CN114521288A - 用于半导体晶片固持器的热扩散器 - Google Patents

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Abstract

通过将扩散器层沉积到静电盘上并移除扩散器层的区域以形成由间隙分离的分立的扩散器段来形成静电卡盘。分立的扩散器段可以限定连续的同心环、不连续的同心环、或连续的同心环和不连续的同心环的组合。通过在扩散器层中形成至少一个沟槽来将分立的扩散器段彼此分离。沟槽可以部分延伸穿过扩散器层、完全延伸穿过扩散器层到达静电盘、或者具有部分延伸穿过扩散器层的第一部分和完全延伸穿过扩散器层的第二部分。而且，沟槽可以具有恒定宽度或具有可变宽度。

Description

用于半导体晶片固持器的热扩散器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年8月27日提交的美国申请号16/552,790“用于半导体晶片固持器的热扩散器”的优先权，其内容通过引用整体结合于此。
技术领域
本发明涉及静电卡盘，并且更总体而言，涉及具有多个加热区的陶瓷卡盘。
背景技术
本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息并且不可能构成现有技术。
诸如静电卡盘(本文也称为“E-卡盘”)的晶片支撑组件可以用于半导体加工中以在其上支撑并固持晶片。例如，E-卡盘可以包括在晶片上施加静电夹持力的静电盘(本文也称为“E-盘”)。E-卡盘通常暴露于等离子体处理室中的高热量下，该等离子体处理室执行各种晶片加工/处理步骤，诸如化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)、蚀刻、溅射和离子注入等。E-卡盘可以由集成在E-卡盘中的加热器加热并且冷却设备通常设置在E-卡盘下方，以在晶片加工期间或在晶片加工完成之后调节或降低E-卡盘的温度。在晶片的整个加工过程中，E-卡盘经受宽且快速的温度变化，同时晶片的温度必须被控制到极其严格的公差，诸如在蚀刻过程期间小于约0.5℃(例如，处理温度高达约120℃)、在沉积过程期间小于约5℃(例如，处理温度在约400至700℃的范围内)。
在半导体加工期间控制晶片的温度的这些问题以及与半导体加工相关的其他问题通过本公开得以解决。
发明内容
本节提供了本公开的总体性概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。
在本公开的一种形式中，通过以下方式形成E-卡盘：将扩散器层沉积到E-盘上；去除扩散器层的区域以形成由间隙分离的分立的扩散器段；将E-盘结合到加热器使得扩散器层设置在静电盘和加热器之间；以及将加热器结合到冷板。在一种变型中，分立的扩散器段限定连续的同心环，而在另一变型上，分立的扩散器段限定不连续的同心环。在又一变型中，分立的扩散器段限定了连续同心环和不连续同心环的组合。在本公开的至少一种形式中，分立的扩散器段通过在扩散器层中形成至少一个沟槽而分离。在一种变型中，至少一个沟槽部分延伸穿过扩散器层，而在另一变型中，至少一个沟槽完全延伸穿过扩散器层到达E-盘。在又一变型中，至少一个沟槽限定了具有部分延伸穿过扩散器层的第一部分和完全延伸穿过扩散器层的第二部分的可变深度。而且，在一种变型中，至少一个沟槽限定恒定宽度，而在另一变型中，至少一个沟槽限定可变宽度。
在本公开的至少一种形式中，至少一个沟槽通过诸如酸蚀刻、激光切割和机械加工等过程形成。
在至少一种形式中，静电盘是陶瓷材料。
在本公开的一种形式中，加热器包括至少两个加热区，并且扩散器环与至少两个加热区轴向对齐，使得该至少两个加热区彼此热脱离。
在本公开的另一形式中，加热器包括外加热区和内加热区，并且扩散器环与外加热区和内加热区轴向对齐，以将外加热区与内加热区热脱离，使得在加热静电盘上的目标期间，在外加热区和内加热区之间保持期望的热梯度。
扩散器层由高热导率材料形成，例如由诸如铝、钼、钨、镍、锌、硅及其合金的材料形成。例如，在一个变型中，扩散器层由铝形成，并且具有小于0.040英寸(1.02mm)的厚度。
