CN108074855B - 含形成法拉第笼的部分的夹持组件的静电卡盘和相关方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及含形成法拉第笼的部分的夹持组件的静电卡盘和相关方法。使用接合层将陶瓷层附接到基板的顶表面。陶瓷层具有构造成支撑衬底的顶表面。夹持电极组件位于陶瓷层的上部区域内。该夹持电极组件用于将衬底夹持到陶瓷层的顶表面上，并且用作主射频(RF)功率输送电极。多个RF功率输送连接模块以基本均匀的方式围绕陶瓷层的周边分布。RF功率输送连接模块中的每一个被配置为在其相应位置处形成从基板到夹持电极组件的电连接件。

Description

含形成法拉第笼的部分的夹持组件的静电卡盘和相关方法
技术领域
本发明涉及半导体器件制造。
背景技术
许多现代的半导体芯片制造工艺在等离子体处理室内执行，在等离子体处理室内，诸如晶片之类的衬底被支撑在静电卡盘上。在某些情况下，将射频(RF)信号传输通过静电卡盘，以提供用于在静电卡盘上方的区域内的等离子体的产生和/或RF偏置。RF信号通常传输到静电卡盘的底部并通过电容耦合流过静电卡盘的内部结构，以到达覆盖静电卡盘的区域。静电卡盘的内部结构可以在不同的静电卡盘之间变化，从而通过不同的静电卡盘引入RF信号的传输变化。此外，静电卡盘的内部结构可以在方位角上变化，从而导致在使RF信号传输通过静电卡盘的的过程中方位不均匀。
发明内容
在一示例性实施方式中，公开了一种静电卡盘。该静电卡盘包括由导电材料形成的基板。该静电卡盘还包括：陶瓷层，其使用设置在所述基板和所述陶瓷层之间的接合层附接到所述基板的顶表面上。所述陶瓷层具有包括被配置成支撑衬底的区域的顶表面。该静电卡盘包括：夹持电极组件，其沿基本上平行于所述陶瓷层的所述顶表面的方位定位在所述陶瓷层内并且在所述陶瓷层内的上部位置处，使得所述陶瓷层的在所述夹持电极组件和所述陶瓷层的所述顶表面之间的区域基本上不含其他导电材料。所述夹持电极组件被配置为水平延伸穿过所述陶瓷层，以至少跨越在所述陶瓷层的所述顶表面的被配置成支撑所述衬底的所述区域下方的区域。该静电卡盘还包括：多个RF功率输送连接模块，其以基本均匀的方式围绕所述陶瓷层的周边分布。所述多个RF功率输送连接模块中的每一个被配置成在其各自的位置形成从所述基板到所述夹持电极组件的电连接件以在其各自的位置形成从所述基板到所述夹持电极组件的RF功率传输路径。所述基板、所述多个RF功率输送连接模块和所述夹持电极组件一起形成法拉第笼，以围绕所述静电卡盘的内部体积引导RF功率传输。
在一示例性实施方式中，公开了一种用于等离子体处理的系统。该系统包括处理室和位于所述处理室内的静电卡盘。所述静电卡盘包括由导电材料形成的基板。所述静电卡盘还包括：陶瓷层，其使用设置在所述基板和所述陶瓷层之间的接合层附接到所述基板的顶表面上。所述陶瓷层具有包括被配置成支撑衬底的区域的顶表面。所述静电卡盘还包括：夹持电极组件，其沿基本上平行于所述陶瓷层的所述顶表面的方位定位在所述陶瓷层内并且在所述陶瓷层内的上部位置处，使得所述陶瓷层的在所述夹持电极组件和所述陶瓷层的所述顶表面之间的区域基本上不含其他导电材料。所述夹持电极组件被配置为水平延伸穿过所述陶瓷层，以至少跨越在所述陶瓷层的所述顶表面的被配置成支撑所述衬底的所述区域下方的区域。所述静电卡盘还包括：多个RF功率输送连接模块，其以基本均匀的方式围绕所述陶瓷层的周边分布。所述多个RF功率输送连接模块中的每一个被配置成在其各自的位置形成从所述基板到所述夹持电极组件的电连接件以在其各自的位置形成从所述基板到所述夹持电极组件的RF功率传输路径。所述系统还包括：RF电源，其被连接以将RF功率传输到所述静电卡盘的所述基板。所述基板、所述多个RF功率输送连接模块和所述静电卡盘的所述夹持电极组件一起形成法拉第笼，以围绕所述静电卡盘的内部体积引导RF功率传输。
在一示例性实施方式中，公开了一种用于制造静电卡盘的方法。该方法包括：形成具有顶表面的陶瓷层，所述顶表面包括被配置成支撑衬底的区域。形成所述陶瓷层包括将夹持电极组件沿基本上平行于所述陶瓷层的所述顶表面的方位定位在所述陶瓷层内并且在所述陶瓷层内的上部位置处，使得所述陶瓷层的在所述夹持电极组件和所述陶瓷层的所述顶表面之间的区域基本上不含其他导电材料。所述夹持电极组件被配置为水平延伸穿过所述陶瓷层，以至少跨越在所述陶瓷层的所述顶表面的被配置成支撑所述衬底的所述区域下方的区域。形成所述陶瓷层还包括将多个RF功率输送连接模块以基本均匀分布的方式围绕所述陶瓷层的周边定位。所述多个RF功率输送连接模块中的每一个被配置成在其各自的位置形成从基板到所述夹持电极组件的电连接件以在其各自的位置形成从所述基板到所述夹持电极组件的RF功率传输路径。所述方法还包括：使用设置在所述基板和所述陶瓷层之间的接合层将所述陶瓷层附接到所述基板上。所述基板、所述多个RF功率输送连接模块和所述夹持电极组件一起形成法拉第笼，以围绕所述静电卡盘的内部体积引导RF功率传输。
具体而言，本发明的一些方面可以阐述如下：
1.一种静电卡盘，其包括：
由导电材料形成的基板；
陶瓷层，其使用设置在所述基板和所述陶瓷层之间的接合层附接到所述基板的顶表面上，所述陶瓷层具有包括被配置成支撑衬底的区域的顶表面；
夹持电极组件，其沿基本上平行于所述陶瓷层的所述顶表面的方位定位在所述陶瓷层内并且在所述陶瓷层内的上部位置处，使得所述陶瓷层的在所述夹持电极组件和所述陶瓷层的所述顶表面之间的区域基本上不含其他导电材料；其中所述夹持电极组件被配置为水平延伸穿过所述陶瓷层，以至少跨越在所述陶瓷层的所述顶表面的被配置成支撑所述衬底的所述区域下方的区域；以及
多个RF功率输送连接模块，其以基本均匀的方式围绕所述陶瓷层的周边分布，所述多个RF功率输送连接模块中的每一个被配置成在其各自的位置形成从所述基板到所述夹持电极组件的电连接件以在其各自的位置形成从所述基板到所述夹持电极组件的RF功率传输路径，其中所述基板、所述多个RF功率输送连接模块和所述夹持电极组件一起形成法拉第笼，以围绕所述静电卡盘的内部体积引导RF功率传输。
2.根据条款1所述的静电卡盘，其中所述多个RF功率输送连接模块中的每一个包括在所述基板和所述陶瓷层内的暴露的嵌入式导电段之间延伸的第一电连接件，其中所述暴露的嵌入式导电段的一部分在所述陶瓷层的底部暴露，并且其中所述多个RF功率输送连接模块中的每一个包括在穿过所述陶瓷层的所述暴露的嵌入式导电段和所述夹持电极组件之间延伸的第二电连接件。
3.根据条款2所述的静电卡盘，其中，所述第一电连接件包括靠压在所述暴露的嵌入式导电段的暴露部分上的导电引脚，其中所述导电引脚电连接到所述基板以使得RF信号能从所述基板传输到所述导电引脚。
4.根据条款3所述的静电卡盘，其中所述导电引脚被配置为传输高达30安培的电流。
5.根据条款2所述的静电卡盘，其中所述第二电连接件包括在所述陶瓷层内的一个或多个内部嵌入式导电段，其中所述一个或多个内部嵌入式导电段中的每一个基本平行于所述陶瓷层的所述顶表面定位，并且其中所述第二电连接件包括一个或多个竖直导电结构，所述竖直导电结构被定位成将所述一个或多个内部嵌入式导电段彼此电连接并且电连接到所述暴露的嵌入式导电段以及电连接到所述夹持电极组件。
6.根据条款5所述的静电卡盘，其中所述竖直导电结构中的至少一个在所述暴露的嵌入式导电段和所述内部嵌入式导电段中的最低的一个之间延伸穿过所述陶瓷层，并且其中所述竖直导电结构中的至少一个在所述内部嵌入式导电段中的最高的一个和所述夹持电极组件之间延伸穿过所述陶瓷层，并且其中当存在所述内部嵌入式导电段中的竖直相邻的每一成组的两个所述内部嵌入式导电段时所述竖直导电结构中的至少一个在该两个所述内部嵌入式导电段之间延伸穿过所述陶瓷层。
