半導(dǎo)體處理中的邊緣環(huán)的熱管理的制作方法
【專利摘要】在此提供用以處理半導(dǎo)體的設(shè)備。在一些實(shí)施例中，一種用以處理基板的設(shè)備可包括：第一環(huán)，該第一環(huán)環(huán)繞基板支撐件而同心地設(shè)置，該第一環(huán)設(shè)以在處理期間將基板定位在該基板支撐件上；及第二環(huán)，該第二環(huán)設(shè)置在該基板支撐件與該第一環(huán)之間，該第二環(huán)設(shè)以提供從該第一環(huán)到該基板支撐件的熱傳路徑。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體處理中的邊緣環(huán)的熱管理
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例大體上關(guān)于半導(dǎo)體處理。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的半導(dǎo)體處理腔室(例如蝕刻腔室)通常利用基板支撐件，基板支撐件具有設(shè)置在基板支撐件上且設(shè)以在處理期間將基板固持在期望位置的一或更多個(gè)環(huán)(例如邊緣環(huán))。然而，本案發(fā)明人已經(jīng)觀察到的是傳統(tǒng)上使用的邊緣環(huán)相較于基板支撐件會(huì)具有不同的熱性質(zhì)(例如不同的加熱與冷卻速率)，因此在靠近基板的邊緣處造成溫度非均勻性，而造成不樂(lè)見(jiàn)的基板非均勻處理。此外，在處理期間，由于工藝或處理部件(例如上電極(例如噴頭或室頂))所產(chǎn)生的熱，邊緣環(huán)會(huì)被加熱到比基板支撐件更高的溫度，因此導(dǎo)致進(jìn)一步的溫度非均勻性。
[0003]所以，本案發(fā)明人已經(jīng)提供用以處理基板的改良的設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在此提供用以處理半導(dǎo)體的設(shè)備。在一些實(shí)施例中，一種用以處理基板的設(shè)備可包括:第一環(huán)，該第一環(huán)環(huán)繞基板支撐件而同心地設(shè)置，該第一環(huán)設(shè)以在處理期間將基板定位在該基板支撐件上；及第二環(huán)，該第二環(huán)設(shè)置在該基板支撐件與該第一環(huán)之間，該第二環(huán)設(shè)以提供從該第一環(huán)到該基板支撐件的熱傳路徑。
[0005]在一些實(shí)施例中，處理腔室可包括:腔室主體，該腔室主體界定內(nèi)部空間；及基板支撐件，該基板支撐件設(shè)置在該內(nèi)部空間中，該基板支撐件具有第一環(huán)與第二環(huán)，該第一環(huán)環(huán)繞基板支撐件而同心地設(shè)置，該第一環(huán)設(shè)以在處理期間將基板定位在該基板支撐件上，該第二環(huán)設(shè)置在該基板支撐件與該第一環(huán)之間，該第二環(huán)設(shè)以提供從該第一環(huán)到該基板支撐件的熱傳路徑。
[0006]在下文中描述本發(fā)明的其他與進(jìn)一步實(shí)施例。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]可通過(guò)參考繪示在附圖中的本發(fā)明的示意性實(shí)施例來(lái)詳細(xì)了解本發(fā)明的實(shí)施例，本發(fā)明的實(shí)施例簡(jiǎn)短地在前面概述與討論過(guò)。但是應(yīng)注意的是，附圖僅示出本發(fā)明的典型實(shí)施例，并且因此附圖不應(yīng)被視為會(huì)對(duì)本發(fā)明范疇構(gòu)成限制，這是因?yàn)楸景l(fā)明可允許其他等效實(shí)施例。
[0008]圖1描繪根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的處理腔室，該處理腔室適用于用以處理基板的設(shè)備。
