TWI654708B - 具有平坦度控制的加熱基板支撐件 - Google Patents

具有平坦度控制的加熱基板支撐件

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TWI654708B
TWI654708B TW103106807A TW103106807A TWI654708B TW I654708 B TWI654708 B TW I654708B TW 103106807 A TW103106807 A TW 103106807A TW 103106807 A TW103106807 A TW 103106807A TW I654708 B TWI654708 B TW I654708B
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應用材料股份有限公司
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    • G01K3/08—Thermometers giving results other than momentary value of temperature giving differences of values; giving differentiated values
    • G01K3/10—Thermometers giving results other than momentary value of temperature giving differences of values; giving differentiated values in respect of time, e.g. reacting only to a quick change of temperature
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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Abstract

本文提供加熱基板支撐件之實施例。在一些實施例中，加熱基板支撐件包括支撐板，該支撐板具有頂表面及相對的底表面；以及第一加熱器，該第一加熱器安置於該支撐板之內部，其中該第一加熱器安置於該支撐板之中平面之下，且其中該第一加熱器安置於該支撐板之中心區域的附近。

Description

具有平坦度控制的加熱基板支撐件
本發明之實施例一般而言係關於半導體處理設備。
常見的半導體製造方法(例如原子層沉積(atomic layer deposition；ALD)及化學氣相沉積(chemical vapor deposition；CVD))經常在高溫下於處理腔室中進行。處理腔室通常包括基板支撐件，以支撐在基板支撐件之表面上的基板。在安置於基板支撐件與基板之間的間隔中可形成背部壓力。
基板支撐件通常與該基板支撐件上所支撐之基板一樣大或比該基板更大。在多數情況下，基板支撐件由金屬材料形成。一些基板支撐件包括一或更多個加熱器元件，以助於在該腔室中進行之處理。加熱器元件加熱基板支撐件，該基板支撐件又直接或間接地加熱基板。
對於一些半導體製造程序，腔室溫度及加熱器元件影響基板支撐件，使得基板支撐件在基板支撐件及加熱器元件之重量作用下更易受偏轉。該偏轉通常自基板支撐件之中 心徑向增加，在板材之周邊處達到最大。
發明者已觀察到，在一定條件下，基板支撐件偏轉足以引起基板之部分與基板支撐件之間的分離，引起背部壓力洩漏，不利地影響製程。
因此，發明者已提供具有改良平坦度控制之基板支撐件的實施例。
本文提供加熱基板支撐件之實施例。在一些實施例中，加熱基板支撐件包括：支撐板，該支撐板具有頂表面及相對的底表面；以及第一加熱器，該第一加熱器安置於支撐板之內部，其中該第一加熱器安置於支撐板之中平面之下，且其中該第一加熱器安置於支撐板之中心區域的附近。
