CN101471280A - 静电卡盘装置 - Google Patents

Abstract

一种静电卡盘，包括通过其提供传热气体的倾斜导管或倾斜激光钻孔通路。倾斜导管和/或倾斜激光钻孔通路的一段沿着与所产生的用于将衬底保持到卡盘上的电场的轴不同的轴延伸，从而使等离子体弧和背侧气体的离子化最小化。可以将第一栓塞插入到所述导管中，其中所述第一栓塞的第一外部通道的一段沿着与电场的轴不同的轴延伸。可以将第一和第二栓塞插入到延伸穿过电介质部件和电极中的至少一个的陶瓷套筒。最终，电介质部件的表面可以包括在距电介质部件中心的径向距离处设置的压纹以便改善热传递和气体分布。

Description

静电卡盘装置

技术领域

根据本发明的装置和方法总体上涉及一种用于保持衬底的静电卡盘装置。

背景技术

卡盘是在进行加工的同时能够用于稳定和保持各种物体如半导体衬底的设备。有多种不同类型的卡盘，例如机械卡盘、真空卡盘或静电卡盘。

静电卡盘通过使用相反电荷表面之间的吸引力例如库仑力将物体和卡盘保持在一起来稳定和保持物体。在用于化学和/或物理沉积装置以及蚀刻装置的处理腔中静电卡盘可以用于执行各种功能，例如保持硅晶片。

静电卡盘相对于机械和真空卡盘具有很多优点。例如，与机械卡盘或真空卡盘相比静电卡盘通常施加更均匀的力。静电卡盘也减少了由机械卡盘所使用的夹具引起的应力诱发裂纹并允许处理衬底的大部分。静电卡盘还可以用于在低压下进行的处理。

例如，图1A和1B示出了用于保持衬底30的典型静电卡盘10的横截面。卡盘10包括嵌入在电介质17中的电极15、平坦的接收表面20和冷却基座25。当电极15被加电时，相反的静电电荷聚集在衬底30中并且由此产生的静电力在接收表面20上保持衬底30。一旦将衬底30稳定地保持在接收表面20上，就可以用等离子体处理衬底30。

通常，在处理半导体衬底的过程中，衬底在经受不同的处理步骤时被反复加热和冷却。通常，在真空腔中执行处理步骤，特别是等离子体处理步骤。然而，由于真空不能提供热传导或热对流，因此真空环境限制了对衬底的散热。

典型地，在执行处理的同时控制衬底的温度是很重要的。然而，衬底和卡盘之间的热接触不够大，通常不足以容纳衬底上由等离子体施加的热负载。在不存在某些改善被处理的衬底和邻近表面之间的热传递的机制的情况下，衬底的温度可能会超出可接受的范围。因此，经常在至衬底和卡盘之间引入通常为诸如氦的气体的传热介质以提高热接触和衬底至卡盘的热传递。然而，在传统静电卡盘中引入传热介质会产生几个问题。

传统静电卡盘的第一个问题是需要在衬底和卡盘之间的区域中引入传热气体，这将在卡盘表面中引入一些不连续性。例如，如图1A和1B所示，通常形成某些类型的穿过静电卡盘10的表面到达位于静电卡盘10的表面后面的气体通路的导管5。然而，引入这种导管的的一个缺陷是等离子体弧可能从衬底的背侧形成到金属冷却基座25。这种等离子体弧是不希望有的，因为其可能导致对衬底和静电卡盘的损害。

传统静电卡盘的第二个问题是为了提供从衬底至卡盘的空间均匀的热传导，引入的任何传热介质必须沿着朝向卡盘的衬底表面均匀分布。

试图解决前述第一个问题，即不希望有的等离子体弧，用于减小等离子体弧可能性的传统方法包括使导管的直径更小或增加电介质部件的厚度。另外，可以通过移动电极使其更远离导管的中心来减小等离子体弧。另一方面，如果导管连接两个金属表面，那么这种配置实际上将增加由于自由电子从金属表面的发射而引起等离子体弧的可能性。这限制了可以传送到衬底的RF功率的量。这种对功率的限制导致了对蚀刻速率的限制，因此限制了工具的吞吐量。

更具体而言，静电卡盘的一个功能是将DC和RF功率传送到衬底和腔中的等离子体。这种功率传送产生穿过构成静电卡盘结构的大部分的电介质和导管的电场。这些电场可以向导管内的自由电子提供能量，然后所述自由电子又可以将能量施加给背侧的传热气体。该过程会引起背侧的传热气体离子化，这会：(1)不希望地对背侧的传热气体进行加热，或(2)在导管内产生击穿或灾难性的弧。

图2示出了表示与静电卡盘的导管和电介质一起存在的电场的模拟图。具体而言，图2示出了在RF峰-峰值电压为4000V、夹持电压为500V和冷却基座接地情况下的电场。由此产生的电场随着时间稍微有所改变，因此图2示出了RF周期中等效于为零的衬底电位(DC和RF)的点。

