具有用于半導(dǎo)體處理的平面熱區(qū)的熱板的制作方法
【專利摘要】用于半導(dǎo)體等離子體處理裝置中的襯底支撐組件的熱板，其包括以可擴(kuò)展多路復(fù)用布局方式排布的多個獨(dú)立可控的平面加熱器區(qū)以及獨(dú)立地控制平面熱區(qū)且對平面加熱器區(qū)供電的電子裝置。每個平面熱區(qū)使用至少一個珀耳帖器件作為熱電元件。并入有熱板的襯底支撐組件包括靜電箝位電極層和溫度控制基板。用于制造熱板的方法包括將具有平面熱區(qū)、正線路、負(fù)線路和共用線路以及通孔的陶瓷或聚合物片材結(jié)合在一起。
【專利說明】具有用于半導(dǎo)體處理的平面熱區(qū)的熱板

【背景技術(shù)】
[0001] 隨著每一后繼的半導(dǎo)體技術(shù)的產(chǎn)生，襯底直徑趨于增大且晶體管尺寸減小，使得 在襯底處理中需要甚至更高的精確度和可重復(fù)性。通過包括真空腔室的使用的技術(shù)來處理 半導(dǎo)體襯底材料，諸如硅襯底。這些技術(shù)包括非等離子體應(yīng)用，諸如電子束沉積，以及等離 子體應(yīng)用，諸如濺射沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD)、脫膠和等離子體刻蝕。
[0002] 當(dāng)今可用的等離子體處理系統(tǒng)在對于提高精度和可重復(fù)性的需求日益增長的那 些半導(dǎo)體制造工具之中。對于等離子體處理系統(tǒng)的一種考量是增加均勻度，這包括對半導(dǎo) 體襯底表面的處理結(jié)果的均勻度以及通過標(biāo)定的相同的輸入?yún)?shù)處理的一系列襯底的處 理結(jié)果的均勻度。襯底上均勻度的持續(xù)提高是期望的。尤其是，這需要等離子體腔室具有 改善的均勾度、一致性以及自診斷性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 一種熱板，其構(gòu)造為覆于用于將半導(dǎo)體襯底支撐在半導(dǎo)體處理裝置中的襯底支 撐組件的溫控基板上，所述熱板包括：電絕緣板；平面熱區(qū)，其包括至少第一、第二、第三 和第四平面熱區(qū)。每個平面熱區(qū)包括：作為熱電元件的一個或多個珀耳帖器件（Peltier device)，所述平面熱區(qū)在整個（across)所述電絕緣板橫向地分布并且可操作以調(diào)整所述 襯底上的空間溫度分布；正電壓線路，其包括在整個所述電絕緣板橫向地分布的第一和第 二導(dǎo)電正電壓線路；負(fù)電壓線路，其包括在整個所述電絕緣板橫向地分布的第一和第二導(dǎo) 電負(fù)電壓線路；共用線路，其包括在整個所述電絕緣板橫向地分布的第一和第二導(dǎo)電共用 線路；在整個所述電絕緣板橫向地分布的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八二 極管。
[0004] 第一二極管的陽極與第一正電壓線路連接并且第一二極管的陰極與第一平面熱 區(qū)連接。第二二極管的陽極與第一平面熱區(qū)連接并且第二二極管的陰極與第一負(fù)電壓線路 連接。第三二極管的陽極與第一正電壓線路連接并且第三二極管的陰極與第二平面熱區(qū)連 接。第四二極管的陽極與第二平面熱區(qū)連接并且第四二極管的陰極與第一負(fù)電壓線路連 接。第五二極管的陽極與第二正電壓線路連接并且第五二極管的陰極與第三平面熱區(qū)連 接。第六二極管的陽極與第三平面熱區(qū)連接并且第六二極管的陰極與第二負(fù)電壓線路連 接。第七二極管的陽極與第二正電壓線路連接并且第七二極管的陰極與第四平面熱區(qū)連 接。第八二極管的陽極與第四平面熱區(qū)連接并且第八二極管的陰極與第二負(fù)電壓線路連 接。第一共用線路與第一和第三平面熱區(qū)兩者連接。第二共用線路與第二和第四平面熱區(qū) 兩者連接。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0005] 圖1是示例性的等離子體處理腔室的示意圖，其可以包括本文描述的具有熱板的 襯底支撐組件。
[0006] 圖2圖示出正線路、負(fù)線路和共用線路與可并入襯底支撐組件中的熱板中的珀耳 帖器件的電連接。
