用于等离子处理设备的喷头电极总成的温度控制模块制造技术

一种用于半导体材料等离子处理室的喷头电极总成的温度控制模块包括：加热器板，适于固定于该喷头电极总成的顶部电极的顶面，并且提供热量至该顶部电极以控制该顶部电极的温度；冷却板，适于固定于该喷头电极总成的顶板的一个表面并与之隔热，以及冷却该加热器板并控制该顶部电极和加热器板之间的热传导；以及至少一个热力壅塞，适于控制该加热器板和该冷却板之间的热传导。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于等离子处理设备的喷头电极总成的温度控制模块
技术介绍
在半导体材料处理领域，使用包括真空处理室的半导体材料处理设备执行各种等 离子工艺，如在基片上蚀刻材料。这些蚀刻工艺的效果往往依赖于控制处理室某些位置温 度条件的能力。
技术实现思路
用于半导体材料等离子处理室的喷头电极总成的温度控制模块的示范性实施例 包括加热器板，其具有适于固定于该喷头电极总成的顶部电极的顶面的底面，该顶部电极 具有暴露于等离子的底面，该加热器板包括至少一个加热器，其适于提供热量至该顶部电 极以控制该顶部电极的温度；冷却板，其具有适于固定于形成该等离子处理室顶壁的顶板 的底面并与之绝热的顶面，该冷却板适于控制该加热器板的温度并控制该加热器板和该顶 部电极之间的热传导；以及至少一个导电导热热力壅塞，位于该加热器板的顶面和该冷却 板的底面之间并与它们接触，该至少一个热力壅塞适于控制该加热器板和该冷却板之间的 热传导。用于等离子处理室的喷头电极总成的示范性实施例包括形成该等离子处理室顶 壁的顶板；顶部电极，包括顶面和暴露于等离子的底面；以及温度控制模块，包括加热器 板，其具有固定于该顶部电极的顶面的底面，该加热器板包括至少一个加热器，其适于提供 热量至该顶部电极以控制该顶部电极的温度；冷却板，其具有固定于顶板的底面并与之隔 热的顶面，该冷却板适于控制该加热器板的温度和控制该加热器板和该顶部电极之间的热 传导；以及至少一个导电导热热力壅塞，位于该加热器板的顶面和该冷却板的底面之间并 与它们接触，该至少一个热力壅塞适于控制该加热器板和该冷却板之间的热传导。提供一个控制在包含具有底部电极的基片支撑件的等离子处理室中喷头电极总 成的顶部电极的温度的方法的示范性实施例，该喷头电极总成包括形成该等离子处理室顶 壁的顶板和位于并固定在该顶板和该顶部电极之间的温度控制模块。该方法包括在该等 离子处理室中、该顶部电极和该基片支撑件之间的间隙中生成等离子；从至少一个功率供 应源施加功率至该温度控制模块的加热器板的至少一个加热器以加热该顶部电极；从至 少一个液体源提供温度控制液体至该温度控制模块的冷却板的液体通道以控制该冷却板 的温度；以及(i)通过将该冷却板与该顶板热隔绝控制该冷却板和该顶板之间的热传导， ( )利用位于该冷却板和加热器板之间的至少一个热力壅塞控制该冷却板和该加热器板 之间的热传导，和(iii)通过控制该加热器板的温度来控制该加热器板和该顶部电极之间 的热传导，由此将该顶部电极保持在所需温度。附图说明图1是半导体材料处理设备的等离子处理室的剖视图，其包括含有温度控制模块 的喷头电极总成的示范性实施例。图2是半导体材料处理设备的等离子处理室的剖视图，其包括另一含有温度控制模块的喷头电极总成的示范性实施例。图3说明图2所示的温度控制模块的热力壅塞的示范性实施例。图4说明图2所示的温度控制模块的另一热力壅塞的示范性实施例。图5是半导体材料处理设备的等离子处理室的剖视图，其包括另一含有温度控制模块的喷头电极总成的示范性实施例。图6是加热器板包括外加热器板和内加热器板的另一实施例的剖视图。图7说明温度控制模块的示范性实施例的温度与时间的关系(上升和下降率)。具体实施例方式提供温度控制模块和包括该温度控制模块的实施例的喷头电极总成。该温度控制 模块提供集成的加热和冷却模块，该模块允许所需的对该喷头电极总成的喷头电极温度的 控制。该温度控制模块可与该喷头电极总成的所选部分隔热，并具有所需的快速响应时间， 以允许可靠并敏感的温度控制。图1说明电容耦合、射频(RF)等离子处理室100，在其中处理半导体基片，例如硅 晶片。该等离子处理室100包括喷头电极总成110的示范性实施例和位于该喷头电极总成 110下方的基片支撑件112 (局部)，该喷头电极总成110和该基片支撑件112之间有间隙， 在那里生成等离子。