具有温度控制的静电夹具的制作方法
【专利摘要】在此提供一种装置的实施方式，所述装置用于控制处理腔室中的静电夹具的温度。在一些实施方式中，装置包含：静电夹具，所述静电夹具设置于处理腔室中，所述静电夹具包含陶瓷板，所述陶瓷板具有基板支撑表面；以及冷却组件，所述冷却组件包含多个冷却板，所述多个冷却板设置于所述静电夹具之下以调整所述静电夹具的冷却能力。在一些实施方式中，所述多个冷却板包含内冷却板与外冷却板，所述内冷却板配置成用以控制所述静电夹具的中心部分的温度，所述外冷却板配置成用以控制所述静电夹具的外部分的温度。在一些实施方式中，所述多个冷却板包含上冷却板与下冷却板，所述上冷却板接触所述静电夹具的底表面，所述下冷却板接触所述上冷却板的底表面。
【专利说明】具有温度控制的静电夹具
【技术领域】
[0001 ] 本发明的实施方式大体涉及用于支撑基板的静电夹具。
【背景技术】
[0002]静电夹具可被用来固定即将被处理的基板至基板支撑件。静电夹具的元件可包括电极与沟槽(groove)，电极固定基板，沟槽设置在静电夹具的表面中以提供背侧气体(backside gas)至基板背侧表面。一些典型的静电夹具在当只使用一个冷却板时具有固定的冷却能力。然而，单一的冷却板不依据温度使用或基板冷却需求而提供可变的冷却能力。静电夹具的这些元件可能会影响基板的处理。因此，本文提供改进的静电夹具的设计。
【发明内容】
[0003]在此提供静电夹具的实施方式，所述静电夹具具有在处理腔室中使用的温度控制。在一些实施方式中，装置包含:静电夹具，所述静电夹具设置于处理腔室内，所述静电夹具包含陶瓷板，所述陶瓷板具有基板支撑表面；以及冷却组件，所述冷却组件包含多个冷却板，所述多个冷却板设置于所述静电夹具之下以调整所述静电夹具的冷却能力。在一些实施方式中，所述多个冷却板包含内冷却板与外冷却板，所述内冷却板配置成用以控制所述静电夹具的中心部分的温度，而所述外冷却板配置成用以控制所述静电夹具的外部分的温度。在一些实施方式中，所述多个冷却板包含上冷却板与下冷却板，所述上冷却板接触所述静电夹具的底表面，而所述下冷却板接触所述上冷却板的底表面。
[0004]在一些实施方式中，一种用于处理基板的装置，所述装置包含:腔室，所述腔室界定处理区域；静电夹具，所述静电夹具用于将基板固定于所述处理区域中，所述静电夹具包含陶瓷板、多个电极、多个沟槽及多个电源，所述陶瓷板具有基板支撑表面，所述多个电极设置于所述陶瓷板内，其中所述多个电极的每一电极都是单独可控的，所述多个沟槽形成于所述陶瓷板的所述基板支撑表面中，每一个电源都耦接至所述多个电极中的相应电极以使得每一个电极都是独立受控的；冷却组件，所述冷却组件包含多个冷却板，这些冷却板设置于所述静电夹具之下以调整所述静电夹具的冷却能力。
[0005]本发明的其他和进一步的实施方式被描述于下文。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]能通过参考各附图中描绘的本发明的示例性实施方式来理解上文简要概述的且在下文中更加详细论述的本发明的实施方式。然而，应注意的是，附图仅示出本发明的典型实施方式，且因此附图不应视为对本发明的范围的限制，因为本发明可允许其他同等有效的实施方式。
[0007]图1描绘根据本发明的一些实施方式的基板支撑件的示意侧视图。
[0008]图2A-C描绘根据本发明的一些实施方式的静电夹具的示意侧视图与顶视图。
[0009]图3描绘根据本发明的一些实施方式的面对静电夹具的表面的基板中的沟槽的自上而下(top down)的示意图。
[0010]图4A-B描绘根据本发明的一些实施方式的静电夹具中的电极的自上而下的示意图。
[0011]为便于理解，尽可能使用相同的标记数字来表示各附图所共有的相同元件。附图并未按比例绘制且可为了清楚而简化。预期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不需进一步详述。
【具体实施方式】
[0012]在此提供静电夹具的实施方式。本发明的装置可有利地提供被改良的基板处理，例如通过下列方式，比如通过限制介于基板支撑件元件与等离子体之间的电弧和/或通过可控制地调整由静电夹具向设置在所述静电夹具上的基板的各区域提供的夹持功率量。另夕卜，静电夹具可被安装以使得静电夹具可以是可拆卸的和/或可更换的。在一些实施方式中，基板支撑件可在高温下使用，例如，温度范围从约200摄氏度至约450摄氏度。在一些实施方式中，基板支撑件可与直径大于约400毫米的基板一起使用。其他和进一步的优点将在下面讨论。
