CN106463363B - 底座基于流体的热控制 - Google Patents

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Abstract

对基板载体的热控制被描述为利用热流体。在一个示例中，热控制的基板支撑件包括顶表面，用于支撑基板，该顶表面热耦接至基板；热流体通道，该热流体通道热耦接至该顶表面以承载热流体，该热流体用于从该顶表面吸走热量，以及向该顶表面提供热量；以及热交换器，用于将热流体供应至该热流体通道，该热交换器交替地加热和冷却该热流体，以调整基板温度。

Description

底座基于流体的热控制
技术领域
本发明的实施例涉及微电子器件制造产业，且尤其涉及用于在处理期间支撑工件的温度受控底座。
背景技术
在半导体芯片的制造中，硅晶片或其他基板在不同的处理腔室中暴露于各种不同的工艺。这些腔室可使该晶片暴露于多个不同的化学工艺及物理工艺，藉此微小集成电路形成于该基板上。组成集成电路的材料的层由工艺所形成，所述工艺包括化学气相沉积、物理气相沉积、外延生长，及类似工艺。使用光刻胶及湿蚀刻或干蚀刻技术来图案化材料层中的一些。这些基板可为硅、砷化镓、磷化铟、玻璃或其他合适的材料。
在这些制造工艺中，等离子体可被用于沉积或蚀刻各种材料层。等离子体处理相较于热处理提供许多优点。举例而言，相较于类似的热工艺，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)允许以较低的温度及较高的沉积速率执行沉积工艺。PECVD因此允许以较低的温度沉积材料。
在这些工艺中所用的处理腔室通常包括设置于其中的基板支撑件或底座，以在处理期间支撑基板。在某些工艺中，底座可包括嵌入式加热器，该嵌入式加热器被适配成控制基板的温度和/或提供可用在工艺中的升高的温度。
随着制造技术进步，在处理期间的晶片的温度变得更重要。某些底座已经被设计成用于跨基板的表面的热均匀性，该基板有时被称为工件。流体冷却被用于吸收等离子体功率热量，并将其从该工件移除。底座还可在多个区域中包含独立控制的加热器。这允许在不同工艺(诸如化学气相和等离子体条件)下的较宽的工艺窗口。
对于许多工艺而言，在处理期间的晶片的温度影响晶片上的结构形成、暴露、显影或蚀刻的速率。其他工艺亦可具有温度依赖性。更精确的热性能允许晶片上更精确地形成的结构。跨晶片的均匀蚀刻速率允许在晶片上形成较小的结构。热性能或温度控制因此是减小硅芯片上的晶体管及其他结构的尺寸的因素。
发明内容
对基板载体的热控制被描述为使用热流体。在一个示例中，热控制的基板支撑件包括顶表面，用于支撑基板，该顶表面热耦接至基板；热流体通道，该热流体通道热耦接至该顶表面以承载热流体，该热流体用于从该顶表面吸走热量以及向该顶表面提供热量；以及热交换器，用于将热流体供应至该热流体通道，该热交换器交替地加热和冷却该热流体以调整基板温度。
附图说明
本发明的实施例以示例而非限制的方式，示出于附图的图式中，其中：
图1为依据本发明实施例的包括底座组件的半导体处理系统的示意图；
图2为依据本发明实施例的底座组件的等轴图；
图3为依据本发明实施例的图2的底座组件的横截面图；
图4为依据本发明实施例的图2的底座组件的冷却板的俯视平面图；
图5为依据本发明实施例的图2的底座组件的等轴图；
图6为依据本发明实施例的图2的底座组件的顶表面的部分的部分横截面图；
图7为依据本发明实施例的安装于图2的底座组件中的气塞的横截面侧视图气塞；
图8为依据本发明实施例的图7的气塞的俯视平面图；
图9为依据本发明实施例的操作具有基板支撑组件的处理腔室的工艺流程图；以及
图10为依据本发明实施例的静电夹盘形式的基板支撑组件的横截面图。
具体实施方式
在以下的描述中，阐述众多细节，然而，本领域技术人员将显见可在不具有这些特定细节的情况下实践本发明。在某些实例中，以框图形式而非详细地示出众所周知的方法及装置，以避免模糊本发明。贯穿此说明书对“实施例”或“一个实施例”的引用表示联系该实施例描述的特定特征、结构、功能或特性被包含在本发明的至少一个实施例中。因此，用语“在实施例中”或“在一个实施例中”在贯穿此说明书的各种地方的出现不一定是指本发明的相同实施例。此外，特定特征、结构、功能或特性可以任何合适的方式结合在一或多个实施例中。举例而言，在与两个实施例相关联的特定特征、结构、功能或特性不相互排斥的任何地方，第一实施例可与第二实施例结合。
