具有凸起的顶板及冷却通道的静电夹盘的制作方法

本公开内容的实施方式一般涉及用于实施半导体装置制造的设备，且更特定地，涉及用于处理期间支撑半导体基板的静电夹盘。

背景

静电夹盘(ESC)被广泛使用以用于半导体处理设备(例如，等离子体处理腔室)内提供对基板(此处也指半导体晶片或晶片)的支撑。静电夹盘一般在基板处理期间(即，在材料沉积或蚀刻期间)维持基板于静止位置中。静电夹盘利用电容性及Johnsen-Rahbeck吸引力以维持基板于位置中。

静电夹盘(ESC)被广泛使用以用于半导体处理设备(例如，等离子体处理腔室)内提供对基板的支撑。凸起的静电夹盘于夹盘的夹合表面上具有多个突出物以支撑工件。这些突出物也可称为“凸形”或“隆起”。一般来说，在这样的突出物上支撑工件可为有利的，因为与工件背侧的接触面积相对于非凸起夹合表面减少。一般接受：与工件背侧较少的接触一般导致较少个颗粒产生，而有利于一些处理应用。此外，一些处理应用可提供背侧冷却气体，以在处理期间冷却工件背侧。

根据地，发明人提供改良的静电夹盘，包含能够改良的背侧气体分布的凸起顶板。

概述

于此提供一种用于保持基板的静电夹盘。在一些实施方式中，用于保持基板的静电夹盘可包含：感受器(susceptor)，该感受器包含：导电性感受器基底，该导电性感受器基底具有形成于该导电性感受器基底的上表面中的一个或更多个冷却通道；突起中央支撑件，该突起中央支撑件设置覆盖该一个或更多个冷却通道；及介电顶板，该介电顶板设置于该突起中央支撑件上，其中该介电顶板具有凸起顶部表面，且其中该介电顶板及该突起中央支撑件包含多个孔洞，以便于在设置于该介电顶板的该凸起顶部表面上时，输送由该一个或更多个冷却通道的冷却气体至该基板的背侧。

在一些实施方式中，用于处理基板的设备可包含：限定处理区域的腔室、用于在该处理区域中保持基板的静电夹盘，该静电夹盘包括：台座；及感受器，该感受器设置于该台座上，包含：导电性感受器基底，该导电性感受器基底具有形成于该导电性感受器基底的上表面中的一个或更多个冷却通道；突起中央支撑件，该突起中央支撑件设置覆盖该一个或更多个冷却通道；及介电顶板，该介电顶板设置于该突起中央支撑件上，其中该介电顶板具有凸起顶部表面，且其中该介电顶板及该突起中央支撑件包含多个孔洞，以便于在设置于该介电顶板的该凸起顶部表面上时，输送由该一个或更多个冷却通道的冷却气体至该基板的背侧。

在一些实施方式中，用于保持150mm基板的静电夹盘可包含：感受器，该感受器包含：铝制感受器基底，该铝制感受器基底具有形成于该铝制感受器基底的上表面中的一个或更多个冷却通道；铝制突起中央支撑件，该铝制突起中央支撑件设置覆盖该一个或更多个冷却通道；及150mm陶瓷顶板，该150mm陶瓷顶板设置于该突起中央支撑件上，其中该陶瓷顶板具有凸起顶部表面，且其中该陶瓷顶板及该突起中央支撑件包含多个孔洞，以便于在设置于该陶瓷顶板的该凸起顶部表面上时，输送由该一个或更多个冷却通道所提供的冷却气体至该基板的背侧。

本公开内容的其他及进一步的实施方式描述于下方。

附图简要说明

可通过参考描绘于所附附图中的本公开内容图示的实施方式而理解本公开内容的实施方式(简短总结如上且下方更详细讨论)，其中一些图示于所附图式中。然而，注意所附附图仅图示本公开内容典型的实施方式，因此不考虑限制其范围，因为本公开内容可允许其他等效实施方式。

图1为根据本公开内容的一些实施方式的静电夹盘的侧横截面视图；

图2为根据本公开内容的一些实施方式的图1的感受器基底的俯视图；

图3A及图3B分别描绘根据本公开内容的一些实施方式的图1的介电顶板的俯视图及侧视图；

图4A及图4B分别描绘根据本公开内容的一些实施方式的渐狭及直线边缘感受器；及

图5描绘根据本公开内容的一些实施方式的包括静电夹盘的基于等离子体的基板处理系统的平面视图。

为了便于理解，尽可能使用相同元件符号，以标示附图中常见的相同元件。附图并非照比例绘制且可针对清晰而简化。思量一个实施方式的元件及特征可有利地并入其他实施方式中，而无须进一步叙述。

具体描述

于此提供具有改良的凸起及冷却通道的静电夹盘(ESC)。在一些实施方式中，且如下方进一步的详细讨论，改良的ESC可包含具有直线或渐狭边缘的凸起陶瓷顶板，而可与现存的ESC设计一起使用，例如，用于150mm的ESC设计。