多种原因可以导致背侧的传热气体的击穿。发生这种击穿的主要原因是自由电子从穿过导管的电场获得了足够的能量。这种激发的电子随后可以使背侧的传热气体离子化。

对于使电子获得足够的能量以使背侧传热气体离子化的可能性最小化有几种可能的选择：(1)增加电子与非电子发射表面碰撞的频率，(2)减小穿过导管的电场，(3)减小电子与背侧气体分子的碰撞(减小压力)，(4)增加与背侧气体分子的碰撞频率(增加压力)，或(5)使电子沿电场方向经受的实际电压降最小化。

然而，由于通过处理条件设置背侧气体压力，因此通过增加或减小与导管内的背侧气体的碰撞频率来控制电子能量的选择是有问题的。如本领域技术人员所了解的那样，浸入气体中的两个平行-板电极的直流击穿电压作为气体压力和电极间隔的函数的的理论关系被称作帕邢曲线。例如，如图3所示，针对氦的典型帕邢曲线表明在p·d为40Torr.mm时具有约150V的最小电压。

处理条件决定了工具操作出现在帕邢曲线最低部分附近。因而，减小电子和背侧气体分子的碰撞(减小压力)的选项(3)、或增加与背侧气体分子的碰撞频率(增加压力)的选项(4)是不实用的。因此，只有增加电子与非电子发射表面碰撞的频率的选项(1)、减小穿过导管的电场的选项(2)、以及使电子沿电场方向经受的实际电压降最小化的选项(5)是使电子获得足够的能量以使背侧传热气体离子化的可能性最小化的实用选项。

减小穿过导管的电场、，即实现选择选项(2)的一种可能性涉及增加导管的长度，因为增加导管的长度通常使由于衬底相对于阴极的固定几何条件而导致的穿过导管的电场最小化。也就是说，对于衬底与冷却基座之间的给定电压，可以简单地通过增加导管的长度(即增加衬底与冷却基座之间的电介质的厚度)来减小穿过导管的电场。

然而，如果增加导管的长度实际上并没有减小电场，那么简单地增加导管的长度可能由于对于各种气体的p·d乘积的增加而导致使背侧气体离子化的可能性的实际增加，如下面的表1所示：

表1：各种气体的最小击穿电势

 

气体	Vs min(V)	在Vsmin下的p·d(Torrmm)
			空气空气	327	5.67
Ar	137	9
			H2	273	11.5
He	156	40
			CO2	420	5.1
N2	251	6.7
			N2O	418	5
O2	450	7
			SO2	457	3.3
H2S	414	6

(数据来自Naidu，M.S.和Kamaraju，V.，High Voltage Engineering，2nd ed.，McGraw Hill，1995，ISBN 0-07-462286-2)。

此外，导管周围的电极隔绝区(electrode exclusion)的直径也可以决定导管中的实际最大电场。

因此，对于基于RF传送、电介质材料的成本和生产的物理限制增加导管的长度(即增加包含导管的电介质材料的厚度)而言存在许多限制。此外，对于基于夹持要求的电极隔绝区而言也存在限制。也就是说，电极隔绝区的直径不能如此之大，以致失去夹持力。

因此，如果减小电场是不实用的，那么剩下的使电子获得足够的能量以使背侧传热气体离子化的可能性最小化选项是(1)增加电子与非电子发射表面的碰撞和(5)使电子沿电场方向经受的实际电压降最小化。具体而言，如果不能使电场实际减小，那么可以通过减小如表达式1所提供的电子行进的距离而使电子获得用于离子化的足够能量的可能性最小化。

$V=\underset{a}{\overset{b}{-\∫}}\stackrel{\→}{E}\·d\stackrel{\→}{s}$  (表达式1)

使电子获得的能量最小化的一种方式是使导管的直径最小化并由此增加电子与导管壁碰撞的可能性(由此使获得的能量最小化)。虽然这一技术有助于使背侧气体的离子化最小化，但该技术的功效因为基于导管的纵横比(纵横比＝长度/直径)的生产限制而受到限制。此外，也可以使用例如激光钻孔技术来制造小直径的导管，但这种激光钻孔技术非常昂贵。

因此，考虑到这些生产限制，需要一种使等离子体弧和背侧传热气体离子化的可能性最小化的用于保持衬底的静电卡盘。具体而言，需要一种增加电子与导管壁碰撞的可能性并由此使电子获得的能量最小化的静电卡盘。还需要一种使电子沿电场方向经受的实际电压降最小化的静电卡盘。

