝槽中，該些吸引孔洞係用以在操作過程中將溝槽流體耦接至一真空源，其中該些吸引孔洞係設置在該些溝槽之非交叉部位。
在本發明之另一實施態樣中，係提供一種製造一真空吸座之方法，該方法包括：提供具有一基板支撐表面之一主體；在基板支撐表面中形成複數個軸對稱設置溝槽；以及在該些溝槽之非交叉部位形成穿設於主體之複數個吸引孔洞。
本發明之實施例係提供具有軸對稱及/或更均一之熱分佈的真空吸座加熱器。在此處所使用之「熱分佈(thermal profile)」一詞係指設置在真空吸座加熱器上之基板或工件的穩態溫度，並加熱至期望溫度。此處所用之「軸對稱(axisymmetrical)」一詞係指相對於真空吸座加熱器或設置在其上之基板的中心軸(例如由半導體晶圓或基板中心而垂直延伸之一軸)之熱分佈的對稱性。
「第1A~B圖」係個別繪示根據本發明之部分實施例的真空吸座加熱器100之上視圖及沿著剖面線1B－1B之剖面側視圖。真空吸座加熱器100可設置在製程室(圖中未示)中而用於處理基板，例如半導體基板(例如但不限於為200或300 mm半導體晶圓)。真空吸座加熱器100可用 在任何期望加熱基板之製程，例如化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)等。可受益於本發明所述之真空吸座加熱器的適合製程室包括使用在例如PRODUCER半導體處理系統中的製程室次大氣壓CVD(SACVD)線，上述所有者皆可購自加州聖克拉拉之應用材料公司(Applied Materials,Inc)。可預測本發明之真空吸座加熱器亦可用在其他製程室及系統。
真空吸座加熱器100包括主體102，其具有設置於其中之加熱器112(例如電阻加熱器元件等)以及用於支撐主體102之軸桿104。主體102可以由任何適於耐受製程條件的材料製成，例如氮化鋁、氧化鋁、不鏽鋼、鋁、熱解(pyrolytic)氮化硼等。主體102具有用於將基板支撐在其上之實質平坦支撐表面106。在部分實施例中，可設置周圍突出部或唇部118，以界定一容設部120而在製程中容設基板。唇部118可具有一特徵結構(feature)122(例如呈角度之側壁)，以協助在製程過程中將基板置中並保持在期望位置。複數個舉升銷孔124可伴隨相應之舉升銷(圖中未示)而設置，以促進基板升高離開支撐表面106及下降至支撐表面106上。
加熱器112一般包括一或多個嵌設在主體102內之電阻線圈(圖中未示)。可獨立控制電阻線圈以產生加熱器區域。可設置溫度指示器以監控製程溫度。舉例來說，溫度指示器可以為熱電偶(圖中未示)，其係經定位以提供與支撐表面106(或是設置在其上之基板表面)之溫度相關聯之數據。
在部分實施例中，RF電極116可以設置在主體102中，以促進下列一者或兩者：將RF功率耦接至製程室，或是提供RF接地路徑以自製程室移除RF功率。
為促進真空吸引，係在支撐表面106中形成一或多個溝槽108，且在溝槽108中設置複數個吸引孔洞110。溝槽108可以採用任何適當之方式形成，例如在形成主體102之塑模、膠鑄或燒結製程中，及/或藉由機械加工主體102的支撐表面106之過程中。可藉由移除任何現存之溝槽(例如填充或機械加工支撐表面)並接著根據本發明之教示而機械加工溝槽108，以進一步在習知真空吸座加熱器(或是真空吸座加熱器100)中形成溝槽108。
在本發明之部分實施例中，相較於習知之加熱器吸座，本發明之吸引孔洞110具有較小之直徑，因而減緩或降低「冷點」效應。在部分實施例中，吸引孔洞110之直徑小於或等於約40密爾，或介於約30~60密爾，或約40密爾。
在本發明之部分實施例中，吸引孔洞110可設置在遠離溝槽108之任何交叉處(例如：吸引孔洞110係設置在溝槽之非交叉部位)。在部分實施例中，吸引孔洞110可對稱地(雖然不必要為軸對稱)設置。舉例來說，在「第1A~B圖」所示之實施例中，一對吸引孔洞110係設置在溝槽108中的徑向相對位置，並且與溝槽108之最接近的交叉處為等距間隔設置。可預測亦可在溝槽中的不同位置處設置更多或更少的吸引孔洞110(除此之外，如上所述及，不可位於任何溝槽交叉處)。
在本發明之部分實施例中，溝槽108係沿著真空吸座加熱器100之一中心軸150而為軸對稱，因而可有利地促進軸對稱熱分佈的產生，且因而產生軸對稱之薄膜厚度分佈。舉例來說，在「第1A~B圖」所示之實施例中，外部圓形溝槽108A 與內部圓形溝槽108B 係設置有連接至外部及內部圓形溝槽108A~B 之四個等距間隔設置之徑向溝槽108C~F 。可預測亦可使用其他軸對稱幾何配置之具有相同或不同數目之溝槽。
