TWI682489B - 帶有多個加熱區的基板支撐件 - Google Patents

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TWI682489B
TWI682489B TW104134575A TW104134575A TWI682489B TW I682489 B TWI682489 B TW I682489B TW 104134575 A TW104134575 A TW 104134575A TW 104134575 A TW104134575 A TW 104134575A TW I682489 B TWI682489 B TW I682489B
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松下智治
拉菲傑立巴利
蔡振雄
卡曼司亞拉文德
袁小雄
高帕曼裘那薩
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美商應用材料股份有限公司
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Abstract

本發明提供基板支撐件的實施例。在某些實施例中，基板支撐件可包括具有支撐表面的主體；及第一加熱器，第一加熱器設置於主體內且具有第一加熱線圈與多個加熱區，其中第一加熱線圈的一螺距繞線於多個加熱區之間變化以界定多個加熱區之間的預定加熱比率。

Description

帶有多個加熱區的基板支撐件
本發明揭露的實施例一般係關於半導體處理設備。
發明人觀察到化學氣相沉積(CVD)與原子層沉積(ALD)腔室中的許多傳統基板支撐加熱器顯示在高溫(如大於約350℃)操作時，因為基板支撐件與支撐軸的底部與側表面處的輻射而有高熱損失。發明人進一步觀察到熱損失導致設置於基板支撐件上的基板之非均勻性處理。
因此，發明人提供了具有更均勻加熱的基板支撐件之實施例。
本發明提供基板支撐件的實施例。在某些實施例中，基板支撐件可包括具有支撐表面的主體；及第一加熱器，第一加熱器設置於主體內且具有第一加熱線圈與多個加熱區，其中第一加熱線圈的一螺距(pitch)繞線(winding)於多個加熱區之間變化以界定多個加熱區之間的預定加熱比率。
在某些實施例中，處理腔室可包括腔室主體，腔室主體界定內部空間；及設置於內部空間中的基板支撐件。基板支撐件可包含具有支撐表面的主體；及第一加熱器，第一加熱器設置於主體內且具有第一加熱線圈與多個加熱區，其中第一加熱線圈的一螺距繞線於多個加熱區之間變化以界定多個加熱區之間的預定加熱比率。
在某些實施例中，一基板支撐件可包括具有支撐表面的主體；第一加熱器，第一加熱器設置於主體內且具有第一加熱線圈與多個加熱區，其中第一加熱線圈的一螺距繞線於多個加熱區之間變化以界定多個加熱區之間的預定加熱比率，及其中多個加熱區包括第一加熱區、第二加熱區與第三加熱區；及第二加熱器，第二加熱器具有第二加熱線圈，其中第二加熱器設置於欲處理的基板的直徑之外。
本發明揭露的其他與進一步實施例描述於下。
100‧‧‧處理腔室
101‧‧‧噴頭
102‧‧‧腔室主體
103‧‧‧基板支撐件
105‧‧‧第一板
106‧‧‧第二板
107‧‧‧支撐軸
108‧‧‧基板
109‧‧‧開口
110‧‧‧狹縫閥
111‧‧‧電源
112‧‧‧底表面
113‧‧‧導管
114‧‧‧第二氣體源
116‧‧‧導管
117‧‧‧舉升機構
118‧‧‧加熱元件
120‧‧‧主體
122‧‧‧支撐表面
126‧‧‧泵
128‧‧‧氣體源
130‧‧‧排氣裝置
132‧‧‧上排氣裝置
134‧‧‧下排氣裝置
136‧‧‧開口
138‧‧‧開口
140‧‧‧反射熱屏蔽
141‧‧‧第一部分
