TWM492529U - 使用具有加熱器的基板支撐台的基板支撐組件 - Google Patents

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TWM492529U
TWM492529U TW103202922U TW103202922U TWM492529U TW M492529 U TWM492529 U TW M492529U TW 103202922 U TW103202922 U TW 103202922U TW 103202922 U TW103202922 U TW 103202922U TW M492529 U TWM492529 U TW M492529U
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substrate support
substrate
disposed
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Gaku Furuta
John M White
Robin L Tiner
Suhail Anwar
Soo-Young Choi
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Applied Materials Inc
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Description

使用具有加熱器的基板支撐台的基板支撐組件
本創作實施例大致上是有關於一種用於在基板各處提供均勻處理的設備，且特別是有關於一種在基板各處提供均勻的溫度分布之具有加熱器之基板支撐台。
在積體電路的製造中，各種處理參數的精確控制是有需要的，以求在基板中能達成一致的結果，而且在不同的基板中這些結果是可複製的。由於為了形成半導體裝置之結構的幾何形狀的限制係受限於(pushed against)技術限制，更嚴格的容差(tighter tolerance)與精確的處理控制對於製造成功而言是很重要的。然而，由於縮小的幾何形狀，精確的關鍵尺寸(critical dimension)與處理控制已經變得愈加困難。
許多裝置係在有電漿的情況下被處理。若電漿並非均勻地定位在基板上的話，處理結果也會是不均勻的(non-uniform)。雖然傳統的電漿處理腔室在較大的關鍵尺寸上已被證實是健全的執行者(robust performers)，用以控制電漿均勻性 的現有科技是一種領域，在這領域中電漿均勻性的改善將有助於大面積基板之製造成功。
因此，有一種針對基板支撐台加熱器(substrate support pedestal heater)的需求，其可藉由增加基板各處之溫度均勻性而促進均勻處理。
本創作實施例係有關於一種具有加熱器之基板支撐台，能在整個基板上提供均勻的溫度分布。在一實施例中，基板支撐組件係被提供。基板支撐組件包括一基板支撐台(pedestal)及一加熱組件。基板支撐台具有一基板支撐表面。加熱組件設置在該基板支撐台之中，並靠近基板支撐表面。加熱組件藉由配置在加熱組件的角落，來確保實質性上均勻的溫度分布，以在整個基板上提供均勻的熱分布。
在另一實施例中，基板支撐組件包括一基板支撐台及一加熱組件。基板支撐台具有一基板支撐表面。加熱組件設置在該基板支撐台之中，且靠近基板支撐表面。加熱組件包含一內加熱區及一外加熱區。內加熱區設置在加熱組件的中心並自加熱組件的中心延伸出去。外加熱區圍繞(circumscribe)加熱組件的邊緣。外加熱區包含複數個耳狀加熱元件，此些耳狀加熱元件設置在該加熱組件的多個角落。
在又一實施例中，提出一種在處理腔室中之基板表面的加熱方法。此方法包含在具有基板設置於其上之基板支撐組 件的基板支撐表面的多個邊緣提供均勻的熱分布。設置複數個耳狀加熱元件在多個邊緣上。
3、4‧‧‧切線方向
110‧‧‧腔室
112‧‧‧腔室本體
114‧‧‧上壁
116‧‧‧氣體入口歧管
118‧‧‧基板支撐台
120‧‧‧軸體
122‧‧‧下壁
125‧‧‧基板
128‧‧‧加熱組件
130‧‧‧氣體出口
136‧‧‧電源
