用于选择性预清洁的快速响应双区域底座组件的制作方法

1.本文所述的实施方式总体涉及用于在预清洁腔室使用中的基板支撑底座，更具体而言，涉及一种基板支撑底座，该基板支撑底座允许对设置在该基板支撑底座上的基板进行快速加热和冷却，并且允许对基板支撑底座的内部区域和外部区域的独立温度控制。


背景技术：

2.通过在基板表面上产生复杂图案化的材料层的工艺来制造集成电路。基板的表面(例如结晶硅和外延硅层)可被氧化并且/或者易受外界污染物的影响，外界污染物例如是在制造工艺期间存在的碳或氧，这可能直接影响最终产品。因此，在制造工艺之前例行地对基板表面进行预清洁。
3.传统地，在具有基板支撑底座的真空处理腔室中执行预清洁工艺，基板设置在所述基板支撑底座上。跨基板表面可能发生温度波动。例如，由于真空处理腔室的被加热的腔室壁，基板支撑底座的边缘的温度可能高于基板支撑底座的中心的温度，从而导致基板的边缘滚落(rolled off)。这些温度波动可影响在基板上执行或对基板执行的制造工艺，这通常可降低沿基板的所沉积的膜或所蚀刻的结构的均匀性。取决于沿着基板表面的变化程度，可因应用所产生的不一致性而发生装置故障。
4.另外，由于由陶瓷材料制成的用于防止金属污染的传统基板支撑底座在导热方面较差，基板支撑底座的温度控制效率低下且耗时。
5.因此，在本领域中需要用于在预清洁室中使用的改进的基板支撑底座。


技术实现要素：

6.在一个实施方式中，一种基板支撑底座，基板支撑底座能连接至轴，基板支撑底座包括：导热主体；第一流体通道，第一流体通道设置在导热主体的外部区域内；和第二流体通道，第二流体通道设置在导热主体的内部区域内。第一流体通道和第二流体通道彼此不流体连通，并且通过基板支撑底座内的热屏障彼此热隔离。
7.在另一实施方式中，一种基板支撑底座组件，包括：轴，轴包括第一对冷却管和第二对冷却管，其中第一对冷却管配置为流体耦接至第一受加热流体源，并且第二对冷却管配置为流体耦接至第二受加热流体源；和基板支撑底座，基板支撑底座耦接到轴，基板支撑底座包括第一流体通道和第二流体通道，第一流体通道与第一对冷却管流体连通，第二流体通道与第二对冷却管流体连通。第一流体通道被配置为使第一热交换流体在第一温度下在基板支撑底座的外部区域中循环，并且第二流体通道配置为使第二热交换流体在第二温度下在设置在外部区域内的基板支撑底座的内部区域中循环，第二温度与第一温度不同。
8.在又一实施方式中，一种处理腔室，包括：腔室主体；轴，轴设置在腔室主体内，轴包括第一对冷却管和第二对冷却管，其中第一对冷却管配置为流体耦接至第一受加热流体源，并且第二对冷却管配置为流体耦接至第二受加热流体源；基板支撑底座，基板支撑底座设置在腔室主体内并且耦接至所述轴，基板支撑底座包括第一流体通道和第二流体通道，
第一流体通道设置在基板支撑底座的外部区域内并且与第一对冷却管流体连通，第二流体通道设置在基板支撑底座的内部区域内并且与第二对冷却管流体连通，其中：第一流体通道被配置为使第一热交换流体在第一温度下在基板支撑底座的外部区域中循环，并且第二流体通道配置为使第二热交换流体在第二温度下在设置在外部区域内的基板支撑底座的内部区域中循环，第二温度与第一温度不同；和控制器，控制器经配置以：确定基板支撑底座的外部区域和内部区域的温度，和基于基板支撑底座的外部区域和内部区域的所确定的温度，调整所述第一温度和所述第二温度。
附图说明
9.通过参照在附图中描绘的本公开内容的说明性实施方式，可理解于上文简要概述并且于下文更详细讨论的本公开内容的实施方式。然而应注意到，附图仅图示说明本公开内容的典型实施方式，且因此不应视为限制本公开内容的范围，因为公开内容可允许其他等效的实施方式。
10.图1描绘根据本公开内容的一些实施方式的预清洁处理腔室的截面图。
11.图2a描绘根据本公开内容的一些实施方式的在双区域快速响应底座内的双区域加热器的截面俯视图。
