CN107646136A - 用于高温处理的具有金属结合背板的静电定位盘组件 - Google Patents

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Abstract

静电定位盘组件包括上定位盘板、下定位盘板和背板。上定位盘板包含AlN或Al2O3且具第一热膨胀系数。下定位盘板包含具第二热膨胀系数的材料，第二热膨胀系数大致匹配第一热膨胀系数，下定位盘板由第一金属结合剂结合至上定位盘板。背板包含AlN或Al2O3，且由第二金属结合剂结合至下定位盘板。

Description

用于高温处理的具有金属结合背板的静电定位盘组件
技术领域
本发明的一些实施例总体上涉及可用于高温处理的基材支撑组件和静电定位盘组件。
背景技术
静电夹盘广泛用于在处理腔室处理基材期间固持基材，诸如半导体晶片，以用于各种应用，诸如物理气相沉积、蚀刻或化学气相沉积。静电夹盘一般包括嵌入在单一夹盘主体内的一个或多个电极，该单一夹盘主体包括电介质或半导体陶瓷材料，跨该电介质或半导体陶瓷材料可产生静电夹持场。
静电夹盘较机械夹持装置与真空卡盘有数个优点。例如，静电夹盘可减少机械夹持引起的应力诱发的裂痕、允许更大面积的基材暴露出以供处理(很少或无边缘排除)，并可用于低压或高真空环境。此外，静电夹盘可更均匀将基材固持在夹持表面，以允许对基材温度的更大程度的控制。
用于制造集成电路的各种工艺可能需要高温和/或大温度范围来进行基材处理。然而，在蚀刻工艺中，静电夹盘通常以高达约120℃的温度范围操作。在约120℃以上的温度下，许多静电夹盘部件将开始因不同问题而故障，诸如脱夹、来自腐蚀性化学品的等离子体侵蚀、结合可靠度等。
发明内容
在一个实施例中，静电定位盘组件包括上定位盘板、下定位盘板和背板。上定位盘板由AlN或Al2O3组成且具第一热膨胀系数。下定位盘板由具第二热膨胀系数的材料组成并且由第一金属结合剂结合至上定位盘板，第二热膨胀系数大致匹配第一热膨胀系数。在实施例中，下定位盘板可由a)钼、b)Si、SiC与Ti的金属基质复合物或c)渗入AlSi合金的SiC多孔体组成。背板由AlN或Al2O3组成并且由第二金属结合剂结合至下定位盘板。
在一个实施例中，一种制造静电定位盘组件的方法包括形成AlN或Al2O3的上定位盘板。上定位盘板可具有第一热膨胀系数并且包括一个或多个加热元件和一个或多个电极，以静电固定基材。方法进一步包括利用第一金属结合剂，将下定位盘板结合至上定位盘板，下定位盘板具有第二热膨胀系数，第二热膨胀系数大致匹配第一热膨胀系数。方法进一步包括利用第二金属结合剂，将包含AlN或Al2O3的背板结合至下定位盘板。
在一个实施例中，基材支撑组件包括多层堆叠。多层堆叠可包括电气绝缘上定位盘板、由第一金属结合剂结合至上定位盘板的下定位盘板和由第二金属结合剂结合至下定位盘板的电气绝缘背板。上定位盘板可包括一个或多个加热元件和一个或多个电极，以静电固定基材。下定位盘板可包括分布在下定位盘板的底侧上面且与下定位盘板的中心相距多个不同距离的多个特征件，其中多个特征件中的每一个容纳紧固件。基材支撑组件进一步包括由紧固件耦接至多层堆叠的冷却板。每一紧固件可施加大致相等的紧固力，以耦接冷却板至多层堆叠，其中大致相等的紧固力有助于冷却板与多层堆叠之间的均匀热传递。
附图说明
在附图的图示中作为示例而非限制地描绘了本发明的实施例，在附图中以相同的附图标记代表相仿的元件。应注意本文提及的“一”或“一个”实施例不必然指称同一实施例，而是指至少一个。
图1绘示处理腔室的一个实施例的截面侧视图；
图2绘示基材支撑组件的一个实施例的分解图；
图3绘示静电定位盘组件的一个实施例的截面俯视图；
图4A绘示基材支撑组件的一个实施例的截面侧视图；
图4B绘示静电定位盘组件的一个实施例的立体图；
图5A绘示根据一个实施例的静电定位盘组件的截面侧视图；
图5B绘示静电定位盘组件的一个实施例的立体图，对应于图5A的静电定位盘组件；
图6A绘示根据一个实施例的静电定位盘组件的截面侧视图；
图6B绘示静电定位盘组件的一个实施例的立体图，对应于图5A的静电定位盘组件；及
图7绘示用于制造基材支撑组件的工艺的一个实施例。
具体实施方式
本发明的实施例提供基材支撑组件和能在高达约250℃的温度下操作且不会造成基材支撑组件损坏的静电定位盘组件。在一实施例中，静电定位盘组件包括由金属结合剂结合至下定位盘板的电气绝缘上定位盘板。静电定位盘组件进一步包括由另一金属结合剂结合至下定位盘板的背板。金属结合剂分别可以是铝结合剂、AlSi合金结合剂或其他金属结合剂。上定位盘板可包括一个或多个加热元件和一个或多个电极，以静电固定基材。下定位盘板可包括分布在下定位盘板的底侧上面且与下定位盘板的中心相距不同距离的多个特征件，其中特征件中的每一个容纳紧固件。背板可包括孔，以提供对下定位盘板中的特征件的接取。静电定位盘组件是基材支撑组件中的部件，基材支撑组件进一步包括(例如通过紧固件)耦接至静电定位盘组件的冷却板。紧固件各自可施加大致相等的紧固力，以耦接冷却板至静电定位盘组件。此大致相等的紧固力有助于冷却板与静电定位盘组件之间的均匀热传递。
上定位盘板可由电介质组成，诸如AlN或Al2O3。下定位盘板可由具有大致匹配上定位盘板所用的材料(例如Al2O3或AlN)的热膨胀系数的热膨胀系数的材料组成。背板可由和上定位盘板一样的材料组成。若未使用背板，则上定位盘板和下定位盘板会因上定位盘板与下定位盘板之间的结合引发的力而弯曲或翘曲。例如，上定位盘板可具有至多300微米的凸状弯曲。弯曲可能导致静电定位盘组件破裂和/或削弱静电定位盘组件牢固地固持(例如夹持)基材(例如，晶片)的能力。此外，弯曲可能造成固定上定位盘板与下定位盘板的金属结合剂的脱层，并且可能降低产生真空密封的能力。
