專利名稱：屏蔽性蓋加熱器組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的實施例大致主要半導體襯底處理系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及用于等離 子體處理系統(tǒng)的屏蔽性(shielded)蓋加熱器組件。
背景技術：
在制造集成電路中，需要對多種處理參數(shù)進行精確控制，以在襯底內(nèi)獲得一致的 結果以及可在襯底之間重現(xiàn)的結果。隨著用于形成半導體器件的結構的幾何尺寸限制接近 技術極限，更嚴格的容限度(tolerance)及精密的加工控制對于制造的成功是重要的。然 而，由于幾何尺寸的縮減，精確的臨界尺寸(critical dimension)及蝕刻處理的控制已經(jīng) 變得越來越困難。許多半導體器件在等離子體存在的情況下進行處理。如果等離子體未均勻地位于 襯底的上方，則處理結果也可能不均勻。雖然已證明傳統(tǒng)的等離子體處理室在較大的臨界尺寸具有穩(wěn)健的性能，但控制等 離子體均勻度的現(xiàn)存技術為可改良等離子體均勻度的區(qū)塊，以促成下一世代的次微米結構 (如具有約55nm及超過此范圍的臨界尺寸)的成功制造。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對于用于對處理室的蓋溫度進行控制的加熱器的設計進行改 善在等離子體均勻度上具有有益的效果。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例主要提供了一種屏蔽性蓋加熱器。其它實施例提供了用于控制等 離子體處理室的蓋溫度的方法及設備。方法和設備增強了在等離子體處理室中的等離子體 位置的位置控制，且可用于蝕刻、沉積、注入及熱處理系統(tǒng)，以及期望控制等離子體位置的 其它應用。在一個實施例中，提供了一種屏蔽性蓋加熱器，其包含將加熱器元件夾置于其間 的鋁底座與RF屏蔽件。熱絕緣體設置于RF屏蔽件上。在另一個實施例中，提供了一種屏蔽性蓋加熱器，其包含鋁底座、RF屏蔽件及加熱 器元件。此底座具有形成于其內(nèi)的、容納加熱器元件的溝槽。RF屏蔽件覆蓋住該溝槽，以封 閉住加熱器元件。在另一個實施例中，屏蔽性蓋加熱器包含與其耦接的電感器線圈。電感器線圈可 選擇地是可變電感器，由此使得能夠調(diào)節(jié)電感，以在處理室中定位等離子體。在另一個實施例中，提供了一種等離子體處理室，其包含由蓋所封閉住的腔室主 體；設置于腔室主體中的襯底支撐件；鄰近蓋設置的線圈，以將RF功率耦合到腔室主體中 的氣體；以及耦合到蓋的屏蔽性蓋加熱器。該蓋加熱器包含將加熱器元件夾置于其間的鋁 底座及RF屏蔽件。該蓋加熱器系可選擇地包含電感器線圈。在另一個實施例中，提供一種轉(zhuǎn)變等離子體處理室的處理，其包含判定等離子體 在處理室中的位置；選擇耦接到蓋加熱器的電感器線圈的電感及/或位置，其會使得等離子體位置由所判定的位置移動到目標位置；以及利用具有所選擇的電感及/或位置的電感 器線圈來對襯底進行等離子體處理。
為讓本發(fā)明的上述特征更明顯易懂，通過參考部分如附圖所示的實施例，可以得 到如上所述的本發(fā)明的更具體的描述。須注意的是，因為本發(fā)明可以容許其他等效實施例， 所以附圖僅揭露了本發(fā)明的特定實施例并因此并非用以限定本發(fā)明的范圍。圖1是示例半導體襯底處理設備的示意圖，其包含根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的屏 蔽性蓋加熱器；圖2A-B是屏蔽性蓋加熱器的兩個實施例的示意截面圖；圖3是圖1的屏蔽性蓋加熱器的一個實施例的等角視圖；圖4是圖1的屏蔽性蓋加熱器的一個實施例的俯視圖；圖5是屏蔽性蓋加熱器的一個實施例的局部前視圖；圖6是屏蔽性蓋加熱器的一個實施例的局部后視圖；圖7是屏蔽性蓋加熱器的另一實施例的局部側視圖；以及圖8是用等離子體處理襯底的方法的一個實施例的流程圖。為便于了解，在可能的情況下，附圖中相同的附圖標記表示對于附圖公共的相同 組件。也預料到實施例采用的組件和特征可應用到其它實施例而不需特別詳述。
