CN105552004A - 静电钳 - Google Patents

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Abstract

一种静电钳，包括基座，其具有第一表面；以及用于在制程腔室中支撑基底的外组件，外组件具有第二表面，其是以连结于基座的第一表面的至少一部分的方式布置。静电钳还包括耦合于外组件的外表面的第一环形部，第一环形部具有第一封合表面，以及包括第二环形部，其耦合于外组件的外表面且具有第二封合表面。且当基底被放置在第一封合表面以及第二封合表面上时，第一环形部可定义内隔室，第一环形部与第二环形部可一同定义同心于内隔室的外隔室。

Description

静电钳
技术领域
本发明涉及基底固持器，尤其涉及静电钳系统中的控制泄漏。
背景技术
基底固持器(例如：静电钳)被广泛地设置于将热授予基底的装置中，其中基底可能需要将经控制的热转移至基底固持器中或转出基底固持器外，以保持适当的基底温度。热可以是由制程本身所授予或是藉由小心地加热基底所授予。在电阻式加热(resistivelyheat)的静电钳中，为了帮助热转移，可在加热组件及冷却基座之间提供气体。因为加热组件及基座可分别包括不同的材料(例如：陶瓷及金属)，故在加热组件时，可能需要避免将此两种构件联结在一起以避免过度的热不匹配(mismatch)的应变(strain)。若基座未联结于加热组件，则由于在低压环境下的热转移可能非常低，可能因此需要使用气体以转移来自加热组件的热。可藉由使用够高的压力的气体，快速地将陶瓷的热转出，来减少陶瓷与基座之间的温度不匹配。然而，供应于陶瓷与金属之间的气体可能沿着基座与加热组件之间的界面泄漏且进入含有静电钳的制程腔室中。多余的气体泄漏可能在需要控制制程腔室中的气体环境的制程中(包括离子植入机中的电浆或束线布植制程)，导致不佳的制程控制或制程中的基底污染。
图1a描绘一种现有技术静电钳(eletrostaticclamp，ESC)10的组态，其中基座12以及加热组件14连结在一起。静电钳10包括用来电阻式加热基底(其由加热组件14支撑)的加热器(未显示)。在制程腔室(例如：用于在基底上执行一或多种制程的低压腔室)中，静电钳10可作为基底固持器操作。此种低压腔室的实例包括电浆以及离子束器件(tool)，其中低压腔室可例如在处理基底前排空至10-7托耳(Torr)的压力或更小的压力，且可在10-7至100托耳范围内的气体压力环境中操作。
在制程期间，可使用加热组件14来将基底16加热至一固定温度。为了保持制程控制，基座12可作为散热器(heatsink)以保持适当的热流出加热组件14外，且因而更精确地控制基底温度以及加热组件的温度。为了在加热组件14及基座12之间提供适当的热传导，可经由入口(inlet)(未显示)将气体提供至窄的间隙(腔室)18中，其中窄的间隙(腔室)18形成于加热组件14以及基座12之间。气体可帮助热传导以保持快速的热流至基座12中。此组态亦助于避免可能发生在基座12与加热组件14之间的以上所提到的热不匹配的问题。
然而，图1的现有技术静电钳组态可能造成气体泄漏至静电钳10外侧的制程腔室24中。举例而言，气体可能沿着界面20泄漏(界面20位于加热组件14与位于间隙18外侧的基座12之间)。因为加热组件14可能是陶瓷而基座12可能是金属，在加热过程中，界面可能相对移动。此外，不同的材料在其连接界面处可能不会形成密合(intimate)接触，导致沿着方向22有可观的气体泄漏。举例而言，在间隙18中的压力可能是几十托耳或更高，而静电钳10外侧的压力可能是在几毫托耳或更少的范围内，如此大的压力差异，与界面20处的不良气密结合，导致气体泄露至基底制程腔室24中的速率很大。
如图1b所显示，伴随着气体泄漏，间隙18各处的气体压力可能改变，导致静电钳10各处的温度不均匀性。在点I处(靠近静电钳中心)的压力可能最高，其中点I可能是位于靠近将气体提供至间隙的入口(未显示)处。随着气体泄露出间隙18外，压力可能稳定地朝向间隙18的外部(RC)下降，且接着在名义上封合的界面20处快速地下降至静电钳的外侧边缘RO。此改变的压力可能造成沿着x方向的温度梯度，因为从加热组件14到基座12的热传导速率改变了。
