專利名稱：具有雙溫度區(qū)的靜電吸盤的襯底支架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在襯底處理腔室中保持襯底的襯底支架。
背景技術(shù)：
在諸如半導(dǎo)體和顯示器的襯底處理中，靜電吸盤用于在襯底處理腔室中保持襯底。典型的靜電吸盤包括通過諸如陶瓷或聚合物的絕緣體覆蓋的電極。當(dāng)對(duì)電極充電時(shí)，在電極和襯底中中的靜電電荷保持在吸盤中的襯底。通常，通過在襯底的背部提供氣體控制襯底的溫度，以增強(qiáng)在襯底和吸盤的表面之間的整個(gè)微間隙的熱交換速率?？梢酝ㄟ^底座支撐該靜電吸盤，其中該底座具有用于在其中流過流體從而冷卻或加熱吸盤的通道。當(dāng)將襯底牢固地保持在吸盤上后，將工藝氣體引入到腔室中并且形成等離子體以通過CVD、PVD、蝕刻、注入、氧化、氮化或其他工藝處理襯底。
在處理期間，表面通常經(jīng)受非均勻處理速率或在整個(gè)襯底表面上的其他工藝特征。例如，該非均勻處理可產(chǎn)生在整個(gè)襯底表面上的徑向方向中的同心處理帶。在腔室內(nèi)的氣體物質(zhì)或者等離子物質(zhì)的分布也可能引起非均勻處理特性。例如，整個(gè)腔室內(nèi)氣體的分布可能隨著在腔室中進(jìn)氣口和排氣口相對(duì)于襯底表面的位置而改變。此外，傳質(zhì)機(jī)械裝置也可以改變氣態(tài)物質(zhì)在整個(gè)襯底表面的不同區(qū)域擴(kuò)散和到達(dá)的速率。在處理腔室中的非均勻熱負(fù)載也可能引起非均勻處理速率。例如，由于從等離子鞘層向襯底耦合的能量或者從腔室壁反射的輻射熱量都可能引起不同的熱負(fù)載。人們不希望在整個(gè)襯底上發(fā)生處理偏差，因?yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致在襯底的不同區(qū)域(例如，外圍和中心襯底區(qū)域)制造的有源和無源電子器件具有不同的特性。
因此，在襯底處理期間，人們希望減少整個(gè)襯底表面的處理速率和其他處理特性的變化。同時(shí)人們還希望控制襯底的整個(gè)處理表面的不同區(qū)域的溫度。此外還希望在處理期間控制整個(gè)襯底的溫度分布。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于處理腔室的鎖緊環(huán)，所述處理腔室包括具有頂表面的底座和邊緣環(huán)，所述頂表面具有用于支撐靜電吸盤的吸盤容納部分和外圍部分，所述靜電吸盤包括陶瓷圓盤，所述陶瓷圓盤具有包括第一和第二臺(tái)階的外圍壁架，所述邊緣環(huán)設(shè)置在陶瓷圓盤的第二臺(tái)階上，所述鎖緊環(huán)包括a)環(huán)形主體，具有用于支撐所述邊緣環(huán)的頂表面以及具有多個(gè)孔的底表面，所述底表面的多個(gè)孔使得適于固定到所述底座的頂表面的外圍部分；b)上唇緣，向內(nèi)徑向延伸以放置在所述陶瓷圓盤的外圍壁架的第一臺(tái)階上；c)徑向外部側(cè)表面；以及d)基腳，從所述徑向外部側(cè)表面向下延伸以設(shè)置在所述底座頂表面的外圍部分。
一種用于處理腔室的邊緣環(huán)，所述處理腔室具有i)底座；ii)底座上的靜電吸盤，所述靜電吸盤包括陶瓷圓盤，所述陶瓷圓盤包括具有臺(tái)階的外圍壁架；iii)鎖緊環(huán)，所述鎖緊環(huán)具有上唇緣、外部側(cè)表面以及頂表面，所述上唇緣向內(nèi)徑向延伸以放置在所述陶瓷圓盤的外圍壁架的臺(tái)階上，所述邊緣環(huán)，包括a)帶，包括設(shè)置在所述鎖緊環(huán)頂表面上的基腳；b)環(huán)形外壁，圍繞所述鎖緊環(huán)的所述外部側(cè)表面；以及c)內(nèi)凸緣，覆蓋所述陶瓷圓盤外圍壁架的臺(tái)階。
一種用于處理腔室的邊緣環(huán)，所述處理腔室具有i)底座；ii)底座上的靜電吸盤，所述靜電吸盤包括陶瓷圓盤，所述陶瓷圓盤包括具有臺(tái)階的外圍壁架；iii)鎖緊環(huán)，所述鎖緊環(huán)具有頂表面、上唇緣以及外部側(cè)表面，所述上唇緣從所述頂表面向內(nèi)徑向延伸以放置在所述陶瓷圓盤外圍壁架的臺(tái)階上，所述邊緣環(huán)，包括a)楔形的帶，包括傾斜的頂表面和覆蓋所述鎖緊環(huán)的頂表面的下表面；b)內(nèi)凸緣，從所述楔形的帶向內(nèi)徑向地延伸，所述內(nèi)凸緣具有能夠放置在所述陶瓷圓盤外圍壁架的臺(tái)階上的基腳；以及c)外凸緣，從所述楔形的帶向外徑向地延伸，所述外凸緣具有覆蓋所述鎖緊環(huán)的外部側(cè)表面的徑向向內(nèi)的襯面。
一種用于在處理腔室中容納襯底的靜電吸盤，所述靜電吸盤包括a)陶瓷圓盤，包括i)襯底容納表面，具有多個(gè)臺(tái)面的突起平臺(tái)，所述突起平臺(tái)由凹槽圖案分開；ii)多個(gè)熱傳送氣體導(dǎo)管，穿過所述陶瓷圓盤并且在襯底容納表面上所述凹槽圖案的外圍端口及中心端口終止，所述氣體導(dǎo)管能夠?yàn)樗鲆r底容納表面的不同區(qū)域提供熱傳送氣體；以及iii)外圍壁架，具有第一臺(tái)階和第二臺(tái)階，所述第二臺(tái)階從第一臺(tái)階徑向向外并且比所述第一臺(tái)階低；b)電極，嵌在所述陶瓷圓盤中以產(chǎn)生靜電力從而保持設(shè)置在所述襯底容納表面上的襯底。


