具有反馈控制的区域加热系统技术方案

一种精确控制晶片基片上的温度分布的结构和方法，其中，用有多个加热区的射频感应线圈把待处理晶片加热到恒定而均匀的温度。各加热区用调谐到特定频率的电容器旁路。调节供给感应线圈的有特定频率的电流供给时间，可单独控制每个区域的温度。由于基座中产生的热量响应其中流过的电流并迅速变化，因此，能迅速校正晶片温度相对处理温度的偏差和表面上的温度梯度，可使晶片加热和冷却时温度均匀，提高准确率和精度。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于半导体处理设备的加热系统，特别涉及用于在半导体晶片上形成材料层的化学气相淀积系统的加热系统。在半导体晶片上形成像外延硅或多晶硅层的设备是公知的。在半导体晶片上形成材料层的问题之一是在淀积处理期间，即，在加热、处理、冷却期间，要确保半导体晶片上的温度均匀分布。由于晶片上的材料层的淀积速率取决于晶片的温度，因此，晶片中心与边缘之间的温度变化将会在晶片上产生不希望看到的淀积层厚度不均匀。此外，在加热、处理或冷却期间的不均匀温度会造成晶片应力，从而导致不希望看到的滑移。因此，在硅晶片上淀积材料层期间，减小晶片表面温度的变化是非常重要的。为实现晶片上温度均匀分布而开发的某些早期系统提出了以均匀方式对整个晶片加热的方法。然而，由于通常是晶片的边缘热损失大于晶片的中心热损失，因此，这种早期的系统会导致晶片的中心与外侧部分之间明显的温度差，这样不可能使晶片表面温度梯度减至最小。许多目前的加热方案使用了具有加热灯泡的灯泡组件，这些加热灯泡设置在若干个独立控制区域中以使施加到晶片的外侧和中心部分的热量不同。按该方式，晶片上的热损失变化可以通过把不同的热量施加到晶片的各个不同部分来补偿，以实现晶片表面上的较好的温度均匀。这种技术一般能够保持低于10℃的温度差值。在这种多区域加热组件中使用的加热灯泡会导致某些缺点。这些灯泡(一般是钨卤素灯)中每一个的使用寿命有限，这样就必须定期更换。这种灯泡的更换以及因他们的老化而使灯泡定期的调整不仅增加了制造成本，而且还降低了化学气相淀积(CVD)系统的处理量。此外，这种辐射加热CVD系统中的加热灯泡的使用需要定期清理反应室的石英壁以消除室壁的淀积材料，这是我们不希望的。考虑到，由于灯泡加热CVD反应室中的壁会变热，因此材料的层不仅在晶片上淀积而且还在室壁上淀积。在室壁上形成的合成膜则吸收一些加热灯泡辐射的辐射能，从而局部地增加室壁的温度。因此，以增加的速率在室壁上淀积材料层从而产生了“雪球”效应。因此，在灯泡加热CVD室中使室壁保持完全清洁是关键。这需要经常酸洗室壁，甚至有时在每次操作后都要酸洗。淀积外延层之后清洗室壁通常要花费2至4分钟，而淀积多晶硅后清洗室壁则要花费更长的时间。由于CVD系统中加热壁的整个时间周期为5至10分钟，因此清洗室壁占用了时间周期的大部分，因而CVD系统的处理量急剧地减小。所以，非常需要提供一种没有上述缺点的均匀和精确地加热半导体晶片的用于化学气相淀积的加热系统。本专利技术提供能够更精确地控制晶片基体温度的结构和方法。根据本专利技术，要处理的晶片在反应室内由一个或多个射频(RF)感应线圈加热到均匀温度，每一个感应线圈具有若干个独立控制的加热区域。反应室的不同区域需要不同的加热能量以向晶片提供均匀温度。每个独立控制区域产生的热量由控制电路控制。该控制电路响应代表晶片或反应室温度各个部分的反馈信号来调整提供一个或多个感应线圈的每个独立控制区域的功率。按这种方式，晶片能够以均匀速率对晶片加热和冷却，并保持均匀的温度。此外，由于没有使用传统的加热灯泡，用本专利技术的RF感应加热系统消除了传统装置带来的问题。例如，不再因灯泡出故障而替换灯泡。此外，本专利技术的实施例不需要为消除室壁上淀积的材料膜而定期地彻底清除室壁。感应线圈产生的磁场在反应室中相应的石墨基体内激发电子。该石墨基体再加热晶片。这样，热能不穿过石英壁。因而，由于传递到基片的热与反应室壁上形成的淀积层厚度无关，因此，本专利技术的室壁不像传统的灯泡加热CVD系统那样需要经常和彻底的清洗。附图说明图1是根据本专利技术实施例的包含加热系统部分的反应装置示意图；图2A和2B是本专利技术实施例的下部RF感应线圈的剖视图；图3A-3C是本专利技术实施例的上部RF感应线圈的剖视图；和图4是图1的反应装置的控制系统的原理图。