因此显而易见的是，用于加热基底的现有静电钳组态需要改善。
发明内容
在一个实施例中，静电钳包括用于加热基底的加热组件，加热组件具有朝向基底设置的第一表面以及在第一表面对向的第二表面。基座是以连结于加热组件的第二表面的至少一部分的方式布置。经连结的基座以及加热组件可共同定义在加热组件的第一部分以及基座之间的内间隙。外间隙是以同心于加热组件的第二部分以及基座之间的内间隙的方式布置，藉由形成于加热组件的第二表面以及基座之间的第一封合表面来将内间隙以及外间隙彼此隔离。
在另一实施例中，静电钳包括基座，其具有第一表面以及用于在制程腔室中支撑基底的外组件，外组件具有第二表面，其是以连结于基座的第一表面的至少一部分的方式布置。静电钳可还包括耦合于外组件的外表面的第一环形部，第一环形部具有第一封合表面，以及包括第二环形部，其耦合于外组件的外表面且具有第二封合表面。且当基底被放置在第一封合表面以及第二封合表面上时，第一环形部可定义内隔室，第一环形部与第二环形部可一同定义同心于内隔室的外隔室。
在又一实施例中，离子布植系统包括离子源以及静电钳。离子源用于将离子提供至基底。静电钳经布置以固持基底。静电钳包括：加热组件以及基座。加热组件用于加热所述基底。基座经布置以可滑动式地连结加热组件，经可滑动式地连结的基座以及加热组件共同定义内间隙与外间隙。内间隙设置于加热组件之第一部分以及基座之间。外间隙同心于内间隙，且设置于加热组件之第二部分与所述基座之间，藉由第一封合表面来将内间隙以及外间隙彼此隔离，且藉由基座以及加热组件之间的第二封合表面来将外间隙与静电钳的外部环境隔离。
附图说明
图1a为一种现有静电钳布置的剖面图。
图1b描绘在图1a的静电钳中为位置的函数的气体压力的变化。
图2a为一种静电钳实施例的剖面图。
图2b至图2c描绘在图2a的静电钳中在不同操作条件下为位置的函数的气体压力的变化。
图3a以及图3b为一种静电钳的例示性基座的对应的平面图以及剖面图。
图4为另一种静电钳实施例的剖面图。
图5为一种例示性离子布植系统的示意图。
具体实施方式
本发明将以参考附图的方式来更完整地描述于下文中，其中附图所示为本发明较佳实施例。然而，本发明可以许多不同的形式实施且不应被解释为受限于本文所提出的实施例。相反地，提供此等实施例使得本揭示内容将为透彻及完全，且将完整地将本发明的范畴传达给本领域的技术人员。在图中，各处相同的标号意指相同的元件。
在各种实施例中，可在制程设备(包括离子布植系统、电浆蚀刻器以及沉积系统、其他系统)中提供经加热的静电钳。请参照图5，所示为包括离子源102的离子布植机100的方块图。电源供应101将所需要的能源供应至离子源102，其用以产生特定物种的离子。所产生的离子在经过一系列的电极(萃取电极)104时自离子源102中被萃取出且形成为束95，其中束95通过质量分析器(massanalyzermagnet)106。质量分析器106建构有特定磁场，使得只有具有所需质荷比的离子能够穿过分析器。所需物种的离子通过减速台108至校正磁铁110。依据所施予的磁场强度以及方向来供给校正磁铁110能量以偏折离子射束(ionbeamlet)，从而提供对准设置于支台(例如：平台)114上的工件或基底的带状束。在一些情况下，可在校正磁铁110以及支台114之间设置第二减速台112。当离子在基底中与电子及中子碰撞时离子会损失能量，故离子会根据加速能量而在基底的所需深度处停止移动。
在离子布植系统100的一个实施例中，支台114可以是静电钳，例如图2a中所描绘的静电钳200。举例而言，在布植制程期间，可采用图2a的静电钳实施例以提供基底加热或是支撑未经加热的基底。在其他实施例中，静电钳200可在其他制程装置中用于提供基座加热。
如以下详述，在基底制程期间，静电钳(或“钳”)200可帮助控制制程条件，其是藉由对来自基底加热组件的热提供良好的热传导，同时将传入至基底周围环境的气体污染物降到最低。如众所周知，静电钳可对基底提供足够的夹持力(grippingforce)，这在低压(例如：低于几十托耳)环境下格外有效。举例而言，在低压装置(例如：电浆处理系统或前述的离子布值系统)中，静电钳200可能特别有效，其中可能需要加热基底，且控制支台114(静电钳200)周围的制程腔室中的气体物种的组成物可能是重要的。举例而言，为了确保基底16仅暴露于所需物种，支台114周围的环境220的控制可能是关键。针对此点，静电钳200的实施例减少气体的泄露224，其中气体可在钳的操作期间使用于钳的内部。
