專利名稱：由液體控制的多區(qū)基片支座改進的基片溫度控制的制作方法
由液體控制的多區(qū)基片支座改進的基片溫度控制
背景技術(shù)：
通過蝕刻、物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、離子移植、防蝕涂層移除技術(shù)，等離子體處理設(shè)備應(yīng)用于處理基片中。應(yīng)用于等離子體處理中的一種類型的等離子體處理設(shè)備，包括下電極和頂部封閉的反應(yīng)室。電極之間產(chǎn)生電場將工藝氣體激活為等離子狀態(tài)用以處理反應(yīng)室中的基片。由于特征尺寸的縮小和新材料的應(yīng)用，需要改進等離子體處理設(shè)備以控制等離子體處理的條件。

發(fā)明內(nèi)容
在一種具體實施方式
中，提供了一種用于等離子體處理設(shè)備的反應(yīng)室內(nèi)的基片支座。該基片支座包括底部元件和覆蓋于該底部元件上的熱傳遞元件。該熱傳遞元件具有多個分區(qū)，至少包括內(nèi)設(shè)第一流道的第一分區(qū)和內(nèi)設(shè)第二流道的第二分區(qū)，通過流道液體能夠流通以單獨地加熱和冷卻該熱傳遞元件的第一分區(qū)和第二分區(qū)。靜電卡盤覆于該熱傳遞元件之上，該靜電卡盤具有用于在等離子體處理設(shè)備的反應(yīng)室內(nèi)支撐基片的支撐面。冷液體源和熱液體源流體連通于第一流道和第二流道。閥裝置通過調(diào)整流通于第一流道和第二流道中的熱液體相對于冷液體的混合比，來獨立地控制第一分區(qū)和第二分區(qū)中的液體的溫度?？刂破魍ㄟ^控制閥裝置來調(diào)整第一流道和第二流道中的熱液體相對于冷液體的混合比，以獨立地控制第一分區(qū)和第二分區(qū)中的溫度。在另一種具體實施方式
中，提供了一種等離子體處理過程中控制半導(dǎo)體基片溫度的方法。如前所述，基片支撐于基片支座上，并且與該多個分區(qū)熱接觸。在這種方法中，液體流經(jīng)第一流道和第二流道，測量第一分區(qū)的溫度，并且流經(jīng)第一流道的液體的溫度為(a) 如果第一分區(qū)的溫度低于目標溫度，則通過增加熱液體相對于冷液體的混合比來提高；或者(b)如果第一分區(qū)的溫度高于目標溫度，則通過減少熱液體相對于冷液體的混合比來降低。同樣地，測量第二分區(qū)的溫度，并且流經(jīng)第二流道的液體的溫度為(a)如果第二分區(qū)的溫度低于目標溫度，則通過增加熱液體相對于冷液體的混合比來提高；或者(b)如果第二分區(qū)的溫度高于目標溫度，則通過減小熱液體相對于冷液體的混合比來降低。優(yōu)選地，第一分區(qū)的方位溫度差小于5°C。在另一種具體實施方式
中，提供了一種應(yīng)用于等離子體處理設(shè)備的反應(yīng)室內(nèi)的基片支座。該基片支座包括底部元件和覆蓋于該底部元件上的熱傳遞元件。該熱傳遞元件具有設(shè)有第一流道的第一分區(qū)和設(shè)有第二流道的第二分區(qū)。該流道適用于流通流體，以單獨地加熱和冷卻該熱傳遞元件的每一個分區(qū)。第一共用管路與該第一流道流體連通，第二共用管路與該第二流道流體連通。第一閥與該第一共用管路和連通于熱液體源的第一供應(yīng)管路流體連通。該第一閥用于控制來自于該熱液體源的熱液體通過該第一共用管路的流量。 第二閥與該第一共用管路和連通于冷液體源的第二供應(yīng)管路流體連通。該第二閥用于控制來自于該冷液體源的冷液體通過該第一共用管路的流量。第三閥與該第二共用管路和連通于該熱液體源的該第一供應(yīng)管路流體連通。該第三閥用于控制該熱液體通過該第二共用管路的流量。第四閥與該第二共用管路和連通于該冷液體源的該第二供應(yīng)管路流體連通。該第四閥用于控制該冷液體流經(jīng)該第二共用管路的流量的總量?？刂破饔糜讵毩⒌乜刂圃摰谝婚y和該第二閥以使該熱液體相對于該冷液體的第一混合比適應(yīng)于該第一流道；并且控制該第三閥和該第四閥以使該熱液體相對于該冷液體的第二混合比適應(yīng)于該第二流道。該熱傳遞元件上覆蓋有靜電卡盤。該靜電卡盤具有用于在該等離子體處理設(shè)備的反應(yīng)室內(nèi)支撐基片的支撐面。在另一種具體實施方式
中，提供了一種應(yīng)用于等離子體處理設(shè)備的反應(yīng)室內(nèi)的基片支座。該基片支座包括底部元件和覆于該底部元件上的熱傳遞元件。該熱傳遞元件具有內(nèi)設(shè)第一流道的第一分區(qū)和內(nèi)設(shè)第二流道的第二分區(qū)。流道用于流通液體，以單獨地加熱和冷卻該熱傳遞元件的每一個分區(qū)。供應(yīng)管路與該第一流道和液體源流體連通。第一加熱元件沿該供應(yīng)管路設(shè)置。該第一加熱元件用于將來自于該液體源的液體在流通進入該第一流道之前加熱到第一溫度。第一流道和第二流道流體連通于第一傳輸管路。該第一傳輸管路用于使液體從該第一流道流動到該第二流道。第二加熱元件沿該第一傳輸管路設(shè)置。該第二加熱元件用于將液體在流通入該第二流道前加熱到第二溫度?？刂破魍ㄟ^調(diào)整每一個加熱元件的功率控制每一個加熱元件以獨立地控制每一個分區(qū)的溫度。該熱傳遞元件上覆蓋有靜電卡盤。該靜電卡盤設(shè)有支撐面以在等離子體處理設(shè)備的反應(yīng)室內(nèi)支撐基片。


