專利名稱：在面朝上的濕法處理中提高晶片溫度均勻性的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例一般地涉及用于在流體處理過程中控制襯底溫度的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體處理產(chǎn)業(yè)依賴于將導(dǎo)電材料沉積在例如硅晶片或大面積玻璃襯底之類的襯底上地一些方法。更具體地，諸如物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積和電化學(xué)鍍之類的沉積方法通常被用于將導(dǎo)電材料或金屬沉積到襯底上而成為元件。已經(jīng)用在半導(dǎo)體處理產(chǎn)業(yè)中的另一種沉積方法是無電鍍。但是，無電鍍技術(shù)已經(jīng)面臨著如何制造導(dǎo)電材料的均勻沉積物的挑戰(zhàn)。
無電沉積工藝的一個挑戰(zhàn)是它們高度依賴于溫度，也就是說，如果襯底的一部分比襯底的另一部分只高1℃，則與襯底的較冷的部分相比，襯底的較熱的部分將發(fā)生無電沉積鍍速率的大幅增大。在襯底的較熱區(qū)域中的沉積速率的差異引起均勻性的變化，由此，無電鍍工藝通常不會有助于半導(dǎo)體處理。但是，如果可以適當(dāng)?shù)乜刂埔r底溫度，則無電沉積可以在諸如籽晶層修復(fù)、覆蓋、元件填充等領(lǐng)域中對半導(dǎo)體處理技術(shù)提供優(yōu)勢。
對于無電沉積單元的另一個挑戰(zhàn)是如何達到有效的背部密封。無電沉積化學(xué)物質(zhì)通常具有表面活性劑或其它組分，它們易于擴散到襯底背部，導(dǎo)致襯底背部上的污染和/或沉積。由此，需要一種無電沉積單元，其被構(gòu)造成控制襯底溫度使得可以進行均勻的無電沉積工藝，并防止表面活性劑和其它處理化學(xué)物質(zhì)與襯底背部接觸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例一般地提供了一種無電鍍單元，其被構(gòu)造成在無電鍍工藝中經(jīng)由流動至襯底的背部或非處理表面的流體控制襯底的溫度。流體流動可以用于防止在無電鍍工藝中污染物到達襯底背部。此外，因為襯底的溫度由與襯底背部接觸的流體溫度來控制，所以本發(fā)明的處理單元還被構(gòu)造成控制與襯底背部接觸的流體的溫度、流體流速、圖案和紊流。
本發(fā)明的實施例還可以提供一種被構(gòu)造成控制襯底溫度的流體處理單元。該單元包括位于處理容腔中的可旋轉(zhuǎn)的襯底支撐構(gòu)件，和位于襯底支撐構(gòu)件之上并被構(gòu)造成將處理流體分配在位于襯底支撐構(gòu)件上的襯底上的流體分配構(gòu)件。襯底支撐構(gòu)件通常包括加熱的或非導(dǎo)熱性的基底構(gòu)件，其具有形成在其中的中心流體開口，和密封地定位至基底構(gòu)件并在它們之間界定流體容腔的的流體擴散構(gòu)件，流體擴散構(gòu)件具有穿過其形成的多個徑向定位的孔。
本發(fā)明的實施例還可以提供一種無電沉積單元。沉積單元包括界定處理容腔的單元體和位于處理容腔中的可旋轉(zhuǎn)的襯底支撐構(gòu)件。襯底支撐構(gòu)件包括流體擴散構(gòu)件，其具有穿過其上表面形成的多個流體分配孔，多個孔以相對于流體擴散構(gòu)件的中心軸線的環(huán)形圖案布置，并且至少一個襯底支撐臂在流體擴散構(gòu)件的上表面上向內(nèi)延伸，至少一個襯底支撐臂被構(gòu)造成以與流體擴散構(gòu)件的上表面平行的關(guān)系將襯底支撐在面朝上的方位。沉積單元還包括被定位成將無電鍍?nèi)芤悍峙湓谝r底上表面上的流體分配噴嘴。單元還可以包括在晶片頂部上的防護罩，其可以被加熱并在沉積過程中控制襯底之上的環(huán)境。此防護罩具有環(huán)境控制和防止蒸發(fā)的雙重目的。
本發(fā)明的實施例還可以提供一種用于在流體處理程序中控制襯底溫度的方法。該方法一般地包括將襯底定位在多個襯底支撐指狀件上，襯底支撐指狀件被構(gòu)造成將襯底支撐在流體擴散構(gòu)件上并與其平行，使加熱后流體流過擴散構(gòu)件并貼著襯底的背部，并將處理流體分配到襯底的前側(cè)上以進行流體處理步驟。
