TWI662596B - 用於穩定化高溫沉積的氣冷式基材支撐件 - Google Patents

用於穩定化高溫沉積的氣冷式基材支撐件 Download PDF

Info

Publication number
TWI662596B
TWI662596B TW104104251A TW104104251A TWI662596B TW I662596 B TWI662596 B TW I662596B TW 104104251 A TW104104251 A TW 104104251A TW 104104251 A TW104104251 A TW 104104251A TW I662596 B TWI662596 B TW I662596B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
cooling
substrate
gas
flow
temperature
Prior art date
Application number
TW104104251A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201532126A (zh
Inventor
魏斯特布萊恩
寇克斯麥可Ｓ
吳正勳
Original Assignee
美商應用材料股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商應用材料股份有限公司 filed Critical 美商應用材料股份有限公司
Publication of TW201532126A publication Critical patent/TW201532126A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI662596B publication Critical patent/TWI662596B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
    • C23C14/541—Heating or cooling of the substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/50—Substrate holders
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
    • C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
    • C23C16/4586—Elements in the interior of the support, e.g. electrodes, heating or cooling devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32715—Workpiece holder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32715—Workpiece holder
    • H01J37/32724—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67109—Apparatus for thermal treatment mainly by convection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6831—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using electrostatic chucks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6835—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using temporarily an auxiliary support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

本揭示案的實施例提供用於穩定基材溫度的設備及方法，藉由：流動冷卻氣體之流動至基材支撐件中的冷卻通道之入口，使用熱交換器從冷卻通道的出口接收冷卻氣體之流動，及釋放冷卻氣體至最近環境，例如清理室或微環境。