在本公开的一种形式中，扩散器层通过将铝直接冷喷涂到静电盘上而形成。而且，加热层是箔加热器、分层加热器或镶嵌(damascene)加热器。例如，在一种形式中，加热器是聚酰亚胺加热器，并且E-盘通过弹性体结合到聚酰亚胺加热器。
在本公开的一种形式中，E-卡盘包括基板，并且聚酰亚胺加热器通过弹性体结合到基板。
在本公开的另一种形式中，通过包括以下步骤的工艺来形成E-卡盘：将扩散器层沉积到E-盘上；在扩散器层中切割至少一个沟槽并且形成同心布置在E-盘上的至少两个扩散器环；并且限定在径向方向上具有间距的预定间隔。E-盘结合到具有至少两个加热区的聚酰亚胺加热器，并且至少两个扩散器环设置在E-盘和聚酰亚胺加热器之间。聚酰亚胺加热器结合到冷却板，并且至少两个扩散器环与至少两个加热区轴向对齐，以在加热静电盘上的目标期间热脱离至少两个加热区。
在至少一个变型中，至少两个加热区包括外加热区和内加热区，并且在加热静电陶瓷盘上的目标的过程期间，在外加热区和内加热区之间保持期望的热梯度。
在一个变型中，E-盘通过第一弹性体层结合到聚酰亚胺加热器，并且聚酰亚胺加热器通过第二弹性体层结合到基板。而且，通过将铝直接冷喷涂到静电盘上，将扩散器层沉积到静电盘上，并且扩散器层具有小于0.040英寸(1.02mm)的厚度。
在本公开的另一种形式中，一种向目标零件提供热量的方法包括将目标零件附接到卡盘，其中E-盘结合到具有至少两个加热区的加热器。至少两个扩散器环由结合到E-盘的扩散器层形成，并且至少两个扩散器环设置在E-盘和加热器之间。此外，至少两个扩散器环同心地布置在E-盘上，并且限定在径向方向上具有间距的预定间隔。加热器被通电，使得热量从至少两个加热区传递到目标零件，并且至少两个扩散器环使至少两个加热区热脱离，使得在加热目标零件期间在至少两个加热区之间保持期望的热梯度。
在一个变型中，加热器是聚酰亚胺加热器，并且至少两个扩散器环通过第一弹性体层结合到聚酰亚胺加热器，并且聚酰亚胺加热器通过第二弹性体层结合到基板。
在另一变型中，聚酰亚胺加热器包括加热层、介电层和布线层，并且第一弹性体层设置在至少两个扩散器环和介电层之间，并且第二弹性体层设置在布线层和基板之间。
根据本文提供的描述，另外的应用领域将变得显而易见。应该理解的是，该描述和具体示例仅仅是旨在用于说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。
附图说明
为了很好地理解本公开，现在在将参考附图的情况下描述以示例的方式给出的本公开的各种形式，在附图中：
图1A是根据本发明的一种形式构造的E-盘的截面图；
图1B是根据本发明的另一形式构造的E-盘的截面图；
图2描述了根据本公开的教导的制造E-盘的方法的一系列步骤，其中：图2A是E-盘的截面图；图2B是其上形成有扩散器层的图2A中的E-盘的截面图；图2C是其中在扩散器层中形成沟槽的图2B中的E-盘的截面图；图2D是其中在扩散器层中形成分立的扩散器段的图2C中的E-盘的截面图；图2E是其中扩散器层被加工成减小的厚度的图2D中的E-盘的截面图；图2F是其中在扩散器层中形成有分立的扩散器段的图2E中的E-盘的俯视图；图2G是具有加热器和冷却板的图2F中的E-盘的组件的截面图；
图3描绘了具有形成分立的扩散器段的沟槽的一系列扩散器层，其中：图3A是延伸进入并穿过扩散器层的矩形沟槽的截面图；图3B是延伸到扩散器层中的矩形形状的沟槽的截面图；图3C是延伸到扩散器层中的半球形沟槽的截面图；以及图3D是延伸到扩散器层中的v形沟槽的截面图；
图4是根据本发明的一种形式的具有分立的扩散器段的扩散器层的平面图；
图5是根据本发明的另一形式的具有分立的扩散器段的扩散器层的平面图；
图6是根据本发明的又一形式的具有分立的扩散器段的扩散器层的平面图；以及
图7是示出根据本公开的教导的作为扩散器层厚度的函数的E-盘陶瓷表面温度和E-盘陶瓷表面温度范围的曲线图。
本文中描述的附图仅用于说明目的，并不旨在以任何方式限制本公开的范围。
具体实施方式