在一些實施例中，加熱基板支撐件包括支撐板，該支撐板具有頂表面及相對的底表面；軸，該軸與支撐板同軸且耦接至底表面；第一加熱器，該第一加熱器安置於支撐板之中心區域內，且位於該支撐板之中平面之下；第二加熱器，該第二加熱器安置於支撐板之第二區域內，且位於該支撐板之中平面之下；第一感測器，該第一感測器提供對應於第一區域之溫度的資料；以及第二感測器，該第二感測器提供對應於第二區域之溫度的資料。
在一些實施例中，提供一種用於控制基板支撐件之平坦度的方法。在一些實施例中，該方法包括以下步驟：使加熱器元件通電，該加熱器元件安置於基板支撐件之支撐板內且位於支撐板之中平面之下；感測支撐板內中心區域的溫 度；將中心區域的溫度與預定溫度比較，該預定溫度對應於支撐板之部分的熱膨脹；以及若感測溫度等於或大於預定溫度，則使加熱器元件斷電。
以下將描述本發明之其他及進一步實施例。
100‧‧‧基板支撐件
102‧‧‧支撐板
104‧‧‧頂表面
106‧‧‧底表面
108‧‧‧凸起邊緣
110‧‧‧凸起或凸塊
112‧‧‧孔
114‧‧‧底板
116‧‧‧頂板
120‧‧‧軸
200‧‧‧基板支撐件
201‧‧‧中心線
202‧‧‧支撐板
204‧‧‧頂表面
206‧‧‧底表面
206a‧‧‧底表面之部分
206b‧‧‧底表面之部分
208‧‧‧中平面
210‧‧‧周邊邊緣
214‧‧‧底部分
216‧‧‧頂部分
218‧‧‧凸起輪緣
220‧‧‧軸
221‧‧‧第一端
222‧‧‧第一加熱器
222a‧‧‧電阻式加熱元件
223‧‧‧中心區域
224‧‧‧第一控制器
224a‧‧‧中央處理器(CPU)
224b‧‧‧記憶體
224c‧‧‧支援電路
226‧‧‧連接接線
228‧‧‧第一感測器
229‧‧‧第一通訊通道
232‧‧‧第二加熱器
232a‧‧‧電阻式加熱元件
233‧‧‧第二區域
234‧‧‧第二控制器
234a‧‧‧中央處理器(CPU)
234b‧‧‧記憶體
234c‧‧‧支援電路
236‧‧‧連接接線
238‧‧‧第二感測器
239‧‧‧第二通訊通道
300‧‧‧方法
302‧‧‧步驟
304‧‧‧步驟
306‧‧‧步驟
308‧‧‧步驟
310‧‧‧步驟
312‧‧‧步驟
藉由參考附圖中圖示之本發明之說明性實施例，可瞭解上文簡短概括及下文更詳細論述之本發明之實施例。然而，應注意，附圖僅圖示本發明之典型實施例，且因此附圖並非視為對本發明之範疇的限制，因為本發明可允許其他同等有效之實施例。
第1圖圖示適合本發明之實施例使用之基板支撐件的透視圖。
第2圖圖示根據本發明之一些實施例之基板支撐件的側面剖視圖。
第3圖圖示根據本發明之實施例之用於控制基板支撐件之平坦度的方法。
為便於瞭解，相同元件符號儘可能用於指定諸圖中共用之相同元件。該等圖式未按比例繪製，且為了使圖式清晰可能簡化該等圖式。可設想，本發明之一個實施例之元件及特徵可有利地併入其他實施例而無需進一步的敘述。
本發明之實施例通常係關於在處理期間為基板提供支撐之基板支撐件。本發明之設備及方法提供具有表面平坦度之基板支撐件，該表面平坦度在處理期間可控。本發明之 設備之改良的平坦度可有利地減少或消除基板支撐件與基板之分離及隨之發生的背部壓力洩漏。
第1圖圖示用於基板處理之基板支撐件100，基板支撐件100包含用於為基板提供支撐之支撐板102。在一些實施例中，支撐板102可由鋁或鋁合金(諸如鋁6061或其他鋁合金)製成。板材可包含頂表面104及相對的底表面106。凸起邊緣108及複數個凸起或凸塊110可分別為基板(未圖示)之周邊及內部區域提供支撐。該支撐板可包括孔112，孔112提供真空以在基板背部上形成壓力條件，以助於將基板固持於支撐板102(例如，如在真空夾盤中)。或者，孔112可提供氣體以在基板之背部形成壓力條件，以助於基板與基板支撐件100之間的熱傳遞(例如，如在靜電夾盤中)。在形成壓力條件之以上兩種情況之任一者中，可經由如圖示之孔112或經由通道，或板材中之其他特徵提供真空或氣體穿過板材，或將真空或氣體提供至基板支撐表面104上。
