CN116235286A - 利用冷却的静电吸盘的半导体处理 - Google Patents

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Abstract

本文所述的实施例涉及基板支撑组件。基板支撑组件包括ESC基座组件、设施板、和密封组件，ESC基座组件具有设置在其中的基座通道，设施板与ESC基座组件耦接，设施板与ESC基座组件之间具有真空区域。密封组件包括上凸缘、下凸缘、垫片、和绝缘管，上凸缘耦接到ESC基座组件的基座通道，上凸缘设置在设施板中，下凸缘耦接到上凸缘，下凸缘设置在设施板中，垫片设置在上凸缘和下凸缘之间，绝缘管耦接到下凸缘。通路连接到基座通道，通路由上凸缘、垫片、下凸缘、绝缘管、和基座组件的连接的开口限定。

Description

利用冷却的静电吸盘的半导体处理
技术领域
本公开的实施例总体上涉及半导体制造并且更具体地涉及实现静电吸盘(ESC)的低温操作的基板支撑组件。
背景技术
对于下一代半导体装置的超大规模集成电路(VLSI)和极大规模集成电路(ULSI)，可靠地产生纳米级和更小的特征是关键技术挑战之一。但是，随着电路技术极限的推升，VLSI和ULSI互连技术的尺寸不断缩小对处理能力提出了更高的需求。在基板上可靠地形成闸极结构对于VLSI和ULSI的成功以及对提高电路密度和单个基板和晶粒质量的持续努力都是重要的。
为了降低制造成本，集成芯片(IC)制造要求经处理的每个硅基板都具有更高的产量和更好的装置良率和性能。在目前发展下为下一代装置探索的一些制造技术需要在低温下进行处理，例如在低于-20摄氏度的温度下。干反应离子蚀刻均匀地保持在低于-20摄氏度的温度的基板，使离子能够轰击设置在基板上的材料的朝上表面并且减少自发蚀刻(spontaneous etching)，使得形成具有平滑、垂直侧壁的沟槽。此外，在低温下可以提高相对于另一种材料蚀刻一种材料的选择性。例如，硅(Si)和二氧化硅(SiO2)之间的选择性随着温度的降低呈指数增长。
因此，需要适合在温度下使用的改进的基板支撑组件。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种基板支撑组件。基板支撑组件包括：静电吸盘(ESC)基座组件，ESC基座组件具有设置在其中的基座通道；设施板，所述设施板与ESC基座组件耦接，其间具有真空区域；以及密封组件。密封组件包括：上凸缘，所述上凸缘耦接到ESC基座组件的基座通道，上凸缘设置在设施板中；下凸缘，所述下凸缘耦接到上凸缘，下凸缘设置在设施板中；垫片，所述垫片设置在上凸缘和下凸缘之间；和绝缘管，所述绝缘管耦接到所述下凸缘。通路连接到基座通道，所述通路由上凸缘、垫片、下凸缘、绝缘管、和基座组件的连接的开口限定。
在另一实施例中，提供了一种基板支撑组件。基板支撑组件包括：静电吸盘(ESC)基座组件，所述ESC基座组件具有设置在其中的基座通道；设施板，所述设施板与ESC基座组件耦接，其间具有真空区域；绝缘板，所述绝缘板耦接到设施板；接地板，所述接地板耦接到绝缘板；接口组件。接口组件包括：接口凸缘，所述接口凸缘耦接到穿过绝缘板设置的绝缘管，接口凸缘设置在接地板中；外环，所述外环设置在接口凸缘周围；制冷剂凸缘，所述制冷剂凸缘耦接到接口凸缘；以及接口垫片，所述接口垫片设置在接口凸缘和制冷剂凸缘之间。通路连接到ESC基座组件的基座通道，通路由接口凸缘、制冷剂凸缘、接口垫片、和基座通道的连接的开口界定。组合凸缘耦接到接地板并且制冷剂凸缘设置在组合凸缘中。真空通路连接到真空区域。真空通路由设施板的内表面、绝缘板的内表面、接地板的内表面、接口凸缘、外环、制冷剂凸缘、绝缘管、和组合凸缘限定。
