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    在此提供用以處理半導體的設備。在一些實施例中，一種用以處理基材的設備可包括：第一環，該第一環係環繞基材支撐件而同心地設置，該第一環設以在處理期間將基材定位在該基材支撐件上；及第二環，該第二環設置在該基材支撐件與該第一環之間，該第二環設以提供從該第一環到該基材支撐件的熱傳路徑。
    公开号:TW201322333A
    申请号:TW101138100
    申请日:2012-10-16
    公开日:2013-06-01
    发明作者:Aniruddha Pal；Martin Jeffrey Salinas；Dimitry Lubomirsky；Imad Yousif；Andrew Nguyen
    申请人:Applied Materials Inc；
    IPC主号:H01L21-00
    专利说明:
    半導體處理中的邊緣環之熱管理
    本發明的實施例大體上關於半導體處理。
    傳統的半導體製程腔室(例如蝕刻腔室)通常利用基材支撐件，基材支撐件具有設置在基材支撐件上且設以在處理期間將基材固持在期望位置的一或更多個環(例如邊緣環)。然而，本案發明人已經觀察到的是傳統上使用的邊緣環相較於基材支撐件會具有不同的熱性質(例如不同的加熱與冷卻速率)，因此在靠近基材的邊緣處造成溫度非均勻性，而造成不樂見的基材非均勻處理。此外，在處理期間，由於製程或處理部件(例如上電極(例如噴頭或室頂))所產生的熱，邊緣環會被加熱到比基材支撐件更高的溫度，因此導致進一步的溫度非均勻性。
    所以，本案發明人已經提供用以處理基材的改良的設備。
    在此提供用以處理半導體的設備。在一些實施例中，一種用以處理基材的設備可包括：第一環，該第一環係環繞基材支撐件而同心地設置，該第一環設以在處理期間將基材定位在該基材支撐件上；及第二環，該第二環設置在該基材支撐件與該第一環之間，該第二環設以提供從該第一環到該基材支撐件的熱傳路徑。
    在一些實施例中，製程腔室可包括：腔室主體，該腔室主體界定內部空間；及基材支撐件，該基材支撐件設置在該內部空間中，該基材支撐件具有第一環與第二環，該第一環係環繞基材支撐件而同心地設置，該第一環設以在處理期間將基材定位在該基材支撐件上，該第二環設置在該基材支撐件與該第一環之間，該第二環設以提供從該第一環到該基材支撐件的熱傳路徑。
    在下文中描述本發明的其他與進一步實施例。
    在此提供用以處理基材的設備。本發明的實施例可有利地提供用於半導體處理腔室的分離的置入式(drop-in)更換元件，該更換元件可促進提升的設置在處理腔室中的邊緣環的溫度控制，因此在處理期間提供更均勻的基材加熱與冷卻。
    第1圖描繪根據本發明的一些實施例的製程腔室，該製程腔室適於和用以處理基材的設備併同使用。製程腔室100可大體上包含腔室主體102，腔室主體102具有用以處理設置在腔室主體102中的基材110的設備105。示範性製程腔室可包括DPS®、ENABLER®、SIGMATM、ADVANTEDGETM或可從美國加州聖大克勞拉市的應用材料公司取得的其他製程腔室。可根據在此所提供的教示適當地變更其他製程腔室(包括可從其他製造業者取得的製程腔室)。
    腔室主體102具有內部空間107，內部空間107可包括處理空間104與排放空間106。處理空間104可被界定在例如基材支撐件108與一或更多個氣體入口之間，其中該基材支撐件108設置在腔室主體102內以在處理期間支撐該基材支撐件108上之基材110，該些氣體入口係諸如被提供在期望位置處的噴頭114與/或噴嘴。
    一或更多個氣體入口(例如噴頭114)可耦接到氣體供應器116，氣體供應器116用以提供一或更多種製程氣體到腔室主體102的處理空間104內。儘管第1圖中圖示噴頭114，但可提供額外或替代的氣體入口，諸如設置在室頂142中或在腔室主體102的側壁上或在適於依需要提供氣體到製程腔室100的其他位置處(諸如製程腔室的基部、基材支撐件的周邊或諸如此類者)的噴嘴或入口。