具體實施例方式圖1圖示了示例性等離子體處理室100的示意圖，其具有本發(fā)明的屏蔽性蓋加熱 器180的一個實施例。等離子體處理室100的特定實施例在圖1中示出為蝕刻反應器，但 是預期到屏蔽性蓋加熱器180可被有利地用在其它形式的等離子體處理室中，包含化學氣 相沉積室、物理氣相沉積室、注入反應室(implantation chamber)、氮化反應室、等離子體 退火室、等離子體處理室以及灰化反應室。因此，圖1的等離子體處理室的實施例是用于說 明的目的，并非用于限制本發(fā)明的范圍。處理室100—般包含腔室主體110、氣體分配盤(gas panel) 138及控制器140。腔 室主體110包含圍繞出處理容積(process volume)的底部128、側壁130及蓋120。側壁 130及底部128由傳導材料(如不銹鋼或鋁)制成。蓋120可由鋁、不銹鋼、陶瓷或其它合 適的材料制成。經(jīng)由噴淋頭(showerhead)或者是一個或多個噴嘴136而將來自氣體分配盤138 的處理氣體提供到腔室主體110的處理容積內(nèi)。在圖1圖示的實施例中，處理室100包含 沿著腔室主體的側壁130設置的多個噴嘴136以及在蓋120下方居中設置的噴嘴136。設 置在蓋120中央的噴嘴136可以包含可獨立控制的徑向且面向下的氣體出口埠?？刂破?40包含中央處理單元(CPU) 144、存儲器142以及支持電路146。控制器 140耦合到處理室100的部件，并控制該些部件以及在腔室主體110中執(zhí)行的處理，且控制 器140可以有助于與集成電路晶圓廠(fab)的數(shù)據(jù)庫交換可選擇的數(shù)據(jù)。在圖示的實施例中，蓋120為實質(zhì)上平坦的陶瓷構件。處理室100的其它實施例可 具有其它型式的頂壁，如圓頂狀的頂壁。在蓋120的上方設置有包含一個或多個電感器線
5圈元件(圖中圖示為兩個共軸的線圈組件)的天線112。天線112經(jīng)由第一匹配網(wǎng)絡170 而耦接到射頻(RF)等離子體功率源118。在等離子體處理期間，天線112經(jīng)由功率源118 所提供的RF功率而被供給能量，以維持由處理氣體在腔室主體110的內(nèi)部容積內(nèi)所形成的 等離子體106。在一個實施例中，襯底基座組件116包含座組件162、底座組件114以及靜電卡盤 188。該座組件162將底座組件114耦接到腔室主體110的底部128。靜電卡盤188通常由陶瓷或類似的介電材料形成，且包括至少一個使用電源128 控制的鉗合電極186 (clamping electrode)。在另一個實施例中，靜電卡盤188可包括至少 一個RF電極(未示出)，該RF電極經(jīng)由第二匹配網(wǎng)絡124而耦接到襯底偏壓的電源122。 靜電卡盤188可選擇地包括一個或多個襯底加熱器。在一個實施例中，可利用二個同心且 可獨立控制的電阻加熱器(其顯示為同心的加熱器184A、184B)以控制襯底150的邊緣到 中心的溫度分布。靜電卡盤188還可以包括例如溝槽的多個氣體通道(未示出)，其形成在卡盤的 襯底支撐表面中并且流體耦接到熱傳遞(或背側)氣體的源148。在操作中，將背側氣體 (如，氦(He))于受控的壓力下提供到氣體通道中以增強靜電卡盤188與襯底150之間的熱 傳遞。傳統(tǒng)地，至少在靜電卡盤的襯底支撐表面上提供可抵抗在處理襯底時使用的化學品 及溫度的涂層。底座組件114通常由鋁或其它金屬材料形成。底座組件114包含一個或多個冷卻 通道，該冷卻通道耦接到加熱或冷卻液體的源182。