專利名稱：具有經(jīng)共軸饋送的共軸射頻饋給與多區(qū)交流加熱器電源輸送的等離子體反應器靜電卡盤的制作方法
具有經(jīng)共軸饋送的共軸射頻饋給與多區(qū)交流加熱器電源輸 送的等離子體反應器靜電卡盤 相關申請本發(fā)明主張在2008年5月5日申請的美國臨時申請案案號61/126,611以及在 2008年6月19日申請的美國申請案案號12/142,640的優(yōu)先權。
背景技術：
對于直徑300mm的晶片而言，需要可移動的陰極或晶片支撐座，因為藉此可將 工件或半導體晶片與頂蓋之間的間隙或距離調(diào)整多達數(shù)英寸。有此需求的其中一個原因 是對于既定工序，通過改變晶片到頂蓋之間的間隙，可改善一些工藝參數(shù)。另一項需 求是能夠有效率地將射頻偏壓功率耦接至陰極。再一項需求是通過數(shù)對供應線及回流交 流電導體將交流功率傳輸至位于陰極內(nèi)獨立的內(nèi)側及外側加熱器組件。另一項需求是設 置供給和回流導管，以傳送氦氣到陰極的晶片支撐表面背側的冷卻通道。還一項需求是 設置供給與回流導管，以輸送冷卻劑至陰極中的冷卻劑通路。設置導體以傳輸高壓直流 功率至位于陰極中的靜電夾持(卡盤)電極也是必須的。各種導管以及電導體必須在電 性上與傳輸至陰極的高射頻功率兼容，同時容許在數(shù)英寸(例如4英寸)的大范圍上控制 陰極的軸向位移。

發(fā)明內(nèi)容
在此提供用于等離子體反應器腔室內(nèi)的工件支撐座。此支撐座包括具有工件 支撐表面的絕緣盤；位于所述絕緣盤下方的導電板；以及位于所述導電板下方的軸向移 位共軸射頻路徑組件，其中所述絕緣盤包含多個電機構以及多個熱傳媒通道。所述共軸 射頻路徑組件包括中心導體、接地的外側導體以及隔離所述中心導體與所述外側導體 的管狀絕緣體，由此所述絕緣盤、所述平板以及所述共軸射頻路徑組件組成可動組件， 而所述可動組件的軸向移動是由舉升伺服機構控制。多個導管軸向地延伸經(jīng)過所述中心 導體，且耦接至所述熱傳媒機構。多個電導體軸向地延伸經(jīng)過所述管狀絕緣體，且連接 至所述電機構。


以上僅為簡短概括說明，為使上述本發(fā)明的示范性實施例可被實現(xiàn)及詳細地被 理解，可參照呈現(xiàn)在圖式中的實施例，以獲得本發(fā)明更具體的敘述。然而，為了避免模 糊本發(fā)明，在此并未討論一些特定的熟知工序。圖1表示根據(jù)一個實施例的等離子體反應器。圖2為圖1的等離子體反應器的晶片支撐座的剖面正視圖。圖3為圖2的晶片支撐座的頂部局部放大圖。圖4為沿圖2的線4-4的剖面圖。圖5為沿圖2的線5-5的剖面圖。
為使容易理解，圖中共同的相同組件盡可能以相同的標號表示。應理解在一實 施例中的組件或特征結構可以有益地被應用在其它實施例中而無須進一步的記載。然 而，應注意，圖中僅表示本發(fā)明的示范性實施例，因此并不應被視為本發(fā)明的限制，因 為發(fā)明允許其它等效的實施例。
具體實施方式
請參照圖1，等離子體反應器具有由圓柱狀側壁102、頂蓋104及底板106所限 定的腔室100，底板106的周緣與側壁102契合。頂蓋104可為氣體分配板，該氣體分 配板接收來自處理氣體供應器108的處理氣體。等離子體射頻電源可由各個內(nèi)線圈天線 110及外線圈天線112而感應耦接至腔室100，內(nèi)線圈天線110及外線圈天線112經(jīng)由各 個射頻阻抗匹配組件118、120連接至各個射頻電源產(chǎn)生器114、116。為了使射頻功率由 線圈天線110、112能穿過頂蓋104感應耦合并感應耦接至腔室100內(nèi)，頂蓋或氣體分配 板104可由非導電材料制成。