CN101283624B - 具有径向温度控制能力的静电卡盘 - Google Patents
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Abstract
提供了一种静电卡盘(“卡盘”)，用于当基片暴露于等离子体时控制横贯基片的径向温度分布。该卡盘包括多个独立可控的气体容积，其每个限定在相对该卡盘的顶部表面的径向构造中，基片将设于该顶部表面上。该卡盘包括支撑元件和基板。该基板设置在该支撑元件下方，并与该支撑元件为隔开关系。该气体容积限定于该基板和该支撑元件之间，由环状成形的隔热分隔件隔开。各气体容积可包括生热源。可控制各气体容积内的气体压力和生热源以影响通过该卡盘的热传导，从而获得横贯该基片的规定的径向温度分布。
Description
背景技术
半导体晶片(“晶片”)制造通常包括将晶片暴露于等离子体，以允许等离子体反应性成分修整晶片表面，例如从晶片表面未受保护的区域去除材料。由等离子体制造过程得到的晶片特性取决于工艺条件，包括等离子体特性和晶片温度。例如，在某些等离子体处理中，晶片表面上的临界尺寸(即特征宽度)随晶片温度的每摄氏温度变化约一纳米。应当理解，其他方面相同晶片制造处理工艺之间的晶片温度差异将导致不同的晶片表面特性。因此，在等离子体处理过程中，晶片温度的变化可导致不同晶片间处理结果的偏离。另外，中心到边缘的晶片温度变化可不利地影响每个晶片上的模片产量。
晶片制造中总的目的是最优化每个晶片上的模片产量，并以尽可能完全相同的方式制造同一类型的各个晶片。为达到这些目的，有必要控制影响横贯单个晶片以及同一类型不同晶片间等离子体处理特性的制造参数。因为等离子体成分反应性是与温度成比例的，所以晶片温度对横贯晶片及不同晶片当中的等离子体处理结果影响显著。因此，始终存在对于改进等离子体制造处理过程中晶片温度控制的需要。
发明内容
在一个实施方式中，披露了一种用于当基片暴露于等离子体时控制横贯基片的径向温度分布的静电卡盘。该静电卡盘包括支撑元件，其具有底部表面和顶部表面。该支撑元件的顶部表面配置为支撑该基片。该静电卡盘还包括基板，其设置在该支撑元件下方并与该支撑元件隔开。该基板包括多个环形槽，该多个环形槽的每个由内壁、外壁和底部表面限定。多个隔热环形区域隔离件(partition)分别设置于该基板的多个环形槽内。各该环形区域隔离件具有以密封方式连接到该支撑元件底部表面的顶部表面。并且，各该环形区域隔离件具有以密封方式连接到该环形槽底部表面的底部表面，该环形区域隔离件设置于该环形槽内。该基板和该支撑元件之间的隔开关系与该环形区域隔离件相结合，以在该静电卡盘内限定多个径向配置的独立可控的气体腔室。
在另一个实施方式中，披露了另一种用于当基片暴露于等离子体时控制横贯基片的径向温度分布的静电卡盘。该静电卡盘包括支撑元件，其具有配置为支撑该基片的顶部表面。该支撑元件还包括平面区域和多个环形翼片结构。该平面区域限定在配置为支撑该基片的该顶部表面和底部表面之间。各该环形翼片结构从该支撑元件平面区域的底部表面垂直延伸。该静电卡盘进一步包括基板，其设置在该支撑元件下方，并与该支撑元件为隔开关系。该基板包括多个环形槽。各该环形槽由内壁、外壁和底部表面限定。若干该环形槽限定为容纳该支撑元件的环形翼片结构。该静电卡盘还包括若干隔热环形区域隔离件，其分别设置于一些未限定为容纳该环形翼片结构的该基板环形槽内。各该环形区域隔离件具有以密封方式连接到该支撑元件平面区域的底部表面的顶部表面。并且，各该环形区域隔离件具有以密封方式连接到该环形槽底部表面的底部表面，该环形区域隔离件设置于该环形槽内。该基板和该支撑元件之间的隔开关系与该环形区域隔离件相结合，以在该静电卡盘中限定若干径向配置的独立可控的气体腔室。
在另一个实施方式中，披露了一种用于当基片暴露于等离子体时控制横贯基片的径向温度分布的系统。该系统包括静电卡盘、气 体供应系统和计算平台。该静电卡盘限定为包括多个独立可控的气体腔室。该独立可控的气体腔室限定在相对于该静电卡盘的顶部表面的径向构造中，该基片将支撑在该顶部表面上。该气体供应系统与每个独立可控的气体腔室流体连通。该气体供应系统限定为控制每个独立可控的气体腔室内的气体压力。在特定的独立可控的气体腔室内的气体压力影响通过该特定独立可控的气体腔室的热传导率。该计算平台限定为监测每个独立可控的气体腔室内的气体压力。响应每个独立可控的气体腔室内的监测气体压力，该计算平台限定为控制该气体供应系统，从而保持横贯该基片的规定的径向温度分布，该基片将被该静电卡盘支撑。