12.图2b描绘根据本公开内容的一些实施方式的双区域快速响应底座的示意性侧视图。
13.图3a描绘根据本公开内容的一些实施方式的包括双区域快速响应底座的基板支撑组件的侧视图。
14.图3b描绘根据本公开内容的一些实施方式的在双区域快速响应底座内的冷却器板的俯视图。
15.图4是根据本公开内容的一种实施方式的用于控制双区域快速响应基板支撑底座的基板支撑表面的温度的方法的一个实施方式的流程图。
16.为了有助于理解，已尽可能使用相同的参考数字标定图中共有的相同元件。图并未按照比例绘制，并且可为了清楚而被简化。考虑一个实施方式的元件和特征可有益地并入其他实施方式中而无需进一步叙述。
具体实施方式
17.本文所述的实施方式总体涉及用于在预清洁腔室中使用的基板支撑底座，更具体而言，涉及一种基板支撑底座，该基板支撑底座允许对设置在该基板支撑底座上的基板进行快速加热和冷却，并且允许对基板支撑底座的内部区域和外部区域的独立温度控制。
18.本文所述的基板支撑底座由金属板和最顶部金属板上的陶瓷涂层制成。因此，基板支撑底座的加热和冷却是有效率的，同时由于陶瓷涂层而防止对设置在基板支撑底座上的基板的污染。本文所述的基板支撑底座还包括加热器和冷却流体通道，这些加热器和冷却流体通道针对基板支撑底座的内部区域和外部区域是独立地温度受控的，因此可以将位于基板支撑底座上的基板跨整个表面维持在更均匀的温度分布或期望的偏移温度分布。
19.图1是预清洁处理腔室100的截面图，预清洁处理腔室100适于从基板的表面去除污染物，诸如氧化物之类。可以适于执行还原工艺的示例性处理腔室包括可从美国加利福
尼亚州圣克拉拉的应用材料公司获得的siconi
tm
处理腔室。来自其他制造商的腔室也可以适于受益于本文公开的发明。
20.处理腔室100可特别对执行热清洁工艺或基于等离子体的清洁工艺和/或等离子体辅助的干式蚀刻工艺有用。处理腔室100包括腔室主体102、盖组件104和基板支撑组件106。盖组件104设置在腔室主体102的上端处，并且基板支撑组件106至少部分地设置在腔室主体102内。包括真空泵108和真空端口110的真空系统可用于从处理腔室100去除气体。真空端口110设置在腔室主体102中，并且真空泵108耦接至真空端口110。处理腔室100还包括用于控制处理腔室100内的工艺的控制器112。控制器112可以包括中央处理单元(cpu)、存储器和支持电路(或i/o)。cpu可为在用于控制各种工艺和硬件(例如，图案产生器(pattern generator)、马达、和其他硬件)和监测工艺(例如处理时间和基板位置或定位)的工业设置中使用的任何形式的计算机处理器中的一者。cpu可包括一个实时比例积分微分(pid)控制器，此控制器控制固态继电器(ssr)驱动，以向用于内部和外部流体通道的内联加热器(inline heater)供电，并且不断地监测且维持基板支撑组件106的内部区域和外部区域的温度。存储器连接至cpu，且存储器可为能够容易地获得的存储器中的一者或多者，诸如随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、软盘、硬盘、或位于本地或远程的任何其他形式的数字储存器。可以对软件指令、算法和数据进行编码并且存储在存储器中，以指示cpu。支持电路(未示出)也连接至cpu，用于以传统方式支持处理器。支持电路可包括传统的高速缓存、电源供应器、时钟电路、输入输出系统、子系统和类似物。控制器可读取的程序(或计算机指令)确定哪些任务能在基板上执行。程序可为控制器可读取的软件，并且可包括代码以监测并且控制(例如)处理时间和基板位置或定位。程序包括运行通信和pid控制器与ssr驱动的控制的软件。