以下描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或用途。应当理解，在所有附图中，相对应的附图标记指示相似或相对应的部分和特征。提供示例是为了向本领域技术人员充分传达本公开的范围。阐述了许多具体细节，诸如具体部件、设备和方法的类型，以提供对本公开的变型的全面理解。对于本领域技术人员来说显而易见的是，不需要采用特定的细节，并且本文提供的示例可以包括替代性实施例，并且不旨在限制本公开的范围。在一些示例中，没有详细描述公知的过程、公知的设备结构和公知的技术。
参照图1A，示出了根据本发明的一种形式构造的E-卡盘2。E卡盘2包括E-盘10、扩散器层20、上结合层30、用于生成热量的加热器40、下结合层42和冷却板60。在这种形式中，加热器40是蚀刻箔加热器，其包括聚酰亚胺层35(或“层间电介质”)和聚酰亚胺层35上的蚀刻箔加热器电路44。然而，应该理解的是，可以采用其它加热器构造，这仍在本发明的范围内。进一步，如果在加热器电路44周围提供合适的电介质，并且该电介质可以直接固定到扩散器层20和冷却板60上，则上结合层30和下结合层42两者可以是可选的。
通常，E-卡盘2被用作半导体处理底座组件中的支撑构件的一部分。然而，应当理解的是，本公开的教导可以用于除了半导体加工装备之外的其他应用中，例如工业制造装备、炉灶和医疗设备等，这仍在本公开的范围内。
E-盘10包括基板12和嵌入基板12内的电极4。基板12限定了第一表面6和第二表面8，其中的后者用于加热其上的目标(即晶片)。在本公开的至少一种形式中，基底12由陶瓷材料形成，诸如氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)。然而，应该理解的是，可以使用其他陶瓷材料或者除了陶瓷之外的材料，这仍在本公开的范围内。
扩散器层20设置在E-盘10和加热器40之间。扩散器层20限定了第一表面22和第二表面24。第一表面22直接设置在E-盘10的第一表面6上，并且第二表面24设置在加热器40上。在一个变型中，扩散器层20的第二表面24直接设置在加热器40的层间电介质35上，使得加热器40直接固定到扩散器层20。在另一变型中，结合层30设置在扩散器层20和加热器40之间，以将加热器40固定到扩散器层20。
如进一步所示，扩散器层20包括至少一个沟槽或间隙26。沟槽26在扩散器层20内导致或形成分立的扩散器段28，这将在下面更详细地描述。一般而言，扩散器层20增强了E-盘10的第二表面8上的温度均匀性，而分立的扩散器段28允许在加热E-盘10上的目标期间在段之间保持期望的热梯度，其操作将在下面更详细地描述。
参考图1B，示出了根据本公开的另一形式构造的E-卡盘10，该E-卡盘通常包括布线层。E-卡盘10通常包括E-盘100、扩散器层120、介电层135、用于生成热量的加热器140、布线层146和冷却板160。
E-盘100包括基板102和嵌入基板102内的电极104。基底102限定了第一表面106和第二表面108，用于加热其上的目标。在本公开的至少一种形式中，基底102由陶瓷材料形成，诸如氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)。
扩散器层120设置在E-盘100和介电层135之间。扩散器层120限定了第一表面122和第二表面124。第一表面122直接设置在E-盘100上，并且第二表面124设置在介电层135上。
如进一步所示，扩散器层120包括至少一个沟槽或间隙126。沟槽126在扩散器层120内导致或形成分立的扩散器段128，这也在图3至图6中更详细地示出。如下文更详细讨论的那样，扩散器层120增强了E-盘100的第二表面108上的温度均匀性，而分立的扩散器段128允许在加热E-盘100上的目标期间在段之间保持期望的热梯度。
介电层135设置在扩散器层120和加热器140之间。在本公开的至少一个变型中，结合层130设置在扩散器层120和介电层135之间。应当理解的是，结合层130将带有扩散器层120的E-盘100与介电层135结合或附接。然而，应当理解的是，扩散器层120可以在没有结合层130的情况下直接设置在E-盘100上，这仍然在本公开的范围内。在这种形式中，作为示例，扩散器层120可以直接热喷涂到E-盘100上。