通過以下的說明書、權(quán)利要求以及示出本發(fā)明實(shí)施例的附圖可以使本發(fā)明的所述特征、方案和優(yōu)點(diǎn)更加顯而易見。但是，應(yīng)該理解在本發(fā)明中所采用的各個(gè)特征，不應(yīng)僅限于具體示圖，并且本發(fā)明包括這些特征的任意組合，其中圖1為靜電吸盤的實(shí)施方式的截面?zhèn)纫暿疽鈭D；圖2為圖1的吸盤的仰視示意圖；圖3為光學(xué)溫度傳感器的側(cè)視示意圖；圖4A和圖4B為包括底座和靜電吸盤的襯底支架的實(shí)施方式的俯視(圖4A)和仰視(圖4B)的透視示意圖；圖4C為包括底座和靜電吸盤的襯底支架的另一實(shí)施方式的俯視的透視示意圖；圖4C1為圖4C的環(huán)形截面4C1的詳細(xì)透視圖，示出了具有外圍部分和圍繞氣體密封臂的外圍區(qū)域；圖4D為圖4C的支架的底座的仰視平面視圖；圖5A為在圖4A和圖4B的襯底支架上的包括越過鎖緊環(huán)的邊緣環(huán)的環(huán)組件的實(shí)施方式的截面?zhèn)纫暿疽鈭D；圖5B為圖5A的環(huán)組件的放大圖；圖5C為在襯底支架上的包括在越過鎖緊環(huán)的邊緣環(huán)的環(huán)組件的另一實(shí)施方式的截面?zhèn)纫暿疽鈭D；圖6為底座的電連接器組件的實(shí)施方式的截面?zhèn)纫暿疽鈭D；圖7為接觸帶的實(shí)施方式的截面?zhèn)纫暿疽鈭D；以及圖8為具有襯底支架的襯底處理腔室的實(shí)施方式的截面?zhèn)纫暿疽鈭D。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，靜電吸盤20的一個(gè)實(shí)施方式包括具有陶瓷主體的陶瓷圓盤24，其中，所述陶瓷主體具有襯底容納表面26，襯底容納表面26是圓盤24的頂表面并用作容納襯底25。陶瓷圓盤24還具有與襯底容納表面26相對(duì)的背面28。陶瓷圓盤24還具有包括第一臺(tái)階31和第二臺(tái)階33的外圍壁架29，第二臺(tái)階33從第一臺(tái)階31徑向向外，并低于第一臺(tái)階31。陶瓷圓盤24含有下列物質(zhì)至少之一鋁的氧化物、鋁的氮化物、硅的氧化物、硅的碳化物、硅的氮化物、鈦的氧化物、鋯的氧化物及其混合物。陶瓷圓盤24可以是由熱壓和燒結(jié)陶瓷粉末制成的整體單一陶瓷，然后加工燒結(jié)的形態(tài)以形成圓盤24的最終形狀。
在一個(gè)方案中，如圖1和圖2所示，陶瓷圓盤24的背面28包括多個(gè)隔開的臺(tái)面30，其中臺(tái)面30是利用多個(gè)間隙32彼此分開的柱狀凸起。在使用中，由諸如空氣的氣體填充間隙32以調(diào)節(jié)從背面28到其他結(jié)構(gòu)的其他下表面的熱傳送速率。在一個(gè)實(shí)施方式中，臺(tái)面30包括柱狀凸起，其甚至可以成形為柱子，柱狀凸起從表面28向上延伸，柱子具有矩形或圓形截面形狀。臺(tái)面30的高度可以是從約10到約50微米，臺(tái)面30的寬度(或者直徑)從約500到約5000微米。然而，臺(tái)面30也可以具有其他形狀和尺寸，例如，圓錐或矩形塊，或者甚至不同尺寸的凸緣。在一個(gè)方案中，利用具有適宜小的珠子尺寸(例如幾十微米)的珠子轟擊背面28形成臺(tái)面30以利用侵蝕方法蝕刻掉背面28的材料以形成具有干涉間隙32的成型臺(tái)面30。
陶瓷圓盤24還包括在其中嵌入的電極36以產(chǎn)生用于保持放置在襯底容納表面26上的襯底的靜電力。電極36是諸如金屬的導(dǎo)體，并且成形為單或雙電極。單電極包括單一的導(dǎo)體，并具有與外部電源的單一電連接，以及與在腔室中形成的覆蓋等離子的放電物質(zhì)協(xié)作以對(duì)吸盤20上容納的整個(gè)襯底施加偏壓。雙電極具有兩個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體，其中每一個(gè)導(dǎo)體相對(duì)于其他導(dǎo)體施加偏壓以產(chǎn)生用于保持襯底靜電力。電極36可以成形為金屬絲網(wǎng)或者具有適當(dāng)開口區(qū)域的金屬盤。例如，包括單電極的電極36可以是如圖所示的嵌入在陶瓷圓盤中的單一連續(xù)金屬絲網(wǎng)。包括雙電極的電極36的一個(gè)實(shí)施方式可以是C型直壁彼此相對(duì)的一對(duì)嵌入的C型盤。電極36可以由鋁、銅、鐵、鉬、鈦、鎢或者其合金組成。電極36的一個(gè)方案包括鉬網(wǎng)。電極36與接線柱58相連，其中接線柱58將來自外部電源的電功率供應(yīng)到電極36。
陶瓷圓盤24還具有多個(gè)熱傳送氣體導(dǎo)管38a、38b，其通過陶瓷主體并終止在襯底容納表面26的端口40a、40b內(nèi)以向襯底容納表面26提供熱傳送氣體。將諸如氦的熱傳送氣體供應(yīng)到襯底背面34的下部以傳導(dǎo)熱使其遠(yuǎn)離覆蓋襯底25并到達(dá)陶瓷圓盤24的容納表面26。例如，可以定位第一氣體導(dǎo)管38a以向襯底容納表面26的中心加熱區(qū)42a供應(yīng)熱傳送氣體，以及可以定位第二氣體導(dǎo)管38b以向襯底容納表面26的外圍加熱區(qū)42b供應(yīng)熱傳送氣體。陶瓷圓盤24的襯底容納表面26的中心加熱區(qū)42a和外圍加熱區(qū)42b允許襯底處理表面44的相應(yīng)部分分別保持不同的溫度，例如，襯底25的上部中心加熱區(qū)42a和外圍加熱區(qū)42b。