本發(fā)明的實施例還可以提供一種多區(qū)域加熱器，該加熱器被集成到由導(dǎo)熱材料制成的擴散裝置板中，其可以用于進一步提高晶片表面上的溫度均勻性。


通過參考實施例，可以對上面簡要概述的本發(fā)明進行更加具體的描述，從而能夠詳細理解本發(fā)明上述特征的方式。這些實施例中的一部分表示在附圖中。但是，應(yīng)當(dāng)注意附圖僅表示本發(fā)明的典型實施例，并不因此被認(rèn)為是限制本發(fā)明的范圍，因為本發(fā)明可以采用其他等效的實施方式。
圖1表示被構(gòu)造成包含本發(fā)明的一個或多個處理單元的示例性處理平臺的俯視圖。
圖2a表示本發(fā)明的示例性處理單元的剖視圖。
圖2b表示本發(fā)明的另一個示例性處理單元的剖視圖。
圖3表示圖2a所示示例性處理單元的襯底支撐構(gòu)件的放大剖視圖。
圖4表示圖3所示襯底支撐構(gòu)件的周邊的詳細視圖。
圖5表示本發(fā)明的流體擴散構(gòu)件的實施例的俯視圖。
圖6表示本發(fā)明的替代的流體擴散構(gòu)件的剖視圖。
圖7表示圖6所示流體擴散構(gòu)件的頂部透視圖。
圖8表示流動至襯底背部的流體流速與本發(fā)明擴散構(gòu)件和傳統(tǒng)板的溫度之間的關(guān)系。
圖9表示對于本發(fā)明的三種情況而言，至襯底中心的距離和襯底溫度之間的關(guān)系。
具體實施例方式
圖1表示可以用于實現(xiàn)本發(fā)明實施例的示例性處理平臺100。通常作為諸如電化學(xué)鍍平臺之類的半導(dǎo)體處理平臺的示例性處理平臺包括工廠界面130，其通常被稱為襯底承載臺。工廠界面130包括被構(gòu)造成與多個襯底容納庫134交界的襯底承載臺。機械手132位于工廠界面130中并被構(gòu)造成接近容納在庫134中的襯底126。此外，機械手132還從連接通道115延伸至處理主機或平臺113。機械手132的位置允許機械手接近襯底庫134以從其取回襯底并且之后將襯底126傳遞到位于主機113上的處理單元114、116中的一個，或者可替換地，傳遞到退火臺135。類似地，機械手132可以用于在完成襯底處理程序之后從處理單元114、116或退火臺135取回襯底。在這種情況下，機械手132可以將襯底傳遞回到一個庫134，用于從平臺100取走。
退火臺135通常包括兩個臺退火室，其中冷卻板136和加熱板137臨近布置，襯底傳輸機械手140定位成靠近冷卻板136和加熱板137，例如在兩個臺之間。機械手140通常被構(gòu)造成在相應(yīng)的加熱板137和冷卻板136之間移動襯底。此外，盡管退火室135表示為其定位方式是從連接通道115進行訪問，但是本發(fā)明的實施例不限于任何具體的構(gòu)造或布置。由此，退火臺135可以定位成與主機113直接連通，也就是說由主機機械手120訪問，或者可替換地，退火臺135可以定位成與主機113連通，也就是說退火臺可以定位在與主機113相同的系統(tǒng)上，但是可以不與主機113直接接觸或從主機機械手120訪問。例如，如圖1所示，退火臺135可以定位成與允許訪問主機113的連接通道115直接連通，并且由此，退火室135被示作與主機113連通。
處理平臺100還包括中心定位(通常)在處理主機113上的傳輸機械手120。機械手120通常包括被構(gòu)造成支撐并傳輸襯底的一個或多個臂/翼122、124。此外，機械手120和附帶的翼122、124通常被構(gòu)造成延伸、旋轉(zhuǎn)和豎直移動，使得機械手120可以相對于位于主機113上的多個處理位置102、104、106、108、110、112、114、116插入和取走襯底。類似地，工廠界面機械手132也包括旋轉(zhuǎn)、延伸和豎直移動其襯底支撐翼的能力，其還允許沿著從工廠界面130延伸至主機113的機械手軌道線性移動。一般來說，處理位置102、104、106、108、110、112、114、116可以是用在半導(dǎo)體處理鍍平臺上的任意數(shù)量個處理單元。