[0007] 圖3是根據(jù)第一實(shí)施例的襯底支撐組件的示意性剖視圖，其中并入了熱板。
[0008] 圖4是根據(jù)第二實(shí)施例的襯底支撐組件的示意性剖視圖，其中并入了熱板。
[0009] 圖5是根據(jù)第三實(shí)施例的襯底支撐組件的示意性剖視圖，其中并入了熱板。

【具體實(shí)施方式】
[0010] 在半導(dǎo)體處理裝置中實(shí)現(xiàn)襯底上的期望關(guān)鍵尺寸（CD)均勻度的徑向和方位的襯 底溫度控制要求越來越高。甚至溫度的小的變化會影響CD至不可接受的程度，尤其是在半 導(dǎo)體制作工藝中⑶接近不足IOOnm時。
[0011] 襯底支撐組件可配置為在處理期間用于各種功能，諸如支撐襯底，調(diào)整襯底溫度 以及供給射頻功率。襯底支撐組件可以包括靜電卡盤（ESC)，ESC可用于在處理期間將襯底 靜電箝位到襯底支撐組件上。ESC可以是可調(diào)整的ESC (T-ESC)。在共同受讓的美國專利 No. 6, 847, 014和No. 6, 921，724中描述了 T-ESC，這兩個專利通過引用合并于此。襯底支撐 組件可以包括上方襯底保持架、下方流體冷卻熱沉(下文稱為冷卻板）以及在它們之間的多 個同心平面加熱器區(qū)以實(shí)現(xiàn)逐步的且徑向的溫度控制。加熱器能夠?qū)⒁r底支撐組件的支撐 表面保持在高于冷卻板大約〇°C至80°C的溫度。通過改變多個平面加熱器區(qū)內(nèi)的加熱器功 率，能夠改變襯底支撐溫度分布。此外，能夠在高于冷卻板溫度〇°C至80°C的工作范圍內(nèi)逐 步地改變平均襯底支撐溫度。由于CD隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步而減小，因此小的方位溫度變 化提出了越來越大的挑戰(zhàn)。
[0012] 由于多方面原因，控制溫度不是容易的任務(wù)。首先，許多因素會影響熱傳遞，諸如 熱源和熱沉的位置，介質(zhì)的移動、材料和形狀。第二，熱傳遞是動態(tài)過程。除非所討論的系 統(tǒng)處于熱平衡，否則將發(fā)生熱傳遞并且溫度分布和熱傳遞將隨時間而變化。第三，諸如等離 子體之類的當(dāng)然總是存在于等離子體處理中的非均衡現(xiàn)象，使得任何實(shí)際的等離子體處理 裝置的熱傳遞行為的理論預(yù)測如果可能的話，也是極難進(jìn)行的。
[0013] 等離子體處理裝置中的襯底溫度分布受許多因素影響，諸如等離子體密度分布、 RF功率分布和卡盤中各種加熱和冷卻元件的具體結(jié)構(gòu)，因此襯底溫度分布經(jīng)常是不均勻的 且難以通過少量的加熱或冷卻元件來控制。該缺陷變換成了遍及整個襯底的處理速率的非 均勻性以及襯底上器件管芯的關(guān)鍵尺寸的非均勻性。
[0014] 根據(jù)溫度控制的復(fù)雜本質(zhì)，有益的是將多個獨(dú)立可控的平面熱區(qū)并入襯底支撐組 件中以使裝置能夠主動地形成并保持期望的空間和時間溫度分布，并且補(bǔ)償影響CD均勻 度的其它不利因素。
[0015] 在共同擁有的美國專利公布No. 2011/0092072和No. 2011/0143462中披露了具有 多個獨(dú)立可控的平面加熱器區(qū)的用于半導(dǎo)體處理裝置中的襯底支撐組件的加熱板，該美國 專利公布的內(nèi)容通過引用合并于此。該加熱板包括平面加熱器區(qū)和導(dǎo)體線路的可縮放多路 復(fù)用布局方案，用于為平面加熱器區(qū)提供功率。通過調(diào)整平面加熱器區(qū)的功率，在處理期間 的溫度分布能夠在徑向和方位上定形。
[0016] 本文所描述的是用于半導(dǎo)體處理裝置中的襯底支撐組件的熱板，其中所述熱板具 有多個獨(dú)立可控的平面熱區(qū)，每個平面熱區(qū)都包括至少一個熱電元件，例如，與根據(jù)電流流 向而被加熱或冷卻的上方板和下方板串聯(lián)連接且耦合的單個珀耳帖器件或包含多個珀耳 帖器件的模塊。優(yōu)選地，平面熱區(qū)不具有電阻加熱器元件。應(yīng)當(dāng)理解的是，具有一個或多個 電阻加熱器元件的主加熱器能夠并入襯底支撐組件中用于平均溫度控制。
