具有加热腔室衬垫的处理室的制作方法

专利名称：具有加热腔室衬垫的处理室的制作方法
具有加热腔室衬垫的处理室
发明的背景 发明领域
本发明的实施方式一般涉及一种半导体处理室，特别是一种用于一半导体 处理室的衬垫组件。
相关技术描述
半导体处理包括数种不同的化学及物理工艺，由此，在基板上产生微小的 集成电路。构成集成电路的材料层通过化学气相沉积、物理气相沉积以及外延 生长等方式形成。部分材料层则利用光刻胶掩模及湿式或干式蚀刻技术而图案 化。用于形成集成电路的基板可以为硅、砷化镓、磷化铟、玻璃或其他适当材 料。
在集成电路的制造过程中，等离子体工艺通常是用于多种材料层的沉积或 蚀刻。等离子体工艺相对于热工艺而提供更多优点。举例来说，相对于类似的
热工艺，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)允许沉积工艺在更低温及更高 沉积速率下进行。因此，PECVD对于具有严谨热预算(thermal budget)的集 成电路制造是有利的，例如，用于超大型或极大型集成电路(VLSI或ULSI) 器件制造。
在等离子体工艺中却遭遇一问题，即在处理过程中在处理室内的非均一温 度分布。在部分系统中，两个相对电极设置在处理室中并在处理室的中央区域 界定一处理区域。相对设置的电极用于在处理区域中维持一等离子体。等离子 体提供用于处理设置在腔室中的基板的电离能及热能。等离子体及热能一般是 集中在处理室的中央区域，故在处理室的中央及侧边区域(例如侧壁)则形成 一温度梯度。
在具有相邻处理系统或是其他用于加热腔室的一区(或是侧边)更甚于另 一区的外部热源的处理系统中，温度变化会更为剧烈。举例来说，在一处理室 主体中，其具有由一共用内壁所分隔开的两个等离子体处理区域，内壁由来自两区域的等离子体所加热，而外壁则是仅由其中的一等离子体加热，由此，产 生一非平衡的热负载，因而使得外壁相较于内壁具有更低温度。此低温可能会 导致工艺气体或前驱物凝结在具有较低温度的壁表面，因而造成微粒的产生， 其可导致沉积薄膜的污染。
在腔室内微粒的产生还会累积在抽气口 (pumping port)，并且最终堵塞 住抽气口，因此需要中断处理来清洁抽气口。此外，腔室中的粒子可能会危及 腔室密封，因而造成热能损耗，并且更加恶化腔室壁的温度均一性。
因此，需要一种可增进沿着处理区域边界的温度均一性的改良方法及设备。
发明概要
本发明的实施方式提供一种适合在一等离子体处理室中使用的加热器衬 垫组件。在部分实施方式中， 一种用于一处理室的衬垫组件包括一嵌设于一主
体中的加热元件。 一凸缘由主体的一外径往外延伸，其包括具有一密封表面 的一上表面；以及至少一接触垫，其由凸缘的上表面延伸至一超过密封表面的咼度。
在部分实施方式中， 一种用于一处理室的衬垫组件可包括一陶瓷主体，其 具有一内径表面，并且内径表面界定出一抽气室(pumping cavity)的一部分。 一抽气孔洞穿设于主体并透过内径表面而流体耦接(fluid co叩ling)至抽气 室。 一加热元件嵌设于主体中。 一凸缘由主体的一外径往外延伸，并且具有一 上表面。凸缘的上表面的一部分具有一密封表面。至少一接触垫由凸缘的上表 面延伸至一超过密封表面的高度。至少一热扼流器(thermal choke)界定在 凸缘中。 一凹部形成于上表面中而位于密封表面及接触垫之间。接触垫、扼流 器以及凹部促使对衬垫组件的温度的控制。
在其他部分的实施方式中， 一种用于一处理室的衬垫组件可包括一环状陶 瓷加热器衬垫，其具有至少一嵌设的加热器。加热器衬垫具有一接触垫，并且 接触垫配置以使加热器衬垫与处理室之间的接触区域最小化。一环状陶瓷抽气 衬垫设置为邻近加热器衬垫，并且位于加热器衬垫的径向内侧。抽气衬垫具有 多个穿设于其中的抽气口 ，这些抽气口配置以允许气体进入界定在抽气衬垫与 加热器衬垫之间的一抽气室。一中间衬垫设置为邻近加热器衬垫并位于加热器衬垫的径向内侧，并且邻近抽气衬垫而位于抽气衬垫下方。 一管状套管耦接至 中间衬垫。套管具有穿设于其中的一基板通道，以允许基板通过衬垫组件。