加热器140设置在介电层135和冷却板160之间。在本公开的至少一种形式中，加热器140包括加热层142、层间电介质145和布线层146，并且层间电介质145设置在加热层142和布线层146之间。加热层142包括加热层基底143，在本公开的一种形式中，该加热层基底是薄的弹性体层(大约0.001英寸至0.002英寸)并用于将至少一个加热元件144附着到介电层135。布线层146包括布线层基底147，该布线层基底是在将布线层146结合到冷却板160的同时提供介电强度的双功能材料。如所示出的那样，布线层146包括至少一个布线元件148。至少一个通孔互连件149设置在加热层142和布线层146之间，使得至少一个加热元件144与至少一个布线元件148电连接，从而实现多个加热区，如下面更详细示出和描述的那样。虽然图1B示出了具有上(+z方向)加热层142和下(-z方向)布线层146的加热器140，但是应该理解的是，只要扩散器层120直接设置在E-盘100上，加热层142和布线层146可以处于任何顺序。例如，加热层142可以被定位在层间电介质145的下方(-z方向)，并且布线层146可以被定位在层间电介质145上方(+z方向)。还应该理解的是，除了所示和所描述的那些之外，还可以提供其他功能层(作为示例传感器层)。
在一种形式中，冷却板160包括冷却通道162，冷却流体流过该冷却通道，使得在一个或多个晶片的半导体加工期间，来自加热器140以及与E-卡盘10相关联的其它部件或目标的热量可以从E-盘100消散掉。
虽然图1B仅示出了一个结合层，即结合层130，但是应该理解的是，可以包括一个以上的结合层，并且将其设置在E-盘10的各个层之间。例如，结合层(未示出)可以设置在加热器140和冷却板160之间。
现在参考图2A至图2G，提供了一种根据本发明的教导制造E-卡盘10的方法。该方法包括提供具有嵌入在基底102内的至少一个电极104的E-盘100，如图2A所示；以及在第一表面106上形成扩散器层120，如图2B所示。扩散器层120包括第一表面122、第二表面124以及第一表面122和第二表面124之间的厚度(z方向，未标记)。在本公开的至少一个变型中，扩散器层120的第一表面122直接设置在E-盘100的第一表面106上，而在其他变型中，扩散器层120的第一表面122不直接设置在E-盘100的第一表面106上。例如，一个或多个附加层(未示出)设置在扩散器层120的第一表面122和E-盘100的第一表面106之间。应当理解的是，扩散器层120可以使用任何已知的或有待开发的(多个)材料层沉积技术来沉积。材料层沉积技术的非限制性示例包括阴极电弧放电、冷喷涂、化学气相沉积(CVD)技术、物理气相沉积(PVD)技术、溶胶-凝胶技术、溅射和真空等离子喷涂等。在本公开的一种形式中，使用冷喷涂装置“S”将铝沉积到E-盘100的第一表面106上。
扩散器层120由具有高导热性的材料形成。如本文所用，短语“高热导率”是指热导率大于10W/m·K，例如大于50W/m·K或大于100W/m·K。用于形成扩散器层120的材料的非限制性示例包括铝、铜、银、金、镍及其合金等。用于形成扩散器层120的材料的其它非限制性示例包括类金刚石(DLC)和AlN等。而且，扩散器层120具有在大约0.005英寸(0.13mm)和大约0.100英寸(2.54mm)之间的厚度。例如，在一个变型中，扩散器层120具有在大约0.010英寸(0.25mm)和大约0.020英寸(0.51mm)之间的厚度。在另一变型中，扩散器层120具有在大约0.020英寸(0.51mm)和大约0.030英寸(0.76mm)之间的厚度。在再一变型中，扩散器层120具有在大约0.030英寸(0.76mm)和大约0.040英寸(1.02mm)之间的厚度。