圖1為等離子體處理設(shè)備的一種典型的具體實施方式
的剖視圖。圖2為一種電感耦合等離子體處理設(shè)備的剖視圖。圖3為基片支座的一種具體實施方式
的剖視圖。圖4為包括延伸通過熱傳遞元件的部分層厚的隔熱層的基片支座的一種附加的具體實施方式
的剖視圖。圖5為不包括隔熱層的基片支座的一種附加的具體實施方式
的剖視圖。圖6為圖3所示的基片沿剖切線C-C'剖切后的剖視圖。圖7為熱傳遞元件的一種具體實施方式
的局部剖視圖，包括冷液體源，熱液體源， 閥裝置和控制器。圖8A為熱傳遞元件的另一種具體實施方式
的局部剖視圖，包括冷液體源，熱液體源、閥裝置和控制器。圖8B為圖8A所示的熱傳遞元件的具體實施方式
的局部剖視圖，包括與冷液體源和/或熱液體源連通的回流管路。圖9為熱傳遞元件的另一種具體實施方式
的局部剖視圖，包括液體源，加熱元件和傳輸管路。圖10闡釋了等離子體處理中半導(dǎo)體基片的三種典型的中心到邊緣的溫度分布。
具體實施例方式為了提高等離子體處理設(shè)備中基片的等離子體處理過程的均勻性，需要在發(fā)生材料沉積和/或蝕刻的基片的暴露表面控制溫度分布。在等離子體蝕刻過程中，基片溫度和 /或基片暴露表面的化學(xué)反應(yīng)比率的改變可能導(dǎo)致基片蝕刻比率以及蝕刻選擇性和各向異性發(fā)生不良變化。在材料沉積過程比如CVD處理中，沉積過程中的基片的溫度能夠?qū)Τ练e于基片上的材料的沉積速率、構(gòu)成和性能產(chǎn)生顯著的影響。圖1示出了一種典型的用于蝕刻的半導(dǎo)體材料等離子體處理設(shè)備100。等離子體處理設(shè)備100包括反應(yīng)室102，該反應(yīng)室102包括基片支座104，在等離子體處理過程中基片106支撐于該基片支座104上。反應(yīng)室102內(nèi)部的用于支撐基片106的基片支座104可以包括固定裝置，優(yōu)選為靜電卡盤，在處理過程中該固定裝置用于固定基片支座104上的基片106。圖1所示的典型的等離子體處理設(shè)備100包括噴淋電極裝置，該噴淋電極裝置具有形成反應(yīng)室102室壁的頂板108和附著于該頂板108的噴淋電極110。氣體供應(yīng)112通過噴淋電極110向反應(yīng)室102的內(nèi)部提供工藝氣體。噴淋電極110包括多個氣體通道114， 氣體通道114延伸穿過噴淋電極110的層厚將工藝氣體注入于等離子體反應(yīng)室102中的位于噴淋電極110和基片支座104之間的空間中。氣體供應(yīng)112可以包括內(nèi)部供應(yīng)管路和外部供應(yīng)管路，在設(shè)置雙重分區(qū)氣體供應(yīng)的情況下供應(yīng)噴淋電極110的中心區(qū)域和外部區(qū)域。工藝氣體流經(jīng)噴淋電極110并且進入反應(yīng)室102的內(nèi)部。然后，通過能源116A比如驅(qū)動噴淋電極Iio的射頻(RF)源，和/或能源116B在一個或一個以上從約0. 3MHZ到約 600MHZ (例如，2MHZ，13. 56MHZ，60MHZ)的頻率下，驅(qū)動基片支座104中的頻率為一個或一個以上從約0. 3MHZ到約600MHZ (例如，2MHZ，13. 56MHZ，60MHZ)的電極，將等離子體處理設(shè)備中的工藝氣體激發(fā)為等離子體狀態(tài)。用于噴淋電極110的射頻(RF)功率能夠改變以執(zhí)行不同的工序，比如當不同的氣體組分提供于該等離子體處理設(shè)備100中的情況。在另一種具體實施方式
中，噴淋電極110能夠接地。在一種具體實施方式
中，通過將射頻(RF)能量從兩個射頻(RF)源提供到噴淋電極110和/或基片支座104能夠在等離子體處理設(shè)備100內(nèi)部產(chǎn)生等離子體；或者，噴淋電極110能夠電接地并且處于單一頻率或多重頻率的射頻(RF)能量能夠提供給基片支座 104。在另一種具體實施方式
中，如圖2中所闡釋的，通過在低壓下(例如低于100微米汞柱)將工藝氣體輸入壓力室并且將射頻能量應(yīng)用于該氣體，電感耦合等離子體(ICP)處理設(shè)備200能夠用于基片上材料的沉積(例如等離子體增強的化學(xué)氣相沉積或者PECVD) 和等離子體蝕刻。圖2為一種電感耦合等離子體(ICP)處理設(shè)備200的一種具體實施方式
