專利名稱：具有用于溫度控制的流體區(qū)域的工件支撐的制作方法
具有用于溫度控制的流體區(qū)域的工件支撐
背景技術(shù)：
多種類型的處理室可用于處理不同類型的工件。例如，工件可包括玻璃板、薄膜、 帶、太陽能板、鏡子、液晶顯示器、半導(dǎo)體晶片等等。例如，許多不同類型的處理室可用于在 制造集成電路芯片期間，處理半導(dǎo)體晶片。加工室可用于對晶片退火，實施化學(xué)氣相沉積、 物理氣相沉積、等離子蝕刻和化學(xué)蝕刻處理、熱處理、表面工程和其它處理。這些類型的處 理室通常包括用于將工件保持在室內(nèi)的工件支撐。在許多處理中，期望在處理期間控制工件的溫度。例如，如果工件的溫度是一致 的，并且以期望的速率增加和降低到期望的最大值和最小值，可以優(yōu)化處理工藝。在過去，工件支撐已經(jīng)用于加熱工件、冷卻工件、或另外的對工件溫度的控制。在 都通過參考的方式并入本申請中的美國專利No. 5，609，720、美國專利No. 5，761，023和公 開號為H1-251735的日本專利申請No. S63-78975 (1998)中，公開具有限定環(huán)形通道的上表 面的工件支撐，該環(huán)形通道充滿在不同壓力下的感應(yīng)氣體，該感應(yīng)氣體接觸工件的底面，用 于控制工件的溫度。例如，美國專利No. 5，761，023公開具有多個壓力區(qū)域的工件支撐，該多個壓力區(qū) 域提供在支撐的上表面。密封區(qū)域提供在兩個不同的區(qū)域之間，以允許在兩個區(qū)域中的不 同氣壓。更高的氣壓提供于對應(yīng)于工件的期望更大的熱傳遞的區(qū)域。以這種方式，當工件 接受處理時，可以控制工件的溫度，其中，處理可以影響工件的溫度。雖然已經(jīng)做了多種嘗試去設(shè)計工件支撐，這種工件支撐能夠?qū)⒈３衷诠ぜ紊?的工件的溫度控制為不一致，但是仍存在多種不足和缺點。因此，需要進一步提高能夠在處 理室內(nèi)控制工件的溫度的工件支撐。
發(fā)明內(nèi)容
總體上，本公開涉及用于在處理室中保持工件的工件支撐、用于在處理室中控制 工件溫度的處理方法以及工件處理系統(tǒng)。根據(jù)本公開，工件支撐包括多個流體區(qū)域，該多個 流體區(qū)域在工件支撐和工件之間供應(yīng)流體比如氣體，用于在區(qū)域內(nèi)影響工件的溫度。根據(jù) 本公開，至少某些區(qū)域不是軸對稱的，以這種方式，可以沿著工件的方位角在不同的位置控 制工件的溫度，其中，例如，由于引發(fā)不一致熱流量的處理，溫度的不規(guī)律可以發(fā)生。例如，在一個實施方式中，本公開涉及包括限定工件接收表面的工件支撐的一種 工件支撐。工件接收表面用于接收和保持工件，比如半導(dǎo)體晶片。然而，應(yīng)當理解，任何合 適的工件可以保持在根據(jù)本公開的工件支撐上。工件支撐包括分隔成多個流體區(qū)域的工件接收表面。每一個流體區(qū)域與對應(yīng)的流 體供應(yīng)連通，用于包括在單個流體區(qū)域的工件接收表面和工件的對應(yīng)的表面部分之間的被 加壓流體。當流體供給每一個流體區(qū)域，每一個流體區(qū)域都被加壓。流體區(qū)域被分開，從而 每一個流體區(qū)域構(gòu)造成獨立于其它區(qū)域被加壓。此外，至少某些區(qū)域在工件接收表面具有 不同的方位角。這個結(jié)構(gòu)可以允許獨立地調(diào)節(jié)在每一個方位角區(qū)域的溫度，以便通過校正 不一致方位角的處理的影響，實現(xiàn)期望的在工件表面上的控制溫度分布。
例如，在一個實施方式中，工件接收表面可以包括具有外圍帶的外周區(qū)。外圍帶可 以劃分成具有不同方位角位置的流體區(qū)域。例如，外圍帶可以劃分成大約2個區(qū)域到大約 12個區(qū)域，比如大約3個區(qū)域到大約12個區(qū)域。在一個實施方式中，工件支撐還可以包括 位于工件接收表面中心的流體區(qū)域。位于中心的流體區(qū)域可以具有圓形或多邊形的外形， 并被外圍帶環(huán)繞。具有不同的方位角位置的流體區(qū)域可以都具有基本上相同的外形和表面面積。例 如，當沿著外圍帶定位時，外圍帶可以劃分成相等的部分。然而，在其它的實施方式中，具有 不同的方位角位置的流體區(qū)域可以有不同的尺寸和外形。如上所述，流體區(qū)域可以獨立地運行。例如，在一個實施方式中，流體區(qū)域可以由 脊條分開，脊條與位于工件支撐上的工件形成密封。在一個實施方式中，工件支撐可以包括形成對工件的靜電吸力的靜電卡盤。在這 個實施方式中，例如，工件支撐可以包括至少一個嵌入合適的電介質(zhì)材料中的金屬電極。