142‧‧‧第二部分
202‧‧‧第一加熱區
204‧‧‧第二加熱區
206‧‧‧第三加熱區
208‧‧‧外加熱區
210‧‧‧第一加熱器
212‧‧‧第一螺距繞線
214‧‧‧第二螺距繞線
216‧‧‧第三螺距繞線
218‧‧‧第二加熱器
301‧‧‧開口
302‧‧‧真空凹槽
303‧‧‧單一加熱器
304A‧‧‧淨化氣體通道
304B‧‧‧淨化氣體通道
305‧‧‧出口
306‧‧‧升舉銷孔
402‧‧‧真空通道
404‧‧‧第一圓形真空通道
406‧‧‧第二圓形真空通道
408‧‧‧第三圓形真空通道
409‧‧‧第一複數個相交點
410‧‧‧第一複數個徑向通道
411‧‧‧第二複數個相交點
414‧‧‧接觸元件
416‧‧‧邊緣密封帶
418‧‧‧升舉銷密封帶
502‧‧‧導管
506‧‧‧狹槽
602‧‧‧邊緣環
本發明揭露之特徵已簡要概述於前，並在以下有更詳盡之討論，可以藉由參考所附圖式中繪示之本發明實施例以作瞭解。然而，值得注意的是，所附圖式只繪示了本發明揭露的典型實施例，而由於本發明可允許其他等效之實施例，所附圖式並不會視為本發明範圍之限制。
第1圖繪示適合使用根據本發明揭露的某些實施例之基板支撐件的處理腔室的概要示意圖。
第2圖根據本發明揭露的某些實施例繪示基板支撐件的部分之概要頂視圖。
第3圖根據本發明揭露的某些實施例繪示基板支撐件的部分之背側示意圖。
第4圖根據本發明揭露的某些實施例繪示基板支撐件的頂視圖。
第5圖根據本發明揭露的某些實施例繪示基板支撐件的等角截面視圖。
第6圖根據本發明揭露的某些實施例繪示基板支撐件的部分之截面側視圖。
為便於理解，在可能的情況下，使用相同的數字編號代表圖示中相同的元件。該等圖示未依比例繪示，且可為求清楚而簡化。一個實施例中的元件與特徵可有利地用於其它實施例中而無需贅述。
本發明提供了提供改良加熱之基板支撐件的實施例。本發明的基板支撐件的實施例有利地提供正處理的基板更均勻之加熱，因而改善處理均勻性(例如，沉積處理中的沉積薄膜之均勻性)。雖然未意欲限制所揭露的範圍，但本發明揭露的基板支撐件可在對於化學氣相沉積(CVD)配置的處理腔室中特別有利，選擇性地具有射頻(RF)能力，例如適合於處理200、300或450mm直徑的基板之CVD處理腔室，基板具有其他幾何形狀(如矩形)或類似物。
第1圖繪示適合使用根據本發明揭露的某些實施例之具有加熱器的基板支撐件之處理腔室100。處理腔室100可係適合用於執行一或多個基板處理(例如，如化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、原子層沉積(ALD)或類似之沉積處理)的任意處理腔室。在某些實施例中，處理腔室係CVD處理腔室。處理腔室可係單獨的處理腔室或叢集工具的一部分，如可自加州聖克拉拉的應用材料公司取得的CENTURA®、PRODUCER®或ENDURA®叢集工具中的一個。
在某些實施例中，處理腔室100一般可包括腔室主體102、用於支撐基板108的基板支撐件103及用於提供一或多個處理氣體至腔室主體102的內部空間119之一或多個氣體入口(如噴頭101)。
在某些實施例中，腔室主體102可包括一或多個開口(所示的一個開口109)以允許基板108被提供至處理腔室100及自處理腔室100移除。開口109可選擇性地經由狹縫閥110密封，或可選擇性地經由其他機構密封以用於選擇性地透過開口109為腔室主體102的內部空間119提供進出口。在某些實施例中，基板支撐件103可耦接至舉升機構117，舉升機構117可控制下面位置(如圖示)與可選擇的上面位置之間基板支撐件103的位置，下面位置適合於將基板經由開口109自腔室傳送進出，上面位置適合用於處理。處理位置可經選擇而最大化用於特定處理的處理均勻性。當在舉升處理位置的至少一個時， 基板支撐件103可設置於開口109之上以提供對稱的處理區域。