使用多個(gè)加熱線圈50、52，例如嵌入在陶瓷圓盤24中的第一加熱線圈50和第二加熱線圈52，可以進(jìn)一步控制在陶瓷圓盤24的襯底容納表面26的中心加熱區(qū)42a和外圍加熱區(qū)42b處的溫度。例如，加熱線圈50、52可以徑向隔開并且關(guān)于彼此呈同心圓設(shè)置，甚至在同一平面中并排。在一個(gè)方案中，第一加熱線圈50位于陶瓷圓盤24的中心部分54a，而第二加熱線圈52位于陶瓷圓盤24的外圍部分54b處。第一和第二加熱線圈50、52允許獨(dú)立控制陶瓷圓盤24的中心部分54a和外圍部分54b的溫度，并且進(jìn)一步與在陶瓷圓盤24的背面28上的臺(tái)面30協(xié)作以允許調(diào)節(jié)放置在陶瓷圓盤24的容納表面26上的襯底25的溫度分布。
每個(gè)加熱線圈50、52均具有獨(dú)立控制加熱區(qū)42a、42b的溫度的能力以在整個(gè)襯底25的處理表面44的徑向方向?qū)崿F(xiàn)不同的處理速率或者特性。同樣地，可以在兩個(gè)加熱區(qū)42a、b保持不同的溫度以影響襯底25的上部中心和外圍區(qū)域46a、b的溫度，從而抵消在襯底25的處理期間發(fā)生的任何改變的氣體物質(zhì)分布或熱負(fù)載。例如，當(dāng)在襯底25的處理表面44的外圍部分46b處的氣體物質(zhì)沒有在中心部分46a的氣體物質(zhì)活躍時(shí)，將外圍加熱區(qū)42b的溫度提高到高于中心加熱區(qū)42a的溫度以在襯底25的整個(gè)處理表面44提供更一致的處理速率或處理特性。
在一個(gè)方案中，第一和第二加熱線圈50、52都包括電阻加熱元件的圓形環(huán)，其中電阻加熱元件并排設(shè)置，并且甚至可以基本上在相同的平面上。例如，加熱線圈50、52都可以是在陶瓷圓盤24的主體中的徑向向內(nèi)逐漸盤旋的連續(xù)同心環(huán)。加熱線圈50、52還可以是在圍繞經(jīng)過線圈中心的軸盤旋的螺旋形的線圈，例如類似于電燈燈絲，其設(shè)置在陶瓷圓盤24的整個(gè)體內(nèi)的同心圓中。電阻加熱元件可以由不同的電阻材料組成，諸如例如鉬。在一個(gè)方案中，加熱線圈50、52都包括足夠高的電阻以維持陶瓷圓盤24的襯底容納表面26在從約80到約250℃的溫度。在一個(gè)方案中，線圈的電阻是從約4到約12歐姆。在一個(gè)例子中，第一加熱線圈50具有6.5歐姆的電阻而第二加熱線圈52具有8.5歐姆的電阻。經(jīng)由通過陶瓷圓盤24延伸的獨(dú)立接線柱58a-d向加熱線圈50、52提供能量。
結(jié)合加熱線圈50、52，也可以兩個(gè)區(qū)42a、b中控制熱傳送氣體的壓力以使整個(gè)襯底25上的襯底處理速率更均勻。例如，兩個(gè)區(qū)42a、b都可以設(shè)置為在不同的平衡壓力下保持熱傳送氣體以提供來自襯底25的背部34的不同的熱傳送速率。分別通過導(dǎo)管38a、38b在兩個(gè)不同的壓力下供應(yīng)熱傳送氣體完成這一點(diǎn)，從而在襯底容納表面26的兩個(gè)不同位置處釋放。
靜電吸盤20還可以包括光學(xué)溫度傳感器60a、b，其穿過在陶瓷圓盤24中的孔62a、b以接觸并準(zhǔn)確測(cè)量襯底25的上部中心和外圍部分46a、b的溫度。第一傳感器60a位于陶瓷圓盤24的中心加熱區(qū)42a處以讀取襯底25的中心部分46a的溫度，并且第二傳感器60b位于陶瓷圓盤24的外圍加熱區(qū)42b處以相應(yīng)地讀取襯底25的外圍部分46b的溫度。光學(xué)溫度傳感器60a、b位于吸盤20中，使得傳感器的觸頭64a、b和陶瓷圓盤24的襯底容納表面26位于同一平面中，從而傳感器觸頭64a、b可以接觸保持在吸盤20上的襯底25的背面34。傳感器60a、b的臂66a、b通過陶瓷圓盤24的主體垂直延伸。
如圖3所示，在一個(gè)方案中，每個(gè)光學(xué)溫度傳感器60包括熱傳感器探針68，該探針68包括成形為具有側(cè)壁72和用作觸頭的圓頂狀頂部74的封閉圓柱體的銅帽70。銅帽70可以由無氧銅材料組成。磷塞76嵌入內(nèi)部，并且與銅帽70的頂部74直接接觸。嵌入在銅帽70中的磷塞76對(duì)熱傳感探針68提供更快及更敏感熱響應(yīng)。銅帽76的觸頭64是圓頂狀的頂部74以允許與不同襯底25的重復(fù)接觸而不會(huì)侵蝕或破壞襯底。銅帽70具有用于容納環(huán)氧樹脂79的凹槽78以在傳感器探針68中粘貼帽70。
磷塞76以紅外輻射形式將熱量轉(zhuǎn)化為穿過光學(xué)纖維束80的光子。光學(xué)纖維束80可以由硼硅酸鹽玻璃纖維組成。通過套管82包圍光學(xué)纖維束80，反過來通過隔溫套84部分環(huán)繞套管82，隔溫套84用作將溫度傳感器與支撐陶瓷圓盤的底座的熱絕緣。套管82可以是玻璃管以提供與周圍構(gòu)造的更好的熱絕緣，但是還可以由諸如銅的金屬制成。隔溫套84可以由PEEK、聚醚醚酮組成，而且還可以是由Delaware的Dupont de Nemours公司制造的Teflon(聚四氟乙烯)。
如圖4A、4B和圖5所示，襯底支架90包括固定到底座91的靜電吸盤20，其中底座91用于支撐和固定吸盤20。底座91包括具有頂表面94的金屬主體92，其中頂表面94具有吸盤容納部分96和外圍部分98。頂表面94的吸盤容納部分96適于容納靜電吸盤20的陶瓷圓盤24的背面28。底座91的外圍部分98徑向向外延伸超過陶瓷圓盤24。底座91的外圍部分98可以適于容納鎖緊環(huán)100，該鎖緊環(huán)可以固定到底座的外圍部分的頂表面上。底座91的金屬主體92具有從底座的底表面104到底座91的頂表面94的多個(gè)通路102，用于例如，容納終端58a-b或者送入氣體到陶瓷圓盤24的氣體導(dǎo)管38a、b。