[0013]图1描绘根据本发明的一些实施方式的基板支撑件100的侧视示意图。如图1所示，基板支撑件100被配置在装载位置以接收或移除基板101。例如，如图1所示，在装载位置，基板101可安置在基板支撑件100上方的多个升降销(lift pin)103上。升降销103相对于基板支撑件100的支撑表面是可移动的，例如，通过升降销孔107，升降销孔107促进升降销103的相对运动。基板支撑件100可被设置在处理腔室中(腔室壁102的剖视图在图1中示出)。处理腔室可以是任何合适的基板处理腔室。
[0014]基板支撑件100可包括主体104。主体104可具有内部容积106。内部容积106与处理腔室的处理容积108隔开。内部容积106可保持在，例如，约14.7磅每平方英寸(psi)的气氛下，或保持在惰性气氛下，比如氮(N2)或类似气氛。内部容积106进一步与任何可能存在于处理腔室的处理容积108中的气体隔离，且进一步被保护免于接触任何可能存在于处理腔室的处理容积108中的气体。处理容积108可保持在大气压或低于大气压的压强下。
[0015]内部容积106可由静电夹具110以及馈通(feedthrough)结构111封闭，静电夹具110在主体104的上端105处，馈通结构111可被焊接或铜焊(braze)至主体104的下开口 114。例如，如图1所示，波纹管(bellows) 112可围绕馈通结构111的至少一部分且将处理容积108与腔室外部以及内部容积106隔开。波纹管112可提供柔性部分，以方便基板支撑件100的运动，波纹管112亦可提供途径以用于提供气体、电功率、冷却剂及类似物至基板支撑件100。气体、电功率、冷却剂及类似物可由馈通结构111提供。
[0016]波纹管112可在下开口 114处，例如，通过焊接或铜焊而被耦接到主体104。波纹管112的相对下端116可被耦接到腔室壁102中的开口 118。例如，如图1所示，波纹管112的下端116可包括凸缘117，凸缘117可通过O形环119或铜垫片或类似物耦接至腔室壁102。O形环119可安置在沟槽中，所述沟槽在腔室壁102的面对处理容积的表面上。波纹管112与主体104以及腔室壁102的其他耦接方式和其他设计是可能的。
[0017]基板支撑件100可包括冷却板134，冷却板134设置在静电夹具110下面的内部容积106中。例如，如在一些实施方式中，冷却板134可直接接触静电夹具110的面对内部容积的表面。然而，冷却板134的这个实施方式仅仅是示例性的且冷却板可不直接接触静电夹具110。冷却板134可包括多个冷却通道(未图示)，所述冷却通道用于使冷却剂循环穿过冷却板134。冷却剂可包括任何合适的液体或气体冷却剂。在一些实施方式中，冷却剂可通过冷却剂源136被供给到冷却板134，冷却剂源136通过馈通结构111耦接到冷却板134。例如，冷却板134可通过一个或更多个弹簧135或任何合适的接合机构而接合至静电夹具110。冷却板134的其他和进一步的实施方式示于图2A-C中且论述如下。
[0018]静电夹具110可包括陶瓷板120。如图1所示，陶瓷板120可安置于环122上，环122设置在主体104的上端105与静电夹具110之间。例如，环122可包含K0VAR?，或任何合适的材料。例如，通过将环122焊接或铜焊到静电夹具110以及主体104的上端105 二者，环122可将静电夹具110固定到主体104的上端105。陶瓷板120可包含任何适合的陶瓷材料，比如氮化铝(A1N)、氧化铝(A1203)、或被掺杂的陶瓷，所述被掺杂的陶瓷比如钛掺杂的氧化铝或钙掺杂的氮化铝或类似物。如图1所示，陶瓷板120可包括多个沟槽124，多个沟槽124形成在陶瓷板120的基板支撑表面中。这些沟槽可用于，例如，提供背侧气体至基板101的背侧表面。在下面将针对图3更详细地论述沟槽。陶瓷板120可进一步包括多个电极126，可使用多个电极126将基板101固定在静电夹具110的处理表面128上。在下面将更详细地论述电极126且于图4A-B中示出电极126。
[0019]静电夹具110还可包括一个或更多个加热器123。所述一个或更多个加热器123可被耦接到一个或更多个电源125且可以是独立可控的。下面将根据图2A-C更详细地论述所述一个或更多个加热器123。