在又一实施例中，提供了一种基板支撑组件。基板支撑组件包括：静电吸盘(ESC)基座组件，所述ESC基座组件具有设置在其中的基座通道；设施板，所述设施板与ESC基座组件耦接，其间具有真空区域；以及制冷剂管线，所述制冷剂管线耦接到设置在组合凸缘中的制冷剂凸缘，制冷剂管线与通路流体连通。通路与ESC基座组件的基座通道连接。通路由制冷剂凸缘和基座通道的连接的开口限定。真空管耦接到组合凸缘，制冷剂管线设置在真空管中，真空管与真空通路流体连通。真空通路由设施板的内表面、制冷剂凸缘、和组合凸缘限定。
附图说明
为了可以详细了解本公开的上述特征的方法，简要概述于上文的本公开的更具体的描述可参照实施例，其中一些实施例描绘在随附附图中。然而，应注意，随附附图仅示出示例性实施例，因此不应被视为限制其范围，并且可允许其他等效的实施例。
图1是根据实施例的等离子体处理腔室的横截面示意图。
图2A和图2B是根据实施例的基板支撑组件的横截面示意图。
图3A是根据实施例的密封组件的示意图。
图3B是根据实施例的上凸缘的示意性截面图。
图3C和图3D是根据实施例的多个接合层的示意性截面图。
图3E-图3G是根据实施例的接口组件的示意性截面图。
图3H是根据实施例的真空入口管和真空出口管的示意性截面图。
为了便于理解，在可能的情况下，已使用相同的附图标记来表示图中共同的相同组件。可以设想的是，一个实施例的组件和特征可以有益地并入其他实施例中而无需进一步叙述。
具体实施方式
本文所描述的实施例提供了一种基板支撑组件，该基板支撑组件实现静电吸盘(ESC)的操作，使得设置在其上的基板在基板处理期间保持在低于-20摄氏度的温度，而处理腔室的其他表面保持在不同的温度。
尽管基板支撑组件在下文描述在蚀刻处理腔室中，但是基板支撑组件可在其他类型的等离子体处理腔室中使用，例如物理气相沉积腔室、化学气相沉积腔室、离子注入腔室等，以及其他处理需要将基板保持在低于-20摄氏度的温度的系统。本文公开的基板支撑组件也可在高于-20摄氏度的温度下使用。
图1是示例性等离子体处理腔室100的横截面示意图，其被示出为配置为蚀刻腔室，具有基板支撑组件101。基板支撑组件101可在其他类型的等离子体处理(plasmaprocessing)腔室中使用，例如等离子体处理(plasma treatment)腔室、退火腔室、物理气相沉积腔室、化学气相沉积腔室、和离子注入腔室等，以及其中需要将表面或工件(例如基板124)均匀地保持在低于-20摄氏度的温度下的能力的其他系统。干反应离子蚀刻被保持在低于-20摄氏度的温度的基板124，使离子能够轰击设置在基板124上的材料的朝上表面并且减少自发蚀刻(spontaneous etching)，使得形成具有平滑、垂直侧壁的沟槽。例如，离子在设置在被均匀地保持在低于-20摄氏度的温度下的基板124上的低k介电材料的孔隙中的扩散减少，而同时离子继续轰击低k介电材料的朝上表面以形成具有平滑、垂直侧壁的沟槽。此外，相对于另一种材料蚀刻一种材料的选择性可以在低于-20摄氏度的温度下得到改善。例如，硅(Si)和二氧化硅(SiO2)之间的选择性随着温度的降低呈指数增长。
等离子体处理腔室100包括腔室主体102，腔室主体102具有包围处理区域110的侧壁104、底部106和盖108。注入设备112耦接到腔室主体102的侧壁104和/或盖108。气体面板114耦接到注入设备112以允许将处理气体提供到处理区域110中。注入设备112可以是一个或多个喷嘴或入口端口，或者替代地是喷头。处理气体连同任何处理副产物穿过形成在腔室主体102的侧壁104或底部106中的排气口116从处理区域110去除。排气口116耦接到泵送系统140，该泵送系统140包括用于控制处理区域110内的真空水平的节流阀和泵。
处理气体可以被激发以在处理区域110内形成等离子体。可以通过将RF功率电容或电感耦合到处理气体来激发处理气体。在可与本文所述的其他实施例组合的实施例中，如图1所示，多个线圈118设置在等离子体处理腔室100的盖108上方并通过匹配电路120耦接到RF电源122。
