多区加热器制造技术

一种硅片夹，包括具有轴线的轴和连接到轴的端部的板。所述板能够具有从所述轴线径向向外延伸超过所述轴的部分。温度传感器能够布置在板的所述部分中并且电引线能够从所述温度传感器延伸穿过轴，以用于在半导体制程期间测量板在温度传感器附近的温度。

Multi zone heater

The utility model relates to a silicon wafer clamp, which comprises a shaft with an axis and a plate connected to the end of the shaft. The plate can have a radially outward extension of the shaft over the axis. The temperature sensor can be arranged in the portion of the plate and the electrical lead can extend through the shaft from the temperature sensor for measuring the temperature of the plate near the temperature sensor during the semiconductor process.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在半导体处理中使用的加热器，并且更具体地涉及具有多个加热区的加热器和用以检测这些加热区的热电偶。
技术介绍
在半导体制造中，硅衬底(硅片)在升高的温度下接受处理，以用于沉积多种不同的材料。温度通常介于300℃至550℃范围内，但是有时可能高达750℃甚至更高。沉积的材料在硅片表面上的层中“生长”。这些材料中的很多种具有对温度极其敏感的生长速率，因此硅片上的温度变化能够影响薄膜的局部生长速率，导致随着薄膜在硅片上生长，薄膜厚度发生变化。理想的是控制沉积薄膜的厚度变化。有时，理想的是在硅片中心处的薄膜更厚(如同穹顶)。有时，理想的是在边缘上的薄膜更厚(如同凹坑或者凹窝)。有时，理想的是使薄膜厚度尽量薄(在数十埃的范围内)。最直接的用于控制硅片温度并且由此控制所沉积的薄膜的厚度分布的方法之一是将硅片放置在加热器上。通过将加热器设计成具有特定的用以在硅片上生成所需温度分布的功率密度“图”，就能够生成理想的薄膜厚度分布。下面的加热器的功率密度在硅片上需要较高温度的一个或多个部位处增加且在需要较低硅片温度的一个或多个部位处减小。芯片制造商希望获得在同一处理室中运行不同处理的能力。用于使薄膜生长的主要设备非常昂贵(通常每个处理室超过1百万美元)，因此理想的是使所需处理室的使用最大化并且使所需处理室的数量最小化。使用不同化学品的不同温度处理在同一处理室中运行，以便生<br>成不同的薄膜。这些不同的薄膜也可以具有不同的生长速率与温度特性。这就导致芯片制造商希望获得快速地改变指定处理室中的加热器的功率密度图以实现所需的薄膜厚度分布的能力。另外，理想的是芯片制造商能够在多个处理室中精确运行相同的“配方”并且生产具有匹配的薄膜厚度分布(以及能够由温度影响的其它性质例如薄膜应力、折射率等)的薄膜。因此，理想的是能够生产这样的加热器，其能够在各单元之间具有高度可重复的功率密度图。加热器能够制造成具有通过在加热器中使用多条独立的加热器电路来改变功率密度图的能力。通过改变施加到不同电路的电压和电流，就能够改变单条电路中的各部位的功率水平。这些特定电路中的各部位被称作“区(zone)”。通过针对指定区增加电压(并且由此当这些加热元件均为电阻性加热器时也增加电流)，即可升高该区中的温度。相反地，当针对一个区减小电压时，即可降低该区中的温度。以这种方式，能够通过改变针对各个区的功率而由相同的加热器生成不同的功率密度图。至少两种限制因素会影响到芯片制造商有效使用多区加热器的能力。第一限制因素是现有技术中的加热器仅具有一个控制热电偶。因为目前用于加热器的板和轴的设计仅允许热电偶的位置位于加热板的中心处或者位于加热器中心的大约1英寸的半径以内，所以只能使用一个控制热电偶。热电偶由与硅片的处理环境不相容并且因此必须与该环境隔离开的金属制成。另外，为了热电偶(TC)的更快速的响应，最好使其在大气压力环境下而不是在典型处理室的真空环境下操作。因此，热电偶只能位于加热轴的不与处理环境相连通的中央中空区域中。如果存在位于加热轴的2英寸直径之外的加热区，则不能将热电偶安装于此以监测并帮助控制该加热区的温度。已经通过利用“受控(slaved)”的功率比控制位于加热器中央区域以外的加热区来解决该限制。根据施加到中央区和每一个其它区以生成理想的功率密度图的功率来建立该功率比。