接下来转到上面讨论的第二个问题—通过引入沿着朝向卡盘的衬底表面均匀分布的传热介质，提供从衬底至卡盘的空间均匀的热传导—这一问题特别复杂。衬底和静电卡盘之间的界面上的热阻控制绝对衬底温度和衬底温度均匀性。特别希望提供温度的均匀性，这是因为诸如蚀刻速率和选择性的特性在等离子体蚀刻过程中受到衬底温度的影响。而且，非均匀的热传递会导致衬底上的局部温度的不均匀性，从而降低产量。

同样，传热气体的均匀分布和静电卡盘的表面形态是很关键的。可以通过平衡下列三种传热机制来实现均匀的热传递：(1)均匀的背侧气体压力分布(气体传导，h)，(2)均匀的固体接触(接触传导，k)和(3)辐射。

因此，静电卡盘表面上压纹图案的设计对于背侧气体的均匀分布是非常重要的，并且对于平衡气相传热和固体接触传热之间的关系也是很重要的。此外，相对于背侧气体分布调整凸台(mesa)接触面积的能力，在不进行主要的重新设计的情况下，提高了快速测试新的静电卡盘设计的能力。

然而，传统的压纹分布可以变化，如以下参照图4和图5所讨论的那样。如图4所示，例如，采用六边形的压纹图案的传统静电卡盘朝向衬底的边缘经常具有非均匀的压纹分布。实际上，如图4所示，传统的六边形的压纹图案形成一系列对准的行和列，并因此在圆形边界(例如密封带和抬升销孔)处不提供均匀的压纹分布。此外，如图5所示，例如，采用线性压纹图案的传统静电卡盘也表现出非均匀的压纹分布。因此，传统静电卡盘(例如图4和图5所示的静电卡盘)的缺陷是非均匀的压纹分布可能引起衬底上的非均匀的温度分布。

因此，需要一种具有能有效平衡背侧气体的均匀分布、气相传热和固体接触传热的表面压纹图案的静电卡盘。

发明内容

提供以下发明内容以便对本发明的某些方面和特征有基本的了解。该发明内容不是对本发明的泛泛而论，也同样不旨在对本发明的关键或重要要素进行具体确认或对本发明的范围进行描述。唯一的目的是作为下面进行的更加详细的描述的前序部分以简化的形式提出本发明的观念。

本发明的示例性实施例涉及一种用于保持衬底的静电卡盘，其解决了多个以上所讨论的问题并满足了以上没有明确提到的其它需求。而且，本发明不需要克服上述所有缺点，并且本发明的示例性实施例可能没有克服上述所有问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于保持衬底的静电卡盘装置，所述静电卡盘包括圆形电介质部件，其具有用于支撑衬底的顶表面，所述顶表面包括多个凸台，所述多个凸台包括n个子组，其中每个子组的凸台沿着半径逐渐增大的多个同心螺栓分布圆中的一个分布，并且其中所有的所述同心螺栓分布圆均以所述圆形电介质部件的中心为中心。每个同心螺栓分布圆的半径可以是最小的所述同心螺栓分布圆的半径的倍数。以半径为R_n的圆布置的子组中的每个凸台与以径向距离R_n+1布置的子组中的最邻近的凸台之间的距离等于恒定距离l。所述多个凸台中的每一个可以是圆形并且具有相等的直径d。最小的螺栓分布圆的径向距离R₁可以等于d+l。凸台的每个子组的径向距离R_n可以等于n×R₁。沿着同心圆n的一个子组的凸台总数m可以等于n×6。所述静电卡盘可以进一步包括在所述顶表面的中心处的单个凸台。可以在每个子组中布置多个凸台以使每个凸台和同一子组中的最邻近的凸台之间的距离等于恒定值s。所述静电卡盘还可以进一步包括延伸穿过所述电介质部件的流体导管，并且其中所述导管关于所述电介质部件的顶表面对称地布置。所述导管的至少一部分可以以沿着与所述电介质部件的所述顶表面成一倾斜角的方式布置。所述导管的一部分可以沿着包括激光钻孔通道的倾斜角布置。所述静电卡盘还可以包括与所述导管流体连通的激光钻孔通道。所述静电卡盘还可以包括至少一个延伸穿过所述电介质部件的流体导管以及位于所述导管内的栓塞，所述栓塞具有伸长的流体通道，该通道具有一与顶表面成一倾斜角的轴。所述静电卡盘还可以包括：至少一个延伸通过所述电介质部件的流体导管；位于一段所述导管中的第一栓塞，所述第一栓塞具有伸长的流体通道，该通道具有与所述顶表面成第一倾斜角的轴；以及，位于一段所述导管中的第二栓塞，所述第二栓塞具有伸长的流体通道，该通道具有与所述顶表面成第二倾斜角的轴，所述第二角与第一角不同。所述静电卡盘还可以包括至少一个延伸穿过所述电介质部件的流体导管以及偏心地位于一段导管中的多个栓塞，每个栓塞从相邻的栓塞偏移，从而实现所述栓塞的外围附近的流体通道。

