CN115280485A - 包括用于衬底处理系统的间柱阵列的接合层的衬底支撑件 - Google Patents

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CN115280485A
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Abstract

一种衬底支撑件包括：底板；顶板，其设置在所述底板上方，并且被配置成在衬底的处理期间支撑所述衬底；和将所述顶板接合到所述底板的接合层。所述接合层包括：将所述顶板与所述底板分开的多个间柱，以及接合材料，其布置在横向围绕所述间柱的区域中并且位于所述顶板和所述底板之间。

Description

包括用于衬底处理系统的间柱阵列的接合层的衬底支撑件
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年3月13日申请的美国临时申请No.62/989,176的权益。上述引用的申请的全部公开内容都通过引用合并于此。
技术领域
本公开涉及衬底支撑件的陶瓷层和底板层之间的接合层。
背景技术
这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。
衬底处理系统可用于处理诸如半导体晶片之类的衬底。可以在衬底上执行的示例性处理包括但不限于化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、导体蚀刻、快速热处理(RTP)、离子注入、物理气相沉积(PVD)和/或其他蚀刻、沉积或清洁工艺。衬底可以布置在衬底处理系统的处理室中的衬底支撑件上，衬底支撑件例如基座、静电卡盘(ESC)等。在处理期间，可以将包括一种或多种前体的气体混合物引入处理室，并且可以使用等离子体来引发化学反应。
发明内容
提供了一种衬底支撑件，其包括：底板；顶板，其设置在所述底板上方，并且被配置成在衬底的处理期间支撑所述衬底；和将所述顶板接合到所述底板的接合层。所述接合层包括：将所述顶板与所述底板分开的多个间柱，以及接合材料，其布置在横向围绕所述间柱的区域中并且位于所述顶板和所述底板之间。
在其他特征中，所述接合层包括：没有间柱的第一接合层；以及第二接合层，其设置在所述第一接合层上并且包括所述间柱。在其他特征中，所述第一接合层与所述底板接触。所述第二接合层与所述顶板接触。
在其他特征中，所述间柱以对称图案布置。在其他特征中，所述间柱布置成同心圆。在其他特征中，所述间柱的材料与所述接合材料是相同的材料。在其他特征中，所述顶板是与所述接合层接触的陶瓷层。在其他特征中，所述顶板包括一个或多个加热层。
在其他特征中，所述衬底支撑件还包括加热层，所述加热层附接到所述顶板的底面并且与所述接合层接触。在其他特征中，所述底板包括冷却剂通道。
在其他特征中，提供了一种将顶板接合到衬底支撑件的底板的方法。该方法包括：确定间柱的目标间柱高度；确定所述底板上的所述间柱的布局图案；基于所述目标间柱高度和所述布局图案，在所述底板上施加第一接合材料以形成所述间柱；固化所述间柱；将所述顶板放置在所述多个固化间柱上；将所述第一接合材料和第二接合材料中的至少一者施加在所述底板上横向围绕所固化的所述间柱以形成第一接合层；以及固化所述第一接合层以将所述顶板接合到所述底板。
在其他特征中，所述方法包括用所述第一接合材料而不是所述第二接合材料形成所述第一接合层。在其他特征中，所述方法还包括在固化所述第一接合层之前压制所述第一接合层。在其他特征中，所述方法还包括在固化所述多个间柱之后将所述间柱研磨至所述目标间柱高度。
在其他特征中，所述方法还包括研磨所述顶板，使得所述顶板的顶面与所述底板的底面平行。在其他特征中，所述方法还包括基于所述第一接合层的预定厚度来确定所述目标间柱高度。
在其他特征中，所述方法还包括基于局部表面尺寸变化和所述顶板的厚度偏移中的至少一种来确定所述目标间柱高度中的一个或多个。在其他特征中，所述方法还包括基于局部表面尺寸变化和所述底板的厚度偏移中的至少一者来确定所述目标间柱高度中的一个或多个。
在其他特征中，所述方法还包括基于所述衬底支撑件的层中的计量探针凹痕的尺寸来确定所述目标间柱高度中的一个或多个。在其他特征中，所述方法还包括在所述底板上形成第二接合层。所述第一接合层形成于所述第二接合层上。
根据详细描述、权利要求和附图，本公开内容的适用性的进一步的范围将变得显而易见。详细描述和具体示例仅用于说明的目的，并非意在限制本公开的范围。
附图说明
根据详细描述和附图将更充分地理解本公开，其中：
图1是在形成接合层的同时压制衬底支撑件的截面侧视图；
图2是衬底支撑件的截面侧视图，其示出了底板高度和接合层厚度；
图3是衬底支撑件和接合压板的一部分的截面侧视图，其示出了衬底支撑件顶板和底板表面的变化；
图4是根据本公开的包括具有带间柱接合层的衬底支撑件的示例性衬底处理系统的功能框图；