替代地，或是附加地，將由另一射頻產(chǎn)生器122及阻抗匹 配器124產(chǎn)生的射頻等離子體電源自頂部電極126電容性地耦合。為了使來自線圈天線 110和112的射頻功率感應耦接至腔室100內(nèi)，頂部電極126可為本領域已知的法拉第遮 蔽件(Faraday shield)的形式，其由外部導體環(huán)128及多個導電觸指130所構成，且導電觸 指130從外部導體環(huán)128徑向地向內(nèi)延伸?；蛘?，在沒有線圈天線110、112的情況下， 頂蓋104可由金屬制成并作為頂部電極，該頂部電極經(jīng)由阻抗匹配124連接至射頻產(chǎn)生器 122。側壁104及底板106可由金屬制成并電性接地。真空泵132可通過底板106而將 腔室100抽真空。晶片支撐座200設置在腔室100內(nèi)部，且具有頂部晶片支撐表面200a以及位于 底板106下方的底端200b。射頻偏壓功率經(jīng)由作為射頻傳輸線功能的共軸饋送通過支撐 座底部200b而耦接至位于頂表面200a下方的陰極，以下將詳述之。共軸饋送包括軸向 可動共軸組件234，此軸向可動共軸組件234由被環(huán)狀絕緣體層250環(huán)繞的圓柱狀內(nèi)導體 235，以及圍繞該環(huán)狀絕緣體層250的環(huán)狀外導體253所構成，以下將更詳細敘述。如以 下將詳述的內(nèi)容，位于中心導體內(nèi)的多個冷卻劑導管以及多個氣體導管(未示于圖1)， 提供供給與回流路徑，以將來自支撐座底部200b的冷卻劑及氦氣分別提供至晶片支撐表 面200a下方的冷卻劑通路和晶片支撐表面200a中的背側氦氣通道。多根電線(未示于 圖1中)由支撐座底部200b經(jīng)由上述環(huán)狀絕緣層延伸，以傳送交流功率至支撐座頂表面 200a下方的內(nèi)部加熱器，以及傳送直流功率至位于頂表面200a下方的內(nèi)部卡盤電極，以 及由頂表面200a上的傳感器傳送光學溫度探針信號并經(jīng)過支撐座底部200b而傳送出。以 下將詳述支撐座200內(nèi)部結構。請參照圖2，支撐座200包括機械耦接于共軸可動組件234的多個組件，且因此 支撐座200可與共軸可動組件234 —起升起或下降。機械耦接于可動組件的組件包括盤 狀絕緣盤或形成頂部晶片支撐表面200a的頂層205，且可由例如氮化鋁所制成。絕緣盤 205包含靠近頂表面200a的內(nèi)部卡盤電極210。絕緣盤205也包含內(nèi)側及外側電阻式加 熱組件215、216。位于絕緣盤205下方的是盤形金屬板220，其可由鋁制成。晶片支撐 表面200a即是絕緣盤205的頂表面，且具有開放式通道207，并可經(jīng)此傳送例如氦氣的熱 傳導氣體，以控制支撐表面200a上正在進行處理的晶片的背面與絕緣盤205之間的熱傳導。內(nèi)部冷卻劑通道225可設置在絕緣盤205內(nèi)，或是設置在板220內(nèi)。盤形石英絕緣 體或平坦絕緣層230設置于金屬板220下方。導電支撐盤237設置在絕緣體230下方，且 可用以支撐圍繞絕緣體230、板220以及絕緣盤205的圓柱狀側壁239。絕緣盤205、金 屬板220、絕緣層230以及支撐盤237均為支撐座200的組件，支撐座200隨著可動共軸 組件234 —起上升或下降，且是以下述的方式機械耦接于可動共軸組件234 支撐盤237 嚙合于共軸外側導體253 ；絕緣體230嚙合于共軸絕緣套250 ；金屬板220嚙合于共軸內(nèi) 側導體235。可將共軸內(nèi)側導體235裝設為從支撐盤底部200b穿過金屬板220延伸的長條桿 或圓柱桿235。