7.根据条款5所述的静电卡盘，其中所述竖直导电结构中的至少四个在所述暴露的嵌入式导电段和所述内部嵌入式导电段中的最低的一个之间延伸穿过所述陶瓷层，并且其中所述竖直导电结构中的至少四个在所述内部嵌入式导电段中的最高的一个和所述夹持电极组件之间延伸穿过所述陶瓷层，并且其中当存在所述内部嵌入式导电段中的竖直相邻的每一成组的两个所述内部嵌入式导电段时所述竖直导电结构中的至少四个在该两个所述内部嵌入式导电段之间延伸穿过所述陶瓷层。
8.根据条款2所述的静电卡盘，其中所述多个RF功率输送连接模块包括定位于所述陶瓷层外周附近的八个RF功率输送连接模块，所述八个RF功率输送连接模块中的每一个与所述八个RF功率输送连接模块中的每个相邻的一个分离约45度的角度，该角度是围绕所述陶瓷层的垂直于所述陶瓷层的所述顶表面延伸的中心线测得的。
9.根据条款1所述的静电卡盘，其中所述夹持电极组件形成为被配置成以单极模式操作的单个电极。
10.根据条款1所述的静电卡盘，其中所述夹持电极组件形成为被配置为以双极模式操作的两个电极。
11.根据条款1所述的静电卡盘，其还包括：
周边RF功率输送电极，其形成在所述陶瓷层内，在所述夹持电极组件下方的在所述陶瓷层内的竖直位置处，所述周边RF功率输送电极具有由顶表面、底表面、内边缘、和外边缘限定的环形形状，所述周边RF功率输送电极的所述顶表面和底表面基本上平行于所述陶瓷层的所述顶表面定向，所述周边RF功率输送电极的所述内边缘定位成比所述夹持电极组件的外边缘径向地较靠近所述陶瓷层的中心线，其中所述陶瓷层的所述中心线垂直于所述陶瓷层的所述顶表面延伸，并且其中所述周边RF功率输送电极的所述外边缘定位成比所述夹持电极组件的所述外边缘较远离所述陶瓷层的所述中心线。
12.根据条款11所述的静电卡盘，其中所述多个RF功率输送连接模块中的每一个包括在所述基板和位于所述陶瓷层内的暴露的嵌入式导电段之间延伸的第一电连接件，其中所述暴露的嵌入式导电段的一部分在所述陶瓷层的底部暴露，并且
其中所述多个RF功率输送连接模块中的每一个包括在穿过所述陶瓷层的所述暴露的嵌入式导电段和所述夹持电极组件之间延伸的第二电连接件，其中所述第二电连接件包括穿过所述陶瓷层从所述暴露的嵌入式导电段延伸到所述周边RF功率输送电极的下电连接件，以及穿过所述陶瓷层从所述周边RF功率输送电极延伸到所述夹持电极组件的上电连接件。
13.根据条款12所述的静电卡盘，其中所述陶瓷层包括中心区域和外周区域，所述中心区域包括被配置为支撑所述衬底的区域，所述外周区域被配置为围绕所述中心区域，所述陶瓷层具有底表面，所述底表面以基本均匀的平坦方式跨所述中心区域和所述外周区域延伸，所述中心区域具有垂直于所述陶瓷层的所述底表面测得的第一总厚度，所述外周区域具有垂直于所述陶瓷层的所述底表面测得的第二总厚度，其中所述第二总厚度小于所述第一总厚度，其中所述夹持电极组件的整体位于所述中心区域内，并且其中所述外周区域包括所述周边RF功率输送电极的一部分。
14.根据条款1所述的静电卡盘，其中所述陶瓷层的介于所述夹持电极组件和所述陶瓷层的所述顶表面之间的基本上不含其他导电材料的区域对应于所述陶瓷层的介于所述夹持电极组件和所述陶瓷层的所述顶表面之间的不包含导电材料的区域，或对应于所述陶瓷层的介于所述夹持电极组件和所述陶瓷层的所述顶表面之间的包括不干扰RF信号的传输的稀疏分布的导电材料的区域，或对应于所述陶瓷层的介于所述夹持电极组件和所述陶瓷层的所述顶表面之间的包括一些与其他周围导电材料电隔离的导电材料的区域，或者对应于所述陶瓷层的介于所述至少夹持电极组件和所述陶瓷层的所述顶表面之间的包括厚度小到不足以屏蔽RF信号的导电材料的区域。
15.一种用于等离子体处理的系统，其包括：
处理室；
位于所述处理室内的静电卡盘，所述静电卡盘包括，
由导电材料形成的基板；
陶瓷层，其使用设置在所述基板和所述陶瓷层之间的接合层附接到所述基板的顶表面上，所述陶瓷层具有包括被配置成支撑衬底的区域的顶表面；
夹持电极组件，其沿基本上平行于所述陶瓷层的所述顶表面的方位定位在所述陶瓷层内并且在所述陶瓷层内的上部位置处，使得所述陶瓷层的在所述夹持电极组件和所述陶瓷层的所述顶表面之间的区域基本上不含其他导电材料，其中所述夹持电极组件被配置为水平延伸穿过所述陶瓷层，以至少跨越在所述陶瓷层的所述顶表面的被配置成支撑所述衬底的所述区域下方的区域；以及
多个RF功率输送连接模块，其以基本均匀的方式围绕所述陶瓷层的周边分布，所述多个RF功率输送连接模块中的每一个被配置成在其各自的位置形成从所述基板到所述夹持电极组件的电连接件以在其各自的位置形成从所述基板到所述夹持电极组件的RF功率传输路径，以及
RF电源，其被连接以将RF功率传输到所述静电卡盘的所述基板，
其中所述基板、所述多个RF功率输送连接模块和所述静电卡盘的所述夹持电极组件一起形成法拉第笼，以围绕所述静电卡盘的内部体积引导RF功率传输。
16.根据条款15所述的用于等离子体处理的系统，其中所述夹持电极组件形成为被配置成以单极模式操作的单个电极。
17.根据条款16所述的用于等离子体处理的系统，其还包括：
夹持电源，其电连接到所述夹持电极组件上，所述夹持电源被配置为以使得当所述衬底存在时所述衬底被静电夹持到所述陶瓷层的所述顶表面的方式向所述夹持电极组件的所述单个电极提供电流。
18.根据条款15所述的用于等离子体处理的系统，其中所述夹持电极组件形成为被配置为以双极模式操作的两个电极。
19.根据条款18所述的用于等离子体处理的系统，其还包括：
夹持电源，其电连接到所述夹持电极组件上，所述夹持电源被配置为以使得当所述衬底存在时所述衬底被静电夹持到所述陶瓷层的所述顶表面的方式向所述夹持电极组件的所述两个电极提供电流。
20.一种用于制造静电卡盘的方法，其包括：
形成具有顶表面的陶瓷层，所述顶表面包括被配置成支撑衬底的区域；
其中形成所述陶瓷层包括将夹持电极组件沿基本上平行于所述陶瓷层的所述顶表面的方位定位在所述陶瓷层内并且在所述陶瓷层内的上部位置处，使得所述陶瓷层的在所述夹持电极组件和所述陶瓷层的所述顶表面之间的区域基本上不含其他导电材料，其中所述夹持电极组件被配置为水平延伸穿过所述陶瓷层，以至少跨越在所述陶瓷层的所述顶表面的被配置成支撑所述衬底的所述区域下方的区域；
其中形成所述陶瓷层包括将多个RF功率输送连接模块以基本均匀分布的方式围绕所述陶瓷层的周边定位，所述多个RF功率输送连接模块中的每一个被配置成在其各自的位置形成从基板到所述夹持电极组件的电连接件以在其各自的位置形成从所述基板到所述夹持电极组件的RF功率传输路径，以及
使用设置在所述基板和所述陶瓷层之间的接合层将所述陶瓷层附接到所述基板上，
其中所述基板、所述多个RF功率输送连接模块和所述夹持电极组件一起形成法拉第笼，以围绕所述静电卡盘的内部体积引导RF功率传输。
附图说明
图1根据本发明的一些实施方式示出了包括等离子体处理室的用于等离子体处理的系统。
图2A根据本发明的一些实施方式示出了具有陶瓷层的被配置为包括夹持电极组件和一个或多个电阻加热器的静电卡盘。
图2B根据本发明的一些实施方式示出了图2A的具有由粗实线表示的RF信号传输路径的配置。
图3A根据本发明的一些实施方式示出了对应于图2A所示的视线A-A的静电卡盘的水平横截面图，其延伸穿过在夹持电极组件和多个RF功率输送连接模块之间的界面。
图3B根据本发明的一些实施方式示出了图3A的夹持电极组件的修改版本，其中夹持电极组件围绕陶瓷层的中心线以径向对称的方式分区。
图3C根据本发明的一些实施方式示出了图3A的夹持电极组件的修改版本，其中夹持电极组件围绕陶瓷层的中心线以径向对称的方式分区。
图4根据本发明的一些实施方式示出了穿过多个RF功率输送连接模块中的一个的竖直横截面图。
图5根据本发明的一些实施方式示出了在相邻的成组的两个内部嵌入式导电段之间以冗余方式使用多个竖直导电结构的示例。