[0009]圖2描繪根據(jù)本發(fā)明的至少一些實(shí)施例的基板支撐件的垂直剖視圖。
[0010]圖3-4描繪根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的用以處理基板的設(shè)備的部分的俯視圖。
[0011]為促進(jìn)了解，在可能時(shí)使用相同的元件符號(hào)來(lái)表示這些附圖共有的相同元件。附圖未依比例繪制且為了清晰起見(jiàn)而簡(jiǎn)化?？稍O(shè)想出的是一實(shí)施例的元件與/或特征可有利 地并入到其他實(shí)施例而不需特別詳述。
【具體實(shí)施方式】
[0012]在此提供用以處理基板的設(shè)備。本發(fā)明的實(shí)施例可有利地提供用于半導(dǎo)體處理腔室的分離的置入式(drop-1n)更換元件，該更換元件可促進(jìn)對(duì)設(shè)置在處理腔室中的邊緣環(huán)進(jìn)行提升的溫度控制，因此在處理期間提供更均勻的基板加熱與冷卻。
[0013]圖1描繪根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的處理腔室，該處理腔室適用于用以處理基板的設(shè)備。處理腔室100可大體上包含腔室主體102，腔室主體102具有用以處理設(shè)置在腔室主體102中的基板110的設(shè)備105。示范性處理腔室可包括DPS"'、ENABLERi1、SIGMA?、ADVANTEDGE?或可從美國(guó)加州圣大克勞拉市的應(yīng)用材料公司取得的其他處理腔室。可根據(jù)在此所提供的教示適當(dāng)?shù)刈兏渌幚砬皇?包括可從其他制造商取得的處理腔室)。
[0014]腔室主體102具有內(nèi)部空間107，內(nèi)部空間107可包括處理空間104與排放空間106。處理空間104可被界定在例如基板支撐件108與一或更多個(gè)氣體入口之間，其中該基板支撐件108設(shè)置在腔室主體102內(nèi)以在處理期間支撐該基板支撐件108上的基板110，這些氣體入口是諸如被提供在期望位置處的噴頭114與/或噴嘴。
[0015]一或更多個(gè)氣體入口(例如噴頭114)可耦接到氣體供應(yīng)器116，氣體供應(yīng)器116用以提供一或更多種處理氣體到腔室主體102的處理空間104內(nèi)。盡管圖1中圖示噴頭114，但可提供額外或替代的氣體入口，諸如設(shè)置在室頂142中或在腔室主體102的側(cè)壁上或在適于依需要提供氣體到處理腔室100的其他位置處(諸如處理腔室的基部、基板支撐件的周邊或諸如此類者)的噴嘴或入口。
[0016]一或更多個(gè)等離子體功率源(圖中圖示一個(gè)RF功率源148)可經(jīng)由一或更多個(gè)各自的匹配網(wǎng)路(圖中圖示一個(gè)匹配網(wǎng)路146)耦接到處理腔室100，以供應(yīng)RF功率到噴頭114。在一些實(shí)施例中，處理腔室100可利用感應(yīng)耦合RF功率以用于處理。例如，處理腔室102可具有室頂142與介電噴頭114，室頂142由介電材料制成。盡管亦可使用其他類型的室頂(諸如圓頂形室頂或諸如此類者)，但室頂142可以是實(shí)質(zhì)上平坦的。在一些實(shí)施例中，含有至少一感應(yīng)線圈元件(未圖示)的天線可設(shè)置在室頂142上方。在這樣的實(shí)施例中，感應(yīng)線圈元件可經(jīng)由一或更多個(gè)各自的匹配網(wǎng)路(例如匹配網(wǎng)路146)耦接到一或更多個(gè)RF功率源(例如RF功率源148)。該一或更多個(gè)等離子體源能夠在約2MHz與/或約13.56MHz的頻率下或在更高的頻率(諸如27MHz與/或60MHz)下產(chǎn)生高達(dá)5000W。在一些實(shí)施例中，兩個(gè)RF功率源可經(jīng)由各自的匹配網(wǎng)路耦接到感應(yīng)線圈元件，以在約2MHz與約13.56MHz的頻率下提供RF功率。