一或多個氣體入口(如噴頭101)可耦接至第一氣體源128以用於提供一或多個處理氣體，一或多個處理氣體用於執行處理腔室100中的處理。雖然所示為噴頭101，但是可提供額外或替代的氣體入口，如設置於處理腔室100的天花板中或側壁上或在適合用於提供氣體至處理腔室100的其他位置處(如腔室主體102的基部、基板支撐件103的周邊或類似物)之噴嘴或入口。
在某些實施例中，處理腔室100進一步包括耦接至泵126的排氣裝置130，排氣裝置130如經由一或多個開口138而將處理氣體、淨化氣體、處理副產品或類似物自處理腔室100移除，一或多個開口138將腔室主體102的內部空間119與排氣裝置130流體耦接。在某些實施例中，排氣裝置130可設置於腔室主體102的壁附近且可進一步以一或多個開口136被分成上排氣裝置132與下排氣裝置134而控制處理氣體等的流動，以通過排氣裝置130而至泵126(如因為不對稱泵的配置而提供自基板上的處理腔室的處理區域至排氣裝置130更方位角均勻的流動)，一或多個開口136設置於上排氣裝置132與下排氣裝置134之間。
基板支撐件103一般包括具有第一板105與第二板106的主體120，第一板105支撐具有給定尺寸(如直徑、長度與寬度，或類似物)的基板108於支撐表 面122上，第二板106(加熱器板)經配置而支撐第一板105。支撐軸107支撐第二板106。基板支撐件103包括排列於複數個加熱區中的一或多個加熱元件。在某些實施例中，一或多個加熱元件118可嵌入於或凹入於第二板106內，因而允許第二板106作為加熱器之功用。電源111經由設置於支撐軸107內的導管113而提供電源給一或多個加熱元件118。在某些實施例中，加熱元件118可嵌入於或凹入於第二板106內且可經配置而使得跨第二板106提供多個加熱區。
在某些實施例中，反射熱屏蔽140可與基板支撐件103之下的支撐軸107耦接。反射熱屏蔽140可由如鋁的反射金屬形成以有利地將主體120的底表面112輻射的任何熱反射回主體120。在某些實施例中，反射熱屏蔽140可包括以任何適合的方式(如栓、螺絲、夾具或類似物)互相耦接的第一部分141與第二部分142。為了促使反射熱屏蔽140正確的置放，支撐軸107可包括狹槽506(示於第5圖)，第一與第二部分141、142在互相耦接前插入狹槽506。
在某些實施例中，第二氣體源114可經由導管116而將淨化氣體(如惰性氣體，如氬)提供至基板108的背側。在某些實施例中，導管116設置於側壁中或支撐軸107的中心開口內。提供一或多個導管(如下所述)以於基板108的邊緣附近傳送淨化氣體。
第2圖繪示主體102的第二板106之概要示意圖。在某些實施例中，一或多個加熱元件118包括第一加熱器210與第二加熱器218。在某些實施例中，第一與第二加熱器210、218可係加熱線圈(如電阻加熱線圈)。在某些實施例中，第一加熱器210可係具有複數個加熱區的內部加熱器。例如，在某些實施例中，複數個加熱區可包括第一加熱區202、第二加熱區204與第三加熱區206。
在某些實施例中，複數個加熱區以固定的預定比率提供。在某些實施例中，複數個加熱區藉由改變個別區域中加熱線圈的螺距繞線而提供於單一導體或加熱線圈中。例如，第一加熱區可包括加熱線圈的第一螺距繞線而第二加熱區可包括加熱線圈的第二螺距繞線，其中第二螺距不同於第一螺距。額外的區域可提供有可為相同或不同於第一螺距或第二螺距的個別的繞線螺距以提供個別區域間預定的加熱比率。發明人發現到藉由改變複數個區域的各者之第一加熱器210的螺距繞線，可以有利地達成區域間的預定加熱比率，因而控制跨基板108的溫度分佈。
