CN106030779B - 平台支撑结构以及平台 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种平台支撑结构以及平台，所述平台支撑结构被适配成使加热平台部分与冷底板绝热同时提供其间的基本上无泄漏的气体运输，且同时允许所述平台部分的热膨胀和收缩。所述支撑结构提供的各种实例提供：管状弯曲部，其具有内部气体导管；平台部分安装耳片，其连接到所述弯曲部并且具有与所述弯曲部的所述内部气体导管流体连通的内部气体输入狭槽，所述平台部分安装耳片适用于连接到平台的平台部分；以及底板安装耳片，其连接到所述弯曲部并且具有与所述弯曲部的所述内部气体导管流体连通的内部气体输出狭槽，所述底板安装耳片适用于连接到平台的底板。平台支撑结构提供加热平台部分与冷底板的强机械耦接、良好的热绝缘以及无泄漏气体运输。

Description

平台支撑结构以及平台
技术领域
本发明的实施例大体上涉及衬底处理的领域，且更确切地说涉及具有整合式气体导管的可挠式平台支撑结构。
背景技术
离子注入是通过已激发的离子直接轰击衬底，而将化学物质沉积到衬底中的过程。在半导体制造中，离子注入机主要用于改变目标材料的导电性的类型及水平的掺杂过程。在集成电路(integrated circuit，IC)衬底以及其薄膜结构中的精确的掺杂浓度(doping profile)对于恰当的IC性能是重要的。为了实现所需的掺杂浓度，可以不同的剂量并且在不同的能量处注入一或多种离子物质。
在一些离子注入过程中，所需的掺杂浓度通过在高温下(例如，介于150到600℃之间)在目标衬底中注入离子实现。加热目标衬底可以通过在离子注入过程期间将衬底支撑在加热平台上实现。典型的加热平台包含：加热平台部分，其用于支撑和加热衬底；以及冷底板，其耦接到平台部分的背侧并且被适配成连接到扫描机构。平台部分和底板通常配备有互连内部流体导管，其经配置以将气体(通常被称为“背侧气体”)从气体源传送到形成在平台部分与衬底之间的间隙。在这些间隙中提供气体可以促进平台与衬底之间的热接触，这对于衬底若将在处理操作期间得到加热而言是非常重要的。
此类加热平台的配置与多种挑战相关联。举例来说，平台部分和底板必须以某种方式耦接到彼此，所述方式可提供足够的机械强度以承受通过扫描机构在平台的移动期间的加速力。另外，热平台部分应该是与冷底板绝热的，以便使其间的热流最小化，否则的话所述热流可能在平台部分中产生冷点。此外，由于电介质材料(例如，陶瓷)通常是脆性的并且倾向于在应力下断裂，所以平台部分必须以某种方式耦接到底板，所述方式在平台部分加热和冷却时呈现对平台部分的膨胀和收缩的最小阻抗。再者，由于在平台的高真空环境中，气体或其它异物的存在可能不利于离子注入过程，所以平台部分和底板必须以提供其间的气体的基本上无泄漏运输的方式彼此耦接。
鉴于上述内容，将理解需要提供一种平台支撑结构，所述平台支撑结构提供加热平台部分与冷底板之间的强机械耦接、良好的热绝缘以及无泄漏气体运输的同时，还可促进平台部分在不会对其造成损伤的情况下的热膨胀和收缩。
发明内容
提供此发明内容是为了以简化形式引入下文在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。此发明内容并非意图确认所主张的标的物的关键特征或基本特征，并且也非意图作为对确定所主张的标的物的范围的辅助。
一般来说，本发明的各种实施例提供平台支撑结构，所述平台支撑结构被适配成使加热平台部分与冷底板绝热，同时提供其间的基本上无泄漏的气体运输，且同时允许电介质层的热膨胀和收缩。根据本发明的支撑结构的一个示例性实施例包含：管状弯曲部，其具有内部气体导管；平台部分安装耳片，其连接到所述弯曲部并且具有与所述内部气体导管流体连通的内部气体输入狭槽，所述平台部分安装耳片适用于连接到平台的平台部分；以及底板安装耳片，其连接到弯曲部并且具有与所述内部气体导管流体连通的内部气体输出狭槽，所述底板安装耳片适用于连接到平台的底板。