更具體地，處理位置可以構(gòu)造成電化學(xué)鍍單元、沖洗單元、坡口清潔單元、旋轉(zhuǎn)沖洗干燥單元、襯底表面清潔單元(合起來包括清潔、沖洗和蝕刻單元)、無電鍍單元、測量檢查單元和/或可以有益地與鍍平臺結(jié)合使用的其它處理單元。各相應(yīng)的處理單元和機械手都通常與處理控制器111連通，處理控制器111可以是基于微處理器的控制系統(tǒng)，其被構(gòu)造成接收來自用戶和/或位于系統(tǒng)100上的各種傳感器的輸出，并根據(jù)輸出適當(dāng)?shù)乜刂葡到y(tǒng)100的操作。
圖2a圖示本發(fā)明的處理單元200的一個實施例的示意性剖視圖。處理單元200通常作為被構(gòu)造成將導(dǎo)電材料鍍在襯底上的半導(dǎo)體處理流體處理單元，處理單元200可以定位在圖1所示的處理單元位置102、104、106、108、110、112、114、116中的任意一處?？商鎿Q地，處理單元200可以作為一個單獨的鍍單元，或者與另一個襯底處理平臺相結(jié)合。處理單元200通常包括處理隔間202，處理隔間202包括頂部204(可選的)、側(cè)壁206和底部207。側(cè)壁206可以包括位于其中的開口或訪問閥208，閥208可以用于插入并從處理隔間202移除襯底?？尚D(zhuǎn)的襯底支撐212通常布置在處理單元200的底部構(gòu)件207的中心位置，并可選地包括被構(gòu)造成將襯底250升離襯底支撐構(gòu)件212的襯底升降銷組件218。襯底支撐212通常被構(gòu)造成接收處于“面朝上”位置中的襯底250，以進行處理，并且由此，升降銷組件218通?？梢詷?gòu)造成接合襯底250的背部或非處理表面，以將襯底升離襯底支撐構(gòu)件212。
處理單元200還包括流體分配臂組件223，其被構(gòu)造成當(dāng)襯底250位于襯底支撐構(gòu)件212上時將處理流體分配到襯底250上。流體分配臂組件223通常經(jīng)由至少一個流體供應(yīng)閥229與至少一個流體供應(yīng)源228流體連通。由此，可以混和多種化學(xué)物質(zhì)并供應(yīng)至流體分配臂組件223。此外，至少一個流體源228與加熱器265流體連通，加熱器265還與形成在襯底支撐構(gòu)件212中的中間開孔(圖3中所示的308)流體連通。加熱器265可以是用于加熱用于半導(dǎo)體處理單元的流體的任意類型加熱器，其通常被構(gòu)造成精確地控制從其分配的流體的溫度。更具體地，加熱器265可以與一個或多個溫度傳感器(未示出)和/或一個或多個控制器(未示出)連通，其中溫度傳感器和/或控制器被構(gòu)造成例如根據(jù)開環(huán)或閉環(huán)控制系統(tǒng)控制由加熱器265分配的流體的輸出溫度。
流體處理單元200還包括位于處理單元200的底部207中的流體排放通道227。排放通道227可以與流體再循環(huán)或回收裝置249流體連通，流體再循環(huán)或回收裝置249例如被構(gòu)造成更新或補充收集的處理流體，并且之后將處理流體返回到一個或多個流體源228。流體處理單元200還可以包括可以基于處理條件自動控制的排氣裝置(未示出)。
圖3表示示例性襯底支撐構(gòu)件212的更詳細視圖。襯底支撐構(gòu)件212通常包括基板構(gòu)件304和附裝到基板構(gòu)件304的流體擴散構(gòu)件302。多個襯底支撐指狀件300通常位于靠近流體擴散構(gòu)件302的周邊，并被構(gòu)造成將其上面的襯底250支撐在流體擴散構(gòu)件302上方的位置處。可替換地，多個襯底支撐指狀件300可以用連續(xù)的襯底支撐環(huán)構(gòu)件(未示出)來替換。在使用連續(xù)環(huán)的構(gòu)造中，還可以使用上述的升降銷組件。但是，在使用多個指狀件300的實施例中，機械手翼可以插入在襯底之下并在指狀件300之間以升起并取走襯底。
