TWI666714B - 用於化學蝕刻介電質材料的腔室設備 - Google Patents

用於化學蝕刻介電質材料的腔室設備 Download PDF

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Abstract

本案的實施方式一般提供一種用於處理腔室的改善基座加熱器。所述基座加熱器包括控溫板和基板接收板，所述控溫板具有第一表面和與所述第一表面相對的第二表面。所述控溫板包括內部區域、外部區域和設置在所述內部區域和所述外部區域之間的連續熱扼流器，所述內部區域包括第一組加熱元件，所述外部區域包括第二組加熱元件，所述外部區域圍繞所述內部區域，以及所述基板接收板具有第一表面和與所述第一表面相對的第二表面，所述基板接收板的所述第二表面耦接至所述控溫板的所述第一表面。所述連續熱扼流器使得能夠在所述內部區域和所述外部區域之間產生和操縱非常小的溫度梯度，從而允許在所述基板的表面上實現中央快速蝕刻輪廓或者邊緣快速蝕刻輪廓。

Description

用於化學蝕刻介電質材料的腔室設備
本案的實施方式大體涉及一種用於在處理腔室中使用的設備。更具體來說，本案的實施方式涉及一種具有多個加熱區域的基座加熱器。
基座加熱器提供在處理期間對基板的熱控制，並且被用作行動平臺來調整基板在處理腔室中的位置。典型的基座加熱器可包括具有加熱元件的水平板和附接到所述水平板的底部中心的豎軸。這種單區域基座加熱器的溫度往往是用與水平板接觸的熱電偶來測量和控制的。所述軸提供對加熱板的支撐並且充當加熱元件和熱電偶的端子藉以連接到所述處理腔室外部的路徑。
半導體製程往往對基座加熱器的溫度均勻性或溫度分佈非常敏感。可通過在一定條件下對加熱元件的精心設計來實現理想的溫度均勻性或分佈，所述條件為諸如溫度設定點、腔室壓力、氣體流速等等。行業中已開發出了分區基座加熱器以使得如果需要的話，能按偏好提供特定區域所需的 熱量。然而，在一些製程中，所述基座加熱器和設置在所述基座加熱器上的基板可能都在處理腔室內於相對較高的溫度下操作，因此如果例如基板的中央區域上的期望的溫度分佈不同於例如所述基板的外側區域上的溫度分佈，那麼可能難以精確地控制所述基座加熱器的不同區域處的溫度分佈。因此，在一些半導體製程期間的實際情況往往偏離設計條件，以及因此無法維持理想的溫度均勻性或分佈。
由此，在本領域中存在對改善的基座加熱器和用於加熱基板的改善方法的需求。
本案的實施方式一般地提供了具有以精密標度(幾攝氏溫度)控制基板表面的不同區域處的熱量的能力的改善方法和基座加熱器。
在一個實施方式中，提供了一種用於處理腔室的基座加熱器。所述基座加熱器包括控溫板，所述控溫板具有第一表面和與所述第一表面相對的第二表面。所述控溫板包括第一區域、環繞所述第一區域的第二區域，以及設置在所述第一區域和所述第二區域之間的連續環形的熱扼流器，其中所述第一區域包括第一組加熱元件，所述第二區域包括第二組加熱元件。所述基座加熱器還包括基板接收板，所述基板接收板具有第一表面和與所述第一表面相對的第二表面，其中所述基板接收板的第二表面耦接至所述控溫板的第一表面。
在另一實施方式中，所述基座加熱器包括基板接收 板和控溫板，所述基板接收板具有上表面和與所述上表面相對的底面，所述控溫板具有上表面和與所述上表面相對的底面，其中所述控溫板的上表面耦接至所述基板接收板的底面。所述控溫板包括設置在所述控溫板的中央區域中的第一區域，並且所述第一區域包括第一組加熱元件。所述控溫板還包括設置成圍繞所述第一區域的第二區域，並且所述第二區域包括第二組加熱元件。在所述第一區域和所述第二區域之間設置有溝槽。所述溝槽從控溫板的底面延伸穿過所述控溫板至控溫板的上表面，其中所述溝槽延伸入所述基板接收板中。
在又一實施方式中，提供了一種用於在處理腔室中處理基板的方法。所述方法包含將所述處理腔室的腔室主體維持在第一溫度，將形成在基座加熱器內的控溫板的第一區域和第二區域冷卻至第二溫度，其中所述第二溫度比所述第一溫度低約5℃或更小，以及所述基座加熱器設置在腔室主體內。所述方法還包含：將從氣體混合物產生的電漿引入限定在所述基座加熱器和氣體分配板之間的處理體積內，使設置在所述基座加熱器上的基板的表面暴露於電漿以在所述基板的表面上形成材料層，其中所述基板具有覆蓋控溫板的第一區域和第二區域的直徑。所述方法還包含：將控溫板的第一區域加熱至對應於第一溫度的第三溫度，同時將控溫板的第二區域維持在第二溫度，以在所述第一區域和所述第二區域之間產生溫度梯度，其中所述溫度梯度使得第一區域上方的材料層被以比第二區域上方的材料層相對更快的速率蝕刻。
100‧‧‧處理腔室
102‧‧‧腔室主體
104‧‧‧蓋元件
106‧‧‧基座加熱器
108‧‧‧狹縫閥開口
110‧‧‧通道
112‧‧‧襯墊
114‧‧‧孔
116‧‧‧泵送通道
118‧‧‧真空口
120‧‧‧真空泵
122‧‧‧節流閥
124‧‧‧蓋
126‧‧‧阻斷件
128‧‧‧面板
130‧‧‧SMD/下電極
132‧‧‧氣體分配板
134‧‧‧入口
136‧‧‧遠端電漿產生器
138‧‧‧第一功率源
140‧‧‧第一體積
142‧‧‧孔
144‧‧‧第二體積
146‧‧‧第三體積
148‧‧‧第二功率源
150‧‧‧絕緣體
151‧‧‧删餘板
152‧‧‧删餘板
154‧‧‧孔
155‧‧‧孔
156‧‧‧第四體積
158‧‧‧第一孔