如在本发明的描述及所附权利要求书中使用的，单数形式“一(a、an)”及“该(the)”旨在亦包含复数形式，除非上下文明确地另作指示。亦将理解到，如本文中所使用的术语“和/或”是指并且涵盖相关联的列举项目中的一或多个的任何及所有可能的组合。
术语“耦接的”及“连接的”连同它们的衍生词，可在此被用以描述部件之间的功能关系或结构关系。应理解到，这些术语并非旨在作为彼此的同义词。相反，在特定实施例中，“连接的”可被用于指示两个或多个元件与彼此处于直接的物理、光学或电接触。“耦接的”可被用于指示两个或多个元件与彼此处于直接或者间接(这些元件之间有其他居间元件)的物理、光学或电接触，和/或该两个或多个元件彼此合作或相互作用(例如，如在因果关系中)。
如在本文中使用的术语“在……上方(over)”、“在……下方(under)”、“在……之间(between)”及“在……上(on)”指的是一个部件或材料层相对于其他部件或层的相对位置，其中这样的物理关系是值得注意的。举例而言，在材料层的情境中，设置于另一个层的上方或下方的一个层可直接与该另一个层接触，或可具有一或多个居间层。此外，设置于两层之间的一个层可直接与该两层接触，或可具有一或多个居间层。相比之下，在第二层“上”的第一层是与该第二层直接接触。在部件组合的情境中进行类似的区别。
晶片底座的顶表面的温度，且因此晶片的温度，可在处理期间通过将冷却剂流体亦用作加热流体来更精确地控制。用于移除过量热量的同一流体亦可被用于提供附加的热量。可使用热交换器精确地控制该冷却剂流体的温度，该热交换器在腔室外。
若不再使用电阻加热元件，则可从底座组件移除加热器结构。这允许底座被制得更薄。该底座的减少的厚度允许该冷却剂流体更有效地热耦接至晶片。其他加热器部件，诸如PID(比例-积分-微分)温度控制器传感器、控制系统及电连接器亦在电阻加热器迹线被移除时被避免。
相反，外部热交换器可被用来增加或减少冷却剂的温度。随着冷却剂从底座流动，该冷却剂的温度可被测量并用作该底座及该晶片的温度的指示。附加的传感器，诸如热电偶，可作为该冷却剂温度的附加或替代而使用。对于许多工艺，对于该热交换器将该冷却剂温度控制在30℃至200℃的范围内是足够的。
气体可被传递至底座的顶表面与晶片之间的该晶片的背侧，以改善该晶片与该底座之间的热对流。有效的径向气体流动改善了跨该晶片的背侧的气体流动。该气体可被泵送通过底座组件的基底中的通道至该底座的顶部。质量流量控制器(mass flowcontroller)可被用于控制通过该底座的流动。在真空或化学沉积腔室中，背侧气体提供用于热传递的介质，以用于在处理期间加热和冷却晶片。可通过在加热器底座设计中从该晶片的中心以步阶式袋建立径向流动图案来改善气体流动。
还可通过在底座与晶片之间使用凸块来改善热传递，所述凸块接触该晶片的背侧。可增加凸块的表面直径及数量以用于通过所述凸块的增加的热传导。
图1为依据在此描述的实施例的等离子体系统100的部分横截面图，该等离子体系统具有底座128。底座128具有主动冷却系统，该主动冷却系统允许在基板经受众多工艺及腔室条件时在宽的温度范围上对定位在该底座上的基板的温度的主动控制。等离子体系统100包括处理腔室主体102，该处理腔室主体具有限定处理区域120的侧壁112及底壁116。
底座128穿过通道122被设置在处理区域120中，该通道形成于系统100中的底壁116中。底座128被适配成在其上表面上支撑基板(未显示)。基板可为用于由腔室100施加的处理的各种不同工件中的任一种，所述工件由各种不同材料中的任一种制成。底座128可选择性地包括加热元件(未显示)，举例而言电阻元件，以将基板温度加热并控制在期望的工艺温度处。替代地，底座128可由远程加热元件(诸如灯具组件)加热。
底座128由轴126耦接至功率插座或功率箱103，该功率插座或功率箱可包括驱动系统，该驱动系统控制底座128在处理区域120内的升高及移动。轴126还包含电功率接口，以将电功率提供至底座128。功率箱103还包括用于电功率及温度指示器的接口，诸如热电偶接口。轴126还包括基底组件129，该基底组件被适配成可拆卸地耦接至功率箱103。圆周环(circumferential ring)135被示为在功率箱103上方。在一个实施例中，圆周环135为肩部，该肩部被适配为机械停止器或着陆器(land)，该机械停止器或着陆器被配置成提供基底组件129与功率箱103的上表面之间的机械接口。