基板構(gòu)件304通常包括實心的盤狀構(gòu)件，其具有穿過其中心部分或穿過板304上的另一個位置形成的流體通道306。流體擴散構(gòu)件302通常定位成按照在基板構(gòu)件304和流體擴散構(gòu)件302之間產(chǎn)生流體容腔310的構(gòu)造與基板構(gòu)件304連通。流體容腔310通?？梢跃哂性诹黧w擴散構(gòu)件302和基板304之間為大約2mm至大約15mm的空間，但是，可以根據(jù)需要使用更大或更小的空間。
流體擴散構(gòu)件302還包括穿過其形成的多個孔/流體通道306，其將構(gòu)件的上表面連接至構(gòu)件的下表面和流體容腔310。流體擴散構(gòu)件302的周邊部分通常與基板構(gòu)件304密封連通，并且由此，流體可以通過流體入口308引入到流體容腔310中，并由于流體的引入在密封的流體容腔310中產(chǎn)生增大的流體壓力，引起流體流過形成在擴散構(gòu)件302中的孔306。
基板304和擴散構(gòu)件302可以由陶瓷材料(例如全壓制的氮化鋁、氧化鋁Al2O3、碳化硅(SiC))、涂覆金屬的聚合體(例如涂有鋁或不銹鋼的TeflonTM聚合體)、聚合物材料或其它適合于半導(dǎo)體流體處理的材料。優(yōu)選的聚合物涂層或聚合物材料是氟化的聚合物，諸如Tefzel(ETEF)、Halar(ECTFE)、PFA、PTFE、FEP、PVDF等。
圖2b圖示本發(fā)明的另一個示例性處理單元的剖視圖。圖2b中所示的處理單元201類似于圖2a中所示的處理單元200，并且由此，保留了可以使用的標(biāo)號。處理單元201包括通常布置在襯底支撐構(gòu)件212之上的環(huán)境防護罩260。環(huán)境防護罩被構(gòu)造成豎直可移動，使得防護罩260可以在處理位置(防護罩260靠近位于支撐指狀件204上的襯底250定位的位置)和裝載/卸載位置(例如防護罩260升高到襯底支撐構(gòu)件212之上以允許通過機械手或傳送裝置接近處理容腔202的位置)之間移動。在處理位置，環(huán)境防護罩260定位成使得防護罩260的下部平表面與襯底250平行并與其間隔例如大約2mm和大約15mm之間的距離，這樣就在防護罩260和襯底250之間產(chǎn)生了流體容腔264。防護罩260可以包括流體入口262和出口263，其可以與處理流體源228流體連通并用于供應(yīng)處理流體至襯底表面和流體容腔264。
圖4表示了圖3中所示的襯底支撐構(gòu)件的周邊的更詳細的視圖。襯底支撐指狀件300被表示為具有細長的臂部407，其向內(nèi)延伸并終止于支撐構(gòu)件402中。支撐構(gòu)件402通常構(gòu)造成給被處理的襯底250的周邊提供支撐，并且支撐構(gòu)件402可以包括被構(gòu)造成接合襯底250的支撐柱403。支撐柱403通常由被構(gòu)造成防止對布置在其上的襯底250造成損壞的材料制造，并且由此，柱403通常由相對軟的不可能刮傷襯底250的材料制造，例如順應(yīng)于半導(dǎo)體處理流體的塑料或非金屬材料。臂部407還可以包括從襯底250的周邊徑向向外定位的直立構(gòu)件401，并可以構(gòu)造成將流體容腔404保持在襯底表面上。直立構(gòu)件401可以協(xié)同工作以將襯底定位于各個構(gòu)件401之間的中心用于處理。在此實施例中，流體通過形成在擴散構(gòu)件302中的孔306向上(圖4中的箭頭“B”所示)流動到界定在襯底250的下表面和擴散構(gòu)件302的上表面之間的處理容腔中。然后處理流體徑向向外流動穿過襯底250的下表面(如圖4中的箭頭“A”所示)。擴散板302的外周可以包括凸起的部分415，其被構(gòu)造成輔助從襯底以下的區(qū)域去除氣泡。
在本發(fā)明的替代實施例中，多個指狀件可以包括連續(xù)的環(huán)支撐構(gòu)件。在此實施例中，支撐柱403可以用諸如O形環(huán)密封件之類的密封件替換，并且多個指狀件可以用內(nèi)徑比被處理的襯底外徑小的連續(xù)環(huán)替換。在此實施例中，穿過擴散構(gòu)件302的流體可以由位于環(huán)構(gòu)件300之下的第一接收裝置(未示出)來匯集，而分配在襯底250的頂部上或處理表面上的流體可以由位于環(huán)構(gòu)件之上和/或向外的第二接收裝置(未示出)來匯集。此實施例允許對用于接觸襯底前側(cè)和后側(cè)的各個流體進行分離和回收。