图6A根据本发明的一些实施方式示出了包括具有台阶式构造的陶瓷层的静电卡盘。
图6B根据本发明的一些实施方式示出了陶瓷层的顶视图。
图6C根据本发明的一些实施方式示出了穿过多个RF功率输送连接模块中的一个的竖直横截面图。
图6D根据本发明的一些实施方式示出了穿过多个RF功率输送连接模块中的一个的竖直横截面图，其中第一电连接件与基板电隔离，使得可以将独立受控的RF信号分别传输到多个的RF功率输送连接模块和基板。
图7根据本发明的一些实施方式示出了用于制造静电卡盘的方法的流程图。
具体实施方式
在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域技术人员而言，显而易见的是，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践本发明。在其他情况下，未详细描述公知的处理操作，以免不必要地使本发明难以理解。
图1根据本发明的一些实施方式示出了包括等离子体处理室100的等离子体处理系统。等离子体处理室100包括由一个或多个侧壁101A、顶部结构101B和底部结构101C限定的外部结构101。在一些实施方式中，等离子体处理室100的外部结构101可以由导电材料制成并且具有与参考接地电位连接的电连接件。在一些实施方式中，等离子体处理室100可以包括可封闭的入口通道103，衬底105可以通过该入口通道103插入等离子体处理室100中并从其移除。在其他实施方式中，处理室100的上部可以被配置为与处理室100的下部分离，以能够插入和移除衬底105。
等离子体处理室包括设置在下支撑结构109上的静电卡盘107。静电卡盘107包括基板111、接合层113和陶瓷层115。在一些实施方式中，基板111由铝形成。然而，在其他实施方式中，基板111可以由其他材料或材料的组合形成，只要基板111提供足够的导电性、导热性和机械强度以支持静电卡盘107的操作即可。接合层113将陶瓷层115固定到基板111上。接合层113还用作陶瓷层115和基板111之间的隔热层。陶瓷层115的顶表面包括在处理期间被配置为支撑衬底105的区域。在一些实施方式中，陶瓷层115的顶表面由称为台面结构的多个凸起结构的共平面顶表面形成。在衬底105被支撑在台面结构的顶表面上的情况下，台面结构的侧面之间的区域使得流体(例如氦气)能流到衬底105的背面，以使得能对衬底105提供增强的温度控制。
等离子体处理室100还包括设置在静电卡盘107上的顶部电极117，使得在静电卡盘107和顶部电极117之间存在等离子体处理区域119。在一些实施方式中，顶部电极117电气连接到参考地电位125。处理气体供应管线121被垂直设置以将处理气体从处理气体源123提供至等离子体处理区域119。在一些实施方式中，处理气体供应管线121被配置为简单地将处理气体分配在等离子体处理室100内的一个或多个位置处。在一些实施方式中，顶部电极117被定义为喷头电极，该喷头电极包括通向多个分配端口的多个内部流动通道，处理气体供应管线121垂直连接到喷头电极的输入，使得处理气体可以通过多个内部流动通道流动到多个分配端口并以分布式方式进入等离子体处理区域119。
RF电源129被连接以通过匹配模块131向连接件127提供RF信号，连接件127被配置为将所提供的RF信号传送到下支撑结构109。在操作期间，使处理气体流动进入等离子体处理区域119内，并将RF信号提供给下支撑结构109。RF信号被从下支撑结构109传输到基板111，并且从基板111穿过静电卡盘107，并穿过等离子体处理区域119到达上电极117。RF信号将等离子体处理区域119内的处理气体转变成暴露于衬底105的等离子体133，由此等离子体133的反应性成分(诸如离子和/或自由基)操作以改变衬底105的暴露部分。在一些实施方式中，处理室100内的气体从等离子体处理区域119穿过侧通风口135流到排放口137，排放口137被垂直设置穿过连接件138到达被配置成从处理室100的内部体积抽取流体的排气模块 139。
应当理解，为了便于描述，等离子体处理室100以简化的方式呈现在本文中。实际上，等离子体处理室100是包括本文未描述的许多部件的复杂系统。然而，对于本说明书应该理解的是，等离子体处理室100被连接以在精密受控的条件下接收受控的一种或多种处理气体组合物流，并且包括用于保持衬底105的静电卡盘107，其中连接静电卡盘107以将RF信号传输到等离子体处理区域119，以将一种或多种处理气体组合物转换成等离子体133，以使得能够以指定的方式处理衬底105和/或以RF偏置覆盖静电卡盘107的等离子体处理区域119内的等离子体133。可以通过等离子体处理室100进行的等离子体处理操作的实例包括蚀刻操作、沉积操作和灰化操作等。
等离子体处理室100是使用静电卡盘107的电容耦合等离子体(CCP)处理室类型的示例。然而，应当理解，静电卡盘107可以用于其他类型的诸如电感耦合等离子体(ICP)处理室和变压器耦合等离子体(TCP)处理室之类的等离子体处理室，其中RF信号可以从静电卡盘107传输到由静电卡盘107保持的衬底上方的等离子体处理区域。本文的公开主要涉及静电卡盘107的设计和操作的改进。因此，应当理解，本文公开的静电卡盘107的各种示例性实施方式可以与基本上任何类型的等离子体处理室一起使用，其中图1的等离子体处理室100提供了用于讨论目的的示例。
在一示例性实施方式中，如本文所使用的术语衬底105是指半导体晶片。然而，应当理解，在其他实施方式中，如本文所使用的术语衬底105可以指由蓝宝石、GaN、GaAs或SiC或其他衬底材料形成的衬底，并且可以包括玻璃面板/衬底、金属箔、金属片、聚合物材料等。而且，在各种实施方式中，如本文所提及的衬底105在形式、形状和/或尺寸方面可以变化。例如，在一些实施方式中，如本文所提及的衬底105可对应于200mm(毫米)的半导体晶片、300mm的半导体晶片或450mm的半导体晶片。此外，在一些实施方式中，如本文所提及的衬底105可以对应于非圆形衬底，例如用于平板显示器的矩形衬底等，以及其他形状。
图2A根据本发明的一些实施方式示出了被配置为包括夹持电极组件201和一个或多个电阻加热器205的具有陶瓷层115的静电卡盘107。在一些实施方式中，夹持电极组件201可以具有被配置为用于单极操作以产生用于将衬底105保持在陶瓷层115的顶表面上的电场的单个电极。对于夹持电极组件201的单极操作，与基板111隔离的直流是可选的。
在一些实施方式中，夹持电极组件201可以包括配置用于双极性操作的两个分离的夹持电极，其中在两个分离的夹持电极之间施加差分电压以产生用于将衬底105保持在陶瓷层115的顶表面上的电场。在多种实施方式中，两个分离的夹持电极可以被几何地交叉或交错以能够实现双极性操作。此外，在一些实施方式中，夹持电极组件201可以包括被连接以便以多相方式操作的三个或更多个分离的夹持电极。夹持电极组件201中的一个或多个夹持电极中的每一个通过连接件134连接到DC电压源132。
对于夹持电极组件201的双极性操作，需要与基板111隔离的直流。在一些实施方式中，可以提供耦合电容器用于此目的。在一些实施方式中，一个或多个电容器136可以电连接在夹持电极组件201的一个或多个夹持电极和基板111之间，以使得能够对RF信号进行滤波。DC电压源132被配置为控制存在于夹持电极组件201的一个或多个夹持电极上的电压。在夹持电极组件201包括多个夹持电极的实施方式中，多个夹持电极中的每一个连接到DC电压源132(或分别连接到分离的DC电压源132)，使得其电压和/或相位相对于夹持电极组件201的多个夹持电极中的其他夹持电极以独立的方式被控制。在一些实施方式中，电容器136可以设置在静电卡盘107内。在其他实施方式中，特别是在电容器136具有较大尺寸的情况下，电容器136可以安装在静电卡盘107的外部。电容器136的尺寸将取决于夹持电压、RF电流以及在基板111和夹持电极组件201的夹持电极之间的连接件的数量。