根据本发明的其它方面，提供了一种制造静电卡盘的方法，包括：制造具有平坦的顶表面的圆形电介质部件；在所述顶表面上压印多个凸台，所述凸台沿着半径逐渐增大的多个同心螺栓分布圆布置，其中所有的所述同心螺栓分布圆均以所述圆形电介质部件的中心为中心。每个同心螺栓分布圆的半径可以是所述最小的同心螺栓分布圆的半径的倍数。沿着同心圆n设置的凸台的总数m可以等于n×6，其中n是从最内侧的圆向外数的圆圈的序号。

附图说明

并入且构成本申请的一部分的附图，例示了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释和说明本发明的原理。附图旨在以图示的方式说明示例性实施例的主要特性。附图并不旨在示出实际实施例的每一个特征以及所示元件的相对尺寸，而且附图不是按比例绘制的。

通过参考附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的各个方面将变得更加显而易见，在附图中：

图1A和1B示出根据现有技术的用于保持衬底的典型静电卡盘的横截面；

图2示出对穿过静电卡盘的电场的模拟；

图3示出对于氦气中的不同电极材料的帕邢曲线；

图4示出采用六边形压纹图案的现有技术的静电卡盘表面；

图5示出采用线性压纹图案的现有技术的静电卡盘表面；

图6示出根据本发明的示例性实施例的包括倾斜导管的静电卡盘装置；

图7示出根据本发明的示例性实施例的包括倾斜激光钻孔通路的静电卡盘装置；

图8示出根据本发明的示例性实施例的包括倾斜激光钻孔通路和倾斜导管的静电卡盘装置；

图9A示出根据本发明的示例性实施例的包括插入到导管中的栓塞的静电卡盘装置，而图9B示出与附图9A类似的实施例，只是激光钻孔不是倾斜的；

图10示出根据本发明的示例性实施例的插入到静电卡盘装置的导管中的栓塞的顶表面；

图11示出根据本发明的示例性实施例的插入到静电卡盘装置的导管中的栓塞的顶表面、底表面和外表面的透视图；

图12示出根据本发明的示例性实施例的包括多个插入到导管中的栓塞的静电卡盘装置；

图13示出根据本发明的示例性实施例的图12所示的多个栓塞中的顶部栓塞的顶表面；

图14示出根据本发明的示例性实施例的图12所示的多个栓塞中的底部栓塞的底表面；

图15A示出包括多个插入到导管中的偏心栓塞的静电卡盘装置，而图15B是根据本发明的示例性实施例的顶部偏心栓塞的透视示意图；

图16示出根据本发明的示例性实施例的包括多个压纹或凸台的静电卡盘的接收表面的中央部分；

图17示出图16的中央部分的放大图，显示了根据本发明的示例性实施例的包括多个压纹或凸台的静电卡盘的接收表面；

图18示出根据本发明的示例性实施例的包括多个压纹的静电卡盘的接收表面的边缘部分；

图19示出根据本发明的示例性实施例的包括多个压纹的静电卡盘的接收表面，并示出图16所示的中央部分和图18所示的边缘部分的相对位置；

图20示出根据本发明的示例性实施例的包括多个压纹的静电卡盘的接收表面，其包括示例性布置导管、抬升销孔以及背侧气体通道；

图21示出根据本发明的实施例的处理腔。

具体实施方式

现在将详细参考在附图中示出的本发明的示例性实施例，其中相同的附图标记始终表示相同的元件。下面给出的示例性实施例在各方面旨在仅仅是示例性的，而本发明的真正范围和精神由随附的权利要求所限定。

如图6所示，在处理腔(未示出)中设置根据本发明的示例性静电卡盘装置110。如图6所示，静电卡盘装置110包括用于接收衬底130的接收表面120，衬底130例如是半导体晶片。静电卡盘装置110可以用于在各种处理步骤中牢固地保持衬底130。静电卡盘装置110进一步包括DC/RF电极115，所述DC/RF电极115设置在电介质部件117的内部。而且，冷却基座125和任选的多孔片127设置在电介质部件117的下面。

为了使静电卡盘装置110工作，将所希望的电压施加到电极115以便以静电的方式将衬底130保持到接收表面120。通常，由电极115产生的电场的轴147大致垂直于接收表面120，如图6所示。这是因为电极115产生静电力，所述静电力沿一定的方向起作用以便以静电的方式将衬底130保持到接收表面120。

此外，处理腔(未示出)包括处理气体，通过将RF能量耦合到处理气体来激励该处理气体以形成等离子体。当将RF能量施加到等离子体时，激励等离子体并且使带电粒子加速朝向通过静电力保持在接收表面120上的衬底130，由此处理衬底130。