桿235的底端經(jīng)由各個射頻阻抗匹配組件244、246連接至射頻偏壓功率產(chǎn) 生器240、242之一或兩者。桿235傳遞射頻偏壓功率至板220，且板220作為射頻-熱 陰極。環(huán)狀絕緣層或絕緣套250圍繞內(nèi)側導體或桿235。環(huán)狀外側導體253圍繞絕緣套 250以及內(nèi)側導體235，共軸組件235、250、253是射頻偏壓功率的共軸傳輸線。連接于底板106的固定管狀導引套255束縛住外側導體253。可動管狀導引套 260由支撐盤237延伸出，并圍繞固定管狀導引套255。外側固定導引套257自底板106 延伸出，并束縛住可動導引套260。波紋管262被可動導引套260圍住，且被壓縮在固定 導引套255的頂面255a以及支撐盤237的底面237a之間。固設在反應器框架(例如，側壁102和底板106固設在該框架上)上的舉升伺服 機構265機械連結于可動共軸組件234，且可舉升或降下可動共軸組件234的軸向位置。 底板106、側壁102、伺服機構265以及固定管狀導引套255形成固定不動的組件。隔柵226由支撐座側壁239向腔室側壁102 (圖1)延伸。還是參照圖2，工藝環(huán) 218置于絕緣盤205的邊緣上。絕緣環(huán)222使板220與支撐座側壁239之間電性絕緣。 裙部224從底板延伸出并環(huán)繞支撐座側壁239。舉升銷228延伸通過底板106、盤237、 絕緣板230、金屬板220以及絕緣盤205。參照圖3，在一實施例中，外側導體253的頂端253a充分低于鋁板220，以防止 其間的電性接觸。如圖3所示，共軸絕緣體250的頂端250a充分低于絕緣盤205，以使 共軸中心導體235與鋁板220之間電性接觸。請再參照圖2，固定導引套255接觸接地的底板106，共軸組件的外側導體253 經(jīng)固定導引套255而接地?？蓜訉б?60支撐座裙部224以及支撐盤237也藉由可動 套260與固定導引套255之間的接觸而接地。參照圖2及圖4與圖5的剖面圖，一對氦氣導管270、272經(jīng)桿或內(nèi)側導體235 從桿235的底部200b延伸至桿235的頂面，在頂面處與板裝置220形成接口。氦氣導管 270、272與絕緣盤205的晶片支撐表面200a中的背 側氦氣通道207相通。彎管278在可 動桿底部200b將氣體導管270、272與固定的氦氣供應器279連接。一對冷卻劑導管280、282通過桿235或內(nèi)側導體235軸向地延伸，并與內(nèi)部冷 卻劑通路225連通。彎管288在可動桿底部200b將冷卻劑導管280、282與固定的冷卻 劑供應器289連接。用以夾持晶片的直流電壓源290和卡盤電極210通過導體292連接，導體292在 環(huán)狀絕緣體250內(nèi)軸向地延伸，并經(jīng)絕緣盤205延伸至卡盤電極210。撓性導體296在可 動桿底部200b將導體292與固定的直流電壓供應器290電性連接。
第一對交流電源導線304、306提供內(nèi)側加熱組件215與固定的第一交流電源供 應器300之間的連接，第一對交流電導線304、306由桿的底部200b軸向地延伸通過絕緣 套 250。第二對交流電源導線307、308提供外側加熱組件216與固定的第二交流電源供應器302之間的連接，第二對交流電導線307、308由桿的底部200b軸向地延伸通過絕緣 套250。交流導線307、308還通過絕緣盤205徑向延伸至外側加熱組件216。在一實施例中，內(nèi)側區(qū)域溫度傳感器330延伸通過晶片支撐表面200a的開口， 以及外側區(qū)域溫度傳感器332延伸通過晶片支撐表面200a的另一開口。