[发明专利]用于半导体处理的具有二极管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甚至更高程度的精度和可重复性。半导体衬底材料，如硅衬底，通过包含使用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种度量是改进的均匀性，该均匀性包括产生在半导体衬底上的表面的工艺结果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

本文描述了一种用于衬底支撑组件的加热板，所述衬底支撑组件用于在半导体处理装置中支撑半导体衬底，所述加热板包括电绝缘层；平面加热器区域，其包括至少第一、第二、第三和第四平面加热器区域，每一个平面加热器区域均包括作为加热器元件的一或多个二极管，所述平面加热器区域在整个电绝缘层横向分布且能操作来调谐半导体衬底上的空间温度分布；功率供给线，其包括至少第一导电功率供给线和第二导电功率供给线，第一导电功率供给线电连接到第一和第二平面加热器区域的一或多个二极管的阳极，第二导电功率供给线电连接到第三和第四平面加热器区域的一或多个二极管的阳极；功率返回线，其包括至少第一导电功率返回线和第二导电功率返回线，第一导电功率返回线电连接到第一和第三平面加热器区域的一或多个二极管的阴极，第二导电功率返回线电连接到第二和第四平面加热器区域的一或多个二极管的阴极。

附图说明

图1是其中含有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示出了功率供给线和功率返回线到可以包含在衬底支撑组件中的加热器板中的成阵列的平面加热器区域的电连接。

图3示出了平面加热器区域中作为加热器元件的二极管与功率供给线以及功率返回线之间的电连接。

图4是根据实施方式的其中含有加热板的衬底支撑组件的示意性剖视图。

图5是根据实施方式的其中含有加热板的衬底支撑组件的示意性剖视图。

图6是根据实施方式的其中含有加热板的衬底支撑组件的示意性剖视图。

图7是其中含有加热板的衬底支撑组件的示意性剖视图，该衬底支撑组件进一步包括主加热器层。

图8是示例性等离子体处理室的示意图，其可包括具有本文所述的加热板的衬底支撑组件。

具体实施方式

在半导体加工装置中进行径向和方位角衬底温度控制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、调谐衬底温度、以及供给射频功率。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0℃和30℃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在冷却板的温度之上约0℃到80℃的温度。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被改变。另外，平均的衬底支撑件的温度可以在冷却板的温度之上0℃到80℃的温度运行范围内逐步地进行变化。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、材料和介质的形状。其次，热传递是动态过程。除非所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，在等离子体处理中当然是始终存在的诸如等离子体之类的非平衡现象使得任何实际的等离子体处理装置的热传递行为的理论预测即使有可能，也是非常困难的。