图5是根据本公开的底板和接合层的示例性间柱的横截面侧视图；
图6是根据本公开的在施加最终接合填充材料之前包括示例性间柱的衬底支撑件的一部分的横截面侧视图；
图7是说明根据本公开的通过形成包括间柱阵列的接合层来减小接合残余范围的一对示例图；
图8是根据本公开的具有示例性间柱阵列的底板的俯视图；
图9是根据本公开的包括具有间柱的单个接合层的示例性衬底支撑件的一部分的横截面侧视图；
图10是根据本公开的包括在多个接合层之一中的间柱的示例性衬底支撑件的一部分的横截面侧视图；
图11是根据本公开的包括实施间柱应用的控制器的接合系统的一部分的功能框图；和
图12示出了根据本公开的形成衬底支撑件的方法，其包括形成带间柱接合层。
在附图中，可以重复使用附图标记来标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
静电卡盘(ESC)可以包括由陶瓷制成的顶板，该顶板通过接合层接合到液体冷却的底板。ESC可以包括加热元件。加热元件可以接合在顶板中或附接到顶板的底面上。接合层去除由等离子体和/或加热元件产生的热量，并将热量传递到ESC的底板。这将热量从由ESC支撑的晶片传递到底板。
ESC的接合层的热导率水平kbl通常远低于ESC的顶板的热导率水平ktp。出于这个原因，在ESC操作期间，接合层中存在明显的温度梯度。接合层的厚度可能是不均匀的，并且可能是晶片横向从管芯到管芯的晶片温度不均匀的主要来源。ESC到ESC和室到室之间存在额外的接合层不均匀性。
对空间晶片温度变化敏感的晶片工艺应用需要以高空间均匀性来控制晶片温度。对于具有小尺寸的设备结构，例如三维NAND闪存结构，尤其如此。对于温度敏感的蚀刻化学应用和需要从晶片中去除等离子体产生的热量的应用，也需要高空间均匀性。对于要求将晶片温度保持在预定温度的等离子蚀刻工艺，需要控制ESC接合层厚度均匀性。
衬底支撑件的热性能与ESC的接合层的厚度直接相关。ESC的接合层的厚度均匀性受A)用于在顶板和底板之间形成接合层的夹具和B)顶板和底板的表面变化两者的影响。作为示例，接合层可以具有100微米(μm)至1-2毫米(mm)的平均厚度并且具有10-50μm的厚度变化。横向跨过ESC的接合层的厚度统称为接合层厚度图案，其通常是随机的。因此，难以补偿这些变化。在制造ESC后补偿这些变化的尝试包括具有较长研发时间的复杂温度控制系统。
图1示出了在顶板104和底板106之间形成接合层102的同时施加压力的衬底支撑件100。衬底支撑件100可以是压在压力机的两个接合压板108、110之间的ESC。接合压板108、110通常是平的。很难将接合压板108与接合压板110保持平行。接合压板108、110保持在这种平行布置中，以努力在顶板104的顶面112和底板106的底面114上施加均匀的负载力。表面112、114是非接合表面。施加到顶板104的力由箭头116表示。施加到底板106的力由箭头118表示。
对于直径大于例如300mm的晶片，难以以微米级精度控制接合压板108、110、顶板104和底板106的平行度。除了提供这种级别的精度外，接合工艺需要在整个接合工艺中从ESC到ESC可重复。
图2示出了包括顶板202、接合层204和底板206的衬底支撑件200。底板206在不同的位置具有不同的高度(高度h1-h3被示出)并且因此接合层204在相应的位置具有不同的厚度(示出了厚度t1-t3)。高度h1-h3不相等，因此厚度t1-t3不相等。为了说明的目的，在图2中，高度和厚度之间的差异被夸大并且显示得比正常大。差异实际上很小，并且通常肉眼看不到。这适用于图2-3和5-6示出并且在本文中描述的其他所示的差异、变化、偏移等。在制造期间，底板206的高度(最底部表面和最顶面之间的距离)可以在底板206上横向变化。底板的高度可以指底板的局部厚度。图2说明了这种变化的一个示例。底板206的高度变化导致接合层204的厚度的相应变化。这是因为顶板202的顶面210保持与底板206的底面212大致平行。以这种方式，顶板202的厚度变化也会影响接合层204的厚度。由于接合层204的厚度变化，与较薄的局部接合层位置相比，在更厚的局部接合层位置上的晶片温度更高。
在提供具有均匀厚度的接合层方面存在多重挑战。例如，制造和加工具有平坦平行顶面和底面以及均匀厚度和高度的ESC的顶板和底板是困难且昂贵的。图3示出了包括顶板302和底板304的衬底支撑件的一部分300。底板304具有高度变化(示出了高度h1-h4)并且顶板302具有厚度变化(示出了厚度t1-t4)。如图所示，厚度可以变化并且顶面和底面306、308的水平面可以相对于水平参考平面(例如，水平参考平面310)变化。示出了顶板302的局部顶面和底面的示例性偏移Off1-4。厚度变化会导致接合压板312相对于水平参考平面成一定角度，这会导致负载不均匀。此外，接合层(通过将接合材料施加到底板上，然后压制顶板302、接合材料和底板304来形成)可以具有不均匀的厚度和相对于水平参考平面具有不同高度水平的顶面。