一些基板支撐件可由兩個或更多個元件板材形成，例如底板114及頂板116，其中使用例如機械緊固件或金屬接合技術(諸如焊接或銅焊)可將底板114及頂板116接合在一起。支撐板102具有位於支撐板102內部之一或更多個加熱器元件(在第2圖中圖示)，以加熱置放於支撐板102上的基板。在將板材接合在一起之前，加熱器元件可置放於底板114與頂板116之間的介面之經適當設置的部分中。
可將支撐板安裝至軸120。在一些實施例中，可固定軸120。在一些實施例中，軸可為可移動的，以為支撐板 102上所支撐的基板提供相對於製程腔室之垂直及/或旋轉的定位。
第2圖圖示根據本發明之一些實施例的具有支撐板202之基板支撐件200之橫截面圖。支撐板202分別包含頂表面204及相對的底表面206，及在頂表面204與底表面206之間的厚度T。中平面208二等分或實質上二等分厚度T，從而形成具有相等或實質上相等厚度的底部分214及頂部分216。在中平面208並不二等分支撐板202之厚度T的實施例中，頂部分216比底部分214厚。
底部分214及頂部分216可為獨立部分，且底部分214及頂部分216可使用例如機械緊固件或藉由金屬接合操作(諸如焊接或銅焊)接合在一起，以形成支撐板202。底部分214或頂部分216之至少一者包括周邊邊緣210。
基板支撐件包括耦接至底表面206之軸220。在一些實施例中，如第2圖所示，軸220可直接在第一端221處黏附至底表面206。通常，軸及支撐板202為同軸配置。軸220支撐支撐板202之中心部分，以抵抗任何向下的偏轉。已觀察到，支撐板202之偏轉自支撐件之中心線201徑向增加。發明者亦注意到，在一些條件下，添加至支撐板202之底表面206的質量可能增加支撐板202之不必要的向下偏轉。因此，在本發明之實施例中，軸220黏附於底表面206，而在軸與板材之間無額外的板材。
如第2圖所示，支撐板202可包括第一加熱器222，以加熱中心區域223。第一加熱器222可為任何類型的加熱 器，該類型的加熱器適合於將支撐板202加熱至所欲的溫度或加熱至所欲的溫度範圍內。例如，在一些實施例中，第一加熱器222可包含電阻式加熱元件222a之一或更多個線圈。
在一些實施例中，第一控制器224或電腦可包含中央處理器(CPU)224a、記憶體224b及支援電路224c。第一控制器224可為任何形式之通用電腦處理器之一者，該通用電腦處理器可用於工業環境，以控制多種工業製程。第一控制器224可控制電源(例如AC或DC電源)以為第一加熱器222供電。第一控制器224可經由連接接線226耦接至加熱器(例如耦接至加熱器之電源)，以使第一加熱器222通電，以助於將支撐板202之中心區域223加熱至預定溫度或加熱至一溫度範圍內。連接接線226可為用於使第一加熱器222通電之電線，該電線例如用以為電阻式加熱器供應電能之電源接線。其他類型之加熱器可能需要不同類型之連接接線，以使第一加熱器222通電。
在一些實施例中，第一感測器228安置於支撐板202之內部，以經由第一通訊通道229為第一控制器224提供資料。通訊之資料可包括對應於基板支撐件之中心區域223之溫度的資料。在一些實施例中，中心區域223包括底表面206之部分206a。
如第2圖所示，支撐板202可包括第二加熱器232以加熱支撐板202之第二區域233。第二加熱器232可為如上所述之任何類型。在一些實施例中，第二加熱器232可包含電阻式加熱元件232a之一或更多個環狀線圈(圖示了一個環 狀線圈)。