[0017]排放空間106可被界定在例如基板支撐件108與腔室主體102的底部之間。排放空間106可流體地耦接到排放系統(tǒng)120，或可被視為排放系統(tǒng)120的元件。排放系統(tǒng)120大體上包括泵送容室124與一或更多個(gè)導(dǎo)管，該些導(dǎo)管將泵送容室124耦接到處理腔室102的內(nèi)部空間107 (且大體上是處理空間104)。
[0018]各個(gè)導(dǎo)管具有入口 122與出口(未圖示)，其中入口 122耦接到內(nèi)部空間107 (或在一些實(shí)施例中是排放空間106)，出口流體地耦接到泵送容室124。例如，各個(gè)導(dǎo)管可具有設(shè)置在處理腔室102的側(cè)壁的下方區(qū)域或底板中的入口 122。在一些實(shí)施例中，這些入口彼此相隔實(shí)質(zhì)上等距離。[0019]真空泵128可經(jīng)由泵送端口 126耦接到泵送容室124，以將排放氣體從處理腔室102抽出。真空泵128可流體地耦接到泵送出口 132，以依需要將排放氣體配送到適當(dāng)?shù)膹U氣處置設(shè)備。閥130 (諸如閘閥或諸如此類者)可設(shè)置在泵送容室124中，以促進(jìn)排放氣體的流速以及真空泵128的操作的控制。盡管圖中圖示Z-運(yùn)動(dòng)閘閥，但可使用任何適當(dāng)?shù)挠靡钥刂婆欧艢怏w的流量的工藝兼容閥。
[0020]基板110可經(jīng)由處理腔室102的壁中的開口 112進(jìn)入處理腔室102。開口 112可經(jīng)由狹縫閥118或用以透過(guò)開口 112選擇性地對(duì)腔室內(nèi)部提供存取的其他機(jī)構(gòu)而選擇性地被密封?；逯渭?08可耦接到升降機(jī)構(gòu)134，升降機(jī)構(gòu)134可控制基板支撐件108的位置于下方位置(如圖所示)與可選的上方位置之間，其中該下方位置適于將基板經(jīng)由開口 112傳送進(jìn)出腔室，該上方位置適用于處理。工藝位置可經(jīng)選擇以將特定工藝步驟的工藝均勻性予以最大化。當(dāng)位在這些升高處理位置的至少一位置時(shí)，基板支撐件108可設(shè)置在開口 112上方以提供對(duì)稱的處理區(qū)域。
[0021]在一些實(shí)施例中，基板支撐件108可包括將基板110保留或支撐在基板支撐件108的表面上的機(jī)構(gòu)(諸如靜電夾盤109)。在一些實(shí)施例中，基板支撐件108可包括用以控制基板溫度與/或用以控制靠近基板表面處的物種流通量與/或離子能量的機(jī)構(gòu)。
[0022]例如，在一些實(shí)施例中，基板支撐件108可包括RF偏壓電極140。RF偏壓電極140可經(jīng)由一或更多個(gè)各自的匹配網(wǎng)路(圖中圖示匹配網(wǎng)路136)耦接到一或更多個(gè)偏壓功率源(圖中圖示一個(gè)偏壓功率源138)。該一或更多個(gè)偏壓功率源能夠在約2MHz或約
13.56MHz或約60MHz的頻率下產(chǎn)生高達(dá)12000W。在一些實(shí)施例中，可提供兩個(gè)偏壓功率源，以在約2MHz與約13.56MHz的頻率下經(jīng)由各自的匹配網(wǎng)路將RF功率耦合到RF偏壓電極140。在一些實(shí)施例中，可提供三個(gè)偏壓功率源，以在約2MHz、約13.56MHz與約60MHz的頻率下經(jīng)由各自的匹配網(wǎng)路將RF功率耦合到RF偏壓電極140。該至少一偏壓功率源可提供連續(xù)式或脈沖式功率。在一些實(shí)施例中，偏壓功率源可以是DC源或脈沖式DC源。