扩散器层120可以沿其厚度(z方向)具有整体式组分，或者替代性地，穿过其厚度(z方向)的梯度式组分(或者变化的热膨胀系数(coefficient of thermal expansion，CTE))，使得减少扩散器层120的第一表面122和E-盘100的第一表面106之间的热膨胀失配。在一个变型中，扩散器层120具有邻近基底102的第一表面106的第一厚度(未标记)和与第一厚度相比远离第一表面106(距其更远)的第二厚度(未标记)。第一厚度具有第一组分，并且第二厚度具有不同于第一组分的第二组分。而且，第一组分具有第一热膨胀系数(CTE)，以及第二组分具有不同于第一CTE的第二CTE。一个非限制性示例包括由氧化铝形成的基底102和扩散器层120，该扩散器层具有从第一表面106朝向第二表面108延伸的具有第一组分的第一厚度(未标出)和从第一厚度朝向第二表面108延伸的具有第二组分的第二厚度(未标出)。第一厚度为约10至15μm，并且第一组分具有约为氧化铝的CTE 1.1倍的CTE。第二厚度为约25至50μm，并且第二组分具有约为氧化铝的CTE 1.2倍的CTE。应当理解的是，扩散器层120中可以包括具有不同组成(和不同CTE)的附加厚度，使得扩散器层具有CTE值的梯度。还应该理解的是，整个扩散器层120可以从第一表面122到第二表面124具有连续变化的组分，使得扩散器层120从第一表面122到第二表面124具有梯度CTE。
现在参考图2C，在扩散器层120中形成至少一个沟槽126(本文中也称为“间隙”)。沟槽126从扩散器层120的第二表面124朝向E-盘100的第一表面106延伸。在本公开的一些变型中，一个或多个沟槽126完全延伸穿过扩散器层120，即从扩散器层120的第二表面126延伸到E-盘100的第一表面106，而在其他变型中，一个或多个沟槽126仅部分延伸穿过扩散器层120。在其他变型中，一个或多个沟槽126具有沟槽126完全延伸穿过扩散器层120的至少一个部分(未示出)，以及沟槽126仅部分延伸穿过扩散器层120的至少一个其他部分。在本公开的一种形式中，例如通过激光机械加工，利用激光“L”形成至少一个沟槽。
应当理解的是，至少一个沟槽126以及本文公开的其他沟槽可以使用任何已知的或有待开发的材料去除技术来形成。材料去除技术的非限制性示例包括研磨、激光切割、蚀刻、机械加工、光刻和喷砂或喷丸处理等。还应当理解的是，虽然图2B和图2C描绘了通过沉积扩散器层120并且然后去除材料以形成沟槽126来形成具有至少一个沟槽126的扩散器层，但是也可以使用其他技术或方法来形成扩散器层120和沟槽126。例如，在一个变型中，第一表面106被掩蔽(未示出)以覆盖沟槽126的位置和方位，扩散器层120被沉积到第一表面106上，并且然后移除掩模以露出扩散器层120中的沟槽126。在替代性方案中，或除此之外，具有沟槽126的扩散器层120利用增材制造技术(例如，3D印刷)形成，而没有如本文所述的任何掩蔽或后续移除过程。
现在参考图2D和图2E，该方法包括形成多个沟槽126，使得分立的扩散器段128通过沟槽126形成和分离，以及机械加工扩散器层120(图2E)，使得提供大致平坦的第二表面124，该第二表面大致平行于E-盘100的第二表面108。也就是说，第二表面126被机械加工成使得平坦的扩散器层120设置在加热器140将被固定的界面处。用于机械加工扩散器层的机械加工技术或过程的非限制性示例包括精研、抛光和化学机械抛光(CMP)等。虽然图2E描绘了在形成至少一个沟槽126之后对扩散器层120的机械加工，但是应当理解的是，扩散器层120可以在形成至少一个沟槽126之前或者在与形成沟槽相同的过程期间被机械加工。
图2F示出了完整的扩散器层120，其具有通过沟槽126a与第二分立的扩散器段128b分离的中央或第一分立的扩散器段128a、通过沟槽126b与第二分立的扩散器段128b分离的第三分立的扩散器段128c、以及通过沟槽126c与第三分立的扩散器段128c分离的第四分立的扩散器段128d。