在一些实施方式中，静电卡盘107包括周边密封件207，周边密封件207设置为介于在接合层113的径向周边外的陶瓷层115的底表面和基板111的下支撑结构109的顶表面之间。周边密封件207被配置成防止等离子体133成分和/或工艺副产物材料进入到陶瓷层115和基板111与接合层113接合的内部区域。
在多种实施方式中，静电卡盘107可以被配置为包括各种冷却机构、加热机构、夹持机构、偏置电极、衬底升降销和传感器，其中传感器可以对温度、压力、电压和/或电流等等参数进行测量。例如，基板111可以被配置成包括多个冷却通道211，冷却流体可以流动通过冷却通道211。此外，陶瓷层115可以包括流体流动通道的布置，背面气体可以流动通过该流体流动通道的布置并分配到衬底105下面的台面结构之间的区域中。应当理解，下支撑结构109可以被配置为保持用于静电卡盘107的内部部件的各种电路、管道、控制部件和支撑部件，例如用于电阻加热器205、背面气体输送系统、衬底升降销、夹持电极组件201、冷却通道211、传感器等的各种电路、管道、控制部件和支撑部件。
对于高频RF功率应用，例如约1MHz和更大的RF频率，依赖于夹持电极组件201将RF信号分配到等离子体处理区域119。在一些情况下，RF信号可以施加到基板111，这依赖于RF信号穿过静电卡盘107的内部区域电容耦合到夹持电极组件201并且最终耦合到等离子体处理区域119。然而，存在与传输RF信号穿过静电卡盘107的内部区域有关的困难。例如，在传输RF信号穿过静电卡盘107的内部区域的情况下，存在激励静电卡盘107的各种内部区域内的不期望(寄生)的等离子体的可能性，这可能导致损坏衬底105和/或使衬底105脱离卡盘。另外，通过静电卡盘107的内部区域传输的RF信号可以耦合通过电阻加热器205的元件，这可能导致到达等离子体处理区域119的RF电流分布的不均匀性，进而不利地影响工艺均匀性，例如蚀刻均匀性和关键尺寸均匀性。此外，传输穿过静电卡盘107的内部区域的RF信号可能损坏其中的各种电路，诸如损坏电阻加热器205的驱动电路以及其他电路。而且，在低频RF功率应用下，例如在小于约1MHz的RF频率下，静电卡盘107对于RF信号作为高阻抗绝缘体出现。因此，在较低频率的RF功率应用中，在不包含平行耦合机构(例如外部电容器)的情况下，难以依靠低频RF信号从基板111传输穿过陶瓷层115到达等离子体处理区域119。
为了补救与通过静电卡盘107传输RF信号有关的问题，本文公开了一些实施方式，其中在基板111和夹持电极组件201的一个或多个夹持电极之间形成电连接。在这些实施方式中，静电卡盘107作为平行板电容器操作，其中夹持电极组件201的一个或多个夹持电极用作一个板，并且陶瓷层115用作绝缘体，而衬底105用作另一个板。在一些实施方式中，如果该配置不提供足够的固有电容，则可以安装额外的补充电容以达到期望的电容电平。在该配置中，RF电流从夹持电极组件201的一个或多个夹持电极通过陶瓷层115电容耦合到衬底105。此外，在该配置中，在基板111和夹持电极组件201的一个或多个夹持电极之间的电连接件的尺寸和数量被配置为能承受所施加的RF电流，以避免损坏这些电连接件和夹持电极组件201的相应的故障，从而保持衬底105。应当理解，在静电卡盘107内存在基板111与夹持电极组件201的一个或多个夹持电极之间的电连接件的情况下，不需要将RF信号传输穿过静电卡盘107的有问题的内部区域。因此，应当清楚，在基板111与夹持电极组件201的一个或多个夹持电极之间的电连接件使得能够在较低和较高RF信号频率的广谱范围内将RF信号安全且可靠地传输到等离子体处理区域119。
再参考图2A，夹持电极组件201的一个或多个夹持电极以基本上平行于陶瓷层115的顶表面的方位定位在陶瓷层115内，并且在陶瓷层115内上方的位置，使得陶瓷层115的在夹持电极组件201和陶瓷层115的顶表面之间的区域基本上不含其他导电材料。此外，夹持电极组件201被配置为水平延伸穿过陶瓷层115，以至少跨越在陶瓷层115的顶表面的被配置为支撑衬底105的区域下方的区域。夹持电极组件201放置在陶瓷层115的顶部附近以优化无功电容并且最小化对从夹持电极组件201发出的电场的干扰。
在一些实施方式中，陶瓷层115的在夹持电极组件201的一个或多个夹持电极和陶瓷层115的顶表面之间的区域基本上不含其他导电材料对应于该区域不包括导电材料。在一些实施方式中，陶瓷层115的在夹持电极组件201的一个或多个夹持电极和陶瓷层115的顶表面之间的区域基本上不含其他导电材料对应于该区域包括不干扰RF信号的传输的稀疏分布的导电材料。在一些实施方式中，陶瓷层115的在夹持电极组件201的一个或多个夹持电极和陶瓷层115的顶表面之间的区域基本上不含其他导电材料对应于该区域包括与其他周围导电材料电隔离的一些导电材料，即电悬浮的导电材料。在一些实施方式中，陶瓷层115的在夹持电极组件201的一个或多个夹持电极和陶瓷层115的顶表面之间的区域基本上不含其他导电材料对应于该区域包括厚度足够小以致不屏蔽RF信号的导电材料。
在多种实施方式中，夹持电极组件201的一个或多个夹持电极由钼、钽、钨、钯、钌、铂等形成。然而，应当理解，夹持电极组件201的一个或多个夹持电极可以由基本上任何导电材料形成，只要夹持电极组件201的一个或多个夹持电极能够用作所需频率的RF信号的导体并且满足与制造和操作相关的机械和热要求即可。在一些实施方式中，夹持电极组件201的一个或多个夹持电极的厚度是用于在所施加的RF信号频率下的RF信号传输的趋肤深度的约2-3倍。举例而言，用于在所施加的13.56MHz的RF信号频率下的RF信号传输的趋肤深度为约0.0007英寸。举另一示例而言，用于在所施加的400kHz的RF信号频率下的RF信号传输的趋肤深度为约0.004英寸。在一些实施方式中，夹持电极组件201的一个或多个夹持电极的厚度在从约0.005英寸至约0.015英寸的范围内。然而，应当理解，在其他实施方式中，夹持电极组件201的一个或多个夹持电极的厚度可以小于0.005英寸或大于0.015英寸。此外，在一些实施方式中，夹持电极组件201的一个或多个夹持电极通过在制造陶瓷层115期间施加(例如层压、共烧等)金属箔来形成。并且在一些实施方式中，在制造陶瓷层115期间，夹持电极组件201的一个或多个夹持电极使用丝网印刷工艺形成，在丝网印刷工艺中墨被配制成包含形成夹持电极组件201的一个或多个夹持电极的金属材料。然而，应当理解，在其他实施方式中，可以使用不同的方法和技术来形成夹持电极组件201的一个或多个夹持电极。
为了使夹持电极组件201的一个或多个夹持电极和基板111能电连接，将多个RF功率输送连接模块209以基本均匀的方式围绕陶瓷层115的周边分布，多个RF功率输送连接模块209中的每一个为基板111和夹持电极组件201的一个或多个夹持电极之间的RF信号提供低阻抗传输路径。多个RF功率输送连接模块209中的每一个被配置为在其相应位置处形成从基板111到夹持电极组件201的给定的夹持电极的电连接件，以在其相应位置处形成从基板111到夹持电极组件201的给定的夹持电极的RF功率传输路径。