从下面结合附图、作为本发明示例说明的详细描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1示出了根据本发明一个实施方式，用于半导体晶片处理的等离子体室的概括表示；
图2A示出了根据本发明一个实施方式，ESC的垂直截面视图；
图2B示出了如先前根据图2A所述的区域2的放大视图；
图3A示出了根据本发明另一个实施方式，ESC的垂直截面视图，其用于当基片暴露于等离子体时控制横贯该基片的径向温度分布；
图3B示出了根据本发明的一个实施方式，金属元件和径向温度控制区域内基板之间的分界面的放大视图；以及
图4示出了根据本发明的一个实施方式，用于当基片暴露于等离子体时控制横贯基片的径向温度分布的系统的示意图。
在以下描述中，阐述许多具体的细节以提供对本发明更透彻的理解。但是，对于本领域的技术人员，显然，可不利用这些具体细节的某些或全部而实施本发明。另外，公知的工艺操作没有详细描述，以避免不必要地混淆本发明。
图1示出了根据本发明的一个实施方式，用于半导体晶片(此后“基片”)处理的等离子体室100的概括表示。室100由周围的壁101、顶部102、和底部104限定。卡盘103设置于室100内，以把持暴露于室100内产生的等离子体107的基片105。在一个实施方式中，卡盘103限定为静电卡盘(ESC)，其能够带电以将基片105夹在ESC 103。在一个实施方式中，线圈109限定在该室上方，以提供用于在室内部容积内产生等离子体107的能量。
在运行期间，反应气体经过室100从气体导入端口(未示出)流到排气端口(未示出)。然后从功率源(未示出)向线圈109施加高频功率(例如，RF功率)以产生流过线圈109的RF流。流过线圈109的RF流在该线圈109附近产生电磁场。该电磁场产生该蚀刻室100内部容积内的感应电流。该感应电流作用在反应气体上以产生等离子体107。在蚀刻处理过程中，线圈109执行的功能类似于变压器中主线圈的功能，而等离子体107执行的功能类似于变压器中次级线圈的功能。尽管室100描述为电感耦合等离子体室，但应当理解，此处表述的ESC 103的实施方式适用于任何类型的等离子体处理室。
图2A示出了根据本发明的一个实施方式，ESC 103A的垂直横截面视图。ESC 103A限定为当基片暴露于等离子体时控制横贯基片105的径向温度分布。如以下将进一步详细描述的，ESC 103A包括若干独立可控的气体体积，其每个限定为相对ESC 103A的顶部表面的径向构造，基片105支撑在该顶部表面上。各该独立可控的气体腔室包括各自的生热源。在基片105暴露于该等离子体过程中，控制各独立可控的气体腔室内的气体压力和生热以影响经过ESC 103A的热传导从而得到横贯基片105的规定的径向温度分布。
ESC 103A包括具有底部表面201A和顶部表面201B的支撑元件201。在一个实施方式中，支撑元件201具有约1毫米(mm)的顶部到底部表面厚度。但是，应当理解，在其它实施方式中，支撑元件201可限定为具有基本上任何厚度，只要该厚度适合如热传递的工艺要求。例如，在另一个实施方式中，支撑元件201可具有约1cm的厚度。此处的用语“约”指给定值的正或负百分之十内。支撑元件201的顶部表面201B配置为在暴露于等离子体过程中支撑基片105。在不同的实施方式中，支撑元件201可限定为陶瓷层、其上涂覆有等离子体溅射陶瓷的基底材料、聚酰亚胺材料或聚酰亚胺/金属叠层。在又一个实施方式中，支撑元件201限定为包括第一材料的上层和第二材料的下层。例如，该上层可由陶瓷材料形成，并且该下层可由金属(例如铝)形成。另外，该支撑元件201的上和下层可经过机械装置或通过使用导热粘结剂而相互热连接。应当理解，支撑元件201可由基本上任何材料或材料组合形成，这些材料与基片105相容并且在暴露于等离子体过程中能够支撑基片105，同时提供合适的热传递性能。