棒130被设置成穿过形成于底壁116中的通道124，并且被用于激活穿过底座128设置的基板升降杆161。基板升降杆161提升工件离开底座顶表面，以允许通常使用机械手(未显示)穿过基板传送端口160移除该工件以及将该工件带入及带出该腔室。
腔室盖104耦接至腔室主体102的顶部部分。盖104容纳一或多个耦接至它的气体分布系统108。气体分布系统108包括气体入口通道140，该气体入口通道通过喷淋头组件142将反应气体及清洁气体递送至处理区域120B中。喷淋头组件142包括环形基底板148，该环形基底板具有区隔板144，该区隔板设置于到面板146的中间。
射频(RF)源165耦接至喷淋头组件142。RF源165对喷淋头组件142供电，以促进喷淋头组件142的面板146与加热底座128之间的等离子体的产生。在一个实施例中，RF源165可为高频射频(HFRF)功率源，诸如13.56MHz RF产生器。在另一个实施例中，RF源165可包括HFRF功率源及低频射频(LFRF)功率源，诸如300kHz RF产生器。替代地，RF源可耦接至处理腔室主体102的其他部分，诸如底座128，以促进等离子体产生。介电隔离器158被设置于盖104与喷淋头组件142之间以防止将RF功率传导至盖104。遮蔽环106可被设置于底座128的周边上，该遮蔽环将基板接合在底座128的期望高度处。
可选择地，冷却通道147形成于气体分布系统108的环形基底板148中，以在操作期间冷却环形基底板148。可使热传递流体，诸如水、乙二醇、气体或类似物可循环通过冷却通道147，使得基底板148被维持在预定义的温度下。
腔室衬垫组件127非常紧密接近腔室主体102的侧壁101、112地设置于处理区域120内，以防止侧壁101、112暴露于处理区域120内的处理环境。衬垫组件127包括圆周泵送腔125，该圆周泵送腔耦接至泵送系统164，该泵送系统被配置成从处理区域120排放气体及副产物并控制处理区域120内的压力。多个排放端口131可形成在腔室衬垫组件127上。排放端口131被配置成允许气体以促进系统100内的处理的方式从处理区域120流至圆周泵送腔125。
系统控制器170耦接至各种不同的系统，以控制腔室中的制造工艺。控制器170可包括温度控制器175以执行温度控制算法(例如温度反馈控制)且可为软件或者硬件，或软件及硬体两者的组合。系统控制器170还包括中央处理单元172、存储器173及输入/输出界面174。温度控制器从底座上的传感器(未显示)接收温度读数143。温度传感器可接近冷却剂通道、接近晶片或被置于底座的介电材料中。温度控制器175使用所感测的温度或多个温度来输出控制信号，所述控制信号影响底座组件142与等离子体腔室105外部的热源和/或散热器(诸如热交换器177)之间的热传递的速率。
该系统还可包括受控的热传递流体环路141，该热传递流体环路具有基于温度反馈环路控制的流动。在示例实施例中，温度控制器175耦接至热交换器(HTX)/冷却器177。热传递流体以通过热传递流体环路141的由阀控制的速率流过该阀(未显示)。该阀可被结合至该热交换器中，或结合至该热交换器内或外的泵中，以控制热流体的流动速率。该热传递流体流过底座组件142中的导管，并随后返回到HTX 177。该热传递流体的温度由该HTX增加或减少，且随后该流体通过该环路返回到该底座组件。
该HTX包括加热器186，以加热该热传递流体并藉此加热该基板。该加热器可使用围绕热交换器内的管的电阻线圈而形成，或可以热交换器形成，其中加热流体通过交换器将热量传导至包含热流体的导管。该HTX还包括冷却器188，该冷却器从热流体吸走热量。这可使用散热器来将热量倾卸至环境空气中或倾卸至冷却剂流体中，或以各种其他方式中的任一种来完成。该加热器及该冷却器可被结合，使得温度受控流体首先被加热或冷却，且随后控制流体的热量与热传递流体环路中的热流体的热量交换。
HTX 177与底座组件142中的流体导管之间的阀(或其他流动控制装置)可由温度控制器175控制，以控制热传递流体流至流体环路的速率。温度控制器175、温度传感器及阀可结合以便简化构造及操作。在实施例中，热交换器在热传递流体从流体导管返回之后，感测该热传递流体的温度，并基于该流体的温度及腔室102的操作状态的期望温度来加热或者冷却该热传递流体。