根据本发明的一个实施例的平台可以包含：平台部分，其具有气体端口以用于将气体提供到所述平台部分的表面上的界面区域；底板；管状弯曲部，其安置在所述平台部分和所述底板中间，所述弯曲部具有内部气体导管；平台部分安装耳片，其连接到所述弯曲部并且具有与所述内部气体导管流体连通的内部气体输入狭槽，所述平台部分安装耳片耦接到所述平台部分；以及底板安装耳片，其连接到所述弯曲部并且具有与所述内部气体导管流体连通的内部气体输出狭槽，所述底板安装耳片耦接到所述底板。
根据本发明的另一实施例的平台可以包含：平台部分，其具有气体端口以用于将气体提供到所述平台部分的表面上的界面区域；底板；管状弯曲部，其安置在所述平台部分和所述底板中间，所述弯曲部具有内部气体导管；平台部分安装耳片，其连接到所述弯曲部并且具有与所述内部气体导管流体连通的内部气体输入狭槽，所述平台部分安装耳片进一步具有穿过其中而形成的安装孔，其中所述内部气体输入狭槽通向所述安装孔；底板安装耳片，其连接到所述弯曲部并且具有与所述内部气体导管流体连通的内部气体输出狭槽，所述底板安装耳片进一步具有穿过其中而形成的安装孔，其中所述内部气体输出狭槽通向所述安装孔，所述底板安装耳片耦接到所述底板；以及气体供给器具，其包括延伸穿过所述平台部分安装耳片中的所述安装孔并且进入到所述气体端口中的气体供给管，其中所述气体供给管的内部与所述内部气体出口狭槽流体连通。
附图说明
现将借助于实例参考附图描述所揭示的装置的各种实施例，在所述附图中：
图1是根据本发明的实施例的第一示例性加热平台的局部横截面图。
图2是图1的加热平台的平台支撑结构部分的等距视图。
图3是图1的加热平台的分解仰视等距视图。
图4是图1的加热平台的仰视等距视图。
图5是沿图4中的平面A-A截取的本发明的支撑结构的气体供给器具部分的截面图。
图6为说明根据本发明的实施例的另一平台支撑结构的俯视图。
图7是示出图6中所示的支撑结构的气体供给器具的局部剖示图。
图8是图示根据本发明的实施例的另一平台支撑结构的俯视图。
具体实施方式
本发明的实施例提供平台支撑结构，以用于将平台部分机械地耦接到加热平台的底板。在操作期间，本文中描述的平台支撑结构可以被适配成使加热平台部分与冷底板绝热，同时提供其间的基本上无泄漏的气体运输，且同时允许电介质层的热膨胀和收缩。如将了解，本文中描述的平台支撑结构可以实施在处理期间用于支撑衬底的加热平台中。举例来说，加热平台可用于在离子注入过程、等离子沉积过程、刻蚀过程、化学机械平坦化过程或通常在半导体衬底将支撑在加热平台上的任何过程期间支撑衬底。因此，描述示例性加热平台。然而，应了解，本发明的实施例不受本文中所描述的示例性加热平台限制，且可发现在用于多种半导体制造过程中的多种其它平台应用中的任一种中的应用。
图1说明示出根据本发明的实施例的示例性加热平台100的分解局部剖示图的框图。平台100可以包含平台部分102、辐射屏蔽103、底板104和平台支撑结构106(在下文中是“支撑结构106”)，其中所有部分都可以竖直地堆叠的关系耦接在一起，如下文中进一步描述。底板104可以安装到扫描机构(未图示)或可以形成扫描机构的一部分，所述扫描机构可以促进平台100的各种角度的和/或旋转的移动。
平台部分102可以具有嵌入其中的电极108，以用于生成可以将衬底(未图示)固持到平台部分102的支撑表面110上的静电力。平台部分102的支撑表面110可为光滑的，或其可配备有台面结构112以用于减少与衬底的背侧接触，这可以减少背侧颗粒的生成。支撑表面110可以额外地配备有可在支撑表面110与安装在其上的衬底之间形成间隙的多个空腔或界面区域114。这些界面区域114可以供应有气体以用于改进或调节平台部分102与衬底之间的热接触。此类气体可以经由内部端口和导管(在图1中未示出)输送到界面区域114，所述内部端口和导管延伸穿过平台部分102、底板104和支撑结构106，如下文中进一步描述。