軸對稱配置之溝槽108會導致基板與真空吸座加熱器之間的均一氣壓分配情形，此會轉而造成真空吸座加熱器100與基板之間的均一熱傳輸，因而造成基板更為均一之溫度分佈。舉例來說，測試結果顯示設置在真空吸座加熱器上的基板之方位(azimuthal)溫度範圍可由6℃減少至3℃，因而減少依賴其他用於補償熱分佈非均一性的裝置之需求。
在本發明之部分實施例中，溝槽108具有緊密公差(tight tolerance)，因而有利地降低加熱器之間的溫度分佈變異。舉例來說，在部分實施例中，溝槽108的寬度為約17~23密爾。在部分實施例中，溝槽108深度為約2.5~3.5密爾。再者，在部分實施例中，支撐表面106具有較小之表面粗糙度，係小於約32微英吋，或介於約28~32微英吋，因而改善在使用過程中基板與支撐表面106之間的表面接觸。因此，可藉由嚴謹控制真空吸座加熱器100的表面形貌狀況而控制基板溫度之加熱器之間的變化。
軸桿104可具有多個開口114(或其他構件，例如管、軟管等)，其係將吸引孔洞110(以及溝槽108)流體耦接至真空系統(圖中未示)。因此，在操作過程中，基板係設置在真空吸座加熱器100的支撐表面106上，並透過吸引孔洞110而施加並維持溝槽108中的真空壓力，以將基板保持在其上。軸桿104更包括中央通道126，以協助設施或連接管導引至真空吸座加熱器100之主體102。舉例來說，一或多個加熱器連接管128係導引通過通道126，並耦接至加熱器112，以提供電性連接而操作加熱器112。此外，RF連接管130可導引通過通道126，以將RF電極116耦接至RF電源供應器或接地連接(圖中未示)。
「第2圖」繪示根據本發明之部分實施例而製造真空吸座加熱器之方法200的流程圖。方法200係參照上述之「第1A~B圖」所描述之真空吸座加熱器100而進行說明。在部分實施例中，方法200開始於步驟202，其中係提供具有基板支撐表面106之主體102。主體102可以由上述之任何適合物質，且以適合之方法(例如：塑模、燒結、機械加工等)而製造之。
接著，在步驟204中，可在支撐表面106中形成複數個軸對稱設置之溝槽108。可採用任何適合之方式形成溝槽108，例如在形成主體102之製造過程中。另外，可接著將溝槽機械加工至主體102的支撐表面106中以形成溝槽108。在部分實施例中，例如現存真空吸座加熱器之翻新，可以在形成溝槽108之前，先自主體102移除現存之 溝槽。舉例來說，在部分實施例中，支撐表面106可機械加工而平坦化，以移除現存之溝槽。可預測至少部分之現存溝槽可以經過重新調整，而非完全移除，以形成溝槽108。
接著，在步驟206中，於溝槽108之非交叉部位中係形成穿設主體之複數個吸引孔洞110。吸引孔洞110可以在形成溝槽108之前或之後形成。再者，在真空吸座加熱器翻新之實施例中，吸引孔洞110係已存在於主體102中，或可在之後形成。另外，在形成吸引孔洞110之前，可以至少部分填補任何現存之吸引孔洞。
因此，本發明提供軸對稱且具有均一熱分佈之真空吸座加熱器之實施例。真空吸座加熱器係有利地使得設置在真空吸座上的基板上所形成的薄膜及/或塗層的厚度不均一情形最小化。再者，此處所述之本發明的真空吸座加熱器更有利地提供下列一或多個優點：(1)減少由於相應於吸引孔洞而位於基板上之局部冷點所產生的薄膜厚度峰值；(2)減少由於真空吸座加熱器之熱分佈不對稱性所導致之薄膜厚度分佈不對稱性；以及(3)減少加熱器之間的熱分佈變異。
惟本發明雖以較佳實施例說明如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內所作的更動與潤飾，仍應屬本發明的技術範疇。
100‧‧‧加熱器
102‧‧‧主體
104‧‧‧軸桿
106‧‧‧支撐表面
108,108A~F ‧‧‧溝槽
110‧‧‧吸引孔洞
112‧‧‧加熱器
114‧‧‧開口
116‧‧‧電極
118‧‧‧突出部/唇部
120‧‧‧容設部
122‧‧‧特徵結構
124‧‧‧舉升銷孔
126‧‧‧通道
128‧‧‧連接管
130‧‧‧連接管
150‧‧‧中心軸
200‧‧‧方法
202,204,206‧‧‧步驟
為讓本發明之上述特徵更明顯易懂，可配合參考實施例說明，其部分乃繪示如附圖式。須注意的是，雖然所附圖式揭露本發明特定實施例，但其並非用以限定本發明之精神與範圍，任何熟習此技藝者，當可作各種之更動與潤飾而得等效實施例。
第1A圖，繪示根據本發明之部分實施例的真空吸座加熱器之上視圖。
第1B圖，繪示沿著第1A圖之剖面線1B－1B的真空吸座加熱器之剖面側視圖。
第2圖，繪示根據本發明之部分實施例的製造真空吸座加熱器之方法的流程圖。