140‧‧‧孔洞
142‧‧‧氣體入口導管
144‧‧‧噴頭
150‧‧‧導線殼體
152‧‧‧基板支撐表面
200‧‧‧本體
202‧‧‧內加熱區
202A、202B‧‧‧內加熱部
204‧‧‧外加熱區
204A、204B‧‧‧外加熱部
206‧‧‧熱偶
208‧‧‧上表面
210‧‧‧穿孔
212‧‧‧彎部
214‧‧‧位置
216‧‧‧線
218‧‧‧角落
220‧‧‧耳狀輪廓
302‧‧‧底表面
304‧‧‧加熱元件
306‧‧‧絕緣體
308‧‧‧護套
310‧‧‧導線
314‧‧‧導線
402‧‧‧頂針
因此，為了對本創作之上述特徵態樣有更詳細的瞭解，本創作較具體說明除上述摘要說明外特舉實施例供參詳，其中一些實施例並配合所附圖式作說明。然而，請瞭解所附圖式僅述明本創作一般實施例，而非被認為用來限定其範圍，因本創作能用於其他均等有效之實施例。
第1圖繪示電漿改良化學氣相沉積腔室之一實施例的剖面示意圖。
第2圖繪示一加熱組件的上視圖。
第3圖繪示沿第2圖中切線3-3之第2圖的加熱組件的剖面圖。
第4圖繪示沿第2圖中切線4-4之第2圖的加熱組件的剖面圖。
為幫助了解，相同的參考數字係被使用(若可能的話)，以代表圖式中共同之相同元件。請了解雖未特別述明，然在一實施例中所揭露的元件也可被妥善地利用在其他實施例中。
第1圖繪示PECVD腔室100之剖面示意圖。能用來實施本創作之合適的PECVD腔室可購自應用材料公司的子公司，AKT美國公司(加州聖塔克拉拉(Santa Clara))。可了解的是，此處所討論的實施例也可實施在其他的腔室，包括其他公司所銷 售的腔室。
PECVD腔室110包含一腔室本體112，腔室本體112具有經上壁114而被形成的一開孔、以及設置在開孔中的氣體入口歧管116。或者，上壁114可以是實心的(solid)，而氣體入口歧管116則是位於靠近上壁114之一內表面。氣體入口歧管116可作為電極，且在一實施例中，氣體入口歧管116係經由一匹配網路(未繪示)連接至電源(power source)136，例如是RF電源。
腔室110更包括一經由腔室本體112延伸的氣體出口130。氣體出口130連接至一幫浦(未繪示)，用以將氣體抽離腔室本體112。氣體入口導管142與氣體入口歧管116係處於流通(fluid communication)的狀態，且氣體入口導管142係連接至包含各種氣體來源(未繪示)的氣體面板(未繪示)。處理氣體流過入口導管142、穿過噴頭(showerhead)144、並進入腔室本體112。噴頭144包含複數個孔洞140，孔洞140以穿過噴頭144的方式形成，以均勻地(evenly)將氣體散布在將被進行以下處理之基板125的整個表面。
基板支撐台118用於支撐設置在腔室本體112中的基板125。基板支撐台118係固定在軸體120的一端，軸體120係經由腔室本體112的下壁122垂直延伸。軸體120係可移動的，藉以允許基板支撐台118在腔室本體112中垂直地向上及向下移動。在一實施例中，PECVD腔室110也可具有一抬升組件(lift assembly)(未繪示)，以協助基板125傳輸到基板支撐台118上及 離開基板支撐台118。
基板支撐台118具有板狀(plate-like)形式，且平行於氣體入口歧管116延伸。基板支撐台118一般係由鋁所製成，且被氧化鋁層所塗佈。基板支撐台118係連接至地，且作為第二電極，以連接電源136跨過(across)氣體入口歧管116與基板支撐台118。基板支撐台118包含具有板狀形式的加熱組件128。加熱組件128設置在基板支撐台118之中，並靠近基板支撐表面152。當基板125放置在基板支撐表面152上時，加熱組件128係用以提供熱能至基板125。軸體120覆蓋(house)加熱組件128之一導線殼體(lead housing)150。
第2圖繪示加熱組件128的上視圖，第3圖繪示沿第2圖中切線3-3之加熱組件128的剖面圖。本創作之一個或多個實施例使用了加熱組件128中的加熱元件。多個加熱元件部(例如兩個或多個加熱元件部)係設置成不同的幾何形狀、樣式、形狀、尺寸、或材料，以控制加熱組件128中之多個區域的溫度，從而在加熱組件128的多個內部部分及/或外部部分中提供所需的溫度輪廓(profile)。
