[發(fā)明專利]利用快速溫度梯度控制處理襯底

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710097737.X
• 申請(qǐng)日: 2007-04-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101110381A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 亞歷山大·馬蒂亞申;丹·卡茨;約翰·霍蘭德;桑托斯·帕納格保羅斯;麥克爾·威爾沃茨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 應(yīng)用材料股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/683
• 分類號(hào): H01L21/683;H01L21/67;H01L21/00
• 代理公司: 北京律誠(chéng)同業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 徐金國(guó);梁揮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實(shí)施方式涉及利用在整個(gè)襯底上快速溫度梯度控制的襯底處理技術(shù)。

背景技術(shù)

在處理諸如半導(dǎo)體和顯示器的襯底的過(guò)程中，使用靜電卡盤將襯底固定在腔室中以處理該襯底上的層。一種常用的靜電卡盤包括用陶瓷覆蓋的電極。當(dāng)對(duì)電極充電時(shí)，在電極和襯底上聚集靜電電荷，并且由此產(chǎn)生的靜電力將襯底固定在卡盤上。一般地，通過(guò)在襯底背部保持氦氣以提高襯底的背面和卡片的表面之間的界面處的整個(gè)微觀間隙中的熱傳輸速率控制襯底的溫度。靜電卡盤可由底座支撐，該底座具有用于使液體從其流過(guò)的通道以冷卻或加熱卡盤。在將襯底牢固地固定在卡盤后，將工藝氣體引入腔室中并且形成等離子體以處理襯底。襯底可通過(guò)CVD、PVD、蝕刻、注入、氧化、氮化或其他類似工藝進(jìn)行處理。

在這種傳統(tǒng)的襯底制造工藝中，在處理過(guò)程中將襯底維持在單一溫度。一般地，襯底利用晶圓托片通過(guò)腔室中的狹縫并放置在升降桿上，該升降桿延伸經(jīng)過(guò)靜電卡盤的主體。然后升降桿從卡盤收回從而將襯底放置在卡盤的表面上。襯底的溫度迅速上升至預(yù)設(shè)溫度，接著利用卡盤中的加熱器或通過(guò)腔室中形成的等離子體穩(wěn)定地保持在該溫度?？赏ㄟ^(guò)控制流過(guò)底座管道和卡盤下方的致冷劑的溫度和流速進(jìn)一步控制襯底溫度，其中該致冷劑用于除去卡盤的熱量。

雖然傳統(tǒng)的工藝腔室適合用于在工藝期間使襯底維持在穩(wěn)定的單一溫度，但在單一工藝循環(huán)中它們不能使襯底溫度迅速改變。在一些工藝中，需要使襯底溫度快速上升或下降，以在工藝期間獲得特定的溫度分布。例如，在蝕刻工藝的不同階段襯底溫度需要能迅速改變以在不同的溫度在襯底上蝕刻不同的材料。在這些不同的蝕刻階段中，提供給腔室的工藝氣體還可在成分上不同或具有相同的成分。另一實(shí)施例中，在蝕刻工藝中，這種溫度分布有利于對(duì)在襯底上正在進(jìn)行蝕刻的部位的側(cè)壁上沉積側(cè)壁聚合體，并在以后相同的蝕刻工藝中，通過(guò)提高蝕刻工藝的溫度除去側(cè)壁聚合體，或反之亦然。同樣地，在沉積工藝中，例如，為了在襯底上首先沉積成核層，并接著在襯底上生長(zhǎng)熱處理的沉積層，可能需要使第一工藝溫度高于或低于第二工藝溫度。傳統(tǒng)的襯底工藝腔室和它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常不能充分使襯底溫度迅速上升或下降。

當(dāng)在工藝過(guò)程中，當(dāng)襯底的徑向方向上處于不均勻的工藝條件時(shí)會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)復(fù)雜情況，這種情況導(dǎo)致產(chǎn)生不均勻的同心圓處理帶。這種不均勻的工藝條件由腔室中氣體或等離子體的分布引起，其通常取決于腔室中的入口和排氣口的位置而不同。傳質(zhì)機(jī)械裝置也可以改變氣態(tài)物質(zhì)在整個(gè)襯下表面的不同區(qū)域擴(kuò)散和到達(dá)的速率。在腔室中的非均勻熱負(fù)載也可能引起非均勻處理。例如，由于從等離子鞘層向襯底耦合的能量或者從腔室壁反射的輻射熱量都可能引起不同的熱負(fù)載。人們不希望在整個(gè)襯底上發(fā)生處理偏差，因?yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致在襯底的不同區(qū)域(例如，外圍和中心襯底區(qū)域)制造的有源和無(wú)源電子器件具有不同的特性。因此，在處理襯底期間，人們希望減少襯底上工藝速率和其他工藝特征的變化。

因此，人們希望存在一種工藝腔室和腔室部件，其允許在腔室中待處理的襯底的溫度迅速上升和下降。而且，還希望對(duì)襯底的處理表面上的不同區(qū)域的溫度進(jìn)行控制以減少襯底下表面沿徑向處的不均勻處理?xiàng)l件的影響。另外，希望在工藝期間對(duì)襯底下表面的溫度分布進(jìn)行控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可以對(duì)待處理的襯底不同區(qū)域進(jìn)行快速溫度控制的工藝腔室和腔室部件，其基本上能夠解決由于現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)所產(chǎn)生一個(gè)或者多個(gè)問(wèn)題。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供一種能在工藝腔室中固定并加熱襯底的襯底支架組件，該組件包括：(a)包括襯底容納表面和相對(duì)背面的陶瓷圓盤，所述陶瓷圓盤包括(i)嵌入在所述陶瓷圓盤中的電極以產(chǎn)生靜電力來(lái)固定放置在所述襯底容納表面上的襯底，以及(ii)嵌入在所述陶瓷圓盤中以加熱襯底的加熱器；(b)冷卻劑底座，其包括用于在其中循環(huán)冷卻劑的通道，所述通道包括入口和終端；(c)柔性層，其使所述陶瓷圓盤與所述冷卻劑底座相粘接，所述柔性層包括(i)具有嵌入鋁纖維的硅，或(ii)具有嵌入絲網(wǎng)的丙烯酸的至少其中之一。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供一種能在工藝腔室中固定并加熱襯底的靜電卡盤，其特征在于，所述靜電卡盤包括：(a)陶瓷圓盤，其包括襯底容納表面和相對(duì)的背面，所述陶瓷圓盤包括小于約7mm的厚度；(b)嵌入在所述陶瓷圓盤中的電極，其用于產(chǎn)生靜電力來(lái)固定放置于所述襯底容納表面上的襯底，以及(c)嵌入在所述陶瓷圓盤中的加熱器以加熱在所述襯底容納表面上容納的襯底。