[发明专利]利用快速温度梯度控制处理衬底

说明书

技术领域

本发明的实施方式涉及利用在整个衬底上快速温度梯度控制的衬底处理技术。

背景技术

在处理诸如半导体和显示器的衬底的过程中，使用静电卡盘将衬底固定在腔室中以处理该衬底上的层。一种常用的静电卡盘包括用陶瓷覆盖的电极。当对电极充电时，在电极和衬底上聚集静电电荷，并且由此产生的静电力将衬底固定在卡盘上。一般地，通过在衬底背部保持氦气以提高衬底的背面和卡片的表面之间的界面处的整个微观间隙中的热传输速率控制衬底的温度。静电卡盘可由底座支撑，该底座具有用于使液体从其流过的通道以冷却或加热卡盘。在将衬底牢固地固定在卡盘后，将工艺气体引入腔室中并且形成等离子体以处理衬底。衬底可通过CVD、PVD、蚀刻、注入、氧化、氮化或其他类似工艺进行处理。

在这种传统的衬底制造工艺中，在处理过程中将衬底维持在单一温度。一般地，衬底利用晶圆托片通过腔室中的狭缝并放置在升降杆上，该升降杆延伸经过静电卡盘的主体。然后升降杆从卡盘收回从而将衬底放置在卡盘的表面上。衬底的温度迅速上升至预设温度，接着利用卡盘中的加热器或通过腔室中形成的等离子体稳定地保持在该温度。可通过控制流过底座管道和卡盘下方的致冷剂的温度和流速进一步控制衬底温度，其中该致冷剂用于除去卡盘的热量。

虽然传统的工艺腔室适合用于在工艺期间使衬底维持在稳定的单一温度，但在单一工艺循环中它们不能使衬底温度迅速改变。在一些工艺中，需要使衬底温度快速上升或下降，以在工艺期间获得特定的温度分布。例如，在蚀刻工艺的不同阶段衬底温度需要能迅速改变以在不同的温度在衬底上蚀刻不同的材料。在这些不同的蚀刻阶段中，提供给腔室的工艺气体还可在成分上不同或具有相同的成分。另一实施例中，在蚀刻工艺中，这种温度分布有利于对在衬底上正在进行蚀刻的部位的侧壁上沉积侧壁聚合体，并在以后相同的蚀刻工艺中，通过提高蚀刻工艺的温度除去侧壁聚合体，或反之亦然。同样地，在沉积工艺中，例如，为了在衬底上首先沉积成核层，并接着在衬底上生长热处理的沉积层，可能需要使第一工艺温度高于或低于第二工艺温度。传统的衬底工艺腔室和它们的内部结构通常不能充分使衬底温度迅速上升或下降。

当在工艺过程中，当衬底的径向方向上处于不均匀的工艺条件时会出现另一个复杂情况，这种情况导致产生不均匀的同心圆处理带。这种不均匀的工艺条件由腔室中气体或等离子体的分布引起，其通常取决于腔室中的入口和排气口的位置而不同。传质机械装置也可以改变气态物质在整个衬下表面的不同区域扩散和到达的速率。在腔室中的非均匀热负载也可能引起非均匀处理。例如，由于从等离子鞘层向衬底耦合的能量或者从腔室壁反射的辐射热量都可能引起不同的热负载。人们不希望在整个衬底上发生处理偏差，因为这样会导致在衬底的不同区域(例如，外围和中心衬底区域)制造的有源和无源电子器件具有不同的特性。因此，在处理衬底期间，人们希望减少衬底上工艺速率和其他工艺特征的变化。

因此，人们希望存在一种工艺腔室和腔室部件，其允许在腔室中待处理的衬底的温度迅速上升和下降。而且，还希望对衬底的处理表面上的不同区域的温度进行控制以减少衬底下表面沿径向处的不均匀处理条件的影响。另外，希望在工艺期间对衬底下表面的温度分布进行控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以对待处理的衬底不同区域进行快速温度控制的工艺腔室和腔室部件，其基本上能够解决由于现有技术中存在的缺点所产生一个或者多个问题。

根据本发明的一方面，本发明提供一种能在工艺腔室中固定并加热衬底的衬底支架组件，该组件包括：(a)包括衬底容纳表面和相对背面的陶瓷圆盘，所述陶瓷圆盘包括(i)嵌入在所述陶瓷圆盘中的电极以产生静电力来固定放置在所述衬底容纳表面上的衬底，以及(ii)嵌入在所述陶瓷圆盘中以加热衬底的加热器；(b)冷却剂底座，其包括用于在其中循环冷却剂的通道，所述通道包括入口和终端；(c)柔性层，其使所述陶瓷圆盘与所述冷却剂底座相粘接，所述柔性层包括(i)具有嵌入铝纤维的硅，或(ii)具有嵌入丝网的丙烯酸的至少其中之一。

根据本发明的另一方面，本发明提供一种能在工艺腔室中固定并加热衬底的静电卡盘，其特征在于，所述静电卡盘包括：(a)陶瓷圆盘，其包括衬底容纳表面和相对的背面，所述陶瓷圆盘包括小于约7mm的厚度；(b)嵌入在所述陶瓷圆盘中的电极，其用于产生静电力来固定放置于所述衬底容纳表面上的衬底，以及(c)嵌入在所述陶瓷圆盘中的加热器以加热在所述衬底容纳表面上容纳的衬底。