将背板结合至下定位盘板的底部将产生施加于背板顶部与底部的大致相等的力。通过均等化背板的顶部与底部上的力，包括上定位盘板和下定位盘板的静电定位盘组件的弯曲可几乎被消除。例如，静电定位盘组件的弯曲可从约0.3毫米(mm)减至小于0.1mm(例如在实施例中为约0.05mm或50微米或更小)。静电定位盘组件的弯曲的减少可改善静电定位盘组件固定基材的能力、可减少或消除破裂、可改善上定位盘板与支撑基材间的密封，并且可改善静电定位盘组件的真空密封。在一个实施例中，上定位盘板上的力(内部应力)为约-98±7兆帕(MPa)，背板上的力为约-136±5MPa，下定位盘板的顶面上的力为约80MPa，下定位盘板的底面上的力为约54MPa。正值代表压缩力，负值代表拉伸力。
图1是半导体处理腔室100的一个实施例截面侧视图，腔室具有多层静电定位盘组件150设置于内。处理腔室100包括腔室主体102和盖104，用以围住内部容积106。腔室主体102可由铝、不锈钢或其他适合材料制成。腔室主体102通常包括侧壁108和底部110。外部衬层116可设置成邻接侧壁108，以保护腔室主体102。外部衬层116可涂覆和/或由耐等离子体或含卤素气体的材料制成。在一个实施例中，外部衬层116由氧化铝制成。在另一实施例中，外部衬层116涂覆或由氧化钇、钇合金或其氧化物制成。
排气口126可定义于腔室主体102中，并且可将内部容积106耦接至泵系统128。泵系统128可包括一个或多个泵和节流阀，用以排空以及调节处理腔室100的内部容积106内的压力。
盖104可支撑在腔室主体102的侧壁108上。盖104可打开以允许对处理腔室100的内部容积106的接取，并于关闭时提供对处理腔室100的密封。气体面板158可耦接至处理腔室100，以经由气体分配组件130提供处理和/或清洗气体至内部容积106，气体分配组件130为盖104的一部分。可用于在处理腔室中处理基材的处理气体的示例包括含卤素气体，诸如C2F6、SF6、SiCl4、HBr、NF3、CF4、CHF3、CH2F3、Cl2与SiF4等以及其他气体，诸如O2或N2O。载气的示例包括N2、He、Ar和对于处理气体为惰性的其他气体(例如不反应气体)。气体分配组件130可于气体分配组件130的下游表面上具有多个口孔132，以引导气体流向基材144的表面。此外，气体分配组件130可具中心孔，在此气体经由陶瓷气体喷嘴被馈送。气体分配组件130可涂覆或由陶瓷材料制成，诸如碳化硅、氧化钇等，以提供对含卤素化学物质的抗性，从而防止气体分配组件130遭腐蚀。
内部衬层118可涂覆于基材支撑组件148的周围。内部衬层118可以是耐含卤素气体的材料，诸如关于外部衬层116所讨论的那些。在一个实施例中，内部衬层118由和外部衬层116一样的材料制成。
基材支撑组件148设置在处理腔室100的在气体分配组件130下方的内部容积106中。基材支撑组件148包括静电定位盘组件150(也称作静电定位盘或多层堆叠)。处理期间，静电定位盘组件150固持基材144。实施例所述静电定位盘组件150可用于Johnsen-Rahbek和/或Coulombic静电夹持。
静电定位盘组件150包括上定位盘板192、下定位盘板190和背板196。上定位盘板192可由第一金属结合剂结合至下定位盘板190，下定位盘板190由第二金属结合剂结合至背板196。上定位盘板192可以是适用于200℃以上温度的半导体工艺的电介质或电气绝缘材料。在一个实施例中，上定位盘板192由约20℃至约500℃可用的材料组成。在一个实施例中，上定位盘板192为AlN或Al2O3。
下定位盘板190的热膨胀系数匹配(或大致匹配)上定位盘板192和/或背板196的热膨胀系数。在一个实施例中，下定位盘板190为渗入AlSi合金的SiC多孔体(称作AlSiSiC)。AlSiSiC材料例如可用于反应蚀刻环境。在另一实施例中，下定位盘板190为Si、SiC与Ti的金属基质复合物(SiSiCTi)。或者，下定位盘板190可以是钼。AlN的热膨胀系数可以是每摄氏度百万分之4.5-5(ppm/℃)。AlSiSiC的热膨胀系数可以是约5ppm/℃。钼的热膨胀系数可以是约5.5ppm/℃。故在一个实施例中，上定位盘板192和背板196为AlN，下定位盘板190为钼或AlSiSiC。SiSiCTi金属基质复合物的热膨胀系数可以是约8ppm/℃。Al2O3的热膨胀系数可以是约8ppm/℃。故在具有Al2O3上定位盘板、SiSiCTi下定位盘板和Al2O3背板的一个实施例中，下定位盘板190、上定位盘板192和背板196的热膨胀系数可以皆为约8ppm/℃。
在一个实施例中，上定位盘板192涂覆保护层136，保护层可以是耐等离子体的陶瓷涂层。保护层136也可涂覆上定位盘板192的竖直壁、上定位盘板192与下定位盘板190间的金属结合剂、背板196和/或下定位盘板190与背板196间的金属结合剂。保护层136可以是大块陶瓷(例如陶瓷晶片)、等离子体喷涂涂层、离子辅助沉积(IAD)沉积的涂层或利用其他沉积技术沉积的涂层。保护层136可以是Y2O3(氧化钇或钇氧化物)、Y4Al2O9(YAM)、Al2O3(氧化铝)、Y3Al5O12(YAG)、YAlO3(YAP)、石英、SiC(碳化硅)、Si3N4(氮化硅)、SiAlON、AlN(氮化铝)、AlON(氮氧化铝)、TiO2(氧化钛)、ZrO2(氧化锆)、TiC(碳化钛)、ZrC(碳化锆)、TiN(氮化钛)、TiCN(氮碳化钛)、Y2O3稳定的ZrO2(YSZ)等。保护层也可以是陶瓷复合物，诸如分布于Al2O3基质中的Y3Al5O12、Y2O3-ZrO2固体溶液或SiC-Si3N4固体溶液。保护层也可以是包括含氧化钇(也称作氧化钇与Y2O3)的固体溶液的陶瓷复合物。例如，保护层可以是由化合物Y4Al2O9(YAM)与固体溶液Y2-xZrxO3(Y2O3-ZrO2固体溶液)组成的陶瓷复合物。注意纯氧化钇和含氧化钇固溶液可掺杂ZrO2、Al2O3、SiO2、B2O3、Er2O3、Nd2O3、Nb2O5、CeO2、Sm2O3、Yb2O3或其他氧化物中的一种或多种。还要注意纯氮化铝和掺杂ZrO2、Al2O3、SiO2、B2O3、Er2O3、Nd2O3、Nb2O5、CeO2、Sm2O3、Yb2O3或其他氧化物中的一种或多种的氮化铝也可使用。或者，保护层可以是蓝宝石或MgAlON。