請參照第2及3圖，加熱組件128具有本體200。本體200具有內加熱區202、外加熱區204、及位在本體200之上表面208與下表面302之間的熱偶(thermocouples)206。雖然第3圖揭露內加熱區202，第3圖的說明也適用於外加熱區204的元件。在一實施例中，本體200可由鋁或其他適合的材料所製成。
內及外加熱區202及204可以是任何適合使用在基板支撐台的加熱器。內及外加熱區202及204的輪廓將在下文中進一步說明。在一實施例中，內及外加熱區202及204包含一加熱元件304。加熱元件304可包含線(wire)、帶(ribbon)、或條(strip)的中心部位，且由電阻(resistive)材料所製成，包含但不受限地由鎳(nickel)、鉻(chromium)，鐵，鋁，銅，鉬(molybdenum)，鉑碳化矽、它們的金屬合金、它們的氮化物材料、它們的矽化物材料、或其組合所製成、以及其他物。電阻材料可為許多金屬材料的合金，且可摻雜金屬摻雜物或其他摻雜物質。電阻加熱線、帶、條可以塑形為直的或捲曲的。
舉例來說，電阻加熱線或帶可以由鎳鉻合金80/20(80%鎳及20%鉻)材料所製成。鎳鉻合金80/20是有利的材料，因為它具有相對高的阻值，且當第一次受熱時會形成氧化鉻的貼附層。氧化鉻層下方的材料不會氧化，故可避免線斷裂或燒斷。
在一實施例中，加熱元件304可由絕緣體(insulator)306所隔離(insulated)，絕緣體306由陶瓷、氧化材料、或其他適合的填充(filler)材料所製成，以提供絕緣並避免漏電。在一實施例中，護套308環繞加熱元件304，以密封地(hermetically)封住加熱元件304。護套308可由石英(quartz)、金屬、陶瓷、或其他適合材料所製成。
加熱元件304係耦接至一個或多個導電線，例如是 穿過導線殼體150的導線310，以提供電源至加熱元件304。導線310係用於耦接內及外加熱區202及204至設置在處理腔室110外部的一電源供應器(未繪示)。
在一實施例中，複數個熱偶206係被提供。在第2圖所示之實施例中，熱偶206從導線殼體150延伸至靠近內及外加熱區202及204。再者，熱偶206可從加熱組件128的中心延伸出來，並靠近加熱組件128的中心。熱偶206係用於量測加熱組件128在複數個位置的溫度。熱偶206可用於迴授迴圈(feedback loop)中，以控制施加在加熱組件128之加熱元件304的電流。在一實施例中，熱偶206係耦接至一個或多個導電線，例如是穿越導線殼體150的導線314，以提供電源至熱偶206。加熱組件128的製造可能產生形成在加熱元件304及本體200之熱偶206之下的開口或空隙(space)。如此，額外的本體材料310，例如鋁，可被填入於形成在下方的空隙，以形成均勻的底表面302。
第4圖繪示沿第2圖中切線4-4之加熱組件128的剖面圖。請參照第2圖及第4圖，在一實施例中，加熱組件128包含複數個形成在本體200中的穿孔(bore)210。穿孔210係用於容置一個或多個頂針(lift pin)402。頂針402經由基板支撐台118的底面延伸至基板支撐表面152(繪示於第1圖)，以使基板125與支撐台118間隔開來。這樣能允許一輸送機制，例如機器刀片(blade)，滑向基板125背側的下方並提升基板125離開基板支撐 台118，而不會對基板支撐台118或基板125造成損害。
請再參照第2圖，內及外熱加區202及204的輪廓有利地在整個加熱組件128上提供一均勻的溫度分布。內加熱區202係設置為多個部分(section)(亦即，至少兩個內加熱部202A及202B係繪示在第2圖中)。在一實施例中，單一的加熱元件304係提供給加熱部202A及202B的每一者。然而，可了解的是，單一的加熱元件304可提供給加熱部202A及202B二者。加熱部202A及202B各包含兩個護套308部，或其他圍繞加熱元件304的保護管(tubing)，且從位在加熱組件128中心之導線殼體150的一開口中伸出。當護套308離開導線殼體150開口進入加熱組件本體200時，護套308形成彎部212。加熱元件304係在位置214處耦接至導線310，位置214離彎部212約一至約二吋的距離“D”，例如是約1.5吋。如第2圖所示，內加熱區202之加熱元件304到加熱組件128中心的近距離接近(close proximity)有利地為內加熱區202提供較緊密的加熱元件304環境。內加熱區202的加熱元件304從加熱組件128的中心延伸出來，以形成一具有用於加熱內加熱區202之複數條線216的輪廓。