如圖所示，第一及第二加熱器222及232之加熱元件圍繞支撐板202之中心線201對稱，但是本文對對稱不做要求。第一加熱器222定位於中心線201之附近，而第二加熱器232位於周邊邊緣210之附近。相對於中心線，第一加熱器222為內部元件，且中心區域223為第一或內部區域。同樣，第二加熱器232為外部元件，且第二區域233為外部區域。如本文所用之內部加熱器元件(或區域)及外部加熱器元件(或區域)係關於相對於中心線及其他加熱器元件(或區域)之相對位置。在一些實施例中，第一及第二加熱器222及232為同一類型或構造；在其他實施例中，第一及第二加熱器222及232為不同類型，諸如第一加熱器為電阻式加熱器元件，而第二加熱器承載加熱媒體。
如上所述，在一些實施例中，第二控制器234或電腦可包含中央處理器(CPU)234a、記憶體234b及支援電路234c。與以上論述之第一控制器類似，第二控制器234可經由連接接線236耦接至加熱器，以使第二加熱器232通電，以助於將支撐板202之第二區域233加熱至預定溫度或加熱至一溫度範圍內。連接接線236可為電源接線或使第二加熱器232通電所需的其他類型的連接接線。
在一些實施例中，第二感測器238可安置於支撐板202之內部，以將資料經由第二通訊通道239提供至第二控制器234。通訊之資料可包括對應於基板支撐件之第二區域233之溫度的資料。在一些實施例中，第二區域233為外部區域。 在一些實施例中，第二區域233包括底表面206之部分206b。
第一及第二控制器224、234可如圖所示為獨立的控制器，或該等控制器可為單一控制器，例如主控制器。
第一控制器224可功能地耦接至支撐板202之多個元件。特定言之，控制器可耦接至第一感測器228，以通訊資料，以使得控制器可判定中心區域223之溫度。一旦溫度經判定，控制器可進一步記錄及/或分析基板溫度。第二控制器234及第二感測器238可以類似方式功能地耦接。
如第2圖所示，第一及第二加熱器222、232經置放於中平面208與底表面206之間。與距離頂表面204相比，此舉將第一及第二加熱器222、232之加熱器元件置放至更接近於底表面206處。
僅為便於說明，第一及第二感測器228、238分別圖示在第一(例如中心)區域及第二(例如外部)區域223及233中。可使用兩個以上的感測器，且彼等感測器可置放於多個位置處，以有利地感測且提供支撐板202之一部分的溫度，例如鄰近底表面206的溫度。
發明者已注意到，藉由將加熱器元件置放在中平面208之下，加熱器元件(例如222、232)在支撐板202之底表面206處產生比在支撐板202之頂表面204處更高的溫度。驚人的是，此置放位置有利地影響支撐板202之平坦度。發明者已發現，當與頂表面204之膨脹相比時，底表面206處之較高溫度有利地產生底表面206之更大的熱膨脹。
與頂表面204之膨脹相比，底表面206之更大的膨 脹導致周邊邊緣210向上偏轉，亦即，膨脹中的差異引發支撐板202之上凹的偏轉。
上凹或向上的偏轉與支撐板202之周邊邊緣210向下偏轉之自然趨勢(由於支撐板202之重量)是相反的方向。當在高溫下使用板材時，加強了支撐板202之自然向下的偏轉。
在一些條件下，發明者已注意到，支撐板202之自然向下的偏轉經充分判斷，支撐板202之凸起輪緣218不能針對基板之背部進行有效地密封，導致背部壓力的損失。當在高溫環境中使用該支撐板時，分離可能是顯著的。此外，發明者已觀察到，由鋁製造之基板支撐件對加熱時的過度下垂更為敏感，因此甚至更加受益於本發明之實施例。
發明者已發現，藉由控制支撐板202之底表面206之溫度或溫度範圍，可最小化或消除本發明之基板支撐件的自然偏轉效應。藉由控制底部分214(包含底表面206)之溫度，可控制底部分214之熱膨脹。控制底部分214之熱膨脹又控制支撐板202(例如在周邊邊緣210處)的向上偏轉。
通常，支撐板202之偏轉(無論是自然向下的偏轉還是引發的向上偏轉)自中心線201徑向增加。藉由形成可預計且可控制的向上偏轉(該向上偏轉由支撐板202之底部分214或底表面206之熱膨脹引起)以應對支撐板202的向下偏轉，發明者已能夠較好地保持支撐板202之平坦度，且因此發明者已有效地保持支撐板202上所支撐之基板上的背部壓力。