在某些實施例中，例如，第一加熱區202內的第一螺距繞線212大於在第二加熱區204內的第二螺距繞線214，及第二加熱區204內的第二螺距繞線214大於第三加熱區206內的第三螺距繞線216。在某些實施例中，第一加熱區202、第二加熱區204與第三加熱區206 的預定加熱比率可為約1比約0.4比約0.3(如約1：0.4：0.3)。雖然以上係相對於三個加熱區描述，但具有界定預定加熱比率的線圈繞線比之任何數量的加熱區域可用於達成跨基板之預定溫度分佈。
在某些實施例中，第二加熱器218可係設置於外加熱區208中的外加熱器。在某些實施例中，外加熱區設置於基板108的直徑外的第二板106之區域中。例如，如果處理腔室100用於處理300mm基板，則第二加熱器218可設置於基板的300mm直徑之外。發明人發現將第二加熱器218設置於基板108的直徑外有利地減少自基板支撐件側邊的熱損失而同時最小化對基板的任何負面影響。在某些實施例中，第二加熱器218的螺距繞線比第一螺距繞線212之比率可係約0.5比約1(如約0.5：1)。如同第一加熱器210，第二加熱器218可具有適合達到跨基板108的預定溫度分佈之任何螺距的線圈繞線。
第3圖根據本發明揭露的某些實施例繪示第一板105的背側。發明人發現傳統基板支撐件中的基板附近之淨化氣體的不對稱流動導致沿著基板邊緣的冷卻區域之不對稱圖案。如此一來，發明人實施不對稱且有利助於基板108更均勻加熱的淨化氣體通道圖案。在某些實施例中，相較於傳統的基板支撐件，第一板105可有利地提供離開第一板105周邊的淨化氣體更均勻的分佈。如第3圖所示，複數個淨化氣體通道304A、304B可自第一板105的中央部分中的單一入口303至第一板105的周邊 處的複數個出口305分佈。在某些實施例中，淨化氣體通道(channel)304A、304B可經由複數個通道(passage)而遞迴分佈至複數個出口305。
在某些實施例中，複數個淨化氣體通道可具有實質相等的流動傳導性。如本說明書所使用的，術語實質等效或實質相等代表互相在約10個百分比內。如上所定義的術語實質等效或實質相等可用於描述本發明揭露的其他態樣，如導管(或通道)長度、流動長度、截面積、流動速率或類似物。
在某些實施例中，複數個淨化氣體通道可具有實質相等的流動長度。在某些實施例中，複數個淨化氣體通道沿著沿個別淨化氣體通道的等效位置可具有實質相等的截面積(如截面積可沿著各通道的長度變化，但複數個淨化氣體通道中的各通道會以實質等效的方式改變)。在某些實施例中，複數個淨化氣體通道可係於第一板105附近對稱排列。在某些實施例中，複數個淨化氣體通道304A的各者之第一截面積係大於複數個淨化氣體通道304B的各者之第二截面積。由於靠近第一板105周邊的截面積減少，而產生阻流(choked flow)的狀況。因此，淨化氣體以實質等效的流動速率自所有出口305離開。
例如，在某些實施例中，單一入口303靠近頂板的中心設置以與支撐軸107中的導管116對齊。複數個淨化氣體通道自單一入口303向外徑向且沿著具有與頂 板(一般來說，以及基板支撐件)共同中心的半徑之弧交替延伸。淨化氣體通道每次徑向向外延伸時，淨化氣體通道於弧的中間相交直到最後徑向向外延伸的通道離開第一板105。
如第3圖所示，真空凹槽302亦被加工為第一板105。開口301延伸通過第一板105而將真空凹槽302流體耦接至第一板105頂部上的複數個真空通道(第4圖中的402)。真空夾持供應(未示出)與真空凹槽302連接，以當基板108置放於第一板105之上時夾持基板108。第一板105亦可包括複數個升舉銷孔306以允許升舉銷(未示出)穿過第一板105並將基板108自第一板105升起或將基板108下降至第一板105上。
第4圖根據本發明揭露的某些實施例繪示第一板105的頂視圖。發明人發現自傳統基板支撐件中的單一偏離中心的開口延伸的真空通道之不對稱圖案導致基板的非均勻加熱。如此一來，發明人實施自複數個軸對稱開口301延伸的真空通道402的軸對稱圖案，其有利地導致基板108的更為均勻之加熱。
