TWI517761B - 屏蔽性蓋加熱器組件 - Google Patents

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Description

屏蔽性蓋加熱器組件
本發明之實施例大致有關於半導體基材處理系統。更詳言之，本發明有關於一用於電漿處理系統的屏蔽性(shielded)蓋加熱器組件。
在製造積體電路中，需要對多種製程參數進行精密控制，以在一基材內獲得一致的結果以及可在基材之間重現的結果。由於形成半導體元件之結構的幾何尺寸限制係對抗技術極限，故較嚴格的容限度及精密的製程控制對於製造的成功性為重要的。然而，因幾何尺寸的縮減，精確的關鍵尺寸(critical dimension)及蝕刻製程的控制係增加了困難度。
許多半導體元件在一電漿存在下進行處理。若電漿未均勻地處於基材的上方，則處理結果亦可能不均勻。
雖然已證明傳統的電漿處理室在較大的關鍵尺寸具有穩健的表現，但控制電漿均勻度的現存技術已為一可改良電漿均勻度的區塊，藉此可提供下一世代的次微米結構(如具有約55nm及超過此範圍的關鍵尺寸)的成功製造。
本案之發明人係發現在用於控制處理室之蓋溫度的加熱器之改良設計在電漿均勻度上具有有益的效果。
本發明之實施例一般係提供一種屏蔽性蓋加熱器。其他實施例係提供用於控制電漿處理室的蓋溫度之方法及設備。本發明之方法及設備係增進在一電漿處理室中電漿位置的位置控制，且可用於蝕刻、沉積、佈植、及熱處理系統，以及在期望控制電漿位置的其他應用。
在一實施例中，係提供一種屏蔽性蓋加熱器，其包含將一加熱器元件夾設於其間的鋁底座與RF屏蔽。一熱絕緣體係設置於RF屏蔽上。
在另一實施例中，係提供一種屏蔽性蓋加熱器，其包含一鋁底座、一RF屏蔽及加熱器元件。此底座具有一形成於其內的通道，以容納加熱器元件。RF屏蔽覆蓋住該通道，以圍繞住加熱器元件。
在另一實施例中，屏蔽性蓋加熱器包含一與其耦接之電感器線圈。電感器線圈係可選擇的為一可變電感器，藉此可調節電感，以在處理室中定位一電漿。
在另一實施例中，係提供一種電漿處理室，其包含：一由蓋所圍繞住的腔室主體；一設置於腔室主體中的基材支撐件；一設置而鄰近蓋之線圈，以耦合RF功率至腔室主體中的氣體；以及一耦合至蓋的屏蔽性蓋加熱器。該蓋加熱器包含將一加熱器元件夾設於其間的鋁底座及RF屏蔽。該蓋加熱器係可選擇地包含一電感器線圈。
在又一實施例中，提供一種轉變電漿處理室的製程，其包含：判定電漿在處理室中的位置；選擇一耦接至蓋加熱器之電感器線圈的電感及/或位置，其會使得電漿位置由所判定的位置移動至一目標位置；以及利用具有所選擇之電感及/或位置的電感器線圈來電漿處理一基材。
第1圖繪示一例示電漿處理室100，其具有本發明之屏蔽性蓋加熱器180的一實施例。電漿處理室100的特別實施例為顯示於第1圖，如一蝕刻反應器，但預期屏蔽性蓋加熱器180可有利的用於其他形式的電漿處理室，包含化學氣相沉積室、物理氣相沉積室、佈植反應室、氮化反應室、電漿退火室、電漿處理室、及灰化反應室。因此，第1圖之電漿處理室的實施例係提供而用於說明的目的，並非用於限制本發明的範疇。
處理室100一般包含腔室主體110、氣體分配盤(gas panel)138及控制器140。腔室主體110包含圍繞出一製程容積(process volume)的底部128、側壁130及蓋120。側壁130及底部128由導電材料(如不鏽鋼或鋁)製成。蓋120可由鋁、不鏽鋼、陶瓷或其他合適的材料製成。
經由噴氣頭或者是一或多個噴嘴136而將來自氣體分配盤138的製程氣體提供至腔室主體110的製程容積內。在第1圖繪示的實施例中，處理室100包含沿著腔室主體的側壁130所設置的複數個噴嘴136，以及於蓋120下方而置中設置的一噴嘴136。設置於蓋120中央的噴嘴136包含可獨立控制之徑向且面向下的氣體出口埠。
控制器140包含中央處理單元(CPU)144、記憶體142、及支援電路146。控制器140耦接至處理室100的部件，並控制該些部件以及在腔室主體110中進行的製程，且控制器140可促進與積體電路晶圓廠(fab)的資料庫之可選擇的資料交換。