在不同的附图中使用的相同标号代表相同的或相似的元件。本专利技术的方法和结构使用了在射频(RF)感应线圈内的独立控制加热区域以及反馈控制系统，以便基本上以均匀的速率加热和冷却半导体晶片并大体上使晶片保持恒定和均匀的温度。下面参照图1-4详细地说明本专利技术的一个具体实施例的内容。但应该明白，下面的说明只是为了说明而决不能被理解为对这里讨论的技术方案的限定。在图1中示出了化学气相淀积(CVD)反应装置5，它包括钟罩6、侧壁7和基座8，钟罩最好是不传热的石英，基座8最好是不锈钢。反应室顶12、带有垫片13a的垫圈13、内部壳15和基座衬2位于由元件6、7和8构成的结构中。支架3支持线圈座17，该线圈座17包括一个设置在外壳内的下部线圈20与基座14之间的碳化硅板21。基座14固定位于反应室顶12与基座14之间的晶片16。室顶12和基座最好是涂石墨的碳化硅。支架3中含有的转轴组件19旋转基座14和晶片16。转轴组件19的详细说明见代理人存档号为M-4812的名为“基座夹持机构”(“Susceptor Hold-downMechanism”)的美国专利。该专利文献在这里是作为参考文献引出。图1的剩余元件包括设置在钟罩6周围的温度传感器28和上部线圈18。基座14的顶表面有凹槽部14a，这样就使晶片16的表面具有与基座14的最少接触，从而减小基座14与晶片16之间的热传递。当在基座14上放置晶片时，晶片16的底面距基座14内凹槽部分14a的上表面近似为0.01英寸。晶片16的顶面应该大体上与基座14没有凹槽的顶表面平齐，以致室顶12、垫片13a、基座14和晶片16构成了平行板状的反应室23。例如，在某些实施例中，晶片16的顶面可以处在基座14的顶面14b的±80密耳(mils)的范围内。因而认为它们大体平齐。室顶12的内表面距晶片16应该近似为1/2英寸至3/8英寸，以使在晶片16上的淀积速度达到最大。室顶12和基座14经上、下线圈18、20分别加热其内包含的晶片16。电源分别加给向室顶12和基座14传递RF能量的感应线圈18和20以加热室顶12和基座14，并经过在室顶12和基座14上作为热导体的碳化硅涂层加热晶片16。下线圈20是设置在紧挨着基座14下边的连续线圈。下线圈20最好是以八圈螺旋结构形成的5/16英寸铜管，。与图2A中给定的内外半径值近似，线圈20的内半径近似0.56英寸和外半径近似4.62英寸。在本实施例中，下线圈20为图2A(顶视图)和图2B(沿图2A线2-2的剖视图)所示的单层线圈。如图2A所示，下线圈20具有沿着下线圈20在各个点上连接的四个抽头T1-T4。抽头T1和T2确定了外段，抽头T2和T3确定了中间段，抽头T3和T4确定了内段。下线圈20的每个段是与基座14同心的外部区、中间区、内部区域相关。最好为5/16英寸铜管的抽头管与每个抽头连接，用于向各个线圈段提供电源和水，如图2B所示。上线圈18是设置在紧靠室顶12上的连续线圈。上线圈18最好是以十一圈螺旋结构形成的5/16英寸铜管，具有近似0.55英寸的内半径和近似7.94英寸的外半径，和图3A所示，其它圈半径为按英尺寸尺的各种数值。上线圈8为单层并与室顶1 2的形状一致，如图3A(顶视图)和图3B(沿线3-3的剖视图)所示。图3B示出了沿铜线圈18的线圈直径不同的近似高度。四个抽头T5-T8连接在沿铜线圈18的各个不同点上。这里，抽头T5和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加热基片的系统，包括：第一加热部件，它包括具有若干区域的射频感应线圈，其中，所述若干区域的每一个区域被单独加电，以加热所述基片的相关部分。

【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：罗伯特D梅尔霍，道格拉斯S沙茨，约瑟夫H麦克利什，马赫斯K桑甘尼里亚，恩里克休雷斯德尔索拉尔，
申请(专利权)人：康塞普特系统设计公司，爱德万斯德能源工业公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]