基材支撑组件148进一步包括冷却板164，冷却板耦接至背板196。冷却板164是导热基底并可当作热沉。在一个实施例中，冷却板164由多个紧固件耦接至静电定位盘组件150。在一个实施例中，基材支撑组件148另外包括安装板162和基座152。
安装板162耦接至腔室主体102的底部110，且包括通道供设施(例如流体、电源线、传感器引线等)通往冷却板164和静电定位盘组件150。冷却板164和/或静电定位盘组件150可包括一个或多个选择性嵌入的加热元件176、选择性嵌入的隔热器174和/或选择性导管168、170，以控制基材支撑组件148的侧向温度轮廓。
导管168、170可流体耦接至流体源172，使温度调节流体循环通过导管168、170。在一个实施例中，嵌入的隔热器174可设在导管168、170之间。嵌入的加热元件176由加热器电源178调节。导管168、170和嵌入的加热元件176可用于控制静电定位盘组件150的温度，由此加热和/或冷却静电定位盘组件150和待处理的基材(例如晶片)144。
在一个实施例中，静电定位盘组件150包括两个分离的加热区，用以维持不同温度。在另一实施例中，静电定位盘组件150包括四个不同加热区，用以维持不同温度。其他加热区数量也可采用。静电定位盘组件150和冷却板164的温度可利用一个或多个温度传感器138监测，温度传感器由控制器195监控。实施例能使静电定位盘组件150维持高达约250℃的温度，同时使冷却基底维持在约60℃的温度。故实施例能使静电定位盘组件150与冷却板164间的温度差维持高达约190℃。
静电定位盘组件150可进一步包括多个气体通道，诸如沟槽、台面和其他表面特征件，气体通道可形成于上定位盘板192的上表面。气体通道可经由在上定位盘板192中钻的孔流体耦接至热传(或背侧)气源，诸如氦(He)。操作时，可以受控的压力提供背侧气体至气体通道，以加强上定位盘板192与基材144间的热传递。
在一个实施例中，上定位盘板192包括至少一个夹持电极180，夹持电极受控于夹持电源182。夹持电极180(也称作夹持电极)可经由匹配电路188进一步耦接至一个或多个射频(RF)电源184、186，以维持处理腔室100内由处理和/或其他气体形成的等离子体。一个或多个RF电源184、186通常能产生频率约50kHz至约3GHz、功率高达约10000瓦的RF信号。在一个实施例中，RF信号施加至金属基底，交流电(AC)施加至加热器，直流电(DC)施加至夹持电极180。
图2绘示基材支撑组件148的一个实施例的分解图，包括静电定位盘组件150、冷却板164和基座152。静电定位盘组件150包括上定位盘板192和下定位盘板(未示出)与背板(未示出)。如图所示，O形环240沿冷却板164的顶侧的周缘设置在冷却板164上。在一个实施例中，O形环240硫化至冷却板164。或者，O形环240可设在冷却板164的顶侧上且不硫化至冷却板。
在一个实施例中，O形环240是全氟聚合物(PFP)O形环。或者，可使用其他类型的高温O形环。在一个实施例中，使用隔热高温O形环。O形环240可以是具有第一厚度的第一台阶与第二厚度的第二台阶的梯状O形环。此可在PFP O形环240的设定量的压缩后，使锁紧紧固件的力量大幅提高，而有助于紧固件的均匀锁紧。
附加O形环(未示出)也可附接至冷却板顶侧于冷却板164中心的孔280周围，电缆由此通过。其他较小O形环也可附接至冷却板164的其他开口附近、举升销附近等。或者或此外，垫片(例如PFP垫片)可附接至冷却板164的顶侧。可用于垫片或O形环240的PFP示例为DupontTM的ECCtremeTM、Dupont的(例如KALREZ 8900)和的DUPRATM。O形环240或垫片提供腔室内部容积与静电定位盘组件150内的内部容积之间的真空密封。静电定位盘组件150的内部容积包括基座152内的开放空间，以供作导管与接线路径。
在一个实施例中，冷却板164另外包括许多特征件242，紧固件由此插入。若使用垫片，则垫片可于各特征件242处具有断流器(cutout)。紧固件可延伸通过各特征件242且附接至紧固件的附加部分(或附加的紧固件)，紧固件的附加部分插入形成于下定位盘板的附加特征件。例如，螺栓可延伸通过冷却板164中的特征件242并且旋进设在下定位盘板的特征件中的螺帽。冷却板164的各特征件242可对齐类似下定位盘板中的特征件(未示出)。
上定位盘板192具有呈环状周围的盘状形状，此形状可实质匹配上面放置基材的形状和尺寸。上定位盘板192的上表面可具有外环216、多个台面210和台面210之间的通道208、212。上定位盘板192也可具有附加特征件，诸如台阶193。在一个实施例中，上定位盘板192由电气绝缘的陶瓷材料制成。适合的陶瓷材料示例包括氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)等。