的剖視圖。加利福尼亞菲蒙(Fremont)市的朗姆研究公司制造的TCP 蝕刻或沉積系統(tǒng)為電感耦合等離子體處理室的一個例子。該電感耦合等離子體處理設(shè)備在例如專利號為 4，948，458的共有美國專利中也有描述，其被完整并入作為參考。反應(yīng)室202包括基片支座204，該基片支座204用于在該反應(yīng)室202的內(nèi)部支撐基片206。電介質(zhì)窗208形成反應(yīng)室202的頂壁。工藝氣體通過氣體分配元件210被注入反應(yīng)室202的內(nèi)部。例如，氣體分配元件210包括淋噴頭，氣體注射器或者其它適當?shù)难b置。氣體供應(yīng)212通過氣體分配元件210將工藝氣體供應(yīng)到反應(yīng)室202的內(nèi)部。一旦工藝氣體被引入反應(yīng)室202的內(nèi)部，它們即通過能量源216向反應(yīng)室202的內(nèi)部提供能量而被激發(fā)為等離子體狀態(tài)。優(yōu)選地，該能量源216是由射頻(RF)源218A和射頻(RF)阻抗匹配電路218B驅(qū)動以將射頻(RF)能量電感耦合進反應(yīng)室202中的外部二維天線，通過射頻(RF)能量應(yīng)用于二維天線而產(chǎn)生的電磁場激發(fā)工藝氣體在基片206上方形成高密度的等離子體P(例如，(IOici-IO12離子/立方厘米)。電介質(zhì)窗208位于二維天線之下，并且氣體分配元件210位于電介質(zhì)窗208的下方。等離子體P產(chǎn)生于氣體分配元件210和基片206之間的區(qū)域，以用于沉積或者蝕刻基片 206。在基片的等離子體處理過程中，等離子體氣體的反應(yīng)離子與半導(dǎo)體基片(例如， 硅晶片、砷化鎵晶片或磷化銦晶片)表面上的材料的一部分進行化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致基片中心部分和邊緣部分的溫度差達到50°C?；厦恳稽c的局部基片溫度和化學(xué)反應(yīng)比率是相互關(guān)聯(lián)的，如果通過基片表面的溫度變化過大就會導(dǎo)致附于基片表面上的材料的不均勻蝕刻或沉積。為減輕這種狀況，采用背部氣體冷卻系統(tǒng)應(yīng)用于基片支座，以在基片支座和支撐于其上的基片之間提供熱傳遞?；ё寻ɡ鋮s劑流道來帶走處理過程中基片的熱量。在這種冷卻系統(tǒng)中， 處于可控溫度和一定容積流率的冷卻劑被引入到冷卻流道中。在冷卻系統(tǒng)中，基片支座已經(jīng)包括一個供應(yīng)管路和一個回流管路。然而，可以斷定的是當熱量從基片支座轉(zhuǎn)移，沿著通道長度從入口到出口顯現(xiàn)出顯著的溫度梯度。結(jié)果，與熱傳遞氣體和基片接觸的基片支座的表面的溫度均勻性就不可控制?；潭ㄑb置還在基片的背面提供了散熱器。在現(xiàn)有的等離子體處理設(shè)備中，從基片到基片固定裝置的熱傳遞導(dǎo)致整個基片上溫度的不均勻性。對于臨界尺寸均勻性的控制而言，將晶片或基片的從中心到邊緣的溫度分布(即徑向溫度分布)改變達40°C，而又保持方位(例如角或圓周)溫度均勻度小于等于5°C的能力是必不可少的。一些等離子體處理工序需要徑向溫度分布控制用于優(yōu)化流程以彌補由于其他因素(例如，由基片上的放射型布置所帶來的刻蝕副產(chǎn)品濃度變化)所導(dǎo)致的不均勻性。例如，在一摞薄膜或多層結(jié)構(gòu)(例如，柵氧化層/多晶硅/硅化物/硬掩膜/抗反射涂層)的刻蝕過程中，一個層的刻蝕可能需要中心地區(qū)比邊緣地區(qū)熱，然而另一個層的刻蝕可能需要中心地區(qū)比邊緣地區(qū)冷。這樣，就需要基片支座有能力實現(xiàn)小于等于5°C的方位溫度均勻度，有能力將晶片或基片的從中心到邊緣的溫度分布改變達40°C。優(yōu)選地，方位溫度均勻度小于等于1°C ；并且更優(yōu)選地，方位溫度均勻度小于等于0. 5°C。圖3示出了基片支座300的一種具體實施方式
的剖視圖?；? 提供了更有效的控制中心對邊緣的溫度分布的能力，它能夠逐步改變中心到邊緣的溫度分布直至達到 40°C，而保持方位溫度均勻度小于等于1°C?；ё?00包括底部元件310，疊加于底部元件310上的熱傳遞元件320和疊加于熱傳遞元件320上的靜電卡盤322。靜電卡盤322 包括用于支撐基片326的支撐面324。在共有美國專利5，838，529中也存在對這樣的靜電卡盤的描述，其被完整引入作為參考。熱傳遞元件320進一步地細分為同中心的分區(qū)328A_3^E。每一個分區(qū)包含一個或一個以上流道330A-330E，通過流道330A-330E液體能夠流通以單獨地加熱和冷卻熱傳遞元件320的每一個分區(qū)328A-3^E?；ё?00的加熱是通過將熱液體循環(huán)流經(jīng)流道 330A-330E來實現(xiàn)的，從而消除了對置于熱傳遞元件320中的加熱元件(例如電阻加熱器或加熱帶)的需求。該液體可能是水(例如，去離子水)，乙二醇，硅油，水/乙二醇混合物， FLUOROINERT 制冷劑(例如，全氟化碳冷卻流體，可以從(Minnesota Mining and Manufaturing (3M)公司獲得)，GALDEN 流體(例如，低分子量全氟聚醚熱傳遞流體， 可以從Solvay Solexis獲得)以及其他類似流體。盡管圖3中示出了五個分區(qū)，可以理解分區(qū)的數(shù)量可以是兩個或者其它數(shù)量，這取決于所需要的溫度控制的程度。在圖3所示的具體實施方式