在一些实施例中，静电钳200包括基座202以及加热组件204，其中基座202以及加热组件204为可分开的，如图2a所描绘。在制程期间，加热组件204可用来支撑基底16。加热组件可设置有加热装置(未显示)，例如薄膜加热器。在制程期间，可小心地将加热组件204加热到所需温度以加热基底16。在各种实施例中，加热组件204可以是能够维持高温(例如：至少摄氏好几百度的温度)的陶瓷材料。为了将热从加热组件引出以保持适当的加热组件温度，基座202可设置有冷却装置(未显示)，例如循环液体。在各种实施例中，基座可以是具有良好热传导率的金属，例如铝。因为基座202以及加热组件204可以是不同材料，所以在加热期间，两种材料可能会以不同的速率膨胀。据此，在各种实施例中，基座202以及加热组件204可能以可滑动的方式耦合，使得在基座202以及加热组件204之间的界面210、界面214可能相对滑动。在图2a的组态中，基座202以及加热组件204是使用弹簧(spring)218来机械式地耦合在一起。弹簧218可对共同界面(其将基座202以及加热组件204连结在一起)施加垂直的力，以沿着界面(封合界面)210、界面(封合界面)214提供封合。此封合可在不阻止界面沿x-y平面(如图2a中所指示)相对滑动之下形成。此种耦合类型允许基座202独立于加热组件204膨胀或收缩。
在各种实施例中，静电钳可在加热组件204以及基座202的间设置有间隙(本文中也称为“隔室”或“腔室”)。此等间隙可在垂直于加热组件204与基座202之间的界面的z方向中组成小间隙。在一些实施例中，静电钳形成两个间隙，例如图2a所示的间隙208以及间隙212。如图2a所显示，在一些实施例中，间隙208为由同心环形的间隙212所包围的大圆形间隙。在一些实施例中，可藉由在基座202中提供凹座(recess)来形成静电钳间隙，如图3a、图3b所描绘。如所显示，在基座202之中提供圆形的凹座209以及环形的凹座213，使得待连结于加热组件204的基座202的部分包括两个环形的介面210以及介面214。
在图2a的实施例中，加热组件204具有水平面较低的表面，其中水平面较低的表面在介面210、介面214处与基座202形成封合表面。然而，在其他实施例中，加热组件可设置有凹座，在加热组件与基座连结时凹座可助于形成内间隙。
在基底加热期间，间隙208可耦合于入口(未显示)，其中入口可将使用的气体提供至间隙208。在基底制程期间，可将气体提供至间隙208中且经由出口(未显示)被抽出，使得间隙208中的压力保持在所需的范围内。在一些实施例中，气体压力可以是在几托耳、几十托耳或几百托耳的范围内，其可足以在所需速率下将加热组件204的热传导至基座202。
因为加热组件204以及基座202可以是不相同的材料，且可以相对于另一者的方式沿着加热组件204以及基座202的封合的介面210、介面214滑动，所以封合表面可能失去阻止气体泄漏出间隙208外的有效封合的作用。当气体沿着界面210泄漏出间隙208外时，气体可能进入间隙208周围的间隙212。而间隙212则藉由封合的介面214的来与环境224隔离。据此，藉由外封合介面214的存在，可防止任何从间隙208泄漏至间隙212中的气体进入静电钳200周围的环境。
在一些实施例中，间隙212耦合于抽气部216，使得气体可被抽出(排出)间隙212外。在图2a以及图3a、图3b所示的实施例中，在基座202中设置抽气部，但也可在加热组件204中设置抽气部。此举可有助于保持间隙212中的平均压力处于较间隙208中的平均压力低的值。
在各种实施例中，可根据制程需求来修改排空速率或间隙212的压力分压。图2b以及图2c各呈现两个不同的压力曲线225以及压力曲线230，其中压力曲线225以及压力曲线230可表示对于两个不同实施例而言，在静电钳200的各个部分中作为径向(radial)位置函数的压力。曲线225可表示为在间隙212发生快速的抽气速率的情况，而曲线230可表示为在非常低的(或没有)抽气速率发生的情况。