在静电定位盘组件150下方附接的冷却板164可具盘状主要部分224和从主要部分224向外延伸并定位于基座152上的环状凸缘。在一个实施例中，冷却板164由金属制成，例如铝或不锈钢或其他适合材料。或者，冷却板164可由复合陶瓷制成，诸如铝硅合金渗入的SiC或钼，以匹配静电定位盘组件150的热膨胀系数。冷却板164应提供良好强度与耐用性和热传递性质。
图3绘示用于静电定位盘组件的下定位盘板300的一个实施例的俯视图。下定位盘板300可对应于下定位盘板190或本文所述任何其他下定位盘板。如图所示，下定位盘板300具有半径R3，R3可以实质类似于待由静电定位盘组件支撑的基材或晶片的半径。下定位盘板300另包括多个特征件305。特征件可匹配冷却板的类似特征件，用以安装包括下定位盘板300的静电定位盘组件。每一特征件305容纳紧固件。例如，螺栓(例如不锈钢螺栓、镀锌钢螺栓等)可放进各特征件，使栓头位于大小足以容纳头部的开口内，螺杆伸出下定位盘板300底侧。螺栓可锁紧于螺帽上，螺帽设在冷却板的对应特征件。或者，特征件305可按尺寸制作以容纳螺帽且可包括孔来接纳螺杆，螺杆被接纳在冷却板的对应特征件中。在另一示例中，螺旋嵌件(例如)或其他螺纹式嵌件(例如压接嵌件、模接嵌件、带波纹螺帽等)可插入特征件中的一个或多个，以增加螺孔。置于冷却板内并从冷却板突出的螺栓则可旋进螺纹式嵌件，以将冷却板固定至定位盘。或者，螺纹式嵌件可用于冷却板。
特征件305可略比紧固件的尺寸大，以容纳高热膨胀系数紧固件。在一个实施例中，紧固件经尺寸设定成使得紧固件经加热达500℃或600℃时，紧固件将不会对特征件施力。
如图所示，多组特征件305可被包括在下定位盘板300内。各组特征件305可以特定半径或与下定位盘板的中心相距的一距离均等地隔开。例如，如图所示，第一组特征件305位于半径R1，第二组特征件305位于半径R2。附加组特征件也可位于附加半径。
在一个实施例中，特征件经布置成于包括下定位盘板300的静电定位盘组件上产生均匀负载。在一个实施例中，特征件排列成在每30-70平方厘米(例如每50平方厘米)处设置一螺栓。在一个实施例中，三组特征件用于直径12英寸的静电定位盘组件。第一组特征件可位于距下定位盘板300的中心约4英寸处且包括约4个特征件。第二组特征件可位于距下定位盘板300的中心约6英寸处且包括约6个特征件。第三组特征件可位于距下定位盘板300的中心约8英寸处且包括约8个特征件。或者，可使用两组特征件。在一个实施例中，下定位盘板300包括以2-3个不同半径分组布置的约8-24个特征件，其中每一特征件容纳一紧固件。
图4A绘示基材支撑组件405的一个实施例截面侧视图。基材支撑组件405包括静电定位盘组件410，静电定位盘组件由上定位盘板415、下定位盘板420和背板425组成，上定位盘板、下定位盘板和背板由金属结合剂结合在一起。在一个实施例中，上定位盘板415由第一金属结合剂450结合至下定位盘板420，下定位盘板420由第二金属结合剂455结合至背板425。在一个实施例中，扩散结合做为金属结合的方法。然而，其他结合方法也可用于产生金属结合剂。
上定位盘板415由电气绝缘(介电)陶瓷组成，诸如AlN或Al2O3。在一个实施例中，背板425由和上定位盘板415一样的材料组成。如此能使上定位盘板415和背板425在下定位盘板420上产生大致匹配、但相反之力。大致匹配力可减少或消除上定位盘板415的弯曲及破裂。
上定位盘板415包括夹持电极427和一个或多个加热元件429。夹持电极427可经由匹配电路(未示出)耦接至夹持电源(未示出)及至RF等离子体功率源(未示出)和RF偏压功率源(未示出)。加热元件429电性连接至加热器电源(未示出)，用以加热上定位盘板415。
上定位盘板415的厚度可以是约3-10mm。在一个实施例中，上定位盘板415的厚度为约3-5mm。夹持电极427可位于距上定位盘板415的上表面约0.3至1mm处，加热元件429可位于夹持电极427下方约2mm处。加热元件429可以是厚度约10-200微米的丝网印刷加热元件。或者，加热元件429可以是电阻线圈，使用约1-3mm厚的上定位盘板415。在此实施例中，上定位盘板415的最小厚度为约5mm。
在一实施例中，背板425的厚度大致等于上定位盘板415的厚度。例如，在一实施例中，上定位盘板415和背板425各自的厚度可为约3-5mm。在一实施例中，背板425的厚度为约3-10mm。
在一实施例中，下定位盘板420的厚度等于或大于上定位盘板415和背板425的厚度。在一实施例中，下定位盘板420的厚度为约8-25mm。在一实施例中，下定位盘板420的厚度比上定位盘板415的厚度大约30％-330％。
在一实施例中，用于下定位盘板420的材料可被适当地选择成使下定位盘板420材料的热膨胀系数(CTE)实质匹配电气绝缘上定位盘板415材料的CTE，以减小CTE失配且避免热机械应力，以免在热循环期间损坏静电定位盘组件410。
在一实施例中，下定位盘板420为钼。例如，若静电定位盘组件410欲用于惰性环境，则钼可用于下定位盘板420。惰性环境的示例包括流入惰性气体的环境，诸如Ar、O2、N等。例如，若静电定位盘组件410待夹持基材以进行金属沉积，则可使用钼。钼也可用于下定位盘板420做为腐蚀性环境应用(例如蚀刻应用)。在此实施例中，下定位盘板420结合至上定位盘板415后，下定位盘板420的露出表面可涂覆有耐等离子体的涂层。等离子体涂覆可经由等离子体喷涂工艺进行。耐等离子体的涂层例如可覆盖下定位盘板的侧壁和下定位盘板420的露出水平台阶。在一实施例中，耐等离子体的涂层是Al2O3。或者，耐等离子体的涂层可以是关于保护层136所描述的任何材料。