提供具有平坦表面的接合板的压力夹具也是困难的。还难以提供能够以平行布置保持接合板并以可重复方式跨接合板施加均匀力的压力夹具。ESC顶板和底板、夹具板和夹具结构需要进行微米级精度的加工和检查。与晶片直径相比，这是300,000:1的纵横比。作为比较，在具有超过90层的三维NAND存储器中蚀刻的通道孔可以具有40:1的深宽比。用于将顶板接合到底板的接合工艺需要包括可重复和准确的计量，并且足够精确和稳固，以便在该工艺中使用的部件的磨损最小。
本文中阐述的示例包括具有一个或多个接合层的衬底支撑件，该接合层具有间柱阵列。间柱阵列指的是在衬底支撑件的底板上以预定图案排列的间柱。间柱是指可以是柱形并且设置在衬底支撑件的层和/或板之间的材料杆(或间隔物)。所述杆可能具有或可能不具有统一的宽度。间柱阵列提供了顶板与底板的自对准接合，从而减少了径向和方位角接合厚度的不均匀性。改进的径向和方位角接合厚度均匀性提高了ESC径向和方位角温度均匀性。每个间柱阵列形成为接合层的一部分，以在接合工艺中保持顶板上的点与底板上的对应点之间的局部距离。这导致具有改进的厚度均匀性的接合层。间柱阵列和接合层的其他剩余部分的形成改进了对接合空间厚度的控制和衬底支撑件的制造容易性，同时降低了相应的成本。
间柱阵列的形成基于并补偿顶板表面变化和底板高度变化。间柱阵列有助于在接合期间提供和保持顶板和底板之间的距离均匀性。这防止了在形成接合层的剩余部分期间的厚度变化。结果，顶板和底板的厚度、高度和表面公差与使用不包括形成间柱阵列的传统接合工艺形成的ESC相比可以不那么严格。此外，压力夹具和ESC板之间的对齐要求也可以不那么严格。较不严格的要求降低了ESC的制造成本。
图4示出了包括衬底支撑件406的衬底处理系统400，衬底支撑件406具有包括间柱403的间柱接合层401。衬底支撑件406可以使用本文公开的技术形成。仅举例而言，衬底处理系统400可以用于执行使用RF等离子体的沉积和/或蚀刻并且/或者用于执行其他合适的衬底处理。衬底处理系统400包括处理室402，处理室402包围衬底处理系统400的其他部件并包含RF等离子体。处理室402包括上电极404和衬底支撑件406，其可以是静电卡盘(ESC)。在操作期间，衬底408布置在衬底支撑件406上。虽然作为示例示出了特定衬底处理系统400和处理室402，但是本公开的原理可以应用于其他类型的衬底处理系统和室，例如原位产生等离子体的衬底处理系统、实现远程等离子体产生和输送(例如，使用等离子体管、微波管)的衬底处理系统等等。
仅举例而言，上电极404可包括气体分配装置，例如喷头409，其引入和分配工艺气体。喷头409可包括杆部，杆部包括连接到处理室402的顶面的一端。基部部分通常为圆柱形，并且在与处理室的顶面间隔开的位置处从杆部的相对端径向向外延伸。喷头409的基部部分的面向衬底的表面或面板包括让工艺气体或清扫气体流过的孔。替代地，上电极404可包括传导板，并且可以以另一种方式引入工艺气体。
衬底支撑件406包括用作下电极的导电底板410。底板410支撑可以由陶瓷形成的顶板412。在一些示例中，顶板412可以包括一个或多个加热层，例如陶瓷多区加热板。一个或多个加热层可以包括一个或多个加热元件，例如导电迹线，如下文进一步描述的。在另一实施方案中，加热层附接到顶板412的底面。
接合层401设置在顶板412和底板410之间并将其接合到底板410上。底板410可以包括一个或多个冷却剂通道416，用于使冷却剂流过底板410。衬底支撑件406可以包括布置成围绕衬底408的外周边的边缘环418。
RF产生系统420产生RF电压并将RF电压输出到上电极404和下电极(例如，衬底支撑件406的底板410)中的一个。上电极404和底板410中的另一个可以是DC接地的、AC接地的或浮动的。仅举例而言，RF产生系统420可以包括RF电压产生器422，其产生RF电压，该RF电压由匹配和分配网络424馈送到上电极404或底板410。在其他示例中，可以感应或远程生成等离子体。尽管如为了示例目的所示出的，RF产生系统420对应于电容耦合等离子体(CCP)系统，但是本公开的原理也可以在其他合适的系统中实现，例如，仅举例而言，在变压器耦合等离子体(TCP)系统、CCP阴极系统、远程微波等离子体产生和输送系统等中实现。
气体输送系统430包括一个或多个气体源432-1、432-2、…和432-N(统称为气体源432)，其中N是大于零的整数。气体源提供一种或多种气体混合物。气体源还可以供应清扫气体。也可以使用汽化的前体。气体源432通过阀434-1、434-2、…和434-N(统称为阀434)和质量流量控制器436-1、436-2、…和436-N(统称为质量流量控制器436)与歧管440连接。歧管440的输出被供给到处理室402。仅举例而言，歧管440的输出被供给到喷头409。