在关键在于将任何气体泄漏至环境220降到最低的制程条件之下，间隙212的高抽气速率可能是有用的。如图2b所显示，在将气体提供至间隙208的静电钳200的操作期间，入口可以在靠近中心处，造成气体压力的最大值在点I处的中心处。因为排空间隙212，气体可能泄露出间隙208外并进入间隙212中，因而造成RC1处的气体压力较点I下降。在间隙212中，泄漏至间隙212中的气体222可能快速地被抽出，使得间隙212中的平均压力较间隙208中的平均压力低。举例而言，间隙208中的压力可能是在10托耳的范围内，而间隙212中的压力可能是在100毫托耳的范围内。此外，压力可能从内径RC2i处快速地下降至外径RC2o处，使得在界面214处的气体压力较界面210处的气体压力低。据此，虽然形成不完美的封合，界面214可足以减少气体泄漏出静电钳200外的速率到一个可接受的程度，例如是到无法观测到对基底制程的影响的程度。若抽气速率够高，则在间隙212的外径RC2o处的气体压力可能太低以致于小量的(若有的话)气体会溢出至静电钳200的外侧边缘RO处的环境220中，如图2b所描绘。
据此，在一个实例中，若对于顺利地处理基底的制程裕度(window)而言可容许内间隙208中的气体压力下降，系统可经布置以将间隙212排空至很低的气体压力以避免环境220中的气体污染。举例而言，对于已知的加热条件，基底温度可以是常数，或是在间隙208中不同气体压力的范围中的可接受的温度制程裕度内，其中气体压力的范围可落入由曲线225显示的气体压力的范围内。
在较不担心少量的气体泄漏至环境220的情况下，静电钳200提供在间隙208中保持更均匀的气体压力的能力，因而提供朝向基座202的均匀热传导(其为径向位置的函数)。在一些实施例中，间隙208以及间隙212之间的气体压差可经布置使得间隙208各处的压力下降小于现有技术静电钳10的单一间隙组态的压力下降。举例而言，此举可藉由减少或消除间隙212的排空来完成，使得间隙212中的压力与间隙208中的压力相似，如图2c中所描绘的曲线230。然而，如所描绘，间隙212中气体的相对高压可能造成更大量的气体泄漏至环境220中。据此，在一些实施例中，藉由改变间隙212中的压力，使用静电钳200的基底制程一方面可调整为着重在中心间隙208中的更均匀的压力(从而在静电钳中更均匀的热传导)，或另一方面可调整为降低的气体泄漏至制程环境220中的速率。
有利的是，静电钳200的实施例因此提供在中央间隙208中获得更均匀的气体压力的形态的能力，且获得相较于现有静电钳装置的较低的气体泄漏至制程腔室220中的速率的能力，尽管两种能力之间，如上所详述，可能需要取舍。
此外，在一些实施例中，间隙208的直径可经布置以接近基底尺寸，使得基底可经受更均匀的热分布。举例而言，在图2a中，间隙208近似于基底16的有效面积A的尺寸。
图4描绘为另一静电钳实施例，其可直接对基底表面提供气体流动。在静电钳400中，基座202耦合于设置有环形的特征414、特征416的加热组件404，其中环形的特征414、特征416突出于加热组件404的主要表面410之上。在一些实施例中，环形的特征414以及特征416可以是可移除于加热组件404的圆圈(ring)。在其他实施例中，此特征可能是构成加热组件的一部分，其中面向基底16的加热组件404的上部分具有相似于图3a、图3b所描绘的基座202的凹座结构。环形特征414、416的表面418、表面420可经布置作为封合表面，其用以夹住基底16。当基底16与特征414、特征416接触时，在基底16以及加热组件404的主体之间形成内隔室408以及外隔室412。