底座91的頂表面94的吸盤容納部分96包括一個(gè)或多個(gè)凹槽106a、b以在陶瓷圓盤20的整個(gè)背面保持及流動(dòng)空氣。在一個(gè)實(shí)施方式中，吸盤容納部分96包括外圍凹槽106a，該外圍凹槽106a與陶瓷圓盤24的背面28上的多個(gè)臺(tái)面30協(xié)作以控制來自陶瓷圓盤24的外圍部分54b的熱傳送速率。在另一實(shí)施方式中，結(jié)合外圍凹槽106a使用中心凹槽106b以調(diào)節(jié)來自陶瓷圓盤24的中心部分54a的熱傳送。
在底座91的頂表面94中的凹槽106a、b與在陶瓷圓盤24的背面28上的臺(tái)面30協(xié)作以進(jìn)一步調(diào)節(jié)整個(gè)襯底處理表面44的溫度。例如，臺(tái)面30的形狀、尺寸和間距控制與底座91的頂表面94接觸的臺(tái)面30的接觸表面總量，從而控制交界面的總熱傳導(dǎo)面積。例如，可以設(shè)計(jì)臺(tái)面30的形狀和大小，使得實(shí)際上陶瓷圓盤24的背面28僅有總面積的50％或更少，例如30％與底座91的頂表面94接觸。接觸面積越小，整個(gè)襯底處理表面44的溫度越高。同樣，在臺(tái)面30和整個(gè)背面28之間提供空氣以用作進(jìn)一步的溫度調(diào)節(jié)。
可以在整個(gè)背面28上，以均勻或非均勻圖案分布在陶瓷圓盤24的背面28上的臺(tái)面30。在均勻圖案中，如通過間隙32示出的臺(tái)面30之間的距離基本上相同，而以非均勻隔開的縫隙距離在整個(gè)表面28上變化。還可以在整個(gè)表面28上變化臺(tái)面30的形狀和尺寸。例如，可以設(shè)置非均勻的臺(tái)面30的圖案以在陶瓷圓盤24的整個(gè)背面28上在不同的區(qū)域提供不同的接觸表面量，以分別控制來自圓盤24的中心和外圍部分54a、b的熱傳送速率，并且因此控制在襯底25的上部中心和外圍部分46a、b處的溫度。
底座91還包括用于循環(huán)諸如水的流體的多個(gè)通道110。具有循環(huán)冷卻流體的底座91用作熱交換器以控制吸盤20的溫度從而在襯底25的整個(gè)處理表面44上達(dá)到所需溫度。可以加熱或冷卻穿過通道110的流體以提高或者降低吸盤20的溫度及在吸盤20上保持的襯底25的溫度。在一個(gè)方案中，設(shè)計(jì)通道1 10的形狀和大小以允許流體從其中流過從而將底座91的溫度保持在從約0到120℃。
底座91還包括用于將電源傳導(dǎo)到靜電吸盤20的電極36的電接頭組件。電接頭組件包括陶瓷絕緣套124。陶瓷絕緣套124可以是例如鋁的氧化物。多個(gè)接線柱58嵌入在陶瓷絕緣套124內(nèi)。接線柱58、58a-b向靜電吸盤20的電極36和加熱線圈50、52提供電功率。例如，接線柱58可以包括銅柱。
如圖7所示，配置接觸帶140使其以圍繞電接頭組件的接線柱58、58a-d。每個(gè)接觸帶140包括金屬，例如銅合金。接觸帶140的結(jié)構(gòu)主體包括適于圍繞接線柱58安裝的外殼142。外殼142的形狀依賴于柱58的形狀，并且優(yōu)選地，應(yīng)該模仿柱58的形狀。外殼142的部分或者條146包括具有多個(gè)縫148和多個(gè)熱交換天窗150的帶144，以一定圖案設(shè)計(jì)縫148從而與該縫148交替設(shè)置天窗150。在一個(gè)實(shí)施方式中，多個(gè)縫148和天窗150從條146的頂邊緣152延伸到條146的底邊緣154或者外殼142的部分。多個(gè)縫148和天窗150形成減少外殼142硬度并允許其符合在接線柱58或者終端的外表面形狀的彈簧狀特征。在外殼142的條146上的多個(gè)縫148的構(gòu)造環(huán)，通過他彈簧狀的特征，使得接線柱58與外殼142的內(nèi)暴露表面143的主要區(qū)域接觸。這使得在接觸帶140和終端之間實(shí)現(xiàn)最佳熱傳送。
如圖5A所示，還可以配置環(huán)組件170以減少在包含由底座91支撐的靜電吸盤的襯底支架90的外圍區(qū)域上形成工藝沉積物，以及保護(hù)其不受侵蝕。在圖5B的實(shí)施方式中，環(huán)組件170包括鎖緊環(huán)100，鎖緊環(huán)包括具有孔175的環(huán)形主體171，其通過諸如螺釘或螺栓169的固定裝置固定到底座91的頂表面94的外圍部分98上。鎖緊環(huán)100具有從頂表面174徑向地向內(nèi)延伸的上唇緣172和形成鎖緊環(huán)100的徑向向外的周界的外部側(cè)表面176。唇緣172具有設(shè)計(jì)大小以安裝并設(shè)置在陶瓷圓盤24的外圍壁架29的第一臺(tái)階31上的底表面173。在一個(gè)方案中，唇緣172具有適于在陶瓷圓盤24和底座91之間形成氣密封的底表面173。例如，下表面173可含有聚合物，諸如聚合物層，例如包括聚酰亞胺，以形成良好的密封。鎖緊環(huán)100由可以耐等離子侵蝕的材料制成，例如諸如不銹鋼、鈦或鋁的金屬材料，或者諸如鋁的氧化物的陶瓷材料。
