[发明专利]用于加热衬底的方法和装置

说明书

技术领域

本发明的实施方式主要涉及一种用于加热衬底的方法和装置。更具体地说，本发明涉及，应用同时存在于热传导固体下面的液体和气体来加热衬底，以建立温度受控缓冲区。

背景技术

在半导体衬底处理中，衬底的表面温度通常是关键工艺参数。衬底处理期间衬底表面中的变化，以及整个衬底表面的梯度对材料的沉积、蚀刻速度、特性锥度、台阶覆盖率等等都是有害的。通常需要在衬底处理之前、当中和之后控制衬底温度的分布，以改善处理并最小化不期望的特性和/或缺陷。

大量器件已被用于工艺中以在处理期间控制衬底温度。一种方法是在衬底处理中，通过衬底支撑基座供应冷却流体。流体将热量从衬底支撑基座移除由此冷却衬底。这种冷却衬底的方法存在两个固有的问题。第一，使衬底达到期望温度需要相对长的响应时间。因此，对流体温度的快速动态控制来补偿衬底温度的快速波动是不可能的。所以，无法使衬底维持在期望的温度。

这种方法的第二个缺点是，无法控制遍布衬底表面的温度的分布，特别是在需要温度分布均匀的情况下。从衬底传导至衬底支撑基座的热量一般在衬底的中心最大，并朝边缘减小。由于流体温度在衬底支撑基座中一般均匀，所以衬底在中心降温较快。这引起了遍布衬底表面的温度梯度，随着衬底的直径增加，比如300mm衬底，而将变得更加严重。这种温度梯度是引起半导体衬底处理中特征变化的主要原因之一。

另一种控制衬底温度的方法，使用嵌入在支撑衬底的基座表面(例如：支撑表面)中的热电装置，提供对基座温度的快速动态控制。这些装置定位在基座支撑表面之下的平面阵列中。但是，在这样的阵列中，在单个装置之间将形成温度梯度，即，每个装置在其位置处能有效地传递热，而在紧邻装置的位置和装置之间的位置传递相对较少的热。在大量装置之间的这种梯度在整个衬底上引起实质性的温度变化，即，形成冷位置和热位置。因此，由于温度变化，在遍布衬底的地方将会出现工艺变化。

另外，将高偏置功率(达到或超过1000瓦)提供到用于蚀刻一些材料的静电夹盘，显著增加了衬底上的热负载，需要对衬底的进一步冷却。另外，用于蚀刻特定材料的工艺温度，需要温度在200℃到400℃的范围内或更高。如此高的工艺温度需要能使衬底快速提高并维持在预定的工艺温度的基座。

因此，技术中需要一种控制并维持衬底温度的装置。

发明内容

这里提供了一种用于加热衬底的方法和装置。在一种实施方式中，衬底加热器包括：具有上部构件的容器，其包括用于其上支撑衬底的顶表面；液体，将其设置在容器中并部分地注入容器；以及热源，用于为液体提供足够的热以使液体沸腾。作为另一种选择，可提供用于调节容器中压力的压力控制器。

在另一种实施方式中，一种用于加热衬底的系统：容器，其具有用于其上支撑衬底的支撑表面；液体，在其临界点以下的温度将其设置在容器中；能相控制器，其用于控制设置于容器中的液体的能相；以及受控温度缓冲区，其用于通过容器将热传导给支撑表面，受控温度缓冲区，其部分由面向容器的内部的支撑表面的内部表面限定，其中，液体根据进入和离开受控温度缓冲区来改变能相。

在本发明的另一方面，提供了一种用于加热衬底的方法。在一种实施方式中，一种加热衬底的方法包括：在衬底加热器的支架构件上放置衬底，该衬底加热器包括部分注入液体的容器；以及使液体沸腾以在支架构件的底侧上产生冷凝薄膜。可选地，可控制容器内侧的压力。可选地，可控制设置在容器中的液体的能相。

附图说明

通过结合附图的以下详细说明，将使本发明的技术更明显易懂，其中：

图1描述了具有根据本发明的一种实施方式的用于加热衬底的装置的半导体衬底处理腔室的示意性横截面图；

图2描述了图1中描述的用于加热衬底的装置的一种实施方式的示意性横截面图；以及

图3描述根据本发明的一种实施方式的一种用于加热衬底的方法的流程图。

这里尽可能应用同样的附图标记来标明各附图中同样的元件。为说明用途起见附图中的图像是简化的而不是按比例的。

附图是对本发明的示例性实施方式的说明，并从而，不应被视为对本发明的范围的限制，本发明将容许其他等效的实施方式。

具体实施方式