CN110444505A - 用于基板支撑组件的多区垫圈 - Google Patents

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Abstract

一种用于基板支撑组件的垫圈可以具有：顶表面，所述顶表面具有表面区域；和多个区，所述多个区一起限定所述顶表面的所述表面区域。所述多个区可以包括至少：a)第一区，所述第一区包括第一垫圈层堆叠，所述第一区具有在第一方向上的第一平均热导率，和b)第二区，所述第二区包括一个或多个垫圈层，所述第二区具有在所述第一方向上的第二平均热导率。

Description

用于基板支撑组件的多区垫圈
技术领域
本公开内容的一些实施方式总的来说涉及具有多个热导率分布的多区垫圈，并且更特定地涉及包括这种多区垫圈的基板支撑组件。
背景技术
诸如静电吸盘之类的基板支撑组件广泛地用于在用于各种应用的处理腔室中的基板处理期间保持基板(例如，诸如半导体晶片)。工艺的示例包括物理气相沉积、蚀刻、化学气相沉积、原子层沉积、清洁等。
用于制造集成电路的各种工艺可能需要用于基板处理的高温和/或宽温度范围。然而，蚀刻工艺中的基板支撑组件通常在高达约120℃的温度范围内操作。在高于约120℃的温度下，由于诸如松脱、腐蚀性化学物质造成的等离子体侵蚀、接合可靠性等的各种问题，许多静电吸盘的部件将开始发生故障。
基板支撑组件可以包括具有最佳功率设定的加热元件。然而，基板支撑组件中的加热元件可以在最佳功率设定外操作，这可能促成在处理期间的温度变化。
发明内容
在一个实施方式中，一种多区垫圈包括顶表面，所述顶表面具有表面区域。所述垫圈包括多个区，所述多个区一起限定所述顶表面的所述表面区域。所述多个区包括第一区，所述第一区包括第一垫圈层堆叠，所述第一区具有在第一方向上的第一平均热导率。所述多个区另外包括第二区，所述第二区包括一个或多个垫圈层，所述第二区具有在所述第一方向上的第二平均热导率。
在一个实施方式中，一种基板支撑组件包括陶瓷板、冷却板和在所述陶瓷板与所述冷却板之间的多区垫圈。所述陶瓷板包括多个加热区，其中所述多个加热区中的每个包括一个或多个加热元件。所述垫圈的顶表面接触所述陶瓷板，并且所述垫圈的底表面接触所述冷却板。所述垫圈包括多个区，所述多个区与所述多个加热区大约对准。所述垫圈中的所述多个区包括第一区和第二区，所述第一区包括第一垫圈层堆叠，所述第二区包括一个或多个垫圈层。所述第一区具有在第一方向上的第一平均热导率，并且所述第二区具有在所述第一方向上的第二平均热导率。
在一个实施方式中，一种基板支撑组件包括：静电圆盘；冷却板，所述冷却板耦接到所述静电圆盘；和垫圈，所述垫圈被压缩在所述静电圆盘与所述冷却板之间。所述静电圆盘包括：电绝缘的上部圆盘板，所述电绝缘的上部圆盘板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板；下部圆盘板，所述下部圆盘板通过第一金属接合来接合到所述上部圆盘板；和电绝缘的背板，所述电绝缘的背板通过第二金属接合来接合到所述下部圆盘板。所述垫圈包括多个区，其中所述多个区中的第一区包括第一垫圈层堆叠并具有在第一方向上的第一平均热导率，并且其中所述多个区中的第二区包括一个或多个垫圈层并具有在所述第一方向上的第二平均热导率。
附图简述
在附图中的各图中，本公开内容的实施方式以示例而非限制方式示出，其中相同的附图标记表示类似的元件。应注意，本公开内容中不同地提及“一(a)”或“一个(one)”实施方式不一定是相同的实施方式，并且这样提及就意味着至少一个实施方式。
图1描绘了处理腔室的一个实施方式的截面侧视图；
图2描绘了基板支撑组件的一个实施方式的分解图；
图3描绘了静电圆盘组件的一个实施方式的截面顶视图；
图4A描绘了基板支撑组件的一个实施方式的截面侧视图；
图4B描绘了静电圆盘组件的一个实施方式的透视图；
图5A描绘了根据一个实施方式的静电圆盘组件的截面侧视图；
图5B描绘了对应于图5A的静电圆盘组件的静电圆盘组件的一个实施方式的透视图；
图6A描绘了根据一个实施方式的静电圆盘组件的截面侧视图；
图6B描绘了对应于图5A的静电圆盘组件的静电圆盘组件的一个实施方式的透视图；
图7示出了用于制造基板支撑组件的工艺的一个实施方式；
图8示出了用于制造基板支撑组件的另一种工艺的一个实施方式；
图9A示出了多层多区垫圈的一个实施方式的透视图；
图9B示出了图9A的多层多区垫圈的横截面侧视图；和
图10示出了多层多区垫圈的另一个实施方式的透视图。
具体实施方式
本公开内容的实施方式提供了一种基板支撑组件和静电圆盘组件，其能够在高达约250℃的温度下操作而不会对基板支撑组件造成损坏。实施方式还提供了一种多区垫圈，其包括多种不同的热导率分布。多区垫圈可以是多层且多区的垫圈。多层多区垫圈中的每个区可以具有可针对此特定区调整的不同的热导率分布。多层多区垫圈可与本文所述的基板支撑组件一起使用和/或可以用于其它应用。
在一个实施方式中，静电圆盘组件包括通过金属接合来接合到下部圆盘板的电绝缘的上部圆盘板。静电圆盘组件进一步包括通过另一个金属接合来接合到下部圆盘板的背板。金属接合可以各自为铝接合、AlSi合金接合或其它金属接合。上部圆盘板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板。上部圆盘板可以分成多个不同的加热区，每个加热区可以独立地加热到不同的目标温度。下部圆盘板可以包括分布在下部定位盘板的底侧上的多个特征，所述多个特征距下部定位盘板的中心的距离不同，其中所述多个特征中的每个特征容纳紧固件。背板可以包括孔，所述孔提供通向下部圆盘板中的特征的通路。
静电圆盘组件是基板支撑组件中的部件，其进一步包括耦接到静电圆盘组件的冷却板(例如，通过紧固件)。紧固件可以各自施加大约相等的紧固力以将冷却板耦接到静电圆盘组件。此近似相等的紧固力有利于冷却板与静电圆盘组件之间的均匀传热。
基板支撑组件可以包括压缩在静电圆盘组件与冷却板之间的多层多区垫圈。垫圈可以包括与静电圆盘组件的上部圆盘板中的加热区的数量相同的区。垫圈中的区中的每个区可以与静电圆盘组件中的一个加热区对准。垫圈的不同的区可以包括不同的垫圈层堆叠。每个垫圈层堆叠可以包括一种类型或多种不同类型的垫圈层，这些垫圈层一起限定垫圈的所述区的热导率。
取决于在由基板支撑组件支撑的基板上使用的一种工艺或多种工艺，温度分布可以在不同的加热区之间变化。例如，来自工艺的等离子体可能导致不同的加热区加热到不同的温度。本文所述的实施方式使得能够增加用于工艺的等离子体功率而不会导致加热元件关闭。因此，可以在工艺中使用更高功率的等离子体，同时仍然能够使用加热元件，这甚至在所述基板暴露于更高的等离子体功率时提供对被处理的基板的热控制。
在一个示例中，加热区可以具有120℃的目标温度，并且等离子体可以使加热区达到120℃而不打开加热区中的任何加热元件。如果不使用加热元件，那么将限制为不控制在所述加热区中的温度。例如，如果等离子体使加热区的温度高于120℃，那么不能降低所述加热区中的加热元件的功率来使温度回到目标温度。然而，如果使用具有高热导率的区的垫圈将加热区连接到冷却板，那么冷却板可能导致加热区的温度下降(例如，降至50-90℃)。然后，可以在处理期间打开加热元件以使加热区的温度达到目标120℃。由于使用加热元件来获得此温度，因此在加热区的温度波动以保持目标温度时，加热元件的功率可以在处理期间增大和/或减小。