[0017] 平面熱區(qū)優(yōu)選地以限定圖案排布，例如，矩形柵格、六邊形柵格、環(huán)形陣列（polar array)、同心環(huán)或任何期望的圖案。每個平面熱區(qū)可以具有任何適合的尺寸并且可具有一 個或多個熱電元件。當(dāng)平面熱區(qū)被供電時，其中所有的熱電元件被加電；當(dāng)平面熱區(qū)不被加 電時，其中所有的熱電元件不被加電。為了使得電連接數(shù)量最小化同時在平面熱區(qū)中使用 珀耳帖器件實(shí)現(xiàn)加熱和冷卻的能力，負(fù)線路、正線路和共用線路被排布成使得每個正電壓 線路與不同組的平面熱區(qū)連接，并且使對應(yīng)的負(fù)電壓線路與連接正電壓線路的同一組的平 面熱區(qū)連接，并且每個共用線路與不同組的平面熱區(qū)連接使得沒有兩個平面熱區(qū)與同一對 正負(fù)電壓線路和同一共用線路連接。因此，通過引導(dǎo)電流通過正電壓線路或其對應(yīng)的負(fù)電 壓線路以及該特定平面熱區(qū)所連接的共用線路，能夠激活該平面熱區(qū)。
[0018] 熱電元件的功率優(yōu)選地小于20W，更優(yōu)選地為5W至10W。在一個實(shí)施例中，每個平 面熱區(qū)不大于在半導(dǎo)體襯底上制造的四個器件管芯，或不大于在半導(dǎo)體襯底上制造的兩個 器件管芯，或不大于在半導(dǎo)體襯底上制造的一個器件管芯，或者面積從16cm 2至IOOcm 2，或 者面積從Icm2至15cm2，或者面積從2cm 2至3cm2，或者面積從0. Icm2至lcm2,以對應(yīng)于襯底 上的器件管芯。熱電元件的厚度可取1毫米至1厘米的范圍。
[0019] 熱板可以包括任何合適數(shù)量的平面熱區(qū)，諸如16至400個平面熱區(qū)。為允許平面 熱區(qū)和/或正電壓線路、負(fù)電壓線路和共用線路之間有空間，平面熱區(qū)的總面積可以是襯 底支撐組件的上表面面積的90%，例如，面積的50-90%。在其它實(shí)施例中，平面熱區(qū)可占面 積的95%或98%。平面熱區(qū)可以是面積的100%。正電壓線路、負(fù)電壓線路或共用線路(通稱 導(dǎo)體線路）可排布成使得在平面熱區(qū)之間有范圍從Imm至IOmm的間隙，或者排布在通過電 絕緣層與平面熱區(qū)的平面分開的單獨(dú)平面中。導(dǎo)體線路優(yōu)選地制作為如空間所允許的那樣 寬，從而承載大的電流并且降低焦耳加熱。在一個實(shí)施例中，其中導(dǎo)體線路與平面熱區(qū)處于 相同的平面中，導(dǎo)體線路的寬度優(yōu)選地在〇. 3mm和2mm之間。在另一實(shí)施例中，其中導(dǎo)體線 路與平面熱區(qū)在不同的平面中，導(dǎo)體線路的寬度可以是0. 3至2_寬或達(dá)到平面熱區(qū)的寬 度，例如，對于300_的卡盤，寬度可達(dá)到1至2英寸。優(yōu)選地，導(dǎo)體線路的材料是具有低電 阻率的材料，諸如Cu、Al、W、Inconel?或M〇。
[0020] 熱電元件提供了優(yōu)于類似尺寸的加熱元件的優(yōu)勢，例如，使用小電阻加熱器陣列 (例如，寬度小于2cm)，相鄰平面熱區(qū)之間的熱串?dāng)_會很嚴(yán)重，這限制了熱板形成具有高空 間頻率的溫度分布和/或提供寬的可調(diào)整溫度范圍的能力。作為熱電元件的珀耳帖器件能 夠補(bǔ)償熱串?dāng)_，因?yàn)椋c常規(guī)的電阻加熱器元件不同的是，珀耳帖器件既能加熱又能冷卻。 因此，利用珀耳帖器件作為熱電元件能夠提供更大的靈活性、更寬的可調(diào)整溫度范圍以及 產(chǎn)生具有高空間頻率的溫度分布的能力。
[0021] 圖1示出了依照一個實(shí)施例的等離子體反應(yīng)器100。等離子體反應(yīng)器100通常包括 處理腔室102,等離子體103能夠在處理腔室102內(nèi)點(diǎn)燃并且持續(xù)以用于處理。在腔室102 內(nèi)通常布置有上方電極104,該上方電極104可經(jīng)由匹配網(wǎng)絡(luò)(未顯示)與第一 RF功率供給 106耦合。第一 RF功率供給106通常構(gòu)造為向上方電極104供給RF能量。氣體入口 108 設(shè)置在上方電極104內(nèi)，用于將例如刻蝕氣體之類的處理氣體引入上方電極104與襯底110 之間的作用（active)區(qū)域中。處理氣體還可以通過諸如氣體噴射器、氣體分布板(例如，噴 頭)、一個或多個氣體環(huán)和/或其它適當(dāng)布置的各種類型的氣體供給裝置引入腔室102中。 在圖示的實(shí)施例中，處理腔室102被布置成大致筒狀形狀，并且腔室壁布置成基本垂直的。 然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使用處理腔室和包括腔室壁在內(nèi)的內(nèi)部部件的各種構(gòu)造。