鋁的氧化物如圖5B所示，環(huán)組件還包括邊緣環(huán)180，邊緣環(huán)180包括具有設(shè)置在鎖緊環(huán)100的頂表面174上的基腳184的帶182。邊緣環(huán)180還具有圍繞鎖緊環(huán)100的外部側(cè)表面176的環(huán)形外壁186以減少或甚至完全阻止濺射沉積物在鎖緊環(huán)100上的沉積，否則該外部側(cè)表面176將暴露于工藝環(huán)境。邊緣環(huán)180還包括覆蓋陶瓷圓盤24的外圍壁架29的第二臺(tái)階33的凸緣190。凸緣190包括在襯底25的懸臂邊緣196下面終止的突出物194。凸緣190限定邊緣環(huán)180的內(nèi)周界，其圍繞襯底25的外圍以在處理期間保護(hù)沒有被襯底25覆蓋的陶瓷圓盤24的區(qū)域。環(huán)組件170的鎖緊環(huán)100和邊緣環(huán)180協(xié)作以在襯底25的處理期間減小在底座91上支撐的靜電吸盤20上形成工藝沉積物，以及保護(hù)其不受侵蝕。邊緣環(huán)180還保護(hù)襯底支架90的暴露的側(cè)表面，以減少工藝中的侵蝕。可以輕易去除環(huán)組件170以清洗鎖緊環(huán)100和邊緣環(huán)180的暴露表面上的沉積物，從而不必拆除待被清洗的整個(gè)襯底支架90。邊緣環(huán)180可以由諸如例如石英的陶瓷制成。
在圖5C中示出了在包括靜電吸盤20和底座91的襯底支架90上減少工藝沉積物的形成并保護(hù)其不受侵蝕的環(huán)組件170的另一方案。在該方案中，鎖緊環(huán)100包括環(huán)形主體171，該環(huán)形主體171具有用于支撐邊緣環(huán)180的頂表面174以及具有適于固定到底座91的頂表面94的外圍部分98的多個(gè)孔175的底表面192。環(huán)形主體171通過與孔175匹配的螺釘或螺栓169固定到底座91的頂表面94的外圍部分98上。鎖緊環(huán)100還具有徑向向內(nèi)延伸的上唇緣172以設(shè)置到陶瓷圓盤24的外圍壁架29的第一臺(tái)階31上。鎖緊環(huán)100的上唇緣172還可以具有設(shè)置在陶瓷圓盤24的外圍壁架29的第一臺(tái)階31上以使接觸區(qū)域最小的向下延伸的凸起192，以及從徑向向外的底凹槽194伸出的向下延伸的凸起193。鎖緊環(huán)100的上唇緣172包括設(shè)置在陶瓷圓盤24的外圍壁架29的第一臺(tái)階31上的底表面173，在一個(gè)方案中該底表面173含有聚合物，諸如聚合物層，例如聚酰亞胺。底表面173還可以是凸起193的表面，例如，凸起193可以由底表面材料制成。鎖緊環(huán)100的外部分194包括徑向的外側(cè)表面176，該徑向外側(cè)表面176是平坦的，并且在底座91的外直徑196處終止。鎖緊環(huán)100還具有從徑向外側(cè)表面176向下延伸的基腳197，以設(shè)置在底座91的頂表面94的外圍部分98上。鎖緊環(huán)100可以由例如諸如鋁、鈦或不銹鋼的金屬材料，或者諸如鋁的氧化物的陶瓷材料制成。
在圖5C中示出的邊緣環(huán)180的方案，包括具有傾斜的上表面183的楔形帶182。帶182的下表面185覆蓋鎖緊環(huán)100的上表面174。邊緣環(huán)180還具有從楔形帶182徑向向內(nèi)延伸的內(nèi)凸緣187。內(nèi)凸緣187包括與關(guān)于楔形帶182的下表面185向上升高的底表面188。內(nèi)凸緣187還具有可以設(shè)置在陶瓷圓盤24的外圍邊緣29的第一臺(tái)階33上的基腳189。內(nèi)凸緣187進(jìn)一步包括具有上臺(tái)階232和下臺(tái)階234的徑向向內(nèi)的周界的上表面191。上臺(tái)階232和下臺(tái)階234沿著徑向向內(nèi)方向逐步降低高度。內(nèi)凸緣187還具有與楔形帶182的傾斜上表面183接合的弧形邊緣236。邊緣環(huán)180的外凸緣238從楔形帶182徑向向外延伸。外凸緣238包括覆蓋鎖緊環(huán)100的外側(cè)表面176的徑向向內(nèi)的襯面240。外凸緣238進(jìn)一步具有關(guān)于楔形帶182的下表面185向下延伸的底壁242。外凸緣238還具有減少該區(qū)域侵蝕的傾斜的周界邊緣244。邊緣環(huán)180還可以由諸如石英的陶瓷制成。
如圖4C和圖4C1所示，靜電吸盤20的另一實(shí)施方式包括具有襯底容納表面26的陶瓷圓盤24。襯底容納表面26包括凹槽圖案250，該凹槽圖案250具有彼此互連的徑向臂252和環(huán)形臂254。在這些凹槽之間是具有分開的臺(tái)面258的突起平臺(tái)256。在所示出的方案中，突起平臺(tái)256具有弓形側(cè)邊緣257，一般是三角形或者不等邊四邊形。然而，突起平臺(tái)256還可以具有其他形狀，并可以在整個(gè)襯底容納表面26上不對(duì)稱地分布。每個(gè)突起平臺(tái)256由有從大約10至約1000個(gè)的多個(gè)臺(tái)面258限定。在一個(gè)方案中，臺(tái)面258是凸起的圓柱突起，例如，形成圓柱體或者弓形突出物。例如，臺(tái)面258可以是具有約5至約50微米的平均直徑和約0.5毫米至約5毫米高度的圓柱體。臺(tái)面258設(shè)置為一形狀、大小以及在整個(gè)表面26上的空間分布，以控制與覆在上面的襯底的接觸區(qū)域，以調(diào)整從襯底到陶瓷圓盤24的不同區(qū)域的熱傳送速度。