在实施方式中，考虑到将在插入垫圈的腔室中使用的一个或多个工艺，多层多区垫圈中的区中的每个区具有针对此区调整的热导率。这可以使得静电圆盘组件的每个加热区中的加热元件保持加热器功率为最大加热器功率的约10％-90％。例如，如果最大加热器功率为1000瓦，那么最大加热器功率的10-90％将为100-900瓦。在进一步的实施方式中，垫圈可以使加热元件保持加热器功率为最大加热器功率的约20％-80％、最大加热器功率的约30％-70％、或最大加热器功率的约40％-60％。通过针对每个区使用具有独特调整的热导率的垫圈，即使在跨区的不同的温度分布和/或等离子体分布下，加热器功率也可以保持为每个区的最大加热器功率的目标百分比。
关于静电圆盘组件，上部圆盘板可以由诸如AlN或Al2O3之类的电介质构成。下部圆盘板可以由具有热膨胀系数的材料构成，所述热膨胀系数大约匹配上部圆盘板的材料(例如，Al2O3或AlN)的热膨胀系数。背板可以由与上部圆盘板相同的材料构成。在没有使用背板的情况下，上部圆盘板和下部圆盘板可能因上部圆盘板与下部圆盘板之间的接合产生的力而弯曲或卷曲。例如，上部圆盘板可以具有高达300微米的凸弯曲。弯曲可能导致静电圆盘组件开裂和/或可能损害静电圆盘组件牢固地保持(例如，吸紧)诸如晶片之类的基板的能力。另外，弯曲可能导致将上部圆盘板固定到下部圆盘板的金属接合的分层，并且可能降低产生真空密封的能力。
将背板接合到下部圆盘板的底部可以使大约相等的力施加到背板的顶部和底部。通过均衡背板的顶部和底部上的力，可以几乎消除包括上部圆盘板和下部圆盘板的静电圆盘组件中的弯曲。例如，静电圆盘组件中的弯曲可以从约0.3mm减小到小于0.1mm(例如，在一个实施方式中约0.05mm或50μm或更小)。静电圆盘组件的弯曲的减小可以改进静电圆盘组件固定基板的能力，可以减少或消除开裂，可以改进上部圆盘板与被支撑的基板之间的密封，并且可以改进静电圆盘组件的真空密封。在一个实施方式中，上部圆盘板上的力(内应力)为约-98+/-7兆帕(MPa)，背板上的力为约-136+/-5MPa，下部圆盘板的顶面上的力为约80MPa，并且下部圆盘板的底面上的力为约54MPa。正值表示压缩力，且负值表示拉伸力。
图1是半导体处理腔室100的一个实施方式的截面图，半导体处理腔室100具有多层静电圆盘组件150和设置在其中的多层多区垫圈199。处理腔室100包括封闭内部容积106的腔室主体102和盖104。腔室主体102可以由铝、不锈钢或其它合适的材料制成。腔室主体102通常包括侧壁108和底部110。外衬垫116可以设置为与侧壁108相邻以保护腔室主体102。外衬垫116可以用耐等离子体或含卤素的气体的材料制造和/或涂覆。在一个实施方式中，外衬垫116由氧化铝制成。在另一个实施方式中，外衬垫116由氧化钇、钇合金或其氧化物制成或涂有氧化钇、钇合金或其氧化物。
排气口126可以限定在腔室主体102中，并且可以将内部容积106耦接到泵系统128。泵系统128可以包括用于抽空和调节处理腔室100的内部容积106的压力的一个或多个泵和节流阀。
盖104可以被支撑在腔室主体102的侧壁108上。盖104可以被打开以允许进入处理腔室100的内部容积106，并且可以在关闭时为处理腔室100提供密封。气体面板158可以耦接到处理腔室100，以通过作为盖104的一部分的气体分配组件130向内部容积106提供工艺气体和/或清洁气体。可用于在处理腔室中处理基板的工艺气体的示例包括含卤素的气体，诸如C2F6、SF6、SiCl4、HBr、NF3、CF4、CHF3、CH2F3、Cl2和SiF4等，以及其它气体如O2或N2O。载气的示例包括N2、He、Ar和对工艺气体惰性的其它气体(例如，非反应性气体)。气体分配组件130可以在气体分配组件130的下游表面上具有多个孔径132，以将气流引导到基板144的表面。另外，气体分配组件130可以具有中心孔，气体在中心孔处馈送通过陶瓷气体喷嘴。气体分配组件130可以由诸如碳化硅、氧化钇等的陶瓷材料来制造和/或涂覆，以提供对含卤素的化学物质的耐性，以防止气体分配组件130腐蚀。
内衬垫118可以涂覆在基板支撑组件148的周边上。内衬垫118可以是含卤素的气体抗蚀剂材料，诸如参考外衬垫116所讨论的那些。在一个实施方式中，内衬垫118可以由外衬垫116的相同材料制造。
基板支撑组件148设置在处理腔室100的内部容积106中，位于气体分配组件130下方。基板支撑组件148包括静电圆盘组件150(也称为静电圆盘或多层堆叠)。静电圆盘组件150在处理期间保持基板144。实施方式中描述的静电圆盘组件150可以用于约翰逊-拉别克(Johnsen-Rahbek)和/或库仑(Coulombic)静电吸紧。静电圆盘组件150包括上部圆盘板192、下部圆盘板190和背板196。上部圆盘板192可以通过第一金属接合来接合到下部圆盘板190，并且下部圆盘板190可以通过第二金属接合来接合到背板196。上部圆盘板192可以是电介质或电绝缘的材料，其可以用于在200℃和以上的温度下的半导体工艺。在一个实施方式中，上部圆盘板192由可用于约20℃至约500℃的材料构成。在一个实施方式中，上部圆盘板192是AlN或Al2O3。
下部圆盘板190可以具有与上部圆盘板192和/或背板196的热膨胀系数匹配(或大约匹配)的热膨胀系数。在一个实施方式中，下部圆盘板190是渗透AlSi合金的SiC多孔主体(称为AlSiSiC)。AlSiSiC材料可以用于例如反应蚀刻环境中。在另一个实施方式中，下部圆盘板190是Si、SiC和Ti(SiSiCTi)的金属基复合材料。或者，下部圆盘板190可以是钼。AlN的热膨胀系数为约每度百万分之4.5-5(ppm/℃)。AlSiSiC可以具有约5ppm/℃的热膨胀系数。钼可以具有约5.5ppm/℃的热膨胀系数。因此，在一个实施方式中，上部圆盘板192和背板196是AlN，并且下部圆盘板190是钼或AlSiSiC。SiSiCTi的金属基复合材料可以具有约8ppm/℃的热膨胀系数。Al2O3可以具有约8ppm/℃的热膨胀系数。因此，在具有Al2O3上部圆盘板、SiSiCTi下部圆盘板和Al2O3背板的一个实施方式中，下部圆盘板190、上部圆盘板192和背板196的热膨胀系数都可以是约8ppm/℃。
在一个实施方式中，上部圆盘板192涂有保护层136，保护层136可以是耐等离子体陶瓷涂层。保护层136还可以涂覆上部圆盘板192的竖直壁、上部圆盘板192与下部圆盘板190之间的金属接合、背板196和/或在下部圆盘板192与背板196之间的金属接合。保护层136可以是块状陶瓷(例如，陶瓷晶片)、等离子体喷涂涂层、通过离子辅助沉积(IAD)沉积的涂层、或使用其它沉积技术沉积的涂层。保护层136可以是Y2O3(氧化钇或氧化钇)、Y4Al2O9(YAM)、Al2O3(氧化铝)、Y3Al5O12(YAG)、YAlO3(YAP)、石英、SiC(碳化硅)、Si3N4(氮化硅)、硅铝氧氮聚合材料(Sialon)、AlN(氮化铝)、AlON(氧氮化铝)、TiO2(二氧化钛)、ZrO2(氧化锆)、TiC(碳化钛)、ZrC(碳化锆)、TiN(氮化钛)、TiCN(碳氮化钛)、Y2O3稳定的ZrO2(YSZ)等。保护层也可以是陶瓷复合材料，诸如分布在Al2O3基质中的Y3Al5O12、Y2O3-ZrO2固溶体或SiC-Si3N4固溶体。保护层也可以是包括含有固溶体的氧化钇(也称为氧化钇和Y2O3)的陶瓷复合材料。例如，保护层可以是由化合物Y4Al2O9(YAM)和固溶体Y2-xZrxO3(Y2O3-ZrO2固溶体)组成的陶瓷复合材料。注意，纯氧化钇以及含有固溶体的氧化钇可以掺杂ZrO2、Al2O3、SiO2、B2O3、Er2O3、Nd2O3、Nb2O5、CeO2、Sm2O3、Yb2O3或其它氧化物中的一种或多种。还要注意，可以使用纯氮化铝以及具有ZrO2、Al2O3、SiO2、B2O3、Er2O3、Nd2O3、Nb2O5、CeO2、Sm2O3、Yb2O3或其它氧化物中的一种或多种的掺杂的氮化铝。或者，保护层可以是蓝宝石或MgAlON。