在一些实施例中，内隔室408设置有气体入口以及气体出口(未显示)，其中气体入口以及气体出口可设置于加热组件404中。在基底制程期间，可将流动的气体提供至隔室408中，对热提供良好的热传导路径，以将热转移至基底16中或转出基底16外。在基底制程期间，可调整流动气体的压力以提供所需的热传导率，如之前关于间隙208所讨论。在一些实施例中，内隔室408中的气体压力可在几十托耳至几百托耳的范围内。如同在加热组件204以及基底202之间是机械式耦合的情况，基底16以及环形的表面418、表面420可各形成不完美的封合，使得气体自内隔室408以及外隔室412泄漏。在各种实施例中，外隔室412可提供有抽气部422，其中当泵浦(未显示)耦合于所述部且经开启时，抽气部422有助于将气体抽出至隔室412外。
类似于图2b中所描绘的状况，藉由加热组件404提供的同心隔室组态可在外隔室412中提供较在内隔室408中的压力低的压力，因而在表面420处提供较低的气体压力，其中表面420直接耦合于环境430。据此，可在无实质气体泄漏至环境430下，在内腔室408中提供相对高的气体压力以帮助基底16以及加热组件404之间的热转移。
在静电钳400的实施例中，可将内环形的特征414布置在径向位置处，使得内隔室408在大部分基底16下延伸，例如内隔室408可在基底16的有效面积之下延伸。
总结来说，本揭示内容的实施例提供静电钳组态，其中静电钳组态提供填充气体的间隙以控管加热组件以及冷却基座之间的热传导，且将加热组件以及冷却基底之间的气体泄漏降到最低。在一些实施例中，在加热组件以及基底之间提供间隙，而在其他实施例中，在加热组件的两侧(亦即，一端分别在加热组件与基底之间且另一端在加热组件与基座之间)上提供填充气体的间隙。
在一些实施例中，可在不加热基底的状况下使用图4中所描绘的加热组件404以及基底16的同心间隙布置，例如是在其他目的下可能需要将气体供应至基底16以及加热组件404之间的制程状况中。
本揭示内容的范畴不受限于本文所述的具体实施例。更确切地说，从前文描述以及附图来看，除了本文所述的那些实施例外，本揭示内容的其他各种实施例以及对本揭示内容的修改，对于所属领域具通常知识者而言将为显而易见的。特定而言，含有除了静电钳外的基底固持器的实施例是有可能的。另外，提供多于一个同心于内间隙的环形间隙的实施例是有可能的。
因此，此等其他实施例以及修改倾向落入本揭示内容的范畴内。此外，虽然本揭示内容已以在特定目的的特定环境下进行特定施行来描述于本文中，但所属技术领域中普通技术人员应理解，其应用处不受限于此，且基于任何其他目的，本揭示内容可以在任何其他环境下有利的施行。因此，应该以本文所述的本揭示内容的广度与精神的观点来解释技术方案。

Claims (5)

1.一种静电钳，其特征在于，包括：
基座，具有第一表面；
外组件，用来在制程腔室中支撑基底，所述外组件具有第二表面，其经布置以连结所述基座的所述第一表面的至少一部分；
第一环形部，其耦合于所述外组件的外表面，所述第一环形部具有第一封合表面；以及
第二环形部，其耦合于所述外组件的所述外表面且具有第二封合表面，其中当所述基底被放置在所述第一封合表面以及所述第二封合表面上时，所述第一环形部定义内隔室且所述第一环形部与所述第二环形部一同定义同心于所述内隔室的外隔室。
2.根据权利要求1所述的静电钳，其特征在于，还包括：
气体入口，其与所述内隔室相通以将气体提供至所述外组件的所述外表面与所述基底之间；以及
抽气部，其与所述外隔室相通且经布置以将气体自所述外隔室传输至泵浦。
3.根据权利要求1所述的静电钳，其特征在于，经连结的所述基座以及所述外组件共同定义：
内间隙，在所述外组件的第一部分与所述基座之间，所述内间隙耦合于气体源，其中所述气体源将气体提供至所述外组件以及所述基座之间；以及
外间隙，同心于所述内间隙且布置于所述外组件的第二部分与所述基座之间，藉由形成于所述外组件的所述外表面与所述基座之间的第三封合表面来将所述内间隙以及所述外间隙彼此隔离，且藉由所述基座与所述外组件之间的第四封合表面来将所述外间隙与所述静电钳的外部的环境隔离。
4.根据权利要求1所述的静电钳，其特征在于，所述外组件包括陶瓷体以及经布置以加热所述基底的加热部。
5.根据权利要求3所述的静电钳，其特征在于，所述基座包括金属，其具有第一凹座以及第二凹座，其中当将所述外组件以及所述基座连结时，所述第一凹座以及所述第二凹座分别定义所述内间隙以及外间隙。
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