图3A根据本发明的一些实施方式示出了静电卡盘107的水平横截面视图，其延伸穿过夹持电极组件201和多个RF功率输送连接模块209之间的界面，对应于图2A所示的视图A-A。在图3A的示例中，围绕陶瓷层115的周边并且在陶瓷层115的外周附近沿着围绕陶瓷层115的圆周221以基本均匀的方式分布有八个RF功率输送连接模块209，八个RF功率输送连接模块209中的每一个与八个RF功率输送连接模块209中的每相邻的一个分离约45度的角度，该角度是围绕垂直于陶瓷层115的顶表面延伸的陶瓷层115的中心线202测得的。在其他实施方式中，可以使用多于或少于八个的RF功率输送连接模块209。例如，另一个示例实施方式可以包括多达1000个RF功率输送连接模块209。
此外，对于一些高频应用，例如60MHz或更大，出于均匀性原因，可能期望夹持电极组件201具有诸如花瓣之类的分区的形状。图3B根据本发明的一些实施方式示出了图3A的夹持电极组件201的修改版本，其中夹持电极组件201的单极夹持电极201A围绕陶瓷层115的中心线202以径向对称的方式被中断(interrupt)。在图3B的示例性实施方式中，间隙309将夹持电极组件201的单极夹持电极201A的相邻区域301-308分开，并且夹持电极组件201的单极夹持电极201A的每个区域301-308在陶瓷层115的中心线202附近连接在一起。此外，夹持电极组件201的单极夹持电极201A的每个区域301-308被连接以分别通过多个RF功率输送连接模块209A-209H中的相应一个从基板111接收RF功率。
图3C根据本发明的一些实施方式示出了图3A的夹持电极组件201的修改版本，其中夹持电极组件201包括围绕陶瓷层115的中心线202以径向对称的方式定位的多个夹持电极311-318。在图3C的示例实施方式中，间隙309将相邻的夹持电极311-318彼此分离。另外，夹持电极组件201的每个电极311-318被连接以分别通过多个RF功率输送连接模块209A-209H中的相应的一个从基板111接收RF功率。在一些实施方式中，多个RF功率输送连接模块209A-209H中的每一个可以被连接以接收单独受控的RF信号，使得可以独立地控制通过夹持电极组件201的每个夹持电极311-318的RF信号传输。此外，每个夹持电极311-318可以被连接以接收独立受控的夹持电压，使得夹持电极组件201以双极模式操作。例如，夹持电极311、夹持电极313、夹持电极315和夹持电极317可以被连接以接收给定幅值的正电压，并且夹持电极312、夹持电极314、夹持电极316和夹持电极318可以被连接以接收给定幅值的负电压。
为了使RF信号能够从基板111均匀传输到夹持电极组件201的一个或多个夹持电极，多个RF功率输送连接模块209可以围绕陶瓷层115的中心线202以基本均匀的方式分布。然而，可以对多个RF功率输送连接模块209的位置进行一些调整，以便适应它们围绕静电卡盘107内的其他结构和/或通道的放置。在一些实施方式中，多个RF功率输送连接模块209可以被定义为在基板111和夹持电极组件201的一个或多个夹持电极之间提供直接电连接的无源连接。然而，在其他实施方式中，多个RF功率输送连接模块209中的一些或全部可以被定义为控制从基板111传输到夹持电极组件201的一个或多个夹持电极的RF信号的幅值和/或频率。此外，在一些实施方式中，多个RF功率输送连接模块209中的各个RF功率输送连接模块209可以被配置为实时地控制通过其传输的RF信号的幅值和/或频率。
应当理解，基板111、多个RF功率输送连接模块209和夹持电极组件201一起形成法拉第笼，以围绕静电卡盘107的存在于基板111的顶表面和夹持电极组件201之间并且在围绕陶瓷层115的圆周221内的内部体积引导RF功率传输，多个RF功率输送连接模块209沿着圆周221定位。图2B根据本发明的一些实施方式示出了图2A的配置，其中由粗实线250表示RF信号传输路径。RF信号从RF电源129穿过匹配模块131、通过连接件127传输到下支撑结构109。然后，RF信号绕着下支撑结构109的表面行进到基板111。接着，RF信号沿着基板111的表面向上行进到基板111的顶表面，并经过该顶表面到达多个RF功率输送连接模块209中的每一个，然后到达夹持电极组件201的一个或多个夹持电极。
通过将RF信号从基板111通过多个RF功率输送连接模块209传输到夹持电极组件201的一个或多个夹持电极，静电卡盘107的内部体积基本上不受RF信号感应电场的影响。此外，RF信号滤波装置可以设置在多个位置处，在这些位置处，多个RF功率输送连接模块209和其他有意的 (intentional)RF导体穿过静电卡盘107内的其他导电部件，其中期望的是，其他导电部件不传导RF信号。以这种方式，由基板111、多个RF功率输送连接模块209和夹持电极组件201的一个或多个夹持电极形成的法拉第笼以及各种RF滤波装置保护和屏蔽在静电卡盘107的内部内的电路和连接层不受RF场影响。此外，通过使RF信号感应电压在静电卡盘107内在夹持电极组件201处而不是在基板111处出现较高位，在静电卡盘107内部内在地不经意地激励等离子体的可能性较小。因此，可以在静电卡盘107的内部体积内布置电子部件，例如加热器电路、传感器电路等，而不会使它们经受流经整个静电卡盘107结构的RF电流引起的不利影响。
此外，由基板111、多个RF功率输送连接模块209和夹持电极组件201的一个或多个夹持电极形成的法拉第笼对于宽带RF信号频率提供了朝向衬底105的RF信号传输的改进的一致性，并且提供了朝向衬底105的RF信号传输的独立于静电卡盘107中的其他内部电路和相关联的变化的改进的一致性，从而提供从一个静电卡盘107到另一个静电卡盘107朝向衬底105的RF信号传输的改进的一致性。因此，由基板111、多个RF功率输送连接模块209和夹持电极组件201形成的法拉第笼使得能够以更均匀和一致的方式用多种RF信号频率和谐波操作不同的静电卡盘107。
此外，夹持电极组件201的靠近陶瓷层115的顶部的定位使得较低的RF信号频率(例如400kHz、100kHz、55kHz等)能传输。此外，通过多个RF功率输送连接模块209将夹持电极组件201直接连接到基板111使得能给较低的RF频率信号施以脉冲，这对于某些等离子体处理操作会是有用的。此外，在多个RF功率输送连接模块209被配置为传输较高的RF电流的情况下，可以以较低的RF信号频率将较高的RF电流传输穿过夹持电极组件201到达等离子体处理区域119。
图4根据本发明的一些实施方式示出了穿过多个RF功率输送连接模块209中的一个的竖直横截面图。RF功率输送连接模块209包括在基板111和陶瓷层115内的暴露的嵌入式导电段403之间延伸的第一电连接件401。此外，RF功率输送连接模块209包括在穿过陶瓷层115的暴露的嵌入式导电段403和夹持电极组件201之间延伸的第二电连接件405，以便在暴露的嵌入式导电段403和夹持电极组件201之间形成电连接。在一些实施方式中，暴露的嵌入式导电段403是平面形状的。在其他实施方式中，暴露的嵌入式导电段403是非平面形状的，例如是凸形的、凹形的、圆柱形的等等。暴露的嵌入式导电段403的部分403A暴露在陶瓷层115的底部并且被第一电连接件401的构件物理接触。在一些实施方式中，暴露的嵌入式导电段403可被电镀以实现与第一电连接件401的电连接。