在繪示的實施例中，蓋120為一實質上平坦的陶瓷部件。處理室100之其他實施例可具有其他型式的頂壁，如一圓頂狀的頂壁。在蓋120的上方係設置有一包含一或多個電感器線圈元件的天線112(圖中係顯示為二共軸的線圈元件)。天線112經由第一匹配網路170而耦接至射頻(RF)電漿功率源118。在電漿處理期間，天線112經由功率源118所提供的RF功率而供給其能量，以維持由製程氣體在腔室主體110的內部容積內所形成的電漿106。
在一實施例中，基材基座組件116包含一座組件162、一底座組件114及一靜電吸座188。此座組件162剛底座組件114耦接至腔室主體110之底部128。
靜電吸座188通常由陶瓷或類似的介電材料形成，且包括至少一使用電源190所控制的鉗合電極(clamping electrode)186。在又一實施例中，靜電吸座188可包括至少一RF電極(未繪示)，且該RF電極係經由第二匹配網路124而耦接至基材偏壓之電源122。靜電吸座188可選擇地包括一或多個基材加熱器。在一實施例中，可利用二同心設置且可獨立控制之電阻加熱器以控制基材150之邊緣至中心的溫度分佈，其顯示為同心設置之加熱器184A、184B。
靜電吸座188可更包括複數個氣體通道(未繪示)，例如溝槽，其係形成在吸座之基材支撐表面中，且流體耦接至一熱傳(或背側)氣體的來源148。在操作中，背側氣體(如，氦(He))於受控之壓力下提供至氣體通道中以促進靜電吸座188與基材150間的熱傳遞。傳統上，至少在靜電吸座之基材支撐表面提供一可抵抗處理基材時所使用之化學品及温度的塗層。
底座組件114通常由鋁或其他金屬材料形成。底座組件114包含一或多個冷却通道，且該些冷卻通道係耦接至加熱或冷卻液體的來源182。來自來源182的熱傳流體係經由通道所提供，藉以控制底座組件114的溫度，也因而藉此加熱或冷卻底座組件114，且因而在處理期間部分控制置於底座組件114上之基材150的溫度，其中熱傳流體可為至少一氣體，例如氟氯烷、氦或氮，或一液體，例如水或油。
基座組件116的溫度(以及因此，基材150的溫度)係使用複數個感測器(未繪示於第1圖)所監控。感測器繞設於基座組件116的方式將進一步描述於後。溫度感測器(如光纖溫度感測器)係耦接至控制器140以提供基座組件116之溫度分佈的計量指示。
蓋120的溫度係藉由屏蔽性蓋加熱器180控制。在一實施例中，屏蔽性蓋加熱器180為一藉由電源178所供能的電阻加熱器。在蓋120由陶瓷材料製成的實施例中，屏蔽性蓋加熱器180可黏附或夾持至蓋120的外表面。
第2A圖為屏蔽性蓋加熱器180置於蓋120上之一實施例的部分剖面視圖。屏蔽性蓋加熱器180通常包含一傳導底座202、一加熱器元件204及一RF屏蔽206。加熱器元件204係夾設在傳導底座202及RF屏蔽206之間。加熱器元件204大致包含一嵌設在電絕緣體210中的電阻元件212。RF屏蔽206實質上防止了電阻元件212影響由天線112產生之磁場及電場線通過蓋220之定位，故電漿106可更準確的定位在腔室主體110之內部容積中。
傳導底座202大致具有一質量足以提供在加熱器元件204與蓋120間的均勻熱傳遞。在一實施例中，傳導底座202由一具有良好熱傳導特性的金屬材料製成，如鋁及其相似者。傳導底座202具有一適於提供一期望熱分佈至蓋220的幾何形式。
RF屏蔽206通常由金屬材料(如鋁)製成。RF屏蔽206可以是鋁箔或板。在一實施例中，RF屏蔽206與傳導底座202具有相同的平面形式。
可選擇地，一熱絕緣體208可安裝於RF屏蔽206上。熱絕緣體208一般由一對於磁場及電場具有較少影響的材料製成，如高溫彈性體，例如為矽氧樹脂(silicone)或其他高溫泡沫塑料。熱絕緣體208可預防在高溫時不慎接觸蓋加熱器180時可能遭受的燒傷情形。
傳導底座202、加熱器元件204及RF屏蔽206可使用緊固件而緊固、夾持在一起或藉由一合適黏合劑固定。在一實施例中，屏蔽性蓋加熱器180之部件係使用高温環氧樹脂而固定在一起。
第2B圖為一可利用於處理室100中之屏蔽性蓋加熱器280的另一實施例之橫切面示意圖。屏蔽性蓋加熱器280一般包含傳導底座282、加熱器元件284及RF屏蔽206。一可選擇的熱絕緣體208可設置在RF屏蔽206上。加熱器元件284之配置如前方參考第2A圖所描述的加熱器元件204。傳導底座282實質上相似於前述之傳導底座202，但在頂表面290中增設有通道286。通道286的大小為可容納加熱器元件284。通道286之側壁288具有一足夠高度，而使得當RF屏蔽206設置於傳導底座282的頂表面290上時，加熱器元件284可被包圍在通道286內。