[0023]在一些實(shí)施例中，基板支撐件108可包括設(shè)以將基板110固持在用以處理的位置中的額外部件。例如，在一些實(shí)施例中，邊緣環(huán)(第一環(huán)150)可環(huán)繞基板支撐件108而同心地設(shè)置且用以將基板定位在基板支撐件108上。第一環(huán)150可由適于半導(dǎo)體處理的任何絕緣材料(例如石英)制成。當(dāng)存在時(shí)，第一環(huán)150在處理期間保護(hù)基板支撐件108的表面免于等離子體引發(fā)的損壞且促進(jìn)等離子體朝向基板110的集中。
[0024]本案發(fā)明人已經(jīng)觀察到的是在利用傳統(tǒng)的邊緣環(huán)的處理腔室中，邊緣環(huán)相較于基板支撐件可具有不同的熱性質(zhì)(例如不同的加熱與冷卻速率)，因此在靠近基板的邊緣處造成溫度非均勻性，而造成不樂(lè)見(jiàn)的基板非均勻處理。此外，在處理期間，由于工藝或處理部件(例如上電極(例如上述的噴頭114或室頂142))所產(chǎn)生的熱，邊緣環(huán)會(huì)被加熱到比基板支撐件更高的溫度，因此導(dǎo)致進(jìn)一步的溫度非均勻性。
[0025]故，在一些實(shí)施例中，用以處理基板110的設(shè)備105可包含第二環(huán)154，第二環(huán)154環(huán)繞基板支撐件108而同心地設(shè)置在第一環(huán)150與基板支撐件108之間。通過(guò)提供第二環(huán)154，熱傳路徑被提供在基板支撐件108與第一環(huán)150之間。提供熱傳路徑容許第一環(huán)150的溫度能被控制，因此將上述的溫度非均勻性予以最小化或消除。例如，在基板支撐件108主動(dòng)地被冷卻(例如經(jīng)由設(shè)置用來(lái)循環(huán)熱傳流體的導(dǎo)管)的實(shí)施例中，基板支撐件108可作為散熱片(heat sink)，因此冷卻第一環(huán)150或抵消如上所討論由工藝或處理部件所產(chǎn)生的熱而造成的第一環(huán)150的任何加熱。
[0026]第二環(huán)154可包含適于促進(jìn)熱從第一環(huán)150傳送到基板支撐件108的任何材料。例如，第二環(huán)154可包含具有高熱傳導(dǎo)率與高熱容量的電絕緣材料，諸如陶瓷(例如氮化鋁(AlN))。電絕緣材料有利地將第二環(huán)154對(duì)處理期間靠近基板處所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的沖擊予以最小化。
[0027]在一些實(shí)施例中，層152可設(shè)置在第一環(huán)150與第二環(huán)154之間(與/或在第二環(huán)154與基板支撐件108之間)，以促進(jìn)更強(qiáng)健的第一環(huán)150與基板支撐件108之間的熱傳。層152可包含具有低熱接觸阻抗的任何工藝兼容材料，例如聚硅酮基材料。導(dǎo)熱薄柔性材料的使用以為了減少冷卻設(shè)備的元件之間的熱接觸阻抗有利地促進(jìn)最大的熱傳效率。
[0028]在一些實(shí)施例中，設(shè)備105可被工藝套組環(huán)208的一部分(例如軸環(huán)206的內(nèi)壁架)支撐，如圖2所示。在這樣的實(shí)施例中，工藝套組環(huán)208可被耦接到底座支撐件210的板211支撐。在一些實(shí)施例中，底座支撐件210可包含一或更多個(gè)導(dǎo)管(圖中圖不一個(gè)導(dǎo)管212)，這些導(dǎo)管設(shè)以提供工藝資源(例如RF或DC功率、處理氣體、溫度控制流體或諸如此類者)到基板支撐件108。
[0029]在一些實(shí)施例中，為了更進(jìn)一步控制第一環(huán)150的溫度，第一環(huán)150與/或第二環(huán)154可包含一或更多個(gè)熱控制機(jī)構(gòu)。例如，在一些實(shí)施例中，第二環(huán)154可包含內(nèi)嵌加熱器204。加熱器204可以是任何類型的適用于半導(dǎo)體處理的電加熱器，例如電阻式加熱器。在這樣的實(shí)施例中，第一環(huán)150可包含一或更多個(gè)溫度傳感器(圖中圖示一個(gè)溫度傳感器202)，以監(jiān)控遍布第一環(huán)150的溫度均勻性。在操作時(shí)，根據(jù)由溫度傳感器202所提供的溫度測(cè)量值，功率被提供到加熱器204以升高或降低加熱器204的溫度(與因而經(jīng)由熱傳的第二環(huán)154和第一環(huán)150的溫度)。