电加热器(未显示)也可被用于底座组件中，以将热量施加至该底座组件。通常为电阻元件形式的电加热器被耦接至功率供应器179，该功率供应器由温度控制系统175控制，以激励加热器元件，以获得期望温度。
热传递流体可为液体，诸如但不受限于，去离子水/乙二醇、氟化冷却剂(诸如来自3M的
Figure BDA0001154317020000071
或来自苏威苏莱克斯公司(SolvaySolexis Inc.)的
Figure BDA0001154317020000072
)，或者任何其他合适的介电流体，诸如包含全氟惰性聚醚(perfluorinated inert polyethers)的那些。虽然本描述在PECVD处理腔室的情境中描述底座，但在此描述的底座可被用在各种不同的腔室中，并用于各种不同的工艺。
诸如加压气体供应器或泵及气体库之类的背侧气体源178通过质量流量计(massflow meter)185或其他类型的阀耦接至夹盘组件142。背侧气体可为氩或提供晶片与定位盘(puck)之间的热对流而不影响腔室的工艺的任何气体。该气体源在该系统被连接至的系统控制器170的控制下，通过下面更详细描述的底座组件的气体出口将气体泵送至晶片的背侧。
处理系统100还可包括图1中未特定示出的其他系统，诸如等离子体源、真空泵系统、进出门、微加工、激光系统及自动化搬运系统等等。所示出的腔室被提供为示例，且各种其他腔室中的任何一种可用于本发明，这取决于工件的性质及期望的工艺。所描述的底座及热流体控制系统可被适配成用于不同的物理腔室及工艺。
图2为依据实施例的为晶片底座200形式的基板支撑组件的等轴图。该底座或阴极具有顶部介电表面202及支撑轴204。可使用铸造且机加工的铝板并随后以电介质涂布该铝板而形成顶部介电表面，该电介质诸如氮化铝、氧化铝，或其他氧化物或陶瓷材料。替代地，该顶表面可整个由氧化物、陶瓷或其他介电材料形成。包含该晶片底座的介电顶表面的此顶板将在此被称为定位盘。气体出口206穿过介电定位盘202的中心钻孔。气塞208被插入至气体出口通道206的中心，以控制来自支撑柱204而穿过气体出口206离开至介电定位盘202的顶表面的气体的流动。
介电定位盘的顶表面具有多个凸块210，使得安置在该介电定位盘的顶部上的晶片或任何其他基板将由小凸块阵列支撑。这些小凸块可形成在介电定位盘的表面上，或这些凸块可被附接。这些凸块保持晶片远离定位盘的顶表面。晶片的位置由每个凸块的高度所决定。
图3为图2的底座组件200的横截面侧视图。如图3中所示，底座组件的基底204具有中心气体管304，该中心气体管从外部源(诸如图1的气体源178)接收热传导气体。该气体被向上泵送穿过底座支撑件的中心内的管至气塞208。从该气塞，该气体从该底座离开至介电定位盘202与该介电定位盘上方的晶片302之间的空间306。
该底座组件由三个分离的主要部分形成，虽然本发明并非如此限制。存在由该介电定位盘形成的上盘形结构202，该介电定位盘具有与晶片302大约相同的表面积。在所示出的示例中，晶片具有，举例而言，大约300mm的直径。因此，该定位盘具有，举例而言，大约330mm的直径。工件及定位盘可为包括矩形的其他形状，且可具有任何期望的尺寸。该定位盘可由陶瓷或具有低导电性的其它刚性材料制成。除了其他材料外，氧化铝及氮化铝为合适的材料。虽然高的热传导性在某些应用中为优点，但热传导亦可通过使该定位盘非常薄而增强。
存在附接至该定位盘的下加热器板308以及附接至该加热器板的支撑轴204。该加热器板及该支撑轴可由具有高的热传导性的强金属(诸如铝)制成，或由其他材料制成。介电定位盘利用焊接工艺粘合剂或另一个紧固件(诸如螺栓或螺丝(未显示))而附接至该加热器板。
该加热器板具有冷却剂通道310的图案。在所示的示例中，这些冷却剂通道被机加工至该下加热器板中作为沟槽，这些沟槽开放于该加热器板的顶表面上。这些冷却剂通道通过将顶部介电定位盘202附接于冷却剂通道的顶部上方而关闭。该定位盘形成这些冷却剂通道的顶表面的此设计允许热传递流体直接接触该定位盘，从而改善该定位盘与该热传递流体之间的热传导。这些冷却剂通道具有入口312，其中冷却剂流体从热交换器穿过底座204的基底向上流至冷却剂通道中。冷却剂流过通道并到达冷却剂出口314，在冷却剂出口处，该冷却剂由进入的冷却剂推动离开该出口，返回到该热交换器。热交换器177，诸如图1中所示的热交换器，可在特定受控温度下将热传递流体供应至各种腔室中的一或多个底座。