[0020]如图2A所示，静电夹具110可包括沉积环206，沉积环206设置成围绕陶瓷板120且覆盖陶瓷板120的暴露部分的至少一些，如图2所示。在一些实施方式中，陶瓷板120和沉积环206之间存在间隙201。然而，间隙201可以是可选的，并且在一些实施方式中，沉积环206可接触陶瓷板120。沉积环206可包括氧化铝(A1203)、碳化硅(SiC)、不锈钢、钛(Ti)或类似物之一或更多。沉积环206可用于保护静电夹具110的暴露部分在基板处理期间免于损坏或防止材料沉积到这样的表面上。例如，损伤可包含电弧放电(arcing)或类似物。
[0021]如图2A所示，沉积环206可具有表面轮廓，所述表面轮廓大致平坦且在当基板101被设置在静电夹具110的处理表面128上的处理位置时，所述表面轮廓在基板101的水平面之下。或者，(未图示)沉积环206可具有倾斜轮廓，比如靠近基板101的外围边缘较厚且靠近陶瓷板120的外围边缘较薄。例如，倾斜的轮廓可减少污染物、处理材料或类似物在沉积环206上的积累。
[0022]在一些实施方式中，气源(B卩，下面论述的且在图1中示出的气源130)可通过一个或更多个多孔插头211耦接到多个沟槽124。例如，一个或更多个多孔插头211可包括任何合适的多孔陶瓷材料，比如氮化铝(A1N)、氧化铝(Al2O3)或类似材料。所述一个或更多个多孔插头211可被用来以所希望的流率(flow rate)提供气体至沟槽124，例如，比如以将限制或防止因接近电极126而产生气体电弧的密度或流率提供气体至沟槽124，电极126可工作在如下面所论述的高频率和/或功率下。例如，在一些实施方式中，可通过环213将一个或更多个多孔插头211耦接到陶瓷板120的面向内部容积的表面。例如，环213可以是K0VAR?或类似物，并且可通过任何合适的铜焊材料而将环213耦接到陶瓷板120的面向内部容积的表面，所述铜焊材料比如铜银或类似物。在一些实施方式中，一个或更多个多孔插头211可通过结构215被耦接到环213，结构215比如金属套筒或多个金属销，金属套筒或金属销可铜焊或焊接至环213的内部表面。在一些实施方式中，气体管线217可铜焊或焊接到环213以提供来自气源130的气体，如下面所论述。
[0023]在一些实施方式中，冷却板134可包括内冷却板212和外冷却板214。在一些实施方式中，如图2B中自上而下的视图所示，内冷却板212可设置成围绕中心气体管线217且外冷却板214可设置成包围多个外气体管线217。例如，内冷却板212和外冷却板214可用于依据静电夹具110如何被利用而调整冷却能力，比如电功率是如何提供至电极126和/或一个或更多个加热器123或类似物的。另外，内冷却板212和外冷却板214可被用来改善基板温度控制或使基板支撑件100从高温降温。例如，内冷却板212和外冷却板214可被调制成用以控制基板101与一个或更多个加热器123之间的热传递。
[0024]在一些实施方式中，冷却板134可包括上冷却板216和下冷却板218，如图2C所示。上冷却板216和下冷却板218可被用来提供如上面关于内冷却板212和外冷却板214所论述的类似的益处，上冷却板216和下冷却板218可被堆叠以使得上冷却板通过箔(foil)来接触静电夹具110，而下冷却板接触上冷却板。通过独立地控制流至上冷却板和下冷却板的冷却剂流，在陶瓷主体120与冷却板组件134之间实现可变的热传递。
[0025]在一些实施方式中，上冷却板216和下冷却板218的每一个冷却板都可提供遍及冷却板134的整个直径的均匀的冷却。在其他实施方式中，上冷却板216和下冷却板218的每一个冷却板都可提供不同的冷却至冷却板134的内区域和外区域。也就是说，在一些实施方式中，上冷却板216和下冷却板218可与内冷却板212和外冷却板214结合。
[0026]在一些实施方式中，一个或更多个加热器123可包括多个加热器123，如图2A和图2C所示。例如，在一些实施方式中，多个加热器123可包括:中心加热器220 ;中间加热器222，所述中间加热器222设置在中心加热器220周围；以及外加热器224，所述外加热器224设置在中间加热器222周围。中心、中间和外加热器220、222、224的每一个加热器都可被耦接到相同或不同的一个或更多个电源125，且通过温度反馈回路而被独立地控制。例如，第一热电偶221可监测陶瓷板120的靠近中心加热器220的位置的温度中心。同样，热电偶223和225可分别监测陶瓷板120的靠近中间、外加热器222、224的位置的温度。