21.盖组件104包括彼此结合、焊接、熔合或以其他方式彼此耦接的复数个堆叠的部件，并且被配置为向处理腔室100内的处理区域114提供前驱物气体和/或等离子体。盖组件104可以连接到远程等离子体源116，以产生随后穿过盖组件104的其余部分的等离子体副产物。远程等离子体源116耦接到气体源118(或者在没有远程等离子体源116的情况下，气体源118直接耦接到盖组件104)。气体源118可以包括氦、氩或其他惰性气体，上述气体被激发成提供给盖组件104的等离子体。在一些实施方式中，气体源118可以包括要被活化以与处理腔室100中的基板反应的工艺气体。
22.基板支撑组件106包括双区域快速响应基板支撑底座(以下也称为“双区域快速响应底座”或以下简称为“底座”)120，和耦接到双区域快速响应底座120的轴122。在处理期间，可将基板124设置在基板支撑组件106的底座120的顶表面126上。在一些实施方式中，底座120的顶表面126覆盖有陶瓷涂层128，以防止金属污染基板124。合适的陶瓷涂层包括氧化铝、氮化铝、二氧化硅、硅、氧化钇、yag或其他非金属涂层材料。涂层128的厚度在50微米至1000微米的范围内。基板124被配置为在处理期间被抵靠设置在顶表面126上的陶瓷涂层128而真空吸附。
23.底座120通过轴122耦接到致动器130，轴122延伸穿过形成在腔室主体102的底部中的居中定位的开口。致动器130可以通过波纹管(未示出)被柔性地密封到腔室主体102，波纹管防止在轴122周围的真空泄漏。致动器130允许底座120在一个或多个处理位置与释放或传送位置之间在腔室主体102内竖直移动。传送位置在形成于腔室主体102的侧壁中的
狭缝阀的开口的稍微下方，以允许基板124被自动地(robotically)传送到处理腔室100中和从处理腔室100传送出去。
24.在一些工艺操作中，基板124可以通过升降杆与顶表面126间隔开，以执行附加的热处理操作，诸如执行退火步骤之类。可以降低基板124，以将基板124放置成与底座120直接接触，以促进基板124的冷却。
25.图2a描绘根据本发明的一些实施方式的在双区域快速响应底座120内的双区域加热器200的截面俯视图。图2b描绘根据本发明的一些实施方式的双区域快速响应底座120的示意性侧视图。在一些实施方式中，双区域加热器200具有布置到底座120内的至少第一区域202和第二区域204中的加热器元件，如图2a中所示。在一些实施方式中，如图2b中所示，第一区域202中的加热器元件206和第二区域204中的加热器元件208连接到电源210。在一些实施方式中，如图2a和图2b中所示，第一区域202是外部区域，并且第二区域204是设置在外部区域内的内部区域。内部区域和外部区域可以大体上对应于要被支撑在底座120上的基板的内部和外部。在一些实施方式中，电源210是约190至约240vac、或约208vac的电源。取决于设备的应用和设计，也可以使用其他大小的电源。在一些实施方式中，电源210以60hz的周期运行。在一些实施方式中，如图2b中所示，电源210经由第一电力馈电器(power feed)212向第一区域202供应电力，并且经由第二电力馈电器214向第二区域204供应电力。
26.底座120包括嵌入在第二区域204中的热电偶216。热电偶216连接到控制器112，控制器112进一步连接到电源210。控制器112使用热电偶216确定底座120的第二区域204的温度。
27.可以通过首先测量由双区域加热器200的第一区域202汲取的电流和电压，来确定底座120的第一区域202的温度。可以使用能够同时地测量电流和电压的电阻测量装置218，来测量由第一区域202汲取的电流和电压。如本文所使用的，同时地包括在彼此的多达约110毫秒的范围内进行的测量。在一些实施方式中，电阻测量装置218可以是高频霍尔效应电流传感器(例如具有大约200khz或更高的采样率)，以捕获被传递到第一区域202的瞬时电流以及所施加的电压。
28.例如，在一些实施方式中，电阻测量装置218耦接到第一电力馈电器212以测量由第一区域202汲取的电流和电压。电阻测量装置218也可以耦接到控制器112。在一些实施方式中，电阻测量装置218和控制器112可以被整合(例如，可以被提供在相同的壳体或装置中)。