中，熱傳遞元件320可由熱傳導(dǎo)材料組成，比如鋁或氮化鋁。為了提高對徑向熱傳遞的控制(比如，各單獨分區(qū)間的熱傳遞)以及達到理想基片溫度分布，隔熱層332將每一個分區(qū)328A-3^E隔開。隔熱層332可以或者延伸通過熱傳遞元件320(如圖3所示)的整個層厚或者如圖4中所示的那樣，通過熱傳遞元件320的一部分層厚。隔熱層332可以或者為未填充的(例如，一個空的空間)或者容納填充材料以實現(xiàn)從約0. lff/m-K到約4. Off/m-K的導(dǎo)熱系數(shù)。示例性的填充材料包括環(huán)氧基樹脂或硅樹脂。填充材料的導(dǎo)熱系數(shù)可以用添加劑調(diào)整，比如氮化硼，氮化鋁，氧化鋁，氧化硅和硅。在另一種具體實施方式
中，如圖5所示，徑向熱傳遞通過由隔熱材料組成熱傳遞元件320來得到控制。隔熱材料的實例包括陶瓷諸如氧化鋁或者氧化釔；或者具有低導(dǎo)熱系數(shù)的金屬合金，諸如不銹鋼。如圖3所示，粘著材料334能夠插入熱傳遞元件320和底部元件310之間。粘著材料334可以由環(huán)氧基樹脂或者硅樹脂組成，如放大部位A所示，粘著材料334可以用一種或者一種以上填充材料334A進行填充。典型的填充材料334A可以包括氧化鋁，氮化硼，氧化硅，鋁或者硅。在另一種具體實施方式
中，如放大部位B所示，粘著材料可以為金屬釬接 334B?？梢赃x擇提供從約0. lff/m-K到約4W/m_K的導(dǎo)熱系數(shù)并且具有從約1密耳到約200 密耳的厚度的粘接材料334。圖6示出了熱傳遞元件320為圓形盤的剖切俯視圖，其沿圖3中的剖切線C-C'橫切所得。圖6中，分區(qū)3^A-328E被同心設(shè)置在相對于圓形盤的中心的不同距離并且流道 330A-330E具有象螺旋形一樣的式樣。隔熱層332為分隔每一分區(qū)的環(huán)形通道。圖7示出了熱傳遞元件320的局部橫斷面視圖，包括熱液體源336和冷液體源 338，此兩液體源均與流道330A-330E流體連通。閥裝置340通過調(diào)整熱液體(來自于熱液體源336)相對于冷液體(來自于冷液體源338)的混合比來控制每一個分區(qū)328A-328E的個別溫度。控制器342接收來自于每一個分區(qū)328A-3^E內(nèi)的溫度傳感器!344A-344E的輸入信號，獨立地指揮閥裝置340以調(diào)整熱液體相對于冷液體的適當?shù)幕旌媳?。在另一種具體實施方式
中，每一個分區(qū)328A-3^E的溫度傳感器可以設(shè)置于靜電卡盤322之中。在等離子體處理過程中，基片3 支撐于基片支座300上，基片3 與分區(qū) 328A-328E熱接觸。液體流經(jīng)與分區(qū)328A-328E相對應(yīng)的流道330A-330E。每一個單獨分區(qū) 328A-328E的溫度用溫度傳感器!344A-344E進行測量，溫度傳感器!344A-344E向控制器342 提供輸入信號?？刂破?42可以或者(i)如果分區(qū)328A-3^E的溫度低于目標溫度，通過增加熱液體相對于冷液體的混合比來提高流經(jīng)每一個個別的流道330A-330E的液體溫度； 或者(ii)如果分區(qū)328A-328E的溫度高于目標溫度，通過減少熱液體相對于冷液體的混合比來降低流經(jīng)每一個個別的流道330A-330E的液體溫度。在等離子體處理過程中，設(shè)置有熱傳遞元件320和控制器342的基片支座300能夠獨立地和動態(tài)地改變單晶片等離子體處理過程中分區(qū)328A-3^E的溫度。圖8A示出了熱傳遞元件420的另一種具體實施方式
的局部剖視圖，包括分區(qū) 428A-428E,每一分區(qū)具有各自的流道430A-430E和各自的溫度傳感器444A-444E。分區(qū) 428A-428E被隔熱層432隔開。熱液體源436和冷液體源438經(jīng)由共用管路450A-450E，閥 452A-452E'，第一供應(yīng)管路妨4和第二供應(yīng)管路456來與流道430A-430E流體連通。第一
10至第五閥452A-452E與共用管路450A-450E和第一供應(yīng)管路妨4流體連通，以從熱液體源 436提供熱液體。此外，第六至第十閥452A' -452E'與共用管路450A-450E和第二供應(yīng)管路456也為流體連通，以從冷液體源438提供冷液體。控制器442從溫度傳感器444A-444E接收輸入信號來獨立地控制閥452A-452E和閥452A' -452E'以單獨地調(diào)整每一流道內(nèi)來自熱液體源436的熱液體相對于來自冷液體源438的冷液體的混合比。例如，控制器442可以控制(i)第一閥452A和第二閥452A'以調(diào)整經(jīng)由共用管路450A流往流道430A的熱液體相對于冷液體的第一混合比；(ii)第三閥 452B和第四閥452B'以調(diào)整經(jīng)由共用管路450B流往流道430B的熱液體相對于冷液體的第二混合比；(iii)第五閥452C和第六閥452C'以調(diào)整經(jīng)由共用管路450C流往流道430C 的熱液體相對于冷液體的第三混合比；(iv)第七閥452D和第八閥452D'以調(diào)整經(jīng)由共用管路450D流往流道430D的熱液體相對于冷液體的第四混合比；和(ν)第九閥452Ε和第十閥452Ε'以調(diào)整經(jīng)由共用管路450Ε流往流道430Ε的熱液體相對于冷液體的第五混合比。