通过控制热传递流体的温度，可控制晶片的温度。该热传递流体与加热器板308及该定位盘直接物理接触。该加热器板还被热耦接至上介电定位盘202，该上介电定位盘支撑晶片302。气体通道304将气体施加至晶片与介电定位盘之间的空间。此气体为热传导介质，该热传导介质允许在该晶片与该介电定位盘之间传导热量，即使该腔室为真空腔室。以此方式，该晶片的温度可通过控制冷却剂通道中的热传递流体的温度而控制。
图4为底座组件200的俯视平面图，其中介电定位盘202被移除以显示加热器板308的顶部。如图所示，冷却剂入口312将热传递流体提供至开放冷却剂通道310中，该冷却剂通道以圆形图案环绕冷却剂加热器板，该圆形图案开始于气体出口206附近的该定位盘的中心附近，并围绕该中心以一系列同心弧朝向外侧移动，每个弧更靠近该定位盘的周界404。返回通道406从该周界径向运行返回朝向该定位盘的中心并至冷却剂出口314。
由冷却剂通道跟随的路径可被修改以适合不同的应用、构造材料、流动要求，及热传递要求。如图所示，每个弧几乎为完整的圆，且每个弧比在它之前的弧距离该中心更远。可使这些弧较短，以仅覆盖完整的圆的一半、三分之一，或另一个分数。还可以不同的顺序连接这些弧，使得内弧由外弧跟随，该外弧由另一个内弧跟随。
虽然显示圆形图案，但可替代地使用螺旋图案、径向图案，或任何其他图案。该路径可被修改，使得冷却剂从该加热器板上的不同位置或多个位置被施加及移除。该中心入口及出口允许冷却剂通道容易地由支架(stand)204供应，然而，若该冷却剂以另一个方式被供应至加热器板，则该入口及出口可被放置成较靠近于该加热器板的边缘或周边。
用于气体流动的孔206亦被示为位于加热器板的中心。此孔耦接至气塞所插入的介电定位盘中的孔。
图5为站立于其基底204上的底座组件200的顶表面的放大等轴视图。该底座具有顶部介电定位盘202及下加热器板308。升降杆322在介电定位盘的周边附近被置于一位置中，当晶片以静电方式附接至该定位盘时，该位置将在晶片下面。在工艺已经完成之后，升降杆提升该晶片离开该介电定位盘。气塞208亦存在于该介电定位盘的中心中。
介电定位盘的顶表面被分成三个不同的步阶区域502、504、506。这些区域为同心的，使得中心区域502由中间区域504所包围和环绕，该中间区域由周边区域506所包围和环绕。每个区域呈现不同高度的凸块。以此方式，这些凸块的顶部全部都在相同的高度处。换言之，介电定位盘的表面在每个步阶中是渐进地更高的，但晶片的平坦的底部表面跨凸块而被支撑成水平的。这允许来自气塞206的气体容易地从介电定位盘的中心，在晶片与介电定位盘之间的空间中向外流动朝向该介电定位盘的周边。从该周边，气体可逃离出介电定位盘的侧边。此气体随后可利用排放泵或任何其他期望的方式从腔室移除。
这三个不同的步阶区域在图6中被示为横截面图。在中心区域502中，凸块520具有初始较高高度526，且围绕凸块的介电定位盘524底部是在第一深度处。在中间区域504中，凸块532较低，换言之，凸块的顶部被间隔成较靠近介电定位盘534的表面的底部。该介电定位盘因此较靠近该晶片且在该定位盘上方的凸块的高度536减少。在周边区域506中，定位盘544的表面仍较高，使得凸块542较短，亦即它们具有较小的高度546。该介电定位盘的底部仍较靠近该晶片。这限制了从该晶片的中心向外朝向该晶片的周边的流动，并且提供空间给气体以在向外并远离该晶片流动之前，在该中心附近累积。当气体流动被限制从晶片底座的中心至边缘时，更多的热量被吸收在气体中且对流被改善。
图6的示图并非按比例绘制。每个凸块可具有2mm至3mm数量级的宽度，且每个凸块的高度可为0.1mm的数量级。高度的差异可为0.02mm至0.03mm的数量级，或大约凸块的总高度的十分之一至三分之一。凸块的尺寸及凸块的数量可被适配成适合不同的实现。
该气体可为包括氩的适合于在晶片与介电定位盘之间传导热的各种不同气体中的任何一种。在一个示例中，凸块不仅更高而且在直径上亦更小。这种直径的减少在图6的横截面图中被示为横截面宽度的减少。虽然只示出了三个步阶，中心步阶、中间步阶及周边步阶，但更多或更少的步阶可被使用以减少流动及促进气体从晶片的中心至周边的径向流动图案。替代地，背侧气体流动系统可在介电定位盘中没有任何步阶的情况下使用。