基板支撑组件148进一步包括冷却板164，冷却板164耦接到背板196。冷却板164是可以用作散热器的导热基部。在一个实施方式中，冷却板164通过多个紧固件耦接到静电圆盘组件150。
基板支撑组件148还包括位于静电圆盘组件150与冷却板164之间的多层多区垫圈199。静电圆盘组件150可以包括多个不同的加热区。垫圈199还可以包括多个区，其中垫圈199中的区中的每个区可以与静电圆盘组件150中的对应加热区对准(或大约对准)。垫圈199中的区中的每个区可以具有针对此区调整的热导率。这可以包括在由垫圈限定的x-y平面中的经调整的热导率和/或在与x-y平面正交的z方向上的经调整的热导率。
在一个实施方式中，基板支撑组件148另外包括安装板162和基座152。安装板162耦接到腔室主体102的底部110并包括用于将设施(例如，流体、功率线、传感器引线等)布设到冷却板164和/或静电圆盘组件150的通道。冷却板164和/或静电圆盘组件150可以包括一个或多个任选的嵌入式加热元件176、任选的嵌入式热隔离器174和/或任选的导管168、170以控制基板支撑组件148的横向温度分布。
导管168、170可以流体耦接到流体源172，流体源172使温度调节流体循环通过导管168、170。在一个实施方式中，嵌入式热隔离器174可以设置在导管168、170之间。嵌入式加热元件176由加热器电源178调节。导管168、170和嵌入式加热元件176可以用于控制静电圆盘组件150的温度，从而加热和/或冷却静电圆盘组件150和正在处理的基板144(例如，晶片)。
在一个实施方式中，静电圆盘组件150包括可保持不同温度的两个独立的加热区。在另一个实施方式中，静电圆盘组件150包括可保持不同温度的四个不同的加热区。也可以使用其它数量的加热区。可以使用一个或多个温度传感器138监测静电圆盘组件150和冷却板164的温度，一个或多个温度传感器138可以使用控制器195来监测。实施方式使得静电圆盘组件150能够保持高达约250℃的温度，同时冷却基部保持约60℃的温度。相应地，实施方式使得能够在静电圆盘组件150与冷却板164之间保持高达约190℃的温差。
静电圆盘组件150可以进一步包括多个气体通道，诸如槽、台面和其它表面特征，所述多个气体通道可以形成在上部圆盘板192的上表面中。气体通道可以流体耦接到传热(或背面)气体源，诸如在上部圆盘板192中钻出的He通孔。在操作中，可以以受控的压力将背面气体提供到气体通道中，以增强上部圆盘板192与基板144之间的传热。
在一个实施方式中，上部圆盘板192包括由吸紧电源182控制的至少一个夹持电极180。夹持电极180(也称为吸紧电极)还可以通过匹配电路188耦接到一个或多个RF电源184、186，以用于保持由处理腔室100内的工艺气体和/或其它气体形成的等离子体。一个或多个RF电源184、186通常能够产生频率为从约50kHz至约3GHz和功率高达约10000瓦的RF信号。在一个实施方式中，将RF信号施加到金属基部，将交流电(AC)施加到加热器，并将直流电(DC)施加到夹持电极180。
图2描绘了基板支撑组件148的一个实施方式的分解图，包括静电圆盘组件150、冷却板164、多层多区垫圈199和基座152。静电圆盘组件150包括上部圆盘板192以及下部圆盘板(未示出)和背板(未示出)。如图所示，在一些实施方式中，O形环240也可以沿着冷却板164的顶侧的周边设置在冷却板164上。在一个实施方式中，O形环240硫化(vulcanize)到冷却板164。或者，O形环240可以设置在冷却板164的顶侧而不硫化到冷却板164。
垫圈199可以包括多个区，所述多个区中的每个区可以由多种不同的材料的垫圈层组成。或者，一些区可以包括单个垫圈层。可用于形成垫圈层的材料的示例包括石墨填料、聚酰亚胺、含氟聚合物(例如，全氟聚合物(PFP))、金属(例如，金属箔，诸如铝箔、金箔、铜箔等)、橡胶、硅树脂等。可用于垫圈299中的一个或多个区中的垫圈层的PFP的示例是DupontTM的ECCtremeTM、Dupont的(例如，KALREZ 8900)和的DUPRATM。可用于垫圈299中的一个或多个区中的垫圈层的聚酰亚胺的示例是以及不同类型的石墨填料可以用于垫圈299的各种垫圈层。石墨填料可以在x-y平面中具有约100-1200瓦/米开尔文(W/m·K)的热导率(例如，约140-800W/m·K)并可以在z方向上具有(与x-y平面正交的)约5-150W/m·K的热导率。可以选择具有在x-y平面中和在z方向上的目标热导率的石墨填料。
在一个实施方式中，垫圈199包括由具有第一数量的垫圈层的第一垫圈层堆叠组成的第一区和由具有第二数量的垫圈层的第二垫圈层堆叠组成的第二区。垫圈199可以另外包括多于两个的区。例如，垫圈199可以包括第三区、第四区、第五区、第六区等。每个区可以具有经调整的垫圈层堆叠，所述经调整的垫圈层堆叠具有在特定方向(例如，z方向)上的不同的平均热导率。
在一个实施方式中，第一垫圈层堆叠中的一个或多个垫圈层可以由第一材料构成，第一材料不存在于第二垫圈层堆叠的任何垫圈层中。在一个实施方式中，垫圈199的厚度和每个垫圈层堆叠的厚度可以为约0.2mm-2.0mm。在一个实施方式中，每个垫圈层堆叠的顶层和/或底层由石墨填料构成。在一个实施方式中，第一垫圈层堆叠和第二垫圈层堆叠中的一个或多个中间垫圈层包括金属、聚酰亚胺、硅树脂、橡胶和/或含氟聚合物。在一个实施方式中，每个垫圈层的厚度与垫圈199的厚度相差约3密耳。
在一个实施方式中，O形环240是全氟聚合物(PFP)O形环。或者，可以使用其它类型的高温O形环，诸如聚酰亚胺O形环。在一个实施方式中，使用热绝缘的高温O形环。O形环240可以是阶梯状O形环，其具有第一厚度的第一阶梯和第二厚度的第二阶梯。这可以通过在PFP O形环240的设定量的压缩之后使得用于拧紧紧固件的力的量显著增加来促进紧固件的均匀拧紧。
另外的O形环(未示出)也可以围绕冷却板164的中心处的孔280附接到冷却板的顶侧，线缆行进穿过孔280。其它较小的O形环也可以围绕其它开口、围绕升降杆等地附接到冷却板164。O形环240和/或垫圈199在腔室内部容积与静电圆盘组件150内的内部容积之间提供真空密封。静电圆盘组件150内的内部容积包括基座152内的开放空间，以用于布设导管和布线。
在一个实施方式中，冷却板164另外包括许多特征242，紧固件插入穿过这些特征。如果使用垫圈，那么垫圈可以在所述特征242中的每一个特征处具有切口。紧固件可以延伸穿过所述特征242中的每一个特征并附接到被插入到形成在下部圆盘板中的附加特征中的紧固件的附加部分(或附加紧固件)。例如，螺栓可以延伸穿过冷却板164中的特征242并被拧入设置于下部圆盘板的特征中的螺母中。冷却板164中的每个特征242可以与下部圆盘板中的类似的特征(未示出)对齐。
上部圆盘板192具有盘状形状，所述盘状形状具有环形周边，所述环形周边可以基本上匹配定位于其上的基板的形状以及大小。上部圆盘板192的上表面可以具有外环216、多个台面210和在台面210之间的通道208、212。上部圆盘板192还可以具有诸如阶梯193之类的附加特征。在一个实施方式中，上部圆盘板192可以由电绝缘的陶瓷材料制成。陶瓷材料的合适示例包括氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)等。
附连在静电圆盘组件150下方的冷却板164可以具有盘状主要部分224以及从主要部分224向外延伸且定位在基座152上的环形凸缘。在一个实施方式中，冷却板164可以由诸如铝或不锈钢的金属或其它合适的材料制成。或者，冷却板164可以由诸如渗透铝硅合金的SiC或钼之类的复合陶瓷制成，以匹配静电圆盘组件150的热膨胀系数。冷却板164应提供良好的强度和耐久性以及传热性质。