160‧‧‧第二孔
162‧‧‧處理空間
164‧‧‧支撐板
166‧‧‧致動器
168‧‧‧軸
174‧‧‧電極
176‧‧‧射頻偏置功率源
178‧‧‧射頻偏置功率源
180‧‧‧匹配電路
186‧‧‧升降桿
190‧‧‧基板
202‧‧‧基座支撐板
206‧‧‧圓盤形主體
208‧‧‧上表面
210‧‧‧下表面
212‧‧‧圓柱形外表面
214‧‧‧流體通道
216‧‧‧熱傳遞流體導管
217‧‧‧真空導管
218‧‧‧通道
220‧‧‧孔
222‧‧‧基板接收板
224‧‧‧控溫板
225‧‧‧主體
226‧‧‧擋板
228‧‧‧內部區域
230‧‧‧外部區域
232‧‧‧第一組加熱元件
234‧‧‧第二組加熱元件
236‧‧‧環形槽
240‧‧‧凸出部
242‧‧‧上表面
244‧‧‧凹陷區域
246‧‧‧圓盤形主體
248‧‧‧薄型橋
250‧‧‧鑽孔
252‧‧‧內表面
400‧‧‧方法
402‧‧‧方塊
404‧‧‧方塊
406‧‧‧方塊
408‧‧‧方塊
410‧‧‧方塊
412‧‧‧方塊
因此，可詳細地理解本案的上述特徵結構的方式，即上文簡要概述的本案的更具體描述可參照實施方式進行，一些實施方式圖示在附圖中。然而，應注意，附圖僅圖示本案的典型實施方式，且因此不應被視為本案範圍的限制，因為本案可允許其他同等有效的實施方式。
圖1圖示根據本案的實施方式的示範性處理腔室的橫截面圖，所述處理腔室可用於處理半導體基板。
圖2圖示根據本案的實施方式的基座加熱器的一部分的示意性橫截面圖，所述基座加熱器可用於替代圖1的基座加熱器。
圖3圖示根據本案的實施方式的圖2的基座加熱器的示意性俯視圖。
圖4是流程圖，圖示用於製造圖2的多區基座加熱器的示例性方法。
為了促進理解，在可能的情況下已使用相同元件符號指定為諸圖所共有的相同元件。應想到在一個實施方式中揭示的元件也可以在其他實施方式中使用的，此處不再進行特定詳述。
本案的實施方式一般地提供了具有以精密標度(幾攝氏溫度)控制基板表面的不同區域處的熱量的能力的改善方法和基座加熱器。在各種實施方式中，所述基座加熱器可以是雙區基座加熱器，具有將內部加熱區域與外部加熱區域 分隔的連續熱扼流器。所述連續熱扼流器使得能夠在內部加熱區域和外部加熱區域之間產生和操縱非常小的溫度梯度，從而使得即使所述基座加熱器和所述基板都在相對較高的溫度下操作，也允許在基板表面上實現中央快速蝕刻輪廓或者邊緣快速蝕刻輪廓。本案的公開內容的細節和各種實施方式論述如下。
示例性腔室硬體
圖1圖示示例性處理腔室100的橫截面圖，所述處理腔室可用於處理半導體基板190。所述處理腔室100可以尤其有效地用於執行基於熱或者基於電漿的製程。例如，所述處理腔室100可以配置成從基板上乾燥蝕刻或者去除材料。所述處理腔室100尤其適合於對材料的各向同性幹法蝕刻，具有高選擇性和對基板的最小損傷。在一個實施方式中，所述幹法蝕刻是使用含氟氣體執行的。可經調適用於實踐本案的實施方式的處理腔室可包括但不限於SiconiTM處理腔室，所述處理腔室可從加利福尼亞州聖克拉拉市的應用材料公司(Applied Materials Inc.，Santa Clara，California)購得。應注意的是其他真空處理腔室，包括那些可從其他製造商處購得的腔室，也可經調適以實踐本案的各種實施方式。
在一個實施方式中，所述處理腔室100是電容耦合的電漿處理腔室，所述處理腔室提供對基板的熱學和電漿處理。所述處理腔室100可配置成在小於約20托(例如，約1托)的壓力水平下操作。所述處理腔室100一般包括腔室主體102、蓋元件104和基座加熱器106。所述蓋組件104設置在腔室主 體102的頂端，以及所述基座加熱器106至少部分地設置在所述腔室主體102內，例如設置在腔室主體102中與蓋元件104相對的一端處。所述腔室主體102還包括形成在所述腔室主體的側壁中的狹縫閥開口108，所述狹縫閥開口108用於提供對處理腔室100的內部體積的接取。所述狹縫閥開口108被選擇性地開放和關閉，以允許用外部的基板搬運機械手(未示出)接取所述腔室主體102的內部體積。
在一或多個實施方式中，所述腔室主體102包括形成在腔室主體中的通道110，以使熱傳遞流體穿過所述通道流動。該熱傳遞流體可以是加熱流體或者冷凍劑，並且用於控制所述腔室主體102在處理期間的溫度。
所述腔室主體102還可包括圍繞所述基座加熱器106的襯墊112。所述襯墊112可拆卸以進行檢修和清潔。所述襯墊112可以由以下材料製成：金屬或金屬合金，諸如鋁或者不銹鋼；陶瓷材料，諸如氮化鋁或者氧化鋁；或者任何其他製程相容的材料。在一或多個實施方式中，所述襯墊112包括一或多個孔114和泵送通道116，所述泵送通道116形成為穿過所述襯墊112以與真空口118流體連通。所述孔114向處理腔室100的內部體積中的氣體提供進入泵送通道116的流動路徑，該路徑將處理腔室100內的氣體傳遞到真空口118。真空系統耦接至真空口118以調節穿過所述處理腔室100的氣流。所述真空系統包括真空泵120和節流閥122。