圖8Α的實施方式提供了這樣的能力通過控制每一個單獨分區(qū)428Α-4^Ε的溫度，單調(diào)地(monotonicallyM例如溫度連續(xù)地升高或降低)或非單調(diào)地升高或降低等離子體處理過程中沿基片似6半徑的溫度。例如，每一個單獨分區(qū)428A-4^E的溫度可以設(shè)置以滿足徑向溫度分布為拋物線的或逆拋物線的(即，單調(diào)的)。然而，由于每一個分區(qū) 428A-428E的溫度能夠單獨地控制，在另一個實施例中，徑向溫度分布也可以這樣設(shè)置，即徑向溫度分布為正弦曲線(即，非單調(diào)的)。如圖8B所示，流道430A-430E與回流管路446為流體連通，回流管路446與熱液體源436和/或冷液體源438為流體連通。這樣，退出流道430A-430E的液體可以通過回流至熱液體源436和/或冷液體源438而再循環(huán)利用。熱液體源436保持熱液體的溫度處于從約40°C到約150°C ；冷液體源438能夠保持冷液體的溫度處于從約-10°C到約70°C。這樣，圖8A和圖8B的具體實施方式
就具有這樣的性能依據(jù)等離子體處理過程中想獲得的中心到邊緣的溫度分布，使每一個分區(qū) 428A-428E達到五個不同的溫度。盡管圖8A和圖8B示出了五個分區(qū)，可以理解的是，根據(jù)徑向溫度分布的需要控制程度，分區(qū)可為兩個或者兩個以上。在一個實施例中，冷液體源保持冷液體的溫度大于等于-10°C ；并且熱液體源保持熱液體的溫度小于等于150°C，且熱液體的溫度大于冷液體的溫度。圖9示出了熱傳遞元件520的另一種具體實施方式
的局部剖視圖，包括分區(qū) 528A-528E,每一分區(qū)具有各自的流道530A-530E和各自的溫度傳感器M4A-544E。分區(qū) 528A-528E通過隔熱層532隔開。液體源536流體連通于供應(yīng)管路550，第一至第四傳輸管路552A-552D和回流管路554。第一加熱元件538A沿供應(yīng)管路550設(shè)置，并且第二至第五加熱元件538B-538E沿第一至第四傳輸管路552A-552D設(shè)置。第一至第五加熱元件538A-538E 控制流經(jīng)供應(yīng)管路550和第一至第四傳輸管路552A-552D的液體的溫度?？刂破?42從溫度傳感器M4A-554E接收輸入信號來獨立地控制加熱元件 538A-538E。如果溫度傳感器M4A-544E測定的溫度低于目標溫度，則控制器542激活一個或一個以上相應(yīng)的加熱元件538A-538E。在從液體源536流出的液體流入第一流道530A之前，第一加熱元件538A將該液體加熱到第一溫度。第一傳輸管路552A將液體從第一流道 530A傳輸至第二流道530B ；并且第二加熱元件538B將沿第一傳輸管路552A流動的液體在流入第二流道530B之前加熱到第二溫度。第二傳輸管路552B將液體從第二流道530B傳輸至第三流道530C ；并且第三加熱元件538C將沿第二傳輸管路552B流動的液體在流入第三流道530C之前加熱至第三溫度。第三傳輸管路552C將液體從第三流道530C傳輸至第四流道530D ；并且第四加熱元件538D將沿第三傳輸管路552C流動的液體在流入第四流道 530D之前加熱至第四溫度。第四傳輸管路552D將液體從第四流道530D傳輸至第五流道 530E ；并且第五加熱元件538E將沿第四傳輸管路552D流動的液體在其流入第五流道530E 之前加熱至第五溫度。從第五流道退出的液體沿回流管路554回流至液體源536。流經(jīng)第一至第四傳輸管路552A-552D的液體可以或者沿正向流動(如圖9中箭頭所示)或者沿反向流動(圖9中未示出)。當液體沿正向流動時，第一溫度低于第二溫度，第二溫度低于第三溫度，第三溫度低于第四溫度，最高溫度產(chǎn)生于分區(qū)528E(即中心區(qū)域)。同樣地，當液體沿反向流動時，第一溫度高于第二溫度，第二溫度高于第三溫度，第三溫度高于第四溫度，最高溫度產(chǎn)生于分區(qū)即，邊緣區(qū)域)。圖9的實施方式提供了這樣的能力在等離子體處理過程中沿基片326的半徑單調(diào)地提高或降低溫度。例如，每一個單獨分區(qū)528A-528E的溫度可以這樣設(shè)置，即徑向溫度分布是拋物線的或者反拋物線的(即，單調(diào)的)在等離子體處理過程中(例如，半導(dǎo)體、金屬或者電介質(zhì)的等離子體刻蝕；或者傳導(dǎo)性材料或介質(zhì)材料的沉積)設(shè)置有熱傳遞元件320/420/520的基片支座300能夠使中心到邊緣的徑向溫度分布變化達到40°C，而保持方位溫度均勻度小于等于1°C，更優(yōu)選地小于等于0.5°C。進一步地，這種熱傳遞元件320/420/520能夠?qū)崿F(xiàn)以下任一項(1)使溫度分布均勻；或者( 徑向地改變溫度分布(例如，熱邊緣或者熱中心)，此兩項均用于等離子體處理過程中逐步改變的溫度控制，以使最佳的多層式處理成為可能。圖10圖示了在應(yīng)用熱傳遞元件320/420/520的等離子體處理中，半徑為R的晶片上三種曲型的中心到邊緣的溫度分布中徑向位置和徑向溫度的函數(shù)關(guān)系(A)中心區(qū)域熱于邊緣區(qū)域；(B)中心區(qū)域冷于邊緣區(qū)域；和(C)整個晶片上完全均勻的溫度分布。盡管本發(fā)明是以文中特定的具體實施方式