图3描绘了用于静电圆盘组件中的下部圆盘板300的一个实施方式的顶视图。下部圆盘板300可以对应于下部圆盘板190或本文所述的任何其它下部圆盘板。如图所示，下部圆盘板300具有半径R3，所述半径R3可以基本上类似于由静电圆盘组件支撑的基板或晶片的半径。下部圆盘板300另外包括多个特征305。所述特征可以匹配冷却板(包括下部圆盘板300的静电圆盘组件安装到所述冷却板)中的类似的特征。每个特征305容纳紧固件。例如，可以将螺栓(例如，不锈钢螺栓、镀锌钢螺栓等)放置在每个特征中，使得螺栓的头部在足够大以容纳从下部圆盘板300的底侧延伸出的螺栓的头部和轴的开口内。螺栓可以拧紧到螺母上，所述螺母放置在冷却板中的对应特征中。或者，可以将特征305的大小设为容纳螺母，并且特征305可以包括孔，所述孔可以接收由冷却板中的对应特征容纳的螺栓的轴。在另一个示例中，螺旋插入件(例如，)或其它螺旋插入件(例如，压配合插入件、模内插入件、栓住螺母等)可以被插入到所述特征中的一个或多个特征中，以将螺纹孔添加到所述特征中的一个或多个特征。然后可以将放置在冷却板内并从冷却板突出的螺栓拧入螺纹插入件中以将冷却板固定到圆盘。或者，螺纹插入件可以用在冷却板中。
与紧固件的大小相比，特征305可以略微过大，以适应紧固件的较大的热膨胀系数。在一个实施方式中，将紧固件的大小设为使得当紧固件被加热到500摄氏度或600摄氏度时紧固件不会在特征上施加力。
如图所示，多组特征305可以被包括在下部圆盘板300中。每组特征305可以在距下部圆盘板的中心的特定半径或距离处均匀地间隔开。例如，如图所示，第一组特征305位于半径R1处，且第二组特征305位于半径R2处。附加组的特征也可以位于附加半径处。
在一个实施方式中，特征被布置成在包括下部圆盘板300的静电圆盘组件上产生均匀负载。在一个实施方式中，特征被布置成使得大约每30平方厘米-70平方厘米(例如，每50平方厘米)定位一个螺栓。在一个实施方式中，三组特征用于12英寸直径的静电圆盘组件。第一组特征可以位于距下部圆盘板300的中心约4英寸处并包括约4个特征。第二组特征可以位于距下部圆盘板300的中心约6英寸处并包括约6个特征。第三组特征可以位于距下部圆盘板300的中心约8英寸处并包括约8个特征。或者，可以使用两组特征。在一个实施方式中，下部圆盘板300包括以2-3个不同半径布置成组的约8-24个特征，其中每个特征容纳紧固件。
图4A描绘了基板支撑组件405的一个实施方式的截面侧视图。基板支撑组件405包括由可通过金属接合来接合在一起的上部圆盘板415、下部圆盘板420和背板425组成的静电圆盘组件410。在一个实施方式中，上部圆盘板415通过第一金属接合450来接合到下部圆盘板420，并且下部圆盘板420通过第二金属接合455来接合到背板425。在一个实施方式中，使用扩散接合作为金属接合的方法。然而，其它接合方法也可以用于产生金属接合。
上部圆盘板415由诸如AlN或Al2O3之类的电绝缘的(介电的)陶瓷构成。在一个实施方式中，背板425由与上部圆盘板415相同的材料构成。这可以通过上部圆盘板415和背板425在下部圆盘板420上产生大约匹配但相反的力。力可以最小化或消除上部圆盘板415的弯曲和开裂。
上部圆盘板415包括夹持电极427和一个或多个加热元件429。夹持电极427可以耦接到吸紧电源(未示出)并经由匹配电路(未示出)耦接到RF等离子体电源(未示出)和RF偏置电源。加热元件429电连接到加热器电源(未示出)以用于加热上部圆盘板415。
上部圆盘板415可以具有约3mm-10mm的厚度。在一个实施方式中，上部圆盘板415具有约3mm-5mm的厚度。夹持电极427可以位于距上部圆盘板415的上表面约0.3mm至1mm处，并且加热元件429可以位于夹持电极427下方约2mm处。加热元件429可以是丝网印刷的加热元件，其具有的厚度为约10微米-200微米。或者，加热元件429可以是使用上部圆盘板415的约1mm-3mm的厚度的电阻线圈。在这样的实施方式中，上部圆盘板415可以具有约5mm的最小厚度。
在一个实施方式中，背板425的厚度大约等于上部圆盘板415的厚度。例如，在一个实施方式中，上部圆盘板415和背板425可以各自具有约3mm-5mm的厚度。在一个实施方式中，背板425的厚度为约3mm-10mm。
在一个实施方式中，下部圆盘板420的厚度等于或大于上部圆盘板415和背板425的厚度。在一个实施方式中，下部圆盘板420的厚度为约8毫米-25毫米。在一个实施方式中，下部圆盘板420的厚度比上部圆盘板415的厚度要大大约30％-330％。
在一个实施方式中，可以适当地选择用于下部圆盘板420的材料，使得下部圆盘板420材料的热膨胀系数(CTE)基本上匹配电绝缘的上部圆盘板415材料的CTE，以便最小化CTE不匹配并避免在热循环期间可能损坏静电圆盘组件410的热机械应力。
在一个实施方式中，下部圆盘板420是钼。例如，如果静电圆盘组件410要在惰性环境中使用，那么钼可以用于下部圆盘板420。惰性环境的示例包括其中流动诸如Ar、O2、N等的惰性气体的环境。例如，如果静电圆盘组件410用于吸紧基板以进行金属沉积，那么可以使用钼。钼也可以用于下部圆盘板420，以在腐蚀性环境(例如，蚀刻应用)中应用。在这样的实施方式中，在下部圆盘板420接合到上部圆盘板415之后，下部圆盘板420的暴露表面可以涂覆耐等离子体涂层。等离子体涂层可以经由等离子体喷涂工艺执行。耐等离子体涂层可以覆盖例如下部圆盘板的侧壁和下部圆盘板420的被暴露的水平阶梯。在一个实施方式中，耐等离子体涂层是Al2O3。或者，耐等离子体涂层可以是参考保护层136在上文中描述的任何材料。
在一个实施方式中，导电金属基复合材料(MMC)材料用于下部圆盘板420。MMC材料包括金属基以及嵌入并分散在整个基中的增强材料。金属基可以包括单一金属或两种或更多种金属或金属合金。可使用的金属包括但不限于铝(Al)、镁(Mg)、钛(Ti)、钴(Co)、钴-镍合金(CoNi)、镍(Ni)、铬(Cr)或以上项的各种组合。可以选择增强材料以为MMC提供所期望的结构强度，并且还可以选择增强材料以为MMC提供其它性质(诸如热导率和CTE)的所期望的值。可使用的增强材料的示例包括硅(Si)、碳(C)或碳化硅(SiC)，但也可以使用其它材料。
用于下部圆盘板420的MMC材料优选地被选择为提供所期望的电导率并在静电圆盘组件410的操作温度范围内基本上匹配上部圆盘板415材料的CTE。在一个实施方式中，温度的范围可以是从约20摄氏度至约500摄氏度。在一个实施方式中，匹配CTE是基于选择MCC材料以使得MCC材料包括也用于上部圆盘板415材料中的至少一种材料。在一个实施方式中，上部圆盘板415包括AlN。在一个实施方式中，MMC材料包括渗透有AlSi合金的SiC多孔主体(在本文中称为AlSiSiC)。
可以选择MMC的组成材料和组成百分比以提供满足所期望的设计目标的工程材料。例如，通过适当地选择MCC材料以密切地匹配下部圆盘板420和上部圆盘板415的CTE，下部圆盘板420和上部圆盘板415之间的界面处的热机械应力减小。
通过匹配静电圆盘组件410的层之间的热膨胀系数，可以最小化通过将下部圆盘板420接合到上部圆盘板415和背板425而引起的应力。在一个实施方式中，下部圆盘板420由金属基复合材料构成，如上所述。或者，下部圆盘板420可以是SiSiCTi或钼。
在一个实施方式中，下部圆盘板420具有粗糙的外壁，所述粗糙的外壁涂有耐等离子体陶瓷涂层(未示出)。下面参考图5A-5B更详细地讨论耐等离子体陶瓷涂层。