所述蓋元件104包括多個堆疊的部件，所述多個堆疊的部件配置成在各部件之間形成一或多個體積。在一個實施 方式中，所述蓋元件104包括蓋124、阻斷件126、面板128、選擇性調節裝置(selectivity modulation device；SMD)130，以及氣體分配板132。蓋124耦接至第一功率源138，諸如射頻功率源，所述功率源配置成在約0和約3000W之間，以在約400千赫茲和約60兆赫之間的頻率操作。在一個實例中，所述第一功率源138配置成以約13.56兆赫的頻率傳遞約30瓦特至約1500瓦特。在一個實施方式中，所述蓋124可包括一或多個嵌入通道或者通路，以用於容納加熱器或者傳送加熱流體來提供對所述蓋元件104的溫度控制。
所述蓋124包括入口134，所述入口134與遠端電漿產生器136流體連通，所述遠端電漿產生器136耦接至第一氣源(未示出)。在一個實施方式中所述第一氣源提供氟氣。所述蓋124垂直地設置在所述阻斷件126上方並且配置成傳遞第一電漿穿過入口134從所述遠端電漿產生器136進入限定在蓋124和阻斷件126之間的第一體積140。
所述阻斷件126耦接至蓋124(因此是射頻熱的)並且包括多個孔142，所述孔142配置成從所述第一電漿中過濾中性物質(neutral species)以允許離子和自由基流通穿過所述孔。所述阻斷件126垂直地設置在所述面板128上方，由此顯著地僅允許來自第一電漿的離子和自由基進入限定在所述阻斷件126和所述面板128之間的第二體積144。來自所述第一電漿的離子和自由基在所述第二體積144中經由所述面板128分配到第三體積146。
在一個實施方式中，所述面板128和所述SMD 130分 別形成上電極和下電極，以限定在它們之間形成的第三體積146。所述面板128連接到第二功率源148，諸如射頻功率源，並且所述SMD 130接地，由此在所述上電極128和下電極130之間形成電容。如果需要的話，所述下電極130可以是電浮的。所述上電極128和下電極130可由以下材料製成：高度摻雜的矽或金屬，諸如鋁、不銹鋼等等。在一些實施方式中，所述上電極128和所述下電極130可塗覆有含氧化鋁或氧化釔的防護層。絕緣體150設置在所述面板128和所述SMD 130之間並且配置用於電絕緣所述面板128和所述SMD 130。在一個實施方式中，所述絕緣體150是用陶瓷製造的。
所述面板128可包括删餘板152。在面板128中的多個孔155配置用於將離子和自由基從所述第二體積144均勻地傳遞到所述第三體積146。所述SMD 130可包括具有多個孔154的删餘板151。SMD 130中的多個孔154是配置用於控制離子/自由基比率，從而調整選擇性提供至限定在所述SMD 130和所述氣體分配板132之間的第四體積156的氣體。所述SMD 130配置用於過濾所需量的離子以及允許所需量的自由基流通穿過所述SMD 130而進入第四體積156。所述離子/自由基比率可以基於處理要求來選擇。
所述氣體分配板132可以是大體上扁圓形的部件，包括多個第一孔158和第二孔160，以分配穿過所述氣體分配板132的氣流。所述第一孔158和所述第二孔160形成了設置在所述基座加熱器106上方的雙區氣體分配板132。在一個實施方式中，所述第一孔158配置用於傳遞所需量的離子和自由基從 第四體積156進入限定在所述氣體分配板132和所述基座加熱器106之間的處理空間162。在一個實施方式中，所述第二孔160與第二氣源(未示出)流體連通並且配置用於傳遞第二氣體從所述氣體分配板132的側壁進入所述處理空間162。因此，所述雙區氣體分配板132有利地傳遞至少兩種不同的化學物質至所述處理空間162，並且允許所述第二氣體迴避具有所述第一氣體的第一體積140、第二體積144、第三體積146和第四體積156。所述雙區氣體分配板132可以配置用於跨基板表面分配具有所需離子/自由基比率的第一氣體，以及分配第二氣體。在各個實例中，所述第一氣體及/或第二氣體可以是蝕刻劑或者離子化的活性自由基(諸如，離子化的氟、氯或者氨氣)，或者氧化劑(諸如臭氧)。在一些實施方式中，所述第二氣體可包括包含NF3和He的電漿。
所述基座加熱器106可包括支撐板164，所述支撐板164具有平坦的或者大體上平坦的表面，以用於在處理期間將基板190支撐在所述支撐板164上。所述支撐板164可以用軸168耦接至致動器166，所述軸168延伸穿過形成在所述腔室主體102的底表面中的中心定位的開口。所述致動器166可以用波紋管(未示出)柔性地密封至所述腔室主體102，所述波紋管防止所述軸168四周的真空洩漏。所述致動器166允許所述支撐板164在所述腔室主體102內的處理位置和較低的傳送位置之間垂直地移動。所述傳送位置略低於形成在所述腔室主體102的側壁中的狹縫閥開口108。
所述基座加熱器106可包括一或多個鑽孔，所述鑽孔 形成為穿過所述支撐板164以容納升降桿186，所述升降桿186用於操縱和傳送基板。所述升降桿186是在所述鑽孔內可移動的。當被致動時，所述升降桿186向上凸出離開所述鑽孔並且推抵所述基板190的背側表面，由此舉升所述基板190離開所述支撐板164。相反地，所述升降桿186可以從伸展位置收縮以降下所述基板190，由此將所述基板190擱置在所述支撐板164上。
在一些實施方式中，所述基板190可以使用真空吸盤或者靜電夾盤緊固至所述支撐板164。靜電夾盤可包括圍繞電極174的至少一種介電質材料，所述電極可定位在所述支撐板164內。所述電極174可以耦接至多個射頻偏置功率源176、178。所述雙射頻偏置功率源176、178經由匹配電路180耦接至電極174。所述射頻偏置功率源176、178廣泛地能夠產生射頻信號，所述射頻信號具有從約50千赫茲至約200兆赫的頻率以及在約0瓦特至約5000瓦特之間的功率。另外的偏置功率源可以耦接至所述電極174，以依須求控制電漿的特性。所述支撐板164可以具有兩個或更多個加熱區域，以及所述加熱區域中一些加熱區域的溫度可以通過流體控制，所述流體穿過嵌入支撐板164的主體的流體通道循環，如將在下文中更詳細論述的。