    一或更多個電漿功率源(圖中圖示一個RF功率源148)可經由一或更多個各自的匹配網路(圖中圖示一個匹配網路146)耦接到製程腔室100，以供應RF功率到噴頭114。在一些實施例中，製程腔室100可利用感應耦合RF功率以用於處理。例如，製程腔室102可具有室頂142與介電噴頭114，室頂142由介電材料製成。儘管亦可使用其他類型的室頂(諸如圓頂形室頂或諸如此類者)，但室頂142可以是實質上平坦的。在一些實施例中，含有至少一感應線圈構件(未圖示)的天線可設置在室頂142上方。在這樣的實施例中，感應線圈構件可經由一或更多個各自的匹配網路(例如匹配網路146)耦接到一或更多個RF功率源(例如RF功率源148)。該一或更多個電漿源能夠在約2 MHz與/或約13.56 MHz的頻率下或在更高的頻率(諸如27 MHz與/或60 MHz)下產生高達5000 W。在一些實施例中，兩個RF功率源可經由各自的匹配網路耦接到感應線圈構件，以在約2 MHz與約13.56 MHz的頻率下提供RF功率。
    排放空間106可被界定在例如基材支撐件108與腔室主體102的底部之間。排放空間106可流體地耦接到排放系統120，或可被視為排放系統120的元件。排放系統120大體上包括泵送容室124與一或更多個導管，該些導管將泵送容室124耦接到製程腔室102的內部空間107(且大體上是處理空間104)。
    各個導管具有入口122與出口(未圖示)，其中入口122耦接到內部空間107(或在一些實施例中是排放空間106)，出口流體地耦接到泵送容室124。例如，各個導管可具有設置在製程腔室102的側壁的下方區域或底板中的入口122。在一些實施例中，該些入口彼此相隔實質上等距離。
    真空泵128可經由泵送埠126耦接到泵送容室124，以將排放氣體從製程腔室102抽出。真空泵128可流體地耦接到泵送出口132，以依需要將排放氣體配送到適當的廢氣處置設施。閥130(諸如閘閥或諸如此類者)可設置在泵送容室124中，以促進排放氣體的流速以及真空泵128的運作的控制。儘管圖中圖示z-運動閘閥，但可使用任何適當的用以控制排放氣體的流量的製程相容閥。
    基材110可經由製程腔室102的壁中的開口112進入製程腔室102。開口112可經由狹縫閥118或用以透過開口112選擇性地對腔室內部提供存取的其他機構而選擇性地被密封。基材支撐件108可耦接到升降機構134，升降機構134可控制基材支撐件108的位置於下方位置(如圖所示)與可選的上方位置之間，其中該下方位置係適於將基材經由開口112傳送進出腔室，該上方位置係適於用於處理。製程位置可經選擇以將特定製程步驟的製程均勻性予以最大化。當位在該些升高處理位置的至少一位置時，基材支撐件108可設置在開口112上方以提供對稱的處理區域。
    在一些實施例中，基材支撐件108可包括保留或支撐基材110在基材支撐件108的表面上的機構(諸如靜電夾盤109)。在一些實施例中，基材支撐件108可包括用以控制基材溫度與/或用以控制靠近基材表面處的物種與/或離子能量的流通量的機構。
    例如，在一些實施例中，基材支撐件108可包括RF偏壓電極140。RF偏壓電極140可經由一或更多個各自的匹配網路(圖中圖示匹配網路136)耦接到一或更多個偏壓功率源(圖中圖示一個偏壓功率源138)。該一或更多個偏壓功率源能夠在約2 MHz或約13.56 MHz或約60 MHz的頻率下產生高達12000 W。在一些實施例中，可提供兩個偏壓功率源，以在約2 MHz與約13.56 MHz的頻率下經由各自的匹配網路將RF功率耦合到RF偏壓電極140。在一些實施例中，可提供三個偏壓功率源，以在約2 MHz、約13.56 MHz與約60 MHz的頻率下經由各自的匹配網路將RF功率耦合到RF偏壓電極140。該至少一偏壓功率源可提供連續式或脈衝式功率。在一些實施例中，偏壓功率源可以是DC或脈衝式DC源。