為便於了解，圖式中相同的元件符號表示相同的元件。圖式並未按造尺寸繪製，並以清楚概念而簡要示之。某一實施例採用的元件當不需特別詳述而可應用到其他實施例。
100‧‧‧加熱器
102‧‧‧主體
106‧‧‧支撐表面
108,108A~F ‧‧‧溝槽
110‧‧‧吸引孔洞
118‧‧‧突出部/唇部
120‧‧‧容設部
122‧‧‧特徵結構
124‧‧‧舉升銷孔

Claims (17)

  1. 一種真空吸座，包括：一主體，具有用於將一基板支撐於其上之一支撐表面；複數個軸對稱設置溝槽，係形成在該支撐表面中，其中該些軸對稱設置溝槽包括繞該真空吸座之一中心軸而設置之一最內部圓形溝槽，繞該內部圓形溝槽而同心設置之一最外部圓形溝槽，及耦接該最內部和最外部圓形溝槽的複數個徑向延伸之溝槽；以及複數個吸引孔洞，穿設於該主體並位於該最內部圓形溝槽中，該些吸引孔洞係用以在操作過程中將該些溝槽流體耦接至一真空源，其中該些吸引孔洞係設置在該最內部圓形溝槽之非交叉部位。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之真空吸座，更包括：一加熱器，設置在該主體中。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之真空吸座，其中該加熱器包括：一或多個電阻線圈。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之真空吸座，其中該些溝槽之寬度為17~23密爾(mil)。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之真空吸座，其中該些溝槽之深度為2.5~3.5密爾。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之真空吸座，其中該支撐表面之表面粗糙度為小於或等於32微英吋。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之真空吸座，其中該些吸引孔洞之直徑為20~60密爾。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之真空吸座，其中該些吸引孔洞之直徑係小於或等於40密爾。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之真空吸座，其中該些吸引孔洞之直徑係小於該些溝槽之寬度。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之真空吸座，其中該些吸引孔洞為二個吸引孔洞。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之真空吸座，其中該些吸引孔洞係沿著該真空吸座之一中心軸而對稱設置。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之真空吸座，其中該些軸對稱設置溝槽由該最外部和最內部圓形溝槽所組成，且具有 耦接該最外部和最內部圓形溝槽之四個徑向延伸的溝槽。
  13. 一種基板製程室，包括：一製程室；以及一真空吸座，設置在該製程室中，該真空吸座如申請專利範圍第1至12項之任一項所述。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之基板製程室，其中該真空吸座更包括：一真空幫浦，耦接至該些吸引孔洞，以在製程過程中建立並維持該些溝槽內的真空壓力。
  15. 一種製造一真空吸座之方法，包括：提供具有一基板支撐表面之一主體；在該基板支撐表面中形成複數個軸對稱設置溝槽，其中該些軸對稱設置溝槽包括繞該真空吸座之一中心軸而設置之一最內部圓形溝槽，繞該內部圓形溝槽而同心設置之一最外部圓形溝槽，及耦接該最內部和最外部圓形溝槽的複數個徑向延伸之溝槽；以及在該最內部圓形溝槽之非交叉部位形成穿設於該主體之複數個吸引孔洞。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中該提供一主 體之步驟更包括：將現存溝槽自該主體移除。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之方法，更包括：機械加工該支撐表面，以移除該些現存溝槽。
TW097128157A 2007-07-30 2008-07-24 軸對稱與一致熱數據圖表的真空吸盤加熱器 TWI491757B (zh)

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