示例性基座加熱器
致力於提供基座加熱器的所需溫度分佈以便賦能在基板表面上不同的蝕刻速率，本發明人已經提出了一種改善的基座加熱器，所述基座加熱器具有改變/控制所述基板的中 央區域中和所述基板的邊緣地區上的熱量的能力。圖2圖示基座加熱器264的示意性橫截面圖，所述基座加熱器264可用於替換在圖1中示出的基座加熱器106。應預料到所述基座加熱器264還可用於替代在其他熱及/或電漿增強處理腔室中存在的基座加熱器或者基板支撐組件。
所述基座加熱器264包括基座支撐板202，所述基座支撐板202用軸168耦接至致動器(在圖1中示出為166)。所述致動器允許所述基座支撐板202在所述處理腔室內的處理位置和傳送位置之間，以如上文關於圖1所論述的方式垂直地移動。所述基座支撐板202可以為具有大體上平坦的表面的圓盤形主體206的形式。雖然所述基座支撐板202被示出和描述為其大小設計成支撐基板的圓盤形主體，但是所述基座支撐板202和設置在所述基座支撐板202上的所述基座加熱器的所有其他板不限於任何特定形狀。在一個方面，術語「基板」是指具有200mm直徑或者300mm直徑的圓形晶圓。在另一方面中，所述術語「基板」是指任何多邊形、正方形、矩形、弧形或者另外的非圓形工件，諸如在例如平板顯示器的製造中使用的玻璃基板。
所述基座支撐板202可以由以下材料製成：金屬，諸如鋁；金屬合金，諸如不銹鋼；或者陶瓷材料，諸如氧化鋁或者氮化鋁；或者任何其他製程相容的材料。所述圓盤形主體206耦接至所述軸168。所述圓盤形主體206一般具有上表面208、下表面210和圓柱形外表面212。在一個實施方式中，所述基座支撐板202可以具有多個流體通道214，所述流體通道 214形成在所述圓盤形主體206中與所述上表面208相鄰，以提供對基座支撐板202的溫度控制。所述流體通道214與熱傳遞流體導管216流體連通，所述熱傳遞流體導管216設置在所述軸168內以用於使傳熱媒體或者冷卻媒體流動。所述流體通道214可以圍繞所述軸168以對稱方式定位，以提供均勻的熱傳遞至所述基板190。具體地，所述流體通道214將來自所述控溫板224的大部分熱損失引導主要向下而不是跨設置在控溫板224中的加熱區域。在一個實施方式中，可以在所述圓盤形主體206中設置四組流體通道。可設想有更多或更少數量的流體通道。所述熱傳遞流體導管216與熱傳遞流體源(未示出)流體連通。可以使用任何合適的熱傳遞流體，諸如水、氮氣、乙二醇，或者它們的混合物。所述基座支撐板202還可包括埋入式熱電偶(未示出)以用於監測所述基座支撐板202的上表面208的溫度。例如，來自所述熱電偶的信號可在反饋回路中使用，以控制穿過所述流體通道214循環的流體的溫度或者流動速率。
所述軸168還可提供真空導管217，所述真空導管217經由形成在基板接收板222內的通道218(僅示出一個)耦接至多個孔220。所述孔220經由所述真空導管217與真空泵(未示出)流體連通，以通過穿過所述孔220和通道218吸真空而將基板190夾緊至所述基板接收板222的上表面。在一定條件下，所述真空導管217可用於供應淨化氣體至基板接收板222的表面，以防止反應性氣體/電漿或者副產物接觸所述基板的背側。在一些實施方式中，在蝕刻製程期間，可將具有相對 較高的導熱性的淨化氣體，諸如氦氣、氫氣或者它們的組合，供應至所述基板的背側，以在基板接收板222和基板190之間提供更好的熱傳遞。所述基座加熱器的熱傳導率可以通過改變所述基板接收板222和所述基板190之間的氣體壓力來增強，這是因為氣體的熱傳導率是所述氣體的壓力的函數。在一個實例中，可以用大體上低於大氣壓力的一壓力水平(例如，10托至100托)將所述淨化氣體施加至基板的背側，以改善所述基板接收板222和所述基板190之間的熱傳導率。
在一個實施方式中，由鋁、銅、陶瓷、石英、不銹鋼等等製成的擋板226可以任選地形成在所述基座加熱器264上。所述擋板226可具有與所述基座支撐板202的直徑相對應的直徑。大多數情況下，所述擋板226的大小被設計成覆蓋所述流體通道214。所述擋板226限制流體通道214內的熱傳遞流體並且隔絕所述熱傳遞流體與所述控溫板224的加熱元件。對於具有約300mm的直徑的基座加熱器來說，所述擋板226可以具有約5mm至約30mm的厚度。
在一個實施方式中，所述基座加熱器264還包括形成在所述擋板226上的控溫板224。如果未使用擋板226，那麼所述控溫板224形成在所述基座支撐板202上。所述控溫板224一般為具有大體上平坦的表面的大體上圓盤形的主體225的形式。所述控溫板224可由以下材料製成：金屬，諸如鋁；金屬合金，諸如不銹鋼；或者陶瓷材料，諸如氧化鋁或者氮化鋁；或者任何其他製程相容的材料。所述控溫板224可具有與所述基座支撐板202的直徑相對應的直徑。對於具有約300mm 的直徑的基座加熱器來說，所述控溫板224可以具有約5mm至約30mm的厚度。