图7为如在此描述的气塞208的横截面侧视图。该气塞引导该背侧气体流动至晶片与定位盘之间的空间中，以增加定位盘与晶片之间的热传递的均匀性。抵靠晶片的背侧释放背侧气体。气体穿过气体流动通道304并穿过冷却剂加热器板308及介电定位盘202而流入。该气体从该通道流入塞组件208中。在该塞组件的一端处，气体流动从该基底至该气塞中的垂直向上流动改变成水平流动导管352中的横向水平流动。从这些水平流动导管，该气体流动至塞354的边缘并穿过通路356向上并远离该气塞并朝向该晶片背侧。
该气塞被示为具有弹簧夹360，以将该气塞保持在加热器板中的适当位置中。这允许该气塞被固定在下加热器板中，而非上介电定位盘中。该加热器板通常由具有高的热传导的金属(诸如铝)制造。这提供强表面以支撑该气塞。该介电定位盘通常由陶瓷材料所建造，以用于高的耐热性且用于介电特性以静电地配备该晶片。这允许弹性体塞容易地符合已经被机加工至该陶瓷中的孔的形状而不具有来自弹簧360的磨损，该弹簧360随着温度及压力的改变而抵靠陶瓷磨损。
图8提供具有以虚线示出的内部特征的气塞208的俯视平面图。中心气体流动导管304向上至该气塞的腔室的中心。该气体随后被横向引导至水平导管352中以向外延伸。在所示的实施例中，该气体在四个不同的方向中流动，该四个不同的方向是正交的或以90°分离，然而，横向导管的数量及方向可被修改以适合任何特定的实现。此外，横向导管不一定为水平的，而可以各种不同方式中的任一种成角度，以达到期望的气体流动特性。
图9为操作处理腔室中的底座的工艺流程图。该底座可被用于宽范围的不同处理腔室中，且还可被用于不在处理腔室中执行的工艺。该底座可被用来保持各种不同类型的基板，包括半导体基板及微机械基板，诸如硅晶片。
在902处，为制造工艺(诸如PECVD)准备工艺腔室。该准备将取决于特定工艺并且可包括抽空并清洁腔室、向该腔室添加气体或化学环境以及将该腔室驱动至特定温度。
在904处，基板，诸如硅晶片或任何其他基板被置于底座的顶表面上。如在此所描述的，该晶片可被置于阵列介电凸块上方，所述阵列介电凸块形成于底座组件的顶表面或介电定位盘上。这可利用机械手或任何其他手段完成，且是在经准备的腔室内完成。替代地，取决于腔室的性质，基板可在该腔室外被附接且随后该底座及基板可被移动至该腔室中。
在906处，热流体被泵送通过该底座组件的冷却剂通道以加热该基板。这可利用热交换器的泵或某种其他装置来迫使流动通过该冷却剂通道而完成。同时，背侧气体被泵送通过气塞至该晶片的背侧，以引起该基板与该底座之间的热对流。当该基板已达到意在温度时，则通过向该基板施加能量而操作处理腔室。等离子体工艺，举例而言，向该基板施加RF能量及化学反应能量。这加热该基板。其他工艺可以不同的方式加热该基板，这取决于该工艺的性质。
在908处，在基板处理期间使用热流体维持基板的温度。使该热流体流过该底座组件的冷却剂通道以根据需要冷却或加热该基板。通过冷却该热交换器中的流体来代替加热该流体，该流体用于冷却该基板并抵制(counter)工艺的影响。可基于冷却剂的测量温度或该系统的一或多个其他部分的测量温度来交替地加热及冷却该流体，该系统可包括该流体以维持该基板的期望温度。
在910处，该热流体在热交换器处被冷却，并且被泵送通过该底座组件的冷却剂通道以冷却该基板。在910处，处理腔室操作被停止，并且在912处，从该底座的顶表面移除基板。通常，这是通过激活升降杆以提升该晶片离开该底座，且随后机械臂上的夹子夹住该晶片的边缘来完成。该晶片随后可被移动至另一个工艺腔室或另一个处理站。
利用在此描述的特定机械构造，冷却剂流过冷却剂通道，这些冷却剂通道在加热器板的顶表面上是开放的，使得在冷却剂通道中流动的冷却剂与介电定位盘物理接触。这改善了流体与定位盘之间的热传导。该加热器板亦可由热传导材料制成，使得该加热器板亦将热量传导至该定位盘。
定位盘与基板之间的热传导可利用背侧气体来改善，该背侧气体被泵送通过介电定位盘的气体出口，以将气体提供至定位盘顶表面与基板之间的空间中，以在基板与定位盘之间传导热。
虽然图9的示例是在操作处理腔室及在腔室内的底座上支撑基板的情境中呈现，但本发明并非如此限制。可在腔室外使用该底座。冷却剂流体允许在广泛种类的不同情况及工艺中精确地控制基板的温度。