圖5表示本發(fā)明的襯底支撐構(gòu)件212的實施例的俯視圖。更具體地，圖5圖示流體擴散構(gòu)件302的上表面，也就是當(dāng)襯底位于支撐指狀件300上用于處理時流體擴散構(gòu)件302面對襯底的表面。上表面包括多個徑向定位的孔306(從表面的中心向外定位)，孔306與定位在流體擴散構(gòu)件302的下表面和基底構(gòu)件304的上表面之間的流體容腔310流體連通。由此，引入到流體容腔310中的加熱后流體被引起流過每個開孔或孔306，并且當(dāng)流體接觸定位在指狀件300上的襯底250的下部或下側(cè)時，則流體朝向襯底250的周邊向外徑向地流動。此外，孔306通常定位在圍繞大致中心定位的流體開口306(靠近流體擴散構(gòu)件302的幾何中心定位)的環(huán)形帶中。孔306的直徑可以在整個上表面上是恒定的?？商鎿Q地，孔306的直徑可以隨著至上表面中心的距離增加而增加。例如，最靠近流體擴散構(gòu)件302的中心定位的孔306的直徑可以是流體擴散構(gòu)件302上的最遠的孔306(靠近周邊定位的那些)的直徑的20％。可替換地，孔306的尺寸可以隨著徑向帶離擴散構(gòu)件302的中心的距離增加而保持恒定，但是，在這種情況下，孔306的數(shù)量一般也隨著每個徑向帶遠離擴散構(gòu)件302的中心而增加。
不管孔306如何構(gòu)造，對孔306進行定位的目的是產(chǎn)生對襯底的均勻加熱。由此，孔通常定位成當(dāng)從孔分配的加熱后流體向外流過襯底背部表面時保持恒溫。更具體地，各個孔306的定位、間隔和尺寸被構(gòu)造成在被定位用于處理的襯底250的整個背部上產(chǎn)生均勻的溫度分布。一般來說，這是通過隨著離襯底中心的徑向距離增加而增加分配加熱后流體的孔306的數(shù)量和/或隨著離襯底中心的距離增加而增加流體分配孔306的尺寸來完成的。在一個實施例中，此構(gòu)造可以產(chǎn)生徑向向外流過襯底的整個背部區(qū)域的加熱后流體的連續(xù)且平穩(wěn)的流動，這一般有助于流體對襯底的均勻加熱。此外，孔的定位還被構(gòu)造成當(dāng)其徑向向外流過襯底的背部時保持加熱后流體的湍流。更具體地，隨著流體從擴散構(gòu)件的中心徑向向外流動，流體流動趨向于變得更加層流化。由于形成在層流流動中的邊界層，已經(jīng)證明了層流流體流動顯示出較差的熱傳遞性能。由此，一個個的孔306的帶或環(huán)通常定位成使得附加的加熱流體在加熱流體流動要失去其湍流效果而變成層流的位置處引入到擴散構(gòu)件302和襯底250之間的區(qū)域中。附加流體的引入增加了流體中的紊流，同時還提高了溫度。
在本發(fā)明的另一個實施例中，擴散構(gòu)件302包括加熱組件。加熱組件一般可以包括定位在擴散構(gòu)件302的內(nèi)部中的一個或多個電阻加熱器502。加熱器502可以構(gòu)造作為定位在孔306的帶之間的空間中的多個環(huán)形定位的加熱器。在此構(gòu)造中，各個加熱器502都可以單獨地控制以最優(yōu)化襯底上的溫度控制。更具體地，可以對外部加熱器502施加比內(nèi)部加熱器502更大的能量，使得加熱器可以用于補償由于流體流向襯底250的邊緣引起的流體冷卻。此外，多個溫度傳感器可以與加熱器結(jié)合進行，并且控制器可以用于監(jiān)控溫度并調(diào)整至各個加熱器502的能量以使襯底250的整個背部上的溫度相等。在本發(fā)明的又一個實施例中，加熱器還可以在用于擴散構(gòu)件302的支撐結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)。更具體地，可以設(shè)置加熱器以在加熱后流體流過那里之前預(yù)熱襯底支撐組件(基板、擴散構(gòu)件等)，因為預(yù)熱證明可以使熱量損耗最小化并進一步增加襯底上的溫度均勻性。