图1描绘根据本公开内容的一些实施方式的静电夹盘100的横截面视图。静电夹盘100使用于半导体基板的等离子体处理期间，例如，蚀刻、物理气相沉积(PVD)及等离子体清洁。静电夹盘100包括台座101及感受器102。在一些实施方式中，台座101包含阴极结构110及冷却板112。在一些实施方式中，感受器102可包含感受器基底104、设置于感受器基底104上的突起中央支撑件106、及设置于突起中央支撑件106上的介电顶板108。捕捉环130环绕且固定感受器102至台座101。

阴极结构110具有槽状且具有用于静电夹盘100的基本结构支撑的效果。阴极结构110典型地由强健的金属制成，例如，不锈钢。设置于阴极结构110内的碟状冷却板112支撑感受器102，且便于冷却流体/气体至感受器102的输送。冷却板112包含一个或更多个升降杆孔洞132以容纳一个或更多个升降杆120，在设置于静电夹盘100上时使用该一个或更多个升降杆120以放置基板。冷却板112也包含一个或更多个管道124以输送冷却流体/气体至感受器102。

感受器基底104包含与一个或更多个管道124对齐的一个或更多个管道，以便于气体至冷却通道114的输送，冷却通道114形成于感受器基底104的顶部表面上。图2表示根据本公开内容的至少一个实施方式的具有冷却通道114的感受器基底104的俯视平面视图。在一些实施方式中，可经由管道126输送背侧冷却气体/流体至感受器基底104的顶部且流经冷却通道114。感受器基底104可由一数量的螺栓204固定至冷却板112。如图2中所展示，在一些实施方式中，冷却通道114具有实质圆形的外通道206及平坦部分202，以容纳现存的静电夹盘设计。冷却通道114可包含经由多个连接通道210耦合至外通道206的多个内通道208，以均匀地分布冷却气体/流体。管道126可经由多个径向通道212耦合至内通道208。在一些实施方式中，冷却通道114可包括轴对称地绕着感受器基底104的中央轴设置的三组气体分布通道214，其中各组分布通道耦合至公共外通道206，如图2中所展示。特定地，各个三组分布通道可包含入口管道126、耦合入口管道126至内通道208的径向通道212、及耦合内通道208的各端至外通道206的两个连接通道210。

一般来说，冷却通道114具有矩形横截面形状。然而，在选择的实施方式中，冷却通道114可具有各种几何横截面形状。设置/放置突起中央支撑件106覆盖冷却通道114，以提供覆盖冷却通道114的冠盖。可阳极处理冷却通道114及突起中央支撑件106的底部表面。

参考回到图1，冷却通道114可提供冷却气体/流体至设置于突起中央支撑件106中的孔洞116，且最终经由孔洞118至介电顶板108的顶部表面，以冷却设置于介电顶板108上的基板背侧。在一些实施方式中，可使用氦气以流经冷却通道114。气体经由一个或更多个多孔洞116、118(或其他通路形式)离开且供应热传输介质至基板背部表面。

感受器基底104可进一步包含孔穴以容纳电极122，以在设置于介电顶板108上时提供静电夹吸力来保持基板。

在一些实施方式中，感受器基底104可由铝、铜、或其他材料制成。相似地，突起中央支撑件106也可由铝、铜或其他材料制成。

图3A及图3B描绘根据本公开内容的介电顶板108的至少一个实施方式。如图3A及图3B中所展示，介电顶板108包含多个孔洞118以提供背侧冷却气体/流体至设置于其上的基板的背侧。在一些实施方式中，孔洞118的数量可介于12及36孔洞之间。在一些实施方式中，沿着介电顶板108的外直径的孔洞数量可为18孔洞。径向朝升降杆孔洞132内设置的孔洞118数量可为3孔洞。

介电顶板108也可包含实质圆形的外直径306及平坦部分302，以容纳现存的静电夹盘设计。在一些实施方式中，介电顶板108包含凸起顶部表面308。该凸起减低接触基板的支撑表面的表面面积。该凸起可通过凸起处理形成以产生突起突出物(raised projection)310。突起突出物310的高度可为约5至25μm。在一些实施方式中，突起突出物310可形成非凸起表面接触面积的约55％至约70％的凸起接触面积。一般而言，于该凸起表面上支撑基板为有利的，因为与基板背侧的接触面积相较于非凸起夹合表面减少。与基板背侧的较少接触面积一般导致较少的颗粒产生，而在一些处理应用中有优势。在一些实施方式中，介电顶板108由陶瓷材料制成，例如氮化铝、氮化硼、诸如此类。

在一些实施方式中，介电顶板108的直径可为约150mm以容纳150mm的基板，且与150mm的静电夹盘设计一起使用。在一些实施方式中，介电顶板108可较设置于介电顶板108上欲处理的基板大或小约1至5mm。

图4A及图4B分别描绘感受器102的渐狭及直线边缘。在图4A中，展示渐狭边缘402与捕捉环130，捕捉环130也具有渐狭边缘以产生一致空隙404。在一些实施方式中，该空隙可为约0.1mm至约1.0mm。在图4B中，展示直线边缘406与捕捉环130，捕捉环130也具有渐狭边缘以产生一致空隙408。在一些实施方式中，该空隙可为约0.4mm至约1.0mm。