在一个实施方式中，上部圆盘板415、下部圆盘板420和背板425包括包括铝的材料。例如，上部圆盘板415和背板425可以各自由Al2O3或AlN构成，并且下部圆盘板420可以由AlSiSiC构成。
金属接合450可以包括铝箔的“中间层”，所述铝箔的“中间层”放置在上部圆盘板415与下部圆盘板420之间的接合区域中。类似地，金属接合455可以包括铝箔的中间层，所述铝箔的中间层放置在下部圆盘板420与背板425之间的接合区域中。可以施加压力和热量以在铝箔与上部圆盘板415之间以及铝箔与下部圆盘板420之间形成扩散接合。类似地，可以施加压力和热量以在铝箔与下部圆盘板420之间以及铝箔与背板425之间形成扩散接合。在其它实施方式中，可以使用基于用于上部圆盘板415、下部圆盘板420和背板425的材料选择的其它中间层材料来形成扩散接合。在一个实施方式中，金属接合450、455具有约0.2mm-0.3mm的厚度。
在一个实施方式中，上部圆盘板415可以使用直接扩散接合直接地接合到下部圆盘板420，其中没有使用中间层来形成接合。类似地，下部圆盘板420可以使用直接扩散接合直接地接合到背板425。
上部圆盘板415的直径可以大于下部圆盘板420和背板425的直径。在一个实施方式中，上部圆盘板415和下部圆盘板420各自具有约300mm的直径，且背板425的直径为约250mm。在一个实施方式中，背板425的直径为上部圆盘板415的直径的大约75％-85％。底板495的边缘可以具有与上部圆盘板415的直径类似的直径。耐等离子体和高温的O形环445可以设置在上部圆盘板415与底板495之间。所述O形环445可以在基板支撑组件的内部与处理腔室之间提供真空密封。O形环445可以由全氟聚合物(PFP)、含氟聚合物、聚酰亚胺等组成。在一个实施方式中，O形环445是具有无机添加剂(诸如SiC)的PFP。O形环445可以是可替换的。当O形环445劣化时，它可以被移除，并且新O形环可以在上部圆盘板415之上展开并在上部圆盘板415的周边处放置在上部圆盘板415与底板495之间的界面处。O形环445可以保护金属接合450、455免受等离子体侵蚀。
背板425耦接到冷却板436并与冷却板436热连通，冷却板436具有与流体源(未示出)流体连通的一个或多个导管435(在本文中也称为冷却通道)。下部圆盘板420和/或背板425可以包括用于接收紧固件的许多特征(未示出)。在一个实施方式中，冷却板436和/或底板495通过多个紧固件(未示出)耦接至静电圆盘组件410。紧固件可以是螺纹紧固件，诸如螺母和螺栓对。下部圆盘板420可以包括用于容纳紧固件的多个特征(未示出)。冷却板436同样地可以包括用于容纳紧固件的多个特征(未示出)。另外，底板495可以包括用于容纳紧固件的多个特征(未示出)。在一个实施方式中，特征是具有沉孔的螺栓孔。这些特征可以是延伸穿过下部圆盘板420和背板425的特征。或者，这些特征可以不是穿通特征。在一个实施方式中，特征是容纳T形螺栓头或矩形螺母的狭槽，T形螺栓头或矩形螺母可以插入狭槽中并然后旋转90度。在一个实施方式中，紧固件包括垫片、石墨填料、铝箔或其它负载散布材料，以将来自紧固件的头部的力均匀地分布在特征之上。
冷却板436可以用作散热器以从静电圆盘组件410吸收热量。在一个实施方式中(如图所示)，多层多区垫圈465设置在冷却板436上。垫圈465可以具有多个不同的区，所述多个不同的区中的每个区可以具有在至少一个方向上的不同的平均热导率。垫圈465可以硫化或以其它方式设置在冷却板436上。在一个实施方式中，垫圈465中的每个区具有在约0.2W/(m·K)至约150W/(m·K)之间的热导率。垫圈465中的一个或多个区可以具有不同数量的垫圈层、在所述垫圈层中的一个或多个垫圈层中的不同的材料、在z方向(即，表示垫圈465的厚度的方向)上的不同的平均热导率、和/或一个或多个垫圈层的在x-y平面中的不同的热导率。在实施方式中，垫圈465可对应于垫圈199。紧固件可以被拧紧以压缩垫圈465。可以用大约相同的力拧紧紧固件以均匀地压缩低热导率垫圈465。垫圈465的一个或多个区可以减少传热并用作热扼流圈和/或增加热导率并用作热导管。一些区可以用作热扼流圈，而其它区可以用作热导管。
在一个实施方式中，一个或多个O形环(未示出)可以设置在冷却板164的外周边和/或内周边处。除了垫圈465之外，还可以使用(一个或多个)O形环。可以全部用大约相同的力来拧紧紧固件以压缩(一个或多个)O形环和/或垫圈并使静电圆盘组件410的背板425与冷却板436之间的距离大约均匀。所述距离可以在背板425与冷却板436之间的整个界面上大约相同(均匀)。这确保了冷却板436与背板425之间的传热性质在垫圈465的特定区内是均匀的。
在实施方式中，静电圆盘组件410可以保持在比冷却板436高得多的温度下。例如，在一些实施方式中，静电圆盘组件410可以被加热到200摄氏度-300摄氏度的温度，同时冷却板436可以保持低于约120摄氏度的温度。在一个实施方式中，静电圆盘组件410可以被加热到高达约250℃的温度，同时将冷却板436保持在约60℃或更低的温度。因此，在实施方式中，可以在静电圆盘组件410与冷却板436之间保持高达190℃。静电圆盘组件410和冷却板436在热循环期间独立地自由膨胀或收缩。
在一些区中，垫圈465可以具有低热导率(例如，低于约2W/m·K)并通过限制从被加热的静电圆盘组件410到被冷却的冷却板436的导热路径而充当热扼流圈。为了有效地加热基板，可能期望限制垫圈465的一些区的传导离开上部圆盘板415的热量的量。在其它区中，垫圈465可以具有中等热导率(例如，约2W/m·K-20W/m·K)。在另一些区中，垫圈465可以具有高热导率(例如，在20W/m·K-150W/m·K中的任一个值)。
在一个实施方式中，冷却板436通过一个或多个弹簧470耦接到底板495。在一个实施方式中，弹簧470是螺旋弹簧。弹簧470施加力以将冷却板436压靠在静电圆盘组件410上。冷却板436的表面可以具有预定的粗糙度和/或表面特征(例如，台面)，所述预定的粗糙度和/或表面特征影响静电圆盘组件410与冷却板436之间的传热性质。另外，冷却板436的材料可能影响传热性质。例如，铝冷却板436将比不锈钢冷却板436更好地传热。
在一些实施方式中，可能期望在处理期间穿过静电圆盘组件410提供RF信号并将RF信号提供到被支撑的基板。在一个实施方式中，为了促进穿过静电圆盘组件410传输这种RF信号，RF垫圈490设置在底板495上。RF垫圈490可以将底板495电连接到下部圆盘板420，因此提供通过背板425的导电路径。由于RF垫圈490的位置，背板425的直径可以小于下部圆盘板420的直径和上部圆盘板415的直径。
在一个实施方式中，热间隔件485邻近RF垫圈490设置。热间隔件485可以用于确保基板295将不会与下部圆盘板420接触。在一个实施方式中，O形环480邻近热间隔件485设置。O形环480可以是PFP O形环、聚酰亚胺O形环或其它类型的O形环。O形环480可以用于促进真空密封。在一个实施方式中，安装板440设置在底板495下方并与底板495耦接。
图4B描绘了图4A中所示的静电圆盘组件410的底部的一个实施方式的透视图。如图所示，上部圆盘板415的第一直径大于下部圆盘板420的第二直径。背板425的第三直径小于下部圆盘板420的第二直径。如先前参考图4A所述，背板425可以具有比下部圆盘板420小的直径，以为RF垫圈提供空间。另外，下部圆盘板420可以包括多个内部特征(未示出)和多个外部特征498，以用于接收如参考图2至图4A所述的紧固件。背板425的大小可以设为使得背板425不阻挡外部特征498。背板425可以包括孔496，孔496提供通向下部圆盘板420中的内部特征的通路。如图所示，背板425可以包括中心孔492以提供通向设施的通路。另外，背板425包括围绕下部圆盘板420中的升降杆孔499的三个孔494。