在一实施例中，导电金属基质复合物(MMC)材料用于下定位盘板420。MMC材料包括金属基质和补强材料，补强材料嵌入且分布基质各处。金属基质可包括单一金属或两种或更多金属或金属合金。可用的金属包括铝(Al)、镁(Mg)、钛(Ti)、钴(Co)、钴镍合金(CoNi)、镍(Ni)、铬(Cr)或上述各种组合物，但不以此为限。补强材料可经选择以针对MMC提供期望的结构强度，也可经选择以针对MMC提供其他性质预定值，诸如导热性与CTE。可用补强材料的示例包括硅(Si)、碳(C)或碳化硅(SiC)，但其他材料也可使用。
用于下定位盘板420的MMC材料优选地选择成提供预定导电性并且选择成在静电定位盘组件410的操作温度范围内实质匹配上定位盘板415材料的CTE。在一实施例中，温度可为约20℃至约500℃。在一实施例中，匹配CTE基于选择MMC材料以使得MMC材料包括也用于上定位盘板415材料的至少一材料。在一实施例中，上定位盘板415包括AlN。在一实施例中，MMC材料包括渗入AlSi合金的SiC多孔体(在此称作AlSiSiC)。
MMC的成分材料与组成百分比可选择以提供符合预定设计目标的加工材料。例如，通过适当选择MMC材料而密切匹配下定位盘板420与上定位盘板415的CTE，降低下定位盘板420与上定位盘板415间接口的热机械应力。
通过匹配静电定位盘组件410的层之间的热膨胀系数，可最小化将下定位盘板420结合至上定位盘板415与背板425引起的应力。在一实施例中，下定位盘板420由上述金属基质复合材料组成。或者，下定位盘板420可以是SiSiCTi或钼。
在一实施例中，下定位盘板420具有粗化外壁，外壁已涂覆耐等离子体陶瓷涂层(未示出)。耐等离子体陶瓷涂层将参照图5A至图5B详述于后。
在一实施例中，上定位盘板415、下定位盘板420和背板425包含包括铝的材料。例如，上定位盘板415和背板425各自可由Al2O3或AlN组成，下定位盘板420可由AlSiSiC组成。
金属结合剂450可包括铝箔的“夹层”，夹层置于上定位盘板415与下定位盘板420间的结合区。同样地，金属结合剂455可包括铝箔的夹层，夹层置于下定位盘板420与背板425间的结合区。压力和热可施加以在铝箔与上定位盘板415间和在铝箔与下定位盘板420间形成扩散结合。同样地，压力和热可施加以在铝箔与下定位盘板420间以及在铝箔与背板425间形成扩散结合。在其他实施例中，扩散结合可利用其他夹层材料形成，夹层材料是基于用于上定位盘板415、下定位盘板420和背板425的材料来选择的。在一实施例中，金属结合剂455、465的厚度为约0.2-0.3mm。
在一实施例中，上定位盘板415可利用直接扩散结合直接结合至下定位盘板420，其中不使用夹层来形成结合剂。同样地，下定位盘板420可利用直接扩散结合直接结合至背板425。
上定位盘板415的直径可大于下定位盘板420和背板425的直径。在一实施例中，上定位盘板415和下定位盘板420各自的直径为约300mm，背板425的直径为约250mm。在一实施例中，背板425的直径为上定位盘板415的直径的约75％-85％。底板495的边缘的直径可类似上定位盘板415的直径。耐等离子体高温O形环445可设在上定位盘板415与底板495之间。O形环445可提供基材支撑组件内部容积与处理腔室之间的真空密封。O形环445可由全氟聚合物(PFP)制成。在一实施例中，O形环445是具无机增材(诸如SiC)的PFP。O形环445可更换。当O形环445劣化，便可移除，及在上定位盘板415上面延展新O形环并放到上定位盘板415与底板495间的上定位盘板415周围。O形环445可保护金属结合剂450、455免遭等离子体侵蚀。
背板425耦接冷却板436且与之热连通，冷却板具有与流体源(未示出)流体连通的一个或多个导管435(在此也称作冷却流道)。下定位盘板420和/或背板425可包括许多特征件(未示出)，用以容纳紧固件。在一实施例中，冷却板436和/或底板495由多个紧固件(未示出)耦接至静电定位盘组件410。紧固件可以是螺纹式紧固件，诸如螺帽与螺栓对。下定位盘板420可包括多个特征件(未示出)，用以容纳紧固件。冷却板436也可包括多个特征件(未示出)，用以容纳紧固件。此外，底板495可包括多个特征件(未示出)，用以容纳紧固件。在一实施例中，特征件是具埋头孔的螺栓孔。特征件可以是延伸穿过下定位盘板420与背板425的贯穿特征件。或者，特征件可以不为贯穿特征件。在一实施例中，特征件为狭槽，用以容纳T型栓头或矩形螺帽，栓头或螺帽可插入狭槽，然后旋转90度。在一实施例中，紧固件包括垫圈、柔性石墨、铝箔或其他负载散布材料，以将来自紧固件头部的力均匀分布于特征件上。
冷却板436可当作热沉，以吸收来自静电定位盘组件410的热。在一实施例中(如图所示)，低导热性垫片465置于冷却板436上。低导热性垫片465例如可以为PFP垫片且硫化至(或以其他方式设置在)冷却板436。在一实施例中，低导热性垫片的导热率为约0.2瓦每米克氏温度(W/(m·K))或更小。紧固件可用大致相等的力锁紧，以均匀压缩低导热性垫片465。低导热性垫片465可降低热传递并当作热阻。
在一实施例中，柔性石墨层(未示出)置于低导热性垫片465上面。柔性石墨的厚度可以是约10-40密耳。紧固件可锁紧而压缩柔性石墨层和低导热性垫片465。柔性石墨可导热。