在一些实施方式中，本发明的静电夹盘可包含如图2中所展示的氦冷却通道114及150mm陶瓷凸起顶板108，以与现存150mm静电检查设计一起使用。

本发明的ESC可与任何类型的处理腔室一起使用。示范的处理腔室包含任何使用于蚀刻处理的处理腔室，例如，如蚀刻反应器的线，或其他由美国加州圣克拉拉市的应用材料公司(Applied Materials,Inc.of Santa Clara,California)取得的处理腔室。可相似地使用其他处理腔室，包含来自其他制造商的处理腔室。

例如，图5描绘图标性系统500的示意图，类似于可使用以实现于此讨论的本公开内容实施方式。可单独使用系统500的处理腔室510或作为集成半导体基板处理系统的处理模块，或群集工具，例如集成半导体基板处理系统，由美国加州圣克拉拉市的应用材料公司取得。合适的蚀刻反应器范例包含蚀刻反应器的ADVANTEDGE^TM线(例如AdvantEdge G3或AdvantEdge G5)、蚀刻反应器的线(例如II、AE、HT、G3多晶蚀刻器)、或其他也由应用材料公司取得的蚀刻反应器。也可合适地使用其他处理腔室及/或群集工具。

系统500一般包括具有导电主体(壁)530内的基板支撑件(阴极)516的处理腔室510及控制器540。可提供实质平坦的介电天花板520给腔室510。选择地，腔室510可具有其他类型的天花板，例如，圆顶状天花板。包括至少一个感应性线圈元件512的天线设置于天花板520上方(展示两个同轴感应性线圈元件512)。

感应性线圈元件512经由第一匹配网络519耦合至RF等离子体电源518。在频率调谐期间维持匹配网络519。在一些实施方式中，由于用于不同处理的不同固定位置，而可使用匹配网络519。在一些实施方式中，RF电源518可能够以范围从频率产生器输出的约+/-5％至约+/-10％的可调谐频率来产生高至3000W的功率。例如，13.56MHz的RF电源可产生可调谐频率范围从13.56MHz的约+/-5％至约+/-10％。在一些实施方式中，RF电源518可由控制器540控制。

基板支撑件516可包含静电夹盘以保持基板514，且经由具有匹配网络输出(阴极输入)525的第二匹配网络524耦合至偏压电源522。在一些实施方式中，偏压电源522可能够以约400kHz的频率产生高至1500W的功率。偏压功率可为连续的或脉冲的功率。在一些实施方式中，偏压电源522可为DC或脉冲DC来源。在一些实施方式中，可设置探针527于腔室510内接近基板支撑件516，以提供处理腔室510内的测量(例如，上述基板的第一DC电压测量)。可经由设置于腔室510的壁530中的泵541来馈送探针527离开腔室510。在一些实施方式中，控制器529可耦合至探针527以便于纪录或显示探针527的测量。

控制器540一般包括中央处理单元(CPU)544、存储器542、及用于CPU 544的支持电路546，且便于控制腔室510的构件及如上述的调谐处理。

为了便于上述处理腔室510的控制，控制器540可为任何形式的通用计算机处理器的其中一者，可使用该通用计算机处理器于针对控制各种腔室及子处理器的工业设定。存储器542或CPU 544的计算机可读介质可为一个或更多个容易取得的存储器，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘、或任何其他形式的数字存储器，本地或远程。支持电路546耦合至CPU 544以传统方式支持处理器。这些电路包含高速缓冲存储器、电源供应器、时钟电路、输入/输出电路及子系统，诸如此类。描述于此的本发明方法一般存储于存储器542中如一软件程序。该软件程序也可由第二CPU(未展示)存储及/或执行，该第二CPU相对由CPU 544控制的硬件坐落于远程。

在处理腔室510的示范操作中，基板514放置于基板支撑件516上，且由气体面板538经由入口泵526供应处理气体且形成气体混合物550。通过应用来自等离子体电源518的功率及偏压电源522分别至感应性线圈元件512及基板支撑件516(即，阴极结构)，在腔室510中将气体混合物550点火成为等离子体555。使用节流阀531及真空泵536来控制腔室510内部内的压力。典型地，壁530耦合至电性接地点534。可使用运行穿过壁530的包含液体的管道(未展示)来控制壁530的温度。

在一些实施方式中，可通过稳定基板支撑件516的温度来控制基板514的温度。在一些实施方式中，提供来自气体来源548的气体经由气体管道549至通道(未展示)，所述通道形成于基板514下方的台座表面中。使用该气体以便于基板支撑件516及基板514之间的热传输。在处理期间，可由基板支撑件516内的电阻性加热器(未展示)来加热基板支撑件516至稳定状态温度，接着氦气便于基板514的一致的加热。

前述涉及本公开内容的实施方式，可修改本公开内容的其他及进一步的实施方式而不远离其基本范围。