[0022] 襯底110能夠被導(dǎo)入腔室102中且設(shè)置在襯底支撐件112上，襯底支撐件112充當(dāng) 襯底支撐件，并且任選地，在優(yōu)選實(shí)施例中包括下方電極。襯底支撐件112包括熱傳遞系統(tǒng) 118的上部。熱傳遞構(gòu)件114包括熱傳遞系統(tǒng)118的下部。優(yōu)選地，襯底支撐件與熱傳遞構(gòu) 件114熱接觸良好。諸如硅酮粘合劑之類的粘合劑層能夠用于將襯底支撐件112與熱傳遞 構(gòu)件114粘合。襯底支撐件112還能夠利用諸如軟釬焊（Soldering)或硬釬焊（brazing) 之類的其它接合技術(shù)附接到熱傳遞構(gòu)件114。下文將對包括熱傳遞構(gòu)件114和襯墊支撐件 112的熱傳遞系統(tǒng)118進(jìn)行更詳細(xì)說明。
[0023] 襯底110表示待處理的工件，該待處理的工件可以是例如半導(dǎo)體晶片。除了半導(dǎo) 體晶片之外，襯底可以包括待加工成平板顯示器的玻璃嵌板。襯底110包括在處理期間待 去除(刻蝕）的一層或多層，或者可選地，處理可以包括將一層或多層形成在襯底上。
[0024] 優(yōu)選地，排氣端口 130設(shè)置在腔室102的壁和熱傳遞系統(tǒng)118的壁之間。排氣端 口 130構(gòu)造為用于排出在處理期間形成的氣體，并且通常與位于處理腔室102之外的渦輪 分子泵(未顯示）耦合。在大部分實(shí)施例中，渦輪分子泵被布置成維持處理腔室102內(nèi)的適 當(dāng)壓力。雖然顯示的是排氣端口設(shè)置在腔室壁與襯底支撐件之間，但是排氣端口的實(shí)際放 置可根據(jù)等離子體處理系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)而變化。例如，氣體還可以從內(nèi)置于處理腔室的壁 中的端口中排出。另外，等離子體約束環(huán)組件可以設(shè)置在處理腔室102內(nèi)且在上方電極104 與襯底支撐件112之間以將等離子體103約束在襯底110上方。參見例如共同擁有的美國 專利No. 5, 534, 751、No. 5, 569, 356和No. 5, 998, 932,這些專利的全部內(nèi)容通過引用合并于 此。
[0025] 為了產(chǎn)生等離子體103,處理氣體通常通過氣體入口 108供給到處理腔室102中。 隨后，當(dāng)RF功率源中的一個或兩個被激活時，電場通過RF電極中的一個或兩個而電感地或 電容地耦合在處理腔室內(nèi)部。
[0026] 應(yīng)當(dāng)注意的是，雖然具體描述了等離子體反應(yīng)器100,但是熱傳遞系統(tǒng)本身不限于 任何特定類型的襯底處理裝置并且可適于在任何已知的襯底處理系統(tǒng)中使用，包括但不限 于那些適合刻蝕處理的系統(tǒng)，包括那些適于干刻蝕、等離子體刻蝕、活性離子刻蝕（RIE)、磁 增強(qiáng)活性離子刻蝕（MERIE)、電子回旋加速器諧振（ECR)等的系統(tǒng)。等離子體處理反應(yīng)器可 以包括平行板刻蝕反應(yīng)器，諸如在共同擁有的美國專利No. 6, 090, 304中所描述的雙頻等 離子體刻蝕反應(yīng)器，該專利的內(nèi)容通過引用合并于此。此外，熱傳遞系統(tǒng)可用于多種沉積工 藝中的任一種，包括那些適于化學(xué)氣相沉積（CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD)以 及諸如濺射之類的物理氣相沉積（PVD)的沉積工藝。熱傳遞系統(tǒng)可用于離子植入裝置。