在一实施例中，一个或多个PFP O形环(未示出)可置于冷却板164的外围和/或内围。PFP O形环可取代或附加低导热性垫片465使用。紧固件可全用大致相等力锁紧，以压缩PFP O形环而于静电定位盘组件410的背板425与冷却板436间形成间隔(例如间隙)。间隔在背板425与冷却板436的界面各处可大致相同(均一)。此可确保冷却板436与背板425间的热传递性质均匀。在一实施例中，间隔为约2-10密耳。例如，若使用PFP O形环且无柔性石墨层，则间隔可以是约2-10密耳。若使用柔性石墨层(或其他垫片)和PFP O形环，则间隔可以是约10-40密耳。大间隔会降低热传递，致使背板425与冷却板436之间的接口做为热阻。静电定位盘组件410与冷却板436之间的间隔可减少静电定位盘组件410与冷却板436之间的接触面积。在一实施例中，导电气体可流入间隔，以改善静电定位盘组件410与冷却板436间的热传递。
通过在静电定位盘组件410与冷却板436间维持热阻，可使静电定位盘组件410的温度维持为远高于冷却板436。例如，在一些实施例中，静电定位盘组件410经加热达200℃-300℃的温度，而冷却板436则维持在低于约120℃。在一实施例中，静电定位盘组件410经加热至高达约250℃的温度，而冷却板436则维持在约60℃或更低的温度。故在实施例中，静电定位盘组件410与冷却板436间可维持高达190℃。静电定位盘组件410和冷却板436在热循环期间自由地独立膨胀或收缩。
PFP垫片465和/或背板425与冷却板436之间的间隔可通过限制从加热的静电定位盘组件410到冷却的冷却板436的热导路径而当作热阻。在真空环境中，除非提供传导介质，否则热传递可以主要是辐射过程。由于基材处理期间，静电定位盘组件410可置于真空环境，故加热元件429产生的热可能跨间隔较低效地传送。因此，通过调整间隔和/或其他热传影响因子，可控制从静电定位盘组件410流到冷却板436的热通量。为提供基材的有效加热，可期望限制自上定位盘板415传导出的热量。
在一实施例中，冷却板436由一个或多个弹簧470耦接至底板495。在一实施例中，弹簧470为盘簧。弹簧470施力使冷却板436压抵着静电定位盘组件410。冷却板436的表面可具预定粗糙度和/或表面特征件(例如台面)，从而影响静电定位盘组件410与冷却板436间的热传递性质。此外，冷却板436的材料会影响热传递性质。例如，铝冷却板436的热传递效果比不锈钢冷却板436好。
在一些实施例中，可期望于处理期间提供通过静电定位盘组件410而至支撑基材的RF信号。在一实施例中，为助于RF信号传输通过静电定位盘组件410，将RF垫片490置于底板495上。RF垫片490可电性连接底板495与下定位盘板420，因此提供经过背板425的传导路径。因放置RF垫片490，背板425的直径可小于下定位盘板420的直径和上定位盘板415的直径。
在一实施例中，热间隔物485设置邻接RF垫片490。热间隔物485可用于确保底板295不会接触下定位盘板420。在一实施例中，O形环480设置邻接热间隔物485。在一实施例中，O形环480可以为PFP O形环。O形环480可被用来促进真空密封。在一实施例中，安装板440设置在底板495下方且耦接至底板495。
图4B绘示图4A所示静电定位盘组件410的底部的一个实施例的立体图。如图所示，上定位盘板415具有第一直径，第一直径大于下定位盘板420的第二直径。背板425具有第三直径，第三直径小于下定位盘板420的第二直径。如先前参照图4A所述，背板425的直径小于下定位盘板420，以提供RF垫片490的空间。此外，下定位盘板420可包括多个内部特征件(未示出)和多个外部特征件498，用以接纳参照图2至图4A所述的紧固件。背板425可经尺寸设定成使背板425不阻挡外部特征件498。背板425可包括孔496，以提供对下定位盘板420的内部特征件的接取。如图所示，背板425可包括中心孔492，以提供对设施的接取。此外，背板425包括在下定位盘板420中的举升销孔499周围的三个孔494。
图5A绘示根据一实施例的静电定位盘组件510的截面侧视图。图5B绘示静电定位盘组件510的立体图。特别地，静电定位盘组件510是上下颠倒示出的，以更清楚显示静电定位盘组件510的特定部件。静电定位盘组件510实质类似静电定位盘组件410。例如，静电定位盘组件510包括由金属结合剂555结合至下定位盘板520的上定位盘板515。静电定位盘组件510进一步包括由另一金属结合剂565结合至背板525的下定位盘板520。此外，背板525包括中心孔592，以提供对设施的接取，且进一步包括在下定位盘板520中的举升销孔599周围的三个孔594。背板525另外可包括孔596，以提供对下定位盘板520的内部特征件的接取。
在静电定位盘组件510中，背板525的直径实质类似下定位盘板520的直径。此可进一步均等化上定位盘板515和背板525施加至下定位盘板520的力。然而，在此实施例中，不存在放置将下定位盘板电性连接至底板的RF垫片的空间。为提供RF信号的替代路径，背板525和金属结合剂565的外侧壁可涂覆有导电涂层530。在一实施例中，导电涂层530是金属涂层，诸如铝涂层。可利用溅射技术、冷喷涂技术或其他金属沉积技术来涂布导电涂层530。在一实施例中，导电涂层530由耐等离子体的陶瓷涂层535覆盖。耐等离子体陶瓷涂层535可以是Y2O3(氧化钇或钇氧化物)、Y4Al2O9(YAM)、Al2O3(氧化铝)、Y3Al5O12(YAG)、YAlO3(YAP)、石英、SiC(碳化硅)、Si3N4(氮化硅)、SiAlON、AlN(氮化铝)、AlON(氮氧化铝)、TiO2(氧化钛)、ZrO2(氧化锆)、TiC(碳化钛)、ZrC(碳化锆)、TiN(氮化钛)、TiCN(氮碳化钛)、Y2O3稳定的ZrO2(YSZ)等。耐等离子体的陶瓷涂层535也可以是陶瓷复合物，诸如分布于Al2O3基质中的Y3Al5O12、Y2O3-ZrO2固体溶液或SiC-Si3N4固体溶液。在实施例中，导电涂层530和/或耐等离子体的陶瓷涂层535也可涂覆下定位盘板520、金属结合剂555和/或上定位盘板515的外壁。在一实施例中，导电涂层530和耐等离子体陶瓷涂层535各自的厚度为约5-25微米。