每 一個電極被封裝在電介質(zhì)材料內(nèi)，而且，工件支撐可以與直流電源連通，用于將電壓應(yīng)用于 封裝電極。根據(jù)本公開制成的工件支撐可以與任何合適的處理室配合使用。在一個實施方 式中，例如，工件支撐可以位于處理室中，該處理室與等離子體供應(yīng)連通以供應(yīng)等離子體給 室。例如，等離子體供應(yīng)可以用于在處理室內(nèi)在工件上進行等離子體增強化學(xué)氣相沉積。然 而，應(yīng)當理解，工件支撐可以用在處理室中，在該處理室中，實施其它的處理，比如退火、離 子蝕刻、等離子蝕刻，等等。為了更好地控制工件的溫度，處理室可以包括一個或多個溫度測量裝置，該一個 或多個溫度測量裝置測量位于工件支撐上的工件的溫度。處理室還可以包括與溫度測量裝 置連通的控制器和用于每一個流體區(qū)域的流體供應(yīng)?？刂破骺梢詷?gòu)造成基于從溫度測量裝 置接收的信息，控制在每一個流體區(qū)域中的壓力，該控制器可以是任何合適的可編程序邏 輯單元或微處理器。在一個實施方式中，控制器可以構(gòu)造成以從基于模型的控制接收的信息為基礎(chǔ)， 來控制每一個流體區(qū)域中的壓力，該控制器可以是任何合適的可編程序邏輯單元或微處理 器，其中，由基于模型的控制算法預(yù)測每一個區(qū)域的能量流量。在一個實施方式中，處理室可以包括多個溫度測量裝置。例如，溫度測量裝置可以 用于在工件上的對應(yīng)于每一個流體區(qū)域的位置監(jiān)控工件的溫度。例如，溫度測量裝置可以 包括高溫計。供給每一個流體區(qū)域的流體可以基于特定的應(yīng)用變化。例如，可以選擇不與工件 反應(yīng)的流體。例如，在一個實施方式中，不反應(yīng)的氣體比如氦可以供給每一個流體區(qū)域。氣 體施加在工件上的壓力量也可以基于期望的結(jié)果變化。通常，增加作用在工件上的氣體壓 力，將增加氣體在發(fā)生接觸的特定區(qū)域中控制工件溫度的能力。通常，氣體壓力可以從大約 1托到大約800托(133千帕)。除了涉及工件支撐和處理室之外，本公開也涉及用于控制工件溫度的處理方法。 例如，處理方法包括在處理室中將工件放在工件支撐上的步驟。一旦放在工件支撐上，工件 在處理室中經(jīng)受能量源，使工件溫度增加。例如，能量源可以包括等離子體源、熱能源，等 等。為了在加熱期間控制工件的溫度，流體在工件和工件支撐的工件接收表面之間供給至獨立的、被加壓的流體區(qū)域。每一個流體區(qū)域影響工件對應(yīng)部分的溫度。根據(jù)本公開，至少 某些區(qū)域在工件上具有不同的方位角位置。下面更詳細地討論本發(fā)明的其它特征和方面。
接下來將參照附圖更具體地闡述本發(fā)明的完全且能夠?qū)崿F(xiàn)的公開內(nèi)容，該公開內(nèi) 容包括對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言本發(fā)明的最好的模型，其中圖1是根據(jù)本公開制成的工件處理系統(tǒng)的一個實施方式的橫截面圖；圖2是根據(jù)本公開制成的工件支撐的一個實施方式的橫截面圖；圖3是根據(jù)本公開制成的用于工件支撐的工件接收表面的一個實施方式的橫截 面圖；圖4是根據(jù)本公開的可以使用的流體供應(yīng)系統(tǒng)的一個實施方式的圖；圖5(a)和圖5(b)是圖2中闡明的工件支撐的橫截面圖，在圖5 (b)中示出位于工 件接收表面上的晶片；圖6是雙極電極裝置的一個實施方式的平面圖，該雙極電極裝置可以并入本公開 的工件支撐；圖7是可以并入根據(jù)本公開制成的工件支撐的流體冷卻通道的立體圖；圖8是根據(jù)本公開制成的工件支撐的另一個實施方式的立體圖；圖9是根據(jù)本公開制成的工件支撐的另一個實施方式的平面圖；圖10是根據(jù)本公開制成的工件支撐的另一個實施方式的平面圖；圖11是根據(jù)本公開制成的工件支撐的另一個實施方式的平面圖；以及圖12是根據(jù)本公開制成的工件支撐的另一個實施方式的平面圖；在說明書和附圖中的附圖標記的重復(fù)使用意在代表相同或相似的本公開的特征 或元件。