[0027] 此外，可構(gòu)思的是熱傳遞系統(tǒng)可實(shí)施于上述任何反應(yīng)器中以及其它適合的等離 子體處理反應(yīng)器中，而無論是通過直流等離子體源、電容耦合平行電極板、ECR微波等離子 體源、還是通過諸如螺旋波、螺旋諧振器和RF天線（平面型的或非平面型的）之類的電感 耦合RF源向等離子體輸送能量。合適的等離子體產(chǎn)生設(shè)備披露于共同擁有的美國專利 No. 4, 340, 462 (平行板)、美國專利 No. 5, 200, 232 (ECR)以及美國專利 No. 4, 948, 458 (電 感耦合)，這些專利的全部內(nèi)容通過引用合并于此。
[0028] 圖2是熱陣列的示意圖，其中僅示出了四個熱區(qū)T1、T2、T3、T4以圖示出與珀耳帖 器件Ρ1、Ρ2、Ρ3、Ρ4的連接，導(dǎo)體線路Yl和Τ2代表共用線路，并且導(dǎo)體線路Xl +和Χ2 +圖示 出正電壓線路。線路ΧΓ和Χ2^圖示出負(fù)電壓線路。通過向線路乂1+，乂2+31'乂21共給正電 壓或負(fù)電壓以及接通共用線路Yl、Υ2,可以對Ρ1，Ρ2, Ρ3, Ρ4的上表面進(jìn)行加熱或冷卻。例 如，通過經(jīng)由Xl+供給正電壓以及接通線路Υ1，Ρ1能夠被激活以加熱Pl上方的區(qū)域Τ1?？?選地，能夠關(guān)斷Xl +且接通XK來冷卻Pl上方的區(qū)域Tl。熱電元件的熱陣列可以是η乘η 柵格(例如，4\4、5\5、6\6、7\7、8\8、9\9、10父10等)^乘111柵格(例如，4\5、6\9、 12Χ 15等）或具有相同或不同形狀以及相同或不同截面積的熱區(qū)的其它布置。
[0029] 圖3示出了襯底支撐組件120,其包括具有熱板123的加熱板的一個實(shí)施例。熱板 123能夠由通過聚合物材料、無機(jī)材料、陶瓷（諸如二氧化硅、氧化鋁、氧化釔、氮化鋁）或 其它合適材料制成的一層或多層構(gòu)成。襯底支撐組件120還包括介電層，介電層包括至少 一個ESC (靜電箝位）電極124 (例如單極或雙極)，該ESC電極并入熱板123中或附接到熱 板123以通過向箝位電極施加 DC電壓而將襯底靜電箝位到組件120的暴露的上表面上，并 且包含用于冷卻劑流動的通道126的冷卻板105附接到熱板123的下表面上。冷卻板能夠 保持在例如-20°C至+80°C的恒定溫度。襯底支撐組件120還包括并入熱板123中的熱區(qū) Tl, T2, T3, T4,每個熱區(qū)都包括與共用線路107、正電壓線路128和負(fù)電壓電路109連接的單 個熱電珀耳帖器件或珀耳帖元件（Pl，P2, P3, P4)的模塊。二極管121設(shè)置在線路128, 109 與珀耳帖器件P1，P2, P3, P4之間。靜電箝位電極124與箝位電壓供給線路111連接。
[0030] 如圖3所示，平面熱區(qū)Tl, T2, T3, T4中的每一個都與正電壓線路128、負(fù)電壓線路 109和共用線路107連接。沒有兩個平面熱區(qū)Tl, T2等共享同一對線路128/109和107。通 過適當(dāng)?shù)碾婇_關(guān)布置，可以將正電壓線路128或負(fù)電壓線路109以及一個共用線路107與 電源(未示出）連接，由此僅對與該對線路連接的平面熱區(qū)供電。能夠通過時間域多路復(fù)用 來單獨(dú)地調(diào)整每個平面熱區(qū)的時間平均加熱功率。連接在各個平面熱區(qū)Tl, T2, T3, T4與正 或負(fù)電壓線路之間的二極管121不允許從平面熱區(qū)到不活躍（inactive)電壓線路的電流 流動。二極管121能夠物理地定位在熱板中或任何適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。通過激活正或負(fù)電壓線 路，能夠?qū)崿F(xiàn)平面熱區(qū)的上表面的加熱或冷卻，而通過冷卻板105來冷卻或加熱珀耳帖器 件的相對面。
[0031] 包括共用線路107、正電壓線路128和負(fù)電壓線路109的電部件能夠以任何適合的 次序布置在熱板123中的各平面中，其中通過電絕緣材料將各平面彼此分開。能夠通過適 當(dāng)布置的垂直延伸的通孔來實(shí)現(xiàn)各平面之間的電連接。優(yōu)選地，平面熱區(qū)Tl, T2等被布置 為最靠近襯底支撐組件的上表面?？偩€125將線路128、109連接至珀耳帖器件P1-P4。