由于背板525的直径实质类似下定位盘板520的直径，故背板525将覆盖下定位盘板520中的特征件(未示出)，特征件配置以接纳紧固件。因此，背板525另外可包括孔598，以提供对下定位盘板520的特征件的接取。
在一实施例中，通过掺杂背板525来提高背板525的导电性，可提供RF信号的电子路径。在一实施例中，钐(Sm)和/或铈(Ce)用于掺杂背板525。在一实施例中，背板525的电阻率为小于约1×109欧姆厘米(10E9Ohm·cm)。在一实施例中，背板的电阻率为约10E6Ohm·cm至10E7Ohm·cm。在此实施例中，背板525的外壁可不涂覆有导电涂层530。然而，背板外壁仍涂覆有耐等离子体的陶瓷涂层535。
图6A绘示根据一实施例的静电定位盘组件610的截面侧视图。图6B绘示静电定位盘组件610的立体图。特别地，静电定位盘组件610上下颠倒示出，以更好地显示静电定位盘组件610的特定部件。静电定位盘组件610实质类似静电定位盘组件410。例如，静电定位盘组件610包括由金属结合剂655结合至下定位盘板620的上定位盘板615。静电定位盘组件610进一步包括由另一金属结合剂667结合至背板670的下定位盘板620。背板670包括中心孔692，以提供对设施的接取，且进一步包括在下定位盘板620中的举升销孔699周围的三个孔694。背板670另外可包括孔696，以提供对下定位盘板620中的内部特征件的接取。
在静电定位盘组件610中，背板670的直径小于下定位盘板620的直径。在一实施例中，背板670的直径大致等于背板425的直径。静电定位盘组件610另外包括背环660，背环由金属结合剂665金属结合至下定位盘板620。背环660的外径实质类似下定位盘板620的直径。此可进一步均等化由上定位盘板615及背板670与背环660的组合施加至下定位盘板620的力。
背板670与背环660之间的空间可提供RF垫片空间，RF垫片将下定位盘板620电性连接至底板。此外，可露出下定位盘板620中的特征件698，特征件配置成接纳紧固件。在一实施例中，如参照图5A至图5B所述，背环660、金属结合剂665、下定位盘板620、金属结合剂655和/或上定位盘板615的外壁可涂覆有耐等离子体的陶瓷涂层。
图7描绘用于制造基材支撑组件的工艺700的一个实施例。在工艺700的框704中，形成上定位盘板。上定位盘板可以是陶瓷盘，包括夹持电极和一个或多个加热元件。
在框706中，形成下定位盘板。在一实施例中，特征件形成于下定位盘板，用以接纳紧固件。气孔(例如He孔)也可形成于下定位盘板，以供气体流入。
在一实施例中，在框707中，金属保护涂层涂布于下定位盘板。例如，若下定位盘板为钼，则金属保护涂层可涂布于下定位盘板。金属保护涂层可经涂布以确保下定位盘板的材料不会暴露于等离子体或处理气体。金属保护涂层的厚度可以是约2-10微米。
在一实施例中，金属保护涂层为铝或铝合金，诸如Al 6061。在一实施例中，金属保护涂层利用电镀涂布于下定位盘板。电镀可使金属保护涂层形成在下定位盘板的所有表面上面，包括外壁、顶部与底部和在下定位盘板中钻的孔与特征件的内壁。在另一实施例中，可通过金属沉积技术(诸如，冷喷涂或溅射)来涂布金属保护涂层。
在一实施例中，金属保护插塞插入在下定位盘板中钻的孔，以取代或附加于涂布金属保护涂层至下定位盘板。例如，多个埋头孔通孔可被钻进下定位盘板，铝(或铝合金)插塞可插入这些孔内。插塞可保护气体输送区域(例如孔的内部容积)免于暴露于气体。接着可以或可不在下定位盘板上面涂布金属保护涂层。
在一实施例中，珠击下定位盘板的外壁，使外壁变粗糙成约100-200微英寸的粗糙度(Ra)。接着用耐等离子体的陶瓷涂层等离子体喷涂外壁。在实施例中，耐等离子体的陶瓷涂层可形成在金属保护涂层上面。在一实施例中，耐等离子体的陶瓷涂层的厚度为约2-10微米。在另一实施例中，耐等离子体的陶瓷涂层的厚度为约3微米。
在框708中，形成背板。一个或多个孔可形成于背板(例如通过钻孔)，以提供对下定位盘板中的特征件和/或气孔的接取。在一实施例中，其中插塞插进下定位盘板中的孔，气槽形成于背板上侧(其中背板将接触下定位盘板)。气槽可提供出入口让气体流经插塞、接着流过上定位盘板中的孔。在一实施例中，上定位盘板中的孔包括多孔塞。也可于背板钻孔，以提供路径让气体流入气槽。
在框710中，利用第一金属结合剂，将下定位盘板金属结合至上定位盘板。在框715中，利用第二金属结合剂，将背板金属结合至下定位盘板。包括上定位盘板、下定位盘板和背板的多层堆叠可形成静电定位盘组件。
在一实施例中，第一金属结合剂是通过把Al或AlSi合金的金属箔置于上定位盘板与下定位盘板之间而形成。在一实施例中，第二金属结合剂是通过把Al或AlSi合金的附加金属箔置于下定位盘板与背板间而形成。在一实施例中，金属箔为约50微米厚。压力和热可施加以在金属箔、上定位盘板与下定位盘板间形成第一扩散结合，及在附加金属箔、下定位盘板与背板间形成第二扩散结合。在一实施例中，形成包括上定位盘、金属箔、下定位盘板、附加金属箔和背板的堆叠。接着热压此堆叠，以在单一结合工艺中形成第一金属结合剂和第二金属结合剂。
在一实施例中，在框720中，导电涂层涂布于背板的外壁。导电涂层也可涂布于金属结合剂和/或下定位盘板上面。导电涂层可以是以冷喷涂、溅射或其他金属沉积技术涂布的金属涂层。在一实施例中，在框725中，耐等离子体的陶瓷涂层涂布于导电涂层上面。耐等离子体的陶瓷涂层可以等离子体喷涂、IAD或其他陶瓷沉积技术涂布。