图10为依据本发明替代实施例的为静电夹盘(ESC)形式的基板支撑组件的横截面图。ESC 632由三个板602、604、606形成。上板或顶部板602承载静电电极612以将基板608(诸如硅晶片)静电地附接至ESC。该顶部板还包括可选的电阻加热器元件620，以加热该晶片。这些加热器元件可与冷却剂通道中的热流体一起使用，以产生比单独使用热流体更高的温度。
顶部板602附接至冷却剂板604，该冷却剂板具有冷却剂通道630。在此示例中，冷却剂通道在顶部处是开放的。这允许通道被容易地机加工至冷却剂板中且允许冷却剂通道中的热流体与顶部板之间的热传导。该顶部板与冷却剂板由强的金属背板或基底板606支撑以供支撑。这三个板可从铝或具有良好的热传导性且能够经受处理腔室的化学及热条件的另一个材料铸造及机加工。对于ESC，该顶部板可涂布有介电材料或由介电材料制成，以维持静电电荷以将晶片608保持在适当的位置。
该ESC由控制器640控制，该控制器连接至驱动电压614以控制针对静电电极612施加及维持的电荷。该控制器连接至驱动电流622以控制施加至可选的加热器元件620的功率。该控制器还耦接至热交换器636以控制热流体的流动速率及温度，该热流体被泵送通过冷却剂通道630。该热交换器耦接至供应侧线632以及返回线634，该供应侧线将温度调整的冷却剂馈送至冷却剂板的冷却剂通道，该返回线从该ESC接收热流体并将该热流体返回至热交换器636以被加热或冷却并被供应回到供应线。热交换器具有类似于图1的情境中描述的流体加热系统及流体冷却系统。
控制器进一步可选地连接至气体供应器628，以控制背侧气体通过背侧气体通道626至该晶片的背侧的流动。该背侧气体改善晶片608与ESC 632之间的热对流。来自热传感器638的温度信息
ESC 632进一步可选地在顶部板602中、冷却剂通道630中，或任何其他期望位置中包含一或多个热传感器638。如所示的热传感器耦接至热交换器以提供关于晶片608或具有与晶片温度有关的温度的部件(诸如顶部板)的温度的信息。该热交换器使用此信息来控制冷却剂流体的温度。该热交换器还可将温度信息提供给控制器640，或代替被连接至热交换器或除了被连接至热交换器之外，温度传感器可被直接连接至控制器。
ESC还具有升降杆616及升降杆驱动电机618，以向上驱动升降杆并从ESC的表面602释放晶片608。升降杆的数量、位置及操作可被适配成适合ESC的不同应用及ESC的不同类型。图10的ESC被提供为示例。本发明的原理可适配于期望受控温度的各种不同的基板支撑件。在此描述的ESC和底座可具有更多或更少的特征，这取决于特定的实现。
如在此所述的，热交换器耦接至基板支撑组件。该基板支撑组件具有用于承载基板的顶表面以及流体通道，热流体或冷却剂流过所述流体通道。热流体加热及冷却基板支撑件并因此间接地加热及冷却基板。如以上所提及的基板可具有许多不同的类型。该基板可为硅、玻璃或某种其他材料的单晶片，或该基板可具有一或多个层。该基板还可为已经有施加许多处理操作的基板，使得除了该基板外还有，举例而言，组建层(build-uplayer)、半导体层、光学层，或微机加工层。
该基板支撑件亦可采取不同的形式。描述及示出晶片底座及静电夹盘，然而，在处理腔室中承载或支撑基板的其他装置可与在此描述的基于流体的热控制一起使用。基板支撑组件简单地指代用于支撑基板的制品，该制品具有一个以上的部分，诸如用于承载基板的顶表面，以及流体通道以控制温度。在所示的示例中，基板支撑组件由两个或三个紧固在一起的板形成，但基板支撑件亦可由单个整块的材料制成，该材料已被钻孔、机加工或组建以具有在此所述的结构。
要理解的是，以上描述旨在为说明性的，而非限制性的。举例而言，虽然图式中的流程图示出由本发明的特定实施例执行的操作的特定顺序，但应理解到，这样的顺序并非必需的(例如，替代实施例可以不同顺序执行操作、结合特定操作、重叠特定操作等等)。此外，一旦阅读及理解以上描述，许多其他实施例对于本领域技术人员而言将是显而易见的。虽然已参考特定示例性实施例描述本发明，但将意识到本发明并不限于所描述的实施例，而是可在所附权利要求书的精神及范围内以修改及变更来实践。因此，本发明的范围应该参考所附权利要求书，连同这样的权利要求书所赋权的等效物的全范围而决定。

Claims (14)

1.一种热控制的基板支撑件，包括：
顶表面，用于支撑基板，所述顶表面热耦接至所述基板；
热流体通道，所述热流体通道热耦接至所述顶表面以承载热流体，所述热流体用于从所述顶表面吸走热量；