基板支撑组件101设置在注入设备112下方的处理区域110中。基板支撑组件101包括ESC 103和ESC基座组件105。ESC基座组件105耦接到ESC 103和设施板107。由接地板111支撑的设施板107被配置为便于与基板支撑组件101的电气连接、冷却连接、加热连接和气体连接。接地板111由处理腔室的底部106支撑。绝缘板109使设施板107与接地板111绝缘。
ESC基座组件105包括耦接到低温冷却器117的基座通道115。低温冷却器117经由连接到基座通道115的入口254的基座入口导管123(如图2A和图2B所示)并且经由连接到基座通道115的出口256的基座出口导管125(如图2A和图2B所示)与基座通道115流体连通，使得ESC基座组件105保持在低于-20摄氏度的温度下。低温冷却器117耦接到接口盒以控制基座流体的流率。基座流体可包括可以保持低于-50摄氏度的温度的材料。低温冷却器117提供基座流体，其循环穿过ESC基座组件105的基座通道115。流过基座通道115的基座流体使ESC基座组件105能够保持在低于-20摄氏度的温度，这有助于控制ESC 103的横向温度分布，使得设置在ESC 103上的基板124别均匀保持在低于-20摄氏度的温度下。在可以结合在本文中描述的其他实施例中的一个实施例中，低温冷却器117是一种单级冷却器，其可操作以将基座流体保持在低于约-50摄氏度的温度。在可以结合在本文中描述的其他实施例中的另一个实施例中，低温冷却器117是利用冷却器内部的制冷剂的冷却器，使得基座流体保持在低于-50摄氏度的温度。
设施板107包括耦接到冷却器119的设施通道234(如图2A和图2B所示)。冷却器119经由连接到设施通道234的入口240的设施入口导管127(如图2A和图2B所示)并且经由连接到设施通道234的出口242的设施出口导管129(如图2A和图2B所示)与设施通道234流体连通，使得设施板107保持在预定的环境温度。低温冷却器117耦接到接口盒以控制设施流体的流率。设施流体可包括可以将环境温度保持在约-10摄氏度到约60摄氏度之间的材料。冷却器119提供设施流体，设施流体循环穿过设施板107的设施通道234。流过设施通道234的设施流体使设施板107能够保持在预定环境温度，这有助于将绝缘板109保持在预定环境温度。
ESC 103具有支撑表面130和与支撑表面130相对的底表面132。在可与本文所述的其他实施例结合的一个实施例中，ESC 103由陶瓷材料制成，例如氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)或其他合适的材料。或者，ESC 103可由聚合物制成，例如聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚芳醚酮等。
ESC 103包括设置在其中的吸附电极126。吸附电极126可配置为单极或双极电极，或其他合适的布置。吸附电极126通过RF滤波器和设施板107耦接到吸附电源134，吸附电源134提供DC功率以将基板124静电固定到ESC 103的支撑表面130。RF滤波器防止用于在等离子体处理腔室100内形成等离子体(未示出)的RF功率损坏电子设备或在腔室外出现电气危险。
ESC 103包括嵌入其中的一个或多个电阻加热器128。电阻加热器128用于将ESC103的温度升高到适合处理设置在支撑表面130上的基板124的温度。电阻加热器128通过设施板107和RF滤波器耦接到加热器电源136。RF滤波器防止用于在等离子体处理腔室100内形成等离子体(未示出)的RF功率损坏电子设备或在腔室外出现电气危险。加热器电源136可以向电阻加热器128提供500瓦或更多的功率。加热器电源136包括用于控制加热器电源136的操作的控制器(未示出)，其通常被设置为在需要时加热基板124，以便将基板温度保持在低于-20摄氏度的期望温度。换句话说，来自电阻加热器128的加热和来自循环穿过ESC基座组件105的基座流体的冷却被平衡以将基板124保持在低于-20摄氏度的期望温度。例如，电阻加热器128和循环穿过ESC基座组件105的基座流体将基板124维持在适合处理的温度，该温度低于约-20摄氏度，例如在约-20摄氏度至约-15 0摄氏度之间。