在框730中，热垫片施用于冷却板。在框735中，将冷却板固定于静电定位盘组件。在一实施例中，将紧固件插入下定位盘板和/或冷却板的特征件。在一实施例中，在下定位盘板被结合至上定位盘板前，将紧固件插入下定位盘板。在此实施例中，紧固件可永久嵌入定位盘。接着可通过锁紧紧固件(例如通过将突出下定位盘板的特征件的螺栓旋入位于冷却板的特征件的螺帽)来使静电定位盘组件耦接至冷却板。
以上描述提及众多特定细节，诸如特定系统、部件、方法等示例，以提供对本发明的数个实施例的更彻底的理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是本发明的至少一些实施例可不按这些特定细节实践。在其他情况下，不详述已知部件或方法，或是以简易框图表示，以免让本发明变得晦涩难懂。因此，提及的特定细节仅为举例而已。特定实施方式可以不同于这些示例性细节，但仍被构想到在本发明的范围内。
整份说明书提及的“一个实施例”或“一实施例”意指该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一实施例内。因此，说明书各处出现的如“在一个实施例中”或“在一实施例中”等用语不必然指称同一实施例。此外，术语“或”拟指包容性“或”、而非排除性“或”。本文所用的术语“约”或“大致”旨在意味着所示标称值的精确度在±10％以内。
虽然以特定顺序示出并且描述了本文方法的操作，但各方法的操作的顺序可改变成让某些操作按相反顺序进行，或使某些操作至少部分与其他操作同时进行。在另一实施例中，可以间歇和/或交替方式进行不同操作的指令或次操作。
应理解以上描述旨在举例说明，而无限定意图。本领域技术人员在阅读及理解本文后将能明白许多其他实施例。因此，本发明的保护范围应视后附权利要求和权利要求主张的全部均等物范围所界定者为准。

Claims (15)

1.一种静电定位盘组件，包含：
上定位盘板，包含AlN或AlO且具有第一热膨胀系数，所述上定位盘板进一步包含一个或多个加热元件和一个或多个电极以用于静电固定基材；
下定位盘板，由第一金属结合剂结合至所述上定位盘板，所述下定位盘板包含具第二热膨胀系数的材料，所述第二热膨胀系数大致匹配所述第一热膨胀系数；及
背板，由第二金属结合剂结合至所述下定位盘板，所述背板包含AlN或AlO。
2.如权利要求1所述的静电定位盘组件，其中所述上定位盘板具有约3-10mm的第一厚度，所述背板具有约3-10mm的第二厚度，所述下定位盘板具有等于或大于所述第一厚度与所述第二厚度的第三厚度。
3.如权利要求2所述的静电定位盘组件，其中所述第一厚度大致等于所述第二厚度。
4.如权利要求1所述的静电定位盘组件，其中所述静电定位盘组件可在高达300℃的温度下操作，而不会损坏所述静电定位盘组件。
5.如权利要求1所述的静电定位盘组件，其中所述下定位盘板具有第一外径，所述第一外径大致等于所述背板的第二外径，其中所述背板的外壁的至少一部分涂覆有金属涂层。
6.如权利要求1所述的静电定位盘组件，其中所述下定位盘板具有第一外径，所述第一外径大致等于所述背板的第二外径，其中所述背板包含掺杂的AlN且具有小于10E9欧姆·厘米的电阻系数。
7.如权利要求1所述的静电定位盘组件，进一步包含：
在所述背板的外壁上的耐等离子体的陶瓷涂层。
8.如权利要求1所述的静电定位盘组件，其中所述下定位盘板受到金属保护涂层或金属保护插塞中的至少一者保护。
9.如权利要求1所述的静电定位盘组件，进一步包含：
冷却板，耦接至所述背板，所述冷却板包含置于所述冷却板的顶侧上的全氟聚合物(PFP)垫片，其中在所述冷却板与所述背板之间压缩所述PFP垫片，其中所述PFP垫片当作所述冷却板与所述背板之间的热阻。
10.如权利要求1所述的静电定位盘组件，其中所述背板包含具第一直径的盘状内板和具第二直径的环状外板，所述静电定位盘组件进一步包含：
导电垫片，位于所述背板的所述内板与所述外板之间。
11.如权利要求1所述的静电定位盘组件，其中所述下定位盘板包含a)钼、b)包含Si、SiC与Ti的金属基质复合物或c)渗入AlSi合金的SiC多孔体中的至少一者。
12.一种制造静电定位盘组件的方法，包含：
形成上定位盘板，所述上定位盘板包含AlN或AlO且具有第一热膨胀系数，所述上定位盘板进一步包含一个或多个加热元件和一个或多个电极以用于静电固定基材；
利用第一金属结合剂，将下定位盘板结合至所述上定位盘板，所述下定位盘板具有第二热膨胀系数，所述第二热膨胀系数大致匹配所述第一热膨胀系数；及
利用第二金属结合剂，将包含AlN或AlO的背板结合至所述下定位盘板。
13.如权利要求12所述的方法，其中将所述下定位盘板结合至所述上定位盘板且将所述背板结合至所述下定位盘板是通过热压堆叠在单一工艺中进行的，所述堆叠包含所述上定位盘板、第一金属结合剂层、所述下定位盘、第二金属结合剂层和所述背板。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述下定位盘板包含a)钼、b)包含Si、SiC与Ti的金属基质复合物或c)渗入AlSi合金的SiC多孔体中的至少一者。
15.如权利要求12所述的方法，进一步包含：
把全氟聚合物(PFP)垫片或PFP O形环中的至少一者放到冷却板的顶侧；
将所述冷却板的所述顶侧固定于所述背板；及
压缩所述PFP O形环或所述PFP垫片中的至少一者，以在所述冷却板与所述背板之间维持大致相等的间隔，以促进所述冷却板与所述背板之间的均匀热传递。
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