参考图2，支撑结构106可以包含由管道形成的大体上圆形的弯曲部116。弯曲部116示出为由圆形管道形成，但是这不是关键。所述管道可以替代地具有多种截面形状中的任一种，包含但不限于矩形、椭圆形、三角形、不规则等。弯曲部116可以由多个交替的径向最外部区段118a-f(在下文中是“外部区段118a-f”)和径向最内部区段120a-f(在下文中是“内部区段120a-f”)界定，所述区段可以通过多个径向中间的蜿蜒的(例如，S形状的)连接区段122a-1接合在一起。弯曲部116可以由结实的耐热材料形成，例如镍铬系的合金(例如，ICONEL)管道。
支撑结构106可以进一步包含：多个底板安装耳片124a-f，所述底板安装耳片可以各自连接到外部区段118a-f的相应一个；以及多个平台部分安装耳片126a-f，所述平台部分安装耳片可以各自连接到内部区段120a-f的相应一个。安装耳片124a-f、126a-f可以具有相应的安装孔128a-f、130a-f，所述安装孔穿过所述安装耳片而形成，以用于收纳机械紧固件，如下文中进一步描述。底板安装耳片124a-f示出为从外部区段118a-f径向向内延伸，并且平台部分安装耳片126a-f示出为从内部区段120a-f径向向外延伸，但是此特定配置不是关键的。举例来说，预计底板安装耳片124a-f中的一些或全部可以替代地从外部区段118a-f径向向外延伸，并且平台部分安装耳片126a-f中的一些或全部可以替代地从内部区段120a-f径向向内延伸。安装耳片124a-f、126a-f可以由抗腐蚀性金属形成，例如，不锈钢。
管状弯曲部116可以界定基本上延伸贯穿弯曲部116的内部气体导管132(参见图5)。平台部分安装耳片126中的每一个可以界定内部气体出口狭槽134(参见图5)，所述气体出口可以与气体导管132流体连通。类似地，底板安装耳片124a-f中的一个或多个，例如，底板安装耳片124d，可以界定可与气体导管132流体连通的内部进气口(未图示)。如此布置，气体可以流过平台部分安装耳片126a-f、底板安装耳片124a-f和气体导管132。
参考图3，底板104可以包含多个孔隙138a-f，所述孔隙中的每一个被适配成其中可收纳平台部分安装耳片126a-f的相应一个。底板104可以额外地配备有多个安装孔140a-f，每个安装孔可以与底板安装耳片124a-f中的安装孔128a-f的相应一个对齐。平台部分102可以类似地配备有多个安装孔142a-f，每个安装孔可以与平台部分安装耳片126a-f中的安装孔130a-f的相应一个对齐。
参考图4，底板安装耳片124a-f可以通过相应的机械紧固件144a-f(例如，螺纹紧固件，如内六角螺钉)紧固到底板104的背侧，所述机械紧固件延伸穿过安装孔128a-f并且在底板104中牢固地啮合安装孔140a-f(在图3中示出)。界定与如上文所述的弯曲部116的气体导管132流体连通的内部气室的底板安装耳片124d可以耦接到气体供应线路(未图示)，所述气体供应线路可以从扫描机构(未图示)延伸，底板104可以耦接到所述扫描机构。
平台部分安装耳片126a-f可以通过相应的气体供给器具146a-f耦接到平台部分102。参看图5，示出了图示气体供给器具146a中的一个的局部截面图。气体供给器具146a可以与图4中所示的气体供给器具146b-f基本上相同。因此将理解气体供给器具146a的以下描述还可以适用于其它气体供给器具146b-f中的每一个。