[0032] 如圖4所示，襯底支撐組件120能夠包括一個或多個附加的加熱器122 (下文稱 為主加熱器)。優(yōu)選地，主加熱器122是獨(dú)立控制的高功率加熱器。每個主加熱器的功率在 100W與10000W之間，優(yōu)選地在500W與2000W之間。該功率可通過主加熱器供給/返回線 路113來輸送。雖然在圖4中僅示出了兩個主加熱器，但主加熱器可以包括以空間陣列布 置(例如，布置為矩形柵格、同心環(huán)形區(qū)域、徑向區(qū)域或環(huán)形區(qū)域和徑向區(qū)域的組合）的三個 或三個以上的電阻加熱器。主加熱器122可以用于改變襯底上的平均溫度、調(diào)整襯底上的 徑向溫度分布或者對襯底進(jìn)行逐步溫度控制。雖然主加熱器122可以位于熱板123的平面 熱區(qū)101的下方，如圖4所示，但是主加熱器可以位于熱板123的上方，如圖5所示。
[0033] 如圖3-5所示的熱板123能夠通過示例性方法制成，該方法包括：將陶瓷粉末、結(jié) 合劑和液體的混合物擠壓成綠色片材；將片材干燥；通過對片材進(jìn)行沖孔而在綠色片材中 形成通孔；通過絲網(wǎng)印刷導(dǎo)電粉末漿料(例如，W、WC、摻雜SiC或M 〇Si2)、擠壓預(yù)切割金屬 箔、噴射導(dǎo)電粉末漿料或任何其它適合技術(shù)將導(dǎo)體線路形成在綠色片材上；將片材對齊； 通過用粘合劑將綠色片材將結(jié)合在一起來或?qū)⒕G色片材燒結(jié)在一起來以形成熱板；用導(dǎo)電 粉末漿料填充通孔；將珀耳帖器件Pl，P2, P3, P4以及二極管121結(jié)合到熱板上，使得珀耳帖 器件與導(dǎo)體線路107、128和109連接，使得在不同的平面熱區(qū)中沒有兩個珀耳帖器件共享 同一對線路128/109和線路107。每個片材均可以是厚度為約0. 3_。
[0034] 如圖3-5所示的熱板123還能夠通過另外的方法制成，該方法包括：（a)將金屬片 材(諸如Al、Inconel?或Cu箔）結(jié)合(例如，熱壓、用粘合劑粘結(jié)）到玻璃纖維復(fù)合板或覆有 電絕緣聚合物膜(例如，聚酰亞胺)的金屬板上；（b)將有圖案的光刻膠膜施加到金屬片材的 表面上，其中有圖案的光刻膠膜中的開口限定成組的共用線路的形狀和位置；（C)通過對 金屬片材的在有圖案的光刻膠膜中的開口中露出的部分進(jìn)行化學(xué)刻蝕來形成該成組的共 用線路；（d)去除光刻膠膜(通過以合適的溶劑中溶解或者通過干剝離）；（e)將電絕緣聚合 物膜施加到金屬片材上；（f)可選地重復(fù)步驟（b) - (e) -次或多次；（g)通過對金屬片材 和電絕緣聚合物膜進(jìn)行沖孔并且用導(dǎo)電粉末漿料填充孔或者通過電鍍金屬填充孔來形成 通孔；（h)將珀耳帖器件和二極管結(jié)合到另一電絕緣聚合物的暴露表面上，以及任選地將 成組的正和負(fù)電壓線路形成到另一電絕緣聚合物的暴露表面上，以及將片材附接在一起使 得每個平面熱區(qū)中的珀耳帖器件連接至一對正和負(fù)電壓線路和一個共用線路，在不同平面 熱區(qū)中沒有兩個珀耳帖器件共享同一對正和負(fù)電壓線路和共用線路。
[0035] 當(dāng)對平面熱區(qū)Tl, T2, T3, T4供電時，DC電流被引導(dǎo)沿期望方向通過平面熱區(qū)的珀 耳帖器件以引起熱區(qū)的加熱或冷卻。因此，通過選擇DC電流的方向，平面熱區(qū)能夠局部地 加熱或冷卻支撐在襯底支撐組件上的半導(dǎo)體襯底的垂直對齊部分。
[0036] 用于襯底支撐組件的制造的合適的絕緣材料和導(dǎo)電材料的示例披露于共同受讓 的美國專利No. 6, 483, 690中，該專利的內(nèi)容通過引用合并于此。