第3圖繪示屏蔽性蓋加熱器280的等角視圖。屏蔽性蓋加熱器280一般包含一第一部分302及一第二部分304。每一部分包括一環狀部件300及複數個指狀部件308、318。指狀部件308、318由環狀部件300徑向往內延伸。部分302、304的環狀部件300具有相同的半徑大小，故當其耦接一起時，部分302、304會形成一大致圓形的平面形式。指狀部件318一般係短於指狀部件308，且指狀部件318在相鄰指狀部件308之間交織以形成一似輪輻圖樣。
第一及第二部分302、304藉由一橋接器310耦接。在第3圖繪示的實施例中，係繪示有二個橋接器310、312。在一實施例中，橋接器之至少一者(如橋接器312)可包含電感器線圈314。橋接器310、312之至少一者耦接至設置在每一部分304、302中的加熱器元件284，故可利用單一導線316而將屏蔽性蓋加熱器280耦接至電源178。
第4圖繪示屏蔽性蓋加熱器280之頂視圖，其中已移除RF屏蔽206以暴露出加熱器元件284。如圖所示，加熱器元件384可沿著其路徑而為階形(stepped)，故可提供較大密度的熱容量。加熱器元件284的端部包含接點402以促進每一部分302、304之加熱器元件的耦合，如將於後文中討論。第4圖中亦說明在傳導底座282中形成的螺孔404，以促進橋接器310、312的緊固。
第5圖為一說明橋接器310之屏蔽性蓋加熱器280的一實施例之部分前視圖。橋接器310大致包含一具有複數個孔洞502的主體500，該些孔洞502容納緊固件504。緊固件504與在傳導底座282中所形成的螺孔404接合，藉此將部分302、304緊固在一起。部分302、304可包含一階梯510，而階梯510與凸出部(tab)512接合，以在一預定定向而相對於傳導底座282定位該主體500。
橋接器310額外的包含複數個由其突出的銷506。銷506係配置以電連接至形成於加熱器元件284之端部的接點402。雖然未繪示於第5圖，銷506通過主體500而耦合設置於每一部分302、304之各自加熱器元件284的電阻元件。
可選擇地，主體500可包含一導電材料，其電耦接至部分302、304之底座282。可替代地，主體500可由一絕緣體製成。
第6圖繪示橋接器312的一實施例。橋接器312為耦接至如前述之屏蔽性蓋加熱器280的部分302、304。亦如前所討論者，橋接器312包含電感器線圈314。電感器線圈314的大小可提供一電感(inductance)，而此電感係適於影響在反應室中的磁場及電場，而對電漿106產生期望的效果。在一實施例中，電感器314為一可變電感器，以允許在進行製程或原位處理間的電感值之調節。電感器線圈314可與傳導底座282隔離，或可替代地經由導線602、604而電耦接至底座282。
橋接器312之主體600可為具傳導性的，以電耦接部分302、304的傳導底座282。可替代地，橋接器之主體600可由介電材料製成，以電絕緣該些部分302、304。
第7圖為屏蔽性蓋加熱器780的另一實施例之部分頂視圖。屏蔽性蓋加熱器780係配置為相似於前述的加熱器180、280，除了一可重新定位(repositionable)的電感器700之外。屏蔽性蓋加熱器780包含複數個安裝孔洞702，其容許電感器700可以任何數目的位置固定。因此，電感器700沿著屏蔽性蓋加熱器780之位置可配合製程需求而藉由將電感器700緊固至不同組的安裝孔洞702而改變。
在一實施例中，電感器700可與屏蔽性蓋加熱器780為電性絕緣。在一實施例中，電感器700可經由接觸銷、安裝緊固件或其他合適的方式而電耦接至屏蔽性蓋加熱器780的傳導底座。
第8圖為在配備有屏蔽性蓋加熱器的處理室中電漿處理一基材的方法800之方塊流程圖。方法800藉由判定電漿在處理室中的位置(步驟802)而開始。電漿位置可藉由測量電漿的性質而判定，其係藉由光學方法，利用感測器、經驗數據、處理結果的檢視、模型化或其他合適的方式。在步驟804，選擇一耦接至蓋加熱器之電感器線圈的電感及/或位置，而此將會使得電漿位置由判定的位置移動至一目標材置。在步驟806，利用具有所選擇之電感及/或位置的電感器線圈，而在電漿存在下處理基材。在基材上進行的製程可選自由蝕刻、化學氣相沉積、物理氣相沉積、佈植、氮化、退火、電漿處理、及灰化等其他電漿製程所組成的組群中。