附图简要说明
为了让本发明的上述描述特征更为详细了解，本发明的简单概要如上的特 定说明可参照实施方式，并且部分实施方式图解示出于所附附图中。


图1图解示出根据本发明的一实施方式的PECVD系统的剖面视图2图解示出图1的衬垫组件的部分剖面视图，其具有一加热器衬垫； 图3图解示出图2的加热器衬垫的部分上视图4A 4B图解示出加热器衬垫的另一实施方式的部分上视图及剖面视 图； (
图5图解示出入口衬垫的一实施方式的另一部分剖面视图6A 6B图解示出上中部衬垫的一实施方式的底视图及剖面视图；以及 图6C图解示出耦接至图6A 6B的上中部衬垫的基板传输口套管的底视图。
需注意的是，虽然所附附图揭露本发明特定实施方式，但其并非用于限定 本发明的精神与范围，任何本领域技术人员，当可作各种的更动与润饰而得到 等效实施方式。
为便于了解，附图中相同的元件符号表示相同的元件。某一实施方式采用 的元件当不需特别详述而可应用到其他实施方式。
具体实施例方式
本发明的衬垫组件有利地使得腔室主体与衬垫组件之间的热传输最小化。 在部分实施方式中，衬垫组件可配置以补偿衬垫组件的非均一加热，由此，衬 垫组件的温度可维持而具有均一或非均一的分布。
本发明的实施方式参照等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统而概要 描述如下。可适用而受益于本发明的PECVD系统的实例包括PRODUCEIT SE CVD 系统或DXZ^ CVD系统，两者皆购自加州圣克拉拉的应用材料公司(Applied Materials, Inc. ) 。 PRODUCER* SE CVD系统(例如200腿或300 mm)具有 两个分离设置的处理区域，其可用于沉积碳掺杂氧化硅以及其他材料并描述于美国专利第5， 855， 681号及第6， 495， 233号中。DX" CVD室在美国专利第 6，364，954号中揭露。虽然示范性实施方式包括两个处理区域，但也可预期本 发明还有益于具有单一处理区域的系统。还可预期本发明有益于其他等离子体 室，包括蚀刻室、离子注入室、等离子体处理室以及剥除室。还可预期本发明 有益于来自其他制造商的等离子体处理室。
图1为PECVD系统100的部分剖面视图，其具有本发明的腔室衬垫组件 127的一实施方式。PECVD系统100 —般包括一腔室主体102，该腔室主体102 具有一侧壁112、 一底壁116以及一内壁101，以界定出一对处理区域120A-B。 各个处理区域120A-B呈相似配置，故基于简洁目的，在此仅描述处理区域120B 中的部件。
台座128设置于处理区域120B中，并且穿过形成在系统100中的底壁116 的通道122。台座128适于在其上表面上支撑基板(图中未示)。台座128可 包括加热元件，例如电阻元件，以加热和控制基板温度在一期望工艺温度下。 可选择地，可通过远端加热元件(例如灯组件)来加热台座128。
台座128通过一轴杆126而耦接至驱动系统103，以控制台座128在处理 区域120B中的高度。遮蔽环106可设置在台座128的周围，并且在台座128 的一期望高度处，遮蔽环106与基板接合。
杆130通过形成在底壁116中的通道124并用于启动穿设于该台座128 的基板举升销161。基板举升销161可选择性地将基板与台座128间隔开，以 利于利用机械手臂(图中未示)调换基板，而该机械手臂通过基板传输口 160 而将基板传输进出处理区域120B。