现在参考图2G，该方法包括组装具有扩散器层120、介电层135、加热器140和冷却板160的E-盘100，以提供图1B中示出的E-盘10。特别地，具有扩散器层120的E-盘100结合到介电层135，介电层结合到加热器140，并且加热器140结合到冷却板160。在本公开的至少一个变型中，结合层130设置在扩散器层120和加热器140之间。而且，可以在E-卡盘10的各个层之间设置附加结合层。应当理解的是，该至少一个沟槽126可以填充有空气、弹性体材料、介电材料和/或结合材料，使得在相邻的离散的扩散器段128之间存在低热导率间隙。
电介质层135将加热器140与扩散器层120电隔离。用于形成介电层135的材料的非限制性示例包括弹性体、聚酰亚胺、热喷涂电介质(例如，Al2O3、氧化钇)、厚膜电介质、液体聚酰亚胺和其它介电聚合物等。加热器140可以是任何已知的或有待开发的加热器，以向E-卡盘提供热量并用于与E-卡盘一起使用。加热器140的非限制性示例包括聚酰亚胺箔加热器、分层加热器或镶嵌加热器等。在本公开的至少一种形式中，加热器140包括设置在弹性体加热层基底143和弹性体布线层基底147之间的层间电介质145。
现在参考图3A至图3D，示出了形成在扩散器层120中的沟槽126的非限制性示例。例如，图3A示出了从扩散器层120的第二表面124延伸到E-盘100的第一表面106的矩形沟槽126，也就是说，图3A中的矩形沟槽126完全延伸穿过扩散器层120，使得分立的扩散器段128L和128R被沟槽分离。在替代性方案中，图3B示出了从扩散器层120的第二表面124朝向但不完全延伸到E-盘100的第一表面106的矩形沟槽126，也就是说，图3A中的矩形沟槽126仅部分延伸穿过扩散器层120，使得分立的扩散器段128L和128R被沟槽分离。图3C示出了延伸到扩散器层120中的半球形沟槽126，并且图3D示出了延伸到扩散器层120中的v形沟槽126，使得分立的扩散器段128L和128R被沟槽分离。应当理解的是，沟槽126可以具有完全或部分延伸穿过扩散器层120使得分立的扩散器段被沟槽分离的其他形状。
虽然图2E示出了具有径向设置的分立的扩散器段128a至128d的扩散器层120，但是应该理解的是，扩散器层120可以包括方位角设置的分立的扩散器段。例如并且参照图4，扩散器层120包括通过沟槽126a与第一径向分立的扩散器段128b分离的中央分立的扩散器段128a、以及通过沟槽126b与第一径向分立的扩散器段128b分离并且通过沟槽127a在方位角上彼此分离的多个第二径向分立的扩散器段128c。如图4所示，在一个变型中，多个第二径向分立的扩散器段128c包括四(4)个第二径向分立的扩散器段128c，然而，应当理解的是，第二径向分立的扩散器段128c的数量可以少于四或多于四。而且，多个第三径向分立的扩散器段128d通过沟槽126c与第二径向分立的扩散器段128c分离，并且通过沟槽127b在方位角上彼此分离。如图4所示，在一个变型中，多个第三径向分立的扩散器段128d包括四(4)个第三径向分立的扩散器段128d，然而，应当理解的是，第三径向分立的扩散器段128d的数量可以少于四或多于四。此外，还应该理解的是，扩散器层120可以包括任意数量的径向分立的扩散器段和任意数量的方位分立的扩散器段。例如，图5中示出的扩散器层120包括由沟槽126分离的中央分立的扩散器段128和九(9)个径向分立的扩散器段128，以及由沟槽127分离的、给定径向分立的扩散器段内的多达二十四(24)个方位角分立的扩散器段128。此外，相邻的径向分立的扩散器段可以如图4所示对齐，或者如图5所示彼此偏移。
虽然图2E、图4和图5示出了具有规则形状的分立的扩散器段128的扩散器层120，这些扩散器段包括大致恒定的径向宽度和/或方位角长度，但是应当理解的是，在本公开的一些变型中，扩散器层120包括不规则形状的分立的扩散器段。例如，图6示出了具有多个沟槽或多个沟槽126’分离的多个不规则形状的分立的扩散器段128’的扩散器层120。
