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CN112740389A - 具有集成加热器的腔室盖 - Google Patents

具有集成加热器的腔室盖 Download PDF

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CN112740389A
CN112740389A CN201980062458.0A CN201980062458A CN112740389A CN 112740389 A CN112740389 A CN 112740389A CN 201980062458 A CN201980062458 A CN 201980062458A CN 112740389 A CN112740389 A CN 112740389A
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M·D·威尔沃斯
J·路德维格
B·施瓦茨
R·C·科特里尔
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Abstract

本文所述的实现提供一种腔室盖组件。在一个实施例中，腔室盖组件包含嵌入在形成处理腔室的边界的介电主体中的加热器，其中所述加热器具有被独立地控制的一个或更多个加热区。

Description

具有集成加热器的腔室盖
背景技术
技术领域
本文公开的实施例总体上涉及半导体制造，并且更具体地涉及具有集成加热器的盖组件及其使用方法。
相关技术说明
在集成电路的制造中，需要对各种工艺参数的精确控制，以用于在基板内实现一致的结果，以及从基板到基板可再现的结果。随着装置图案的特征尺寸变小，这些特征的临界尺寸(CD)需求成为稳定和可重复的装置性能的更重要标准。随着用于形成半导体器件的结构的几何形状限制被推动对抗技术限制，更严格的公差和精确的工艺控制对于制造成功至关重要。然而，随着几何形状的缩小，精确的临界尺寸和蚀刻工艺控制变得越来越困难。由于腔室的非对称性(诸如腔室和基板温度、流导(flow conductance)和射频场)，跨处理腔室内处理的基板的可允许CD变化很难实现。
许多半导体元件在等离子体的存在下被加工。如果没有均匀地控制等离子体，则处理结果也可能是非均匀的。传统等离子体腔室通常包含形成腔室边界的盖。等离子体源定位成相邻于盖以在腔室中产生等离子体。在一些传统腔室中，离散加热器组件定位在等离子体源与盖之间。
然而，加热器组件影响RF耦合和/或冲击性能，这负面地影响腔室中的等离子体均匀性。另外，在执行腔室维护时，为了移除盖，加热器组件是必须移除的附加部件。
因此，需要一种改进的腔室盖，所述腔室盖提供改进等离子体处理的各方面。
发明内容
本文所述的实现提供一种腔室盖组件。在一个实施例中，腔室盖组件包含嵌入在形成处理腔室的边界的介电主体中的加热器，其中所述加热器具有被独立地控制的一个或更多个加热区。
在另一实施例中，处理腔室包含：腔室主体，设置在所述腔室主体中的基板支撑组件，以及盖组件。所述盖组件包含嵌入在介电主体中的加热器，其中所述加热器具有被独立地控制的一个或更多个加热区。
在另一实施例中，处理腔室包含：腔室主体，设置在所述腔室主体中基板支撑组件，以及盖组件。所述盖组件包含嵌入在介电主体中的加热器，以及电磁屏蔽，所述电磁屏蔽嵌入在所述介电主体中相邻于所述加热器，其中所述加热器具有被独立地控制的一个或更多个加热区。
附图说明
为了可详细地理解本公开的上述特征的方式，可通过参考本文公开的实施例来对以上简要概述的本公开进行更具体的描述，所述实施例中的一些实施例在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出了本公开的典型实现，并且因此不应被视为是对其范围的限制，因为本公开可允许其他等效的实现。
图1是具有基板支撑组件的一个实施例的示例性蚀刻处理腔室的横截面示意图。
图2是根据一个实施例的腔室盖组件的等距视图。
图3是可与图1的处理腔室一起使用的腔室盖组件的另一实施例的平面图。
图4是沿着图3的线4-4的腔室盖组件的截面图。
为了便于理解，已尽可能使用相同的附图标记来表示附图中共有的相同元件。构想的是，在一个实现中公开的元件可在没有特定叙述的情况下有益地用于其他实现中。
具体实施方式
本文公开的实施例提供一种具有集成加热器的腔室盖组件和具有所述腔室盖组件的处理腔室。腔室盖组件可用于蚀刻腔室中以改进等离子体冲击以及等离子体均匀性。尽管下面在蚀刻处理腔室中描述腔室盖组件，但是腔室盖组件可用于其他类型的等离子体处理腔室(诸如物理气相沉积腔室、化学气相沉积腔室、离子注入腔室、剥离腔室等)、以及需要调谐等离子体轮廓的其他等离子体系统中。
图1是具有基板支撑组件101和接地的腔室主体102的示例性蚀刻处理腔室100的横截面示意图。腔室主体102包含壁103、底部104和腔室盖组件105，腔室盖组件105封闭内部容积124。基板支撑组件101设置在内部容积124中并且在处理期间在支撑在基板支撑组件101上的基板134。处理腔室100的壁103包含开口(未示出)，通过所述开口可将基板134用机器人(robotically)移入和移出内部容积124。在腔室主体102的壁103或底部104中的一者中形成泵送口110，并且泵送口110流体地连接至泵送系统(未示出)。泵送系统用于维持在处理腔室100的内部容积124内的真空环境，同时移除处理副产物。