腔室盖104耦接至腔室主体102的顶端部分。腔室盖104容纳更多穿设于 其中的气体分配系统108。气体分配系统108包括气体入口通道140，其通过 喷气头组件142而将反应物及清洁气体输送至处理区域120B中。喷气头组件 142包括一环状基部平板148，而环状基部平板148具有设置而居于其与面板 (fac印late) 146之间的阻隔板144。 RF (射频)源165耦接至喷气头组件 142。 RF源165供应功率至喷气头组件142，以利于在喷气头组件142的面板 146与加热的台座128之间产生等离子体。在一实施方式中，RF源165可以为 高频射频(HFRF)功率源，例如13.56 MHz RF产生器。在另一实施方式中， RF源165可包括一 HFRF功率源及一低频射频(LFRF)功率源，例如300 kHz RF产生器。可选择地，RF源可耦接至处理室100的其他部分(例如台座128)， 以利于等离子体的产生。介电隔离器158设置于腔室盖104与喷气头组件142 之间，以预防RF功率传导至腔室盖104。
可选择地，冷却通道147形成于气体分配系统108的环状基部平板148 中，以在操作过程中冷却环状基部平板148。热传流体(例如水或类似物)可 循环通过冷却通道147，由此，基部平板148可维持在一预定温度下。
腔室衬垫组件127设置在处理区域120B内而非常邻近于腔室主体102的 内壁101及侧壁112，以预防内壁101及侧壁112暴露于处理区域120B中的 恶劣处理环境。衬垫组件127包括一周围抽气室125，而该抽气室125耦接至 抽气系统164，抽气系统164则配置以将废气及副产物排出处理区域120B并 控制处理区域120B中的压力。多个排气口 131可形成于腔室衬垫组件127中。 排气口 131配置以允许来自处理区域120B的气流以一方式流至周围抽气室 125中，而此方式促进沉积系统100中所进行的处理。
图2为图1的衬垫组件127的部分剖面视图。衬垫组件127滑入腔室主体 102的内壁101及侧壁112中，由此，处理区域120B限制在衬垫组件127内。 衬垫组件127可快速地自腔室主体102移除，由此，有利于在数次处理循环之 后，衬垫组件127的替换。衬垫组件127 —般通过设置在衬垫组件127或腔室 主体102中的密封套290内的密封件(例如O型圈)而密封至腔室主体102。
在一实施方式中，衬垫组件127可包括一单一整合式主体，以利于衬垫组 件127自腔室主体102的安装及移除。在另一实施方式中，衬垫组件127可包 括一系列的分隔衬垫，这些衬垫可堆迭或邻接在一起，以减少在使用过程中的 热膨胀和/或有利于衬垫组件127的安装及移除。
在图2所示的实施方式中，衬垫组件127包括加热器衬垫202、抽气衬垫 204、上中部衬垫206、下中部衬垫208以及底部衬垫210。衬垫202、 204、 206、 208 —般由陶瓷或其他适合材料制成。在一实施方式中，衬垫202、 204、 206、 208可各自分隔开，并且配置以允许其间的相对运动，因此可调适在处 理过程中热膨胀所造成的可能错配情形(mismatch)，由此，预防部件裂开或 受到伤害。衬垫202、 204、 206、 208可选择地以一方式而连锁(interlock)， 而此方式提供增强的机械强度、操作容易度和/或维持定向。
底部衬垫210可以由陶瓷或铝制成，并且一般配置以覆盖住腔室主体102的底壁116。在一实施方式中，底部衬垫210—般呈碟状。
上中部衬垫206与下中部衬垫208 —般为环状。上中部衬垫206可包括狭 缝、切缝或裂缝，以允许耦接至加热器衬垫202的套管260可延伸进入基板传 输口 160，如下将进一步描述。
加热器衬垫202包括一个或多个加热器212。加热器212可以为一供热传 流体流经衬垫202的导管，或是一电阻加热元件。在图2所示的实施方式中， 加热器212为耦接至功率供应系统214的电阻加热元件。
如图3的加热器衬垫202的部分上视图所示，加热器导线304由凸出部 302 (其由加热器衬垫202的上周围延伸出)离开加热器衬垫202。导线304 可包括一连接器308，其在衬垫组件127的移除/替换时利于自功率供应系统 214的快速耦接/去耦接。功率供应系统214适于可控地加热腔室衬垫202，由 此允许腔室衬垫202在等离子体处理过程中维持在预定温度范围内。