图5A描绘了根据一个实施方式的静电圆盘组件510的截面侧视图。图5B描绘了静电圆盘组件510的透视图。值得注意的是，静电圆盘组件510被颠倒地示出以更好地示出静电圆盘组件510的特定部件。静电圆盘组件510基本上类似于静电圆盘组件410。例如，静电圆盘组件510包括通过金属接合555来接合到下部圆盘板520的上部圆盘板515。静电圆盘组件510进一步包括通过另一个金属接合565来接合到背板525的下部圆盘板520。背板525包括中心孔592以提供通向设施的通路，并且还包括在下部圆盘板520中的升降杆孔599周围的三个孔594。背板525可以另外包括孔596，孔596提供通向下部圆盘板520中的内部特征的通路。
在静电圆盘组件510中，背板525具有的直径基本上类似于下部圆盘板520的直径。这进一步均衡了由上部圆盘板515和背板525施加到下部圆盘板520的力。然而，在这样的实施方式中，没有空间来设置将下部圆盘板电连接到底板的RF垫圈。为了提供RF信号的替代路径，背板525的外侧壁和金属接合565可涂有导电涂层530。在一个实施方式中，导电涂层530是金属涂层，诸如铝涂层。可以使用溅射技术、冷喷涂技术或其它金属沉积技术来施加导电涂层530。在一个实施方式中，导电涂层530被耐等离子体陶瓷涂层535覆盖。耐等离子体陶瓷涂层535可以是Y2O3(氧化钇或氧化钇)、Y4Al2O9(YAM)、Al2O3(氧化铝)、Y3Al5O12(YAG)、YAlO3(YAP)、石英、SiC(碳化硅)、Si3N4(氮化硅)、硅铝氧氮聚合材料(Sialon)、AlN(氮化铝)、AlON(氧氮化铝)、TiO2(二氧化钛)、ZrO2(氧化锆)、TiC(碳化钛)、ZrC(碳化锆)、TiN(氮化钛)、TiCN(碳氮化钛)、Y2O3稳定的ZrO2(YSZ)等。耐等离子体陶瓷涂层535也可以是陶瓷复合材料，诸如分布在Al2O3基中的Y3Al5O12、Y2O3-ZrO2固溶体或SiC-Si3N4固溶体。在实施方式中，导电涂层530和/或耐等离子体陶瓷涂层535还可以涂覆下部圆盘板520、金属接合555和/或上部圆盘板515的外壁。在一个实施方式中，导电涂层530和耐等离子体陶瓷涂层535各自具有约5微米-25微米的厚度。
由于背板525的直径基本上类似于下部圆盘板520的直径，因此背板525覆盖下部圆盘板520中的被配置为接收紧固件的特征(未示出)。因此，背板525可以另外包括孔598，孔598提供通向下部圆盘板520中的特征的通路。
在一个实施方式中，可以通过掺杂背板525来提供RF信号的电路径，以增加背板525的电导率。在一个实施方式中，使用Sm和/或Ce掺杂背板525。在一个实施方式中，背板525的电阻率小于约1×109欧姆·厘米(10E9欧姆·厘米)。在一个实施方式中，背板的电阻率为约10E6欧姆·厘米至10E7欧姆·厘米。在这样的实施方式中，背板525的外壁可以不由导电涂层530涂覆。然而，背板的外壁仍然可以涂有耐等离子体陶瓷涂层535。
图6A描绘了根据一个实施方式的静电圆盘组件610的截面侧视图。图6B描绘了静电圆盘组件610的透视图。值得注意的是，静电圆盘组件610被颠倒地示出以更好地示出静电圆盘组件610的特定部件。静电圆盘组件610基本上类似于静电圆盘组件410。例如。静电圆盘组件610包括通过金属接合655来接合到下部圆盘板620的上部圆盘板615。静电圆盘组件610进一步包括通过另一个金属接合667来接合到背板670的下部圆盘板620。背板670包括中心孔692以提供通向设施的通路，并且进一步包括在下部圆盘板620中的升降杆孔699周围的三个孔694。背板670可以另外包括孔696，孔696提供通向下部圆盘板620中的内部特征的通路。
在静电圆盘组件610中，背板670的直径小于下部圆盘板620的直径。在一个实施方式中，背板670的直径大约等于背板425的直径。静电圆盘组件610另外包括背环660，背环660通过金属接合665金属接合到下部圆盘板620。衬环660的外径基本上类似于下部圆盘板620的直径。这进一步均衡了由上部圆盘板615以及背板670与背环660的组合施加到下部圆盘板620的力。
背板670与背环660之间的空间可以为RF垫圈提供空间，所述RF垫圈将下部圆盘板620电连接到底板。另外，可以暴露下部圆盘板620中的被配置为接收紧固件的特征698。在一个实施方式中，背环660、金属接合665、下部圆盘板620、金属接合655和/或上部圆盘板615的外壁由耐等离子体陶瓷涂层涂覆，如上面参考图5A至图5B所述。
图7示出了用于制造基板支撑组件的工艺700的一个实施方式。在工艺700的框704处，形成上部圆盘板。上部圆盘板可以是陶瓷盘，其包括夹持电极以及一个或多个加热元件。
在框706处，形成下部圆盘板。在一个实施方式中，在下部圆盘板中形成特征以用于接收紧固件。也可在下部圆盘板中形成气孔(例如，He孔)以用于使气体流动。
在一个实施方式中，在框707处，将金属保护涂层施加到下部圆盘板。例如，如果下部圆盘板是钼，那么可以将金属保护涂层施加到下部圆盘板。可以施加金属保护涂层以确保下部圆盘板的材料不暴露于等离子体或处理气体。金属保护涂层可具有约2微米-10微米的厚度。
在一个实施方式中，金属保护涂层是铝或铝合金，诸如Al 6061。在一个实施方式中，通过电镀将金属保护涂层施加到下部圆盘板。电镀可以使金属保护涂层形成在下部圆盘板的所有表面(包括外壁、顶部和底部、以及在下部圆盘板中钻出的孔和特征的内壁)之上。在另一个实施方式中，金属保护涂层可以通过金属沉积技术(诸如冷喷涂或溅射)施加。
在一个实施方式中，替代将金属保护涂层施加到下部圆盘板或除了将金属保护涂层施加到下部圆盘板之外，将金属保护插塞插入在下部圆盘板中钻出的孔中。例如，可以在下部圆盘板中钻出多个沉孔，并可以将铝(或铝合金)插塞插入这些孔中。插塞可以保护气体输送区域(例如，孔的内部)免于暴露于气体。然后可以将或可以不将金属保护涂层施加在下部圆盘板之上。
在一个实施方式中，对下部圆盘板的外壁进行珠粒喷爆，以使外壁粗糙化至约100微英寸-200微英寸的粗糙度(Ra)。然后可以用耐等离子体陶瓷涂层以等离子喷涂外壁。在实施方式中，可以在金属保护涂层之上形成耐等离子体陶瓷涂层。在一个实施方式中，耐等离子体陶瓷涂层具有约2微米-10微米的厚度。在另一个实施方式中，耐等离子体陶瓷涂层具有约3微米的厚度。
在框708处，形成背板。可以在背板中形成一个或多个孔(例如，通过钻孔来形成)，以提供通向下部圆盘板中的特征和/或气孔的通路。在插塞插入下部圆盘板的孔中的一个实施方式中，气槽形成在背板的上侧(背板将接触下部圆盘板的地方)。这些气槽可以提供使气体流过插塞并然后通过上部圆盘板中的孔的通路。在一个实施方式中，上部圆盘板中的孔包括多孔插塞。也可以在背板上钻出孔，以提供使气体流入气槽的路径。
在框710处，使用第一金属接合将下部圆盘板金属接合到上部圆盘板。在框715处，使用第二金属接合将背板金属接合到下部圆盘板。包括上部圆盘板、下部圆盘板和背板的多层堆叠可以形成静电圆盘组件。
在一个实施方式中，通过在上部圆盘板和下部圆盘板之间放置Al或AlSi合金的金属箔来形成第一金属接合。在一个实施方式中，通过在下部圆盘板与背板之间放置Al或AlSi合金的附加金属箔来形成第二金属接合。在一个实施方式中，金属箔可以为大约50微米厚。可以施加压力和热量以在金属箔、上部圆盘板和下部圆盘板之间形成第一扩散接合，并在附加金属箔、下部圆盘板和背板之间形成第二扩散接合。在一个实施方式中，形成堆叠，所述堆叠包括上部圆盘板、金属箔、下部圆盘板、附加金属箔和背板。然后可以热压此堆叠以在单个接合工艺中形成第一金属接合和第二金属接合。