温度控制器442可以连接到多个加热元件，例如布置在顶板412中的热控制元件(TCE)444。例如，加热元件444可以包括但不限于对应于多区域加热板中的各个区域的大加热元件和/或跨多区域加热板的多个区域设置的微加热元件阵列。温度控制器442可以用于控制多个加热元件，以控制衬底支撑件406和衬底408的温度。
温度控制器442可以与冷却剂组件446连通以控制流过通道416的冷却剂流。例如，冷却剂组件446可以包括冷却剂泵和贮存器。温度控制器442操作冷却剂组件446以选择性地使冷却剂流过通道416以冷却衬底支撑件406。
阀450和泵452可用于从处理室402排空反应物。系统控制器460可用于控制衬底处理系统400的部件。一个或多个机械手470可用于将衬底输送到衬底支撑件406上，和从衬底支撑件406去除衬底。例如，机械手470可以在设备前端模块(EFEM)471和装载锁472之间、装载锁和真空传送模块(VTM)473之间、在VTM473和衬底支撑件406等之间传送衬底。虽然温度控制器442示出为单独的控制器，但是温度控制器442可以在系统控制器460内实现。在一些示例中，可以在顶板412和底板410之间，在接合层414的外周边周围提供保护性密封476。
图5示出了底板500和接合层的间柱502，其示出了不同的示例性间柱结构。作为示例，间柱502可以是如图所示的矩形。在该示例中，可以使用间柱保持器来形成间柱502，其示例在图6中示出。间柱保持器可以是具有用于形成间柱的孔的板。孔填充有接合材料并固化以形成间柱，然后移除间柱保持器。在另一实现方案中，使用多个圆柱形环(或空心圆柱体)并将其放置在每个间柱位置且用接合材料填充以形成间柱。接合材料被固化并且环被移除。作为另一个示例，间柱502可以是如虚线504表示的“丘形”。在该示例中，不使用间柱保持器并且间柱由高粘性接合材料形成。接合材料可以具有与使用间柱保持器时施加的接合材料相同或更高的粘度。接合材料被施加并固化以提供丘形间柱504。在这些示例中，接合材料在施加时为液体形式。
间柱502和/或504可以形成为具有相同的高度。这是真实的，尽管底板500可以具有不同的高度，如由高度bh1-bh3表示的。间柱502和504的高度表示为sh1-sh4并且指测量的从(i)底板500的局部顶面和/或间柱502、504的底面至(ii)间柱502、504的顶面的间柱502、504的接合材料的最大高度。对于间柱504，间柱高度是从底板500的局部顶面沿间柱504的中心线测量的；显示了示例中心线510。在一种实现方案中，间柱502和/或504形成为具有过大的高度，然后研磨至预定高度。
显示了示例研磨机520。研磨机520可竖直移动(由箭头522表示)、水平移动(由箭头524表示)、围绕旋转轴526旋转(由箭头528表示)和倾斜(由箭头530表示)，使得研磨机520的底面532平行于底板500的顶面532。底板500的顶面532可以平行于正在加工的间柱的顶面。在一个实施方案中，研磨机520竖直移动并且在平行于间柱的顶面的方向上移动以研磨间柱的顶面。
图6示出了衬底支撑件的包括顶板602、间柱604和底板606的部分600。间柱604被示为与顶板602的底面608和底板606的顶面610相邻并且具有相同的高度。仅出于示例目的，间柱保持器被示出并表示为虚线框612，并且可用于在将顶板602放置在间柱604上之前形成间柱604。间柱保持器612包括用于形成间柱的孔613。在一个实施方案中，不使用间柱保持器612并且间柱614使用高粘性材料形成。
顶板602和底板606之间的间柱604和614周围的空间可以填充有与间柱604和614的接合材料相同、相似或不同的接合材料(也称为最终接合填充材料)。在一个实施方案中，接合材料与用于形成间柱604、614的接合材料相同。作为示例，在间柱604、614形成并且固化之后。然后可以将间柱604、614研磨至预定高度。然后可以将接合材料施加到底板606的顶面610以形成接合层。所施加的接合材料可以稍微覆盖间柱604、614以在间柱604、614上提供薄层。在一个实施方案中，接合材料不覆盖间柱604、614，但是当固化时具有与间柱604、614相同的高度。顶面610和顶板602可以设置在间柱604、614和/或接合材料上。多余的接合材料可以径向向外挤压经过顶板602和底板606的外边缘。施加的接合材料被固化以形成接合层，该接合层包括间柱604或614。
间柱604、614的宽度可能不均匀。在一个实施方案中，每个间柱604的宽度从底板606的顶面610到顶板602的底面608是均匀的。间柱614具有不同的宽度。示出了间柱604的示例性宽度W1和间柱614的示例性宽度W2。
尽管顶板602的厚度和底板606的高度可以变化，但由于所得接合层的厚度增加了均匀性，因此改善了由衬底支撑件保持的晶片上的温度均匀性。可以基于顶板602和底板606的厚度、高度和表面变化来设置间柱604、614的高度。