具體實施例方式本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠理解，這里的討論只是示例性實施方式的描述，而無意 限制本公開的更廣泛的方面。本公開總體上涉及工件支撐，該工件支撐不僅能夠保持工件，還能夠在工件在處 理室中被處理時，影響工件的溫度。工件的溫度由多個流體區(qū)域控制，該多個流體區(qū)域產(chǎn)生 在工件和工件支撐的上表面之間。流體，比如具有期望的熱傳導(dǎo)特性的氣體供給到流體區(qū) 域，在與流體區(qū)域相對的工件表面部分和氣體之間，該流體區(qū)域?qū)е聼醾鬟f的發(fā)生。通過控 制在每一個流體區(qū)域中的壓力，熱傳遞的量可以變化。以這種方式，可以在特定的位置對工 件的溫度進行調(diào)節(jié)。根據(jù)本公開，至少一些流體區(qū)域相對于工件位于不同的方位角位置。在過去，已經(jīng) 提出包括用于控制熱傳遞的多個壓力區(qū)域的工件支撐。然而，具有環(huán)形外形的區(qū)域僅允許 以軸對稱方式對溫度進行一些控制。然而，本發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)工件很少軸對稱地加熱或冷 卻。相反地，通常當工件被處理時，工件的溫度沿徑向和方位角變化。由于許多因素，溫度 的不一致可能發(fā)生。例如，由于工件加熱和冷卻的方式，在不同的方位角位置的工件溫度可以改變。此外，工件支撐接觸工件的方式也可以導(dǎo)致工件的溫度以非軸對稱的方式在工件 的表面上變化。因此，本公開的工件支撐設(shè)計成在徑向和角度方向上提供工件的溫度控制。參考圖1，例如，示出根據(jù)本公開制成的工件處理系統(tǒng)的一個實施方式。在圖1中 闡明的實施方式中，系統(tǒng)包括處理室9。處理室9包括工件處理臺13。工件處理臺13包括 根據(jù)本公開制成的工件支撐12。圖1中示出的處理室包括用于處理工件比如半導(dǎo)體晶片的 處理臺13。然而，應(yīng)當理解，在其它的實施方式中，處理室9可以包括多于一個的處理臺。如所示，處理室13包括處理區(qū)域14。在圖1示出的實施方式中，處理區(qū)域14與隔 離閥17連通。隔離閥17打開和關(guān)閉，以便更換工件。隔離閥17密封于處理室壁10。在示出的實施方式中，工件支撐12包括靜電卡盤的作用。靜電卡盤構(gòu)造成產(chǎn)生將 工件保持在工件支撐的上表面的靜電力。更具體地，通過在靜電卡盤和工件之間施加一個， 單極，或兩個，雙極，高直流電壓，靜電卡盤運行。如下面將會更詳細地描述，工件支撐12可 以包括實現(xiàn)靜電卡盤功能的電介質(zhì)材料的上層。在一個實施方式中，單個單極直流電壓在電介質(zhì)的上表面引起正電荷，該正電荷 吸引在工件中的負電荷。這種電荷關(guān)系在工件支撐的上表面和工件之間產(chǎn)生吸引的、基本 上一致的庫侖引力。然而，應(yīng)當理解，本公開的教導(dǎo)和原理也適用于其它的不一定包括靜電 卡盤的工件支撐。在另一個實施方式中，兩個，雙極直流電壓引起在電介質(zhì)層的一個側(cè)面上的正電 荷和負電荷。這些電荷在工件支撐的上表面和工件之間產(chǎn)生庫侖引力。處理臺13構(gòu)造成接收在工件支撐上的工件。一旦工件比如半導(dǎo)體晶片裝載進處 理室，對于工件，為了經(jīng)歷期望的物理和/或化學(xué)變化，工件經(jīng)受能量源。例如，可以用于處 理工件的能量源可以包括離子源、反應(yīng)化學(xué)源、熱源、等離子體源，或它們的組合。可以用于 使工件經(jīng)受能量的熱源包括光能源，比如等離子弧光燈、鹵化鎢燈、微波加熱器、感應(yīng)加熱 器、電阻加熱器，或它們的組合。在圖1示出的實施方式中，處理室10包括用于使工件經(jīng)受等離子體的等離子體 源。等離子體由一個或多個感應(yīng)線圈40供應(yīng)，該感應(yīng)線圈40與射頻阻抗匹配器(未圖示) 和射頻電源(未圖示)連通。參考圖2，示出工件支撐12的另一個橫截面圖。如圖所示，工件支撐12包括由電 介質(zhì)部20限定的工件接收表面18。電介質(zhì)部20位于基座的頂部，在這個實施方式中，該基 座包括位于第二基座部15上的第一基座部22?；?2和15由任何合適的金屬材料或 陶瓷材料制成。例如，在一個實施方式中，基座部22和15可以由鋁制成。工件支撐12附 在工件支撐基架57上?；艿哪康氖翘峁﹫杂驳臋C械支撐給工件支撐12，并提供與處理室 9的熱隔離和電隔離。在一個實施方式中，基座部22和15可以液態(tài)冷卻。在這點上，工件支撐12可以限 定多個熱控流體通道24。參考圖7，例如，示出基座的一個實施方式，該實施方式示出熱控 流體通道24。如圖2所示，熱控流體通道24與主熱控入口導(dǎo)管26連通。熱控流體比如水 供給主熱控入口導(dǎo)管26，用于在熱控流體通道24中循環(huán)。未示出，工件支撐還可以包括熱 控流出導(dǎo)管。例如，在流動經(jīng)過熱控流體通道24后，熱控流體可以流入熱控流出導(dǎo)管。在 一個實施方式中，從熱控流出導(dǎo)管，熱控流體可以供給經(jīng)過換熱器，并向后再循環(huán)經(jīng)過熱控流體通道。