詳細地描述的，但是顯而易見，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，可以進行各種改變和修改以及使用等同替代而不超出所附的權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于等離子體處理設(shè)備的反應(yīng)室中的基片支座，所述基片支座包括底部元件；覆于所述底部元件上的熱傳遞元件，所述熱傳遞元件設(shè)有多個分區(qū)，所述多個分區(qū)至少包括內(nèi)設(shè)第一流道的第一分區(qū)和內(nèi)設(shè)第二流道的第二分區(qū)，液體通過所述分區(qū)流通以單獨地加熱和冷卻所述熱傳遞元件的所述第一分區(qū)和所述第二分區(qū)；覆于所述熱傳遞元件上的靜電卡盤，所述靜電卡盤設(shè)有用于在所述等離子體處理設(shè)備的反應(yīng)室中支撐基片的支撐面；與所述第一流道和所述第二流道流體連通的冷液體源和熱液體源；通過調(diào)整流通于所述第一流道和所述第二流道的所述熱液體相對于所述冷液體的混合比，獨立地控制所述第一分區(qū)和所述第二分區(qū)內(nèi)液體溫度的閥裝置；通過控制所述閥裝置來調(diào)整所述第一流道和所述第二流道內(nèi)所述熱液體相對于所述冷液體的混合比，以獨立地控制所述第一分區(qū)和所述第二分區(qū)的溫度的控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基片支座，進一步包括設(shè)置于所述第一分區(qū)中的第一溫度傳感器和設(shè)置于所述第二分區(qū)中的第二溫度傳感器，所述第一溫度傳感器和所述第二溫度傳感器用于測量所述第一分區(qū)和所述第二分區(qū)的溫度并向所述控制器提供輸入信號；將所述第一分區(qū)和所述第二分區(qū)隔開的隔熱層；及設(shè)置于所述熱傳遞元件和所述底部元件之間的粘接材料，所述粘接材料具有從約 0. lff/m-K到約4W/m-K的導(dǎo)熱系數(shù)；和從約1密耳到約200密耳的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基片支座，其特征在于，所述冷液體源保持所述冷液體的溫度> -IO0C ；且所述熱液體源保持所述熱液體的溫度< 150°c，其中所述熱液體的溫度高于所述冷液體的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基片支座，其特征在于，所述熱傳遞元件為圓形盤；每一分區(qū)相對于所述圓形盤的中心同心設(shè)置于不同的徑向距離；且所述隔熱層為環(huán)形通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基片支座，其特征在于，所述環(huán)形通道為中空的；或者所述環(huán)形通道內(nèi)填充環(huán)氧基樹脂或硅樹脂或?qū)嵯禂?shù)為從約0. lff/m-K到約4. Off/m-K的其他材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基片支座，其特征在于，所述環(huán)形通道延伸通過所述熱傳遞元件的整個層厚；或者所述環(huán)形通道延伸通過所述熱傳遞元件的層厚的一部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基片支座，其特征在于，所述粘接材料由硅樹脂或環(huán)氧基樹脂組成并且包括一個或一個以上填充材料，所述填充材料包括氧化鋁，氮化硼，氧化硅，鋁或硅；或者所述粘接材料由金屬硬釬接合組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基片支座，其特征在于，所述熱傳遞元件由鋁或鋁合金組成； 或者所述熱傳遞元件由不銹鋼，氧化鋁或氧化釔組成。