电阻加热器128包括多个横向分开的加热区，其中控制器使得电阻加热器128的至少一个区相对于位于一个或多个其他区中的电阻加热器128被优先加热。例如，电阻加热器128可以同心地布置在多个分开的加热区中。电阻加热器128的分开的加热区有助于控制基板124的横向边缘到中心的温度均匀性。
基板支撑组件101可包括设置在其中的一个或多个探针。ESC 103耦接到探针控制器138。探针控制器138的探针尖端设置在ESC 103中或在ESC 103表面处，以决定ESC 103的温度。探针控制器138的探针尖端设置在ESC基座组件105中，以基于ESC基座组件105的温度校准基板的温度。探针控制器138耦接到加热器电源136，使得每个区的电阻加热器128被独立地加热，以使ESC 103的横向温度分布基于温度测量而基本均匀，从而使得设置在ESC103上的基板124均匀地保持在低于-20摄氏度的温度。
图2A是基板支撑组件101的横截面示意图，该基板支撑组件101实现ESC 103的操作，使得设置在其上的基板124保持在低于-20摄氏度的温度，而处理腔室的其他表面保持在不同的温度。ESC 103耦接到ESC基座组件105。ESC 103以接合层202固定到ESC基座组件105。接合层202可包括有机或无机材料。在可与本文所述的其他实施例结合的一些实施例中，接合层202可包括环氧树脂或金属材料。吸附电极126经由第一绝缘线204连接到吸附电源134，该第一绝缘线204穿过设施板107的下部绝缘体212和ESC基座组件105的上部绝缘体214中的第一孔208设置。一个或多个电阻加热器128经由第二绝缘线206耦接到加热器电源136，该第二绝缘线206穿过设施板107的下部绝缘体212和ESC基座组件105的上部绝缘体214中的第二孔210设置。
设施板107包括板部分229和壁部分230。ESC基座组件105的板部分229以一个或多个第一螺钉组件220耦接到设施板107，使得在ESC基座组件105和设施板107之间存在真空区域222。一个或多个第一螺钉组件220中的每一个包括螺栓224，该螺栓224插入穿过与设施板107接触的热中断227、一个或多个盘形垫圈(Belleville washers)226和设施板107，并插入ESC基座组件105的螺纹孔228中。热中断227与设施板107接触以提供与维持在基座温度的ESC基座组件105的热隔离。热中断227包括含有聚酰胺-酰亚胺(PAI)或聚酰亚胺(PI)的材料。一个或多个盘形垫圈226和螺栓224被预装载，使得设施板107被迫抵靠ESC基座组件105。
设施板107包括通过密封件232耦接到ESC 103的壁部分230。设施板107的下部绝缘体212经由密封件232保持真空区域222。通过密封件232耦接到ESC的壁保护ESC基座组件105的材料免于因与处理气体接触而潜在地剥落。真空区域222由ESC 103、ESC基座组件105、设施板107、和密封件232限定。真空区域222防止冷却板的背侧上的凝结，通过具有不依赖于处理区域110的压力的压力来防止处理气体进入基板支撑组件101，并提供ESC基座组件105和设施板107之间的热隔离。设施板107包括含铝材料。