多個(gè)熱傳送氣體導(dǎo)管38a，b(參加圖1)穿過陶瓷圓盤24，并在位于襯底容納表面26上的凹槽圖案250中的一個(gè)或多個(gè)中心端口40a和外圍端口40b中終止。中心端口40a和外圍端口40b能提供到中心區(qū)域42a和外圍區(qū)域42b的熱傳送氣體。外圍端口40b在由徑向內(nèi)氣體密封邊260和徑向外氣體密封邊262圍繞的弓形切塊(cut-out)259處終止以限定外圍區(qū)域42b。中心端口40a可在凹槽250的中心臂252與徑向臂254相交處終止以限定相對(duì)于中心區(qū)域42a的區(qū)域。陶瓷圓盤24的襯底容納表面26的中心和外圍加熱區(qū)域42a，b允許分別對(duì)應(yīng)襯底25相應(yīng)的上覆的中心和外圍部分46a，b以分別保持在不同的溫度(圖8)。
在該方案中，陶瓷圓盤24具有與襯底容納表面26相對(duì)的背面28(未示出)，其可以是平面和不存在臺(tái)面的，或者其可具有之前描述的臺(tái)面。陶瓷圓盤24還具有包括第一臺(tái)階31和第二臺(tái)階33的外圍壁架29，第二臺(tái)階33從第一臺(tái)階31徑向向外，并且低于第一臺(tái)階31。陶瓷圓盤24由鋁的氧化物、鋁的氮化物、硅的氧化物、硅的碳化物、硅的氮化物、鈦的氧化物、鋯的氧化物或者其混合物制成，通過熱壓和燒結(jié)陶瓷粉末以及加工所燒結(jié)的陶瓷形態(tài)以形成圓盤24的最終形狀。凹槽250、臺(tái)面258、氣體導(dǎo)管38a，b和端口40a，b以及其他結(jié)構(gòu)可以加工成陶瓷結(jié)構(gòu)。
在圖4D示出的方案中，底座91包括具有頂表面94(未示出)的金屬主體92，其中頂表面94具有吸盤容納部分96和徑向向外延伸出陶瓷圓盤24的外圍部分98。在該方案中，底座91包括用于循環(huán)諸如水的液體的單一溝道110，以用作熱交換器。流體循環(huán)溝道110包括在整個(gè)底座91上不均勻分布或者不對(duì)稱分布的多個(gè)弧形隆起區(qū)域260a-c的盤旋溝道。溝道110的較大長(zhǎng)度設(shè)置為通過或者貫穿在使用中變熱的底座91的這些區(qū)域，并且較小長(zhǎng)度用在底座91的較冷區(qū)域。結(jié)果不對(duì)稱的流體循環(huán)溝道110控制流體流動(dòng)，以保持整個(gè)底座91上的均勻溫度。
在襯底處理裝置200中可以采用包括靜電吸盤20和底座91的襯底支架90，其示例性方法在圖8中示出。裝置200包括具有圍墻202的腔室201，以及在一個(gè)方案中，腔室201是DPS Advantage腔室。氣源204通過氣孔203向腔室提供工藝氣體，該工藝氣體為能處理襯底25的氣體，諸如蝕刻氣體，例如，諸如氯或者氯化氫的含鹵氣體；或者諸如CVD或PVD氣體的沉積氣體，，例如，用于沉積介電或半導(dǎo)體材料的氣體。設(shè)置氣體激發(fā)器208用于分別向工藝氣體施加電容或電感耦合RF能量，或者向工藝氣體(未示出)中傳輸微波能量，從而形成高能氣體以處理襯底25。例如，經(jīng)由電極電源230和腔室201的電接地墻202，可以通過向靜電吸盤24的電極36施加RF電壓向工藝氣體施加電容性能量。電極電源230還提供DC吸引電壓以充電吸盤24的電極36，從而靜電保持襯底25。經(jīng)由感應(yīng)線圈205，還可以通過向工藝氣體耦合電感能量對(duì)工藝氣體施加能量?？蛇x地，經(jīng)由遠(yuǎn)程腔室(未示出)中的微波導(dǎo)管，通過向工藝氣體施加的耦合微波能量向工藝氣體供給能量。在腔室201中將襯底25保持在靜電吸盤20的容納表面26上，而靜電吸盤20位于底座91上。
通過控制器212控制腔室，其中控制器212通常包括具有與存儲(chǔ)器和外圍的計(jì)算機(jī)元件連接的中央處理器(CPU)的計(jì)算機(jī)308，CPU諸如來自加利福尼亞Santa Clara的.Intel公司制造的商用的奔騰處理器。存儲(chǔ)器可以包括諸如CD或者軟盤的移動(dòng)存儲(chǔ)器、諸如硬盤的不可移動(dòng)存儲(chǔ)器和隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)?？刂破?12還可以包括硬件接口，其包括模擬或數(shù)字輸入和輸出板和電動(dòng)機(jī)控制器板。操作員可以經(jīng)由顯示器或者數(shù)據(jù)輸入器件與腔室控制器212通信。為了選擇具體的屏幕或功能，操作員使用諸如鍵盤或光筆的數(shù)據(jù)輸入器件輸入選擇。
控制器212還包括存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的計(jì)算機(jī)可讀取程序，包括能控制和監(jiān)視在腔室212中執(zhí)行工藝的處理編碼?？梢砸匀魏蝹鹘y(tǒng)的計(jì)算機(jī)可讀取程序語言編寫計(jì)算機(jī)可讀取程序。采用傳統(tǒng)的文本編輯器將適當(dāng)?shù)某绦蚓幋a輸入到的單一或多個(gè)文件，以及存儲(chǔ)或收錄在存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)可使用媒體中。如果輸入的編碼文本是高級(jí)語言，編輯編碼，并且然后產(chǎn)生的編輯器編碼與預(yù)編輯的庫應(yīng)用程序的目標(biāo)編碼連接。為了執(zhí)行連接、編輯的目標(biāo)編碼，使用者調(diào)用目標(biāo)編碼，使得CPU讀取并執(zhí)行編碼以完成在程序中識(shí)別的任務(wù)。