在此公开的间柱604、614和相应的接合层和/或其他间柱和接合层可以由例如包括介电纳米尺寸颗粒的硅树脂基材料形成。可以调节纳米尺寸颗粒的浓度以调整接合层和间柱的热性能。本文公开的示例也适用于由其他材料形成的接合层。底板606和/或本文公开的其他底板可以由例如铝合金、铝金属基质、陶瓷和/或其他合适的材料形成。
图7示出了说明通过形成包括如本文所公开的间柱阵列的接合层而减小接合残余范围的一对曲线。接合残余范围是指衬底支撑件的接合层厚度的变化。第一曲线700示出了基线接合层的接合残余范围的示例。基线接合层不包括间柱，而是使用传统的接合工艺形成的。第二曲线702示出了用于带间柱的接合层(即，包括间柱的接合层)的接合剩余范围的示例。对于所示的示例，带间柱的接合层的接合剩余范围显著小于基线接合层的接合剩余范围。
图8示出了具有示例性间柱阵列802的底板800，该示例间柱阵列802包括间柱阵列804和806。在所示的示例中，间柱804被布置成提供最外环的间柱并且间柱806被布置成提供另一个或最内环的间柱。这些环是同心圆，由虚线圆807、808表示。间柱804和806设置成提供相对于一个或多个径向延伸的中心线的对称的间柱图案。示出了几条示例性中心线810、812。与底板800和间柱阵列802的情况一样，对称性可以是大约两条或多条中心线。虽然示出了两个环的间柱，但是可以包括任意数量的环的间柱。间柱可以是各种不同的对称和非对称图案。在一个实施方案中，间柱没有布置成环。在另一个实施方案中，间柱的一部分布置成一个或多个环，而间柱的另一部分不布置成环。尽管间柱804、806被示为圆形，但是间柱可以具有其他形状。
图9示出了衬底支撑件的包括顶板902、接合层904和底板906的部分900。接合层904包括柱(示出了一个柱908)。顶板902可以包括一层或多层和/或一个或多个加热层。示出了示例加热层910，其可以包括一个或多个加热元件，如上所述。加热层910可以是施加到顶板902的底面的层。作为示例，加热层910可以层压在顶板902的底面上并且设置在顶板902和接合层904之间。
图10示出了衬底支撑件的包括顶板1002、多个接合层1004和底板1006的部分1000。顶板1002可以包括一层或多层和/或一个或多个加热层。示出了示例性加热层1010，其可以包括一个或多个加热元件，如上所述。加热层1010可以附接到顶板1002的底面。接合层1004包括底部接合层1004A和顶部接合层1004B。顶部接合层1004B包括间柱(示出了一个间柱1008)。尽管显示了两个接合层，但可以包括任意数量的接合层。可以包括底部接合层1004A以例如提供水平平坦的顶面，在该顶面上形成包括间柱的顶部接合层1004B。这可以最小化可能存在于底板1006中的顶面变化和/或高度。
图11示出了包括控制站1102、计量设备1104和衬底支撑元件1106的接合系统的一部分1100。控制站1102包括控制器1110、存储器1112、接口1114和显示器1116。控制器1110存储和执行间柱应用程序1118。
计量设备1104可以包括例如光谱仪、扫描电子显微镜(SEM)设备、光学计量机器和/或其他测量设备。计量设备1104可用于测量例如顶板的尺寸、顶板和加热层的组合、底板和/或底板和一个或多个接合层的组合。计量设备1104可以包括计量探针、一个或多个光源和/或一个或多个传感器。测量值可以作为输入经由接口1114提供给控制器1110，控制器1110可以将测量值存储在存储器1112中。
控制器1110可以控制计量设备1104来测量衬底支撑元件的表面、厚度、高度、偏移等，衬底支撑元件例如顶板和底板(显示为衬底支撑元件1106)。顶板的测量可以包括与将加热层附接到顶板相关联的测量。类似地，底板的测量可以包括与一个或多个无间柱的接合层相关的测量。计量设备还可用于测量间柱的高度。间柱应用程序1118可用于确定目标间柱高度，如下文进一步描述的。可以基于所进行的测量来确定间柱高度。控制器1110可以基于目标间柱高度来控制底板上的间柱和/或对应的无间柱层的形成。在一个实施方案中，控制器1110通过可连接到研磨机520的致动器1120控制图5的研磨机520的操作。致动器1120可以包括马达以移动、旋转和/或倾斜研磨机520。致动器1120可通过支架、连杆、齿轮和/或其他连接元件连接到研磨机520。
图12示出了形成衬底支撑件的方法，其包括形成带间柱接合层。尽管以下操作主要是参照图4-11的实现方案来描述的，但是可以容易地修改操作以应用于本公开的其他实现方案。
该方法可以在1200开始。在1202，形成衬底支撑件的底板。底板可以包括如上所述的冷却剂通道。底板的顶面可以不平行于底板的底面。顶面也可以或可选择地具有不同的高度，如上所示。
在1204，形成衬底支撑件的顶板。顶板的顶面可以不平行于顶板的底面。另外或替代地，顶板的厚度可以不均匀，并且顶板的顶面和底面可以具有相对于水平参考平面的变化的高度。