對于溫度均勻性，本發(fā)明的實施方式貫徹在了本發(fā)明的示例性處理單元200中，其中處理單元200被構(gòu)造成進行無電銅沉積工藝。在此構(gòu)造中，流體分配臂組件223被構(gòu)造成將無電鍍?nèi)芤悍峙湓谝r底表面(襯底位于處理單元200中的指狀件30上)上，并且由此，一個或多個流體源228包括無電鍍?nèi)芤旱某煞?。此外，至少一個流體源228(流體源228與加熱器265流體連通)是去離子水(DI)源。在此構(gòu)造中，襯底位于單元200中，同時無電鍍?nèi)芤和ㄟ^流體分配臂組件223分配在襯底的面朝上的表面上，并且加熱后DI貼著襯底的背部通過流體擴散構(gòu)件302。
但是，因為已經(jīng)公知無電沉積工藝對溫度非常敏感，并且更具體地，因為已經(jīng)公知無電沉積率依賴于溫度，也就是說，無電沉積率一般來說隨著溫度指數(shù)增大，所以，在無電沉積過程中將襯底上的所有區(qū)域保持在均勻的溫度，對于均勻的無電沉積來說非常重要。由此，本發(fā)明的流體擴散構(gòu)件302的構(gòu)造，也就是孔306的定位和尺寸，與控制加熱器265和或/擴散構(gòu)件302中的加熱器的輸出的能力結(jié)合，可以用于精確地控制無電沉積工藝。例如，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在環(huán)狀或環(huán)形的孔306中，隨著環(huán)直徑的增加而孔306的密度增加的這種構(gòu)圖，在處于處理條件下的襯底的整個表面上能夠提供0.8℃至2℃之間的溫度差異。一般來說，孔306的間隔和尺寸的確定方式可以為，隨著襯底面積增大，從襯底中心徑向向外移動，則被供應(yīng)以覆蓋或加熱襯底區(qū)域的加熱后流體的體積按比例增加，其基本上提供新鮮的加熱后流體至襯底表面上的整個區(qū)域。
例如，圖8表示利用圖6和7中所示的本發(fā)明的實施例流動至襯底背部的加熱后流體的流速與用于在襯底后面具有大致平板(也就是說沒有擾流子604或流體擴散構(gòu)件302)的流體處理設(shè)備的加熱后流體的溫度之間的關(guān)系。該圖示出與本發(fā)明的擴散裝置板302相比，傳統(tǒng)的流體處理單元加熱構(gòu)造(一種中心流體分配組件，將加熱后流體供給到襯底背面的中心，然后使加熱后流體向外流動)顯示出在整個背部板上非常大的溫度差異。更具體地，傳統(tǒng)單元的溫度差大約是20℃，而本發(fā)明的實施例的溫度差小于大約2℃。由此，圖8的圖表示出本發(fā)明的擴散裝置板減小了最大-最小溫度，并且此外，降低了溫度均勻性與流速之間的關(guān)聯(lián)性。
表1表示本發(fā)明的三個示例性的孔定位構(gòu)造。帶編號表示遠離擴散板中心的環(huán)形帶或孔的布置，并且半徑表示帶離擴散板中心的距離(或半徑)?？椎臄?shù)量列表示在具體的帶中包含多少個洞或孔。對于以下例子中的每個洞來說，測試的洞或孔的直徑為2mm。
表1
例子1
例子2
例子3
圖9圖示對于表1中所示的本發(fā)明的三個例子，離擴散構(gòu)件中心的距離和溫度之間的關(guān)系。更具體地，圖9的數(shù)據(jù)表示出，利用表1的例子2和3中所示的本發(fā)明的實施例，從襯底中心至邊緣(對于300mm的襯底而言)溫度小于大約1℃。
圖6圖示了本發(fā)明的替代流體擴散構(gòu)件的剖視圖。流體擴散構(gòu)件600通常包括盤形構(gòu)件，其具有穿過其形成的中心開口或流體通道602。流體通道一般與流體源和/或被構(gòu)造成控制從流體源分配的流體的溫度的加熱器(未示出)流體連通。擴散構(gòu)件600的上表面603包括位于其上的多個擾流子604。擾流子604通常包括從上表面603向上延伸的凸出部分。擾流子通常可以具有介于大約1mm和大約4mm之間的高度(伸出上表面603之上的長度)。由此，襯底250通常這樣定位用于處理襯底的下表面在擾流子604的頂部之上大約1mm與5mm之間。此外，擾流子的平面形狀通常是弧形，如圖7的透視俯視圖所示，并且按照圍繞中心流體開口602的環(huán)形圖案進行定位。擾流子進一步定位成使得各個擾流子604的終端靠近最近定位的擾流子604的終端定位，由此在各個擾流子604之間產(chǎn)生流體間隙608。在此構(gòu)造中，環(huán)形定位的擾流子604這樣定位擾流子604的第一內(nèi)環(huán)中的流體間隙608定位成使得流過流體間隙608的流體引導(dǎo)越過從擾流子604的第一內(nèi)環(huán)徑向向外定位的擾流子604的第二環(huán)中的擾流子604上。