Description

用於穩定化高溫沉積的氣冷式基材支撐件
本揭示案的實施例相關於用於處理半導體基材的設備及方法。更特定地，本揭示案的實施例相關於用於在高溫處理期間穩定基材溫度的設備及方法
在一些半導體處理中，欲處理基材之溫度通常由接合至基材支撐件的吸熱器(例如，大型熱傳導主體)維持。傳統上，使用於高溫物理氣相沉積(PVD)的吸熱器不會主動冷卻，因為這些PVD腔室中的溫度太高以至於傳統冷卻劑會在吸熱器冷卻通道中汽化。由於傳統PVD方法通常包含相當短的沉積時間(例如，10秒的數量級)，負載於基材的熱可藉由基材下方相對大的吸熱器而消散。然而，隨著PVD方法中沉積時間的延長(例如，成為上百秒至上千秒的範圍)，非主動式冷卻基材支撐件無法消散負載於欲處理基材上的熱，而導致欲沉積的薄膜之處理偏差及劣化。針對持久的PVD處理，已使用GALDEN®傳熱液體或其他相似的高沸點冷卻劑來冷卻基材支撐件。然而，這些高沸點冷卻劑不僅昂貴且也易於熱分解 且可變得腐蝕性的及/或釋放有害的氣體，例如HF及氟光氣。
因此，有需要改進的用於針對高溫PVD處理的控制基材溫度之設備及方法。
本揭示案一般相關於用於在高溫處理期間於處理腔室中控制基材溫度的設備及方法。
本揭示案的一個實施例提供基座組件。基座組件包含：一靜電吸座，該靜電吸座具有一基材支撐表面；一底板，該底板接合至該靜電吸座且具有形成於該底板中的冷卻通道；及一冷卻組件，該冷卻組件經由一入口通路及一出口通路連接至該等冷卻通道。該冷卻組件包含：用於產生冷卻氣體流動的一泵、耦合於該泵及該入口通路之間的一流動控制器、及耦合至該出口通路的一熱交換器。
本揭示案的另一個實施例提供用於處理半導體基材的設備。該設備包含：一腔室主體，該腔室主體界定一處理體積、及一基座組件，該基座組件用於在處理期間支撐一個或更多個基材。該基座組件包含：一靜電吸座，該靜電吸座具有一基材支撐表面且設置於該處理體積中、及一底板，該底板接合至該靜電吸座，其中該底板具有形成於該底板中的冷卻通道。該設備進一步包含：一冷卻組件，該冷卻組件經由一入口通路及一出口通路連接至該基座組件的該等冷卻通道。該冷卻組件設置於該處理體積外部。該冷卻組件包括：用於產生冷卻氣體流動的一泵、耦合於該泵及該入口通路之間的一流動控制器、及耦合至該出口通路的一熱交換器。
本揭示案的另一個實施例提供用於控制一欲處理基材之溫度的方法。該方法包含以下步驟：在一處理腔室中於一基材支撐件上處理一基材；供應冷卻氣體之一流動，以冷卻形成於該基材支撐件中的通道以控制該基材之溫度；流動冷卻氣體之該流動經由一熱交換器離開該冷卻通道；及釋放冷卻氣體之該流動回到環繞該處理腔室的一環境。在一個實施例中，基材支撐件可為靜電吸座。
100‧‧‧腔室
102‧‧‧腔室主體
104‧‧‧腔室壁
104a‧‧‧內部表面
108‧‧‧蓋組件
110‧‧‧內部體積
112‧‧‧基材
114‧‧‧處理套件
116‧‧‧沉積環
118‧‧‧接地屏蔽
120‧‧‧基座組件
122‧‧‧背板
124‧‧‧標的
126‧‧‧磁控管
128‧‧‧陶瓷環封口
130‧‧‧上方屏蔽環
132‧‧‧電源來源
134‧‧‧覆蓋環
136‧‧‧管道
138‧‧‧排放埠
140‧‧‧排放管道
142‧‧‧排放泵
144‧‧‧基材支撐件
146‧‧‧底板
147‧‧‧電源供應
148‧‧‧接地板
149‧‧‧加熱元件
150‧‧‧冷卻組件
152‧‧‧中央軸件
152a‧‧‧內部體積
154‧‧‧提昇機構
156‧‧‧上方表面
158‧‧‧電極
160‧‧‧電源來源
162‧‧‧冷卻通道
164‧‧‧通路
166‧‧‧通路
168‧‧‧入口
169‧‧‧壓縮氣體來源
170‧‧‧出口
172‧‧‧控制器
174‧‧‧感應器
202‧‧‧泵
204‧‧‧流動控制器
206‧‧‧熱交換器
208‧‧‧冷卻流體來源
210‧‧‧氣體通路
212‧‧‧速動開關熱切斷
214‧‧‧流動監測器
216‧‧‧流動監測器
300‧‧‧方法
310‧‧‧方塊
320‧‧‧方塊
330‧‧‧方塊
340‧‧‧方塊
於是上述本揭示案特徵的方式可以詳細理解，可藉由參考實施例而具有本揭示案的更特定描述(簡短總結如上)，其中一些圖示於所附圖式中。然而，注意所附圖式僅圖式本揭示案典型的實施例，因此不考慮限制其範圍，因為本揭示案可允許其他等效實施例。
第1圖為根據本揭示案的一個實施例之物理氣相沉積腔室之示意截面視圖。
第2圖為高溫處理期間用於溫度控制之示意基材支撐件。
第3圖為根據本揭示案的一個實施例之用於溫度控制的方法之流程圖。