加热器212可经配置以使得衬垫202的一区域相对于另一区域具有更高的 热容量(heating capacity)，由此，衬垫202的一区域相对于另一区域的加 热程度较高。来自加热器212而传导至衬垫202的热差异可用于补偿通过其他 来源的不均匀加热或冷却，因此衬垫202具有均匀的温度分布或是产生非均匀 的衬垫温度分布。在其他实施方式中，加热器212控制加热器衬垫202的温度 介于约10(rc 约2ocrc，但是当使用由适当的高温材料所制成的密封件时， 也可使用较高的衬垫温度。
图4A及4B图解示出衬垫202的另一实施方式的上方视图及剖面视图。在 图4A及4B所示的实施方式中，衬垫202的加热器212是由多个加热元件402 (例如插装式加热器；cartridge heater)构成。加热元件402可排置在衬垫 202的周围，例如，设置在衬垫202中所形成的孔洞404中。各个加热元件402 可独立地控制以产生预定的衬垫温度分布。在另一实施方式中，加热元件402 的间隔或热容量可经选择以产生预定的衬垫温度分布。举例来说，位于抽气衬 垫204的抽气孔洞(于下方示于图5的564)上方的加热器衬垫202区域可具 有较高密度的加热元件402，以补偿由于通过孔洞的高流速所造成的升高的热 传(相较于衬垫202的其他区域)。
参照图2，加热器衬垫202还包括数个特征(feature)，这些特征被设 置以减少衬垫组件127与腔室主体102之间的热传导。在一实施方式中，加热器衬垫202具有一上方密封表面216，而且加热器衬垫202通过一上方接触垫 230而维持与腔室盖104为间隔设置。上方接触垫230由加热器衬垫202的上 方表面218延伸至一高度，而此高度允许设置于衬垫202的表面216与腔室盖 104之间的密封件(图中未示)的压縮，而在密封区域(即，表面216)并无 实质的腔室盖与衬垫的接触。凹部220形成在上方表面218中，以增进衬垫 202与腔室盖104的热隔绝。上方接触垫230使得腔室盖104与腔室衬垫202 之间的接触区域最小化，而凹部220使得其间的热传间隙最大化，由此，可使 得腔室盖104与衬垫202之间的热传量降低。
在一实施方式中，加热器衬垫202的上表面218可设置有18个圆柱型接 触衬垫230。也可预期针对特定的工艺需求及腔室设计配置而以不同方式配置 不同数量、直径、形状以及分布的接触垫230。一
衬垫202及腔室主体102之间设置有对准特征。在一实施方式中，对准特 征可以形成为单一元件或是设置在加热器衬垫202的下方表面224上并排列成 极性阵列(polar array)的多个元件。可选择地，对准特征可以形成在腔室 主体102的一部分中，而此部分的上方与加热器衬垫202为间隔设置。在图2 所示的实施方式中，对准特征包括一孔222以及一紧配插入件226。插入件226 可以为销的形式，并且延伸于腔室主体102及加热器衬垫202之间，以维持这 些部件在一预定的定向。销(例如，插入件226)可以自腔室主体102或加热 器衬垫202的至少其中之一延伸，并且可以由具有相较于衬垫202为低的热传 速率的材料制成。
加热器衬垫202包括一主体240，而主体240具有一通过其内径所界定出 的抽气室125。上方外凸缘242由主体240的顶部往外延伸。热扼流器244形 成在凸缘242中而位于接触垫230的内侧，以使得由主体240流至接触垫230 的热流最小化。扼流器244降低接触垫230的接触区域并用于使得至腔室主体 的热损耗最小化，并且可同时保护设置于密封套290中的密封件(例如，0型 圈，图中未示)而使其不受高温(其可能会破坏O型圈或是密封件的完整性) 的影响。
在一实施方式中，热扼流器244为一形成在凸缘242中的环状沟槽。在另 一实施方式中，热扼流器244为形成在凸缘242中的多个沟槽片段，例如，7 个沟槽片段。在热扼流器244的任一侧而耦接部分凸缘242的网状凸缘材料经选择以控制流经扼流器244的热流速，而且在部分实施方式中，此材料可经选 择而使得热以不同的速率通过沿着加热器衬垫202的不同角位置的扼流器244 区域，由此，可增进对于衬垫202的温度分布的控制。