在一些實施方式中，當從控溫板224的頂部觀察時，所述控溫板224可包括兩個或更多個加熱區域。所述控溫板224可具有嵌入在所述圓盤形主體225中的多個加熱元件，以加熱所述控溫板224的不同加熱區域。所述加熱區域可以具有任何合適的佈置，以向基座支撐板202提供所需的溫度分佈。例如，所述控溫板224可以具有佈置在直徑不斷增大的多個同心圓區域及/或環形區域中的加熱區域。在其他實施方式中，所述控溫板224可以具有以徑向對稱的或者不對稱的格局佈置的加熱區域。不論發生那種狀況，每一加熱區域都可具有一或多個獨立PID(比例積分微分)控制的加熱元件，所述加熱元件連接至用於溫度讀取和控制的埋入式熱電偶。
在一個實施方式中，所述控溫板224具有同心地圍繞內部區域228的外部區域230。所述內部區域228可以覆蓋控溫板224的大部分區域，而所述外部區域230可以覆蓋所述控溫板224的邊緣部分。在一些實施方式中，所述內部區域228可具有對控溫板224的上表面約60%至約90%的表面覆蓋度。
所述控溫板224可包括設置在所述圓盤形主體225內的第一組加熱元件232。在一個實施方式中，所述第一組加熱元件232包括四個加熱元件。所述第一組加熱元件232的佈局一般對應於由內部區域228限定的區域。所述第一組加熱元件232可以徑向對稱的方式圍繞軸168佈置。所述控溫板224還可包括設置在所述圓盤形主體225內的第二組加熱元件234。在 一個實施方式中，所述第二組加熱元件234包括兩個加熱元件。所述第二組加熱元件234的佈局一般對應於由外部區域230限定的區域。所述第二組加熱元件234可以徑向對稱的方式圍繞軸168佈置。應注意的是可設想到第一組和第二組加熱元件的數量可依須求改變。預計增加數量的加熱元件會改善加熱可靠性。
所述基座加熱器264在內部區域228和外部區域230處的溫度分佈可以基於引導至所述第一組加熱元件232和所述第二組加熱元件234的功率比來調節。所述第一組加熱元件232和所述第二組加熱元件234可使用任何合適的加熱方法，諸如電阻加熱、非電阻加熱、電感加熱、輻射加熱，或者它們的任意組合。在一些實施方式中，所述第一組加熱元件232可使用電阻加熱方法來加熱內部區域228，而所述第二組加熱元件234可使用非電阻加熱方法來加熱外部區域230，或者反之亦然。在一些實施方式中，所述第一組加熱元件232和所述第二組加熱元件234兩者可都使用電阻加熱方法來加熱所述內部區域228和所述外部區域230。
所述電阻加熱元件可以由以下材料構成：電阻性金屬、電阻性金屬合金，或者這兩種材料的組合。用於所述電阻加熱構件的合適材料可包括那些具有高熱阻的材料，諸如鎢、鉬、鈦等等。所述第一組和第二組加熱元件可以用具有與基板接收板222和下層擋板226(如果使用的話)的熱性質中的至少一者或兩者大體上匹配的熱性質的材料製造，以降低由不匹配的熱膨脹所引起的應力。非電阻加熱方法可包括 例如內部或者外部熱交換源的應用。
基板接收板222設置在所述控溫板224上。所述基板接收板222可為具有與控溫板224大體上對應的直徑的圓盤形主體246的形式。所述基板接收板222可以由以下材料製成：鋁、銅、陶瓷、石英、不銹鋼，或者任何合適的製程相容材料。
所述基板接收板222可以具有配置用於支援/限制基板的運動，或者用於防止在所述製程期間對基板區域的不希望腐蝕的特徵結構。所述基板接收板222可配置成可從所述控溫板224拆卸。在一些實施方式中，例如，所述基板接收板222可具有凸出部240和凹陷區域244，所述凸出部240從基板接收板上表面242圍繞所述基板接收板222的周緣向上延伸，以及所述凸出部240圍繞所述凹陷區域244。所述凹陷區域244的大小可經設計並且可配置用於接收基板190，以使得一旦所述基板190被安置到所述凹陷區域244內，所述基板190的頂表面就大體上與所述凸出部240的頂表面齊平或者略高於所述凸出部240的頂表面。所述凸出部240可具有圈環形狀。在一些實施方式中，所述凸出部240可具有與凹陷區域244鄰接的內部圓周表面252。所述凸出部240的內表面252可以大於零的角度相對於所述凸出部240的頂表面傾斜，所述角度為例如約30度至約150度，諸如在約100度和約120度之間。所述凸出部240和所述凹陷區域244限制基板在製程期間的運動。對於具有約300mm的直徑的基座加熱器來說，所述基板接收板222可以具有約5mm至約30mm的總厚度。所述凸出部240可具有約0.5 mm至約5mm的厚度。應注意的是所述凸出部和凹陷區域是出於說明性目的的，並且不應被視為限制其他可能的設計變化的範圍。
在各種實施方式中，所述基座加熱器264還包括環形槽236，所述環形槽236形成在所述控溫板224的圓盤形主體225中，在內部區域228和外部區域230之間。所述槽236一般具有足夠大的寬度以熱絕緣內部區域228與外部區域230。對於具有約300mm的直徑的基座加熱器來說，所述槽236可以具有約1mm至約15mm的寬度，例如約2mm至約8mm。所述槽236可以形成為穿過所述控溫板224的整體厚度，以便實體地隔絕所述內部區域228和所述外部區域230，如圖3所示，圖3圖示圖2的基座加熱器264的示意性仰視圖，示出所述內部區域228和所述外部區域230被圍繞基座加熱器264的周緣延伸的連續槽236分隔。圖3還圖示基座加熱器264，所述基座加熱器264具有三個鑽孔250，所述鑽孔250各自配置成容納升降桿186(在圖2中示出)。所述鑽孔250是沿著基座加熱器264的周邊，在槽236所處的區域處以有規律的間隔分隔開的。如先前所論述的，所述升降桿是在該升降桿相應的鑽孔250內可移動的，以用於基板搬運和傳送。如在圖2中可以更好地看出的，所述鑽孔250一般形成為穿過所述基板接收板222、所述控溫板224、所述擋板226和所述基座支撐板202，以允許各個升降桿穿過該升降桿相應的鑽孔，從而從較低的位置或者較高的位置移動基板。