中央控制热电偶监测中央区的温度，并且(基于中央控制热电偶的反馈)施加到中央区的功率随后通过预先建立的功率比进行调节而被施加到所有区。例如，对于双区加热器，假定施加到外区和内区的功率比为1.2比1.0的功率生成所需的温度分布。假定加热器控制系统通过读取由中央控制热电偶提供的温度数据而确定需要100VAC的电压来实现适当的温度。利用受控的比例控制方法，由此将120AVC的电压施加到外加热区并将100VAC的电压施加到内加热区。由此通过改变受控比例即可调节功率密度图。这就导致对第二限制因素的讨论。现有技术中的加热器具有嵌入式加热器所固有的电阻变化。由于在当前陶瓷加热器的制造过程中需要高温和高压，因此所能实现的电阻容差能够接近于50％。换言之，用于半导体级陶瓷加热元件的典型电阻介于1.8欧姆至3.0欧姆的范围内(在室温条件下，加热元件的材料通常是随着运行温度的升高而电阻增大的钼)。这种变化导致的问题是：对于通过受控比方法控制的多区加热器保持各单元之间的可重复的功率密度图。对于单区加热器，电阻变化不是问题，原因在于控制热电偶被用于监测实际的运行温度，并且相应地调节供应给加热器的功率水平。但如果是多区加热器，并且加热元件的电阻变化能够接近于50％，则受控比控制方法将不能生成各单元间可重复的功率密度图。要求是建立一种加热器设计，其允许安装多个控制热电偶，所述多个控制热电偶能够物理地位于相应的加热区中以便允许反馈和直接控制，而且仍然保持热电偶与处理室中的处理环境相隔离。附图说明本文所描述的在多个方面均为示意性的附图仅仅是为了进行图解而并非是为了限制本公开的范围。图1是根据本专利技术某些实施例的在半导体处理中使用的板轴装置的视图。图2是根据本专利技术某些实施例的板和轴之间的连接部的剖视图。图3是根据本专利技术某些实施例的处理室中的板轴装置的视图。图4是根据本专利技术某些实施例的加热器装置的视图。图5是根据本专利技术某些实施例的多区加热器的示意性剖视图。图6是根据本专利技术某些实施例的多区加热器的示意性仰视图。图7是根据本专利技术实施例的已连接的盖板的示意图。图8是根据本专利技术某些实施例的盖板的示意图。图9是根据本专利技术某些实施例的加热器的透视图。图10是根据本专利技术某些实施例的加热器的透视分解图。图11是根据本专利技术某些实施例的具有多层板的加热器的示意性剖视图。图12是根据本专利技术某些实施例的多层板的放大局部剖视图。图13是根据本专利技术某些实施例的具有多个加热区和热电偶的加热器的示意性剖视图。图14是根据本专利技术某些实施例的沿着图13中的线14-14截取的板和轴的连接区域的放大剖视图。图15是根据本专利技术某些实施例的沿着图14中的线15-15截取的中央衬套的俯视图。图16是图解了根据本专利技术某些实施例的沿着图15中的线16-16截取的中央衬套的各方面的局部剖视图。图17是根据本专利技术的某些实施例的沿着图13中的线17-17截取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在半导体制程中使用的硅片夹，包括：轴，所述轴具有轴线和端部；板，所述板连接到所述轴的端部并且具有从所述轴线径向向外延伸超过所述轴的部分；温度传感器，所述温度传感器布置在所述板的所述部分中；以及电引线，所述电引线从所述温度传感器延伸穿过所述轴，以用于在半导体制程期间测量所述板在所述温度传感器附近的温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.15 US 13/831,6701.一种用于在半导体制程中使用的硅片夹，包括：轴，所述轴具
有轴线和端部；板，所述板连接到所述轴的端部并且具有从所述轴线
径向向外延伸超过所述轴的部分；温度传感器，所述温度传感器布置
在所述板的所述部分中；以及电引线，所述电引线从所述温度传感器
延伸穿过所述轴，以用于在半导体制程期间测量所述板在所述温度传
感器附近的温度。
2.根据权利要求1所述的硅片夹，其中，所述板是陶瓷板。
3.根据权利要求1所述的硅片夹，还包括：附加温度传感器，所
述附加温度传感器与所述温度传感器相距一定径向距离地布置在所述
板的所述部分中；以及附加电引线，所述附加电引线从所述附加温度
传感器延伸穿过所述轴，以用于测量所述板在所述附加温度传感器附
近的温度。
4.根据权利要求3所述的硅片夹，还包括：第一加热器，所述第
一加热器用于在所述温度传感器附近加热所述板；以及第二加热器，

【专利技术属性】
技术研发人员：B·D·埃李奥特，F·巴尔马，A·G·埃利奥特，A·维伊特泽，D·G·雷克斯，R·E·舒斯特，
申请(专利权)人：部件再设计股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US