因此，提供一蓋加熱器以促進電漿在處理室中的定位。因為電漿可置於一更加期望的位置，而可實現更均一且可預見的處理需求。
雖然前述為有關本發明的實施例，本發明之其他及另外的實施例可在未偏離本發明之基本技術思想下完成，且其之範疇為由下列申請專利範圍決定。
100‧‧‧處理室
106‧‧‧電漿
110‧‧‧腔室主體
112‧‧‧天線
114‧‧‧底座組件
116‧‧‧基座組件
118‧‧‧功率源
120‧‧‧蓋
122‧‧‧電源
124‧‧‧第二匹配網路
128‧‧‧底部
130‧‧‧側壁
136‧‧‧噴嘴
138‧‧‧氣體分配盤
140‧‧‧控制器
142‧‧‧記憶體
144‧‧‧中央處理單元/CPU
146‧‧‧支援電路
148‧‧‧來源
150‧‧‧基材
162‧‧‧座組件
170‧‧‧第一匹配網路
178,190‧‧‧電源
180‧‧‧加熱器
182．．．來源
184A,184B．．．加熱器
186．．．鉗合電極
188．．．靜電吸座
202．．．傳導底座
204．．．加熱器元件
206．．．RF屏蔽
208．．．熱絕緣體
210．．．電絕緣體
212．．．電阻元件
220．．．蓋
280．．．加熱器
282．．．(傳導)底座
284．．．加熱器元件
286．．．通道
288．．．側壁
290．．．頂表面
300．．．環狀部件
302．．．第一部分
304．．．第二部分
308,318．．．指狀部件
310,312．．．橋接器
314．．．電感器線圈/電感器
316．．．導線
402．．．接點
404．．．螺孔
500．．．主體
502．．．孔洞
504．．．緊固件
506．．．銷
510．．．階梯
512．．．凸出部
600．．．主體
602,604．．．導線
700．．．電感器
702．．．安裝孔洞
780．．．加熱器
800．．．方法
802,804,806．．．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1圖繪示一例示半導體基材處理設備的示意圖，其包含根據本發明之一實施例的屏蔽性蓋加熱器；第2A-B圖為一屏蔽性蓋加熱器之二實施例的示意剖面視圖；第3圖為繪示第1圖的屏蔽性蓋加熱器之一實施例的等角視圖；第4圖為繪示第1圖的屏蔽性蓋加熱器之一實施例的頂視圖；第5圖為繪示屏蔽性蓋加熱器之一實施例的部分前側視圖；第6圖繪示一屏蔽性蓋加熱器的一實施例之部分後側視圖； 第7圖繪示一屏蔽性蓋加熱器的另一實施例之部分側視圖；以及 第8圖為用於電漿處理一基材的方法之一實施例的流程圖。
為便於了解，圖式中相同的元件符號表示相同的元件。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。
206．．．RF屏蔽
208．．．熱絕緣體
280．．．加熱器
282．．．(傳導)底座
300．．．環狀部件
302．．．第一部分
304．．．第二部分
308,318．．．指狀部件
310,312．．．橋接器
314．．．電感器線圈/電感器
316．．．導線

Claims (20)

  1. 一種屏蔽性(shielded)蓋加熱器，包含：一熱傳導底座，具有複數個往內延伸的指狀部件以形成一似輪輻圖樣；一加熱器元件，係設置於該熱傳導底座上；以及一RF屏蔽，係將該加熱器元件夾設在該RF屏蔽與該熱傳導底座之間。
  2. 一種屏蔽性蓋加熱器，包含：一熱傳導底座；一加熱器元件，係設置於該熱傳導底座上；一RF屏蔽，係將該加熱器元件夾設在該RF屏蔽與該熱傳導底座之間；以及一第一電感器線圈，係耦接至該熱傳導底座。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之屏蔽性蓋加熱器，更包含：一熱絕緣體，係設置於該RF屏蔽上。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之屏蔽性蓋加熱器，其中該RF屏蔽包括一鋁箔。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之屏蔽性蓋加熱器， 其中該RF屏蔽包括一鋁板，且該鋁板係黏附至該加熱器元件。