气体供给器具146a可以包含气体供给管148，所述气体供给管可以由热膨胀率类似于平台部分102的热膨胀率的材料形成。此类材料的一个非限制性实例是镍钴铁合金(例如，KOVAR)。替代地，预计气体供给管148可以由可以促进平台部分102相对于金属的更好的热绝缘的各种陶瓷形成。气体供给管148可以延伸穿过平台部分安装耳片126a的安装孔128a。气体供给管148的上部部分150可以在平台部分安装耳片126a上方延伸并且可以配备有从上部部分150径向向外延伸的第一环形凸缘152和第二环形凸缘153。气体供给管148的螺纹下部部分154可以延伸经过平台部分安装耳片126a并且可以啮合螺纹锁定螺母156，以用于将平台部分安装耳片126a锁定到气体供给管。可以由耐热材料(例如，不锈钢)形成的上部环形密封件158和下部环形密封件160可以分别安置在第一环形凸缘152与平台部分安装耳片126a的顶部之间以及锁定螺母156与平台部分安装耳片126a的底部之间，以用于提供平台部分安装耳片126a与气体供给管148之间的基本上液密的连接。气体供给管148的内部可以界定气体穿通导管162，所述导管从气体供给管148的侧壁166中的入口端164延伸到气体供给管148的上端170中的出口端168。
仍然参看图5，气体供给管148的上端170可以在底板104的顶部表面上方延伸并且穿过辐射屏蔽103中的孔隙172。可以由耐热材料(例如，不锈钢)形成的O形环171可以安置在第二环形凸缘153顶上并且可以平坦地啮合平台部分102的背侧，由此在底板104上方一段距离处支撑平台部分102并且提供气体供给管148与所述平台部分之间的液密密封件。气体供给管148的上端170可以延到平台部分102中的安装孔142a中。由此气体供给管148中的气体穿通导管162可以提供在平台部分安装耳片126a中的气体出口狭槽134与气体端口174之间延伸的流体通道，所述流体通道从平台部分102的背侧中的安装孔142a延伸到平台部分的支撑表面110上的界面区域114。
在平台100的操作期间，平台部分102可以通过将电流供应到嵌入在平台部分内或安置在平台部分的背侧上的金属化物层(未图示)得到加热。随着平台部分102得到加热，可以将低压气体供应到底板安装耳片124d(如上文所述)内的进气口狭槽。气体可以流过弯曲部116内的内部气体导管132(如图5中所示)并且进入到平台部分安装耳片126a-f内的气体出口狭槽134中。气体可以随后流过气体供给管148并且穿过气体端口174到达平台部分102的支撑表面110上的界面区域114，其中气体可以促进平台部分与安装在其上的衬底之间的热接触。支撑结构106的配置，并且尤其是在支撑结构106中实施的耐热密封元件(例如，密封件158、密封件160和O形环171)，进而提供高温操作期间底板104与平台部分102之间的基本上无泄漏的气体运输。
由本发明的支撑结构106提供的另一优势在于其可以容纳平台部分102相对于底板104的热膨胀和收缩，例如，可以在操作期间和之后在平台部分的加热和冷却期间出现。确切地说，支撑结构能够径向向内和向外弯曲，其中平台部分安装耳片126a-f径向移动以更靠近底板安装耳片124a-f或距离所述底板安装耳片124a-f更远，由此允许平台部分102相对于底板104的膨胀和收缩而无需将应力赋予到平台部分，否则的话所述应力可能引起损伤。此类弯曲可以通过弯曲部116的几何形状(例如，蜿蜒的连接区段122a-1)以及弯曲部116的材料而促使。
本发明的支撑结构106所提供的另一优势在于它提供平台部分102与底板104之间的良好的热绝缘。举例来说，绝缘气体供给器具146a-f以及平台部分安装耳片126a-f和弯曲部116的低辐射率表面和最小视角系数可以使可能经由传导和辐射而从平台部分102中遗失的热的量最小化。这可以提供具有更好的温度均匀性的平台部分102，并且因此可以通过减少冷点而减少平台部分内的内应力，否则的话冷点可能形成在平台部分中。
本发明所提供的支撑结构106的又一优势在于它提供平台部分102与底板104之间的足够刚性的机械耦接，以防止在通过扫描机构的平台100的移动(例如，加速)期间平台部分和底板的过量的相对运动。当然将了解耦接的特定刚度可以基于弯曲部116的几何形状和材料的变化而改变。