程序可以包括溫度控制指令集以控制襯底25的不同區(qū)域處的溫度，例如通過向吸盤20的陶瓷圓盤24的第一和第二加熱線圈50、52獨(dú)立施加不同的電功率，調(diào)整通過導(dǎo)管38a、b的熱傳送氣體的流動(dòng)并控制通過底座91的通道110的流體的流速。工藝反饋控制指令集可以用作溫度監(jiān)控指令集之間的反饋控制環(huán)路以調(diào)整施加給諸如加熱線圈50、52的腔室元件的功率、經(jīng)過導(dǎo)管38a、b的熱傳輸氣體流以及經(jīng)過底座91的通道110的流體流動(dòng)，溫度監(jiān)控指令集從光學(xué)溫度傳感器60a、b接收溫度信號(hào)。當(dāng)描述為用于制成一系列任務(wù)的單獨(dú)指令集時(shí)，每個(gè)指令集都可以與其他指令集結(jié)合或者交錯(cuò)；因此，腔室控制器212和在此描述的計(jì)算機(jī)可讀取程序不應(yīng)該局限于在此描述的功能性程序的具體方案。
雖然參照一些優(yōu)選方案描述了本發(fā)明，然而，也可以存在其它方案。例如，除了此處描述的，襯底支架可以用于其它腔室及其他工藝。因此，所附的權(quán)利要求書不應(yīng)局限于在此包括的優(yōu)選方案的描述。
權(quán)利要求
1.一種用于處理腔室的鎖緊環(huán)，所述處理腔室包括具有頂表面的底座和邊緣環(huán)，所述頂表面具有用于支撐靜電吸盤的吸盤容納部分和外圍部分，所述靜電吸盤包括陶瓷圓盤，所述陶瓷圓盤具有包括第一和第二臺(tái)階的外圍壁架，所述邊緣環(huán)設(shè)置在陶瓷圓盤的第二臺(tái)階上，所述鎖緊環(huán)包括a)環(huán)形主體，具有用于支撐所述邊緣環(huán)的頂表面以及具有多個(gè)孔的底表面，所述底表面的多個(gè)孔使得適于固定到所述底座的頂表面的外圍部分；b)上唇緣，向內(nèi)徑向延伸以放置在所述陶瓷圓盤的外圍壁架的第一臺(tái)階上；c)徑向外部側(cè)表面；以及d)基腳，從所述徑向外部側(cè)表面向下延伸以設(shè)置在所述底座頂表面的外圍部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖緊環(huán)，其特征在于，所述環(huán)形主體通過與所述孔匹配的螺絲或螺栓固定到所述底座頂表面的外圍部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖緊環(huán)，其特征在于，所述上唇緣包括向下延伸的凸塊，其放置在所述陶瓷圓盤的外圍壁架的第一臺(tái)階上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鎖緊環(huán)，其特征在于，所述環(huán)形主體包括從所述向下延伸的凸塊徑向地向外延伸的底部凹陷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖緊環(huán)，其特征在于，所述鎖緊環(huán)的上唇緣包括設(shè)置在所述陶瓷圓盤外圍部分的第一臺(tái)階上的底表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鎖緊環(huán)，其特征在于，所述底表面含有聚合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鎖緊環(huán)，其特征在于，所述聚合物包括聚酰亞胺。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖緊環(huán)，其特征在于，所述鎖緊環(huán)含有金屬或陶瓷。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鎖緊環(huán)，其特征在于，所述陶瓷含有鋁的氧化物。
10.一種用于處理腔室的邊緣環(huán)，所述處理腔室具有i)底座；ii)底座上的靜電吸盤，所述靜電吸盤包括陶瓷圓盤，所述陶瓷圓盤包括具有臺(tái)階的外圍壁架；iii)鎖緊環(huán)，所述鎖緊環(huán)具有上唇緣、外部側(cè)表面以及頂表面，所述上唇緣向內(nèi)徑向延伸以放置在所述陶瓷圓盤的外圍壁架的臺(tái)階上，所述邊緣環(huán)，包括a)帶，包括設(shè)置在所述鎖緊環(huán)頂表面上的基腳；b)環(huán)形外壁，圍繞所述鎖緊環(huán)的所述外部側(cè)表面；以及c)內(nèi)凸緣，覆蓋所述陶瓷圓盤外圍壁架的臺(tái)階。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的邊緣環(huán)，其特征在于，所述帶含有陶瓷。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的邊緣環(huán)，其特征在于，所述陶瓷含有石英。