在1206处，可以在底板的顶面上形成一个或多个无间柱接合层。这可以包括将接合材料施加到底板的顶面并在温度受控的烘箱中固化接合材料。
在1208，控制器1110执行计量以测量和/或计算底板的表面尺寸和底板的局部顶面高度。如果执行操作1206，则可以确定一个或多个无间柱接合层中的最上一层相对于底板的底面的局部顶面高度。也可以确定底板的局部顶面偏移或厚度偏移。顶板的表面和厚度偏移的示例在图3中示出。底板的局部顶面偏移和厚度偏移是指与顶板的表面和厚度偏移类似的底板的方面。
在1210，控制器1110执行计量以测量和/或计算顶板的表面尺寸和局部厚度。局部厚度可以包括顶板和加热层的组合。例如，如果加热层附接到顶板的底面，则厚度可以指顶板的顶面和加热层的底面之间的距离。也可以确定局部表面和厚度偏移，其示例在图3中示出。3.
在1212，控制器1110确定一个或多个接合层的目标总接合层厚度。在局部区域中，该厚度包括一个或多个接合层的厚度之和。这可以基于例如目标预定晶片温度、顶板温度和/或其他参数。
在1214，控制器1110经由间柱应用程序1118确定预定目标间柱高度，就好像不包括无间柱接合层一样。这可以基于目标整体接合层厚度、顶板的局部表面和/或厚度偏移、底板的局部表面和/或厚度偏移、顶板的底面的表面尺寸、以及底板的顶面的表面尺寸。作为示例，每个预定目标间柱高度可以等于目标总接合层厚度减去顶板的局部厚度偏移加上底板的局部厚度偏移。
在1216，控制器1110通过间柱应用程序1118可以确定一个或多个无间柱接合层(如果例如在1206施加到底板的话)的厚度。
在1218，控制器1110通过间柱应用程序1118可以确定实际的(或最终的)目标间柱高度。这可以用于间柱的加工工艺。作为示例，实际目标间柱高度中的每一个可以等于预目标间柱高度中的对应一个减去对应间柱下方的一个或多个无间柱接合层的对应局部厚度加上探针补偿值。如果使用探针测量无间柱接合层的高度，则探针在接触无间柱接合层时可能会在无间柱接合层中造成凹痕。这导致凹痕的深度。如果不包括无间柱接合层，并且使用探针测量底板的高度，则不会出现凹痕，补偿值为零。
在1220，控制器1110经由间柱应用程序1118确定要在底板和/或一个或多个无间柱接合层上形成的间柱的目标间柱图案。这可以包括确定间柱的数量、间柱的尺寸和形状以及间柱的位置。
在1222处，在底板上或在一个或多个无间柱接合层的最上一层上的预定位置施加接合材料，以开始形成间柱并提供间柱预制件。在1224，间柱预制件在温度受控的烘箱中固化以固化间柱预制件以提供所得的间柱。
在1226，可以将间柱研磨到实际的目标间柱高度。例如，如果间柱预制件尺寸过大以高于实际目标间柱高度，则会发生这种情况。该研磨还可以通过将间柱的高度减小到比实际目标间柱高度短在间柱上添加的接合材料的估计厚度来处理在1232处形成的顶部和/或最终接合层的添加。例如，当形成顶部和/或最终接合层时，可以将少量接合材料施加在间柱的顶部。这种研磨可以处理额外的材料，使得在添加材料之后得到的间柱高度与实际的目标间柱高度相匹配。研磨可包括规划间柱的顶面。
在1228处，将顶板放置在间柱上并与底板对齐。在1230，如果顶板的顶面不平行于底板的底面，则可以加工顶板的顶面。这确保了顶板的顶面平行于底板的底面，以便在通过相对的接合压板施加压力时均匀分布负载。均匀分布的负载有助于提供具有均匀或接近均匀厚度的所得整体接合层(包括一个或多个接合层)。在一个实施方案中，当间柱的形成导致具有足够厚度均匀性的接合层时，不执行操作1230。通过提供具有改进的整体厚度均匀性的所得一个或多个接合层，改进了温度分布均匀性。
在1232，形成最终接合层。用于形成最终接合层的接合材料的体积比用于形成间柱的体积大得多。这包括将接合材料施加或注入到底板的顶面或一个或多个无间柱接合层(如果包括的话)的最上面一层的顶面。接合材料填充间柱之间和周围的区域，并覆盖底板的顶面或一个或多个无间柱接合层的最上面一层的顶面。
在1234，在顶板和底板之间压制最终的接合层，以去除多余的接合材料并填充间隙。对间柱施加均匀分布的力。间柱是有弹性的，使得在被压缩后，间柱会恢复到压缩之前存在的原始固化形式(或原始高度)。间柱在压缩时会发生少量变形。在1236，衬底支撑件从压制夹具移除并且最终接合层被固化。这可以包括在温度受控的烘箱中烘烤衬底支撑件。该方法可以在1238结束。
上述操作是说明性示例。这些操作可以顺序地、同步地、同时地、连续地、在重叠时间段期间或以不同顺序来执行，具体取决于应用。此外，任何操作都可能不被执行或跳过，具体取决于实现方案和/或事件序列。
上述方法包括确定间柱阵列高度以补偿传入(或新提供的)顶板和底板材料、结构表面和/或层尺寸的变化。该方法包括公开的接合工艺，该接合工艺可包括在接合至顶板之前制备底板结构表面。这可以包括(i)形成间柱，然后形成接合层的剩余部分，或(ii)形成一个或多个无间柱接合层，然后形成间柱接合层。该方法提供了能够满足增加的表面温度均匀性要求的衬底支撑件。晶片温度方位角和径向均匀性得到改善。晶片温度方位角均匀性受接合厚度变化的影响，与使用传统接合工艺所经历的接合厚度变化相比，使用所公开的方法可以将接合厚度变化显著降低约50％。这意味着对于衬底支持操作条件，晶片温度均匀性提高了约50％。