[0027]根据本发明的一些实施方式而在图3中示出设置在静电夹具110的处理表面128中的多个沟槽124。例如，如上面所论述的多个沟槽124可被用来提供气体至基板101的背侧。例如，气体可用来促进陶瓷板120与基板101之间均匀的热传递。另外，沟槽124的压强可被，例如，压强传感器(transducer)或任何合适的压强感测装置监测。例如，在沟槽124中的压降可产生基板101被损坏的信号，例如，比如开裂或类似损坏。因压降的缘故，腔室中的沉积处理可停止以防止静电夹具110暴露于处理环境。
[0028]在一些实施方式中，多个沟槽124可包括多个环形沟槽302、多个径向沟槽304以及多个偏移(offset)沟槽306，如图3所示。在一些实施方式中，偏移沟槽306是非径向偏移沟槽。如在此所使用的，非径向沟槽是不沿着从陶瓷板120的中心径向延伸的线的沟槽。例如,在一些实施方式中，多个环形沟槽302可为同轴的且通过多个偏移沟槽306流体相通。多个径向沟槽304可流体相通且设置在最里面的环形沟槽的内部以及最外面的环形沟槽的外部。然而，这样的设计仅仅是示例性的，并且其他的配置是可能的。例如，在一些实施方式中，径向沟槽不从陶瓷板120的内部连续地延伸到陶瓷板120的外围边缘。在一些实施方式中，径向沟槽不延伸超过一组环形沟槽之间，或不延伸长于任何适于限制在沟槽124中由等离子体形成电弧的长度。例如，在高功率或高频率下电弧放电可产生于长的、连续的径向沟槽中。因此,在一些实施方式中，引入多个偏移沟槽306以限制径向沟槽304的长度。例如，如果使用长的、连续的径向沟槽，则在高功率和/或高频率下电弧放电可产生于流过沟槽的气体中。在一些实施方式中，径向和/或偏移沟槽304、306的长度范围可从约2公分至约5公分。然而，其他长度可被利用。
[0029]图4A-B示出根据本发明的一些实施方式的多个电极126。例如，如上面所论述的多个电极126，多个电极126可被用来固定基板101至静电夹具110的处理表面128。例如，在一些实施方式中，如图4A-B中排列的多个电极126可被利用以用于从静电夹具110受控地卸除夹持，以夹持弓形基板或类似基板。例如，在卸除夹持期间，气体可仍然流过沟槽124且/或沟槽中的压强比处理容积108中的压强还高。因此，例如，为了防止基板101跳下静电夹具110，一些电极126可在其他电极关闭之前关闭以逐步卸除夹持基板101。例如，在夹持过程中，较大的基板，比如400毫米或更大，可呈弓形。因此，为了使弓形基板对照静电夹具110平坦化，一些电极126可在比其他的电极126更高的功率和/或频率之下工作，以使基板变平。
[0030]如图4A所示，多个电极126可排列成同轴图案，其中多个外部电极404设置在多个内部电极402周围。例如,如图4A所示，陶瓷板120的每个四分之一圆(quadrant)都包括一个外部电极404，外部电极404设置在一个内部电极的径向外侧。然而，可利用任何合适数目的内部和外部电极402、404。此外，各相邻电极的极性可被控制为彼此相反以致没有两个相邻电极有相同的极性。
[0031]如图4B所示，多个电极126可排列在围绕陶瓷板120的径向图案中，其中每个电极都占据区域406，区域406介于陶瓷板120的中心与外围边缘之间，区域406由径向角408界定。例如，如图4B所示，在一些实施方式中，可具有占用八个区域406的八个电极126，其中每个区域406都由相同的径向角408界定。此外，各相邻电极的极性可被控制为彼此相反以致没有两个相邻电极有相同的极性。
[0032]回到图1，基板支撑件100可包括馈通结构111以提供一种途径来，例如，提供气体至多个沟槽124，提供电功率至多个电极126，或提供来自外部源的类似物至处理腔室。例如，如图1所示，气源130和电源131、132可通过馈通结构111分别耦接至多个沟槽124和多个电极126。例如，(未图示)电源131、132可以是多个电源，例如，以使得每个电源都可耦接到每个电极126以使得每个电极126都可被独立地控制。例如，电源132可被利用以提供频率范围从约13.56MHz至约IOOMHz的RF (射频)功率。在一些实施方式中，所述频率可以是约60MHz。例如，电源131可用于提供DC (直流)电源，例如，以夹持或卸除夹持基板101。例如，气源130可在多于一个入口点处耦接到多个沟槽124，如图1所示。例如，中心气体管线可用于提供气体至中心入口点且外气体管线可用来提供气体至多个外入口点，如图1所示。然而，提供气体至沟槽124的其他合适的实施方式是可能的。