外加熱區204也設置為多個部分(亦即，至少兩個外加熱部204A及204B係繪示在第2圖中)。在一實施例中，單一的加熱元件304係提供給加熱部204A及204B的每一者。然而，可了解的是，單一的加熱元件304可提供給加熱部204A及204B二者。加熱部204A及204B係從加熱組件128的中心形成，並橫 向地(laterally)延伸以圍繞基板加熱組件128的邊緣。加熱部204A及204B各自圍繞基板加熱組件128的至少兩個角落。如第2圖所示，加熱部204A及204B具有耳狀輪廓220。耳狀輪廓220相較於傳統所使用者，有利地使用更多的加熱元件304以覆蓋角落218的表面區域。在一實施例中，相較於加熱組件128的中心或外圍邊緣的熱傳遞(heat transfer)量，外加熱區204係用以在角落218處提供較大量的熱傳遞。對於PECVD處理來說，基板125及加熱組件之間的溫度差可為約攝氏10度至約攝氏60度，例如是介於約攝氏20度至約攝氏50度。此領域具有通常知識者應了解，基板125及加熱組件128之間的溫度差，係依據所使用的處理氣體，為處理腔室溫度與處理腔室壓力位準的函數。藉由提供更多加熱元件304，相較於加熱組件128上的其他位置(例如是加熱組件的中心或邊緣的中心)，耳狀輪廓220有利地提供較大量的熱傳遞，並補償一般出現在角落218表面區域之較大量的熱能損失。設在加熱組件的上方的基板相仿地顯示出相同的熱傳遞特性。如此，在一實施例中，外加熱區204相較於內加熱區202係用以提供較大量的熱傳遞至基板。舉例來說，在一實施例中，內加熱區202使得內加熱區202位於約攝氏5度至約攝氏20度之間，例如是約攝氏10度至約攝氏15度之間，此溫度低於外加熱區204。因此，考慮到低溫的內加熱區202及外加熱區204的耳狀輪廓220，加熱組件128主動地補償在加熱組件(如上所述)不同位置之熱能損失的差異，並提供更全面的均勻溫度給基板125及 在基板125上的均勻處理(例如是膜沉積)。
3、4‧‧‧切線方向
128‧‧‧加熱組件
150‧‧‧導線殼體
202‧‧‧內加熱區
202A、202B‧‧‧內加熱部
204‧‧‧外加熱區
204A、204B‧‧‧外加熱部
206‧‧‧熱偶
208‧‧‧上表面
210‧‧‧穿孔
212‧‧‧彎部
214‧‧‧位置
216‧‧‧線
218‧‧‧角落
220‧‧‧耳狀輪廓
308‧‧‧護套

Claims (20)

  1. 一種基板支撐組件，包含：一基板支撐台(pedestal)，具有一基板支撐表面；以及一加熱組件，設置該基板支撐台之中，並靠近該基板支撐表面，其中該加熱組件包含複數個耳狀(ear-shaped)加熱元件，該些耳狀加熱元件設置在該加熱組件的複數個角落。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之基板支撐組件，其中該加熱組件包含：一內加熱區，設置在該加熱組件的一中心並自該加熱組件的該中心延伸出來，其中該內加熱區包含一加熱元件；以及一外加熱區，設置在該加熱組件的邊緣並圍繞該加熱組件的邊緣，其中該外加熱區包含該複數個耳狀加熱元件。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之基板支撐組件，其中該加熱元件係由一電阻(resistive)材料所製成。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之基板支撐組件，其中該加熱元件係由鎳鉻合金(nichrome)、鎳(nickel)、鉻(chromium)，鐵，鋁，銅，鉬(molybdenum)，鉑碳化矽、它們的金屬合金、它們的氮化物材料、它們的矽化物材料、或其組合所製成。