各個電性(或光 學)導體334、336在桿的底部200b提供由溫度傳感器330、332至傳感器電子裝置333 的電性(或光學)連接，電性(或光學)導體334、336從桿的底部200b延伸通過絕緣套 250及絕緣盤205。導體336通過絕緣盤205徑向地延伸至外側溫度傳感器332。參照圖3及圖5，這些電導體292、304、306、307、308、334、336位于鋁板 220內(nèi)的部分被各個電性絕緣圓柱套件370圍繞。這些配置是選擇性的，并且可建構其 它的實施方式使中心導體235與板220之間能夠電性連接，同時提供電導體292、304、 306、307、308、334、336 的絕緣。雖然上面揭示了本發(fā)明的實施例，然而在不脫離本發(fā)明的基本范圍的情況下， 可推演其它或更多的實施例，因此本發(fā)明的范圍由后附的權利要求書確定。
權利要求
1.一種用于等離子體反應腔室內(nèi)的工件支撐座，包括(A)絕緣盤，具有工件支撐表面；(B)導電板，位于所述絕緣盤下方，所述絕緣盤包含多個電機構以及多個熱傳媒通道；(C)軸向移位共軸射頻路徑組件，位于所述導電板下方，且包括中心導體、接地的 外側導體以及隔離該中心導體與該外側導體的管狀絕緣體，由此所述絕緣盤、所述板以 及所述共軸射頻路徑組件組成可動組件；(D)舉升伺服機構，耦接至所述共軸組件以進行軸向移位；(F)多個導管，軸向地延伸通過所述中心導體并耦接至所述熱傳媒機構；(G)多個電導體，軸向地延伸通過所述管狀絕緣體且連接至所述電機構。
2.如權利要求1所述的工件支撐座，還包括撓性射頻導體，連接至所述中心導體的底 端，且能連接至射頻電源。
3.如權利要求1所述的工件支撐座，其中所述熱傳媒機構包括位于所述工件支撐表面 內(nèi)的多個氣流通道，所述多個導管包括氣體供應器以及耦接至所述氣流通道的多個回流 導管。
4.如權利要求3所述的工件支撐座，其中所述熱傳媒機構包括多個冷卻劑通道，其中 所述多個導管還包括冷卻劑供應器以及耦接至所述冷卻劑通道的多個回流導管。
5.如權利要求3所述的工件支撐座，其中所述電機構包括卡盤電極、內(nèi)同心加熱組件 及外同心加熱組件，所述電導體包括連接至所述卡盤電極的直流供應導體、耦接至所述 內(nèi)加熱組件的第一對交流導體、以及耦接至所述外加熱組件的第二對交流導體。
6.如權利要求5所述的工件支撐座，其中所述電機構還包括位于所述工件支撐表面內(nèi) 的內(nèi)徑向溫度傳感器及外徑向溫度傳感器，且其中所述電導體包括連接于所述內(nèi)徑向溫 度傳感器的至少一個第一導體和連接于所述外徑向溫度傳感器的至少一個第二導體。
7.如權利要求5所述的工件支撐座，還包括位于所述工作件支撐表面內(nèi)的內(nèi)徑向溫度 傳感器以及外徑向溫度傳感器，以及耦接至所述內(nèi)徑向溫度傳感器及所述外徑向溫度傳 感器的多個光學導體，所述光學導體軸向地延伸通過所述共軸射頻路徑組件。
8.如權利要求7所述的工件支撐座，其中所述光學導體軸向地延伸通過所述管狀絕緣體。
9.如權利要求1所述的工件支撐座，其中所述共軸路徑組件的所述外側導體在所述導 電板下方終止與其電性絕緣。
10.如權利要求9所述的工件支撐座，其中所述電導體通過所述導電板，還包括多個 絕緣套環(huán)繞位于所述導電板內(nèi)的各個電導體。