现在参考图7，示出了作为扩散器层厚度(图1中的+z方向)的函数的基底的外表面(例如，第二表面108)的温度和外表面的温度范围的有限元分析(Finite ElementAnalysis，FEA)结果。特别地，对于没有扩散器层、0.010英寸厚的扩散器层、0.020英寸厚的扩散器层和0.030英寸厚的扩散器层，执行被加热到约79℃的平均温度的氧化铝基底的FEA。根据FEA，确定了最大温度、最小温度和温度的范围(即最大温度-最小温度)，并将其绘制在图7中。如图7所示，0.030英寸厚的扩散器层将外表面的温度的范围从约7.6℃降低到约4.8℃，即降低几乎40％。
因此，每个分立的扩散器段增强了E-盘外表面的特定区或区域的温度均匀性，而沟槽提供了分立的扩散器段彼此之间的至少部分热脱离，使得在加热E-盘上的目标期间，在段之间保持期望的热梯度(例如，从分立的扩散器段128的中心到边缘的20℃)。术语“至少部分热脱离”(及其变体)应被解释为意指扩散器段28/128之间的沟槽/间隙26/126的热导率小于或独立于相邻扩散器段128的热导率。例如，沟槽/间隙26/126可以具有扩散器段28/128的大约50％或更少的热导率，同时保持在本公开的范围内。
进一步，虽然扩散器段28/128在本文中被示出为呈现弓形几何形状，但是应当理解的是，可以采用任何形状或形状的组合(无论给定的扩散器层20/120方面是相同的还是不同的)，以便在E-盘10/100上提供期望的热梯度，这仍在本公开的范围内。
根据附图和上面的讨论应该理解的是，提供了一种具有扩散器层的E-卡盘，该扩散器层增强了E-盘的表面上的温度均匀性，从而增强了E-盘上的目标的温度均匀性。而且，扩散器层包括分立的扩散器段，这些扩散器段例如通过分立的扩散器段之间的沟槽或间隙彼此热脱离，使得在加热E-盘上的目标的过程期间保持段之间的期望热梯度。增强的E-盘表面温度均匀性和E-盘表面的区域或部分之间或上的热梯度控制的组合在半导体晶片加工期间提供了增强的过程控制。
当元件或层被称为“在另一元件或层上”、“接合到另一元件或层”或“设置在另一元件或层上”时，它可以直接在另一元件或层上、接合在、连接在或设置在另一元件或层上，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在另一元件或层上”、“直接接合到另一元件或层”、“直接连接到另一元件或层”或“直接设置在另一元件或层上”时，可能不存在中间元件或层。用于描述元件之间关系的其他词语应该以类似的方式解释(例如，“之间”与“直接在之间”，“相邻”对“直接相邻”等)。如本文所用，术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一个或多个中的任何一个和其所有组合。
尽管术语第一、第二、第三等可以用于描述各种元件、部件、区域、层和/或区段，但是这些元件、部件、区域、层和/或区段不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层和/或区段与另一元件、部件、区域、层和/或区段进行区分。诸如“第一”、“第二”和其它数字术语在本文中使用时并不意味着顺序或次序，除非上下文明确指出。因此，在不脱离示例形式的教导的情况下，第一元件、部件、区域、层或区段可以被称为第二元件、部件、区域、层或区段。另外，元件、部件、区域、层或区段可以被称为“第二”元件、部件、区域、层或区段，而不需要被称为“第一”元件、部件、区域、层或区段的元件、部件、区域、层或区段。
为了便于描述，本文中可以使用空间上相对的术语(诸如“内”、“外”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等)来描述一个元件或特征与图中示出的另一元件或特征的关系。除了图中描绘的取向之外，空间相对术语可以旨在涵盖使用或操作中的设备的不同取向。例如，如果图中的设备被翻转，那么被描述为其它元件或特征“下方”或“下面”的元件将被定向在其它元件或特征“上方”。因此，示例术语“下方”可以涵括上方或下方的取向。设备可以以其他方式定向(旋转90度或以其他取向)，并且本文中使用的空间相对描述符被相应地解释。
如本文所用，短语“A、B和C中的至少一个”应被解释为使用非排他性逻辑“或”来表示逻辑(A或B或C)，而不应被解释为“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。