腔室盖组件105包含嵌入在腔室盖组件105中的加热器106。腔室盖组件105包含多个区，示出为外区107和内区108。独立地控制外区107和内区108。腔室盖组件105还包含一个或更多个温度探针109。温度探针109用于监测腔室盖组件105的外区107和内区108的温度。
气体面板112通过穿过腔室主体102的盖105或壁103中的至少一者形成的一个或更多个入口端口114将工艺气体和/或其他气体提供至处理腔室100的内部容积124。由气体面板112提供的工艺气体在内部容积124内被赋能以形成等离子体122。等离子体122被用于处理设置于基板支撑组件101上的基板134。可通过感应耦合至来自定位在腔室主体102外部的等离子体施加器120的工艺气体的RF功率来对工艺气体赋能。在图1所描绘的示例性实施例中，等离子体施加器120是通过匹配电路118耦合至RF功率源116的一对同轴线圈。在其他实施例(未示出)中，等离子体施加器可以是可在电容耦合等离子体系统中使用的电极，诸如喷头。也可利用其他技术来形成等离子体122。在一些实施例中，腔室盖组件105包含在腔室盖组件105的内部表面上(例如，在面对等离子体122的一侧上)提供的抗等离子体涂层。
基板支撑组件101一般至少包含基板支撑件132。基板支撑件132可以是真空吸盘、静电吸盘、基座或其他基板支撑表面。在图1的实施例中，基板支撑件132为静电吸盘并且将在下文中描述为静电吸盘126。
基板支撑组件101可另外包含加热器组件170。基板支撑组件101也可包含冷却基底130。冷却基底130可耦合至传热流体源144。传热流体源144提供传热流体(诸如液体、气体或其组合)，所述传热流体通过设置于冷却基底130中的一个或更多个导管160循环。加热器组件170耦合至可用于控制至电阻加热器的功率的加热器功率源156。加热器功率源156可通过RF滤波器184耦合。RF滤波器184可用于保护加热器功率源156免受RF能量的影响。静电吸盘126可包含一个或更多个温度传感器(未示出)，以用于向控制器148提供温度反馈信息，以用于控制由加热器功率源156施加的功率及用于控制冷却基底130的操作。
基板支撑组件101可以可移除地耦合至支撑底座125。可包含底座基底128和设施板180的支撑底座125可被安装至腔室主体102。底座基底128可包括介电材料，所述介电材料使基板支撑组件101的导电部分与腔室主体102电绝缘。可周期性地从支撑底座125移除基板支撑组件101，以允许翻新基板支撑组件101的一个或更多个部件。
基板支撑组件101包含可以是导电材料网的吸附电极136。吸附电极136耦合至吸附功率源138，在赋能时，吸附功率源138将基板134静电地夹持至工件支撑表面133。静电吸附126一般包含嵌入在介电圆盘或介电主体150中的吸附电极136。介电主体150以及基板支撑组件101和支撑底座125的其他部分可设置在绝缘体环143内。绝缘体环143可以是介电材料，诸如石英或其他与工艺可兼容的介电材料。可围绕介电主体150的周边设置聚焦环145。聚焦环145可以是介电材料或导电材料，并且可包括与基板134相同的材料。聚焦环145可用于相对于等离子体122的电磁场延伸基板134的表面。聚焦环145也可最小化在基板134的边缘处的电磁场的增强，以及最小化由于此界面处的材料变化而引起的化学效应。
吸附电极136可被配置为单极电极或双极电极，或具有其他合适的布置。吸附电极136通过RF滤波器182耦合至吸附功率源138，吸附功率源138提供直流(DC)功率以将基板134静电固定至介电主体150的上表面。RF滤波器182防止用于在处理腔室100内形成等离子体122的RF功率损坏电气设备或在腔室外部产生电气危害。介电主体150可由诸如AlN或Al2O3之类的陶瓷材料制成。替代地，介电主体150可由诸如聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚芳基醚酮等的聚合物制成。
功率施加系统135耦合至基板支撑组件101。功率施加系统135可包含吸附功率源138、第一射频(RF)功率源142、和第二RF功率源178。功率施加系统135的实施例可另外包含控制器148和传感器装置181，传感器装置181与控制器148以及第一RF功率源142和第二RF功率源178两者通信。
控制器148可以是可在工业环境中使用以用于控制各种子处理器和子控制器的任何形式的通用数据处理系统中的一者。一般而言，除了其他常见部件之外，控制器148包含与存储器174和输入/输出(I/O)电路系统176通信的中央处理单元(CPU)172。由控制器148的CPU执行的软件命令使处理腔室例如将蚀刻剂气体混合物(即，处理气体)引入到内部容积124中。控制器148也可用于通过施加来自等离子体施加器120、第一RF功率源142和第二RF功率源178的RF功率来控制来自工艺气体的等离子体122，以便在基板134上蚀刻材料层。