上方内部凸缘246由主体240往内延伸于抽气室127上方。下方内部凸缘 248由主体240往内延伸于抽气室127下方。裙部250由凸缘248往下延伸。 在一实施方式中，至少一凸缘246、 248将抽气衬垫204支撑于其上。
抽气衬垫204包括一主体252，该主体252具有穿设于其中的排气口 131、 一逐渐变细的上方内部部分254、 一上方外部突唇256以及一下方内部突唇 258。该逐渐变细的上方内部部分254被配置以维持衬垫组件127与激发面板 146之间的一间隙。上方外部突唇256与加热器衬垫202的上方内部凸缘246 交错设置，其中下方内部突唇258被配置以在台座128移至邻近传输口 160 的下方位置时用以支撑遮蔽环106。
图5为衬垫组件127的另一部分剖面视图，其图解示出界定在衬垫组件 127的抽气室125至形成于腔室主体102中的抽气口 502的抽气路径。衬垫组 件127的加热器衬垫202和/或抽气衬垫204被配置以与入口衬垫510接合， 其提供衬垫给延伸于抽气室125与抽气口 502之间的通道。入口衬垫510 —般 包括插入件512及管状物514。
插入件512包括一逐渐变细和/或渐减外径，其有利于插入件512插入穿 设于腔室主体102的实质水平的通道504中并可突破进入抽气口 502。管状物 514包括一开孔(cut-out) 522，以容设插入件512的末端，由此，插入件512 与管状物514的内部通道518、 520在抽气口 502的开口处形成一线型导管。 管状物514还包括一突出部562，并且突出部562延伸至室排气口 564，而该 室排气口 564穿设于抽气衬垫202并与界定在其中的抽气室125为流体连通。
入口衬垫510在剩余的衬垫组件127之前设置。首先，插入件512设置在 水平通道504中。接着将管状物514安装在插入件512上，由此，开孔522 与插入件512接合，并且通道518、 520对准。接着安装上中部衬垫206以及 下中部衬垫208以维持入口衬垫510定位。加热器衬垫202及抽气衬垫204 可接着设置在上中部衬垫206的上。
图6A-6B为加热器衬垫202的一实施方式的底视图及侧视图。加热器衬垫 202包括一狭缝600，以允许基板通过腔室衬垫组件127。狭缝600 —般经定位而与加热器衬垫202的凸出部302相对设置，并且垂直于抽气衬垫204中的 室排气口 564。邻近于狭缝600的加热器衬垫202的外径604包括两个安装垫 602。安装垫602利于管状套管606耦接至加热器衬垫202 (如图6C图的加热 器衬垫202与套管606的底视图所示)。加热器衬垫202与套管606可以利用 任何适当方式耦接，例如，通过紧固件610，该紧固件610延伸穿过一穿设于 加热器衬垫202的间隙孔612，并且与套管606中的螺纹孔614接合。当紧配 时，套管606的基板通道616 (以虚线显示)与衬垫202的狭缝600对准，以 利于基板传输通过衬垫组件127。 一般来说，在安装到加热器衬垫202之前， 套管606首先滑入基板传输口 160中。
因此，本发明提供一加热的腔室衬垫组件。该加热的腔室衬垫组件提供热 能以加热中央处理区域，并且实质与腔室壁与腔室盖的热效应隔绝，由此，允 许实现腔室衬垫组件的预定温度分布。
本发明虽以较佳实施方式说明如上，然而其并非用以限定本发明，任何本 领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，仍应属 本发明的技术范畴。
权利要求
1.一种用于一处理室的衬垫组件，包括一主体；一加热器，嵌设于所述主体中；一凸缘，其由所述主体的一外径往外延伸，所述凸缘的一上表面的一部分具有一密封表面；以及至少一接触垫，其由所述凸缘的所述上表面延伸至一高于所述密封表面的高度。
2. 根据权利要求1所述的衬垫组件，其更包括-至少一热扼流器(thermal choke)，其界定在所述凸缘中。