提供诸如氦的传热气体以提高衬底130和静电卡盘装置110之间的传热速率。例如，如图6所示，在电介质部件117中设置激光钻孔通路150。激光钻孔通路150连接到倾斜导管160，所述倾斜导管160沿着与电场147的轴不同的轴延伸。换言之，倾斜导管160以与接收表面120倾斜非正交或非垂直的角度延伸。将传热气体从冷却基座125通过倾斜导管160和激光钻孔通路150输送到接收表面120和衬底130之间的界面。在本发明的上下文中，术语“倾斜”以其正常和被广泛接受的方式加以使用，举例来说就是既不垂直也不平行于给定的线或表面。

根据图6所示的示例性实施例，任选的多孔片127设置在电介质部件117和冷却基座125之间。构成多孔片127的多孔材料允许背侧气体流过而到达倾斜导管160而不将倾斜导管160暴露于输送背侧气体的冷却基座125。如果不采用多孔片127，那么背侧气体将直接输送到导管160。

重要的是，如图6所示，倾斜导管160相对于电场的轴147离轴倾斜。换言之，倾斜导管160沿着与电场的轴147不同的轴延伸。因为倾斜导管160以这种方式倾斜，因此来自所激励的等离子体的自由电子与非电子发射表面碰撞的可能性增加。此外，倾斜导管160的这种倾斜配置减小了被电场加速的这些自由电子所行进的距离。因此，使倾斜导管160相对于电场的轴147离轴倾斜减小了自由电子获得足够的能量以使背侧传热气体离子化的可能性，从而有助于使等离子体弧和背侧气体的离子化最小化。

根据本发明的另一示例性实施例，如图7所示，静电卡盘210包括用于接收衬底230的接收表面220、设置在电介质部件217中的电极215、冷却基座225和任选的多孔片227。此外，如图7所示，设置在电介质部件217中的倾斜激光钻孔通路250相对于电场的轴247离轴倾斜，而导管260没有以这种方式倾斜。也就是说，如图7所示，倾斜激光钻孔通路250沿着与电场的轴247不同的倾斜轴延伸。

对电介质部件217的激光钻孔产生倾斜激光钻孔通路250，其直径小于用其它技术形成的通路。倾斜激光钻孔通路250的这种较小的直径有助于减小使背侧气体离子化的可能性。此外，与上述倾斜导管160非常相似，由于倾斜激光钻孔通路250相对于电场的轴247离轴倾斜，所以增加了来自于所激励的等离子体的自由电子与非电子发射表面碰撞的可能性并且减小了这些自由电子行进的距离。因此，通过使倾斜激光钻孔通路250相对于电场的轴247离轴倾斜，减小了自由电子获得足够能量以使背侧传热气体离子化的可能性并减小了等离子体弧和背侧气体离子化的可能性。

如前面提供的示例性实施例所述，导管或者连接到导管的激光钻孔通路可以相对于电场的轴离轴倾斜以有助于使等离子体弧和背侧气体的离子化最小化。然而，本发明并不限于这两种示例性配置。相反，根据本发明，导管和激光钻孔通路这两种部件都可以相对于电场的轴离轴倾斜以有助于使等离子体弧和背侧气体的离子化最小化。

例如，根据本发明的示例性实施例，如图8所示，静电卡盘211包括用于接收衬底231的接收表面221、设置在电介质部件218中的电极216、冷却基座226和任选的多孔片228。如图8所示，设置在电介质部件218中的倾斜激光钻孔通路251相对于电场的轴248离轴倾斜。此外，设置在电介质部件218中的倾斜导管261也相对于电场的轴248离轴倾斜。由此，如图8所示，倾斜激光钻孔通路251和倾斜导管261都沿着与电场的轴248不同的轴延伸。

根据本发明的静电卡盘310的另一个示例性实施例，如图9A和9B所示，静电卡盘310包括用于接收衬底330的接收表面320、设置在电介质部件317中的电极315和冷却基座325。此外，如图9A和9B所示，可以将栓塞303插入到导管360中，所述导管360连接到激光钻孔通路350。在图9A的实施例中激光钻孔通路350相对于电场的轴347离轴倾斜，而在图9B的实施例中激光钻孔通路350与电场的轴347垂直。

如图9A和9B所示，栓塞303包括多个沿着栓塞303的外表面延伸的外部通道307。如图9A和9B所示，外部通道307从栓塞303的顶表面308延伸到栓塞303的底表面309。此外，设置外部通道307使得每一个相应的通道307的顶部不与每一个相应的通道307的底部对准。换言之，外部通道307相对于电场的轴347离轴倾斜。本领域技术人员应理解可以通过本领域中公知的各种不同方法将外部通道307形成在栓塞303的表面中。