在一些實施方式中，所述槽236還延伸到所述基板接 收板222的圓盤形主體246的厚度中。在圖2中示出的一個實施方式中，所述槽236是形成為穿過所述控溫板224的整體厚度，並且向上延伸進入所述基板接收板222的凹陷區域244處。因此，設置在所述內部區域228上方的基板接收板222的圓盤形主體246通過薄型橋248連接到設置在所述外部區域230上方的圓盤形主體246。所述橋248實體地分隔槽236與基板190。在各個實例中，所述槽236形成在控溫板224的底部中，留下橋248連續地並且整合地連接所述內部區域228和所述外部區域230。雖然所述橋248的厚度被示出為顯著地薄於設置在所述內部區域228和外部區域230上方的圓盤形主體246的厚度，但是所述橋248應該具有用以提供在所述凹陷區域244和所述凸出部240之間的結構所需的機械強度的最小厚度。
槽236的深度和橋248的厚度經仔細選擇以在基板190和基板接收板222(以及因此控溫板224)之間提供受限的熱傳遞(例如，熱扼流器)。在其中基板接收板222和控溫板224具有約5mm至約30mm的總厚度的情形中，所述槽236可以具有約2mm至約29.5mm的高度。所述橋248可具有約0.5mm至約28mm的厚度，以及約2mm至約8mm的寬度。
無論槽236是否延伸入基板接收板222，槽236和橋248都在內部區域228和外部區域230之間提供熱扼流器。因此，否則如果缺乏槽236和橋248就將穿過控溫板224的圓盤形主體225的、在內部區域228和外部區域230之間的熱傳遞被極大地減少。槽236(即，熱扼流器)因此使得在內部區域228和外部區域230之間能夠產生和操縱非常精確的溫度梯度，從而 即使基座加熱器和基板都在相對較高的溫度下操作，也允許在基板表面上實現中央快速(內部區域)蝕刻輪廓或者邊緣快速(外部區域)蝕刻輪廓。
此外，因為在蝕刻製程初始階段之前或期間，基座加熱器264可以維持在略低於所述處理腔室的環境溫度的溫度，所以操作者將能夠用引導至內部區域228(以獲得中央快速蝕刻輪廓)或者引導至外部區域230(以獲得邊緣快速蝕刻輪廓)的最少量的熱來精確控制內部區域228及/或外部區域230的溫度。在本實例中，因為將添加到內部區域228/外部區域230的熱量是如此小並且控溫板224和基板接收板222都是由高導熱性材料(諸如，鋁)製成的，所以在內部區域228和外部區域230之間提供較寬的、連續的熱扼流器可有效地限制從外部區域230至內部區域228(或者反之亦然)的熱流動，否則所述熱流動如果不加限制將會影響接觸基板的基板接收板222的所需溫度分佈。
此外，所述鑽孔250可形成為穿過設置在槽236和基板190之間的橋248，從而掩蔽從基板190至升降桿鑽孔250的緩慢熱傳遞，由此防止基板表面上的局部點可不利地影響基板蝕刻輪廓。因為從基板190到基板接收板222(以及因此控溫板224)的熱流差在升降桿鑽孔所處的區域非常類似於橋248的其他部分，所以如一般將在一般基座加熱器中看到的升降桿鑽孔250上方的基板上的熱點實質上不再是問題，這是因為在槽236上方的熱傳遞實質上是均勻的。
現將描述示例性蝕刻製程以解釋具有圖2的發明性 基座加熱器的圖1的處理腔室100可如何有利於蝕刻製程。為簡單起見以及為了便於說明，將關於圖1的處理腔室100來描述用於使用從氨氣(NH3)和三氟化氮(NF3)氣體混合物產生的電漿去除介電質材料(諸如，氧化矽)的示例性幹法蝕刻製程。所述幹法蝕刻製程可以從以下步驟開始：將基板穿過狹縫閥開口108安置到處理腔室中並且設置到基座加熱器264的上表面上。所述基板可以通過經由真空導管217穿過孔220和通道218吸真空而緊固至基板接收板222。如果所述基座加熱器264不是已經處於處理位置，那麼將所述基座加熱器264舉升到所述腔室主體102內的處理位置。可將所述腔室主體102維持在所需的溫度，所述溫度為例如在50℃和200℃之間，諸如約80℃。可以通過穿過通道110傳遞熱傳遞流體來維持所述腔室主體102的溫度。
在一個實施方式中，將基板冷卻至比所述處理腔室的環境溫度略低例如約5℃或更小的溫度，諸如略低約1℃或者2℃，所述處理腔室的環境溫度是腔室主體102的溫度(在本實例中為約80℃)的結果。為了到達上文所指定的所需基板溫度，可通過使冷卻流體穿過所述流體通道214不斷流動來將基座加熱器冷卻並且維持在約78℃至79℃的溫度。因此內部區域228和外部區域230的溫度被維持在約78℃至79℃的溫度，所述溫度比處理腔室100的環境溫度低約1℃或2℃。