图6说明替代平台支撑结构206的局部俯视图。支撑结构206可以实质上类似于上述支撑结构106，但是它可以配备有平台部分安装耳片226a-f，所述平台部分安装耳片配置的与平台部分安装耳片126a-f不同。此差异在图7中最好的说明，其示出了平台部分安装耳片226a和可以将平台部分安装耳片226a耦接到平台的平台部分202的相应的气体供给器具246a的截面视图。
气体供给器具246a可以包含气体供给管248，所述气体供给管可以由热膨胀率类似于平台部分202的热膨胀率的材料形成。此类材料的一个非限制性实例是镍钴铁合金(例如，KOVAR)。替代地，预计气体供给管248可以由可以促进平台部分202相对于金属的更好的热绝缘的各种陶瓷形成。气体供给管248可以轴向安放在平台部分安装耳片226a的顶部中的圆柱形开口250内。开口250可通向气体出口狭槽234，所述气体出口狭槽延伸穿过平台部分安装耳片226a并且与支撑结构206的弯曲部216(如图6中所示)内的气体导管232流体连通。气体供给管248可以在平台部分安装耳片226a上方延伸并且可以配备有从此向外径向延伸的第一环形凸缘252和第二环形凸缘253。第一环形凸缘252可以安放在平台部分安装耳片226a顶上并且可以通过机械紧固件255(例如，螺纹紧固件，如内六角螺钉)紧固到其上。可以由耐热材料(例如，不锈钢)形成的环形密封件258可以安置在第一环形凸缘252与平台部分安装耳片226a之间，例如在平台部分安装耳片226a的顶部中的环形凹部259中，以用于提供平台部分安装耳片226a与气体供给管248之间的基本上液密的连接。气体供给管248的中空的内部可以界定气体穿通导管262，所述导管从平台部分安装耳片226a中的开口250延伸到气体供给管248的上端270中的出口端268。
仍然参看图7，气体供给管248可以在底板204的顶部表面上方延伸并且穿过平台的辐射屏蔽203中的孔隙272。可以由耐热材料(例如，不锈钢)形成的O形环271可以安置在第二环形凸缘253顶上并且可以平坦地啮合平台部分202的背侧，由此在底板204上方一段距离处支撑平台部分并且提供气体供给管248与所述平台部分202之间的液密密封件。气体供给管248的上端270可以延到平台部分202中的安装孔242a中。气体供给管248中的气体穿通导管262可以由此提供在平台部分安装耳片226a中的气体出口狭槽234与气体端口274之间延伸的流体通道，所述流体通道从平台部分202的背侧中的安装孔242a延伸到平台部分的支撑表面210上的界面区域214。
图8说明另一替代平台支撑结构306的透视俯视图。支撑结构306可以类似于上述支撑结构106，并且可以配备有连接到弯曲部316的多个底板安装耳片324a-f和平台部分安装耳片326a-f。底板安装耳片324a-f和平台部分安装耳片326a-f可以基本上与支撑结构106的底板安装耳片124a-f和平台部分安装耳片126a-f相同，并且可用于以基本上类似的方式将支撑结构306耦接到平台部分和平台(未图示)的底板。然而，弯曲部316可以不同于支撑结构106的弯曲部116，在于它可以由矩形管道(而不是圆形管道)形成，并且可以具有基本上直线的侧面，省略上述弯曲部116的蜿蜒的特征。尽管如此，弯曲部316可以呈现与弯曲部116基本上相同的刚度和可挠性，并且因此可以促进可以由弯曲部316耦接在一起的平台部分与底板之间的基本上相同程度的相对膨胀、收缩和移动。当然，将了解弯曲部316的刚度和可挠性可以通过改变弯曲部316的配置和/或材料来改变。
如本文所使用，以单数形式叙述并以词语“一”进行的元件或步骤应理解为不排除多个元件或步骤，除非明确地叙述此排除。此外，参考本发明的“一个实施例”并不意图解释为排除同样并入叙述特征的额外实施例的存在。