為了便於理解，盡可能使用相同元件符號，以標示圖式中常見的相同元件。思量揭露於一個實施例中的元件可有利地利用於其他實施例，而無須特定敘述。
本揭示案的實施例相關於用於在高溫處理期間穩定 基材溫度的設備及方法。更特定地，本揭示案的實施例使用開迴路(open loop)空氣循環於冷卻高溫基材支撐件的通道。本揭示案的實施例提供用於穩定基材溫度的設備及方法，藉由：流動冷卻氣體之流動至基材支撐件中的冷卻通道之入口，使用熱交換器從冷卻通道的出口接收冷卻氣體之流動，及釋放已冷卻的冷卻氣體至環境。一泵可耦合至冷卻通道的入口，以從環繞處理腔室的環境抽取空氣，例如，從處理腔室所安置的清理室。熱交換器可放置相鄰於處理腔室，以使無須延伸至建物外部的排放線。
本揭示案的實施例允許使用清理室中的空氣為冷卻氣體，且致能已使用冷卻氣體直接釋放至環境，而無須提高清理室環境的溫度且無須釋放潛在危險的熱排放冷卻氣體，例如於大於200度的溫度下排放冷卻氣體至最近環繞處理腔室的工作/維持區域。
可使用本揭示案的實施例以在實施延長的時間週期之高溫處理期間穩定基材溫度。例如，本揭示案的實施例示範控制基材溫度接近約400攝氏度的能力且針對處理時間至超過1000秒而不會觸發欲沉積的薄膜之熱感應處理偏差及劣化。可使用本揭示案的實施例以冷卻使用於物理氣相沉積(PVD)腔室、電漿增強PVD腔室、蝕刻腔室、或其他合適的腔室中的高溫基材支撐件。本揭示案的實施例使用惰性氣體或空氣當作用於高溫基材支撐件中溫度控制的冷卻流體。
第1圖為根據本揭示案的一個實施例之物理氣相沉積腔室100之示意截面視圖。處理腔室100包含具有側壁104 的腔室主體102、腔室底部106、及封閉一內部體積110的蓋組件108。基座組件120在處理期間設置於內部體積110以支撐基材112。可設置處理套件114於內部體積110中。處理套件114可包含至少沉積環116及接地屏蔽118，放置沉積環116以覆蓋基座組件120，放置接地屏蔽118以覆蓋側壁104的內部表面104a。
蓋組件108一般包含標的背板122、標的124、及磁控管126。可藉由腔室壁104支撐標的背板122。陶瓷環封口128可設置於標的背板122及腔室壁104之間。陶瓷環封口128功能如同腔室主體102及標的背板122之間的真空封口及電性絕緣器兩者。上方屏蔽環130設置於標的124及接地屏蔽118之間。上方屏蔽環130有意地設置靠近但不觸碰標的124，以限制環繞標的124及背板122側面之電漿點燃，因而防止從標的124及背板122的側壁之重新沉積材料的任何濺鍍。
標的124可藉由電源來源132相對於接地(例如，腔室102)以RF及/或DC電源偏壓。從氣體來源134經由管道136供應氣體(例如，氬)至內部體積110。氣體來源134可包括反應性氣體或非反應性氣體。電漿由基材112及標的124之間的氣體形成。電漿內的離子被加速前往標的124且引發材料由標的124變得去除(dislodged)。去除的標的材料沉積於基材112上。在處理期間，蓋組件108、上方屏蔽環130、接地屏蔽118、沉積環116及覆蓋環133約束形成於內部體積110中的電漿至基材112上方的區域。
耗損的處理氣體及副產物由處理腔室100穿過排放埠138被排放，排放埠138接收耗損的處理氣體且引導耗損的處理氣體至連接至一個或更多個排放泵142的排放管道140。
基座組件120可可移動地設置覆蓋於腔室底部106。在一個實施例中，基座組件120可包含基材支撐件144、底板146、接地板148及氣體冷卻組件150。基材支撐件144、底板146及接地板148可堆疊在一起而形成接合至中央軸件152的碟狀主體。提昇機構154可耦合至基座組件120的中央軸件152，以將基座組件120在用於處理的上方位置及用於基材裝載/卸載的下方位置之間移動。
基材支撐件144具有用於支撐位於基材支撐件144上的基材112的上方表面156。在一個實施例中，基材支撐件144可為靜電吸座，該靜電吸座包含具有嵌入於介電主體中的電極158的介電主體。介電主體典型地由高熱傳導性介電材料製成，例如熱分解氮化硼、氮化鋁、氮化矽、氧化鋁或等效材料。電極158可耦合至電源來源160，電源來源160提供電源至電極158以控制吸座力量。
基材支撐件144可包含一個或更多個加熱元件149以維持基材支撐件144及基材112於所欲溫度下。在一個實施例中，加熱元件149可為嵌入於電極158下方的基材支撐件144中的電阻性加熱器。加熱元件149可耦合至電源供應147。為了在短時間的沉積處理期間維持所欲溫度，在高能沉積期間當基材支撐件144及基材112的溫度升高高於初始溫 度設定點時，可調低或關閉加熱元件149。當沉積時間變得長時，可需要額外的冷卻以維持所欲溫度。