除非另有明确说明，否则在描述本公开的范围时，指示机械/热性能、组成百分比、尺寸和/或公差或其他特性的全部数值应理解为由单词“大约”或“近似”修饰。出于各种原因(包括工业实践、制造技术和测试能力)，这种修饰是期望的。
本文使用的术语仅用于描述特定示例的目的，并不旨在是限制性的。单数形式“一”、“一个”和“该”也可以旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。术语“包括”和“具有”是包含性的，并且因此指定了所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。本文描述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或示出的特定顺序执行，除非被具体标识为执行顺序。还应当理解的，可以采用附加或替代性步骤。
本公开的描述本质上仅仅是示例性的，并且因此，不脱离本公开的实质的示例旨在本公开的范围内。这种示例不应被视为脱离本公开的精神和范围。本公开的广泛教导可以以多种形式实施。因此，尽管本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应该如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求后，其他修改将变得显而易见。

Claims (15)

1.一种静电卡盘，所述静电卡盘通过包括以下步骤的过程形成：
将扩散器层沉积到静电盘上；
移除所述扩散器层的区域以形成由间隙分离的分立的扩散器段；
将所述静电盘结合到加热器，其中，所述扩散器层设置在所述静电盘和所述加热器之间；以及
将所述加热器结合到冷板上。
2.根据权利要求1所述的静电卡盘，其中，所述分立的扩散器段限定了连续同心环、不连续同心环以及连续同心环和不连续同心环的组合中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的静电卡盘，其中，所述分立的扩散器段通过在所述扩散器层中形成至少一个沟槽而分离。
4.根据权利要求3所述的静电卡盘，其中，所述至少一个沟槽部分延伸穿过所述扩散器层、完全延伸穿过所述扩散器层到达所述静电盘，或者部分延伸穿过并完全延伸穿过所述扩散器层到达所述静电盘，以限定可变深度。
5.根据权利要求3所述的静电卡盘，其中，所述至少一个沟槽限定可变宽度。
6.根据权利要求3所述的静电卡盘，其中，所述至少一个沟槽通过选自酸蚀刻、激光切割和机械加工的过程来形成。
7.根据权利要求1所述的静电卡盘，其中，所述静电盘是陶瓷材料。
8.根据权利要求1所述的静电卡盘，其中，所述加热器包括至少两个加热区并且所述扩散器段与所述至少两个加热区轴向对齐，使得所述至少两个加热区彼此热脱离。
9.根据权利要求1所述的静电卡盘，其中，所述加热器包括外加热区和内加热区，并且所述扩散器段与所述外加热区和所述内加热区轴向对齐，以将所述外加热区与所述内加热区热脱离，使得在加热所述静电盘上的目标期间，在所述外加热区与所述内加热区之间保持期望的热梯度。
10.根据权利要求1所述的静电卡盘，其中，所述扩散器层由选自铝、钼、钨、镍、锌、硅及其合金的材料形成。
11.根据权利要求1所述的静电卡盘，其中，所述扩散器层是通过将铝直接冷喷涂到所述静电盘上形成的且具有小于0.040英寸(1.02mm)的厚度的铝扩散器层中的至少一种。
12.根据权利要求1所述的静电卡盘，其中，所述加热器选自箔加热器、分层加热器和镶嵌加热器。
13.根据权利要求1所述的静电卡盘，其中，所述加热器是聚酰亚胺加热器。
14.根据权利要求13所述的静电卡盘，其中，所述静电盘通过弹性体结合到所述聚酰亚胺加热器。
15.根据权利要求13所述的静电卡盘，还包括基板，其中，所述聚酰亚胺加热器通过弹性体结合到所述基板。
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