    在一些實施例中，基材支撐件108可包括設以將基材110固持在用以處理的位置中的額外部件。例如，在一些實施例中，邊緣環(第一環150)可環繞基材支撐件108而同心地設置且用以將基材定位在基材支撐件108上。第一環150可由適於半導體處理的任何絕緣材料(例如石英)製成。當存在時，第一環150係在處理期間保護基材支撐件108的表面免於電漿引發的損壞且促進電漿朝向基材110的集中。
    本案發明人已經觀察到的是在利用傳統的邊緣環的製程腔室中，邊緣環相較於基材支撐件可具有不同的熱性質(例如不同的加熱與冷卻速率)，因此在靠近基材的邊緣處造成溫度非均勻性，而造成不樂見的基材非均勻處理。此外，在處理期間，由於製程或處理部件(例如上電極(例如上述的噴頭114或室頂142))所產生的熱，邊緣環會被加熱到比基材支撐件更高的溫度，因此導致進一步的溫度非均勻性。
    故，在一些實施例中，用以處理基材110的設備105可包含第二環154，第二環154係環繞基材支撐件108而同心地設置在第一環150與基材支撐件108之間。藉由提供第二環154，熱傳路徑被提供在基材支撐件108與第一環150之間。提供熱傳路徑係容許第一環150的溫度能被控制，因此將上述的溫度非均勻性予以最小化或消除。例如，在基材支撐件108主動地被冷卻(例如經由設置用來循環熱傳流體的導管)的實施例中，基材支撐件108可作為熱槽(heat sink)，因此冷卻第一環150或抵消如上所討論由製程或處理部件所產生的熱而造成的第一環150的任何加熱。
    第二環154可包含適於促進熱從第一環150傳送到基材支撐件108的任何材料。例如，第二環154可包含具有高熱傳導率與高熱容量的電絕緣材料，諸如陶瓷(例如氮化鋁(AlN))。電絕緣材料係有利地將第二環154對處理期間靠近基材處所產生的電磁場的衝擊予以最小化。
    在一些實施例中，層152可設置在第一環150與第二環154之間(與/或在第二環154與基材支撐件108之間)，以促進更強健的第一環150與基材支撐件108之間的熱傳。層152可包含具有低熱接觸阻抗的任何製程相容材料，例如聚矽氧系列材料。導熱薄可撓材料的使用以為了減少冷卻設備的元件之間的熱接觸阻抗係有利地促進最大的熱傳效率。
    在一些實施例中，設備105可被製程套組環208的一部分(例如軸環206的內壁架)支撐，如第2圖所示。在這樣的實施例中，製程套組環208可被耦接到載座支撐體210的板211支撐。在一些實施例中，載座支撐體210可包含一或更多個導管(圖中圖示一個導管212)，該些導管設以提供製程資源(例如RF或DC功率、製程氣體、溫度控制流體或諸如此類者)到基材支撐件108。
    在一些實施例中，為了更進一步控制第一環150的溫度，第一環150與/或第二環154可包含一或更多個熱控制機構。例如，在一些實施例中，第二環154可包含內嵌加熱器204。加熱器204可以是任何類型的用於半導體處理的電加熱器，例如電阻式加熱器。在這樣的實施例中，第一環150可包含一或更多個溫度感應器(圖中圖示一個溫度感應器202)，以監控遍佈第一環150的溫度均勻性。在運作時，根據由溫度感應器202所提供的溫度測量值，功率被提供到加熱器204以升高或降低加熱器204的溫度(與因而經由熱傳第二環154和第一環150的溫度)。
    替代地或組合地，在一些實施例中，為了促進對第一環150的溫度控制，第一環150可包含一或更多個導管(圖中以虛線圖示一個導管214)，該些導管設以容許熱傳流體能流經第一環150。熱傳流體可以是任何類型的能夠在半導體處理期間維持溫度控制性質的流體，例如液體(諸如含有水或二醇的冷卻劑)或氣體(諸如氧氣、氦氣或諸如此類者)。熱傳流體可經由例如載座支撐體210的導管212從供應器(未圖示)被提供到導管214。在一些實施例中，第一環150與導管214之間的界面應該被真空密封，以避免任何流體洩漏到製程腔室。在一些實施例中，導管214可包含入口304與出口306，以促進熱傳流體能流經導管214的流動，如第3圖所示。