[0037] 雖然已經(jīng)結(jié)合具體的實(shí)施例詳細(xì)說明了加熱板、制造該加熱板的方法以及包括該 加熱板的襯底支撐組件，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將易于理解的是，可以進(jìn)行各種改變和改進(jìn) 以及采用等同方案，而不偏離隨附權(quán)利要求書的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種熱板，其構(gòu)造為覆于用于在半導(dǎo)體處理裝置中支撐半導(dǎo)體襯底的襯底支撐組件 的溫控基板上，所述熱板包括： 電絕緣板； 平面熱區(qū)，其包括至少第一、第二、第=和第四平面熱區(qū)，每個平面熱區(qū)都包括作為熱 電元件的一個或多個巧耳帖器件，所述平面熱區(qū)在整個所述電絕緣板橫向地分布并且能操 作W調(diào)整所述襯底上的空間溫度分布； 正電壓線路，其包括在整個所述電絕緣板橫向分布的第一和第二導(dǎo)電正電壓線路； 負(fù)電壓電路，其包括在整個所述電絕緣板橫向分布的第一和第二導(dǎo)電負(fù)電壓線路； 共用線路，其包括在整個所述電絕緣板橫向分布的第一和第二導(dǎo)電共用線路； 在整個所述電絕緣板橫向分布的第一、第二、第=、第四、第五、第六、第走和第八二極 管； 其中： 所述第一二極管的陽極與所述第一正電壓線路連接并且所述第一二極管的陰極與所 述第一平面熱區(qū)連接； 所述第二二極管的陽極與所述第一平面熱區(qū)連接并且所述第二二極管的陰極與所述 第一負(fù)電壓線路連接； 所述第=二極管的陽極與所述第一正電壓線路連接并且所述第=二極管的陰極與所 述第二平面熱區(qū)連接； 所述第四二極管的陽極與所述第二平面熱區(qū)連接并且所述第四二極管的陰極與所述 第一負(fù)電壓線路連接； 所述第五二極管的陽極與所述第二正電壓線路連接并且所述第五二極管的陰極與所 述第=平面熱區(qū)連接； 所述第六二極管的陽極與所述第=平面熱區(qū)連接并且所述第六二極管的陰極與所述 第二負(fù)電壓線路連接； 所述第走二極管的陽極與所述第二正電壓線路連接并且所述第走二極管的陰極與所 述第四平面熱區(qū)連接； 所述第八二極管的陽極與所述第四平面熱區(qū)連接并且所述第八二極管的陰極與所述 第二負(fù)電壓線路連接； 所述第一共用線路與所述第一和第=平面熱區(qū)兩者連接；并且 所述第二共用線路與所述第二和第四平面熱區(qū)兩者連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的熱板，其中所述平面熱區(qū)不包括任何電阻加熱器元件。
3. 如權(quán)利要求1所述的熱板，其中 (a)每個所述平面熱區(qū)的所述巧耳帖器件位于所述電絕緣板的上部中；所述正電壓線 路和負(fù)電壓線路布置在所述巧耳帖器件下方并且通過在所述電絕緣板中垂直延伸的通孔 與所述二極管電連接；所述共用線路位于所述正電壓線路和負(fù)電壓線路的下方并且通過在 所述電絕緣板中垂直延伸的通孔與所述平面熱區(qū)電連接。
4. 如權(quán)利要求1所述的熱板，其中所述平面熱區(qū)設(shè)定尺寸使得： (a) 每個平面熱區(qū)不大于在所述半導(dǎo)體襯底上制造的四個器件管巧， (b) 每個平面熱區(qū)不大于在所述半導(dǎo)體襯底上制造的兩個器件管巧， (c) 每個平面熱區(qū)不大于在所述半導(dǎo)體襯底上制造的一個器件管巧，或者 (d) 每個平面熱區(qū)與所述半導(dǎo)體襯底上的器件管巧的尺寸W及所述半導(dǎo)體襯底的整體 尺寸成比例。
5. 如權(quán)利要求1所述的熱板，其中所述平面熱區(qū)設(shè)定尺寸使得： (a) 每個平面熱區(qū)為0. 1至1cm2， (b) 每個平面熱區(qū)為2至3cm2， (C)每個平面熱區(qū)為1至15cm2,或者 (d)每個平面熱區(qū)為16至100cm2。
6. 如權(quán)利要求1所述的熱板，其中所述熱板包括16至400個平面熱區(qū)。
7. 如權(quán)利要求1所述的熱板，其中所述電絕緣板包括一層或多層聚合物材料、陶瓷材 料、玻璃纖維復(fù)合物或其組合。
8. 如權(quán)利要求1所述的熱板，其中正電壓線路的總數(shù)量等于或小于所述平面熱區(qū)的總 數(shù)量的一半，和/或所述共用線路的總數(shù)量等于或小于所述平面熱區(qū)的總數(shù)量的一半。
9. 如權(quán)利要求1所述的熱板，其中所述平面熱區(qū)的總面積是所述熱板的上表面的50% 至 100〇/〇。
10. 如權(quán)利要求1所述的熱板，其中所述平面熱區(qū)W矩形柵格、六邊形柵格或環(huán)形陣列 排布；并且所述平面熱區(qū)彼此分開寬度為至少1毫米且寬度為至多10毫米的間隙。