如图9A和9B所示，栓塞303的形状基本上为圆柱形，然而，本发明并不限于这一特定的实施例，栓塞303可以包括各种不同的形状。栓塞303的形状也可以与导管360的形状基本相同，并且可以与导管360的形状相对应从而栓塞303的外表面372与导管360的表面邻接。

图10示出根据本发明的示例性实施例的栓塞303的顶表面308。如图10所示，将多个顶部通道313设置在顶表面308上。更具体而言，多个顶部通道313从顶表面308的中央390径向延伸到顶表面308的周边。

图11示出栓塞303的顶表面308、底表面309和外表面372的透视图。如图11所示，每一个顶部通道313与相应的外部通道307相通。同样，将多个底部通道314设置在底表面309上，并且这些底部通道314从底表面309的中央395径向延伸到底表面309的周边。如图11所示，每一个底部通道314与相应的外部通道307相通。

由此，根据图8-10所示的示例性栓塞303，将传热气体从冷却基座325输送到底部通道314，并且传热气体通过底部通道314传送到外部通道307。传热气体随后通过外部通道307传送到顶部通道313。传热气体通过顶部通道313传送到中央390，然后通过激光钻孔通路350传送到接收表面320与衬底330之间的界面。

根据该示例性实施例，可以通过改变外部通道307、顶部通道313和底部通道314的尺寸和数量来调整传热气体的总流速。此外，虽然图8-10所示的示例性实施例描述了具有特定数量的外部通道307和顶部通道260的栓塞303，但是本发明并不限于此，根据本发明可以使用各种具有不同尺寸和形状的栓塞，所述栓塞具有不同数量的尺寸不同的通道。

此外，根据本发明，可以使外部通道307的直径最小化以增加电子与外部通道307的壁碰撞的可能性。结果，使这些电子获得的能量最小化并减小了背侧气体离子化的可能性。

图12示出本发明的另一示例性实施例。如图12所示，静电卡盘410包括用于接收衬底430的接收表面420、设置在电介质部件417中的电极415和冷却基座425。根据图12所示的示例性实施例，将多个栓塞400插入到导管430中，并且将栓塞400叠置在彼此的顶部上以形成栓塞的叠层。每一个栓塞400进一步包括多个外部通道407，通过所述外部通道407提供传热气体。如图12所示，顶部栓塞的外部通道407的底部与紧邻其下方的栓塞的外部通道407的顶部对准，使得可以将传热气体从叠层中最下方的栓塞的外部通道407输送到叠层中最上方的栓塞的外部通道407。

图13示出图12所示的多个栓塞400当中的顶部栓塞401的顶表面408。如图13所示，顶表面408包括多个顶部通道413。更具体而言，多个顶部通道413从顶表面408的中央490径向延伸到顶表面408的周边。

图14示出图12所示的多个栓塞400当中的底部栓塞403的底表面409。如图14所示，将多个底部通道414设置在底表面409上，并且这些底部通道414从底表面409的中央495径向延伸到底表面409的周边。每一个底部通道414与底部栓塞403的相应外部通道407连通。

因此，根据图11-13所示的示例性实施例，将传热气体从冷却基座425输送到底部通道414，并且传热气体通过底部通道414传送到多个栓塞400的外部通道407。开始于底部栓塞403的外部通道407，传热气体随后通过多个栓塞400的外部通道407传送并最终通过顶部栓塞401的外部通道407，传送到顶部通道413。传热气体通过顶部通道413传送到中央490，然后通过倾斜激光钻孔通路450，传送到接收表面420和衬底430之间的界面。

虽然图12示出栓塞400的形状基本上为圆形，但是根据本发明可以采用各种不同形状的栓塞400。此外，如图12所示，激光钻孔通路450相对于电场的轴437离轴倾斜以便减小背侧气体离子化的可能性。图12所示的示例性实施例除了其它优点之外还提供长的路径长度并解决了对激光钻孔的纵横比限制。

图15A和15B示出根据本发明的另一示例性实施例的静电卡盘装置510。如图15A和15B所示，静电卡盘510包括用于接收衬底530的接收表面520、设置在电介质部件517中的电极515和冷却基座525。此外，如图15A所示，倾斜激光钻孔通路550相对于电场的轴离轴倾斜。

如图15A所示，将多个偏心栓塞500插入到陶瓷套筒565中。将顶部偏心栓塞501设置在中央以便为背侧气体流提供环形的通路。此外，可以使该通路最小化以便增加电子与非电子发射表面碰撞的可能性。顶部偏心栓塞501的上部可以设有隔离物503以使得流体流到流体通路550。图15A和15B所示的示例性静电卡盘装置510的设计，通过具有使自由电子行进的距离最小化并由此减小背侧气体击穿的危险的偏心栓塞，也使得连续的背侧气体从冷却基座525流到衬底530的背侧。