9.一種控制等離子體處理過程中半導(dǎo)體基片的方位溫度的方法，包括支撐根據(jù)權(quán)利要求1所述的基片支座上的基片，其中，所述基片與所述多個分區(qū)熱接觸；使流體流經(jīng)所述第一流道和所述第二流道；測量所述第一分區(qū)的溫度并且，如果所述第一分區(qū)的溫度低于其目標溫度，通過增加所述熱液體相對于所述冷液體的混合比，提高流經(jīng)所述第一流道的流體的溫度；或者如果所述第一分區(qū)的溫度高于其目標溫度，通過減少所述熱液體相對于所述冷液體的混合比， 降低流經(jīng)所述第一流道的流體的溫度；且測量所述第二分區(qū)的溫度并且，如果所述第二分區(qū)的溫度低于其目標溫度，通過增加所述熱液體相對于所述冷液體的混合比提高流經(jīng)所述第二流道的流體的溫度；或者如果所述第二分區(qū)的溫度高于其目標溫度，通過減少所述熱液體相對于所述冷液體的混合比降低流經(jīng)所述第二流道的流體的溫度；其中，每一分區(qū)內(nèi)的方位溫度差小于5°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述多個分區(qū)的方位溫度差小于0.5°C并且所述基片的徑向溫度分布在以下項中變化(a)所述基片的溫度完全均勻；或(b)所述基片的溫度不均勻，其中所述基片的中心區(qū)域比所述基片的邊緣區(qū)域熱或所述基片的中心區(qū)域比所述基片的邊緣區(qū)域冷。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述第一分區(qū)的目標溫度和所述第二分區(qū)的目標溫度為(a)沿基片徑向單調(diào)升高或者降低；或者(b)沿基片徑向非單調(diào)升高或者降低。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進一步包括 將工藝氣體引入反應(yīng)室；將所述工藝氣體激發(fā)為等離子體狀態(tài)；且用所述等離子體處理所述基片，其中，用所述等離子體處理所述基片包括(a)等離子體蝕刻半導(dǎo)體材料層，金屬或者介質(zhì)材料層；或者(b)傳導(dǎo)性材料或介質(zhì)材料的沉積。
13.一種包含權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體基片支座的等離子體處理設(shè)備，其中，所述等離子體處理設(shè)備為用于刻蝕半導(dǎo)體，金屬或介質(zhì)材料的等離子體刻蝕器；或者用于沉積傳導(dǎo)性材料或介質(zhì)材料的沉積室。
14.一種用于等離子體處理設(shè)備的反應(yīng)室內(nèi)的基片支座，所述基片支座包括 底部元件，覆于所述底部元件上的熱傳遞元件，所述熱傳遞元件具有設(shè)有第一流道的第一分區(qū)和設(shè)有第二流道的第二分區(qū)，其中所述第一流道與所述第二流道用于流通液體以單獨地加熱和冷卻所述熱傳遞元件的每一個分區(qū)；與所述第一流道流體連通的第一共用管路； 與所述第二流道流體連通的第二共用管路；與所述第一共用管路和連通于熱液體源的第一供應(yīng)管路流體連通的第一閥，所述第一閥用于控制從所述熱液體源流經(jīng)所述第一共用管路的熱液體的流量；與所述第一共用管路和連通于冷液體源的第二供應(yīng)管路流體連通的第二閥，所述第二閥用于控制從所述冷液體源流經(jīng)所述第一共用管路的冷液體的流量；與所述第二共用管路和連通于熱液體源的第一供應(yīng)管路流體連通的第三閥，所述第三閥用于控制流經(jīng)所述第二共用管路的熱液體的流量；與所述第二共用管路和連通于所述冷液體源的第二供應(yīng)管路流體連通的第四閥，所述第四閥用于控制流經(jīng)所述第二共用管路的所述冷液體的流量； 控制器，用于獨立控制(a)所述第一閥和所述第二閥以調(diào)整對應(yīng)所述第一流道的所述熱液體相對于所述冷液體的第一混合比；和(b)所述第三閥和所述第四閥以調(diào)整對應(yīng)所述第二流道的所述熱液體相對于所述冷液體的第二混合比；和覆于所述熱傳遞元件上的靜電卡盤，所述靜電卡盤設(shè)有用于在所述等離子體處理設(shè)備的反應(yīng)室內(nèi)支撐基片的支撐面。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的基片支座，進一步包括所述熱傳遞元件具有設(shè)有第三流道的第三分區(qū)，設(shè)有第四流道的第四分區(qū)和設(shè)有第五流通道的第五分區(qū)；與所述第三流道流體連通的第三共用管路； 與所述第四流道流體連通的第四共用管路； 與所述第五流道流體連通的第五共用管路；與所述第三共用管路和連通于所述熱液體源的所述第一供應(yīng)管路流體連通的第五閥， 所述第五閥用于控制流經(jīng)所述第三共用管路的熱液體的流量；與所述第三共用管路和連通于所述冷液體源的所述第二供應(yīng)管路流體連通的第六閥， 所述第六閥用于控制流經(jīng)所述第三共用管路的所述冷液體的流量；與所述第四共用管路和連通于所述熱液體源的第一供應(yīng)管路流體連通的第七閥；所述第七閥用于控制流經(jīng)所述第四共用管路的所述熱液體的流量；與所述第四共用管路和連通于所述冷液體源的所述第二供應(yīng)管路流體連通的第八閥； 所述第八閥用于控制流經(jīng)所述第四共用管路的所述冷液體的流量；與所述第五共用管路和連通于所述熱液體源的所述第一供應(yīng)管路流體連通的第九閥， 所述第九閥用于控制流經(jīng)所述第五共用管路的所述熱液體的流量；與所述第五共用管路和連通于所述冷液體源的第二供應(yīng)管路流體連通的第十閥，所述第十閥用于控制流經(jīng)所述第五共用管路的所述冷液體的流量；和控制器，進一步用于獨立控制(c)所述第五閥和所述第六閥以調(diào)整對應(yīng)所述第三流道的所述熱液體相對于所述冷液體的第三混合比；(d)所述第七閥和所述第八閥以調(diào)整對應(yīng)所述第四流道的所述熱液體相對于所述冷液體的第四混合比；(e)所述第九閥和所述第十閥以調(diào)整對應(yīng)所述第五流道的所述熱液體相對于所述冷液體的混合比。