在一个实施方式中，在框720处，将导电涂层施加到背板的外壁。导电涂层也可以施加在金属接合之上和/或下部圆盘板之上。导电涂层可以是通过冷喷涂、溅射或其它金属沉积技术施加的金属涂层。在一个实施方式中，在框725处，在导电涂层之上施加耐等离子体陶瓷涂层。耐等离子体陶瓷涂层可以通过等离子体喷涂、IAD或其它陶瓷沉积技术施加。
在框730处，将热垫圈施加到冷却板。热垫圈可以是如本文中的实施方式中所述的多层多区垫圈。在框735处，将冷却板固定到静电圆盘组件。在一个实施方式中，将紧固件插入下部圆盘板和/或冷却板中的特征中。在一个实施方式中，在将下部圆盘板接合到上部圆盘板之前，将紧固件插入下部圆盘板中。在这样的实施方式中，紧固件可以永久地嵌入圆盘中。然后，静电圆盘组件可以通过拧紧紧固件(例如，通过将从下部圆盘板中的特征突出的螺栓拧入位于冷却板中的特征中的螺母中)来耦接到冷却板。
图8示出了用于制造基板支撑组件的另一个工艺800的一个实施方式。在工艺800的框804处，将测试基板支撑组件与常规垫圈相组装。例如，可以执行工艺700的操作。然而，在框730处，可以使用标准热垫圈而不是本文中的实施方式中描述的多层多区热垫圈中的一个。
在框806处，将测试基板支撑组件插入处理腔室中。在框806处，然后可以使用目标工艺或一组目标工艺来执行一个或多个测试运行。特定工艺可以对于基板支撑组件的每个区具有相同的目标温度，或可以对于不同的区具有不同的目标温度。在测试运行期间，在框808处，测量和记录基板支撑组件的每个加热区中的加热元件的功率水平。这可以提供基板支撑组件的温度分布。在一个示例中，温度分布可以示出一些加热区的加热元件以最大功率的5％-10％操作，其它加热区的加热元件以最大功率的50％-60％操作，并且另一些加热区的加热元件以最大功率的93％-97％操作。不同的工艺可以使用或不使用等离子体。另外，对于使用等离子体的那些工艺，等离子体的功率分布可在基板支撑组件的加热区之间有所变化。这可能导致等离子体比其它区更多地加热一些区，这会影响温度分布。
用于测试基板支撑组件的热垫圈的热导率可以是已知的。每个加热区的加热元件可以具有最大额定功率。目标是使所有加热元件以大于最大功率的约10％操作和以小于最大功率的90％操作。在一个实施方式中，目标是使所有加热元件以大于最大功率的约15％操作和以小于最大功率的85％操作。在一个实施方式中，目标是使所有加热元件以大于最大功率的约20％操作和以小于最大功率的80％操作。
温度分布可以用于确定将实现上述目标的多层多区垫圈的每个区的目标平均热导率。垫圈的区中的每个区可以与基板支撑组件的加热区大约对准。垫圈将包括加热区的板或组件(例如，静电圆盘组件)与冷却板分开。通过增加区的热导率，冷却板与在此区处的板或组件之间的热通量增加。类似地，通过降低区的热导率，冷却板与在此区处的板或组件之间的热通量减少。因此，在上述示例中，与常规垫圈的热导率相比，可以增加垫圈的对应于经历5％-10％最大功率使用的加热区的区的热导率。这可使加热区被更快地冷却，这将使加热区以更高的功率(例如，最大功率的50％-60％)工作。另外，在上述示例中，与常规垫圈的热导率相比，可以减小垫圈的对应于经历93％-97％最大功率使用的加热区的区的热导率。这可使加热区被更慢地冷却，这将使加热区以更低的功率(例如，最大功率的50％-60％)工作。
在框815处，可以确定在板或组件(例如，静电圆盘组件)的任何加热区内是否存在任何热点。类似地，可以确定在冷却板的对应于特定加热区的任何区域中是否存在任何冷点。可以通过构造针对特定区的垫圈的多层堆叠来解决热点，所述特定区包括具有在x-y平面中(例如，在由垫圈的表面区域限定的平面中)的高热导率的顶垫圈层。可以通过构造针对特定区的垫圈的多层堆叠来解决冷点，所述特定区包括具有在x-y平面中(例如，在由垫圈的表面区域限定的平面中)的高热导率的底垫圈层。例如，某些类型的石墨填料可以具有在x-y平面中的约400W/m·K-1200W/m·K的热导率。因此，在一个区中的垫圈层堆叠中的一个或多个垫圈层可以具有在x-y平面中的热导率，所述热导率不同于x-y平面中的另一个区中的另一个垫圈层堆叠中的对应垫圈层的热导率。
在框820处，确定垫圈的每个区的垫圈层堆叠(或单个垫圈层)。每个区可以具有独特的垫圈层堆叠(或单个垫圈层)，或可以具有与另一个区中的垫圈层堆叠匹配的垫圈层堆叠。每个确定的垫圈层堆叠或单个垫圈层大约具有垫圈的特定区的目标热导率。区的垫圈层堆叠或单个垫圈层可以通过对垫圈层堆叠进行建模来确定，其中模型至少考虑垫圈层堆叠的每个层的以下方面：选择的材料的厚度、材料和热导率。垫圈层堆叠的模型还可以考虑垫圈层之间的间隙电阻。
可以确定垫圈的目标厚度，并且每个区的垫圈层堆叠可以大约具有目标厚度。将具有高热导率(例如，超过50W/m·K)的垫圈层堆叠可以包括一个或多个石墨层，而没有其它垫圈层。将具有高热导率的垫圈层堆叠可替代地具有一个或多个金属箔层(例如，铝箔)和多个石墨填料层。例如，垫圈层堆叠可以包括石墨填料的底层、铝箔的中间层、以及石墨填料的顶层。将具有低热导率的垫圈层堆叠可以包括石墨填料的底层、聚酰亚胺或含氟聚合物的中间层、以及石墨填料的顶层。
在一个实施方式中，每个区的垫圈层堆叠具有石墨填料的顶层和石墨填料的底层。石墨填料可以用作顶层和底层，因为石墨填料是非常柔软的材料，并且在用陶瓷板(例如静电圆盘组件的陶瓷板)和冷却板压缩时将压缩到陶瓷板和冷却板中的微裂缝中。石墨填料也可以用作垫圈层堆叠中的任何其它层之间的中间层。例如，垫圈层堆叠从底部到顶部可以包括石墨填料、第二材料、石墨填料、第二材料或第三材料、石墨填料等。在一个实施方式中，一个或多个区包括由石墨填料构成的单个垫圈层。
在框825处，形成多层多区垫圈。每个区具有垫圈层堆叠(或在某些情况下为单个垫圈层)，垫圈层堆叠已经针对此区进行配置。然后将不同的区装配在一起以形成多层多区垫圈。在一个实施方式中，将不同的区接合在一起。或者，可以将不同的区压配合在一起。对准销可以用于对准和堆叠垫圈的每个区的垫圈层。在一个实施方式中，垫圈的区之间可以存在间隙(例如，1mm的间隙)。或者，垫圈的不同的区可以进行触碰。在框830处，可以使用在框730处所产生的多层多区垫圈如工艺700中阐述的那样形成基板支撑组件。在一个实施方式中，将垫圈的每个区的不同的垫圈层堆叠在冷却板上位于适当位置处以与对应的加热区对齐。各种区的垫圈层可以被形成为使得它们彼此进行触碰或使得各区之间存在间隙。
陶瓷板的多个加热区中的每一个加热区中的加热元件(例如，静电圆盘组件)具有额定功率。针对垫圈的每个区调整的平均热导率致使对应的加热区中的每一个加热区的一个或多个加热元件在保持在额定功率的20％-80％内的同时将被支撑的基板保持在目标温度。
图9A示出了多层多区垫圈900的一个实施方式的透视图。图9B示出了图9A的多层多区垫圈900的横截面侧视图。如图所示，垫圈900包括四个区。在所示的示例中，四个区是大约同心的区。然而，在替代实施方式中，区可以不是同心的(例如，如图10所示)。或者，区中的一些可以是同心的，而其它区不是同心的。所示的四个区包括第一区905、第二区910、第三区915和第四区920。第一区905、第二区910和第三区915是环形的，而第四区920是盘形的。