3. 根据权利要求2所述的衬垫组件，其中所述热扼流器更包括 至少一沟槽，其形成于所述凸缘中而位于所述接触垫的内侧。
4. 根据权利要求l所述的衬垫组件，其更包括 多个热扼流器，其形成在所述凸缘中。
5. 根据权利要求1所述的衬垫组件，其中所述凸缘更包括一凹部，其形成于所述上表面中而位于所述密封表面及所述接触垫之间。
6. 根据权利要求1所述的衬垫组件，其中所述加热器更包括至少一电阻元件。
7. 根据权利要求1所述的衬垫组件，其中所述加热器配置以提供沿着所述 主体的一第一周围部分相对于一第二周围部分一较高的热容量(heating capacity)。
8. 根据权利要求1所述的衬垫组件，其中所述加热器更包括多个电阻加热元件。
9. 根据权利要求8所述的衬垫组件，其中所述电阻加热元件排置为一极性 阵列(polar array)。
10. 根据权利要求8所述的衬垫组件，其中所述电阻加热元件在一区域相 对于另一区域设置较为密集。
11. 根据权利要求1所述的衬垫组件，其更包括至少一垫，其由所述主体的一下表面延伸，并且配置以维持所述主体相对 于一腔室主体的一衬垫支撑表面为一间隔设置的关系。
12. 根据权利要求1所述的衬垫组件，其中所述主体的一内径表面界定出 一抽气室(pumping cavity)的一部分。
13. 根据权利要求12所述的衬垫组件，其更包括一抽气孔洞，其穿设于所述主体，并且通过所述内径表面而与所述抽气室 为流体耦接(fluidly coupling)。
14. 根据权利要求1所述的衬垫组件，其更包括 一抽气衬垫，其形成抽气室的一内部边界。
15. 根据权利要求14所述的衬垫组件，其中所述抽气衬垫更包括 多个穿设于所述抽气衬垫的抽气口 ，并且所述抽气口与所述抽气室为流体耦接。
16. 根据权利要求1所述的衬垫组件，其中所述主体更包括一穿设于所述主体的基板入口 。
17. 根据权利要求1所述的衬垫组件，其更包括一管状套管，其耦接至所述主体并与基板入口对准。
18. —种用于一处理室的衬垫组件，包括一陶瓷主体，其具有一内径表面，所述内径表面界定出一抽气室的一部分； 一抽气孔洞，其穿设于所述主体，并且通过所述内径表面而与所述抽气室 为流体耦接；一加热器，其嵌设于所述主体中；一凸缘，其由所述主体的一外径往外延伸，所述凸缘的一上表面的一部分具有一密封表面；至少一接触垫，其由所述凸缘的所述上表面延伸至一高于所述密封表面的高度；至少一热扼流器，其界定在所述凸缘中；以及一凹部，其形成于所述上表面中而位于所述密封表面及所述接触垫之间。
19.一种用于一处理室的衬垫组件，包括一环状陶瓷加热器衬垫，其具有至少一嵌设于其中的加热器，所述加热器 衬垫具有一接触垫，所述接触垫配置以使所述加热器衬垫与所述处理室之间的 接触区域最小化；一环状陶瓷抽气衬垫，其设置而邻近所述加热器衬垫，并且位于所述加热器衬垫的径向内侧，所述抽气衬垫具有多个穿设于其中的抽气口，所述抽气口配置以允许气体进入界定在所述抽气衬垫与所述加热器衬垫之间的一抽气室； 以及一管状套管，其耦接至所述加热器衬垫，所述套管具有穿设于其中的一基 板通道。
20. 根据权利要求19所述的衬垫组件，其中所述加热器衬垫更包括至少一热扼流器。
21. 根据权利要求19所述的衬垫组件，其中所述加热器衬垫更包括至少一电阻加热器，所述电阻加热器能够非对称地加热所述加热器衬垫。
全文摘要
本发明提供一种适于覆盖等离子体处理室内部的加热器衬垫组件。在部分实施方式中，一种用于处理室的衬垫组件包括嵌设于主体中的加热元件；一凸缘由主体的一外径往外延伸，并且凸缘包括具有一密封表面的一上表面；以及至少一接触垫由凸缘的上表面延伸至一超过密封表面的高度。接触垫通过使衬垫组件维持与处理室间隔开而促进控制衬垫组件的温度。
文档编号H01L21/306GK101589175SQ200880002923
公开日2009年11月25日 申请日期2008年1月15日 优先权日2007年1月30日
发明者戴尔·R·杜波依斯, 索菲亚·M·维拉斯泰古依, 金·博可因, 马克·A·福多尔 申请人:应用材料股份有限公司