该喷头电极总成110包括顶部电极114、可选的固定于该顶部电极114 的衬板构件116、顶板118和位于该衬板构件116和顶板118之间的温度控制模块120。限 制环总成122围绕该顶部电极114和基片支撑件112之间的间隙。该顶板118可由铝等制成。可选地，该顶板118的温度通过将温度控制液体(例 如，在设定温度和流率的水)流过形成在该顶板中的液体通道来控制。该顶板118形成该 等离子处理室100的可去除顶壁。该限制环总成122包括多个等离子限制环124，其垂直位置可通过运行一个或多 个升降机构126调节以控制邻近的等离子限制环124之间的垂直间隙。例如，该限制环总 成122可包括三个彼此间隔120°的升降机构126。该限制环124增强将等离子限制于该 顶部电极114和该基片支撑件112的上表面128之间的间隙。可用于该等离子处理室100 的示范性的限制环总成在例如共同拥有的美国专利No. 6，019，060和6，984，288以及美国 专利申请No. 2006/0207502和2006/0283552中描述，其每个通过引用整体结合在这里。该基片支撑件112包括底部电极和可选的静电卡紧电极(ESC)，卡紧电极用以将 经受等离子处理的基片以静电方式卡紧在该基片支撑件112的上表面128上。在该实施例中，该顶部电极114包括内部电极构件130和围绕该内部电极构件130 的外部电极构件132 (或电极扩展部)。该内部电极构件130是圆柱形板，用以等离子处理 圆形半导体基片。该内部电极构件130可由任何合适的材料组成，如单晶硅、多晶硅或碳化 硅。该内部电极构件130包括多个气体通道133，通过该通道将工艺气体喷进该顶部电极 114和基片支撑件112之间的间隙。等离子是通过提供RF功率至该顶部电极114和/或底 部电极而在该间隙中生成。该外部电极构件132构造为扩展该顶部电极114的直径用以在该等离子处理室 100中等离子处理更大直径的基片。例如，该内部电极构件130直径可以是12英寸或13英 寸，该外部电极构件132可以是具有一定径向宽度的环，其将该顶部电极114的直径扩展至大约15英寸至17英寸，甚至更大。 该外部电极构件132可以是连续的环(S卩，整体的环)，如多晶硅环。或者，该外部 电极构件132可包括多个环形段(例如，从两个到十个段)布置成环。这些环形段可由例 如单晶硅、多晶硅或碳化硅组成。这些环形段优选粘合在一起。该外部电极构件132的相 邻环形段优选地具有重叠的边缘，这些边缘利用粘合材料彼此粘合。该外部电极构件132 和内部电极构件130可粘合在一起，如利用弹性材料。该弹性材料可以是任何合适的导热 导电弹性材料，其可承受热应力并传递热能和电能。如图1所示，该外部电极构件132的厚度大于该内部电极构件130或垂直偏移以 形成内部台阶134，该台阶以一定角度从该内部电极构件130的暴露于等离子的底面136向 外延伸。该角度优选地是钝角。还如图1所示，该外部电极构件132的内部边缘构造为与 该内部电极构件130中形成的凹下的外部边缘138重叠和匹配。在该实施例中，该顶部电极114的顶面沿平面分界面140固定于该衬板构件116 的底面。该衬板构件116包括固定于该内部电极构件130的顶面的衬板142和围绕该衬板 142并固定于该外部电极构件132的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于半导体材料等离子处理室的喷头电极总成的温度控制模块，该温度控制模块包括：加热器板，具有适于固定于该喷头电极总成的顶部电极的顶面的底面，该顶部电极具有暴露于等离子的底面，该加热器板包括至少一个加热器适于提供热量至该顶部电极以控制该顶部电极的温度；冷却板，具有适于固定于形成该等离子处理室顶壁的顶板的底面并与之隔热的顶面，该冷却板适于控制该加热器板的温度以及控制该加热器板和该顶部电极之间的热传导；以及至少一个导电导热热力壅塞，位于该加热器板的顶面和该冷却板的底面之间并与它们接触，该至少一个热力壅塞适于控制该加热器板与该冷却板之间的热传导。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉金德尔德辛德萨，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]