    返回到第2圖，替代地或組合地，在一些實施例中，為了促進對第一環150的溫度控制，第二環154可包含一或更多個導管(圖中以虛線圖示一個導管216)，該些導管設以使熱傳流體能流經第二環154。
    在一些實施例中，導管216可包含入口404、出口406、與複數個穿孔408，該些穿孔408設置穿過第二環154的頂表面410且耦接到該一或更多個導管(例如導管216)的至少一導管，如第4圖所示。當存在時，該複數個穿孔408係容許熱傳流體能被提供到第一環150的背側，因此促進第一環150的溫度控制。熱傳流體可以是任何上述的熱傳流體且可經由例如載座支撐體210的導管212從供應器(未圖示)被提供到導管。在這樣的實施例中，待用於熱管理的熱傳流體應該是惰性的，藉此將和用於腔室內電漿處理的氣體的額外化學反應予以最小化。
    因此，在此已經提供一種用以處理基材的設備，該設備可依需要在各種製程腔室(包括但不限於矽蝕刻、鋁蝕刻與介電質蝕刻製程腔室)中有利地被用作為冷卻或加熱設備。本發明的實施例可有利地提供用於半導體處理腔室的分離的置入式更換元件，該更換元件係容許設置在處理腔室中的邊緣環的溫度控制，因此在處理期間提供基材的均勻加熱與冷卻。例如，本發明的實施例可用以冷卻電漿處理腔室中的邊緣環，或藉由將從基材支撐件到第一環的熱流動方向予以逆轉或將熱傳流體與第一環之間的熱流動方向予以逆轉而加熱邊緣環。
    儘管上述說明導向本發明的實施例，但可在不悖離本發明的基本範疇下設想出本發明的其他與進一步的實施例。
    100‧‧‧製程腔室
    102‧‧‧腔室主體
    104‧‧‧處理空間
    105‧‧‧設備
    106‧‧‧排放空間
    107‧‧‧內部空間
    108‧‧‧基材支撐件
    109‧‧‧靜電夾盤
    110‧‧‧基材
    112‧‧‧開口
    114‧‧‧噴頭
    116‧‧‧氣體供應器
    118‧‧‧狹縫閥
    120‧‧‧排放系統
    122‧‧‧入口
    124‧‧‧泵送容室
    126‧‧‧泵送埠
    128‧‧‧真空泵
    130‧‧‧閥
    132‧‧‧排放出口
    134‧‧‧升降機構
    136‧‧‧匹配網路
    138‧‧‧偏壓功率源
    140‧‧‧RF偏壓電極
    142‧‧‧室頂
    146‧‧‧匹配網路
    148‧‧‧RF功率源
    150‧‧‧第一環
    152‧‧‧層
    154‧‧‧第二環
    202‧‧‧溫度感應器
    204‧‧‧內嵌加熱器
    206‧‧‧軸環
    208‧‧‧製程套組
    210‧‧‧載座支撐體
    211‧‧‧板
    212‧‧‧導管
    214‧‧‧導管
    216‧‧‧導管
    304‧‧‧入口
    306‧‧‧出口
    404‧‧‧入口
    406‧‧‧出口
    408‧‧‧孔洞
    410‧‧‧頂表面
    可藉由參考繪示在附圖中的本發明的示意性實施例來詳細暸解本發明的實施例，本發明的實施例簡短地在前面概述與討論過。但是應注意的是，附圖僅示出本發明的典型實施例，並且因此附圖不應被視為會對本發明範疇構成限制，這是因為本發明可允許其他等效實施例。
    第1圖描繪根據本發明的一些實施例的製程腔室，該製程腔室適於和用以處理基材的設備併同使用。
    第2圖描繪根據本發明的至少一些實施例的基材支撐件的垂直剖視圖。
    第3-4圖描繪根據本發明的一些實施例的用以處理基材的設備的部分的俯視圖。
    為促進了解，在可能時使用相同的元件符號來表示該等圖式共有的相同元件。圖式未依比例繪製且為了清晰起見而簡化。可設想出的是一實施例的元件與/或特徵可有利地併入到其他實施例而不需特別詳述。