29.基于所测量的第一区域202的电流和电压，控制器112使用欧姆定律确定第一区域202的电阻，此定律规定电阻等于电压除以电流(r＝v/i)。控制器112进一步基于电阻与第一区域202的温度之间的预定关系，来确定第一区域202的温度。必须同时测量电流和电压，以确保所计算的电阻值的准确度。由于加热器的电阻以线性关系与加热器的温度直接相关，电阻计算的准确度与温度确定的准确度直接相关。在一些实施方式中，第一区域202的电阻可以用于关联第一区域202的温度。控制器112进一步记录温度范围内的电阻测量结果。
30.在一些实施方式中，控制器112可以使用嵌入在底座120的第一区域202中的附加热电偶(未示出)来确定第一区域202的温度。
31.图3a描绘根据本发明的一些实施方式的包括双区域快速响应底座120的基板支撑
组件106的侧视图。图3b描绘根据本发明的一些实施方式的在双区域快速响应底座120内的冷却器板302的俯视图。在一些实施方式中，双区域快速响应底座120具有嵌入在冷却器板302内的在第一区域202中的第一流体通道304和在第二区域204中的第二流体通道306。第一流体通道304和第二流体通道306不彼此流体连通。双区域快速响应底座120包括导热主体，导热主体可以是包括冷却器板302的复数个板，这些板被铜焊(braze)在一起以确保热传递，或者例如通过消失模铸造(lost foam casting)或3d打印而被制成单个部件。双区域快速底座120的复数个板中的每个板由导热材料制成，诸如金属(例如铝)之类。第一流体通道304包括在入口312(在图3b中示出)和出口(未示出)之间的上部308和下部310。第一流体通道304的下部310可以设置在第一流体通道304的上部308的正下方或正上方。或者，第一流体通道304的下部310可以自第一流体通道304的上部308水平地移位。尽管图3a和3b示出用于第一流体通道304的单个回路，但是可以基于通道取向和尺寸以及底座尺寸来提供任何数量的回路。第二流体通道306包括在入口318与出口320之间的上部314和下部316。第二流体通道306的下部316可以设置在第二流体通道306的上部314的正下方或正上方。或者，第二流体通道306的下部316可以自第二流体通道306的上部314水平地移位。与第一流体通道304一样，第二流体通道306可以包括围绕第二区域204的任意数量的连接的或螺旋的回路。在一些实施方式中，第二流体通道306以线圈(coil)图案布置，如图3b中所示，但是替代地可以以螺旋或其他几何图案布置第二流体通道306，以用于流体的循环。
32.轴122包括一对或多对冷却管322、324。第一对冷却管322通过第一流体通道304对底座120的第一区域202分别输送和接收第一热交换流体。第二对冷却管324对底座120的第二区域204分别输送和接收第二热交换流体。在一些实施方式中，第一对冷却管322中的一个冷却管将第一热交换流体输送通过入口312并且到达第一流体通道304的上部308，并且在第一流体通道304的上部308中循环。随后，第一热交换流体被传送到第一流体通道304的下部310，在这里第一热交换流体以与第一流体通道304的上部308相反的图案循环，以经由出口(未示出)离开而到第一对冷却管322中的另一个冷却管中。在一些实施方式中，第二对冷却管324中的一个冷却管将第二热交换流体输送通过入口318并且在冷却器板302的中心处到达第二流体通道306的上部314，并且朝着在第二流体通道306的上部314中的远端(distal)位置向外输送。然后，第二热交换流体被传送到第二流体通道306的下部316，在这里以与第二流体通道306的上部314相反的图案循环而返回朝向冷却器板302的中心，以经由出口320离开而到第二对冷却管324中的另一个冷却管中。