基材支撐件144可藉由擴散結合或其他結合方法接合至底板146，以提供底板146及基材支撐件144之間之好的熱傳導。底板146可功能如同吸熱器以在處理期間維持基材支撐件144及基材112中的溫度穩定。底板146可由具有適合匹配覆蓋之基材支撐件144的熱屬性的材料製成。例如，底板146可包括陶瓷及金屬的的合成物，例如鋁或碳化矽。選擇地，底板146可完全由金屬製成，例如不鏽鋼、銅或鋁。
接地板148可提供基材支撐件144及底板146的支撐。接地板148典型地由金屬材料製成，例如不鏽鋼或鋁。底板146可從接地板148移除以便利於基材支撐件144及底板146之更輕易的置換及維持。
在一個實施例中，底板146可包含冷卻通道162。可藉由溫度調節流體流過冷卻通道162而主動控制、冷卻或加熱底板146的溫度。在一個實施例中，冷卻通道162可穿過通路164、166連接至氣體冷卻組件150。通路164、166可穿過中央軸件152的內部體積152a設置，以連接底板146中的冷卻通道162及設置於腔室主體102外部的氣體冷卻組件150。
在一個實施例中，冷卻組件150經配置以使用來自處理腔室100的環境之空氣當作冷卻流體。冷卻組件150可包含入口168及出口170，入口168從處理腔室100外部最近的環境抽取空氣以冷卻，出口170輸出穿過冷卻通道162回 到環境的循環空氣。入口168及出口170皆開口至處理腔室100外部最近的環境，例如處理腔室所設置的清理室或微環境。冷卻組件150可包含泵以驅動空氣穿過冷卻通道162。冷卻組件150可包含熱交換器，以在釋放空氣至環境前恢復回到大氣溫度之空氣的溫度。冷卻組件150中的熱交換器致能使用來自最近環境的空氣以冷卻感受器組件160，而無須額外管路以從冷卻通道傳送熱空氣至外部環境。
選擇地，壓縮氣體來源169(例如，壓縮清理乾空氣(CDA)或氮)可耦合至入口169如同針對冷卻通道162的氣體來源。在一個實施例中，壓縮氣體來源169可為瓶裝的CDA或氮。在另一個實施例中，壓縮氣體來源169可為藉由由低溫液態氮槽供應的安置系統之CDA或氮之現存供應。
藉由控制器172控制處理腔室100中實施的處理，控制器172執行具有指令集的程式碼以操作腔室100的構件，以便於在處理腔室100中處理基材。在一個實施例中，控制器172可主動控制基材支撐件144的溫度。例如，控制器172可連接至放置以量測基材112及/或基材支撐件144的溫度之一個或更多個溫度感應器174。展示溫度感應器174為嵌入於基材支撐件144中。選擇地，可放置一個或更多個溫度感應器174於其他位置，或為非接觸式感應器。控制器172可根據由感應器174所量測之溫度傳送控制訊號至冷卻組件150，以調整冷卻處理。例如，控制信號可包含控制通過冷卻通道162的冷卻流體的壓力及/或流動速率的訊號。
第2圖為根據本揭示案的一個實施例之基座組件 120的示意截面視圖，展示了冷卻組件150的細節。冷卻組件150可通過通路164、166連接至底板146中的冷卻通道162。冷卻通道162可以一配置於底板146中形成，該配置促成底板146內一致的溫度。可以管輸送通路164、166而適於傳輸熱流體，例如於高至約200攝氏度溫度下的空氣流動。通路164、166可為矽管輸送或金屬管輸送。
冷卻組件150可包含泵202。可使用泵202以從最近環境(例如，清理室中的環境)穿過入口168抽取空氣，且將所抽取空氣經由通路164抽吸至冷卻通道162。選擇地，泵202可連接至用於傳遞惰性氣體至冷卻通道162的惰性氣體來源。流動控制器204可耦合至泵202以調整由泵202輸出的壓力及/或流動速率。在一個實施例中，流動控制器204可連接至系統控制器172且由系統控制器172控制。在一個實施例中，系統控制器172可使用流動控制器204控制空氣流動的流動速率及/或壓力，而回應於設置於基座組件120中的溫度感應器174所量測的基材112或基材支撐件144的溫度。例如，若基座組件120或基材112的溫度較標的溫度高，可增加空氣流動的流動速率及/或壓力，且若基座組件120或基材112的溫度較標的溫度低，可減低空氣流動的流動速率及/或壓力。
在流經冷卻通道162時，熱交換在底板146及空氣流動之間發生。在處理期間，當基座組件120維持在提昇的溫度下時，空氣流動的溫度由熱交換而增加。結果，離開經過通路166的空氣流動可處於高至約200攝氏度的溫度下。