隨後將從合適的蝕刻氣體混合物(例如，氨氣和三氟化氮氣體)產生的電漿從遠端電漿產生器136引入入口134。所述電漿流動穿過阻斷件126、面板128、SMD 130和氣體分 配板132，以過濾所需量的離子，從而允許所需量的自由基流動至處理空間162並且與基板表面反應。或者，可以將所述蝕刻氣體混合物引入入口134並且通過施加射頻功率至所述電極(例如，面板128和SMD 130)而激發成電漿形式。還可在所述氣體混合物之前或者與所述氣體混合物同時地，將淨化氣體或載氣，諸如氬氣、氦氣、氫氣、氮氣或者它們的混合物引入處理腔室。在一些方面中，可使蝕刻氣體及/或淨化氣體或載氣中的一者或多者從氣體分配板132的側壁穿過氣體分配板132的第二孔160而流入處理空間162。所述電漿與氧化矽表面反應而形成六氟矽酸銨(NH4)2SiF6、NH3，以及H2O產物。所述NH3和H2O在處理條件下是蒸氣並且可以通過真空泵120從處理腔室100去除。在基板表面上留下了(NH4)2SiF6的薄膜。隨後將所述基座加熱器264加熱至足夠的溫度以將所述(NH4)2SiF6薄膜分解或者昇華成揮發性的SiF4、NH3和HF產物。
取決於將在處理腔室中執行的蝕刻製程，可以控制內部區域228和外部區域230的溫度，以使得能夠對形成在基板上的材料層(即，(NH4)2SiF6的薄膜)實現中央快速蝕刻輪廓或者邊緣快速蝕刻輪廓。通常，80℃或更高的溫度被用來從基板有效地昇華和去除薄膜。在其中在基板表面上需要中央快速蝕刻輪廓的情形中，可以控制所述第一組加熱元件232來將內部區域228的溫度加熱回升至約80℃，而外部區域230仍然維持在約78℃至79℃的溫度下。因此，在內部區域228和外部區域230之間產生了約1℃至約2℃的溫度梯度。因為內部 區域228被加熱至約80℃的溫度，相對高於所述外部區域230的溫度(約78℃至79℃)，所以在基板表面上實現了中央快速蝕刻輪廓。由於定位在內部區域228和外部區域230之間的橋248和槽236(即，熱扼流器)的存在，所以可以有效地維持這個溫度梯度，所述溫度梯度限制或者最小化內部區域228和外部區域230之間的熱傳遞。此外，實現中央快速蝕刻輪廓所需的功率(熱)量可被保持為最小的，這是因為待增加到內部區域228的溫度僅為1℃或者2℃。槽236因此使得能夠在內部區域228和外部區域230之間精確地產生非常小的溫度梯度(幾攝氏溫度)。
在其中需要邊緣快速蝕刻輪廓的情形中，可以反之亦然控制第二組加熱元件234以將所述外部區域230的溫度加熱回升，從而在內部區域228和外部區域230之間產生所需的溫度梯度。應注意的是取決於基板表面上所需的製程配方/蝕刻輪廓，可設想更大或更小的溫度梯度。本文提供的溫度範圍是僅出於說明性目的，並且不應被視為限制其他可能的蝕刻製程的範圍。本領域一般技藝人士可以輕易地決定高效和有效地氣化所需薄膜而不損壞下層基板所需的溫度。
一旦已經從基板去除所述膜，就對所述腔室進行淨化和抽真空。隨後通過以下方式從處理腔室100去除經處理的基板：使基板下降到傳送位置，鬆開基板，以及傳送所述基板穿過狹縫閥開口108離開所述處理腔室100。
圖4是流程圖，示出用於製造圖2的多區基座加熱器或者類似的基座加熱器的示例性方法400。所述方法400是從 方塊402處從以下步驟開始的：形成基板接收板。可以使用熱壓燒結製程形成所述基板接收板，在所述熱壓燒結製程中將第一層導熱性材料(例如，鋁)以粉劑形式壓入鑄模中並加熱。所述鑄模可以具有預定的鑄模式樣，以便所述基板接收板形成為具有所需的基板支撐特徵結構，例如圖2的凸出部240和凹陷區域244。
在方塊404處，將控溫板安置到基板接收板的與基板支撐特徵結構相對的表面上。所述控溫板可以通過以下步驟形成：提供粉末形式的第二層導熱性材料(例如，鋁)到鑄模中的第一層鋁粉上方，以及隨後將第一組加熱元件和第二組加熱元件放置到所述第二層鋁粉上。所述第一組加熱元件和所述第二組加熱元件的佈局被佈置成使得位於第二層鋁粉的中央區域處的所述第一組加熱元件產生內部加熱區域，而位於邊緣地區處的第二組加熱元件產生外部加熱區域，如上文關於圖2所論述的。一旦第一層和第二層鋁粉以及第一組和第二組加熱元件就位，可將第三層導熱性材料(例如，鋁)以粉末形式安置在第二層鋁粉上方，以封裝所述加熱元件。此後，可將一或多個熱電偶放置到第三層鋁粉上。
在方塊406處，一旦各層鋁粉、加熱元件以及熱電偶就位，可施加高壓力和高溫至設置在鑄模中的各層鋁粉，從而引發燒結程序。結果是形成了分層的板結構，所述板結構具有嵌入板結構中的加熱元件和熱電偶。
在方塊408處，將連續槽形成到所述分層的板結構中，直至獲得所需厚度的槽。可以用任何可行方法形成連續槽 ，所述方法為諸如磨銑、噴砂、研磨或者蝕刻製程。所述槽可以延伸穿過控溫板以及進入基板接收板的一部分中。所述槽一般具有以上文關於圖2所論述的連續方式圍繞控溫板的周邊延伸的佈置。所述槽可以替代地在方塊408處一體成型。
在方塊410處，將具有連續槽的分層板結構接合至擋板。可以使用合適的製程將所述分層的板結構接合至擋板，所述製程為諸如燒結製程、釺焊製程，或者焊接製程。可以用熱壓燒結製程形成所述擋板，在所述熱壓燒結製程中將第四層導熱性材料(例如，鋁)以粉劑形式壓入鑄模中並加熱。在將分層的板結構接合至擋板後，就用擋板覆蓋所述連續槽。
在方塊412處，使用合適的製程將具有擋板的分層的板結構接合至基座支撐板，所述製程為諸如燒結製程或者焊接製程。可以使用熱壓燒結製程形成所述基座支撐板，在所述熱壓燒結製程中將第五層導熱性材料(例如，鋁)以粉劑形式壓入鑄模中並加熱。所述鑄模可以具有預定的鑄模式樣，以便所述基座支撐板形成為具有流體通道，如圖2所示。一旦所述分層的板結構接合至基座支撐板，就將可附接的空心軸耦接至基座支撐板，從而形成基座加熱器。所述軸可用作用於冷卻流體流、電氣佈線或者熱電偶佈線的導管。應注意的是在整個製造製程期間，所述基座加熱器可製造為真空密閉的。雖然未示出或論述，但是應理解可以按照不同於上文論述的順序製造基座加熱器。完成功能性基座加熱器所需的另外步驟可以在方塊402-412之間，之前或者之後執行。例如 ，在製造製程期間，加熱元件、熱電偶和流體通道所需的電氣導線、連接器以及流體管線可以形成在控溫板和基座支撐板中。