设施板107的设施通道234加工在设施板上并焊接有盖238。设施通道234的入口240与穿过绝缘板109和接地板111设置的入口管244流体连通。设施通道234的出口242与穿过绝缘板109和接地板111设置的出口管246流体连通。入口管244和出口管246连接到连接件248，连接件248具有连接到设施入口导管127的连接入口250和连接到设施出口导管129的连接出口252。连接件248、入口管244和出口管246可包括绝缘材料，例如含陶瓷材料。ESC基座组件105的基座通道115包括与入口通路258流体连通的基座通道115的入口254。入口通路258穿过设施板107、绝缘板109、和接地板111设置。基座通道115的出口256与出口通路260流体连通。出口通路260穿过设施板107、绝缘板109、和接地板111设置。密封组件301可以将ESC基座组件105的入口254或出口256连接到入口通路258或出口通路260。在可与本文所述的其他实施例结合的一个实施例中，基板支撑组件101包括与ESC基座组件105的入口254耦接的密封组件301。在可与本文所述的其他实施例结合的另一实施例中，密封组件301也耦接到ESC基座组件105的出口256。在可与本文所述的其他实施例结合的又一实施例中，基板支撑组件101包括耦接到ESC基座组件105的入口254的一个密封组件301，以及耦接到ESC基座组件105的出口256的另一个密封组件301。
接口块270包括两个真空管276，即，第一真空管276a和第二真空管276b。第一真空管276a连接到基座入口导管123，使得低温冷却器117与入口通路258流体连通。第二真空管276b连接到基座出口导管125，使得低温冷却器117与出口通路260流体连通。第一真空管276a连接到与真空源284流体连通的真空导管280。第二真空管278b连接到与真空源284流体连通的真空导管282。
接口组件305将一个或多个真空管276耦接到接地板111和绝缘管328。在可与本文所述的其他实施例结合的一个实施例中，基板支撑组件101包括将第一真空管276a耦接到具有入口通路258设置在其中的绝缘管328的接口组件305。在可与本文所述的其他实施例结合的另一实施例中，基板支撑组件101包括将第二真空管276b耦接到具有出口通路260设置在其中的绝缘管328的接口组件305。在可与本文所述的其他实施例结合的又一实施例中，基板支撑组件101包括将第一真空管276a耦接到具有入口通路258设置在其中的绝缘管328的一个接口组件305，以及将第二真空管278b耦接到具有出口通路260设置在其中的绝缘管328的另一接口组件305。
真空区域222连接到真空通路262。真空通路262由设施板107的内表面207、绝缘板109的内表面209、接地板111的内表面211、入口通路258、和出口通路260限定。真空通路262穿过两个真空管276耦接到真空源284。将真空源284耦接到真空区域222和真空通路262使得能够在两个真空管276中保持不依赖于处理区域110的压力的压力。
基板支撑组件101还包括用于容纳升举销(未示出)的一个或多个升举销组件286，以将基板124提升到ESC 103的支撑表面130上方，以促进机器人转移进和转移出等离子体处理腔室100。一个或多个升举销组件286中的每一个包括升举销引导件288，升举销引导件288穿过ESC 103、ESC基座组件105、设施板107、绝缘板109、和接地板111设置。设置穿过ESC基座组件105的升举销引导件288的一部分290被将升举销引导件288保持在适当位置的螺纹衬套292包围。升降销引导件288通过密封件232耦接到ESC 103以保持腔室真空和绝缘真空分隔。ESC 103可包括一个或多个气体通路，用于将诸如氦气的背侧传热气体提供到限定在基板124和ESC 103的支撑表面130之间的间隙空间。一个或多个气体通路中的每一个设置为穿过ESC 103、ESC基座组件105、设施板107、绝缘板109、和接地板111。一个或多个气体通路中的每一个通过密封件232耦接到ESC 103以维持真空区域222中的压力。