第一电连接件401和第二电连接件405被配置为适应静电卡盘107的支撑/环绕/接合结构的热引起的膨胀和收缩。在一些实施方式中，第一电连接件401包括压靠在暴露的嵌入式导电段403的暴露部分403A上的导电引脚407。在一些实施方式中，第一电连接件401与基板111电短路。在其他实施方式中，第一电连接件401与基板111电隔离，但是被布置成使得RF信号将优先地从基板111传输穿过第一电连接件401。在一些实施方式中，如图4所示的实施方式中，导电引脚407电连接到基板111以使得能将RF信号从基板111传输到导电引脚407。具体而言，导电引脚407被设置成与其基部结构409电连接，基部结构409进而被设置成与基板111电连接。在这种配置中，RF信号沿着基板111的外表面行进，穿过基板111的顶表面，到达基部结构409，到达引脚407，直至到达暴露的嵌入式导电段403，并且穿过第二电连接件405到达夹持电极组件201。在一些实施方式中，导电引脚407包括弹簧，该弹簧被配置为使导电引脚407压靠到暴露的嵌入式导电段403的暴露部分403A上。此外，在一些实施方式中，导电引脚407被配置为传输高达30安培的RF电流。然而，应当理解，在其他实施方式中，根据将由静电卡盘107执行的处理，导电引脚407可以被配置为传输更高或更低量的RF电流。
另外，在一些实施方式中，代替使用导电引脚407，使用钎焊连接或焊接连接来形成基板111和暴露的嵌入式导电段403之间的连接。在一些实施方式中，无论第一电连接件401是使用导电引脚407，还是使用钎焊连接，还是使用焊接连接，还是使用例如RF导体之类的其他类型的连接件，第一电连接件401都被配置为使得在陶瓷层115和基板111之间的RF导体穿过的距离尽可能地小，以便使穿过第一电连接件401的电阻抗最小化。
在一些实施方式中，第二电连接件405包括在陶瓷层115内的一个或多个内部嵌入式导电段411。在一些实施方式中，每个内部嵌入式导电段411被定向成基本平行于夹持电极组件201。另外，第二电连接件405可以包括一个或多个竖直导电结构413，竖直导电结构413被定位成将内部嵌入式导电段411彼此电连接(在多个内部嵌入式导电段411的情况下)且将内部嵌入式导电段411电连接到暴露的嵌入式导电段403以及连接到夹持电极组件201。在一些实施方式中，竖直导电结构413中的至少一个在暴露的嵌入式导电段403和内部嵌入式导电段411中的最低的一个之间延伸穿过陶瓷层115，并且竖直导电结构413中的至少一个在内部嵌入式导电段411中的最高一个和夹持电极组件201之间延伸穿过陶瓷层115，并且当存在内部嵌入式导电段411中的每竖直相邻的成组的两个内部嵌入式导电段411时竖直导电结构413中的至少一个在每竖直相邻的成组的两个内部嵌入式导电段411之间延伸穿过陶瓷层115。
应当理解，内部嵌入式导电段411的使用使得能以堆叠的方式制造陶瓷层115，竖直导电结构413用于连接到内部嵌入式导电段411。另外，应当理解，竖直导电结构413可以位于给定内部嵌入式导电段411的相对侧上的不同位置处。以这种方式，可以使RF功率输送连接模块209的第二电连接件405内的电连接件在不同的竖直位置和不同的水平位置。此外，竖直导电结构413可以以冗余方式设置在给定的RF功率输送连接模块209内。例如，在一些实施方式中，在给定的一个RF功率输送连接模块209中，至少四个竖直导电结构413在暴露的嵌入式导电段403和内部嵌入式导电段411中的最低的一个之间延伸穿过陶瓷层115，且至少四个竖直导电结构413在内部嵌入式导电段411中的最高一个和夹持电极组件201之间延伸穿过陶瓷层115，并且当存在内部嵌入式导电段411中的每竖直相邻的成组的两个内部嵌入式导电段411时至少四个竖直导电结构413在该每竖直相邻的成组的两个内部嵌入式导电段411之间延伸穿过陶瓷层115。
图5根据本发明的一些实施方式示出了在相邻的成组的两个内部嵌入式导电段411之间以冗余的方式使用四个竖直导电结构413的示例。应当理解，图5的示例中的四个竖直导电结构413的描绘是通过示例提供的。在其他实施方式中，多个或少于四个竖直导电结构413可以设置在相邻的成组的两个内部嵌入式导电段411之间。例如，图5示出了具有附加的竖直导电结构413A的选项。在多种实施方式中，设置在给定RF功率输送连接模块209中的在相邻的成组的两个内部嵌入式导电段411之间的竖直导电结构413的数量可以通过用于制造竖直导电结构413和/或内部嵌入式导电段411的材料的选择以及所选择的材料的电容来确定。
图6A根据本发明的一些实施方式示出了包括具有台阶式构造的陶瓷层115A的静电卡盘107A。图6B根据本发明的一些实施方式示出了陶瓷层115A的俯视图。陶瓷层115A包括中心区域601和外周区域603。中心区域601包括被配置成支撑衬底105的区域。外周区域603被配置成围绕中心区域601。陶瓷层115A具有以基本均匀的平坦方式跨中心区域601和外周区域603两者延伸的底表面。中心区域601具有垂直于陶瓷层115A的底表面测得的第一总厚度605。外周区域603具有垂直于陶瓷层115A的底表面测得的第二总厚度607。第二总厚度607小于第一总厚度605，从而在陶瓷层115A的外部径向外周处形成陶瓷层115A的台阶式构造。此外，夹持电极组件201的整体位于陶瓷层115A的中心区域601内，在陶瓷层115A的顶表面的正下方的位置处。并且，陶瓷层115A的外周区域603包括周边RF功率输送电极609的一部分。周边RF功率输送电极609还在夹持电极组件201的外部部分下方延伸到陶瓷层115A的中心区域601内。
周边RF功率输送电极609在陶瓷层115A内、在夹持电极组件201下面的竖直位置处形成在陶瓷层115A内。周边RF功率输送电极609具有由顶表面、底表面、内边缘609A和外边缘609B限定的环形形状。在一些实施方式中，周边RF功率输送电极609的顶表面和底表面被定向成基本上平行于陶瓷层115A的顶表面。周边RF功率输送电极609的内边缘609A比夹持电极组件201的外边缘203A在径向上较靠近陶瓷层115A的中心线202定位，使得在夹持电极组件201和周边RF功率输送电极609之间存在重叠部分613。再次，陶瓷层115A的中心线202被视为在陶瓷层115A的顶表面的中心点处垂直于陶瓷层115A的顶表面延伸。周边RF功率输送电极609的外边缘609B比夹持电极组件201的外边缘203A离陶瓷层115A的中心线202 较远定位。周边RF功率输送电极609径向向外延伸超过夹持电极组件201使得RF信号能在衬底105的径向周边周围的位置处传输，这可以用于在一些处理应用中改善衬底105的径向边缘处的处理性能。周边RF功率输送电极609提供延伸超过衬底105的外部径向周边的等离子体的RF耦合，以便改善衬底105的最外区域和边缘处的工艺性能。
为了使周边RF功率输送电极609和夹持电极组件201电连接到基板111，多个RF功率输送连接模块629以基本均匀的方式围绕陶瓷层115的周边分布，多个RF功率输送连接模块629中的每一个为基板111和周边RF功率输送电极609以及夹持电极组件201之间的RF信号提供低阻抗传输路径。多个RF功率输送连接模块629可以以与本文所讨论的关于多个RF功率输送连接模块209围绕陶瓷层115的周边分布的方式相同的方式围绕陶瓷层115A的周边分布。
图6C根据本发明的一些实施方式示出了穿过多个RF功率输送连接模块629中的一个的竖直横截面图。在一些实施方式中，RF功率输送连接模块629中的每一个包括在基板111和陶瓷层115A内的暴露的嵌入式导电段403之间延伸的第一电连接件401，暴露的嵌入式导电段403的部分403A暴露在陶瓷层115A的底部。如先前关于图4所讨论的，在一些实施方式中，第一电连接件401可以由导电引脚407形成。替代地，在其他实施方式中，第一电连接件401可以通过在基板111和暴露的嵌入式导电段403之间延伸的钎焊或焊接连接件形成。