[0030]替代地或組合地，在一些實(shí)施例中，為了促進(jìn)對(duì)第一環(huán)150的溫度控制，第一環(huán)150可包含一或更多個(gè)導(dǎo)管(圖中以虛線圖示一個(gè)導(dǎo)管214)，這些導(dǎo)管設(shè)以容許熱傳流體能流經(jīng)第一環(huán)150。熱傳流體可以是任何類型的能夠在半導(dǎo)體處理期間維持溫度控制性質(zhì)的流體，例如液體(諸如水或含有二醇的冷卻劑)或氣體(諸如氧氣、氦氣或諸如此類者)。熱傳流體可經(jīng)由例如底座支撐件210的導(dǎo)管212從供應(yīng)器(未圖示)被提供到導(dǎo)管214。在一些實(shí)施例中，第一環(huán)150與導(dǎo)管214之間的界面應(yīng)該被真空密封，以避免任何流體泄漏到處理腔室。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)管214可包含入口 304與出口 306，以促進(jìn)熱傳流體能流經(jīng)導(dǎo)管214的流動(dòng),如圖3所示。
[0031]返回到圖2，替代地或組合地，在一些實(shí)施例中，為了促進(jìn)對(duì)第一環(huán)150的溫度控制，第二環(huán)154可包含一或更多個(gè)導(dǎo)管(圖中以虛線圖示一個(gè)導(dǎo)管216)，這些導(dǎo)管設(shè)以使熱傳流體能流經(jīng)第二環(huán)154。
[0032]在一些實(shí)施例中，導(dǎo)管216可包含入口 404、出口 406、與數(shù)個(gè)穿孔408，這些穿孔408設(shè)置穿過(guò)第二環(huán)154的頂表面410且耦接到該一或更多個(gè)導(dǎo)管(例如導(dǎo)管216)的至少一導(dǎo)管，如圖4所示。當(dāng)存在時(shí)，該數(shù)個(gè)穿孔408容許熱傳流體能被提供到第一環(huán)150的背偵牝因此促進(jìn)第一環(huán)150的溫度控制。熱傳流體可以是任何上述的熱傳流體且可經(jīng)由例如底座支撐件210的導(dǎo)管212從供應(yīng)器(未圖示)被提供到導(dǎo)管。在這樣的實(shí)施例中，待用于熱管理的熱傳流體應(yīng)該是惰性的，藉此將和用于腔室內(nèi)等離子體處理的氣體的額外化學(xué)反應(yīng)予以最小化。[0033]因此，在此已經(jīng)提供一種用以處理基板的設(shè)備，該設(shè)備可依需要在各種處理腔室(包括但不限于硅蝕刻、鋁蝕刻與介電質(zhì)蝕刻處理腔室)中有利地被用作為冷卻或加熱設(shè)備。本發(fā)明的實(shí)施例可有利地提供用于半導(dǎo)體處理腔室的分離的置入式更換元件，該更換元件容許設(shè)置在處理腔室中的邊緣環(huán)的溫度控制，因此在處理期間提供基板的均勻加熱與冷卻。例如，本發(fā)明的實(shí)施例可用以冷卻等離子體處理腔室中的邊緣環(huán)，或通過(guò)將從基板支撐件到第一環(huán)的熱流動(dòng)方向予以逆轉(zhuǎn)或?qū)醾髁黧w與第一環(huán)之間的熱流動(dòng)方向予以逆轉(zhuǎn)而加熱邊緣環(huán)。
