[发明专利]用于半导体处理的具有平面加热器区域的加热板

说明书

背景技术

随着每一后继的半导体技术的产生，衬底直径趋向于增加而晶体管尺寸减小，从而导致在衬底处理中需要更高程度的精度和可重复性。半导体衬底材料，如硅衬底，通过使用包含真空室的技术进行处理。这些技术包括诸如电子束沉积之类非等离子体应用，以及诸如溅射沉积、等离子体增强化学气相沉积（PECVD）、抗蚀剂剥离、和等离子体蚀刻之类等离子体应用。

半导体制造工具中目前可用的等离子体处理系统面临提高精度和可重复性的日益增加的需求。等离子体处理系统的一个度量是改进的均匀性，该均匀性包括在半导体衬底的表面上的结果工艺均匀性以及用标称相同的输入参数处理的一连串的衬底的工艺结果的均匀性。衬底上均匀性的持续改进是合乎期望的。除其他以外，这还需要具有改进的均匀性、一致性和自诊断性的等离子体室。

发明内容

本文描述了一种在半导体处理装置中用于支撑半导体衬底的衬底支撑组件的加热板，所述加热板包括：电绝缘层；平面加热器区域，其至少包括第一、第二、第三和第四平面加热器区域，每个平面加热器区域包括一个或多个由绝缘体-导体复合材料制成的加热器元件，所述平面加热器区域横向分布在整个电绝缘层并可操作地调节半导体衬底上的空间温度分布；功率供给线，其至少包括电连接到所述第一和第二平面加热器区域的第一导电的功率供给线，和电连接到所述第三和第四平面加热器区域的第二导电的功率供给线；功率回线，其至少包括电连接到所述第一和第三平面加热器区域的第一导电的功率回线，和电连接到所述第二和第四平面加热器区域的第二导电的功率回线。

附图说明

图1是其中包括具有成阵列的平面加热器区域的加热板的衬底支撑组件的示意性剖视图，该衬底支撑组件还包括静电卡盘（ESC）。

图2示出了可包含于衬底支撑组件中的加热板中的成阵列的平面加热器区域的功率供给线和功率回线的电连接。

图3示出了包含加热板的衬底支撑组件的剖面示意图，该衬底支撑组件进一步包括主加热器层。

图4是示例性等离子体处理室的示意图，该等离子体处理室可包括具有本文所描述的加热板的衬底支撑组件。

具体实施方式

在半导体处理装置中控制径向和方位角的衬底温度以实现期望的在所述衬底上的关键尺寸（CD）均匀性变得越来越迫切。即使是很小的温度变化可能影响CD到无法接受的程度，尤其是当在半导体制造工艺中CD接近亚100nm时。

衬底支撑组件可被配置用于处理过程中的各种功能，如支撑衬底、调节衬底温度、并供给射频功率。衬底支撑组件可以包括用于在处理过程中将衬底夹持到衬底支承组件上的静电卡盘（ESC）。该ESC可以是可调式ESC（T-ESC）。T-ESC在共同转让的美国专利No.6,847,014和6,921,724中得到描述，其通过引用并入本文。衬底支撑组件可包括陶瓷衬底支架、流体冷却的散热器（以下简称为冷却板）和多个同心的平面加热器区域以实现逐步和径向的温度控制。通常情况下，冷却板保持在-20℃和80℃之间。加热器位于该冷却板上，两者之间具有热绝缘体层。加热器可以保持衬底支撑组件的支撑表面的温度高于冷却板的温度约0℃到90℃。通过改变多个平面加热器区域内的加热器功率，衬底支撑件的温度分布可以变化。另外，平均的衬底支撑件的温度可以在高于冷却板的温度0℃到90℃的温度运行范围内逐渐地进行变化。由于CD随半导体技术的进步而减小，小的方位角温度变化带来更大的挑战。

由于以下几个原因，控制温度不是简单的任务。首先，许多因素会影响热传递，如热源和散热片的位置，介质的运动、材料和形状。其次，热传递是动态过程。除非考虑的系统处于热平衡，否则会发生热传递，并且温度分布和热传递会随时间变化。第三，非平衡现象，如等离子体，其在等离子体处理中当然是始终存在的，使得任何实际的等离子体处理装置的热传递性能的理论预测即使有可能的话，也是非常困难的。

等离子体处理装置中的衬底的温度分布受许多因素的影响，如等离子体密度分布、RF功率分布和卡盘中的各种加热和冷却元件的详细结构，因此衬底的温度分布往往是不均匀的，并且用少数加热器元件或冷却元件难以控制该温度分布。这种缺陷转变成整个衬底的处理速率的非均匀性，以及衬底上的器件管芯的关键尺寸的非均匀性。

根据温度控制的复杂特性，在衬底支撑组件中引入多个独立可控的平面加热器区域以使得装置能够有效地产生并保持合乎期望的时间和空间的温度分布，并补偿影响CD均匀性的其他不利因素，这将是有利的。