在某些實施例中，複數個真空通道402包括第一圓形真空通道404、第二圓形真空通道406與第三圓形真空通道408，該第一、第二與第三圓形真空通道係互相同心的。第一複數個徑向通道410於第一圓形真空通道404與第二圓形真空通道406之間延伸。第二複數個徑向通道412於第二圓形真空通道406與第三圓形真空通道 408之間延伸。第一複數個徑向通道410於第一複數個相交點409處與第二圓形真空通道406相交。第二複數個徑向通道412於第二複數個相交點411處與第二圓形真空通道406相交，第二複數個相交點411不同於第一複數個相交點409。在某些實施例中，開口301設置於第一圓形真空通道404中。
在某些實施例中，第一板105亦包括複數個接觸元件414、邊緣密封帶416與對應於複數個升舉銷孔306的複數個升舉銷密封帶418。複數個接觸元件414、邊緣密封帶416與複數個升舉銷密封帶418支撐基板108的背側。在某些實施例中，可增加接觸元件414的數量並減少其個別的直徑以最小化與基板108的背側之接觸面積。同樣地，亦可減少邊緣密封帶416與複數個升舉銷密封帶418的厚度以最小化與基板108的背側之接觸面積。
第5圖根據本發明揭露的某些實施例繪示基板支撐件103的等角截面視圖。如第5圖所見，導管502與真空夾持供應503於一端處耦接且在一相對端處開口入真空凹槽302。真空凹槽302經由開口301與複數個真空通道402於第一板105的頂部上連接以夾持置放於第一板105上的基板108。在某些實施例中，第一板可包括複數個接觸元件414(如藍寶石球)以防止當置放於第一板105上時於基板108的背側上產生粒子。在某些實施例 中，基板支撐件103可包括於支撐軸107中形成的狹槽506以接收反射熱屏蔽140。
第6圖繪示第一與第二板105、106的周邊之截面側視圖。在某些實施例中，基板支撐件103可包括邊緣環602，邊緣環602設置於第二板106之上且環繞第一板105。邊緣環602自第一板105分隔開以允許從出口305流出的淨化氣體於第一板105與邊緣環602之間流動，如第6圖的箭頭所指示。在某些實施例中，第一板105的周邊經調整形狀以對應邊緣環602的內部部分。在某些實施例中，邊緣環602與第一板105的周邊界定邊緣環602與第一板105之間的阻流路徑。因此，達到環繞基板108更為均勻的淨化氣體流動。
因此，本發明提供了可提供改良的加熱均勻性之基板支撐件的實施例。發明的基板支撐件可改善正處理的基板之加熱均勻性，因而改善沉積均勻性。
雖然前面所述係針對本發明揭露的實施例，但在不背離本發明基本範圍下，可設計本發明揭露的其他與進一步的實施例。
106‧‧‧第二板
108‧‧‧基板
113‧‧‧導管
118‧‧‧加熱元件
202‧‧‧第一加熱區
204‧‧‧第二加熱區
206‧‧‧第三加熱區
208‧‧‧外加熱區
210‧‧‧第一加熱器
212‧‧‧第一螺距繞線
214‧‧‧第二螺距繞線
216‧‧‧第三螺距繞線
218‧‧‧第二加熱器

Claims (16)

  1. 一種基板支撐件，包括：一主體，該主體具有一支撐表面；一第一加熱器，該第一加熱器設置於該主體內且具有一第一加熱線圈與多個加熱區，其中該第一加熱線圈之一螺距繞線於該多個加熱區中的各者之間變化以界定該多個加熱區之間的一預定加熱比率；複數個真空通道，該複數個真空通道設置於該主體內且包含一第一圓形真空通道、一第二圓形真空通道與一第三圓形真空通道，其中該等第一、第二與第三圓形真空通道係同心的；一第一複數個徑向通道，該第一複數個徑向通道於該第一圓形真空通道與該第二圓形真空通道之間延伸，其中該第一複數個徑向通道於一第一複數個相交點處與該第二圓形真空通道相交；一第二複數個徑向通道，該第二複數個徑向通道於該第二圓形真空通道與該第三圓形真空通道之間延伸，其中該第二複數個徑向通道於不同於該第一複數個相交點的一第二複數個相交點處與該第二圓形真空通道相交；及複數個開口，該複數個開口設置於該第二圓形真空通道而將一真空夾持供應中以流體耦接至該複數個真 空通道。