RF功率输送连接模块629中的每一个包括在暴露的嵌入式导电段403与夹持电极组件201之间穿过陶瓷层115A延伸的第二电连接件621。第二电连接件621包括从暴露的嵌入式导电段403穿过陶瓷层115A延伸到周边RF功率输送电极609的下电连接件623。第二电连接件621还包括从周边RF功率输送电极609穿过陶瓷层115A延伸到夹持电极组件201的上电连接件625。下电连接件623可以以与关于图4的第二电连接件405所讨论的方式类似的方式使用多个内部嵌入式导电段411和竖直导电结构413来形成。在图6C的示例中，一个内部嵌入式导电段411和两个竖直导电结构413用于形成从暴露的嵌入式导电段403延伸到周边RF功率输送电极609的下电连接件 623。类似地，上电连接件625可以以与关于图4的第二电连接件405所讨论的方式类似的方式使用多个内部嵌入式导电段411和竖直导电结构413来形成。在图6C的示例中，三个内部嵌入式导电段411和四个竖直导电结构413用于形成从周边RF功率输送电极609延伸到夹持电极组件201的上电连接件625。
在诸如图6C所示的一些实施方式中，RF信号穿过周边RF功率输送电极609传输到夹持电极组件201。然而，在其他实施方式中，RF信号可以被首先传输到夹持电极组件201，然后穿过夹持电极组件201到达周边RF功率输送电极609。此外，在一些实施方式中，RF信号可以从基板111传输到周边RF功率输送电极609，而不必首先穿过夹持电极组件201，并且RF信号可以从基板111传输到夹持电极组件201，而不必首先穿过周边RF功率输送电极609。
此外，在一些实施方式中，周边RF功率输送电极609可以与夹持电极组件201电隔离，其中陶瓷层115A的一部分作为它们之间的绝缘体。在这些实施方式中，周边RF功率输送电极609和夹持电极组件201中的每一个可以独立地连接以直接从基板111接收RF信号。此外，在该配置中，在一些实施方式中，可以独立地控制通向周边RF功率输送电极609和夹持电极组件201中的每一个的RF信号传输路径，以便提供对输送到陶瓷层115A的外周的RF电流相对于输送到支撑在陶瓷层115A的中心区域601上的衬底105的RF电流的独立控制。因此，在多种实施方式中，具有周边RF功率输送电极609和夹持电极组件201两者将使得能在周边RF功率输送电极609处应用额外的RF信号频率，而不在夹持电极组件201处应用额外的RF信号频率，反之亦然，从而为衬底105边缘处理提供增加的操作灵活性。
图6D根据本发明的一些实施方式示出了穿过多个RF功率输送连接模块629中的一个的竖直横截面图，其中第一电连接件401与基板111电隔离，使得能够将独立受控的RF信号分别传输给多个RF功率输送连接模块629和基板111。在图6D的示例中，导电引脚407的基部结构409设置在诸如电介质套筒之类的电绝缘构件410内，使得基部结构409与基板111电隔离。导电引脚407的基部结构409通过适当的RF阻抗匹配电路连接到RF电源412。在这种配置中，由RF电源412产生的RF信号被传导到基部结构409，并且从基部结构409传导到导电引脚407，并且从导电引脚407传导到暴露的嵌入式导电段403，而没有穿过基板111传导。在一些实施方式中，RF电源412连接到RF控制模块，使得从RF电源412传输到导电引脚407的基部结构409的RF信号被RF控制模块控制。
图7根据本发明的一些实施方式示出了用于制造静电卡盘(107/107A)的方法的流程图。该方法包括用于形成具有顶表面的陶瓷层(115/115A)的操作701，该顶表面包括被配置成支撑衬底(105)的区域。操作701包括将夹持电极组件(201)沿基本上平行于所述陶瓷层(115/115A)的所述顶表面的方位定位在所述陶瓷层(115/115A)内并且在所述陶瓷层(115/115A)内的上部位置处，使得所述陶瓷层(115/115A)的在所述夹持电极组件(201)和所述陶瓷层(115/115A)的顶表面之间的区域基本上不含其他导电材料。所述夹持电极组件(201)被配置为水平延伸穿过所述陶瓷层(115/115A)，以至少跨越在所述陶瓷层(115/115A)的所述顶表面的被配置成支撑所述衬底(105)的所述区域下方的区域。所述操作701包括将多个RF功率输送连接模块(209/629)以基本均匀分布的方式围绕所述陶瓷层(115/115A)的周边定位。所述多个RF功率输送连接模块(209/629)中的每一个被配置成在其各自的位置形成从所述基板(111)到所述夹持电极组件(201)的电连接以在其各自的位置形成从所述基板(111)到所述夹持电极组件(201)的RF功率传输路径。该方法还包括使用设置在基板(111)和陶瓷层(115/115A)之间的接合层(113)将陶瓷层(115/115A)附接到基板(111)上的操作703。
如本文所讨论的，基板111、多个RF功率输送连接模块209/629和夹持电极组件201一起形成法拉第笼，以引导RF功率围绕静电卡盘107/107A的存在于基板111的顶表面和夹持电极组件201之间并且在围绕陶瓷层115/115A的圆周内的内部体积传输，所述多个RF功率输送连接模块209/629沿所述圆周定位。在这种法拉第笼用于围绕静电卡盘107/107A的内部体积传导RF电流的情况下，在静电卡盘107/107A的内部体积内的内部部件和电路被保护而免受RF引起的损坏。此外，法拉第笼式结构用于以均匀的方式将RF信号传送到静电卡盘107/107A的上部区域，这转化为在整个衬底105上的更均匀的等离子体密度。另外，因为夹持电极组件201位于法拉第笼式结构中在静电卡盘107/107A的顶表面附近，因此可以将低频RF信号(例如2MHz到400kHz或到400kHz以下)可靠地传送到等离子体处理区域119。并且由于低频RF信号围绕静电卡盘107/107A的内部体积传输，所以在静电卡盘107/107A的内部体积内的寄生放电的可能性明显降低。
尽管出于清楚理解的目的已经详细描述了前述发明，但是显而易见的是，在所附权利要求的范围内可以实施某些改变和修改。因此，本发明的实施方式被认为是说明性的而不是限制性的，并且本发明不限于本文给出的细节，而是可以在所描述的实施方式的范围和等同方案内进行修改。

Claims (20)

1.一种静电卡盘，其包括：
由导电材料形成的基板；
陶瓷层，其使用设置在所述基板和所述陶瓷层之间的接合层附接到所述基板的顶表面上，所述陶瓷层具有包括被配置成支撑衬底的区域的顶表面；
夹持电极组件，其沿基本上平行于所述陶瓷层的所述顶表面的方位定位在所述陶瓷层内并且在所述陶瓷层内的上部位置处，使得所述陶瓷层的在所述夹持电极组件和所述陶瓷层的所述顶表面之间的区域基本上不含其他导电材料；其中所述夹持电极组件被配置为水平延伸穿过所述陶瓷层，以至少跨越在所述陶瓷层的所述顶表面的被配置成支撑所述衬底的所述区域下方的区域；以及
多个RF功率输送连接模块，其以基本均匀的方式围绕所述陶瓷层的周边分布，所述多个RF功率输送连接模块中的每一个被配置成在其各自的位置形成从所述基板到所述夹持电极组件的电连接件以在其各自的位置形成从所述基板到所述夹持电极组件的RF功率传输路径，其中所述基板、所述多个RF功率输送连接模块和所述夹持电极组件一起形成法拉第笼，以围绕所述静电卡盘的内部体积引导RF功率传输。
2.根据权利要求1所述的静电卡盘，其中所述多个RF功率输送连接模块中的每一个包括在所述基板和所述陶瓷层内的暴露的嵌入式导电段之间延伸的第一电连接件，其中所述暴露的嵌入式导电段的一部分在所述陶瓷层的底部暴露，并且其中所述多个RF功率输送连接模块中的每一个包括在穿过所述陶瓷层的所述暴露的嵌入式导电段和所述夹持电极组件之间延伸的第二电连接件。
3.根据权利要求2所述的静电卡盘，其中，所述第一电连接件包括靠压在所述暴露的嵌入式导电段的暴露部分上的导电引脚，其中所述导电引脚电连接到所述基板以使得RF信号能从所述基板传输到所述导电引脚。
4.根据权利要求3所述的静电卡盘，其中所述导电引脚被配置为传输高达30安培的电流。