由源182經(jīng)由通道提供的熱傳遞流體 (熱傳遞流體可至少為一種氣體(例如氟氯烷、氦或氮)或一種液體(例如水或油))，以控 制底座組件114的溫度，由此加熱或冷卻底座組件114，且由此在處理期間部分地控制置于 底座組件114上的襯底150的溫度。使用多個傳感器(在圖1中未示出)監(jiān)視基座組件116的溫度(以及因此，襯底 150的溫度)。將在下文中進一步描述傳感器經(jīng)過基座組件116的路徑。溫度傳感器(如 光纖溫度傳感器)耦接到控制器140以提供基座組件116的溫度分布的計量指示。蓋120的溫度由屏蔽性蓋加熱器180控制。在一個實施例中，屏蔽性蓋加熱器180 是由電源178提供能量的電阻加熱器。在蓋120由陶瓷材料制成的實施例中，屏蔽性蓋加 熱器180可粘附或夾持到蓋120的外表面。圖2A是置于蓋120上的屏蔽性蓋加熱器180的一個實施例的局部剖面視圖。屏 蔽性蓋加熱器180通常包含傳導底座202、加熱器元件204以及RF屏蔽件206。加熱器元 件204夾置于傳導底座202與RF屏蔽件206之間。加熱器元件204 —般包含嵌設在電絕 緣體210中的電阻元件212。RF屏蔽件206充分地防止了電阻元件212影響由天線112產(chǎn) 生的磁場及電場線穿過蓋220的定位，使得等離子體106可更精確地定位在腔室主體110 的內(nèi)部容積中。傳導底座202 —般具有足以在加熱器元件204與蓋120之間提供均勻熱傳遞的足 夠質(zhì)量。在一個實施例中，傳導底座202由具有良好熱傳導特性的金屬材料(如鋁等)制 成。傳導底座202具有適于向蓋220提供期望熱分布的幾何形狀。RF屏蔽件206通常由金屬材料(如鋁)制成。RF屏蔽件206可以是鋁箔或板。在 一個實施例中，RF屏蔽件206與傳導底座202具有相同的平面形狀。
可選擇地，熱絕緣體208 (heat insulator)可設置在RF屏蔽件206上。熱絕緣 體208 —般由對于磁場及電場具有較少影響的材料制成，如高溫彈性體(例如硅氧樹脂 (silicone)或其它高溫泡沫材料)。熱絕緣體208可預防在高溫時不慎接觸蓋加熱器180 時可能遭受的燒傷情形。傳導底座202、加熱器元件204及RF屏蔽件206可使用緊固件而緊固、夾持在一起 或通過合適的粘合劑固定。在一個實施例中，使用高溫環(huán)氧樹脂將屏蔽性蓋加熱器180的 部件固定在一起。圖2B是可以用在處理室100中的屏蔽性蓋加熱器280的另一實施例的示意性截 面圖。屏蔽性蓋加熱器280 —般包含傳導底座282、加熱器元件284及RF屏蔽件206。可 選擇的熱絕緣體208可設置在RF屏蔽件206上。如上文中參照圖2A的加熱器元件204描 述地構造加熱器元件284。傳導底座282實質(zhì)上類似于前述傳導底座202，而增加了在頂表 面290中形成的溝槽286。溝槽286的尺寸確定為容納加熱器元件284。溝槽286的側壁 288具有足夠使得當RF屏蔽件206設置于傳導底座282的頂表面290上時可以將加熱器元 件284包圍在溝槽286內(nèi)的高度。圖3圖示了屏蔽性蓋加熱器280的等角視圖。屏蔽性蓋加熱器280 —般包含第一 部分302和第二部分304。每個部分都包括環(huán)狀部件300和多個指狀部件308、318。指狀 部件308、318從環(huán)狀部件300徑向向內(nèi)延伸。部分302、304的環(huán)狀部件300具有相同的徑 向尺寸，因此在耦接到一起時，部分302、304會形成大致圓形的平面形狀。指狀部件318 — 般比指狀部件308更短，并且指狀部件318在相鄰指狀部件308之間交織以形成類似輪輻 的圖案。第一和第二部分302、304由至少一個橋連接器310耦接。在圖3示出的實施例 中，圖示了二個橋連接器310、312。在一個實施例中，橋連接器中的至少一者(如橋連接器 312)可包含電感器線圈314。橋連接器310、312中的至少一者耦接到設置在每一部分304、 302中的加熱器元件284，因此可以利用單個導線316而將屏蔽性蓋加熱器280耦接到電源 178。