加热器组件170还可包含第二RF电极154，并且与吸附电极136一起施加RF功率以调谐等离子体122。第一RF功率源142可耦合至第二RF电极154，而第二RF功率源178可耦合至吸附电极136。可为第一RF功率源142和第二RF功率源178分别提供第一匹配网络151和第二匹配网络152。如图所示，第二RF电极154可以是导电材料的固体金属板。替代地，第二RF电极154可以是导电材料网。
图2是腔室盖组件105的一个实施例的等距视图。腔室盖组件105包含介电主体200。介电主体200可由诸如AlN或Al2O3之类的陶瓷材料制成。加热器106嵌入在介电主体200中。加热器106包含迹线，诸如内迹线205和外迹线210。内迹线205和外迹线210以虚线示出，因为迹线嵌入在介电主体200内。内迹线205形成内区108，并且外迹线210形成外区107。内迹线205和外迹线210两者都耦合至终端组件215，终端组件215耦合至功率源(未示出)。终端组件215定位在介电主体200的周边边缘220上。
内迹线205和外迹线210包括多个弧区段225。弧区段225的一部分由径向定向的区段230接合。径向定向的区段230可基本上彼此平行。弧区段225的一部分可与其他弧区段225同心。外迹线210包含导体240。内迹线205包含导体245。
内迹线205的弧区段225包含第一外直径弧区段250A和第一内直径弧区段250B。同样地，外迹线210的弧区段225包含第二外直径弧区段255A和第二内直径弧区段255B。内迹线205和外迹线210中的每一者包含多个中间弧区段260。
腔室盖组件105可被制造为层压在一起的层。例如，可形成生坯，并且加热器106可定位在坯体之间。然后将生坯压在一起并烧制以固化生坯。
图3是可与图1的处理腔室100一起使用的腔室盖组件305的另一实施例的平面图。腔室盖组件305包含介电主体200，并且可与上述腔室盖组件105相似地制造。加热器106嵌入在介电主体200中。加热器106包含迹线，诸如内迹线205和外迹线210。内迹线205和外迹线210以虚线示出，因为迹线嵌入在介电主体200内。内迹线205形成内区108，并且外迹线210形成外区107。内迹线205和外迹线210两者都耦合至终端组件215，终端组件215耦合至功率源(未示出)。终端组件215定位在介电主体200的周边边缘220上。终端组件215与图2不同，因为终端组件215在不同位置处包含第一终端组件310和第二终端组件315。提供第一终端组件310以对外迹线210供电，并且提供第二终端组件315以对内迹线205供电。第一终端组件310和第二终端组件315可定位成彼此成约90度。
在此实施例中，内迹线205和外迹线210包括多个径向定向的轮辐320。轮辐320的一部分通过轴向定向的弧区段325接合。弧区段325的一部分可与其他弧区段325同心。此外，在此实施例中，至少内迹线205包括具有导体335的加热器电路330。导体被间隔开以较小到内迹线205的瓦数。导体还间隔开以减小其间的热量。
轴向定向的弧区段325在第一外直径位置340A和第一内直径位置340B(用于内迹线205)处接合轮辐320。同样地，轴向定向的弧区段325在第二外直径位置345A和第二内直径位置345B处接合外迹线210的轮辐320。第二外直径位置345A位于介电主体200的周边附近。第二外直径位置345A具有大于第二内直径位置345B的直径的直径。第二内直径位置345B具有大于第一外直径位置340A的直径的直径。第一外直径位置340A具有大于第一内直径位置340B的直径的直径。在一些实施例中，外迹线210类似于由轮辐320和轴向定向的弧区段325提供的圆形波形。
图4是沿着图3的线4-4的腔室盖组件305的截面图。内迹线205和外迹线210的一部分以虚线示出。还以实线示出了外电磁屏蔽400和内电磁屏蔽405。外电磁屏蔽400和内电磁屏蔽405两者都起到阻挡电磁能量的作用(例如，法拉利屏蔽)。在外迹线210和内迹线205下方分别示出了外电磁屏蔽400和内电磁屏蔽405。然而，外电磁屏蔽400和/或内电磁屏蔽405可在内迹线205和/或外迹线210上方。外电磁屏蔽400和内电磁屏蔽405可以与如图3中所示的平面图中的外迹线210和内迹线205类似地成形。外电磁屏蔽400和内电磁屏蔽405中的一者或两者可以是导电板或导电箔或导电网。
具有离散加热器的传统等离子体腔室仅能够具有约125摄氏度的最高温度。然而，如本文公开的腔室盖组件105适用于在约180摄氏度或更高的温度下操作。例如，腔室盖组件105可被加热至约200摄氏度。升高的温度最小化其上的膜沉积。加热器106的独立区通过最小化盖中的温度梯度来最小化盖上的应力。另外，利用双区来维持最佳的中心至边缘基板温度。
如本文公开的腔室盖组件105改进了处理腔室中的等离子体冲击。如本文公开的腔室盖组件105通过双区温度控制来改进蚀刻均匀性。如本文公开的腔室盖组件105还减少了腔室拆卸时间。
尽管前述内容针对本公开的实现，但可在不脱离本公开的基本范围的情况下设计本公开的其他和进一步的实现，并且本公开的范围由所附权利要求来确定。