本发明不限于由本文所描述的具体实施例界定的范围中。实际上，除本文所描述的那些实施例和修改外，所属领域的一般技术人员根据以上描述和附图将了解本发明的各种其它实施例和对本发明的修改。这些其它实施例和修改意图属于本发明的范围。此外，尽管本文已出于特定目的而在特定实施方案情况下以特定环境描述了本发明，但所属领域一般技术人员将认识到，本发明的效用不限于此，并且本发明可有利地在许多环境中实施用于许多目的。因此，应鉴于如本文所描述的本发明的整个广度和精神来解释上文阐述的权利要求书。

Claims (11)

1.一种平台支撑结构，其包括：
管状弯曲部，其具有内部气体导管；
平台部分安装耳片，其连接到所述弯曲部并且与所述内部气体导管流体连通，所述平台部分安装耳片适用于连接到用于支撑衬底的加热平台的平台部分；
气体供给器具，所述气体供给器具包括延伸穿过所述平台部分安装耳片中的安装孔的气体供给管，其中所述气体供给管的内部与所述平台部分安装耳片及所述内部气体导管流体连通，其中所述气体供给管配备有第一凸缘，所述第一凸缘啮合所述平台部分安装耳片的第一侧面，并且其中锁定螺母啮合从所述平台部分安装耳片的第二侧面突出的所述气体供给管的一端；以及
底板安装耳片，其连接到所述弯曲部并且与所述内部气体导管流体连通，所述底板安装耳片适用于连接到所述加热平台的底板。
2.根据权利要求1所述的平台支撑结构，其中所述管状弯曲部包括多个径向最外部区段和多个径向最内部区段，其中所述径向最外部区段通过多个蜿蜒的连接区段连接到所述径向最内部区段。
3.根据权利要求1所述的平台支撑结构，其中所述平台部分安装耳片配备有穿过其中而形成的安装孔，所述安装孔与所述内部气体导管流体连通。
4.根据权利要求1所述的平台支撑结构，其中所述底板安装耳片配备有穿过其中而形成的安装孔，所述安装孔与所述内部气体导管流体连通。
5.根据权利要求1所述的平台支撑结构，其中所述底板安装耳片、所述内部气体导管和所述平台部分安装耳片界定连续通道以用于传导气体。
6.根据权利要求1所述的平台支撑结构，其中所述气体供给管配备有第二凸缘，所述第二凸缘具有安放在其上的O形环，其中所述O形环被适配成支撑所述平台部分。
7.一种加热平台，其包括：
用于支撑衬底的平台部分，其具有气体端口以用于将气体提供到所述平台部分的表面上的界面区域；
底板；
管状弯曲部，其安置在所述平台部分与所述底板中间，所述弯曲部具有内部气体导管；
平台部分安装耳片，其连接到所述弯曲部并且与所述内部气体导管流体连通，所述平台部分安装耳片耦接到所述平台部分；
气体供给器具，所述气体供给器具包括延伸穿过所述平台部分安装耳片中的安装孔并且进入到所述气体端口中的气体供给管，其中所述气体供给管的内部与所述平台部分安装耳片及所述内部气体导管流体连通，其中所述气体供给管配备有第一环形凸缘，所述第一环形凸缘啮合所述平台部分安装耳片的第一侧面，并且其中锁定螺母啮合从所述平台部分安装耳片的第二侧面突出的所述气体供给管的一端；以及
底板安装耳片，其连接到所述弯曲部并且与所述内部气体导管流体连通，所述底板安装耳片耦接到所述底板。
8.根据权利要求7所述的平台，其中所述管状弯曲部包括多个径向最外部区段和多个径向最内部区段，其中所述径向最外部区段通过多个蜿蜒的连接区段连接到所述径向最内部区段。
9.根据权利要求7所述的平台，其中所述平台部分安装耳片配备有穿过其中而形成的安装孔，其中所述安装孔与所述内部气体导管流体连通。
10.根据权利要求7所述的平台，其中所述底板安装耳片配备有穿过其中而形成的安装孔，其中所述安装孔与所述内部气体导管流体连通。
11.根据权利要求7所述的平台，其中所述气体供给管配备有第二环形凸缘，所述第二环形凸缘具有安放在其上的O形环，其中所述O形环啮合所述平台部分的背侧。
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