圖4圖示了在已移除RF屏蔽件206以暴露出加熱器元件284的狀態(tài)下的屏蔽性 蓋加熱器280的俯視圖。如圖所示，加熱器元件284可沿著其路徑而為階梯型(stepped)， 因此提供更大密度的加熱能力。如下文中討論的，加熱器元件284的端部包含連接部402 以有助于每一部分302、304的加熱器元件的耦合。圖4中也示出了在傳導底座282中形成 的螺紋孔404，以促進橋連接器310、312的緊固。圖5是示出了橋連接器310的屏蔽性蓋加熱器280的一個實施例的局部前視圖。 橋連接器310 —般包含主體500，該主體500具有容納緊固件504的多個孔洞502。緊固件 504與形成在傳導底座282中的螺紋孔404接合，由此將部分302、304緊固在一起。部分 302、304可以包含臺階510，其與凸出部(tab) 512接合，以沿著預先限定的定向相對于傳導 底座282定位主體500。橋連接器310額外包含多個從其突出的銷506。銷506構造為電連接形成在加熱 器元件284的端部的連接部402。雖然在圖5中未示出，銷506通過主體500而耦合設置在 部分302、304中的每一者中的每個加熱器元件284的電阻元件?？蛇x擇地，主體500可包含電耦接到部分302、304的底座282的導電材料?？商娲?，主體500可由絕緣體制成。圖6圖示了橋連接器312的一個實施例。橋連接器312如上所述地耦接到屏蔽性 蓋加熱器280的部分302、304。也如前所述，橋連接器312包含電感器線圈314。電感器線 圈314的尺寸可以確定為提供經(jīng)設計以適于影響在反應室中的磁場及電場，以對等離子體 106產(chǎn)生期望的效果電感(inductance)。在一個實施例中，電感器314是可變電感器，以允 許在進行處理或原位處理之間調(diào)節(jié)電感值。電感器線圈314可與傳導底座282隔離，或可 替代地經(jīng)由導線602、604而電耦接到底座282。橋連接器312的主體600可以是傳導性的，以電耦接部分302、304的傳導底座 282?？商娲?，橋連接器的主體600可由介電材料制成，以電隔離部分302、304。圖7是屏蔽性蓋加熱器780的另一個實施例的局部俯視圖。屏蔽性蓋加熱器780 一般構造為與前述加熱器180、280相似，而增加了可重新定位(r印ositionable)的電感器 700。屏蔽性蓋加熱器780包含多個安裝孔洞702，其允許電感器700可以緊固在任何數(shù)目 的位置。因此，通過將電感器700緊固到不同組的安裝孔洞702，可以按照需要改變電感器 700沿著屏蔽性蓋加熱器780的位置以適合處理需求。在一個實施例中，電感器700可與屏蔽性蓋加熱器780電絕緣。在一個實施例中， 電感器700可經(jīng)由接觸銷、安裝緊固件或其它合適的方式而電耦接到屏蔽性蓋加熱器780 的傳導底座。圖8是在裝備有屏蔽性蓋加熱器的處理室中對襯底進行等離子體處理的方法800 的框圖流程圖。方法800通過在802處判定等離子體在處理室中的位置而開始?？赏ㄟ^經(jīng) 由光學方法、利用傳感器、經(jīng)驗數(shù)據(jù)、處理結果的分析、模型化或其它合適的方式測量等離 子體的性質(zhì)而判定等離子體的位置。在804處，選擇耦接到蓋加熱器的電感器線圈的電感 和/或位置，而此將會使得等離子體的位置從所判定的位置移動到目標位置。在806處，利 用具有所選擇的電感和/或位置的電感器線圈，在等離子體存在的狀態(tài)下處理襯底。在襯 底上進行的處理可以從由蝕刻、化學氣相沉積、物理氣相沉積、注入、氮化、退火、等離子體 處理及灰化等其它等離子體制程所組成的組中選擇。因此，提供了促進等離子體在處理室中定位的蓋加熱器。因為等離子體可置于更 理想的位置，所以可以實現(xiàn)更均一且可預見的處理要求。 雖然前述內(nèi)容關于本發(fā)明的實施例，但是可在未偏離本發(fā)明的基本范圍的狀態(tài)下 完成本發(fā)明的其它及另外的實施例，且其范圍由下列權利要求決定。