在图2A的实施方式中，ESC 103A使用电场力将基片105吸引至支撑元件201的顶部表面201B，并在等离子体处理过程中把持基片105。但是，应当理解，此处关于ESC 103A描述的径向温度 控制能力也可在其它类型的卡盘内实现，这些类型的卡盘不必使用电场力来卡紧基片105。例如，关于ESC 103A描述的径向温度控制能力也可在等离子体处理过程中使用机械力把持基片105的卡盘内实现。
ESC 103A还包括基板205，设于支撑元件201下并且在基片105下的区域内与支撑元件201隔开。在一个实施方式中，基板限定为具有约15英寸的直径以及约2英寸的顶部到底部厚度。但是，应当理解，在其它实施方式中，基板205可限定为具有不同的尺寸。在一个实施方式中，基板205由高导热率材料(例如，铝)形成，并且包括若干冷却通道213，从而基板205起到散热片的作用。在一个实施方式中，液态冷却剂(如水)流过冷却通道213以从ESC103A去除热量。但是，应当理解，在其它实施方式中，也可使用其它类型的冷却剂，只要该具体类型的冷却剂可与ESC 103A材料化学上相容。
基板205包括若干环形槽。各该环形槽由内壁、外壁和底部表面限定。另外，各该环形槽限定为基本上以ESC 103A的垂直中心线为中心。例如，图2A中示例性的ESC 103A示出了四个环形槽。环形槽的内壁由表面209A、209D、209G和209J限定。环形槽的外壁由表面209B、209E、209H和209K限定。环形槽的底部表面由表面209C、209F、209I和209L限定。
多个隔热环形区域隔离件207A-207D分别设置于基板205的环形槽内。各该环形区域隔离件207A-207D具有以密封方式连接到支撑元件201底部表面203A的顶部表面。并且，各该环形区域隔离件207A-207D具有以密封方式连接到环形槽底部表面(209C、209F、209I、209L)的底部表面，环形区域隔离件207A-207D设置于该环形槽内。应当理解，各该环形区域隔离件207A-207D设置于其各自的环形槽内，而不接触环形槽的内壁(209A、209D、209G、209J) 以及环形槽的外壁(209B、209E、209H、209K)。因此，隔热环形区域隔离件207A-207D用于限制支撑元件201和基板205之间的固体到固体的热传导。在一个实施方式中，环形区域隔离件207A-207D由可粘合支撑元件201和基板205的塑料材料形成。
在一个示例性的实施方式中，基板205内环形槽的深度在从约0.5英寸延伸到约0.75英寸的范围内。在该实施方式中，应当理解，环形槽相对较深，从而该隔热环形区域隔离件跨越从支撑元件201到基板205的相对较大的垂直距离。因此，在该实施方式中，不大可能会通过该低热传导率环形区域隔离件207A-207D在支撑元件201和基板205之间发生可感知的量的热传导。
基板205也包括外围支撑结构206，支撑元件201以密封方式设置在该外围支撑结构206上。支撑结构206不仅提供对于支撑元件201和基片105的结构支撑，并且还使该RF功率能够从基板205经过支撑元件201流到基片105。在图2A的实施方式中，支撑结构206描述为基板205的延伸部分。但是，在其它实施方式中，支撑结构206可由单独的低导热率材料形成。例如，在一个实施方式中，支撑结构206可由涂覆有足够厚RF传导层的绝缘材料形成。
基板205和支撑元件201之间隔开的关系与连接在基板205和支撑元件201之间的环形区域隔离件207A-207D相结合用以形成ESC 103A内的若干独立可控的气体腔室225A-225E。更具体地，各该独立可控的气体腔室225A-225E限定于基板205和支撑元件201之间，由作为隔离分隔物的环形区域隔离件207A-207D间隔开。ESC 103A还包括若干生热源211A-211E，例如薄膜加热器，分别设置于该多个独立可控的气体腔室225A-225E内。各该生热源211A-211E限定为与支撑元件201的底部表面203A相接触并避免与基板205相接触。应当理解，各该独立可控的气体腔室对应一个ESC 103A内的径向温度控制区域(区域1-区域5)。