33.第一热交换流体和第二热交换流体可以是相同或不同的流体，并且可以在相同或不同的温度下提供，以将第一区域202和第二区域204维持在相似或不同的温度。第一对冷却管322和第二对冷却管324分别流体连接至第一流体源(未示出)和第二流体源(未示出)，第一流体源连接至内联加热器326，第二流体源连接至内联加热器328。控制器112调整内联加热器326、328以独立地控制第一热交换流体和第二热交换流体的温度。例如，可以在大于或小于第二热交换流体的温度下输送第一热交换流体，这将允许第一区域202分别处于比第二区域204更高或更低的温度。热交换流体的循环允许基板温度维持在相对低的温度(例如大约-20℃至大约80℃)以及更高的温度。替代地，温度可以维持在大约0℃与100℃之间。示例性的热交换流体包括乙二醇和水，但是可以利用其他流体。
34.或者，第一区域202的温度可以增加到比第二区域204的温度高。在一些实施方式
中，可以调整第一区域202的温度以维持第一区域202与第二区域204之间的温度差。例如，在一些实施方式中，第二区域204可以维持在比第一区域202高的温度下，例如，比第一区域202热多达约40度。在一些实施方式中，第二区域204可以维持在比第一区域202低的温度下，例如，比第一区域冷多达约15度。在一些实施方式中，可以将第一区域202加热到第一温度，例如大约90℃，并且一旦达到第一温度，就可以将第二区域204加热到期望的第二温度。在一些实施方式中，一旦第二区域204被加热到期望的第二温度，则第一区域202和第二区域204可以一起上升(be ramped up)到期望的第三温度和/或第四温度。
35.底座120还包括在净化(purge)板330内的一个或多个净化通道，净化板330是设置在冷却器板302下方并且与冷却器板302铜焊以提供净化流动通道的板。例如，第一净化通道332可以由净化板330的一部分限定。第一净化通道332可以使净化流体遍及底座120而循环，净化流体通过底座120中的复数个净化出口334被排空。尽管图3a图示两个净化出口334，但是可以以不同的配置包括任何数量的净化出口。
36.第一净化通道332可以在底座120内以任何数量的图案形成。例如，第一净化通道332可以遍及底座120形成为线圈图案，以便在底座120与轴122之间提供热隔离，可以由诸如电阻加热元件之类的加热元件(未示出)加热轴122，以将轴122维持在特定温度。或者，可以在底座120中形成复数个直通道(straight channel)，直通道将净化流体直接引导到净化出口334。净化流体可以通过第一净化通道332从轴122中的流体管336输送，并且通过净化出口334输送出去。净化流体可以是包括惰性气体的气体，此气体用于限制或防止在底座120的孔或通道内形成工艺副产物。当执行沉积和/或蚀刻工艺时，工艺的副产物将日常地凝结在基板处理腔室内的区域上，包括在基板支撑组件106上。当这些副产物积聚在底座120上和底座120内时，位于表面上的后续基板可能倾斜，这可能导致不均匀的沉积或蚀刻。通过底座120输送的净化气体可以能够从底座120移出并且去除反应物。
37.第一净化通道332可另外包括在第一净化通道332的远端部分处的第一隔离腔338，第一隔离腔338竖直延伸穿过净化板330和冷却器板302。第一隔离腔338可以定位于第一区域202的周边处，并且可以被配置为接收通过第一净化通道332的一部分净化气体流，其中所述一部分净化气体被维持在第一隔离腔338中以提供第一区域202与第二区域204之间的热隔离。在一些实施方式中，包括多个净化通道以将气体分开地输送到第一隔离腔338和净化出口334。与第一隔离腔338耦接的一个或多个通道可以向外封闭，使得通道可以被用流体加压。加压的气体或加压的流体可以被输送到第一隔离腔338，或者可以在第一隔离腔338内被加压以在第一隔离腔338的定位处提供屏障或温度屏障。第一隔离腔338可以布置为通道，所述通道可以围绕整个底座120将第一区域202与第二区域204分开。净化气体或流体可以被加热或冷却以被输送到第一隔离腔338，使得净化气体或流体不影响在底座120中循环的热交换流体的温度控制。或者，净化气体可以在经选择以调整跨底座120的温度分布的温度下输送。