5.根据权利要求2所述的静电卡盘，其中所述第二电连接件包括在所述陶瓷层内的一个或多个内部嵌入式导电段，其中所述一个或多个内部嵌入式导电段中的每一个基本平行于所述陶瓷层的所述顶表面定位，并且其中所述第二电连接件包括一个或多个竖直导电结构，所述竖直导电结构被定位成将所述一个或多个内部嵌入式导电段彼此电连接并且电连接到所述暴露的嵌入式导电段以及电连接到所述夹持电极组件。
6.根据权利要求5所述的静电卡盘，其中所述竖直导电结构中的至少一个在所述暴露的嵌入式导电段和所述内部嵌入式导电段中的最低的一个之间延伸穿过所述陶瓷层，并且其中所述竖直导电结构中的至少一个在所述内部嵌入式导电段中的最高的一个和所述夹持电极组件之间延伸穿过所述陶瓷层，并且其中当存在所述内部嵌入式导电段中的竖直相邻的每一成组的两个所述内部嵌入式导电段时所述竖直导电结构中的至少一个在该两个所述内部嵌入式导电段之间延伸穿过所述陶瓷层。
7.根据权利要求5所述的静电卡盘，其中所述竖直导电结构中的至少四个在所述暴露的嵌入式导电段和所述内部嵌入式导电段中的最低的一个之间延伸穿过所述陶瓷层，并且其中所述竖直导电结构中的至少四个在所述内部嵌入式导电段中的最高的一个和所述夹持电极组件之间延伸穿过所述陶瓷层，并且其中当存在所述内部嵌入式导电段中的竖直相邻的每一成组的两个所述内部嵌入式导电段时所述竖直导电结构中的至少四个在该两个所述内部嵌入式导电段之间延伸穿过所述陶瓷层。
8.根据权利要求2所述的静电卡盘，其中所述多个RF功率输送连接模块包括定位于所述陶瓷层外周附近的八个RF功率输送连接模块，所述八个RF功率输送连接模块中的每一个与所述八个RF功率输送连接模块中的每个相邻的一个分离约45度的角度，该角度是围绕所述陶瓷层的垂直于所述陶瓷层的所述顶表面延伸的中心线测得的。
9.根据权利要求1所述的静电卡盘，其中所述夹持电极组件形成为被配置成以单极模式操作的单个电极。
10.根据权利要求1所述的静电卡盘，其中所述夹持电极组件形成为被配置为以双极模式操作的两个电极。
11.根据权利要求1所述的静电卡盘，其还包括：
周边RF功率输送电极，其形成在所述陶瓷层内，在所述夹持电极组件下方的在所述陶瓷层内的竖直位置处，所述周边RF功率输送电极具有由顶表面、底表面、内边缘、和外边缘限定的环形形状，所述周边RF功率输送电极的所述顶表面和底表面基本上平行于所述陶瓷层的所述顶表面定向，所述周边RF功率输送电极的所述内边缘定位成比所述夹持电极组件的外边缘径向地较靠近所述陶瓷层的中心线，其中所述陶瓷层的所述中心线垂直于所述陶瓷层的所述顶表面延伸，并且其中所述周边RF功率输送电极的所述外边缘定位成比所述夹持电极组件的所述外边缘较远离所述陶瓷层的所述中心线。
12.根据权利要求11所述的静电卡盘，其中所述多个RF功率输送连接模块中的每一个包括在所述基板和位于所述陶瓷层内的暴露的嵌入式导电段之间延伸的第一电连接件，其中所述暴露的嵌入式导电段的一部分在所述陶瓷层的底部暴露，并且
其中所述多个RF功率输送连接模块中的每一个包括在穿过所述陶瓷层的所述暴露的嵌入式导电段和所述夹持电极组件之间延伸的第二电连接件，其中所述第二电连接件包括穿过所述陶瓷层从所述暴露的嵌入式导电段延伸到所述周边RF功率输送电极的下电连接件，以及穿过所述陶瓷层从所述周边RF功率输送电极延伸到所述夹持电极组件的上电连接件。
13.根据权利要求12所述的静电卡盘，其中所述陶瓷层包括中心区域和外周区域，所述中心区域包括被配置为支撑所述衬底的区域，所述外周区域被配置为围绕所述中心区域，所述陶瓷层具有底表面，所述底表面以基本均匀的平坦方式跨所述中心区域和所述外周区域延伸，所述中心区域具有垂直于所述陶瓷层的所述底表面测得的第一总厚度，所述外周区域具有垂直于所述陶瓷层的所述底表面测得的第二总厚度，其中所述第二总厚度小于所述第一总厚度，其中所述夹持电极组件的整体位于所述中心区域内，并且其中所述外周区域包括所述周边RF功率输送电极的一部分。
14.根据权利要求1所述的静电卡盘，其中所述陶瓷层的介于所述夹持电极组件和所述陶瓷层的所述顶表面之间的基本上不含其他导电材料的区域对应于所述陶瓷层的介于所述夹持电极组件和所述陶瓷层的所述顶表面之间的不包含导电材料的区域，或对应于所述陶瓷层的介于所述夹持电极组件和所述陶瓷层的所述顶表面之间的包括不干扰RF信号的传输的稀疏分布的导电材料的区域，或对应于所述陶瓷层的介于所述夹持电极组件和所述陶瓷层的所述顶表面之间的包括一些与其他周围导电材料电隔离的导电材料的区域，或者对应于所述陶瓷层的介于至少所述夹持电极组件和所述陶瓷层的所述顶表面之间的包括厚度小到不足以屏蔽RF信号的导电材料的区域。
15.一种用于等离子体处理的系统，其包括：
处理室；
位于所述处理室内的静电卡盘，所述静电卡盘包括，
由导电材料形成的基板；
陶瓷层，其使用设置在所述基板和所述陶瓷层之间的接合层附接到所述基板的顶表面上，所述陶瓷层具有包括被配置成支撑衬底的区域的顶表面；
夹持电极组件，其沿基本上平行于所述陶瓷层的所述顶表面的方位定位在所述陶瓷层内并且在所述陶瓷层内的上部位置处，使得所述陶瓷层的在所述夹持电极组件和所述陶瓷层的所述顶表面之间的区域基本上不含其他导电材料，其中所述夹持电极组件被配置为水平延伸穿过所述陶瓷层，以至少跨越在所述陶瓷层的所述顶表面的被配置成支撑所述衬底的所述区域下方的区域；以及
多个RF功率输送连接模块，其以基本均匀的方式围绕所述陶瓷层的周边分布，所述多个RF功率输送连接模块中的每一个被配置成在其各自的位置形成从所述基板到所述夹持电极组件的电连接件以在其各自的位置形成从所述基板到所述夹持电极组件的RF功率传输路径，以及
RF电源，其被连接以将RF功率传输到所述静电卡盘的所述基板，
其中所述基板、所述多个RF功率输送连接模块和所述静电卡盘的所述夹持电极组件一起形成法拉第笼，以围绕所述静电卡盘的内部体积引导RF功率传输。
16.根据权利要求15所述的用于等离子体处理的系统，其中所述夹持电极组件形成为被配置成以单极模式操作的单个电极。
17.根据权利要求16所述的用于等离子体处理的系统，其还包括：
夹持电源，其电连接到所述夹持电极组件上，所述夹持电源被配置为以使得当所述衬底存在时所述衬底被静电夹持到所述陶瓷层的所述顶表面的方式向所述夹持电极组件的所述单个电极提供电流。
18.根据权利要求15所述的用于等离子体处理的系统，其中所述夹持电极组件形成为被配置为以双极模式操作的两个电极。
19.根据权利要求18所述的用于等离子体处理的系统，其还包括：
夹持电源，其电连接到所述夹持电极组件上，所述夹持电源被配置为以使得当所述衬底存在时所述衬底被静电夹持到所述陶瓷层的所述顶表面的方式向所述夹持电极组件的所述两个电极提供电流。
20.一种用于制造静电卡盘的方法，其包括：
形成具有顶表面的陶瓷层，所述顶表面包括被配置成支撑衬底的区域；
其中形成所述陶瓷层包括将夹持电极组件沿基本上平行于所述陶瓷层的所述顶表面的方位定位在所述陶瓷层内并且在所述陶瓷层内的上部位置处，使得所述陶瓷层的在所述夹持电极组件和所述陶瓷层的所述顶表面之间的区域基本上不含其他导电材料，其中所述夹持电极组件被配置为水平延伸穿过所述陶瓷层，以至少跨越在所述陶瓷层的所述顶表面的被配置成支撑所述衬底的所述区域下方的区域；
其中形成所述陶瓷层包括将多个RF功率输送连接模块以基本均匀分布的方式围绕所述陶瓷层的周边定位，所述多个RF功率输送连接模块中的每一个被配置成在其各自的位置形成从基板到所述夹持电极组件的电连接件以在其各自的位置形成从所述基板到所述夹持电极组件的RF功率传输路径，以及
使用设置在所述基板和所述陶瓷层之间的接合层将所述陶瓷层附接到所述基板上，
其中所述基板、所述多个RF功率输送连接模块和所述夹持电极组件一起形成法拉第笼，以围绕所述静电卡盘的内部体积引导RF功率传输。
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