图2B示出如先前根据图2A描述的区域2的放大视图。应当理解，为图2B中区域2提供的示例性描述可同样地适用于如图2A描述的ESC 103A内的其它径向温度控制区域。气体区域2的气体腔室225B示为由环形区域隔离件207A和207B、支撑元件201和基板205约束。在基板205内提供有气体导管215以与气体腔室225B流体连通。在等离子体处理过程中，可通过该气体导管215提供或排出气体，如箭头217所示，以在气体腔室225B内获得指定的气体压力。
在生热源211B和基板205由环形槽约束的部分之间存有近距的(close-spaced)间隙223。更具体地，间隙223限定为在生热源211B下面和对面的基板205水平表面之间的水平间隙。在一个实施方式中，该间隙的垂直厚度在从约0.001英寸延伸到约0.003英寸的范围内。金属层203和基板205之间大部分的热传递经过该生热源211B和跨过水平间隙223发生。应当理解，通过改变气体腔室225B内的气体压力，可改变跨过间隙223的热传导率。因此，气体腔室225B内的气体压力可用来控制在对应气体腔室225B的径向温度控制区域(区域2)附近通过ESC 103A的热传递。因此，通过将ESC 103A限定为包括多个独立可控的气体腔室225A-225E，ESC 103A限定为具有多个独立可控的径向温度控制区域(区域1-区域5)。尽管图2A中的实施方式描述了5个径向温度控制区域，但应当理解，在其它实施方式中可实现不同数量的径向温度控制区域。实现更多径向温度控制区域可提供更强的与控制横贯基片105的径向温度梯度有关的能力。
通过在不同的径向温度控制区域(区域1-区域5)内控制气体压力以及由此控制热传导率，可从基片105中心到基片105边缘建立规定的径向温度梯度。在一个实施方式中，特定气体腔室225A-225E内的气体压力可控制在从约10托延伸到约1大气压的 范围内。在一个实施方式中，供应氦气到不同的气体腔室225A-225E中。但是，在其他实施方式中，可提供其他类型的气体或气体混合物(例如，氮)到该不同的气体腔室225A-225E中。在又一个实施方式中，可提供液体而不是气体到不同的气体腔室225A-225E中。另外，尽管本发明描述为具有径向成形的温度控制区域，但是应当理解，在其它实施方式中，可将ESC 103A内不同的独立可控的气体腔室限定为对应非径向的几何结构。例如，在其它的实施方式中，ESC 103A内的不同气体腔室可限定为六角状分隔的结构或者扇形分隔的结构。
通过ESC 103A特定的径向温度控制区域(区域1-区域5)的热传递不仅受该特定区域内该气体的依赖于压力的热传导率影响，并且还受设置于该特定区域内生热源211A-211E热输出的影响。更具体地，各生热源211A-211E可被独立控制，以增强等离子体热通量，从而能够产生从基片105到基板205通过ESC 103A的更强的温度梯度。应当理解，各生热源211A-211E的热输出可以共同的方式增加或减少以调整处理窗的动态温度范围，而不改变由不同径向温度控制区域内的不同气体压力所限定的径向温度分布。另外，生热源211A-211E可基于温度监测反馈或规定的工艺制法而处于计算机的控制下，以确保保持各区域内合适的温度。例如，在一个实施方式中，闭环反馈控制用于控制两个区域内的生热源，而另外三个区域内的生热源基于计算被静态地设定。不是在全部五个径向区域内都要求有监测器，该特定的示例性实施方式仅在具有闭环反馈控制的两个径向区域内要求监测器。因此，该示例性实施方式节约了在没有闭环反馈控制的三个径向区域内的与温度监测器相关联的成本和空间。除了上述示例性实施方式之外，应当理解，可实现关于生热源控制的许多不同的方案，以满足不同的工艺和系统要求。
在一个实施方式中，存在于各径向温度控制区域(区域1-区域5)内的生热源211A-211E可以是共同生热源的一部分。在另一个实施方式中，存在于各径向温度控制区域(区域1-区域5)内的生热源211A-211E可以是独立的。在该实施方式的一个变体中，各该生热源211A-211E限定为提供共同的热输出并被共同控制。在该实施方式的另一个变体中，各该生热源211A-211E限定为被独立控制。另外，在图2A-2B的实施方式中，生热源211A-211E设置于气体腔室225A-225E内，并与支撑元件201的底部表面203A相接触。但是，在另一个实施方式中，各生热源211A-211E在覆盖其各个径向温度控制区域(区域1-区域5)的位置处可被嵌入到支撑元件201内。应当理解，该生热源配置的灵活性提供了补偿不均一等离子体，尤其是径向方向不均一的等离子体的广泛的能力。