在一個實施例中，冷卻組件150包含熱交換器206，熱交換器206耦合至通路166以在釋放空氣流動回到環境(例如清理室中的環境)前減低空氣流動之溫度。熱交換器206可包含連接於出口通路166及出口170之間的氣體通路210。熱交換器206可耦合至冷卻流體來源208。從冷卻通道162離開之高溫空氣流動穿過出口170進入熱交換器206，以在進入回到環境(例如清理室中的環境)前冷卻下來。在一個實施例中，熱交換器206可降低空氣流動之溫度至約室中溫度，使得從冷卻通道162排放空氣。藉由從冷卻通道冷卻排放空氣，本揭示案之實施例提供用於操作及維持員工的安全環境。冷卻排放空氣也防止任何潛在的對環繞構件之損壞。冷卻排放空氣也防止環繞處理腔室的大氣溫度所不欲的改變。
熱交換器206允許冷卻組件150至基座組件120的空氣冷卻，而無須流動路徑以引導排放熱空氣離開處理腔室所放置之建物。
在一個實施例中，可放置速動開關熱切斷212以接觸熱交換器206形同安全裝置，以防止熱交換器206過熱。例如，當冷卻水流動至熱交換器206被中斷時，熱交換器206終究可過熱，潛在地達到超過200度的溫度。過熱可損壞熱交換器206及冷卻組件150中的環繞構件，且導致熱排放氣體被釋放至最近環境而不安全。當熱交換器206的溫度超過事先決定數值時，可關閉或觸發關閉速動開關熱切斷212。
冷卻組件150也可包含流動監測器214以監測冷卻氣體之流動且確保冷卻氣體之流動不被中斷。中斷冷卻氣體 之流動將導致處理偏差，如基材過熱而無適當地冷卻。當冷卻氣體之流動被中斷時，流動監測器214可提供指示器，例如警報器。
冷卻組件150可進一步包含流動監測器216至針對熱交換器206的冷卻水迴路，以確保有足夠的冷卻水流動經過熱交換器206。
第3圖為根據本揭示案的一個實施例之在處理期間用於控制基材溫度的方法300之流程圖。在方塊310中，欲處理基材放置於處理腔室中的基材支撐件上。處理腔室可為第1圖之處理腔室100或其他合適的腔室。基材支撐件可為上述基座組件120或基材112。在處理期間，基材可由標的溫度偏離，例如被處理環境加至過熱，例如處理電漿。可維持基材溫度於一大於約200攝氏度之溫度。在一個實施例中，可維持基材溫度於約400攝氏度及約450攝氏度之間。在一個實施例中，該處理可為持續長至1000秒的物理氣相沉積處理。
在方塊320中，可抽吸冷卻氣體的流動至基材支撐件，以冷卻基材且維持基材於標的溫度。冷卻氣體的流動可為從處理腔室所放置之環境(亦即，清理室或微環境)抽取的空氣之流動。選擇地，冷卻氣體之流動可為來自惰性氣體來源的惰性氣體。藉由使用冷卻氣體或冷卻空氣，本揭示案之實施例致能冷卻及溫度控制於高於水的沸點或多數傳統冷卻流體之分解溫度的溫度範圍。例如，本揭示案之實施例致能一物體之冷卻及溫度控制於高於約200攝氏度之溫度，例如約 400攝氏度及約450攝氏度之間。在一個實施例中，可調整冷卻氣體的流動速率及/或壓力以調整基材支撐件及基材之溫度。例如，可增加冷卻氣體的流動速率及/或壓力以減低基材支撐件及基材之溫度，且可減低冷卻氣體的流動速率及/或壓力以降低基材支撐件及基材之溫度。在一個實施例中，可藉由調和流動控制器以調整冷卻氣體的流動速率及/或壓力，該流動控制器耦合至一用於產生冷卻氣體流動的泵。在一個實施例中，可調整流動控制器以回應於量測基材之溫度感應器之量測。
在方塊330中，藉由熱交換器接收於冷卻通道中被加熱的排放冷卻氣體。可放置熱交換器(例如第2圖中的熱交換器206)相鄰於處理腔室，使得排放冷卻氣體在進入熱交換器前不會曝露於環境(例如清理室或微環境)下。可藉由冷卻流體(例如水)冷卻熱交換器。在熱交換器中冷卻排放冷卻氣體。在一個實施例中，可在熱交換器中冷卻排放冷卻氣體至約室中溫度。
在方塊340中，在熱交換器中冷卻後，冷卻後釋放排放冷卻氣體至處理腔室所放置之環境(例如清理室或微環境)。由於排放冷卻氣體由熱交換器冷卻，可直接釋放排放冷卻氣體至清理室，而不實質影響清理室或微環境的溫度。
即使上方討論PVD腔室，可使用本揭示案之實施例於任何熱負載可藉由足量氣體流經基座而偏移之基座類型基材支撐件。選擇地，可使用本揭示案之實施例於半導體處理外部，例如太陽能電池製造，其中處理期間基材支撐件上的 基材曝露於熱下且需要溫度控制。
前述係本揭示案之實施例，可修改本揭示案之其他及進一步的實施例而不遠離其基本範圍，且該範圍由隨後的申請專利範圍來決定。