38.由于第一隔离腔338延伸穿过冷却器板302和净化板330，第一隔离腔338可以在第一流体通道304与第二流体通道306之间和在底座120的第一区域202与第二区域204之间形成热屏障。
39.底座120还可包括第二净化通道340，可沿着轴122与底座120之间的界面限定第二净化通道340。第二净化通道340可被配置为为净化气体提供第二净化流动路径，第二净化
流动路径可在轴122与底座120之间产生附加的热屏障。相应地，施加到轴122以限制工艺副产物沉积量的热可以不影响通过底座120施加的温度控制方案。第二净化通道340可另外包括第二隔离腔342和净化出口344。第二隔离腔342和净化出口344可配置为接收通过第二净化通道340输送的一部分净化气体，并且可在底座120的边缘与底座120的第二区域204之间提供额外的热隔离。相应的，可以以类似于轴122的方式加热底座120与轴122的界面，以减少设备上的副产物沉积量，同时为底座120提供屏障，使得可以更容易地在第二区域204中的底座120上提供均匀的温度分布。
40.第二隔离腔342可以以与第一隔离腔338类似的方式起作用和布置。净化气体或流体可以从轴122中的与将净化气体输送到第一净化通道332的那些流体管相同的流体管336输送通过第二净化通道340，或者可以通过轴122中的不同流体管进行输送。输送到第一净化通道332和第二净化通道340的净化气体可以相同或不同。在通过第二隔离腔342的顶部处的净化出口344排出净化气体之前，净化气体可以被输送通过第二净化通道340并且到第二隔离腔342中。在第二隔离腔342的顶部处的净化出口344可以类似于输送第一净化气体所通过的净化出口334。或者，可以在第二隔离腔342的整个顶部周围形成空间以用于净化气体的流动。或者，第二隔离腔342可以向外封闭，使得可以在第二隔离腔342中执行流体积聚或加压，从而在底座的外边缘处提供增强的热屏障。
41.在一些实施方式中，控制器112确定第一区域202和第二区域204的温度，并且以在大约60hz与90hz之间的频率调整第一热交换流体和第二热交换流体的温度。响应时间(即，第一区域202和第二区域204的温度达到相应目标温度所需的时间)小于60秒。
42.图4是用于控制双区域快速响应底座120的基板支撑表面的温度的方法400的一个实施方式的流程图。通过确定底座120的内部区域的温度，方法400在方框402处开始。
43.在方框404中，使用热电偶216测量第二区域204的温度。
44.在方框406中，基于所确定的第一区域202的温度和所测量的第二区域204的温度，控制器112通过确定第一区域202和第二区域204的目标温度和调整要在第一区域202中循环的第一热交换流体和要在第二区域204中循环的第二热交换流体的温度，来调整第一区域202和第二区域204的加热和冷却。
45.在上述示例实施方式中，提供方法和系统以将双区域加热的基板支撑件(并且因此，布置在基板支撑件上的基板)的温度分布控制为均匀或可控地不均匀。例如，在一些实施方式中，可以提供均匀的热分布。或者，可以提供中心冷的分布或中心热的分布。
46.尽管已经描述了某些实施方式，但是这些实施方式仅是通过示例的方式呈现的，并不旨在限制本发明的范围。实际上，本文描述的新颖实施方式可以以各种其他形式来体现。此外，在不背离本发明的精神的情况下，可以对本文所述实施方式的形式进行各种省略、替换和改变。所附权利要求及其同等物意图涵盖落入本发明的范围和精神内的这样的形式或修改。