图3A示出了根据本发明的另一个实施方式ESC 103B的垂直截面视图，其用于当基片暴露于等离子体时控制横贯基片105的径向温度分布。ESC 103B包括支撑元件301，其具有配置为支撑基片105的顶部表面301B。应当理解，在材料组成和构造灵活性方面，图3A的支撑元件301与先前关于图2A-2B所述的支撑元件201等同。
支撑元件301包括平面区域303A和多个环形翼片结构303B。支撑元件301的平面区域303A限定在顶部表面301B和底部表面301A之间。该多个环形翼片结构303B的每个从该平面区域303A的底部表面301A垂直延伸。在一个实施方式中，平面区域303A的顶部到底部表面厚度为约1mm。但是，应当理解，在其他实施方式中，平面区域303A的顶部到底部表面厚度可限定为具有基本上任何厚度，只要该厚度适于例如热传递的工艺要求。
ESC 103B还包括设于支撑元件301下的基板305，并且该基板305与支撑元件301在覆盖基片105的区域为隔开关系。与基板205 相同，基板305由高导热率材料形成并包括若干冷却通道213，从而基板305起到散热片的作用。以与先前关于图2A-2B所描述的基板205类似的方式，基板305包括若干环形槽。各内部环形槽由内壁、外壁和底部表面限定。该外部环形槽由内壁和底部表面限定。该若干环形槽限定为容纳金属元件303的环形翼片结构303B。另外，若干环形槽限定为容纳隔热区域隔离件。
图3B示出了根据本发明的一个实施方式，径向温度控制区域(区域1-区域5)内，支撑元件301和基板305之间的分界面的放大视图。用于容纳环形翼片结构303B的环形槽由各自的内壁(309D、309G、309J)、各自的外壁(309E、309H、309K)和各自的底部表面(309F、309I、309L)限定。以类似的方式，各环形翼片结构303B由各自的内部表面、各自的外部表面和各自的底部表面限定。基板305和支撑元件301之间的隔开关系形成在该环形槽内壁和由该环形槽容纳的环形翼片结构内部表面之间的第一间隙323A。基板305和支撑元件301之间的隔开关系还形成在该环形槽外壁和由该环形槽容纳的环形翼片结构外部表面之间的第二间隙323B。在一个实施方式中，各该第一和第二间隙323A和323B的厚度在从约0.001英寸延伸到约0.003英寸的范围内。
在一个实施方式中，可精确地机械加工支撑元件301和基板305。在该实施方式中，标定点(index point)的使用使得环形翼片结构303B能够精确定位在基板305内它们各自的环形槽中。另外，应当理解，在特定环形翼片结构303B相对侧上的间隙厚度323A和323B的补偿变化将会使从特定环形翼片结构303B到基板305的净导热率大体上不受间隙323A和323B厚度变化的影响。
基板305和支撑元件301之间的隔开关系形成在基板305和支撑元件301平面区域303A的底部表面301A之间的第三间隙327。基板305和支撑元件301之间的隔开关系还形成在环形翼片结构 303B的底部表面和基板305之间的第四间隙329。因为热传递主要分别发生在环形翼片结构303B的内部和外部表面以及环形槽的内壁和外壁之间，因此间隙327和329的厚度并非关键。因此，间隙327和329的厚度可以制造成相对较大，以确保支撑元件301在ESC103B装配期间不接触基板305。
ESC 103B还包括若干隔热环形区域隔离件207A-207D，其分别设置于该基板305中未限定为容纳环形翼片结构303B的若干环形槽内。各环形区域隔离件207A-207D具有以密封方式连接到支撑元件301平面区域303A的底部表面301A的顶部表面。另外，各环形区域隔离件207A-207D具有以密封方式连接到该环形槽底部表面的底部表面，环形区域隔离件207A-207D设置于该环形槽内。另外，各环形区域隔离件207A-207D设置于其各自的环形槽内，而不接触该环形槽的内壁或外壁。