本案的益處包括改善的基座加熱器，所述基座加熱器具有以精密標度(幾攝氏溫度)控制基板表面的不同區域處的熱量的能力。具體地，在雙區基座加熱器中連續熱扼流器的使用使內部加熱區域與外部加熱區域相分隔。所述連續熱扼流器使得能夠在所述內部加熱區域和所述外部加熱區域之間產生和操縱非常小的溫度梯度，從而即使所述基座加熱器和所述基板都在相對較高的溫度下操作，也允許在基板表面上實現中央快速蝕刻輪廓或者邊緣快速蝕刻輪廓。
儘管上述內容是針對本案的實施方式，但可在不脫離本案的基本範圍的情況下設計本案的進一步實施方式，且本案的範圍是由以上申請專利範圍來決定。

Claims (12)

  1. 一種用於一處理腔室的基座加熱器，該基座加熱器包括：一控溫板，該控溫板具有一第一表面和相對於該第一表面的一第二表面；該控溫板包括：一第一區域，該第一區域包括一第一組加熱元件；和一第二區域，該第二區域包括一第二組加熱元件，該第二區域圍繞該第一區域；一基板接收板，該基板接收板具有一第一表面和與該第一表面相對的一第二表面，其中該基板接收板的該第二表面耦接至該控溫板的該第一表面；一連續的環形的熱扼流器，該熱扼流器設置在該第一區域和該第二區域之間，其中該熱扼流器是穿過該控溫板的整體厚度並且進入該基板接收板的一厚度而形成的一切口(cut-out)，使得設置在該第二區域上方的該基板接收板的一部分透過一薄型橋連接到設置在該第一區域上方的該基板接收板的一部分；一鑽孔，該鑽孔穿過該薄型橋而形成，其中該鑽孔開口至該切口中；及一升降桿，其大小經設置以穿過該薄型橋中之該鑽孔。
  2. 根據請求項1之基座加熱器，其中該第一區域圍繞該控溫板的中心區域覆蓋該控溫板的大部分。
  3. 根據請求項1之基座加熱器，其中該基座加熱器還包括：一基座支撐板，該基座支撐板具有一第一表面和與該第一表面相對的一第二表面，該基座支撐板的該第一表面設置為與該控溫板的該第二表面相鄰，並且該基座支撐板具有複數個流體通道。
  4. 根據請求項3之基座加熱器，其中該控溫板、該基座支撐板和該基板接收板是用以下材料形成的：鋁、不銹鋼、氧化鋁，或者氮化鋁。
  5. 根據請求項1之基座加熱器，其中該薄型橋的厚度與該基板接收板和該控溫板的結合的厚度的比是約1：1.05至約1：10。
  6. 根據請求項1之基座加熱器，其中該基座加熱器還包括：一擋板，該擋板設置在該基座支撐板和該控溫板之間，其中該擋板大小經設置以覆蓋該複數個流體通道。
  7. 一種用於一處理腔室的基座加熱器，該基座加熱器包括：一基板接收板，該基板接收板具有一上表面和與該上表面相對的一底表面；一控溫板，該控溫板具有一上表面和與該上表面相對的一底表面，該控溫板的該上表面耦接至該基板接收板的該底表面，該控溫板包括：一第一區域，該第一區域設置在該控溫板的一中心區域中，該控溫板包括設置在該第一區域的一第一組加熱元件；及一第二區域，該第二區域設置為圍繞該第一區域，該控溫板包括設置在該第二區域的一第二組加熱元件；一切口(cut-out)，該切口設置在該第一區域和該第二區域之間，該切口從該控溫板的該底表面延伸穿過該控溫板到該上表面，並進入該基板接收板的一部分以提供該基板接收板中的一橋部分；一基座支撐板，該基座支撐板具有一上表面和與該上表面相對的一底表面，該基座支撐板具有設置在該上表面中的複數個流體通道；一擋板，該擋板設置在該基座支撐板和該控溫板之間，其中該擋板大小經設置以覆蓋該複數個流體通道和該切口；一鑽孔，該鑽孔穿過該橋部分而形成，其中該鑽孔開口至該切口中；及一升降桿，其大小經設置以穿過由穿過該薄型橋所形成之該鑽孔。
  8. 根據請求項7之基座加熱器，其中該第一區域是與該第二區域同心的。
  9. 根據請求項7之基座加熱器，其中該控溫板、該基座支撐板、該擋板和該基板接收板是用以下材料形成的：鋁、不銹鋼、氧化鋁，或者氮化鋁。
  10. 根據請求項7之基座加熱器，其中該第一組和第二組加熱元件是以一徑向對稱的方式圍繞該中心區域佈置的。
  11. 一種用於一處理腔室的基座加熱器，該基座加熱器包括：一基板接收板，該基板接收板具有一基板接收表面；一基座支撐板，該基座支撐板具有一或多個流體通道；一控溫板，該控溫板設置在該基板接收板和該基座支撐板之間，該控溫板包括一第一組加熱元件和圍繞該第一組加熱元件的一第二組加熱元件；一環形切口(cut-out)，該環形切口是穿過該控溫板的整體厚度並且進入該基板接收板的一厚度而形成，用以提供該基板接收板中的一橋部分，其中該環形切口將該第一組加熱元件與該第二組加熱元件分離；一鑽孔，該鑽孔穿過該橋部分而形成，其中該鑽孔開口至該環形切口中；及一升降桿，其大小經設置以穿過由穿過該橋部分所形成之該鑽孔。
  12. 根據請求項11之基座加熱器，其中該基座加熱器還包括：一擋板，該擋板設置在該基座支撐板和該控溫板之間，其中該擋板大小經設置以覆蓋該一或多個流體通道和該環形切口。
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