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之屏蔽性蓋加熱器，其中該熱傳導底座包括：一通道，係容設該加熱器元件。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之屏蔽性蓋加熱器，其中該加熱器元件包括：一第一加熱器電路，係設置於該熱傳導底座的一第一部分上；以及一第二加熱器電路，係設置於該熱傳導底座的一第二部分上，其中該第一及第二加熱器電路係藉由一連接器耦接，而該連接器係橋接該熱傳導底座的該第一及第二部分。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之屏蔽性蓋加熱器，更包含：一電感器線圈，係耦接該熱傳導底座的該第一及第二部分。
  9. 如申請專利範圍第2項所述之屏蔽性蓋加熱器，其中該加熱器元件包括： 一第一加熱器電路，係設置於該熱傳導底座的一第一部分上；以及一第二加熱器電路，係設置於該熱傳導底座的一第二部分上，其中該第一及第二加熱器電路係藉由一連接器耦接，而該連接器係橋接該熱傳導底座的該第一及第二部分。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之屏蔽性蓋加熱器，更包含：一第二電感器線圈，係耦接該熱傳導底座的該第一及第二部分。
  11. 如申請專利範圍第2項所述之屏蔽性蓋加熱器，其中該第一電感器線圈係沿著該熱傳導底座而可重新定位(repositionable)。
  12. 如申請專利範圍第2項所述之屏蔽性蓋加熱器，其中該第一電感器線圈為一可變(variable)電感器。
  13. 一種電漿處理室，包含：一腔室主體；一蓋，係圍繞出該腔室主體的一內部容積；一基材支撐件，係設置在該內部容積內： 線圈，係設置而鄰近該蓋，以耦接RF功率至在該腔室主體內的氣體；以及一屏蔽性蓋加熱器，係耦接至該蓋，其中該蓋加熱器更包括：一熱傳導底座，具有複數個往內延伸的指狀部件以形成一似輪輻圖樣；一加熱器元件；以及一RF屏蔽，係將該加熱器元件夾設在該RF屏蔽與該傳導底座之間。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之電漿處理室，其中該屏蔽性蓋加熱器更包括：一電感器線圈，係耦接至該熱傳導底座。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之電漿處理室，其中該電感器線圈係沿著該熱傳導底座而可重新定位。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之電漿處理室，其中該電感器線圈為一可變電感器。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之電漿處理室，其中該熱傳導底座包括：一通道，係容設該加熱器元件。
  18. 如申請專利範圍第13項所述之電漿處理室，其中該加熱器元件包括：一第一加熱器電路，係設置於該熱傳導底座的一第一部分上；以及一第二加熱器電路，係設置於該熱傳導底座的一第二部分上，其中該第一及第二加熱器電路係藉由一連接器耦接，且該連接器係橋接該熱傳導底座的該第一及第二部分。
  19. 一種電漿處理一處理室中的一基板的方法，包含：判定一電漿在一處理室中的一位置，該處理室具有一屏蔽性蓋加熱器，包含：一熱傳導底座，具有複數個往內延伸的指狀部件以形成一似輪輻圖樣；一加熱器元件，係設置於該熱傳導底座上；以及一RF屏蔽，係將該加熱器元件夾設在該RF屏蔽與該熱傳導底座之間；選擇一耦接至一蓋加熱器之一電感器線圈的一電感及/或位置，而此會使得一電漿位置由判定的該電漿位置移動至一目標電漿位置；以及利用具有所選擇之該電感及/或位置的該電感器線圈，以對一基材進行一電漿處理。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中該電漿處理包括在該基材上進行一製程，且該製程係係選自由蝕刻、化學氣相沉積、物理氣相沉積、佈植、氮化、退火、電漿處理、及灰化所組成的群組。
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