基板305和支撑元件301之间的隔开关系与连接在基板305和支撑元件301之间的环形区域隔离件207A-207D相结合，以在ESC103B内限定多个独立可控的气体腔室。例如，图3B示出了限定在基板305和支撑元件301之间的独立可控的气体腔室325，并由用作隔离分隔件的环形区域隔离件207分开。应当理解，各该独立可控的气体腔室对应ESC 103B内的径向温度分布区域(区域1-区域5)。通过在不同的径向温度控制区域(区域1-区域5)内部控制气体压力以及由此控制热传导率，可从基片105中心到基片105边缘建立规定的径向温度梯度。与图2A-2B中ESC 103A一样，ESC 103B的不同实施方式可实现不同数量的径向温度控制区域或不同几何结构的温度控制区域。另外，与ESC 103A一样，ESC 103B的不同实施方式可提供氦气、氮气或其他类型的气体/气体混合物到各径向温度控制区域内的气体腔室。
ESC 103B还包括若干生热源311，例如薄膜加热器，其分别设置于若干独立可控的气体腔室内。在一个实施方式中，各该生热源311与邻近的环形翼片303B之间的支撑元件301平面区域303A的底部表面301A接触。各生热源311限定为避免与基板305相接触。在一个实施方式中，存在于各径向温度控制区域(区域1-区域5)内的生热源311可以是共同生热源的一部分。在另一个实施方式中，存在于各径向温度控制区域(区域1-区域5)内的生热源311可以是独立的。在该实施方式的一个变体中，各该生热源311限定为提供共同的热输出并被共同控制。在该实施方式的另一个变体中，各该生热源311限定为被独立地控制。另外，在另一个实施方式中，各生热源311可在覆盖其各自环形温度控制区域(区域1-区域5)的位置处被嵌入到支撑元件301内。
和图2A-2B中ESC 103A一样，通过ESC 103B特定的径向温度控制区域(区域1-区域5)的热传递不仅受该特定区域内该气体的依赖于压力的热传导率影响，并且还受设于特定区域内生热源311的热输出影响。通过在ESC 103B的不同径向温度控制区域(区域1-区域5)内控制气体压力以及由此控制热传导率，可从基片105的中心到基片105的边缘建立规定的径向温度梯度。在一个实施方式中，ESC 103B特定气体腔室内的气体压力可控制在从约10托延伸到约1大气压的范围内。另外，各生热源311的热输出可以共同的方式增加或减少，以调整处理窗的动态温度范围，而不改变由不同径向温度控制区域内不同气体压力所限定的径向温度分布。
出于多个原因，例如等离子体反应物消耗，在等离子体处理过程中，在基片边缘附近往往具有更少的等离子体反应物。结果，横向蚀刻率在该基片中心和该基片边缘之间变化。横向蚀刻率对得到的横贯晶片的临界尺寸具有直接影响。该由本发明的ESC提供的多个径向温度控制区域能力能够通过控制横贯该晶片的径向温度分 布来补偿横贯该基片的横向蚀刻率变化。例如，本发明的ESC可产生晶片径向温度分布，作为主要目标为临界(即横向)尺寸控制的工艺调整手段。因此，由本发明的ESC提供的多个径向温度区域分布能力能够更好地适合于临界尺寸偏移补偿数据，尤其在该基片边缘。
因为可快速调整ESC特定径向温度区域内的气体压力，所以可快速调整通过该特定径向温度区域的热传导率。结果，ESC能够实时控制横贯基片径向温度分布。例如，通过改变不同径向区域内的气体压力，基片温度可变化高达4℃/秒。该快速的温度变化率可减少在步骤之间的温度分布必须变化的情况中处理步骤之间的温度调整时间，这可提高基片产量。本发明的ESC也使得中心到边缘的基片温度梯度能够超过30℃。另外，存在于ESC内的生热源使总体温度分布能够变化超过40℃。
图4示出了根据本发明的一个实施方式，用于当基片暴露于等离子体时控制横贯基片的径向温度分布的系统的示意图。该系统包括等离子体处理室100，其具有这里提出的ESC 103A或ESC 103B。为便于讨论，在该说明书的剩余部分中使用的词语“ESC”同等地指ESC 103A或ESC 103B。ESC限定为包括若干独立可控的气体腔室。在一个实施方式中，在相对ESC的顶部表面的径向构造中限定这些气体腔室，在该ESC上将支撑基片105。