Claims (15)

1.一种腔室盖组件，包括：
加热器，所述加热器耦合至介电主体，所述介电主体被配置成形成处理腔室的边界，其中所述加热器具有被独立地控制的一个或更多个加热区，并且其中所述加热器包括多个径向定向的轮辐，通过外直径位置处的第一弧区段和内直径位置处的第二弧区段来接合所述径向定向的轮辐的至少一部分。
2.如权利要求1所述的盖组件，其中所述介电主体包括陶瓷材料。
3.如权利要求1所述的盖组件，其中所述一个或更多个加热区包括内区和外区。
4.如权利要求1所述的盖组件，其中所述介电主体是层压的。
5.如权利要求1所述的盖组件，其中所述加热器耦合至终端组件。
6.如权利要求5所述的盖组件，其中所述终端组件被定位在所述介电主体的周边边缘上。
7.如权利要求1所述的盖组件，其中所述加热器包含内迹线和外迹线。
8.如权利要求7所述的盖组件，其中所述内迹线和所述外迹线包含多个弧区段。
9.如权利要求8所述的盖组件，其中所述多个弧区段中每一者接合至所述径向定向的轮辐。
10.一种处理腔室，包括：
腔室主体；
基板支撑组件，所述基板支撑组件设置在所述腔室主体中；以及
盖组件，所述盖组件包括：
加热器，所述加热器耦合至介电主体，其中所述加热器包括多个径向定向的轮辐，通过外直径位置处的第一弧区段和内直径位置处的第二弧区段来接合所述径向定向的轮辐的至少一部分，并且其中所述加热器具有被独立地控制的一个或更多个加热区。
11.如权利要求10所述的处理腔室，其中所述电磁屏蔽在所述加热器上方。
12.如权利要求10所述的处理腔室，其中所述电磁屏蔽包括与平面图中的所述加热器的形状基本上匹配的形状。
13.如权利要求10所述的腔室，其中所述加热器包含内迹线和外迹线。
14.如权利要求13所述的腔室，其中所述内迹线和所述外迹线包含多个弧区段。
15.如权利要求14所述的腔室，其中所述多个弧区段的一部分接合至所述径向定向的轮辐。
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