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的基片支座，其中，所述熱傳遞元件為圓形盤；且每一個分區(qū)同心設(shè)置于相對所述圓形盤中心的不同徑向距離。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的基片支座，其中，所述第一流道、所述第二流道、所述第三流道、所述第四流道和所述第五流道均與回流管路流體連通；且所述回流管路流體連通于所述熱液體源和/或所述冷液體源。
18.一種應(yīng)用于等離子體處理設(shè)備的反應(yīng)室內(nèi)的基片支座，所述基片支座包括 底部元件；覆于所述底部元件上的熱傳遞元件，所述熱傳遞元件具有設(shè)有第一流道的第一分區(qū)和設(shè)有第二流道的第二分區(qū)，其中所述第一流道和所述第二流道用于流通流體以單獨地加熱和冷卻所述熱傳遞元件的每一個分區(qū)；流體連通于所述第一流道和液體源的供應(yīng)管路；沿所述供應(yīng)管路設(shè)置的第一加熱元件，所述第一加熱元件用于將來自于所述液體源的液體在所述液體流通進入所述第一流道之前加熱到第一溫度；與所述第一流道和所述第二流道流體連通的第一傳輸管路，所述第一傳輸管路適用于將所述液體從所述第一流道流通至所述第二流道；沿所述第一傳輸管路設(shè)置的第二加熱元件，所述第二加熱元件用于將所述液體在流通進入所述第二流道之前加熱至第二溫度；控制器，通過調(diào)整對應(yīng)于每一個加熱元件的功率控制每一個加熱元件，以獨立地控制每一個分區(qū)的溫度；和覆于所述熱傳遞元件上的靜電卡盤，所述靜電卡盤設(shè)有用于在所述等離子體處理設(shè)備的反應(yīng)室內(nèi)支撐基片的支撐面。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的基片支座，進一步包括所述熱傳遞元件具有設(shè)有第三流道的第三分區(qū)，設(shè)有第四流道的第四分區(qū)和設(shè)有第五流道的第五分區(qū)；與所述第二流道和所述第三流道流體連通的第二傳輸管路，所述第二傳輸管路適用于將液體從所述第二流道流通至所述第三流道；沿所述第二傳輸管路設(shè)置的第三加熱元件，所述第三加熱元件用于將所述液體在流通進入所述第三流道前加熱至第三溫度；與所述第三流道和所述第四流道流體連通的第三傳輸管路，所述第三傳輸管路用于將液體從所述第三流道流通至所述第四流道；和沿所述第三傳輸管路設(shè)置的第四加熱元件，所述第四加熱元件用于將所述液體在流通進入所述第四流道之前加熱至第四溫度；與所述第四流道和所述第五流道流體連通的第四傳輸管路，所述第四傳輸管路用于將液體從所述第四流道流通至所述第五流道；和沿所述第四傳輸管路設(shè)置的第五加熱元件，所述第五加熱元件用于將所述液體在流通進入所述第五流道之前加熱至第五溫度；和與所述第五流道和所述液體源流體連通的回流管路；所述回流管路用于將液體從所述第五流通管路流通至所述液體源。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的基片支座，進一步包括，設(shè)置于每一個分區(qū)內(nèi)的溫度傳感器，所述溫度傳感器適用于測量每一個分區(qū)的溫度并向所述控制器提供輸入信號，或者其中所述第一傳輸管路用于將所述液體沿正向或反向從所述第一流道流通至所述第二流道。
全文摘要
提供了一種應(yīng)用于等離子體處理設(shè)備的反應(yīng)室內(nèi)的基片支座。該基片支座包括底部元件和覆于該底部元件上的熱傳遞元件。該熱傳遞元件具有多個分區(qū)以單獨地加熱和冷卻該熱傳遞元件的每一個分區(qū)。該熱傳遞元件上覆蓋有靜電卡盤。該靜電卡盤具有用于在該等離子體處理設(shè)備的反應(yīng)室內(nèi)支撐基片的支撐面。冷液體源和熱液體源與每一個分區(qū)內(nèi)的流道流體連通。閥裝置通過調(diào)整流通于流道中的熱液體相對于冷液體的混合比來獨立地控制液體的溫度。在另一種具體實施方式
中，沿供應(yīng)管路和傳輸管路設(shè)置的加熱元件對來自于液體源的液體在其流通進入流道之前進行加熱。
文檔編號C23C16/46GK102197156SQ200980142963
公開日2011年9月21日 申請日期2009年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者哈梅特·辛格, 基思·科門丹特 申請人:朗姆研究公司