该系统还包括气体供应系统401，其与该多个独立可控的气体腔室的每个流体连通，如箭头413所示。气体供应系统401限定为调节ESC内各该独立可控气体腔室内的气体压力。如先前所讨论的，ESC特定的独立可控气体腔室内的气体压力影响通过该特定独立可控的气体腔室的热传导率。并且，如先前所讨论的，ESC包括多个分别设在各独立可控的气体腔室内的生热源。另外，ESC的一种或多种独立可控的气体腔室可包括温度传感器和/或压力传感器。
该系统进一步包括计算平台403，其限定为监测在ESC的一个或多个独立可控的气体腔室内的温度和气体压力，如分别由箭头405和407所示。响应ESC的独立可控的气体腔室内的监测温度和气体压力，该计算平台限定为根据需要为该独立可控气体腔室计算生热源和气体压力调整以保持横贯基片105的规定的径向温度分布。然后，该计算平台403向ESC发送适当的生热源控制信号，如箭头409所示。同样地，计算平台403发送合适的气体压力控制信号到气体供应系统401，如箭头411所示。作为响应，该气体供应系统401确保对ESC的独立可控气体腔室内气体压力的正确地调整。
尽管本发明已根据多个实施方式进行了描述，但容易理解，本领域的技术人员通过阅读前述说明书以及学习附图能够实现多种改变、增加、置换及等同方式。因此，本发明意在包括所有落入本发明主旨和范围内的这样的改变、增加、置换及等同方式。
Claims (21)
1.一种用于当基片暴露于等离子体时控制横贯基片的径向温度分布的静电卡盘，其包括：
支撑元件，其具有底部表面和顶部表面，所述支撑元件的顶部表面被配置为支撑所述基片；
基板，其设置在所述支撑元件下方，并与所述支撑元件为隔开关系，所述基板包括多个环形槽，所述多个环形槽中的每个由内壁、外壁和底部表面限定；以及
多个隔热环形区域隔离件，其分别设置于所述基板的所述多个环形槽内，所述多个环形区域隔离件中的每个具有以密封方式连接到所述支撑元件的底部表面的顶部表面，所述多个环形区域隔离件中的每个具有以密封方式连接到所述环形槽的底部表面的底部表面，所述环形区域隔离件设置于所述环形槽内；
其中，由所述基板和所述支撑元件之间的所述隔开关系以及连接在所述基板和所述支撑元件之间的所述多个环形区域隔离件限定多个独立可控的气体腔室。
2.根据权利要求1所述的静电卡盘，其中，所述多个环形区域隔离件的每个设置于其各自的环形槽内，而不接触所述环形槽的内壁或所述环形槽的外壁。
3.根据权利要求1所述的静电卡盘，其中，所述基板由高导热率材料形成，并且包括多个冷却通道，从而所述基板起到散热片的作用。
4.根据权利要求1所述的静电卡盘，进一步包括：
多个薄膜加热器，其分别设置在所述多个独立可控的气体腔室内，并且与所述支撑元件的底部表面接触。
5.根据权利要求4所述的静电卡盘，其中，在所述多个薄膜加热器中的每个以及由一个或多个所述环形槽约束的所述基板的一部分之间存在间隙，所述间隙的垂直厚度在从0.001英寸延伸到0.003英寸之间的范围内。
6.根据权利要求4所述的静电卡盘，其中，所述多个薄膜加热器中的每个限定为基于闭环反馈而被独立地控制。
7.根据权利要求1所述的静电卡盘，进一步包括：
多个气体导管，限定于所述基板内，以与所述多个独立可控气体腔室中的各个气体腔室流体连通。
8.一种用于当基片暴露于等离子体时控制横贯基片的径向温度分布的静电卡盘，包括：
支撑元件，其具有配置为支撑所述基片的顶部表面，所述支撑元件具有平面区域和多个环形翼片结构，所述平面区域限定在配置为支撑所述基片的所述顶部表面和底部表面之间，所述多个环形翼片结构的每个从所述平面区域的底部表面垂直延伸；
基板，其设置在所述支撑元件下方，并与所述支撑元件为隔开关系，所述基板包括多个环形槽，所述多个环形槽的每个由内壁、外壁和底部表面限定，其中，所述多个环形槽中的一些限定为容纳所述支撑元件的所述多个环形翼片结构；以及
多个隔热环形区域隔离件，其分别设置于所述基板的所述多个环形槽的一些内，这些环形槽未限定为容纳所述多个环形翼片结构，所述多个环形区域隔离件的每个具有以密封方式连接到所述支撑元件的平面区域的底部表面的顶部表面，所述多个环形区域隔离件的每个具有以密封方式连接到所述环形槽的底部表面的底部表面，所述环形区域隔离件设置于所述环形槽内；