热交换器，用于将热流体供应至所述热流体通道，所述热交换器冷却所述热流体，以调整基板温度，
其中所述顶表面包括多个凸块以支撑所述基板，所述凸块以离所述顶表面的一距离支撑所述基板，所述距离由所述凸块确定，且其中所述顶表面包括同心区域，每个区域离所述基板不同的距离，其中所述顶表面在中心区域离所述基板最远，所述中心区域具有最高的凸块，且其中所述顶表面在周边区域离所述基板最近，所述周边区域具有最短的凸块，并且其中在所述中心区域中的凸块相较于在所述周边区域中的凸块具有更小的直径；以及
气体出口，所述气体出口在所述中心区域中以将热传导气体提供至所述顶表面与所述凸块之间的空间的所述中心区域中，从而在所述基板与所述顶表面之间传导热量，从所述中心区域中的所述气体出口向外流到所述周边区域并到所述顶表面的侧边外的所述热传导气体的流由离所述基板的所述不同的距离来控制。
2.如权利要求1所述的基板支撑件，进一步包括温度传感器，所述温度传感器热耦接至所述顶表面且耦接至所述热交换器以将感测的温度提供至所述热交换器，且其中所述热交换器至少部分地基于所述感测的温度来控制所述热流体的加热和冷却。
3.如权利要求2所述的基板支撑件，其中所述温度传感器通过控制器耦接至所述热交换器，所述控制器具有处理器以控制所述热交换器。
4.如权利要求2所述的基板支撑件，其中所述温度传感器被定位在所述顶表面中以感测所述基板支撑件的所述顶表面的温度。
5.如权利要求1所述的基板支撑件，其中所述顶表面为圆形，以承载圆形基板，所述圆形基板具有圆形区域，且其中所述热流体通道以弧延伸，所述弧与所述基板的所述区域同延。
6.如权利要求5所述的基板支撑件，其中所述热流体通道以螺旋图案从所述基板支撑件的中心延伸至所述基板支撑件的边缘。
7.如权利要求1所述的基板支撑件，进一步包括介电定位盘以及加热器板，所述介电定位盘包括所述顶表面，所述加热器板与所述顶表面相对地附接至所述介电定位盘，且其中所述热流体通道在所述加热器板中。
8.如权利要求7所述的基板支撑件，其中所述热流体通道在所述加热器板的面向所述介电定位盘的一侧是开放的，使得在所述热流体通道中流动的热流体与所述介电定位盘物理接触。
9.如权利要求1所述的基板支撑件，其中在所述中心区域的所述顶表面与所述凸块之间的所述空间由所述中心区域中的所述凸块的高度限定。
10.如权利要求9所述的基板支撑件，其中所述气体出口具有多个横向通气口以在跨所述顶表面的方向中释放气体。
11.如权利要求1所述的基板支撑件，进一步包括中间区域，所述中间区域具有离所述基板的中间距离以及具有中间高度的凸块。
12.一种基板处理系统，包括：
处理腔室，用于向基板施加工艺；
热控制的支撑组件，位于所述腔室内，所述支撑组件包括介电顶表面以承载所述基板，所述顶表面热耦接至所述基板，且所述支撑组件具有热流体通道，所述热流体通道热耦接至所述顶表面以承载热流体，所述热流体用于从所述支撑组件顶表面吸走热量；
热交换器，用于驱动所述热流体通过所述热流体通道，且用于控制所述热流体的温度，且藉此控制所述基板的温度，
其中所述顶表面包括多个凸块以支撑所述基板，所述凸块以离所述顶表面的一距离支撑所述基板，所述距离由所述凸块确定，且其中所述顶表面包括同心区域，每个区域离所述基板不同的距离，其中所述顶表面在中心区域离所述基板最远，所述中心区域具有最高的凸块，且其中所述顶表面在周边区域离所述基板最近，所述周边区域具有最短的凸块，并且其中在所述中心区域中的凸块相较于在所述周边区域中的凸块具有更小的直径；以及
气体出口，所述气体出口在所述中心区域中以将热传导气体提供至所述顶表面与所述凸块之间的空间的所述中心区域中，从而在所述基板与所述顶表面之间传导热量，从所述中心区域中的所述气体出口向外流到所述周边区域并到所述顶表面的侧边外的所述热传导气体的流由离所述基板的所述不同的距离来控制。
13.如权利要求12所述的系统，进一步包括温度传感器，所述温度传感器附接至所述支撑组件，以测量温度，所述温度为所述基板的温度的指示，所述温度传感器耦接至所述热交换器以用于控制所述热流体的温度。
14.如权利要求12所述的系统，其中所述支撑组件包括下加热器板以及介电定位盘，所述下加热器板由传导金属形成，所述介电定位盘包括所述顶表面，所述介电定位盘由陶瓷材料形成，且附接至所述下加热器板。
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