[0034]盡管上述說(shuō)明針對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例，但可在不悖離本發(fā)明的基本范疇下設(shè)想出本發(fā)明的其他與進(jìn)一步的實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種用以處理基板的設(shè)備，包含: 第一環(huán)，所述第一環(huán)環(huán)繞基板支撐件而同心地設(shè)置，所述第一環(huán)設(shè)以在處理期間將基板定位在所述基板支撐件上；及 第二環(huán)，所述第二環(huán)設(shè)置在所述基板支撐件與所述第一環(huán)之間，所述第二環(huán)設(shè)以提供從所述第一環(huán)到所述基板支撐件的熱傳路徑。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二環(huán)包含加熱器，所述加熱器內(nèi)嵌在所述第二環(huán)中，以控制所述第一環(huán)與所述基板支撐件之間的熱傳量。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一環(huán)包含內(nèi)嵌在所述第一環(huán)中的溫度傳感器。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二環(huán)包含一或更多個(gè)導(dǎo)管，這些導(dǎo)管設(shè)置在所述第二環(huán)內(nèi)以使熱傳流體在所述第二環(huán)內(nèi)流動(dòng)。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二環(huán)還包含數(shù)個(gè)孔洞，該些孔洞穿過(guò)所述第二環(huán)的表面而設(shè)置且耦接到所述一或更多個(gè)導(dǎo)管的至少一導(dǎo)管，以便將所述熱傳流體提供到所述第一環(huán)的背側(cè)。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一環(huán)包含一或更多個(gè)導(dǎo)管，這些導(dǎo)管設(shè)置在所述第一環(huán)內(nèi)以使熱傳流體在所述第一環(huán)內(nèi)流動(dòng)。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包含導(dǎo)熱層，所述導(dǎo)熱層設(shè)置在所述第一環(huán)與所述第二環(huán)之間。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述導(dǎo)熱層由含聚硅酮的材料制成。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二環(huán)由電絕緣材料制成。
10.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包含: 工藝套組環(huán)，所述工藝套組環(huán)環(huán)繞所述基板支撐件而設(shè)置且至少部分地支撐所述第一環(huán)。
11.一種處理腔室，包含: 腔室主體，所述腔室主體界定內(nèi)部空間 '及 設(shè)置在所述內(nèi)部空間內(nèi)的基板支撐件及如任一前述權(quán)利要求所限定的用以處理基板的設(shè)備。
12.如權(quán)利要求11所述的處理腔室，其特征在于，所述基板支撐件還包括: RF偏壓電極。
13.如權(quán)利要求12所述的處理腔室，還包括: 耦接至所述RF偏壓電極的一或更多個(gè)偏壓功率源。
14.如權(quán)利要求11所述的處理腔室，還包括: 天線，所述天線包括設(shè)置在所述處理腔室的室頂上方的至少一個(gè)感應(yīng)線圈元件；以及 耦接至所述天線的RF功率源。
【文檔編號(hào)】H01L21/3065GK103890917SQ201280052545
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月28日
【發(fā)明者】A·帕爾, M·J·薩里納斯, D·盧博米爾斯基, I·優(yōu)素福, A·恩蓋耶 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司