Claims (23)

  1. 一種基座組件，包括：一支撐主體，該支撐主體具有一基材支撐表面；一底板，該底板接合至該支撐主體且具有形成於該底板中的冷卻通道；及一冷卻組件，該冷卻組件經由一入口通路及一出口通路連接至該等冷卻通道，其中該冷卻組件包括：一入口，該入口耦合至一氣體來源；一出口，該出口開口至一處理腔室外部的一最近環境，該底板設置於該處理腔室中；一流動控制器，該流動控制器耦合於該入口及該入口通路之間；及一熱交換器，該熱交換器耦合至該出口通路。
  2. 如請求項1所述之基座組件，其中該氣體來源包括一泵以從該最近環境抽取空氣。
  3. 如請求項2所述之基座組件，其中該熱交換器包括連接於該出口通路及該出口之間的氣體通路。
  4. 如請求項3所述之基座組件，其中該冷卻組件進一步包括一冷卻液體來源，該冷卻液體來源耦合至該熱交換器，且該熱交換器實施液體及氣體熱交換。
  5. 如請求項1所述之基座組件，進一步包括一控制器，該控制器耦合至該流動控制器。
  6. 如請求項5所述之基座組件，其中該控制器傳送控制訊號至該流動控制器以調整冷卻氣體流動的一流動速率及一壓力。
  7. 如請求項1所述之基座組件，其中該支撐主體為一靜電吸座。
  8. 一種用於處理一半導體基材的設備，包括：一腔室主體，該腔室主體界定一處理體積；一基座組件，該基座組件用於在處理期間支撐一個或更多個基材，其中該基座組件包括：一支撐主體，該支撐主體具有一基材支撐表面且設置於該處理體積中；及一底板，該底板接合至該支撐主體，其中該底板具有形成於該底板中的冷卻通道；及一冷卻組件，該冷卻組件經由一入口通路及一出口通路連接至該基座組件的該等冷卻通道，其中該冷卻組件設置於該處理體積外部，且該冷卻組件包括：一入口，該入口耦合至一氣體來源；一出口，該出口開口至該腔室主體外部的一最近環境；一流動控制器，該流動控制器耦合於該入口及該入口通路之間；及一熱交換器，該熱交換器耦合至該出口通路。
  9. 如請求項8所述之設備，其中該冷卻組件設置相鄰於該腔室主體。
  10. 如請求項9所述之設備，其中該氣體來源包括以下其中之一者：一泵以從該腔室主體外部的該最近環境抽取空氣、一壓縮的氣體來源及一現存系統氣體來源。
  11. 如請求項10所述之設備，其中該熱交換器包括氣體通路，該等氣體通路連接於該出口通路及該出口之間。
  12. 如請求項11所述之設備，其中該冷卻組件進一步包括一冷卻液體來源，該冷卻液體來源耦合至該熱交換器，且該熱交換器實施液體及氣體熱交換。
  13. 如請求項8所述之設備，進一步包括一控制器，該控制器耦合至該冷卻組件。
  14. 如請求項13所述之設備，其中該控制器傳送控制訊號至該冷卻組件以調整冷卻氣體流動的一流動速率及/或一壓力。
  15. 如請求項14所述之設備，進一步包括耦合至該控制器的一個或更多個溫度感應器，且該控制器根據該等一個或更多個溫度感應器的量測來調整冷卻氣體流動的該流動速率及/或該壓力。
  16. 如請求項8所述之設備，其中該支撐主體為一靜電吸座。
  17. 一種用於控制一欲處理基材之溫度的方法，包括以下步驟：在一處理腔室中於一基材支撐件上處理一基材，在處理期間：供應冷卻氣體之一流動，以冷卻形成於該基材支撐件中的通道以控制該基材之溫度；流動冷卻氣體之該流動經由一熱交換器離開該冷卻通道；及釋放冷卻氣體之該流動回到環繞該處理腔室的一環境。
  18. 如請求項17所述之方法，其中供應冷卻氣體之一流動的步驟包括以下步驟：從環繞該處理腔室的該環境抽取空氣之一流動。
  19. 如請求項18所述之方法，其中處理該基材的步驟包括以下步驟：維持該基材之該溫度於約400攝氏度至約450攝氏度之間。
  20. 如請求項18所述之方法，其中處理該基材的步驟包括以下步驟：形成物理氣相沉積覆於該基材持續超過約1000秒的一時間週期。
  21. 如請求項17所述之方法，其中供應冷卻氣體之該流動的步驟包括以下步驟：調整冷卻氣體之該流動的一流動速率及/或壓力以調整該基材之該溫度。
  22. 如請求項21所述之方法，進一步包括以下步驟：經由一個或更多個溫度感應器量測該基材之一溫度，且調整冷卻氣體之該流動的該流動速率及/或壓力。
  23. 如請求項17所述之方法，進一步包括以下步驟：實施物理氣相沉積覆於該基材持續長達1000秒。
TW104104251A 2014-02-14 2015-02-09 用於穩定化高溫沉積的氣冷式基材支撐件 TWI662596B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201461940215P 2014-02-14 2014-02-14
US61/940,215 2014-02-14
US201461943595P 2014-02-24 2014-02-24
US61/943,595 2014-02-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201532126A TW201532126A (zh) 2015-08-16
TWI662596B true TWI662596B (zh) 2019-06-11