    105‧‧‧設備
    108‧‧‧基材支撐件
    110‧‧‧基材
    140‧‧‧RF偏壓電極
    150‧‧‧第一環
    152‧‧‧層
    154‧‧‧第二環
    202‧‧‧溫度感應器
    204‧‧‧內嵌加熱器
    206‧‧‧軸環
    208‧‧‧製程套組
    210‧‧‧載座支撐體
    211‧‧‧板
    212‧‧‧導管
    214‧‧‧導管
    216‧‧‧導管
    权利要求:
    Claims (20)
    [1] 一種用以處理一基材的設備，包含：一第一環，該第一環係環繞一基材支撐件而同心地設置，該第一環設以在處理期間將一基材定位在該基材支撐件上；及一第二環，該第二環設置在該基材支撐件與該第一環之間，該第二環設以提供從該第一環到該基材支撐件的一熱傳路徑。
    [2] 如請求項1之設備，其中該第二環包含一加熱器，該加熱器內嵌在該第二環中，以提供一熱傳量於該第一環與該基材支撐件之間。
    [3] 如請求項2之設備，其中該第一環包含內嵌在該第一環中的一溫度感應器。
    [4] 如請求項1之設備，其中該第二環包含一或更多個導管，該些導管設置在該第二環內以使一熱傳流體在該第二環內流動。
    [5] 如請求項4之設備，其中該第二環更包含複數個孔洞，該些孔洞設置穿過該第二環的一表面且耦接到該一或更多個導管的至少一導管，以提供該熱傳流體到該第一環的一背側。
    [6] 如請求項1之設備，其中該第一環包含一或更多個導管，該些導管設置在該第一環內以使一熱傳流體在該第一環內流動。
    [7] 如請求項1之設備，更包含一導熱層，該導熱層設置在該第一環與該第二環之間。
    [8] 如請求項7之設備，其中該導熱層是由一含聚矽氧的材料製成。
    [9] 如請求項1之設備，其中該第二環是由一電絕緣材料製成。
    [10] 如請求項1之設備，更包含：一製程套組環，該製程套組環係環繞該基材支撐件而設置且至少部分地支撐該第一環。
    [11] 一製程腔室，包含：一腔室主體，該腔室主體界定一內部空間；及一基材支撐件，該基材支撐件設置在該內部空間中，該基材支撐件具有一第一環與一第二環，該第一環係環繞一基材支撐件而同心地設置，該第一環設以在處理期間將一基材定位在該基材支撐件上，該第二環設置在該基材支撐件與該第一環之間，該第二環設以提供從該第一環到該基材支撐件的一熱傳路徑。
    [12] 如請求項11之製程腔室，其中該第二環包含一加熱器，該加熱器內嵌在該第二環中，以提供一熱傳量於該第一環與該基材支撐件之間。
    [13] 如請求項11之製程腔室，其中該第一環包含內嵌在該第一環中的一溫度感應器。
    [14] 如請求項11之製程腔室，其中該第二環包含一或更多個導管，該些導管設置在該第二環內以使一熱傳流體在該第二環內流動。
    [15] 如請求項14之製程腔室，其中該第二環更包含複數個孔洞，該些孔洞設置穿過該第二環的一表面且耦接到該一或更多個導管的至少一導管，以提供該熱傳流體到該第一環的一背側。
    [16] 如請求項1之製程腔室，其中該第一環包含一或更多個導管，該些導管設置在該第一環內以使一熱傳流體在該第一環內流動。
    [17] 如請求項1之製程腔室，更包含一導熱層，該導熱層設置在該第一環與該第二環之間。
    [18] 如請求項17之製程腔室，其中該導熱層是由一含聚矽氧的材料製成。
    [19] 如請求項1之製程腔室，其中該第二環是由一電絕緣材料製成。
    [20] 如請求項1之製程腔室，更包含：一製程套組環，該製程套組環係環繞該基材支撐件而設置且至少部分地支撐該第一環。
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    法律状态:
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