當在高溫環境中操作時，發明者已為支撐板202判定適當的底表面206溫度或溫度範圍。區域之溫度或溫度範圍對應於支撐板202之底部分214的溫度。底部分包括底表面206。在確定之溫度或溫度範圍下，底表面206展示所欲的特徵。例如，在確定之溫度或溫度範圍下，底表面206之相應的熱膨脹為可預計且可控制的，以應對在特定溫度環境(在該環境中使用此板材)中之周邊邊緣210的自然向下的偏轉。視其中使用支撐板202之溫度環境條件而定，產生所欲板材特徵(例如向上偏轉之周邊邊緣210)的區域(例如223或233)之溫度或溫度範圍可不同。可為多種溫度環境將此資訊儲存在第一及第二控制器224、234中，例如儲存在記憶體224b、234b中。
第3圖圖示根據本發明之實施例的用於控制基板支撐件之一區域之溫度的方法。在302處，提供具有支撐板202之基板支撐件。可在處理腔室中(未圖示)提供基板支撐件。支撐板202具有至少一個加熱器(例如第一加熱器222)，該加熱器安置於支撐板202之中平面208之下；及至少一個感測器(例如第一感測器228)，該感測器位於支撐板202之一區域(例如中心區域223)中。
在304處，加熱器(例如222)經通電，以對支撐板202之區域(例如中心區域223)提供熱量。使加熱器通電之步驟可包括對該加熱器提供電功率或另一能源。
在306處，以預定時間間隔感測支撐板202之區域(例如中心區域223)的溫度。視製程條件(諸如支撐板202 之最初溫度、支撐板之所欲的最終溫度或類似條件)而定，預定時間間隔可不同。在一些實施例中，感測之溫度可儲存在第一控制器224(例如記憶體224b)中。
在接下來的308處，可進行關於感測之溫度是否等於或大於(亦即小於)預定溫度之詢問。預定溫度可由許多製程條件決定，該等製程條件諸如支撐板之最初溫度、環境溫度或預期最高製程溫度或類似條件。預定溫度可為一溫度範圍，在該溫度範圍內，支撐板(特別是該支撐板202之底部分214)展示所欲的特徵(例如熱膨脹)。
若該詢問之回答為否定，則在310處進行關於第一加熱器222是否通電之進一步詢問。若該加熱器經通電，則在306處以預定間隔感測該區域之溫度。
若在310處之回答為否定，則在步驟304處使加熱器通電。
若308之詢問的回答為肯定，則在312處使第一加熱器222斷電，或減少供應至加熱器之能量，且返回至308之上一步驟306，在306處以預定時間間隔感測支撐基板中之一區域的溫度。一系列操作可持續直至例如藉由預定處理時間長度結束時的製程結束訊號或其他內部的或外部的製程結束訊號中斷。
儘管前述內容係針對本發明之實施例，但在不脫離本發明之基本範疇的情況下，可設計本發明之其他及進一步實施例。

Claims (20)

  1. 一種加熱基板支撐件，該加熱基板支撐件包含：一支撐板，該支撐板具有一頂表面及一相對的底表面，其中該支撐板包括一頂板，該頂板耦接至一底板，且其中該頂板具有一厚度，該頂板的該厚度大於該底板的一厚度；以及一第一加熱器，該第一加熱器在該頂板及該底板之間的一通道中安置於該支撐板之內，該通道形成於該頂板或該底板之至少一者中，其中該第一加熱器安置於該支撐板之一中平面之下，且其中該第一加熱器安置於該支撐板之一中心區域的附近。
  2. 如請求項1所述之加熱基板支撐件，該加熱基板支撐件進一步包含：一第二加熱器，該第二加熱器安置於該支撐板之內，且位於該中平面與獨立於該中心區域之一第二區域中之該底表面之間。
  3. 如請求項1至2中任一項所述之加熱基板支撐件，該加熱基板支撐件進一步包含：一第一感測器，該第一感測器提供對應於該中心區域中之一溫度的資料。