如上所述，電介質(zhì)部20位于基座部22的頂部，并限定工件接收表面18。電介質(zhì)部 20可以由任何合適的電介質(zhì)材料制成，比如陶瓷材料。電介質(zhì)部可以包括多個電介質(zhì)材料 層，或包括單個層。在圖2示出的實施方式中，例如，電介質(zhì)部20包括位于更厚的第二電介質(zhì)層30的 頂部上的第一電介質(zhì)層28。例如，第一電介質(zhì)層28可以具有大約0. 4mm到大約Imm的厚 度，而第二電介質(zhì)層30可以具有大約2mm到大約5mm的厚度。在一個實施方式中，為了形成靜電卡盤，如圖6所示，雙極電極陣列32可以位于第 一電介質(zhì)層28和第二電介質(zhì)層30之間。如圖2所示，電極陣列32可以位于與直流電源34 連通。通過單個直流電源或兩個獨立的電源，可以提供兩個不同的直流電壓。直流電源34 供應(yīng)產(chǎn)生電場必須的電壓，該電場用于在工件接收表面18和保持在表面上的工件之間產(chǎn) 生靜電引力。由直流電源產(chǎn)生的電壓量可以用于調(diào)節(jié)靜電引力量。此外，當需要從工件支 撐移走工件時，可以關(guān)掉直流電源，從而沒有電壓產(chǎn)生，或者可以產(chǎn)生于起始電壓相反的電 極電壓。直流電壓通常從大約500伏變化到大約2000伏。如圖2所示，工件支撐12還可以與射頻導(dǎo)管36連通，該射頻導(dǎo)管36與射頻阻抗 匹配器(未圖示)連通用于供應(yīng)射頻偏置功率給工件，該射頻阻抗匹配器與射頻電源38連通。在可替換的實施方式中，射頻電源38可以通過與射頻導(dǎo)管36連通的射頻阻抗匹 配器(未圖示)耦聯(lián)于工件支撐12。在這個實施方式中，沒有額外的射頻功率供應(yīng)給處理 臺13。在可替換的實施方式中，沒有射頻電源耦聯(lián)于工件支撐12。在處理工件期間，射頻電源將離子和電子制造成等離子體，用于期望的與工件前 表面的化學(xué)反應(yīng)。在另一方面，當離子撞擊工件的上表面時，射頻偏置功率提供對離子具有 的能量的獨立控制。射頻電源和直流電源都可以利用任何適合的技術(shù)接地。在一個實施方式中，例如， 射頻電源和直流電源都可以接地到與處理室連通的電極上。在示出的實施方式中，處理室利用感應(yīng)耦聯(lián)射頻功率產(chǎn)生并維持工件處理必須的 等離子體。通過也作為靜電卡盤的工件支撐12，射頻偏置功率電容性地耦聯(lián)于等離子體。為了在工件接收表面18裝載和卸載工件，工件支撐12可以包括任何合適的安裝 裝置。例如，在一個實施方式中，工件支撐可以包括多個頂桿，該多個頂桿可以用于在工件 接收表面上正確放置工件，并在工件接收表面上升高和降低工件。在這點上，如圖2顯示的 工件支撐12可以包括多個用于頂桿組件的桿通道41。在一個實施方式中，例如，工件支撐 12可以包括用于容置3個桿的3個桿通道。根據(jù)本公開，工件支撐12還包括多個形成在工件接收表面18上的流體區(qū)域，該多 個流體區(qū)域意在允許改變位于工件支撐上的工件的溫度。流體區(qū)域與流體供應(yīng)連通，該流 體供應(yīng)用于在特定的壓力下供應(yīng)流體給區(qū)域。供給區(qū)域的流體可以是任何具有合適的熱傳 導(dǎo)特性的流體。比如，在一個實施方式中，流體可以包括氣體，比如氦或氫。根據(jù)本公開，至少某些流體區(qū)域在工件接收表面位于不同的方位角位置。總體地， 流體區(qū)域意在允許不僅在徑向上，還在方位角方向上對工件的溫度控制。
例如，參考圖3和圖5，示出根據(jù)本公開制成的工件支撐的一個實施方式。參考圖 3，例如，工件支撐12的工件接收表面18限定中心流體區(qū)域42，在這個實施方式中，由3個 外圍流體區(qū)域44、46和48環(huán)繞該中心流體區(qū)域42。流體區(qū)域被脊條56分開。脊條56意 在與位于工件接收表面18上的工件后表面形成密封。脊條56可以由與用于形成工件接收 表面的材料相同的材料制成，或者可以由不同的材料制成。脊條56的上表面形成工件接收 表面18。參考圖5(a)和圖5(b)，示出在圖3中示出的工件支撐12的橫截面圖。在圖5(b) 示出的實施方式中，示出位于工件接收表面18上的工件60比如半導(dǎo)體晶片，而在圖5(a) 中，工件60被移走。如上所述，脊條56與工件60形成密封。因此，形成不連續(xù)且獨立的流 體區(qū)域。在附圖中，示出中心流體區(qū)域42以及外圍流體區(qū)域44和46。為了確保當工件60與工件接收表面18接觸時保持平坦的表面，中心區(qū)域42也可 以包括多個支撐支柱41，該多個支撐支柱41分布在中心區(qū)域以支撐工件60。