其中，由所述基板和所述支撑元件之间的所述隔开关系以及连接在所述基板和所述支撑元件之间的所述多个环形区域隔离件限定多个独立可控的气体腔室。
9.根据权利要求8所述的静电卡盘，其中，所述多个环形区域隔离件中的每个设置于其各自的环形槽内，而不接触所述环形槽的内壁或外壁，并且其中，所述多个环形翼片结构中的每个容纳于其各自的环形槽内，而不接触所述环形槽的内壁、外壁或底部表面。
10.根据权利要求8所述的静电卡盘，其中，所述基板由高导热率材料形成，并且包括多个冷却通道，从而所述基板起到散热片的作用。
11.根据权利要求8所述的静电卡盘，进一步包括：
多个薄膜加热器，其分别设置在所述多个独立可控的气体腔室内，并且与在相邻的环形翼片结构之间的所述支撑元件的平面区域的底部表面相接触，所述多个薄膜加热器中的每个限定为避免与所述基板相接触。
12.根据权利要求11所述的静电卡盘，其中，所述多个薄膜加热器中的每个限定为基于闭环反馈而被独立地控制。
13.根据权利要求8所述的静电卡盘，其中，所述多个环形翼片结构中的每个由内部表面、外部表面和底部表面限定，所述基板和所述支撑元件之间的隔开关系形成所述环形槽的内壁和由所述环形槽容纳的所述环形翼片结构的内部表面之间的第一间隙，所述基板和所述支撑元件之间的隔开关系形成所述环形槽的外壁和由所述环形槽容纳的所述环形翼片结构的外部表面之间的第二间隙，所述第一间隙和所述第二间隙中的每个具有在从0.001英寸延伸到0.003英寸的范围内的厚度。
14.根据权利要求8所述的静电卡盘，进一步包括：
限定于所述基板内的多个气体导管，与所述多个独立可控气体腔室中的各个气体腔室流体连通。
15.一种用于当基片暴露于等离子体时控制横贯基片的径向温度分布的系统，包括：
静电卡盘，其限定为包括多个独立可控的气体腔室，所述多个独立可控的气体腔室限定在相对于所述静电卡盘的顶部表面的径向构造中，所述基片将被支撑在所述顶部表面上；
气体供应系统，与所述多个独立可控的气体腔室的每个流体连通，所述气体供应系统限定为调节所述多个独立可控的气体腔室的每个内的气体压力，在特定的独立可控的气体腔室内的气体压力影响通过所述特定独立可控的气体腔室的热导率；以及
计算平台，其限定为监测在所述多个独立可控的气体腔室的每个内的气体压力，所述计算平台进一步限定为响应于所述多个独立可控的气体腔室的每个内的所监测的气体压力而控制所述气体供应系统，从而保持横贯将被所述静电卡盘支撑的基片的规定的径向温度分布。
16.根据权利要求15所述的系统，进一步包括：
多个生热源，其分别设置于所述多个独立可控的气体腔室的每个内，其中，所述多个生热源的每个限定为基于闭环反馈而被独立地控制。
17.根据权利要求15所述的系统，其中，所述静电卡盘包括支撑元件，其具有限定为支撑所述基片的顶部表面，所述静电卡盘进一步包括设置于所述支撑元件下方并与所述支撑元件为隔开关系的基板，所述多个独立可控的气体腔室限定在所述基板和所述支撑元件之间。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述多个独立可控的气体腔室中相邻的那些由环状的隔离分隔件互相分开，所述隔离分隔件以密封的方式与所述支撑元件和所述基板连接。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述环形的隔离分隔件中的每个限定为通过限定在所述基板内的各自的环形槽垂直延伸，所述各自的环形槽大于所述环形的隔离分隔件，从而所述环形隔离分隔件的内部表面和外部表面不接触所述环形槽内的所述基板。
20.根据权利要求17所述的系统，其中，在所述基板和所述支撑元件之间的所述多个独立可控的气体腔室的每个内，最短导热间隙保持在从0.001英寸延伸至0.003英寸的范围内。
21.根据权利要求16所述的系统，其中，所述计算平台限定为监测所述多个独立可控的气体腔室的一个或多个内的温度，所述计算平台进一步限定为响应于所述一个或多个监测的温度而控制所述生热源，从而保持横贯将被所述静电卡盘支撑的所述基片的规定的径向温度分布。
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