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權利要求
一種屏蔽性蓋加熱器，包含熱傳導底座；加熱器元件，其設置于所述熱傳導底座上；以及RF屏蔽件，其將所述加熱器元件夾置在所述RF屏蔽件與所述熱傳導底座之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的屏蔽性蓋加熱器，還包括 熱絕緣體，其設置在所述RF屏蔽件上。
3.根據(jù)權利要求1所述的屏蔽性蓋加熱器，其中，所述RF屏蔽件包括鋁箔。
4.根據(jù)權利要求1所述的屏蔽性蓋加熱器，其中，所述RF屏蔽件包括鋁板，所述鋁板粘 附到所述加熱器元件。
5.根據(jù)權利要求1所述的屏蔽性蓋加熱器，其中，所述熱傳導底座包括 溝槽，其容納所述加熱器元件。
6.根據(jù)權利要求1所述的屏蔽性蓋加熱器，其中，所述加熱器元件包括 第一加熱器電路，其設置在所述熱傳導底座的第一部分上；以及第二加熱器電路，其設置在所述熱傳導底座的第二部分上，其中，所述第一加熱器電路 和所述第二加熱器電路通過橋接所述熱傳導底座的所述第一部分和所述第二部分的連接 器而耦接。
7.根據(jù)權利要求6所述的屏蔽性蓋加熱器，還包含電感器線圈，其耦接所述熱傳導底座的所述第一部分和所述第二部分。
8.根據(jù)權利要求1所述的屏蔽性蓋加熱器，還包含 電感器線圈，其耦接到所述熱傳導底座。
9.根據(jù)權利要求8所述的屏蔽性蓋加熱器，其中，所述電感器線圈沿著所述熱傳導底 座而可重新定位。
10.根據(jù)權利要求8所述的屏蔽性蓋加熱器，其中，所述電感器線圈是可變電感器。
11.一種等離子體處理室，包含 腔室主體；蓋，其封閉所述腔室主體的內(nèi)部容積； 襯底支撐件，其設置在所述內(nèi)部容積內(nèi)線圈，其鄰近所述蓋設置，以將RF功率耦合到所述腔室主體內(nèi)的氣體；以及 屏蔽性蓋加熱器，其耦接到所述蓋，其中，所述蓋加熱器還包括 傳導底座； 加熱器元件；以及RF屏蔽件，其與所述傳導底座夾置所述加熱器元件。
12.根據(jù)權利要求11所述的等離子體處理室，其中，所述屏蔽性蓋加熱器還包括電感器線圈，其耦接到所述傳導底座，并且其中所述電感器線圈沿著所述傳導底座而 可重新定位。
13.根據(jù)權利要求11所述的等離子體處理室，其中，所述屏蔽性蓋加熱器還包括 電感器線圈，其耦接到所述傳導底座，并且其中所述電感器線圈是可變電感器。
14.根據(jù)權利要求11所述的等離子體處理室，其中，所述熱傳導底座包括 溝槽，其容納所述加熱器元件。
15.根據(jù)權利要求11所述的等離子體處理室，其中，所述加熱器元件包括 第一加熱器電路，其設置在所述熱傳導底座的第一部分上；以及 第二加熱器電路，其設置在所述熱傳導底座的第二部分上，其中，所述第一加熱器電路 和所述第二加熱器電路通過橋接所述熱傳導底座的所述第一部分和所述第二部分的連接 器而耦接。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種適于與等離子體處理室一同使用的屏蔽性蓋加熱器、具有屏蔽性蓋加熱器的等離子體處理室以及等離子體處理的方法。本發(fā)明的方法及設備增強了等離子體處理室中的等離子體位置的位置控制，且可用于蝕刻、沉積、注入及熱處理系統(tǒng)，以及其它期望控制等離子體位置的應用。在一個實施例中，提供了一種屏蔽性蓋加熱器，其包含將加熱器元件夾置于其間的鋁底座及RF屏蔽件。
文檔編號H01L21/205GK101978475SQ200980110363
公開日2011年2月16日 申請日期2009年3月19日 優(yōu)先權日2008年3月21日
發(fā)明者大衛(wèi)·帕拉加斯維勒, 斯蒂芬·源, 瓦倫頓·N·圖杜羅, 邁克爾·D·威爾沃斯 申請人:應用材料公司