這些支撐支 柱41具有和脊條56的高度相等的高度。支撐支柱41的頂部通常具有小的圓形接觸區(qū)域， 該圓形接觸區(qū)域接觸工件60的后表面。支撐支柱41的上表面是工件接收表面18的附加 組件。為了將流體流進區(qū)域，中心流體區(qū)域42與流體供應(yīng)62連通，這也示出在圖2的橫 截面圖中。也如圖5(a)和圖5(b)所示，流體區(qū)域44與流體供應(yīng)64連通，而流體區(qū)域46 與流體供應(yīng)66連通。如下面將更詳細地描述，可以獨立于其它區(qū)域地控制每一個區(qū)域中的 壓力。在處理期間，熱傳導(dǎo)流體，比如氦氣，氫氣等等，在選定的壓力下供給每一個區(qū)域。 因此，流體區(qū)域抵靠著工件60的后表面被加壓。熱傳導(dǎo)流體可以包括流體的混合和單個流 體。增加流體的壓力將增加在流體和工件之間發(fā)生的熱傳導(dǎo)量。例如，當將氣體供給進流 體區(qū)域時，區(qū)域內(nèi)的氣壓可以從大約1托變化到大約800托。如圖3所示，在示出的實施方式中，工件支撐包括由外圍區(qū)域環(huán)繞的、相對大的、 位于中心的流體區(qū)域。在一些應(yīng)用中，例如，在工件區(qū)域的中心部分，動力輸入和冷卻本體 的空間分布通常是平的。因此，在一些應(yīng)用中，只有單個的中心流體區(qū)域可能需要足夠的溫 度控制。然而，更強的冷卻和溫度不一致可以發(fā)生在工件的外圍區(qū)域。本發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn) 溫度的無規(guī)律不僅可以發(fā)生在某些徑向位置，還可以發(fā)生在不同的方位角位置或角位置。 因此，根據(jù)本公開，工件支撐12包括多個位于不同方位角位置的獨立的流體區(qū)域。例如，在 圖3中示出的實施方式中，外圍流體區(qū)域位于外圍帶上。接著，外圍帶劃分成外圍流體區(qū)域 44,46和48。通過相對彼此改變在外圍流體區(qū)域中的壓力，可以解決和糾正由能量輸入不 一致和溫度分布不一致引起的方位角溫度不一致。在圖3中示出的實施方式中，外圍帶被劃分成具有基本上相同的外形和表面面積 的3個流體區(qū)域。然而，應(yīng)當理解，外圍帶可以劃分出更多或更少的流體區(qū)域。例如，如圖 3所示的外圍帶可以劃分成大約2個流體區(qū)域到12個流體區(qū)域，或者甚至更多。此外，外圍流體區(qū)域不一定必須具有相同的表面面積和外形。外圍流體區(qū)域的尺 寸和外形可以變化，并適合特定的應(yīng)用。例如，在一個實施方式中，所有的外圍流體區(qū)域可 以具有不同的外形和尺寸。仍在其它的實施方式中，某些外圍流體區(qū)域可以具有相同的尺寸，而其它的外圍流體區(qū)域可以具有不同的尺寸。例如，參考圖8至12，示出工件支撐的工件接收表面的多種其它的實施方式。相 同的附圖標記已經(jīng)用于表示類似的元件。例如，圖8示出類似于圖3中示出的工件接收表 面18的工件接收表面。在圖8中示出的實施方式中，工件接收表面18包括6個外圍流體 區(qū)域44、46、48、50、52和54，而不是三個外圍流體區(qū)域。如圖所示，每一個流體區(qū)域被脊條 56分開。在另一方面，圖9和圖10示出具有矩形外形的工件支撐12的工件接收表面18。 例如，如圖9和圖10所示的工件接收表面18可以用于處理矩形工件或基板。在圖9和圖 10中，每一個工件接收表面18包括被外圍流體區(qū)域44、46、48和50環(huán)繞的中心流體區(qū)域 42。在圖9中，外圍區(qū)域都具有矩形外形，并且都近似地具有大約相同的表面面積。在圖10中，在另一方面，外圍流體區(qū)域44、46、48和50具有不同的尺寸。特別地， 外圍區(qū)域46和50大于外圍區(qū)域44和48。外圍區(qū)域被對角線脊條56彼此分開。參考圖11和圖12，仍示出示出工件支撐12的工件接收表面18的其它的實施方 式。在圖11和圖12中示出的實施方式中，中心流體區(qū)域42具有多邊形外形。特別地，中 心流體區(qū)域42的外形為六邊形。在圖12中，中心流體區(qū)域42被外圍流體區(qū)域44、46、48、50、52和54環(huán)繞。所有 的外圍流體區(qū)域通常具有相同的外形和表面面積。在圖11中，在另一方面，中心流體區(qū)域被外圍流體區(qū)域環(huán)繞，其中，一個外圍流體 區(qū)域具有比其它的區(qū)域的尺寸大的尺寸。如圖所示，中心流體區(qū)域42被外圍流體區(qū)域44、 46、48、50和52環(huán)繞。