Family

ID=53797579

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104104251A TWI662596B (zh) 2014-02-14 2015-02-09 用於穩定化高溫沉積的氣冷式基材支撐件

Country Status (9)

Country Link
US (2) US9790589B2 (zh)
EP (1) EP3105778B1 (zh)
JP (1) JP6484642B2 (zh)
KR (2) KR102397854B1 (zh)
CN (1) CN105993062B (zh)
IL (1) IL247032B (zh)
SG (1) SG11201606361QA (zh)
TW (1) TWI662596B (zh)
WO (1) WO2015122979A1 (zh)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6484642B2 (ja) * 2014-02-14 2019-03-13 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 安定化された高温堆積のためのガス冷却式基板支持体
US10662529B2 (en) * 2016-01-05 2020-05-26 Applied Materials, Inc. Cooled gas feed block with baffle and nozzle for HDP-CVD
US9892956B1 (en) * 2016-10-12 2018-02-13 Lam Research Corporation Wafer positioning pedestal for semiconductor processing
JP6918554B2 (ja) 2017-04-06 2021-08-11 東京エレクトロン株式会社 可動体構造及び成膜装置
US11373890B2 (en) * 2018-12-17 2022-06-28 Applied Materials, Inc. Wireless in-situ real-time measurement of electrostatic chucking force in semiconductor wafer processing
CN113053715B (zh) * 2019-12-27 2023-03-31 中微半导体设备(上海)股份有限公司 下电极组件、等离子体处理装置及其工作方法
KR102424374B1 (ko) * 2020-06-17 2022-07-22 조중래 반도체 소자의 제조 방법 및 제조 장치
CN111850501B (zh) * 2020-07-20 2022-09-27 江苏集萃有机光电技术研究所有限公司 一种基片架结构及真空蒸镀装置
US11749542B2 (en) * 2020-07-27 2023-09-05 Applied Materials, Inc. Apparatus, system, and method for non-contact temperature monitoring of substrate supports
US20220127723A1 (en) * 2020-10-23 2022-04-28 Applied Materials, Inc. High heat loss heater and electrostatic chuck for semiconductor processing
CN112663014A (zh) * 2021-01-05 2021-04-16 德润特数字影像科技（北京）有限公司 一种镀膜基板的均匀控温装置及方法
US11598006B2 (en) * 2021-01-08 2023-03-07 Sky Tech Inc. Wafer support and thin-film deposition apparatus using the same
TW202232656A (zh) * 2021-01-11 2022-08-16 荷蘭商Ａｓｍ Ｉｐ私人控股有限公司 靜電卡盤、及形成靜電卡盤之方法
CN114959620A (zh) * 2021-02-26 2022-08-30 鑫天虹(厦门)科技有限公司 薄膜沉积设备及其晶圆承载盘
US20220298634A1 (en) * 2021-03-18 2022-09-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Apparatus and method of manufacturing interconnect structures
WO2023277923A1 (en) * 2021-07-02 2023-01-05 Applied Materials, Inc. High temperature susceptor for high power rf applications
CN115305452B (zh) * 2022-07-06 2023-09-08 北京北方华创微电子装备有限公司 反应腔室
KR102627143B1 (ko) * 2023-07-20 2024-01-23 (주)효진이앤하이 플라즈마 반응기용 온도 조절 시스템

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200816362A (en) * 2006-08-08 2008-04-01 Applied Materials Inc Heating and cooling of substrate support
TW201326533A (zh) * 2011-09-26 2013-07-01 Hitachi Int Electric Inc 基板處理裝置、半導體裝置之製造方法及記錄媒體