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之基板支撐組件，更包括：一護套(sheath)，包圍該加熱元件，其中該護套係用以密封地(hermetically)封住該加熱元件。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之基板支撐組件，其中該內加 熱區包括：兩個加熱部(section)，其中各該加熱部包含一圍繞該加熱元件的一護套，且其中該護套係用以密封地封住該加熱元件。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之基板支撐組件，其中該加熱元件係耦接至一導電線，且其中該導電線係用以耦接該內加熱區及該外加熱區至一電源供應器。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之基板支撐組件，其中該加熱組件包括：複數個熱偶(thermocouple)，設置在靠近該內加熱區及該外加熱區之處，且用於量測該加熱組件在複數個位置的溫度。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之基板支撐組件，其中該複數個熱偶係耦接至一個或多個導電線，且其中該些導電線係用於提供電源至該些熱偶。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之基板支撐組件，其中當該護套離開該加熱組件的該中心時，該護套形成一彎部，且其中該加熱元件係耦接至位在離該彎部一至二吋之間之位置的導電線。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之基板支撐組件，其中該複數個耳狀加熱元件係用以最大化位在該加熱組件之該些角落的表面面積。
  12. 一種基板支撐組件，包含：一基板支撐台，具有一基板支撐表面；以及一加熱組件，設置在該基板支撐台之中且靠近該基板支撐表 面，其中該加熱組件包含一本體(body)，該本體具有：一內加熱區，設置在該加熱組件的一中心並自該加熱組件的該中心延伸出來，其中該內加熱區包含一加熱元件；一外加熱區，設置在該加熱組件的邊緣並圍繞該加熱組件的邊緣，其中該外加熱區包含複數個耳狀加熱元件，該些耳狀加熱元件設置在該加熱組件的複數個角落；以及複數個穿孔(bore hole)，形成於該本體中，且用於容置一個或多個頂針(lift pin)。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之基板支撐組件，其中該本體係由鋁所製成。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之基板支撐組件，更包括：一熱偶，設置在該本體的上表面及下表面之間。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之基板支撐組件，更包括：一護套，圍繞該加熱元件，其中該護套係用以密封地封住該加熱元件。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之基板支撐組件，更包括：一絕緣體(insulator)，設置在該護套及該加熱元件之間，其中該絕緣體係用於避免該加熱元件產生漏電。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之基板支撐組件，其中該內加熱區包括：兩個加熱部，其中各該加熱部包含該護套，且其中當該護套離開該加熱組件的該中心時，該護套形成一彎部。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之基板支撐組件，其中該加熱元件係耦接至位在離該彎部一至二吋之間之位置的一導電線，且其中該導電線係用以耦接該內加熱部至一電源供應器。
  19. 如申請專利範圍第2項所述之基板支撐組件，其中相較於該內加熱區，該外加熱區係用以提供較大量的熱能。
  20. 如申請專利範圍第12項所述之基板支撐組件，其中相較於該內加熱區，該外加熱區係用以提供較大量的熱能。
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