在此構(gòu)造中，襯底再次由例如指狀件300支撐在流體擴散構(gòu)件600之上的位置處。加熱后流體經(jīng)開口602被泵入，并且由于襯底直接定位在流體擴散構(gòu)件600之上，所以使從開口602流出的流體朝向襯底和流體擴散構(gòu)件600的周邊向外流動。由于擾流子604的定位，流體的向外流動越過至少兩個擾流子604。當(dāng)流體越過擾流子時，紊流被引入到流體流動中，也就是說，由于流體越過擾流子604，流體開口602附近產(chǎn)生的大致為層流的向外流動被變成湍流。加熱后流體引入湍流已經(jīng)證明能夠在整個襯底表面上提供更加平坦的溫度梯度，如上所述，這樣有助于在無電鍍工藝中提高沉積的均勻性。
在本發(fā)明的另一個實施例中，圖3中所示的流體擴散構(gòu)件可以與圖6中所示的流體擴散構(gòu)件相結(jié)合。在此實施例中，同時具有擾流子604和多個徑向定位的流體分配孔607的流體擴散構(gòu)件可以結(jié)合使用以在被處理的襯底的整個表面上產(chǎn)生基本均勻的溫度。在此實施例中，如圖7所示，流體分配孔306可以定位在各個擾流子之間的基本上任意位置處，并且進一步，如果需要可以穿過擾流子形成。
盡管前面討論了本發(fā)明的實施例，但是，還可以設(shè)計出本發(fā)明的其它和進一步的實施例，而不會脫離本發(fā)明的基本范圍，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求來確定。
權(quán)利要求
1.一種流體處理單元，包括
位于處理容腔中的可旋轉(zhuǎn)的襯底支撐構(gòu)件；
襯底加熱組件，包括
大致平面形的基底構(gòu)件，其中形成有中心流體開口；和
流體擴散構(gòu)件，其可密封地定位至所述基底構(gòu)件并在流體擴散構(gòu)件與所述基底構(gòu)件之間界定流體容腔，所述流體擴散構(gòu)件具有穿過其形成的多個徑向定位的流體傳輸孔；和
流體分配構(gòu)件，其定位在所述流體擴散構(gòu)件之上并被構(gòu)造成將處理流體分配在位于所述襯底支撐構(gòu)件上的襯底上。
2.如權(quán)利要求1所述的流體處理單元，還包括與所述中心流體開口流體連通的流體加熱器。
3.如權(quán)利要求2所述的流體處理單元，其中，所述流體加熱器被構(gòu)造成以恒定的溫度供應(yīng)加熱后流體至所述中心流體開口。
4.如權(quán)利要求1所述的流體處理單元，其中，所述可旋轉(zhuǎn)的襯底支撐構(gòu)件還包括多個向內(nèi)延伸的襯底支撐指狀件，所述襯底支撐指狀件定位成將襯底支撐在所述流體擴散構(gòu)件之上并與其平行。
5.如權(quán)利要求1所述的流體處理單元，其中，所述多個徑向定位的流體傳輸孔包括多個環(huán)形定位的孔的環(huán)，所述多個環(huán)形定位的孔的環(huán)具有隨著所述環(huán)離所述流體擴散構(gòu)件的中心軸線的距離增大而增大的環(huán)直徑。
6.如權(quán)利要求5所述的流體處理單元，其中，所述流體傳輸孔的直徑隨著離所述中心軸線的距離增加而增加。
7.如權(quán)利要求1所述的流體處理單元，其中，所述流體分配構(gòu)件包括可樞轉(zhuǎn)安裝的流體臂，所述流體臂具有位于末端上的流體分配噴嘴，所述流體臂與至少一個溫度控制的無電鍍?nèi)芤涸戳黧w連通。
8.如權(quán)利要求5所述的流體處理單元，其中，所述流體擴散構(gòu)件還包括與所述擴散構(gòu)件連通定位的多個加熱元件，所述多個加熱元件環(huán)形地定位在所述多個環(huán)形定位的孔的環(huán)之間。