[0033]在操作时，为了从装载位置移动基板支撑件至处理位置，升降机构138可接合馈通结构111，以使得馈通结构111将基板支撑件升至处理位置。当基板支撑件100朝向基板101上升时升降销103可保持静止，基板101放在升降销103上，如图1所示。[0034]虽然前述说明是针对本发明的实施方式，然在不背离本发明的基本范围的情况下，可设计出本发明的其他与进一步的实施方式。
【权利要求】
1.用于在处理腔室中控制静电夹具的温度的装置，所述装置包含: 静电夹具，所述静电夹具设置于处理腔室中，所述静电夹具包含陶瓷板，所述陶瓷板具有基板支撑表面；以及 冷却组件，所述冷却组件包含多个冷却板，所述多个冷却板设置于所述静电夹具之下以调整所述静电夹具的冷却能力。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述冷却组件通过一个或更多个弹簧接合至所述静电夹具，这些弹簧设置于所述冷却组件的底表面与所述处理腔室的主体之间。
3.如权利要求1至2的任一项所述的装置，其中所述多个冷却板的每一个冷却板都包含一个或更多个冷却剂通道，这些冷却剂通道被配置成用以使冷却剂循环通过这些冷却板。
4.如权利要求3所述的装置，其中所述多个冷却板包含内冷却板与外冷却板，所述内冷却板被配置成用以控制所述静电夹具的中心部分的温度，所述外冷却板被配置成用以控制所述静电夹具的外部分的温度。
5.如权利要求4所述的装置，其中所述内冷却板以及所述外冷却板的温度是独立可控的。
6.如权利要求4所 述的装置，其中所述内冷却板以及所述外冷却板的顶表面与所述静电夹具的底表面接触。
7.如权利要求4所述的装置，进一步包含: 多个沟槽，所述多个沟槽形成于所述陶瓷板的所述基板支撑表面中，所述多个沟槽被配置成用以当基板设置于所述静电夹具上时使气体流过所述基板的底表面； 中心气体管线，所述中心气体管线用以通过在所述陶瓷板中的中心入口点提供气体至所述多个沟槽至少之一 '及 多个外气体管线，所述多个外气体管线用以通过在所述陶瓷板内的多个外入口点至所述多个沟槽的至少一些沟槽。
8.如权利要求7所述的装置，其中所述内冷却板设置成围绕所述中心气体管线，且所述外冷却板设置成围绕所述多个外气体管线。
9.如权利要求4至8的任一项所述的装置，进一步包含: 一个或更多个电极，所述一个或更多个电极设置于所述陶瓷板内；以及 一个或更多个加热器，所述一个或更多个加热器设置于所述陶瓷板内， 其中所述内冷却板与所述外冷却板被配置成用以基于下列两条件至少之一来调整冷却能力:(a)提供至所述一个或更多个电极的电功率的量，或(b)由所述一个或更多个加热器提供的热。
10.如权利要求9所述的装置，其中所述内冷却板与所述外冷却板被配置以被调制以在存在基板时控制所述一个或更多个加热器与所述基板之间的热传递。
11.如权利要求3所述的装置，其中所述多个冷却板包含上冷却板与下冷却板，所述上冷却板接触所述静电夹具的底表面，所述下冷却板接触所述上冷却板的底表面。
12.如权利要求11所述的装置，其中热传导箔设置于所述上冷却板与所述静电夹具之间。
13.如权利要求11所述的装置，其中通过独立地控制冷却剂流而使所述内冷却板与所述外冷却板的温度是独立可控的，所述冷却剂流流至所述上冷却板与所述下冷却板。
14.如权利要求4至8的任一项所述的装置，其中所述内冷却板与所述外冷却板的每一冷却板都包含上冷却板与下冷却板，且其中包含在所述内冷却板与所述外冷却板中的所述上冷却板与所述下冷却板的温度能被独立地控制。
【文档编号】H02N13/00GK103843129SQ201280049055
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年9月28日 优先权日:2011年9月30日
【发明者】维贾伊·D·帕克赫, 史蒂芬·V·桑索尼, 振雄·马修·蔡 申请人:应用材料公司