  2. 如請求項1所述之基板支撐件，進一步包括：一第二加熱器，該第二加熱器具有一第二加熱線圈，其中該第二加熱器設置於欲處理的一基板的一直徑之外。
  3. 如請求項2所述之基板支撐件，其中該第一加熱器係自該第二加熱器徑向向內設置。
  4. 如請求項2所述之基板支撐件，其中該第一加熱器與該第二加熱器係獨立可控制的。
  5. 如請求項1所述之基板支撐件，其中該多個加熱區包括一第一加熱區、一第二加熱區與一第三加熱區。
  6. 如請求項5所述之基板支撐件，其中該第一加熱區、該第二加熱區與該第三加熱區的該預定加熱比率為1：0.4：0.3。
  7. 如請求項5所述之基板支撐件，其中在該第一加熱區內的一第一螺距繞線大於在該第二加熱區內的一第二螺距繞線，及其中在該第二加熱區內的該第二螺距繞線大於在該第三加熱區內的一第三螺距繞線。
  8. 如請求項1所述之基板支撐件，進一步包括：一支撐軸，該支撐軸支撐該主體；及 一反射熱屏蔽，該反射熱屏蔽與該支撐軸耦接且設置於該主體之下以將自該主體的一底部發射的熱反射回該主體。
  9. 一種處理腔室，包括：一腔室主體，該腔室主體界定一內部空間；一基板支撐件，該基板支撐件設置於該內部空間中，包含：一主體，該主體具有一支撐表面；一第一加熱器，該第一加熱器設置於該主體內且具有一第一加熱線圈與多個加熱區，其中該第一加熱線圈之一螺距繞線於該多個加熱區中的各者之間變化以界定該多個加熱區之間的一預定加熱比率；複數個真空通道，該複數個真空通道設置於該支撐表面中且包含一第一圓形真空通道、一第二圓形真空通道與一第三圓形真空通道，其中該等第一、第二與第三圓形真空通道係同心的；一第一複數個徑向通道，該第一複數個徑向通道於該第一圓形真空通道與該第二圓形真空通道之間延伸，其中該第一複數個徑向通道於一第一複數個相交點處與該第二圓形真空通道相交；一第二複數個徑向通道，該第二複數個徑向通道於該第二圓形真空通道與該第三圓形真空通道之間 延伸，其中該第二複數個徑向通道於不同於該第一複數個相交點的一第二複數個相交點處與該第二圓形真空通道相交；及複數個開口，該複數個開口設置於該第二圓形真空通道中而將一真空夾持供應以流體耦接至該複數個真空通道。
  10. 如請求項9所述之處理腔室，其中該基板支撐件進一步包括：一第二加熱器，該第二加熱器具有一第二加熱線圈，其中該第二加熱器設置於欲處理的一基板的一直徑之外。
  11. 如請求項10所述之處理腔室，其中該第一加熱器係自該第二加熱器徑向向內設置。
  12. 如請求項10所述之處理腔室，其中該第一加熱器與該第二加熱器係獨立可控制的。
  13. 如請求項9所述之處理腔室，其中該多個加熱區包括一第一加熱區、一第二加熱區與一第三加熱區。
  14. 如請求項13所述之處理腔室，其中該第一加熱區、該第二加熱區與該第三加熱區的該預定加熱比率為1：0.4：0.3。
  15. 如請求項13所述之處理腔室，其中在該第 一加熱區內的一第一螺距繞線大於在該第二加熱區內的一第二螺距繞線，及其中在該第二加熱區內的該第二螺距繞線大於在該第三加熱區內的一第三螺距繞線。
  16. 如請求項9所述之處理腔室，進一步包括：一支撐軸，該支撐軸支撐該主體；及一反射熱屏蔽，該反射熱屏蔽與該支撐軸耦接且設置於該主體之下以將自該主體的一底部發射的熱反射回該主體。
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