外圍流體區(qū)域44的尺寸通常是其它的區(qū)域的兩倍。流體供給每一個流體區(qū)域的方式可以取決于流體區(qū)域的數(shù)量和供給區(qū)域的特定 的流體。只出于示例性的目的，參考圖4，示出流體供應(yīng)系統(tǒng)的一個實施方式。如圖所示，系 統(tǒng)包括流體入口 70，該流體入口 70可以布置成與儲液器(未圖示)連通。例如，當將氣體 供給流體區(qū)域時，流體入口可以布置成與被加壓的氣源連通。如圖所示，流體入口 70與閥裝置72比如氣動調(diào)節(jié)閥連通。從閥72，流體入口 70 分成第一流體管線74和第二流體管線76。第一流體管線74包括流量計78和節(jié)流閥79， 以及壓力傳感器80。從壓力傳感器80，流體管線供給進流體供應(yīng)62，用于供應(yīng)流體給如圖 3所示的中心流體區(qū)域42。相似地，第一流體管線76也包括流量計82和節(jié)流閥83，以及壓力傳感器84。從壓 力傳感器84，流體管線供給進流體供應(yīng)64，用于供應(yīng)流體給例如一個流體區(qū)域?？梢钥闯?， 取決于包括在工件支撐的工件接收表面中的不同的流體區(qū)域的數(shù)量，流體供應(yīng)系統(tǒng)也可以 包括流體管線。如圖4所示，流體供應(yīng)還可以包括控制器96。如其中所使用，“控制器”意在涵蓋 帶有單個控制器的系統(tǒng)，或包括多個用于每一個組件的控制器的系統(tǒng)。例如，控制器96可 以包括一個或更多電子設(shè)備，比如一個或多個微處理器，或一個或多個可編程序邏輯單元。 控制器96可以布置成與流量計78和82、節(jié)流閥79和83，以及壓力傳感器80和84連通。在處理期間，在一個實施方式中，控制器96可以以給定的壓力設(shè)定值先編程，或 可以構(gòu)造成基于不同的參數(shù)計算壓力設(shè)定值。接著，控制器96可以用于控制可變孔板節(jié)流 閥79和83，從而可以由壓力傳感器80和84表示的氣體壓力基本上等于壓力設(shè)定值。
如圖4所示，在一個實施方式中，流體供應(yīng)系統(tǒng)可以包括分別與流體管線74和76 連通的固定節(jié)流孔90和92。固定節(jié)流孔90和92也在下游與流體管線94連通。在一些實 施方式中，尤其是當流體區(qū)域以處理室內(nèi)的工件形成流體密封時，可以期望為了達到由控 制器96設(shè)置的壓力設(shè)定值，小量的流體流動經(jīng)過閥83和79。因此，為了使壓力控制變得容 易，在一個實施方式中，流體供應(yīng)系統(tǒng)可以包括固定節(jié)流孔90和92。在圖4中示出的實施方式中，流體供應(yīng)系統(tǒng)包括用于兩個分開的區(qū)域的獨立的控 制電路。特別地，流量計78、節(jié)流閥79以及壓力傳感器80可以用于控制中心流體區(qū)域42 內(nèi)的氣體壓力。在另一方面，節(jié)流閥83、流量計82以及壓力傳感器80可以用于控制一個工 件接收表面的外圍區(qū)域內(nèi)的壓力。在一個實施方式中，在工件接收表面18上的每一個流體 區(qū)域可以與分開的獨特的流量計、節(jié)流閥以及壓力傳感器連通，用于單獨控制每一個流體 區(qū)域。每一個流體區(qū)域需要的控制量可以取決于多種因素和特定的應(yīng)用。流體從流體供應(yīng)系統(tǒng)進入流體區(qū)域并在區(qū)域內(nèi)重新分布的方式可以取決于靜電 卡盤的其它元件的位置和細節(jié)，并且對本發(fā)明而言是不重要的。在一個實施方式中，如圖1顯示的工件處理系統(tǒng)可以包括一個或更多溫度測量裝 置，該一個或更多溫度測量裝置構(gòu)造成感應(yīng)和監(jiān)控在處理室內(nèi)的工件的溫度。通常，可以適 用任何合適的溫度測量裝置。例如，可以使用的測量裝置包括高溫計、熱電偶、電熱調(diào)節(jié)器、 光纖溫度傳感器等等。在一個實施方式中，晶片處理系統(tǒng)可以包括多個構(gòu)造成在多個位置測量工件的溫 度的溫度測量裝置。在這個實施方式中，例如，可以使用高溫計測量工件的溫度，而不與工 件接觸。例如，高溫計可以測量在流體區(qū)域所在的每一個位置上的工件的溫度。溫度測量裝置可以布置成與如圖4所示的控制器96連通。基于從從溫度測量裝 置接收的信息，控制器96可以構(gòu)造成控制在每一個流體區(qū)域中的壓力。以這種方式，基于 由溫度測量裝置感應(yīng)的溫度，可以在方位角位置調(diào)節(jié)工件的溫度。例如，控制器96可以以開環(huán)方式、閉環(huán)方式或基于模型方式運行。