使用所公开的方法形成的衬底支撑件的成本也降低了，因为接合工艺对传入的顶板和底板的变化以及与接合和计量相关的变化不太敏感。传统上，需要对传入的顶板和底板进行高度严格的筛选，以确保具有严格公差和可重复计量的精确尺寸。使用所公开的方法，公差可以不那么严格，这减少了制造时间和成本。在所公开的方法期间执行的例如加工间柱阵列的加工量很低，因为间柱和被加工的相应层的结构简单。由于对间柱和其他接合层部分使用相同的接合材料和接合层形成工艺，因而加工量也是低的。
前面的描述本质上仅仅是说明性的，并且绝不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式实现。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应当被如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求时，其他修改将变得显而易见。应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时地)执行。此外，虽然每个实施方案在上面被描述为具有某些特征，但是相对于本公开的任何实施方案描述的那些特征中的任何一个或多个，可以在任何其它实施方案的特征中实现和/或与任何其它实施方案的特征组合，即使该组合没有明确描述。换句话说，所描述的实施方案不是相互排斥的，并且一个或多个实施方案彼此的置换保持在本公开的范围内。
使用各种术语来描述元件之间(例如，模块之间、电路元件之间、半导体层之间等)的空间和功能关系，各种术语包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“紧挨”、“在...顶部”、“在...上面”、“在...下面”和“设置”。除非将第一和第二元件之间的关系明确地描述为“直接”，否则在上述公开中描述这种关系时，该关系可以是直接关系，其中在第一和第二元件之间不存在其它中间元件，但是也可以是间接关系，其中在第一和第二元件之间(在空间上或功能上)存在一个或多个中间元件。如本文所使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当被解释为意味着使用非排他性逻辑或(OR)的逻辑(A或B或C)，并且不应被解释为表示“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。
在一些实现方案中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述示例的一部分。这样的系统可以包括半导体处理设备，半导体处理设备包括一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台、和/或特定处理部件(晶片基座、气体流系统等)。这些系统可以与用于在半导体晶片或衬底的处理之前、期间和之后控制它们的操作的电子器件集成。电子器件可以被称为“控制器”，其可以控制一个或多个系统的各种部件或子部件。根据处理要求和/或系统类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括工艺气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、射频(RF)产生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置和操作设置、晶片转移进出工具和其他转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。
概括地说，控制器可以定义为电子器件，电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片、和/或一个或多个微处理器、或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式发送到控制器的指令，单独设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定工艺的操作参数。在一些实施方案中，操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分，以在一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯的制造期间完成一个或多个处理步骤。