9.如權(quán)利要求8所述的流體處理單元，其中，所述多個加熱元件單獨地控制。
10.一種無電沉積單元，包括
限定處理容腔的單元體；
位于所述處理容腔中的可旋轉(zhuǎn)的襯底支撐組件；
基板，其位于所述襯底支撐組件之下并具有穿過其形成的至少一個加熱流體供應(yīng)孔；和
處理流體分配噴嘴，其定位成將無電鍍?nèi)芤悍峙湓谖挥谒鲆r底支撐組件上的襯底的上表面上。
11.如權(quán)利要求10所述的沉積單元，其中，所述基板還包括位于所述基板的上表面上的多個擾流子。
12.如權(quán)利要求11所述的沉積單元，其中，所述擾流子包括具有大約1mm至大約4mm的高度的細長的構(gòu)件。
13.如權(quán)利要求12所述的沉積單元，其中，所述擾流子定位成使得所述擾流子的延長軸線與所述至少一個加熱流體供應(yīng)孔的圓周大致相切。
14.如權(quán)利要求10所述的沉積單元，還包括擴散構(gòu)件，其密封地定位至所述基板并在它們之間形成流體容腔，所述擴散構(gòu)件具有穿過其形成的多個加熱流體分配孔。
15.如權(quán)利要求14所述的沉積單元，其中，所述多個加熱流體供應(yīng)孔的位置和尺寸被設(shè)定成能夠在所述擴散構(gòu)件的整個上表面上產(chǎn)生均勻的流體溫度。
16.如權(quán)利要求14所述的沉積單元，其中，所述至少一個加入流體供應(yīng)孔與受控的加熱后流體源流體連通。
17.如權(quán)利要求14所述的沉積單元，還包括環(huán)狀地位于所述流體擴散構(gòu)件中的多個加熱器，所述多個加熱器被單獨地控制。
18.一種用于在流體處理單元中處理襯底的方法，包括
將所述襯底放在多個襯底支撐指狀件上，所述多個襯底支撐指狀件被構(gòu)造成將所述襯底支撐在流體擴散構(gòu)件上并與其平行；
使加熱后流體流過所述流體擴散構(gòu)件并貼著所述襯底的背部；
將處理流體分配到所處襯底的前側(cè)上以進行流體處理步驟；以及
收集靠近所述襯底周邊的加熱后流體和處理流體。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括通過所述加熱后流體來控制所述襯底的溫度。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，控制所述襯底的溫度包括控制流過所述擴散構(gòu)件的加熱后流體的流速和溫度。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，控制所述流速包括設(shè)定穿過所述擴散構(gòu)件形成的流體分配孔的位置和尺寸，以在所述襯底的整個背部上產(chǎn)生恒定的溫度。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述處理流體包括無電鍍?nèi)芤?，并且所述加熱后流體包括去離子水。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，還包括在所述分配過程中旋轉(zhuǎn)襯底支撐構(gòu)件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于在無電沉積工藝中控制襯底溫度的方法和設(shè)備。該設(shè)備包括被構(gòu)造成將襯底支撐在流體擴散構(gòu)件之上的位置處的沉積單元。加熱后流體從流體擴散構(gòu)件分配并與襯底的背部接觸，由此加熱襯底。加熱后流體從開口分配，用于使整個襯底表面保持恒溫。該方法包括按照能夠在襯底的整個前側(cè)上產(chǎn)生恒定處理溫度的構(gòu)造，使加熱后流體貼著襯底的背部流過擴散構(gòu)件。
文檔編號C23C18/16GK1864241SQ200480029140
公開日2006年11月15日 申請日期2004年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月6日
發(fā)明者伊恩·A·帕查姆, 索恩·T·恩古亞, 加里·J·羅森 申請人:應(yīng)用材料公司