例如，在開環(huán)系 統(tǒng)中，可以在處理室中首先處理代表性的工件。在處理期間，可以在多個的位置監(jiān)控工件的 溫度?；趶臏囟葴y量設(shè)備接收的信息，控制器可以編程以控制每一個流體區(qū)域的溫度，用 于處理類似的工件?？商鎿Q地，控制器可以構(gòu)造成基于在閉環(huán)裝置中的實時溫度測量，在處理每一個 工件期間，控制流體區(qū)域的壓力。出于不同原因，可以使用流體區(qū)域控制工件的溫度。例如，在一個實施方式中，流 體區(qū)域可以用于更一致地加熱在處理室內(nèi)的工件。然而，在另一個實施方式中，可以期望以 不一致的方式加熱工件。例如，在一些處理中，期望在工件表面上有特定的溫度分布，而不 是一致的溫度分布。在圖1中示出的實施方式中，如上所述，工件處理系統(tǒng)包括用于執(zhí)行不同的處理 的等離子體源。如圖所示，例如，處理室包括用于將反應(yīng)物引入室的開口 11。可以將任何合 適的反應(yīng)物傳輸系統(tǒng)并入室中。例如，在一個實施方式中，噴頭可以放置在開口 11內(nèi)。除了反應(yīng)物傳輸系統(tǒng)，當需要時，處理室也可以與泵送裝置連通，用于把流體比如 氣體泵送出室。另外，泵送裝置可以在處理室內(nèi)產(chǎn)生真空或近似真空環(huán)境。例如，處理室特 別適合在小于大約500托的壓力下執(zhí)行處理，比如小于大約5托，比如甚至小于大約0. 005
11托。然而，應(yīng)當理解，本公開的工件支撐可以用在其它多種不同種類的處理室中。例 如，本公開的教導(dǎo)等同地適用于用于執(zhí)行化學(xué)氣相沉積、蝕刻、退火等等的處理室。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以實現(xiàn)本發(fā)明的這些和其它的更改和變化，而不脫離本 發(fā)明的實質(zhì)和范圍，這些和其它的更改和變化在所附的權(quán)利要求中更具體地提出。另外，應(yīng) 當理解，不同實施方式的各個方面可以全部或部分互換。此外，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會了 解前面的描述只是作為實施例，而無意限制在所附權(quán)利要求中進一步描述的本發(fā)明。
權(quán)利要求
一種在處理室中保持工件的工件支撐限定用于接收和保持工件的工件接收表面的工件支撐；以及多個在所述工件接收表面上的隔開的流體區(qū)域，每一個流體區(qū)域與流體供應(yīng)連通，用于在所述工件接收表面與位于所述工件接收表面上的工件之間產(chǎn)生流體壓力，其中，當流體供給至每一個流體區(qū)域時，每一個流體區(qū)域都被加壓，所述多個流體區(qū)域分隔開，而且，至少某些流體區(qū)域在所述工件接收表面上具有不同的方位角位置。
2.如權(quán)利要求1所述的工件支撐，其中，所述工件接收表面具有周邊，并包括與所述周 邊相鄰的外周區(qū)，所述外周區(qū)包括外圍帶，所述外圍帶劃分出所述具有不同方位角位置的 流體區(qū)域。
3.如權(quán)利要求2所述的工件支撐，其中，至少2個隔開的流體區(qū)域位于所述外圍帶。
4.如權(quán)利要求2所述的工件支撐，其中，所述外圍帶劃分成大約3個區(qū)域到大約12個 區(qū)域。
5.如權(quán)利要求2所述的工件支撐，其中，所述工件支撐還包括位于所述工件接收表面 的中心的流體區(qū)域。
6.如權(quán)利要求1所述的工件支撐，其中，所述工件支撐包括靜電卡盤。
7.如權(quán)利要求1所述的工件支撐，其中，具有不同的方位角位置的所述流體區(qū)域都具 有基本上相同的外形和表面面積。
8.如權(quán)利要求2所述的工件支撐，其中，所述外圍帶平均地劃分出各個流體區(qū)域。
9.一種包括如權(quán)利要求1所述的工件支撐的處理室。
10.如權(quán)利要求9所述的處理室，其中，所述處理室具有與能量源或反應(yīng)物源連通的處 理區(qū)域。
11.如權(quán)利要求9所述的處理室，還包括至少一個溫度測量裝置，所述至少一個溫度測 量裝置用于測量位于所述工件支撐上的工件的溫度，所述處理室還包括與所述溫度測量裝 置和所述流體供應(yīng)連通的控制器，所述控制器構(gòu)造成基于從所述溫度測量裝置接收的信息 來控制供給所述流體區(qū)域的流體量。
12.如權(quán)利要求1所述的工件支撐，其中，所述流體區(qū)域由脊條隔開，所述脊條與位于 所述工件支撐上的工件形成密封。