在一些实现方案中，控制器可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制器可以在“云”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数、设置处理步骤以跟随当前的处理、或者开始新的处理。在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供工艺配方。远程计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，然后将该参数和/或设置从远程计算机发送到系统。在一些示例中，控制器接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以特定于要执行的工艺的类型和工具的类型，控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。因此，如上所述，控制器可以是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的工艺和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)的一个或多个集成电路通信的室上的一个或多个集成电路，其组合以控制在室上的工艺。
示例系统可以包括但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与半导体晶片的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。
如上所述，根据将由工具执行的一个或多个处理步骤，控制器可以与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口运输的材料运输中使用的工具通信。

Claims (20)

1.一种衬底支撑件，其包括：
底板；
顶板，其设置在所述底板上方，并且被配置成在衬底的处理期间支撑所述衬底；和
将所述顶板接合到所述底板的接合层，其中所述接合层包括：
将所述顶板与所述底板分开的多个间柱，以及
接合材料，其布置在横向围绕所述多个间柱的区域中并且位于所述顶板和所述底板之间。
2.根据权利要求1所述的衬底支撑件，其中所述接合层包括：
没有间柱的第一接合层；以及
第二接合层，其设置在所述第一接合层上并且包括所述多个间柱。
3.根据权利要求2所述的衬底支撑件，其中：
所述第一接合层与所述底板接触；以及
所述第二接合层与所述顶板接触。
4.根据权利要求1所述的衬底支撑件，其中，所述多个间柱以对称图案布置。
5.根据权利要求1所述的衬底支撑件，其中，所述多个间柱布置成同心圆。
6.根据权利要求1所述的衬底支撑件，其中，所述间柱的材料与所述接合材料是相同的材料。
7.根据权利要求1所述的衬底支撑件，其中，所述顶板是与所述接合层接触的陶瓷层。
8.根据权利要求1所述的衬底支撑件，其中，所述顶板包括一个或多个加热层。
9.根据权利要求1所述的衬底支撑件，其还包括加热层，所述加热层附接到所述顶板的底面并且与所述接合层接触。
10.根据权利要求1所述的衬底支撑件，其中，所述底板包括冷却剂通道。
11.一种将顶板接合到衬底支撑件的底板的方法，该方法包括：
确定多个间柱的目标间柱高度；
确定所述底板上的所述多个间柱的布局图案；
基于所述目标间柱高度和所述布局图案，在所述底板上施加第一接合材料以形成所述多个间柱；
固化所述多个间柱；
将所述顶板放置在所述多个固化间柱上；
将所述第一接合材料和第二接合材料中的至少一者施加在所述底板上横向围绕所固化的所述多个间柱以形成第一接合层；以及
固化所述第一接合层以将所述顶板接合到所述底板。
12.根据权利要求11所述的方法，其包括用所述第一接合材料而不是所述第二接合材料形成所述第一接合层。
13.根据权利要求11所述的方法，其还包括在固化所述第一接合层之前压制所述第一接合层。
14.根据权利要求11所述的方法，其还包括在固化所述多个间柱之后将所述多个间柱研磨至所述目标间柱高度。
15.根据权利要求11所述的方法，其还包括研磨所述顶板，使得所述顶板的顶面与所述底板的底面平行。
16.根据权利要求11所述的方法，其还包括基于所述第一接合层的预定厚度来确定所述目标间柱高度。
17.根据权利要求11所述的方法，其还包括基于局部表面尺寸变化和所述顶板的厚度偏移中的至少一种来确定所述目标间柱高度中的一个或多个。
18.根据权利要求11所述的方法，其还包括基于局部表面尺寸变化和所述底板的厚度偏移中的至少一者来确定所述目标间柱高度中的一个或多个。
19.根据权利要求11所述的方法，其还包括基于所述衬底支撑件的层中的计量探针凹痕的尺寸来确定所述目标间柱高度中的一个或多个。
20.根据权利要求11所述的方法，其还包括在所述底板上形成第二接合层，
其中，所述第一接合层形成于所述第二接合层上。
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