由液體控制的多區(qū)基片支座改進(jìn)的基片溫度控制的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】由液體控制的多區(qū)基片支座改進(jìn)的基片溫度控制 本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00980142963.2、申請(qǐng)日為2009年11月3日、發(fā)明名稱(chēng)為"由液體控 制的多區(qū)基片支座改進(jìn)的基片溫度控制"的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
【背景技術(shù)】
[0001] 通過(guò)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(lèi)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(chǎng)將工藝氣體激活為等離子 狀態(tài)用W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(jìn)等離子體 處理設(shè)備W控制等離子體處理的條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002] 在一種【具體實(shí)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(gè)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(guò)流道液體能 夠流通W單獨(dú)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(pán)覆于該熱傳遞 元件之上，該靜電卡盤(pán)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(guò)調(diào)整流通于第一流道和第二 流道中的熱液體相對(duì)于冷液體的混合比，來(lái)獨(dú)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^(guò)控制閥裝置來(lái)調(diào)整第一流道和第二流道中的熱液體相對(duì)于冷液體的混合 比，W獨(dú)立地控制第一分區(qū)和第二分區(qū)中的溫度。
[0003] 在另一種【具體實(shí)施方式】中，提供了一種等離子體處理過(guò)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(gè)分區(qū)熱接觸。在運(yùn)種方法中，液體 流經(jīng)第一流道和第二流道，測(cè)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(biāo)溫度，則通過(guò)增加熱液體相對(duì)于冷液體的混合比來(lái)提高;或 者(b)如果第一分區(qū)的溫度高于目標(biāo)溫度，則通過(guò)減少熱液體相對(duì)于冷液體的混合比來(lái)降 低。同樣地，測(cè)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(biāo)溫度，則通過(guò)增加熱液體相對(duì)于冷液體的混合比來(lái)提高;或者(b)如果第二分 區(qū)的溫度高于目標(biāo)溫度，則通過(guò)減小熱液體相對(duì)于冷液體的混合比來(lái)降低。優(yōu)選地，第一分 區(qū)的方位溫度差小于5°C。
[0004] 在另一種【具體實(shí)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，W單獨(dú) 地加熱和冷卻該熱傳遞元件的每一個(gè)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(lái)自于該熱液體源的熱液體通過(guò)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(lái)自于該冷液體源的冷液體通過(guò)該第一共用管路的流量。第=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=閥用于控制該熱液體通過(guò)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?dú)立地控制該第 一閥和該第二閥W使該熱液體相對(duì)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=閥和該第四閥W使該熱液體相對(duì)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(pán)。該靜電卡盤(pán)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。
[0005] 在另一種【具體實(shí)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，W單獨(dú)地加熱 和冷卻該熱傳遞元件的每一個(gè)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(lái)自于該液體源的液體在流通進(jìn)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(dòng)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。控制器通過(guò)調(diào)整每一個(gè) 加熱元件的功率控制每一個(gè)加熱元件W獨(dú)立地控制每一個(gè)分區(qū)的溫度。該熱傳遞元件上覆 蓋有靜電卡盤(pán)。該靜電卡盤(pán)設(shè)有支撐面W在等離子體處理設(shè)備的反應(yīng)室內(nèi)支撐基片。
【附圖說(shuō)明】
[0006] 圖1為等離子體處理設(shè)備的一種典型的【具體實(shí)施方式】的剖視圖。
[0007] 圖2為一種電感禪合等離子體處理設(shè)備的剖視圖。
[0008] 圖3為基片支座的一種【具體實(shí)施方式】的剖視圖。
[0009] 圖4為包括延伸通過(guò)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(shí)施方式的剖視圖。
[0010] 圖5為不包括隔熱層的基片支座的一種附加的【具體實(shí)施方式】的剖視圖。
[0011] 圖6為圖3所示的基片沿剖切線(xiàn)C-C'剖切后的剖視圖。
[0012] 圖7為熱傳遞元件的一種【具體實(shí)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。
[0013] 圖8A為熱傳遞元件的另一種【具體實(shí)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。
[0014] 圖8B為圖8A所示的熱傳遞元件的【具體實(shí)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。
[0015] 圖9為熱傳遞元件的另一種【具體實(shí)施方式】的局部剖視圖，包括液體源，加熱元件和 傳輸管路。
[0016] 圖10闡釋了等離子體處理中半導(dǎo)體基片的S種典型的中屯、到邊緣的溫度分布。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 為了提高等離子體處理設(shè)備中基片的等離子體處理過(guò)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(guò)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W及蝕刻選擇性和各向異 性發(fā)生不良變化。在材料沉積過(guò)程比如CVD處理中，沉積過(guò)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。
[0018] 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(guò)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W包括固定 裝置，優(yōu)選為靜電卡盤(pán)，在處理過(guò)程中該固定裝置用于固定基片支座104上的基片106。
[0019] 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(guò)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(gè)氣體通道114,氣體通道 114延伸穿過(guò)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W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的中屯、區(qū)域和外部區(qū)域。
[0020] 工藝氣體流經(jīng)噴淋電極110并且進(jìn)入反應(yīng)室102的內(nèi)部。然后，通過(guò)能源116A比如 驅(qū)動(dòng)噴淋電極110的射頻(RF)源，和/或能源11她在一個(gè)或一個(gè)W上從約0.3M監(jiān)到約600MHZ (例如，2M監(jiān)，13.56M監(jiān)，60M監(jiān)）的頻率下，驅(qū)動(dòng)基片支座104中的頻率為一個(gè)或一個(gè)W上從 約0.3M監(jiān)到約600M監(jiān)(例如，2M監(jiān)，13.56M監(jiān)，60M監(jiān))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W執(zhí)行不同的工序， 比如當(dāng)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(shí)施方式】 中，噴淋電極110能夠接地。
[0021] 在一種【具體實(shí)施方式】中，通過(guò)將射頻(RF)能量從兩個(gè)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1