图16示出根据本发明的另一示例性实施例的静电卡盘610的接收表面620。如图16所示，接收表面620的中央部分包括多个压纹或凸台600。图18示出包括多个压纹或凸台600的接收表面620的边缘部分。此外，图19示出图16所示的的中央部分在接收表面620上的相对位置，以及附图18所示的边缘部分在接收表面620上的相对位置。

如图16所示，以由围绕接收表面620的中心C的同心圆构成的对称几何布局设置多个压纹或凸台600，以便形成多个螺栓分布圆BC₁、BC₂、BC₃……BC_n。更具体而言，如图17所示，该图示出图16所示的中央部分的放大部分，在距接收表面620的中心C的径向距离R₁处设置多个凸台600的第一子组，以便形成第一螺栓分布圆BC₁。类似地，在距接收表面620的中心C的径向距离R₂处设置多个凸台600的第二子组，以便形成第二螺栓分布圆BC₂。由此，第一螺栓分布圆BC₁和第二螺栓分布圆BC₂都是围绕中心C形成的同心圆，其中第一螺栓分布圆BC₁具有半径R₁，第二螺栓分布圆BC₂具有半径R₂。

根据附图16-18所示的示例性实施例，压纹600中的每一个具有相同的直径d。由于在静电卡盘610的总压纹面积和接触面积之间存在关系，因此通过调整压纹直径d可以提供较低或较高的静电卡盘装置610的接触面积。

此外，包括第一螺栓分布圆BC₁的压纹中的每一个与包括第二螺栓分布圆BC₂的压纹当中相邻最近的压纹之间的距离等于距离l。如图17所示，将压纹设置成第一螺栓分布圆BC₁的径向距离R₁等于每一个压纹的直径d+距离l。另一方面，将压纹设置成第二螺栓分布圆BC₂的径向距离R₂等于径向距离R₁乘以2。

虽然上面的描述已经给出了一个包括两个螺栓分布圆BC₁和BC₂的示例性实施例，但根据本发明可以将压纹设置成包括任意数量的额外螺栓分布圆。例如，如图17所示，可以将压纹设置成第三螺栓分布圆BC₃的径向距离R₃等于径向距离R₁乘以3。即，根据本发明的各个示例性实施例，可以将压纹设置在接收表面620上使得每一个螺栓分布圆BC_n的径向距离R_n等于径向距离R₁乘以n。

根据本发明的示例性实施例，可以将压纹设置在接收表面620上，使得接收表面620上的压纹总数m等于n×6。此外，如图17所示，可以将每一个螺栓分布圆内的压纹设置成彼此等距。例如，可以将构成第一螺栓分布圆BC₁的每一个压纹设置成使得第一螺栓分布圆BC₁中的每一个压纹与第一螺栓分布圆当中相邻最近的压纹之间的距离为f。此外，可以将构成第二螺栓分布圆BC₂的每一个压纹设置成使得第二螺栓分布圆BC₂中的每一个压纹与第二螺栓分布圆当中相邻最近的压纹之间的距离为s。根据本发明的示例性实施例，可以将压纹设置成使得距离f等于距离s。

以上描述的各种压纹布置采用了如图19具体所示的均匀几何布局。即，如图19所示，压纹600均匀分布。因此，当希望接触最大时，本发明采用凸台的“密排”或尽可能密集的排列。另一方面，当希望接触较小时，在本发明中凸台中心的位置将不改变。

如上所述，除了压纹对称布置的优点之外，以上思想还可以应用于导管相对于接收表面620的布置。即，如图20所示，可以将接收表面620上的导管660设置成使得接收表面620上的传热气体源在压纹600的对称图形内采用均匀图案。例如，可以将导管660设置成使得在接收表面620上没有一个点比其它任何一点更远离传热气体源。

如图20所示，接收表面620进一步包括用于接收通过气动升降机构上升和下降的抬升销(未示出)的抬升销孔623，例如，以便使衬底630从接收表面620上升或使衬底630下降到接收表面620。如图20所示，接收表面620还包括密封带624。

图21示出根据本发明的实施例的处理腔200。处理腔可以用于处理制造微芯片的半导体晶片。在这种情况下，腔200例如可以是用于蚀刻半导体晶片的等离子体腔。腔200包括基座225，将静电卡盘211定位在所述基座225上。静电卡盘包括电极215，由电源V向所述电极215施加偏压。将背侧冷却气体从源H提供给冷却流体导管260。可以根据上述任一本发明的导管实现流体导管。卡盘211的顶表面220可以包括根据上述任一实施例设置的凸台。然而，应该注意的是，本发明的流体导管和本发明的凸台布置的使用是相互独立的。即，卡盘211可以在具有传统压纹的同时包括根据本发明的流体导管。另一方面，卡盘211可以在使用根据本发明的压纹的同时包括传统的流体导管。当然，卡盘211可以同时包括本发明的流体导管和压纹。