13.如權(quán)利要求6所述的工件支撐，其中，所述工件支撐包括涂履電介質(zhì)材料的金屬基 座或陶瓷基座，而且，所述工件支撐還包括一個或多個位于所述電介質(zhì)材料內(nèi)的電極和用 于將不同電壓施加于每一個嵌入的電極的直流電源。
14.一種用于在處理室中控制工件的溫度的處理方法，包括將工件放置在處理室內(nèi)的工件支撐上，所述工件放置在所述工件支撐的工件接收表面上；使所述工件在所述處理室中經(jīng)受能量源，使所述工件的溫度增加；以及 使流體在所述工件和所述工件接收表面之間流進被加壓的流體區(qū)域，每一個所述流體 區(qū)域影響所述工件的對應(yīng)部分的溫度，至少某些所述區(qū)域在所述工件上具有不同方位角位置。
15.如權(quán)利要求14所述的處理方法，其中，所述工件包括基板，有源電器件或功能形成 在所述基板上，而且，所述能量源包括等離子體源、熱能源、離子源、反應(yīng)化學(xué)源或它們的組合，而且所述工件通過靜電吸力保持在所述工件支撐上。
16.如權(quán)利要求14所述的處理方法，其中，在所述流體區(qū)域內(nèi)的壓力從大約1托變化到 大約800托。
17.如權(quán)利要求14所述的處理方法，其中，所述被加壓的流體區(qū)域包括被所述具有不 同方位角位置的流體區(qū)域環(huán)繞的中心區(qū)域。
18.如權(quán)利要求17所述的處理方法，其中，所述工件具有外周區(qū)，而且，所述具有不同 方位角位置的流體區(qū)域沿著與所述工件的所述外周區(qū)相鄰的外圍帶設(shè)置。
19.如權(quán)利要求18所述的處理方法，其中，所述外圍帶劃分出大約2個流體區(qū)域到大約 12個流體區(qū)域。
20.如權(quán)利要求14所述的處理方法，其中，供給至所述被加壓的流體區(qū)域的流體包括 氦、氫或它們的混合物。
21.—種工件處理系統(tǒng)，包括用于處理工件的處理室；與所述處理室連通的能量源；包括在所述處理室內(nèi)的工件支撐，所述工件支撐限定用于接收和保持工件的工件接收 表面；多個在所述工件接收表面上的隔開的流體區(qū)域，每一個流體區(qū)域與流體供應(yīng)連通，用 于在所述工件接收表面和位于所述工件接收表面上的工件之間產(chǎn)生流體壓力，而且，至少 某些流體區(qū)域在所述工件接收表面上具有不同的方位角位置；以及與所述流體供應(yīng)連通的控制器，所述控制器構(gòu)造成控制所述流體區(qū)域中的壓力。
22.如權(quán)利要求21所述的工件處理系統(tǒng)，還包括多個用于確定包括在所述處理室內(nèi)的 工件的溫度的溫度測量裝置，所述系統(tǒng)包括用于每一個所述流體區(qū)域的對應(yīng)的溫度測量裝 置。
23.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述溫度感應(yīng)裝置包括高溫計、熱電偶、電熱調(diào) 節(jié)器、光纖溫度傳感器或它們的組合，每一個所述溫度感應(yīng)裝置與所述控制器連通，所述控 制器構(gòu)造成基于從所述溫度測量裝置接收的信息來控制所述流體區(qū)域中的壓力。
24.如權(quán)利要求21所述的工件處理系統(tǒng)，其中，所述工件接收表面具有周邊并包括與 所述周邊相鄰的外周區(qū)，所述外周區(qū)包括外圍帶，所述外圍帶劃分出所述具有不同方位角 位置的流體區(qū)域。
25.如權(quán)利要求24所述的工件處理系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)還包括位于所述工件接收表 面的中心的流體區(qū)域，而且，所述工件支撐包括靜電卡盤，而且，與所述處理區(qū)域連通的所 述能量源包括等離子體源、熱能源、離子源、反應(yīng)化學(xué)源或它們的組合。
全文摘要
公開一種限定工件接收表面的工件支撐。工件支撐包括多個流體區(qū)域。諸如氣體之類的流體供給到流體區(qū)域用于接觸在工件支撐上的工件。流體可以具有選擇的熱傳導(dǎo)特性，用于在特定的位置控制工件的溫度。根據(jù)本公開，至少某些流體區(qū)域處在不同的方位角位置。以這種方式，工件的溫度不僅可以在徑向上調(diào)節(jié)，還可以在角度方向上調(diào)節(jié)。
文檔編號H01L21/68GK101911278SQ200880123903
公開日2010年12月8日 申請日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月7日
發(fā)明者丹尼爾·J·迪瓦恩, 喬納森·默恩, 弗拉迪米爾·納戈爾尼, 馬丁·L·朱克 申請人:馬特森技術(shù)有限公司