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4190016A (en) * 1979-03-13 1980-02-26 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Cryogenic target formation using cold gas jets
JPH05163096A (ja) * 1991-12-11 1993-06-29 Applied Materials Japan Kk 半導体製造装置における冷凍機を用いた真空装置の電極の低温温度コントロールシステム
JPH09157846A (ja) * 1995-12-01 1997-06-17 Teisan Kk 温度調節装置
JP2951903B2 (ja) * 1997-01-09 1999-09-20 株式会社日立製作所 処理装置
JP3934246B2 (ja) * 1997-10-27 2007-06-20 大日本スクリーン製造株式会社 基板冷却装置および基板冷却方法
US6583638B2 (en) * 1999-01-26 2003-06-24 Trio-Tech International Temperature-controlled semiconductor wafer chuck system
US6811651B2 (en) * 2001-06-22 2004-11-02 Tokyo Electron Limited Gas temperature control for a plasma process
US20050028436A1 (en) * 2003-07-09 2005-02-10 Viking Industrial Products, Inc. Fluid mixing method and apparatus
US7429718B2 (en) 2005-08-02 2008-09-30 Applied Materials, Inc. Heating and cooling of substrate support
US20070077763A1 (en) 2005-09-30 2007-04-05 Molecular Imprints, Inc. Deposition technique to planarize a multi-layer structure
US8343280B2 (en) * 2006-03-28 2013-01-01 Tokyo Electron Limited Multi-zone substrate temperature control system and method of operating
KR100746231B1 (ko) * 2006-08-18 2007-08-03 삼성전자주식회사 보조 칠러를 갖는 냉각장치 및 이를 이용하는 반도체 소자제조방법
US20100243437A1 (en) * 2009-03-25 2010-09-30 Alliance For Sustainable Energy, Llc Research-scale, cadmium telluride (cdte) device development platform
JP5195711B2 (ja) * 2009-10-13 2013-05-15 東京エレクトロン株式会社 基板冷却装置、基板冷却方法及び記憶媒体
JP5462368B2 (ja) * 2010-09-06 2014-04-02 株式会社イー・エム・ディー プラズマ処理装置
WO2012057987A2 (en) * 2010-10-29 2012-05-03 Applied Materials, Inc. Deposition ring and electrostatic chuck for physical vapor deposition chamber
EP2649218B1 (en) * 2010-12-08 2017-08-23 Evatec AG Apparatus and method for depositing a layer onto a substrate
JP6484642B2 (ja) * 2014-02-14 2019-03-13 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 安定化された高温堆積のためのガス冷却式基板支持体

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200816362A (en) * 2006-08-08 2008-04-01 Applied Materials Inc Heating and cooling of substrate support
TW201326533A (zh) * 2011-09-26 2013-07-01 Hitachi Int Electric Inc 基板處理裝置、半導體裝置之製造方法及記錄媒體

Also Published As

Publication number Publication date
TW201532126A (zh) 2015-08-16
EP3105778A4 (en) 2017-11-01
KR102299392B1 (ko) 2021-09-06
KR20160120339A (ko) 2016-10-17
IL247032B (en) 2022-07-01
US10344375B2 (en) 2019-07-09
EP3105778B1 (en) 2019-07-03
CN105993062B (zh) 2020-08-11
JP6484642B2 (ja) 2019-03-13
SG11201606361QA (en) 2016-09-29
KR20210110416A (ko) 2021-09-07
US20180037987A1 (en) 2018-02-08
IL247032A0 (en) 2016-09-29
JP2017512379A (ja) 2017-05-18
US9790589B2 (en) 2017-10-17
KR102397854B1 (ko) 2022-05-12
WO2015122979A1 (en) 2015-08-20
CN105993062A (zh) 2016-10-05
EP3105778A1 (en) 2016-12-21
US20150232983A1 (en) 2015-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI662596B (zh) 用於穩定化高溫沉積的氣冷式基材支撐件
TWI692055B (zh) 用於氮化鋁(aln)ｐｖｄ製程之氣冷之最小接觸面積(mca)之靜電吸盤(esc)
JP6594960B2 (ja) ペデスタルの流体による熱制御
CN103890917B (zh) 半导体处理中的边缘环的热管理
TWI674646B (zh) 用於電漿處理的雙區式加熱器
TWI473191B (zh) 基板處理設備、製造半導體裝置之方法及基板處理方法
TWI466216B (zh) 基板處理裝置，半導體裝置之製造方法及頂板斷熱體
JP4260404B2 (ja) 成膜装置
JP4742431B2 (ja) 熱処理装置
US10115611B2 (en) Substrate cooling method, substrate transfer method, and load-lock mechanism
TW201539618A (zh) 基板處理裝置
JP2002530847A (ja) 半導体基板を処理する熱処理装置、システム及び方法
JP2019140211A (ja) 基板載置台及びこれを備えたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2012054408A (ja) 基板処理装置及び被処理基板の製造方法
JP2006097080A (ja) 基板処理装置
US10727092B2 (en) Heated substrate support ring
JP2014067800A (ja) 加熱装置及び温度制御方法
JP2006114638A (ja) 熱処理装置、熱処理方法及び昇温レートの算出方法
JP2013201333A (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法及び基板処理方法
JP2010056403A (ja) 基板処理装置