第一区905包括5个垫圈层。第二区910也包括5个垫圈层，但是具有与第一区905的垫圈层不同的材料和/或厚度。第三区包括9个垫圈层，并且第四区包括5个垫圈层。在实施方式中，每个区可具有任何数量的垫圈层。每个区可以具有在z方向上的不同的平均热导率。所述区中的任一个区中的一个或多个垫圈层也可以具有在x-y平面中的特定的热导率。在一个实施方式中，每个区具有在z方向上的在0.2W/m·K与150W/m·K之间的热导率。单独的石墨填料层具有在x-y平面中的在从140W/m·K至1200W/m·K中的任一个值处的热导率。在实施方式中，垫圈900可以具有约0.2mm-2mm的厚度。垫圈层堆叠中的每个单独的垫圈层可以具有约3密耳至约垫圈900的厚度的厚度。在一些实施方式中，石墨填料层可以具有约3密耳-40密耳的厚度。
图10示出了多层多区垫圈1000的另一个实施方式的透视图。垫圈1000包括四个饼形区1005、1010、1015和1020。
前述的描述阐述了许多具体细节，诸如特定系统、部件、方法等的示例，以便提供对本公开内容的若干实施方式的良好理解。然而，将对本领域的技术人员明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开内容的至少一些实施方式。在其它情况下，没有详细地描述熟知的部件或方法或以简单的框图格式呈现熟知的部件或方法，以便避免不必要地模糊本公开内容。因此，所阐述的具体细节仅是示例性的。特定实施方式可以与这些示例性细节不同，并仍然预期在本公开内容的范围内。
贯穿本说明书对“一个实施方式”或“实施方式”的引用表示结合此实施方式来描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施方式中。因此，贯穿本说明书在各种地方出现的短语“在一个实施方式中”或“在实施方式中”不一定都指代相同的实施方式。此外，术语“或”旨在表示包括性的“或”而不是排他性的“或”。当在本文中使用术语“约”或“大约”时，这意味着所呈现的标称值的精确度在±10％内。
尽管以特定的顺序示出和描述了本文中的方法的操作，但是可以更改每种方法的操作的顺序，使得可以以相反的顺序执行某些操作，或使得可以至少部分地与其它操作同时地执行某些操作。在另一个实施方式中，不同操作的指令或子操作可以是以间歇和/或交替的方式进行。
应理解，以上描述旨在是说明性的而非限制性的。在阅读和理解以上描述后，许多其它实施方式将对本领域的技术人员是明显的。因此，本公开内容的范围应参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等效物的全部范围来确定。

Claims (20)

1.一种垫圈，包括：
顶表面，所述顶表面具有表面区域；和
多个区，所述多个区一起限定所述顶表面的所述表面区域，所述多个区包括：
第一区，所述第一区包括第一垫圈层堆叠，所述第一区具有在第一方向上的第一平均热导率；和
第二区，所述第二区包括一个或多个垫圈层，所述第二区具有在所述第一方向上的第二平均热导率。
2.如权利要求1所述的垫圈，其特征在于，所述第一垫圈层堆叠包括第一数量的垫圈层，并且所述第二区中的所述一个或多个垫圈层包括与所述第一数量的垫圈层不同的第二数量的垫圈层。
3.如权利要求1所述的垫圈，其特征在于，所述第一垫圈层堆叠中的至少一个垫圈层包括第一材料，所述第一材料不存在于所述第二区中的所述一个或多个垫圈层中。
4.如权利要求1所述的垫圈，其特征在于，所述多个区进一步包括以下项中的至少一项：
第三区，所述第三区具有在所述第一方向上的第三平均热导率；或
第四区，所述第四区具有在所述第一方向上的第四平均热导率。
5.如权利要求1所述的垫圈，其特征在于，所述垫圈具有约0.2mm-2.0mm的厚度，并且其中所述第一垫圈层堆叠大约具有0.2mm-2.0mm的厚度。
6.如权利要求1所述的垫圈，其特征在于，所述第一方向与所述表面区域正交。
7.如权利要求1所述的垫圈，其特征在于，所述第一区与所述第二区大约同心。
8.如权利要求1所述的垫圈，其特征在于，所述第一垫圈层堆叠的顶垫圈层或底垫圈层中的至少一个包括石墨填料。
9.如权利要求8所述的垫圈，其特征在于，所述第一垫圈层堆叠的一个或多个中间垫圈层包括金属、聚酰亚胺、硅树脂、橡胶或含氟聚合物中的至少一种。
10.如权利要求1所述的垫圈，其特征在于，所述第二区中的所述一个或多个垫圈层包括第二垫圈层堆叠，其中所述第一垫圈层堆叠中的一个或多个垫圈层具有在第二方向上的第三热导率，所述第三热导率不同于所述第二垫圈层堆叠中的对应垫圈层的在所述第二方向上的第四热导率，并且其中所述第二方向与所述第一方向正交。
11.如权利要求1所述的垫圈，其特征在于，所述第二区包括单个垫圈层，所述单个垫圈层包括石墨填料。
12.一种基板支撑组件，包括：
圆盘，所述圆盘包括多个加热区，其中所述多个加热区中的每个加热区包括一个或多个加热元件；
垫圈，其中所述垫圈的顶表面接触所述圆盘，所述垫圈包括多个区，所述多个区与所述多个加热区大约对准，所述多个区包括：
第一区，所述第一区包括第一垫圈层堆叠，所述第一区具有在第一方向上的第一平均热导率；和
第二区，所述第二区包括一个或多个垫圈层，所述第二区具有在所述第一方向上的第二平均热导率；和
冷却板，其中所述垫圈的底表面接触所述冷却板。
13.如权利要求12所述的基板支撑组件，其特征在于，所述垫圈在所述圆盘与所述冷却板之间被压缩，其中所述第一方向与所述顶表面正交，并且其中所述垫圈具有大约0.2mm-2.0mm的厚度。
14.如权利要求12所述的基板支撑组件，其特征在于，所述多个加热区中的每个加热区的所述一个或多个加热元件具有额定功率，其中所述第一平均热导率使所述多个加热区中的第一加热区的所述一个或多个加热元在保持在所述额定功率的20％-80％内的同时将被支撑的基板保持在目标温度，并且其中所述第二平均热导率使所述多个加热区中的第二加热区的所述一个或多个加热元件在保持在所述额定功率的20％-80％内的同时保持所述目标温度或替代的目标温度。
15.如权利要求12所述的基板支撑组件，其特征在于，所述第一垫圈层堆叠包括第一数量的垫圈层，并且所述第二区中的所述一个或多个垫圈层包括与所述第一数量的垫圈层不同的第二数量的垫圈层。
16.如权利要求12所述的基板支撑组件，其特征在于，所述第一垫圈层堆叠中的一个或多个垫圈层包括第一材料，所述第一材料不存在于所述第二区中的所述一个或多个垫圈层中。
17.如权利要求12所述的基板支撑组件，其特征在于，所述第一垫圈层堆叠的顶垫圈层或底垫圈层中的至少一个包括石墨填料并具有在与所述第一方向正交的第二方向上的大约100瓦特/米开尔文-1200瓦特/米开尔文的热导率。
18.如权利要求12所述的基板支撑组件，其特征在于，所述第一垫圈层堆叠中的一个或多个中间垫圈层包括金属、聚酰亚胺、硅树脂、橡胶或含氟聚合物中的至少一种。
19.如权利要求12所述的基板支撑组件，其特征在于，所述第二区中的所述一个或多个垫圈层包括第二垫圈层堆叠，其中所述第一垫圈层堆叠中的一个或多个垫圈层具有在第二方向上的第三热导率，所述第三热导率不同于所述第二垫圈层堆叠中的对应垫圈层的在所述第二方向上的第四热导率，其中所述第二方向与所述第一方向正交。
20.一种基板支撑组件，包括：
静电圆盘，所述静电圆盘包括：
电绝缘的上部圆盘板，所述电绝缘的上部圆盘板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板；
下部圆盘板，所述下部圆盘板通过第一金属接合来接合到所述上部圆盘板；和
电绝缘的背板，所述电绝缘的背板通过第二金属接合来接合到所述下部圆盘板；
冷却板，所述冷却板耦接到所述静电圆盘；和
垫圈，所述垫圈被压缩在所述静电圆盘与所述冷却板之间，所述垫圈包括多个区，其中所述多个区中的第一区包括第一垫圈层堆叠并具有在第一方向上的第一平均热导率，并且其中所述多个区中的第二区包括一个或多个垫圈层并具有在所述第一方向上的第二平均热导率。
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