13.一種用于處理腔室的邊緣環(huán)，所述處理腔室具有i)底座；ii)底座上的靜電吸盤，所述靜電吸盤包括陶瓷圓盤，所述陶瓷圓盤包括具有臺(tái)階的外圍壁架；iii)鎖緊環(huán)，所述鎖緊環(huán)具有頂表面、上唇緣以及外部側(cè)表面，所述上唇緣從所述頂表面向內(nèi)徑向延伸以放置在所述陶瓷圓盤外圍壁架的臺(tái)階上，所述邊緣環(huán)，包括a)楔形的帶，包括傾斜的頂表面和覆蓋所述鎖緊環(huán)的頂表面的下表面；b)內(nèi)凸緣，從所述楔形的帶向內(nèi)徑向地延伸，所述內(nèi)凸緣具有能夠放置在所述陶瓷圓盤外圍壁架的臺(tái)階上的基腳；以及c)外凸緣，從所述楔形的帶向外徑向地延伸，所述外凸緣具有覆蓋所述鎖緊環(huán)的外部側(cè)表面的徑向向內(nèi)的襯面。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的邊緣環(huán)，其特征在于，所述內(nèi)凸緣包括關(guān)于所述楔形帶的下表面逐漸升高的底表面。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的邊緣環(huán)，其特征在于，所述內(nèi)凸緣包括具有上臺(tái)階和下臺(tái)階的徑向向內(nèi)的周界。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的邊緣環(huán)，其特征在于，所述內(nèi)凸緣具有弧形邊緣，所述邊緣與楔形帶的傾斜的上表面結(jié)合。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的邊緣環(huán)，其特征在于，所述外凸緣包括關(guān)于所述楔形帶的下表面向下延伸的底壁。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的邊緣環(huán)，其特征在于，所述外凸緣包括傾斜的周界邊緣。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的邊緣環(huán)，其特征在于，所述楔形帶含有陶瓷。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的邊緣環(huán)，其特征在于，所述陶瓷含有石英。
21.一種用于在處理腔室中容納襯底的靜電吸盤，所述靜電吸盤包括a)陶瓷圓盤，包括i)襯底容納表面，具有多個(gè)臺(tái)面的突起平臺(tái)，所述突起平臺(tái)由凹槽圖案分開；ii)多個(gè)熱傳送氣體導(dǎo)管，穿過所述陶瓷圓盤并且在襯底容納表面上所述凹槽圖案的外圍端口及中心端口終止，所述氣體導(dǎo)管能夠?yàn)樗鲆r底容納表面的不同區(qū)域提供熱傳送氣體；以及iii)外圍壁架，具有第一臺(tái)階和第二臺(tái)階，所述第二臺(tái)階從第一臺(tái)階徑向向外并且比所述第一臺(tái)階低；b)電極，嵌在所述陶瓷圓盤中以產(chǎn)生靜電力從而保持設(shè)置在所述襯底容納表面上的襯底。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的吸盤，其特征在于，所述多個(gè)臺(tái)面的突起平臺(tái)各包括從約10至約1000個(gè)臺(tái)面。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的吸盤，其特征在于，所述臺(tái)面為突起的圓柱突起。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的吸盤，其特征在于，所述臺(tái)面具有從約5微米至約50微米的平均直徑。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的吸盤，其特征在于，所述臺(tái)面具有從約0.5毫米至約5毫米的高度。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的吸盤，其特征在于，所述凹槽圖案包括彼此互連的徑向臂和環(huán)形臂。
27.根據(jù)權(quán)利要求21所述的吸盤，其特征在于，所述外圍端口在弓形切塊處終止。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的吸盤，其特征在于，還包括圍繞所述外圍端口的徑向內(nèi)氣體密封邊和徑向外氣體密封邊。
29.根據(jù)權(quán)利要求21所述的吸盤，其特征在于，所述中心端口在所述中心和徑向凹槽的相交處終止。
30.根據(jù)權(quán)利要求21所述的吸盤，其特征在于，所述陶瓷圓盤含有鋁的氧化物、鋁的氮化物、硅的氧化物、硅的碳化物、硅的氮化物、鈦的氧化物、鋯的氧化物、或者它們的混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在襯底處理腔室中用于容納襯底的靜電吸盤，包括具有襯底容納表面和具有多個(gè)隔開的臺(tái)面的相對(duì)的背面的陶瓷圓盤。電極嵌入在陶瓷圓盤中以產(chǎn)生靜電力以保持襯底。位于陶瓷圓盤的外圍和中心部分的加熱線圈允許對(duì)陶瓷圓盤的中心和外圍部分進(jìn)行溫度獨(dú)立控制。通過具有容納空氣的凹槽的底座支撐吸盤。吸盤和底座協(xié)作以允許在腔室中調(diào)整襯底的溫度分布。
文檔編號(hào)H01L21/00GK101093812SQ200710098098
公開日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2007年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月27日
發(fā)明者亞歷山大·馬特尤什金, 丹尼斯·庫索, 西奧多洛斯·帕納戈波洛斯, 約翰·荷文 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司