11.一種等離子體反應器，包括 腔室，具有側壁、頂蓋以及底板；射頻電源，包括射頻產(chǎn)生器及射頻阻抗匹配； 工件支撐座，位于所述腔室內(nèi)，包括(A)絕緣盤，具有工件支撐表面；(B)導電板，位于所述絕緣盤下方，所述絕緣盤包含多個電機構以及多個熱傳媒通道；(C)軸向移位共軸射頻路徑組件，位于所述導電板下方，且包括中心導體、接地的 外側導體以及隔離所述中心導體與所述外側導體的管狀絕緣體，所述中心導體具有接觸 所述導電板的頂端以及連接至所述射頻電源的底端，由此所述絕緣盤、所述板以及所述 共軸射頻路徑組件組成可動組件；(D)舉升伺服機構，耦接至所述共軸組件以進行軸向移位；(F)多個導管，軸向地延伸通過所述中心導體并耦接至所述熱傳媒機構；(G)多個電導體，軸向地延伸通過所述管狀絕緣體且連接至所述電機構。
12.如權利要求11所述的等離子體反應器，還包括撓性射頻導體，連接至所述中心導 體的底端以及能連接至射頻電源。
13.如權利要求11所述的等離子體反應器，其中所述熱傳媒機構包括位于所述工作件 支撐表面內(nèi)的多個氣流通道，所述多個導管包括包括氣體供應器以及耦接至所述氣流通 道的多個回流導管。
14.如權利要求13所述的等離子體反應器，其中所述熱傳媒機構包括多個冷卻劑 通道，其中所述多個導管還包括冷卻劑供應器以及耦接至所述冷卻劑通道的多個回流導管。
15.如權利要求13所述的等離子體反應器，其中所述電機構包括卡盤電極以及內(nèi)同 心加熱組件及外同心加熱組件，所述電導體包括連接至所述卡盤電極的直流供給導體、 耦接至所述內(nèi)加熱組件的第一對交流導體、以及耦接至所述外加熱組件的第二對交流導 體。
16.如權利要求15所述的等離子體反應器，其中所述電機構還包括位于所述工件支撐 表面內(nèi)的內(nèi)徑向溫度傳感器及外徑向溫度傳感器，且其中所述電導體包括連接于所述內(nèi) 徑向溫度傳感器至少一個第一導體，以及連接于所述外徑向溫度傳感器至少一個第二導 體。
17.如權利要求15所述的等離子體反應器，還包括位于所述工作件支撐表面內(nèi)的內(nèi)徑 向溫度傳感器以及外徑向溫度傳感器，以及耦接至所述內(nèi)徑向及所述外徑向溫度傳感器 的多個光學導體，所述光學導體軸向地延伸通過所述共軸射頻路徑組件。
18.如權利要求11所述的等離子體反應器，其中所述可動組件還包括平坦絕緣層，位于所述導電板下方；盤，位于所述絕緣層下方；以及從所述盤向下延伸的軸向環(huán)狀裙部，且所述軸向環(huán) 狀裙部與所述共軸路徑組件的所述外側導體為同心并在所述裙部及所述外側導體間定義 一環(huán)狀空間；所述等離子體反應器還包括固定的軸向?qū)б祝罱佑谒龅装迩噎h(huán)繞所述外側導體，且部分地延伸進入所述 環(huán)狀空間，所述軸向環(huán)狀裙部環(huán)繞所述固定的軸向?qū)б住?br> 全文摘要
一種工件支撐座包括具有工件支撐表面的絕緣盤；位于所述所述絕緣盤下方的導電板，絕緣盤包含多個電機構以及多個熱傳媒通道；以及位于所述導電板下方的軸向移位共軸射頻路徑組件。此共軸射頻路徑組件包括中心導體、接地的外側導體以及隔離所述中心導體與所述外側導體的管狀絕緣體，由此所述絕緣盤、所述板以及所述共軸射頻路徑組件組成可動組件，而所述可動組件的軸向移動是由舉升伺服機構控制。多個導管軸向地延伸經(jīng)過所述中心導體，且耦接至所述熱傳媒機構。多個電導體軸向地延伸經(jīng)過所述管狀絕緣體，且連接至所述電機構。
文檔編號H01L21/3065GK102017123SQ200980116023
公開日2011年4月13日 申請日期2009年5月4日 優(yōu)先權日2008年5月5日
發(fā)明者亞歷山大·M·帕特森, 布賴恩·K·哈徹, 戴維·帕拉加什維里, 邁克爾·D·威爾沃思, 道格拉斯·A·小布赫伯格 申請人:應用材料股份有限公司