  4. 如請求項3所述之加熱基板支撐件，該加熱基板支撐件 進一步包含：一第一控制器，該第一控制器耦接至該第一感測器及該第一加熱器，以回應於由該第一感測器提供之該等資料，控制該中心區域之該溫度。
  5. 如請求項4所述之加熱基板支撐件，該加熱基板支撐件進一步包含：一第二加熱器，該第二加熱器安置於該支撐板之內，且位於該中平面與獨立於該中心區域之一第二區域中該底表面之間；以及一第二感測器，該第二感測器提供對應於該第二區域之一溫度的資料。
  6. 如請求項5所述之加熱基板支撐件，該加熱基板支撐件進一步包含：一第二控制器，該第二控制器耦接至該第二感測器及該第二加熱器，以回應於由該第二感測器提供之該等資料，控制該第二區域之該溫度。
  7. 如請求項6所述之加熱基板支撐件，其中該第一控制器及該第二控制器為同一控制器。
  8. 如請求項5所述之加熱基板支撐件，其中該第二區域包含一外部區域。
  9. 如請求項5所述之加熱基板支撐件，其中該第一加熱器及該第二加熱器實質上係共面的。
  10. 如請求項1至2中任一項所述之加熱基板支撐件，其中該支撐板包含耦接至一底板之一頂板，其中該第一加熱器安置於一通道中，該通道形成於該頂板或該底板之至少一者中。
  11. 如請求項10所述之加熱基板支撐件，其中該頂板至少與該底板一樣厚，且其中該第一加熱器安置於一通道中，該通道形成於該底板中。
  12. 如請求項1至2中任一項所述之加熱基板支撐件，其中該支撐板係由鋁或一鋁合金製成。
  13. 如請求項1至2中任一項所述之加熱基板支撐件，該加熱基板支撐件進一步包含：一軸，該軸耦接至該支撐板。
  14. 如請求項13所述之加熱基板支撐件，其中該軸直接耦接至該支撐板。
  15. 一種加熱基板支撐件，該加熱基板支撐件包含： 一支撐板，該支撐板具有一頂表面及一相對的底表面，其中該支撐板包括一頂板，該頂板耦接至一底板，且其中該頂板具有一厚度，該頂板的該厚度大於該底板的一厚度；一軸，該軸與該支撐板同軸，且該軸耦接至該底表面；一第一加熱器，該第一加熱器安置於該支撐板之一中心區域內，且位於該支撐板之一中平面之下；一第二加熱器，該第二加熱器安置於該支撐板之一第二區域內，且位於該支撐板之該中平面之下；一第一感測器，該第一感測器提供對應於該中心區域中之一溫度的資料；以及一第二感測器，該第二感測器提供對應於該第二區域中之一溫度的資料。
  16. 如請求項15所述之加熱基板支撐件，該加熱基板支撐件進一步包含：一或更多個控制器，該一或更多個控制器耦接至該第一及第二感測器以及該第一及第二加熱器，以分別地且獨立地回應於由該第一感測器提供之該等資料，控制該中心區域之該溫度；及回應於由該第二感測器提供之該等資料，控制該第二區域之該溫度。
  17. 如請求項15至16中任一項所述之加熱基板支撐件，其中該支撐板包含耦接至一底板之一頂板，其中該第一加熱器安置於一通道中，該通道形成於該頂板或該底板之至少一者 中。
  18. 如請求項17所述之加熱基板支撐件，其中該頂板至少與該底板一樣厚，且其中該第一加熱器安置於一通道中，該通道形成於該底板中。
  19. 一種用於控制一基板支撐件之平坦度的方法，該方法包含以下步驟：使一加熱器元件通電，該加熱器元件安置於該基板支撐件之一支撐板內，且位於該支撐板之一中平面之下；感測該支撐板內之一中心區域之一溫度；及在與該基板支撐件的一自然偏轉相反的一方向中使該基板支撐件偏轉，其中使該基板支撐件偏轉的該步驟包括以下步驟：將該中心區域之該溫度與發生該自然偏轉的一預定溫度比較；以及若該感測之溫度等於或大於該預定溫度，則使該加熱器元件斷電。
  20. 如請求項19所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：若該感測之溫度小於該預定溫度，則判定該加熱器元件是否通電；以及若該加熱器元件未通電，使該加熱器元件通電。
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