如上所述，采用压纹图案的本发明的示例性实施例提供了用于对多个压纹进行变形以适于圆形几何图形的机制。这种配置减小了静电卡盘表面上的任何圆形特征周围的非均匀性。除了凸台布局之外，为了得到最佳的背侧气体均匀性以改善热传递，可以对准沟槽的长度和间隔。沟槽也可以遵循对称性，所述对称性提供沟槽、导管和凸台的整体对称。

如上所述，采用压纹图案的示例性实施例还减少了背侧气体孔的数量，从而使成本最小化，因为通过在静电卡盘的整个表面上均匀地和最低限度地设置背侧导管，所述压纹图案可以为衬底冷却实现均匀的气体分布。

对于具体的实例对本发明进行了说明，所述具体的实例在各个方面都旨在是示例性的而非限制性的。通过考虑本文所公开的对本发明的说明和实施本发明的各种其它实施方式对于本领域技术人员而言都是显而易见的。说明和实例旨在被视为仅仅是示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指明。

Claims (19)

1、一种静电卡盘，包括：

圆形电介质部件，其具有用于支撑衬底的顶表面，所述顶表面包括多个凸台，所述多个凸台包括n个子组，其中每个子组的凸台沿着半径逐渐增大的多个同心螺栓分布圆中的一个分布，并且其中所有的所述同心螺栓分布圆均以所述圆形电介质部件的中心为中心。

2、根据权利要求1所述的静电卡盘，其中每个所述同心螺栓分布圆的半径都是最小的所述同心螺栓分布圆的半径的倍数。

3、根据权利要求2所述的静电卡盘，其中以半径为R_n的圆布置的子组中的每个凸台与以径向距离R_n+1布置的子组中的最邻近的凸台之间的距离等于恒定距离l。

4、根据权利要求3所述的静电卡盘，其中所述多个凸台中的每一个都是圆形并且具有相等的直径d。

5、根据权利要求4所述的静电卡盘，其中所述最小的螺栓分布圆的径向距离R₁等于d+l。

6、根据权利要求5所述的静电卡盘，其中凸台的各个子组的径向距离R_n等于n×R₁。

7、根据权利要求6所述的静电卡盘，其中沿着同心圆n的子组的凸台总数m等于n×6。

8、根据权利要求1所述的静电卡盘，还包括所述顶表面的中心处的单个凸台。

9、根据权利要求1所述的静电卡盘，其中布置每个子组中的多个凸台，使得每个凸台和同一子组中的最邻近的凸台之间的距离等于恒定值s。

10、根据权利要求1所述的静电卡盘，还包括延伸穿过所述电介质部件的流体导管，并且其中所述导管关于所述电介质部件的所述顶表面对称布置。

11、根据权利要求10所述的静电卡盘，其中所述导管的至少一部分以沿着与所述电介质部件的所述顶表面成一倾斜角的方式布置。

12、根据权利要求11所述的静电卡盘，其中沿着一倾斜角布置的所述导管的所述部分包括激光钻孔通道。

13、根据权利要求11所述的静电卡盘，还包括与所述导管流体相通的激光钻孔通道。

14、根据权利要求1所述的静电卡盘，还包括至少一个延伸穿过所述电介质部件的流体导管以及位于所述导管内的栓塞，所述栓塞具有伸长的流体通道，该通道具有与所述顶表面成一倾斜角的轴。

15、根据权利要求1所述的静电卡盘，还包括：

至少一个延伸通过所述电介质部件的流体导管；

位于一段所述导管中的第一栓塞，所述第一栓塞具有伸长的流体通道，该通道具有与所述顶表面成第一倾斜角的轴；以及，

位于一段所述导管中的第二栓塞，所述第二栓塞具有伸长的流体通道，该通道具有与所述顶表面成第二倾斜角的轴，所述第二角与第一角不同。

16、根据权利要求1所述的静电卡盘，还包括至少一个延伸穿过所述电介质部件的流体导管以及偏心地位于一段所述导管中的多个栓塞，每个栓塞都从相邻的栓塞偏移，从而实现所述栓塞的外围附近的流体通道。

17、一种制造静电卡盘的方法，包括：

制造具有平坦的顶表面的圆形电介质部件；

在所述顶表面上压印多个凸台，所述凸台沿着半径逐渐增大的多个同心螺栓分布圆布置，其中所有的所述同心螺栓分布圆均以所述圆形电介质部件的中心为中心。

18、权利要求17的方法，其中每个所述同心螺栓分布圆的半径都是最小的所述同心螺栓分布圆的半径的倍数。

19、权利要求18的方法，其中沿着同心圆n设置的凸台的总数m等于n×6，其中n是从最内侧的圆向外数的圆圈的序号。

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