11. 一種襯底支撐組件，其包括： 靜電卡盤（ESC)，其包括構(gòu)造為將半導(dǎo)體襯底靜電猜位在所述襯底支撐組件上的至少 一個靜電猜位電極； 如權(quán)利要求1所述的所述熱板的支撐所述ESC的上側(cè)面；W及 溫控基板，其附接到所述熱板的下側(cè)面。
12. 如權(quán)利要求11所述的襯底支撐組件，還包括布置在所述熱板的上方或下方的至少 一個主加熱器層，其中所述主加熱器層與所述平面熱區(qū)電絕緣，所述主加熱器層包括提供 對所述半導(dǎo)體襯底的平均溫度控制的至少一個電阻加熱器；所述平面熱區(qū)在所述半導(dǎo)體襯 底處理期間提供對所述半導(dǎo)體襯底的徑向和方位溫度分布控制。
13. -種制造如權(quán)利要求1所述的熱板的方法，其包括； 將陶瓷粉末、結(jié)合劑和液體的混合物擠壓成片材； 將所述片材干燥； 通過對所述片材沖孔而在所述片材中形成通孔； 將所述正電壓線路、負(fù)電壓線路和共用線路形成在所述片材上； 將所述片材對齊； 通過粘合劑或燒結(jié)將所述片材結(jié)合W形成所述熱板； 通過導(dǎo)電粉末漿料來填充所述通孔； 將巧耳帖器件和二極管結(jié)合到所述熱板上，使得每個平面熱區(qū)中的巧耳帖器件與一對 正負(fù)線路和一個共用線路連接，使得不同平面熱區(qū)中沒有兩個巧耳帖器件共享同一共用線 路和同一對正負(fù)線路。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中通過絲網(wǎng)印刷導(dǎo)電粉末漿料、擠壓預(yù)切割金屬巧 或噴射導(dǎo)電粉末漿料來形成所述正線路、負(fù)線路和共用線路。
15. -種制造如權(quán)利要求1所述的熱板的方法，其包括； (a) 將金屬片材結(jié)合到玻璃纖維復(fù)合物板或由電絕緣聚合物膜覆蓋的金屬板上； (b) 將有圖案光刻膠膜施加到所述金屬片材的表面上，其中所述有圖案光刻膠膜中的 開口限定與正電壓線路、負(fù)電壓線路和/或共用線路對應(yīng)的成組的導(dǎo)體線路的形狀和位 置； (C)通過化學(xué)刻蝕所述金屬片材的通過所述有圖案光刻膠膜中的所述開口露出的部分 來形成所述成組的導(dǎo)體線路； (d) 去除所述光刻膠膜； (e) 將電絕緣聚合物膜施加到所述金屬片材上； (f) 可選地重復(fù)步驟（b) - (e) -次或多次； (g) 通過貫通所述金屬片材和所述電絕緣聚合物膜沖孔W及用金屬、導(dǎo)電粉末漿料、導(dǎo) 電粘合劑或?qū)щ娋酆衔镏械闹辽僖环N填充所述孔來形成通孔； (h) 將巧耳帖器件和二極管結(jié)合到一個或多個電絕緣聚合物膜上并且將所述膜組裝W 形成所述熱板，使得每個平面熱區(qū)中的巧耳帖器件與一對正負(fù)線路和一個共用線路連接并 且在不同平面熱區(qū)中沒有兩個巧耳帖器件共享同一共用線路W及同一對正負(fù)線路。
16. -種用于在包含如權(quán)利要求11所述的襯底支撐組件的等離子體處理腔室中對半 導(dǎo)體襯底進(jìn)行等離子體處理的方法，其包括： (a) 將半導(dǎo)體襯底裝載到所述處理腔室中并且將所述半導(dǎo)體襯底定位在所述襯底支撐 組件上； (b) 確定補(bǔ)償影響關(guān)鍵尺寸（CD)均勻度的處理?xiàng)l件的溫度分布； (C)利用所述襯底支撐組件來加熱所述半導(dǎo)體襯底W符合所述溫度分布； (d) 點(diǎn)燃等離子體并且在通過對所述平面熱區(qū)的獨(dú)立控制的加熱或冷卻來控制所述溫 度分布的同時處理所述半導(dǎo)體襯底； (e) 將所述半導(dǎo)體襯底從所述處理腔室卸載并且使用不同的半導(dǎo)體襯底重復(fù)步驟 (a)- (e)〇
17. 如權(quán)利要求12所述的襯底支撐組件，其中所述主加熱器層包括兩個或兩個W上加 熱器。
18. 如權(quán)利要求1所述的熱板，其中所述熱板構(gòu)造為支撐靜電猜位層。
【文檔編號】H01C17/02GK104471682SQ201280046142
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月21日
【發(fā)明者】基思·威廉·加夫, 基思·科門丹特, 安東尼·里奇 申請人:朗姆研究公司