设施板107包括凹部296和设置在绝缘板109和设施板107之间的密封件294。耦接到设施板107的绝缘板109的表面205与设施板107共形。凹部296和绝缘板109提供了设施板107的减小的厚度201和绝缘板109的增加的厚度203。设施板107的减小的厚度201和绝缘板109的增加的厚度203减小了穿过设施板107的下部绝缘体212中的第一孔208设置的第一绝缘线204的长度和穿过绝缘板109设置的第一绝缘线204的长度。减小穿过第一孔208设置的第一绝缘线204的长度会降低RF热设施板107的第一孔208中从通过吸附电源134提供给第一绝缘线204的电压的电弧电位。绝缘板109的外部269可包括与绝缘板109的内部271的材料不同的材料。外部269可包括含氧化铝(AlO2)的材料，并且绝缘板109的内部271可包括含聚苯乙烯的材料。
如图2B所示，基板支撑组件101包括保护盖285。保护盖285设置在接口组件305上放(图3E-图3G中示出)。保护盖285包括绝缘材料，例如聚四氟乙烯(PTFE)。在基板支撑组件101的封装、运输、和传送期间使用保护盖。
图3A是密封组件301的示意性截面图。如上所述，密封组件301可耦接到ESC基座组件105的入口254或出口256。一个密封组件301可耦接到ESC基座组件105的入口254，并且另一密封组件301可耦接到ESC基座组件105的出口256。
密封组件301包括上凸缘302。上凸缘302耦接到ESC基座组件105。在可与本文所述的其他实施例结合的一个实施例中，上凸缘302耦接到ESC基座组件105的入口254。在可与本文所述的其他实施例结合的另一实施例中，上凸缘302耦接到ESC基座组件105的出口256。上凸缘302设置在设施板107中。在可以与本文所述的其他实施例结合的一个实施例中，上凸缘302被焊接或铜焊(brazed)到ESC基座组件105。
密封组件301包括下凸缘304。下凸缘304耦接到上凸缘302。下凸缘304设置在设施板中。下凸缘304以多个紧固件324耦接到上凸缘302。多个紧固件324可以是六角螺钉(hexsocket screws)。多个紧固件324与多个垫圈326接触。多个紧固件324设置在多个孔327中。多个孔327穿过下凸缘304和上凸缘302设置。多个孔327可带有螺纹，使得多个紧固件324保持在多个孔327中。
下凸缘304包括但不限于镍钴铁合金(nickel-cobalt ferrous alloy)或镍铁铁合金(nickel-iron ferrous alloy)中的一种或多种。镍钴铁合金可包括镍、铁、钴、碳、硅、和锰中的一种或多种。镍铁铁合金可以是FeNi36。或者，下凸缘304完全由镍钴铁合金、完全由镍铁铁合金、或镍钴铁合金和镍铁铁合金的组合所形成。
密封组件301包括设置在上凸缘302和下凸缘304之间的垫片322。垫片322包括但不限于金属材料。例如，金属材料是铜材料。
下凸缘304耦接到绝缘管128。绝缘管328包括陶瓷材料，例如碳化硅材料。例如，绝缘管328是SC-30。绝缘管328为基座流体提供经由入口通路258和出口通路260进入和离开ESC基座组件105馈通。在可与本文所述的其他实施例结合的一个实施例中，入口通路258以密封组件301耦接到基座通道115。在可与本文所述的其他实施例结合的另一实施例中，出口通路260以密封组件301耦接到基座通道115。在可与本文所述的其他实施例结合的又一实施例中，入口通路258和出口通路260以两个密封组件301耦接到基座通道115。
绝缘体330围绕绝缘管328。绝缘体330包括但不限于例如聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)、或聚酰亚胺基塑料的绝缘材料。绝缘体330对穿过入口通路258和出口通路260的基座流体提供绝缘。绝缘体330可包括耦接在一起的半部。
入口通路258连接到入口254。入口通路258由上凸缘302、垫片322、下凸缘304、和绝缘管328的连接的开口限定。基座流体流过上凸缘302、垫片322、下凸缘304和绝缘管328的连接的开口。出口通路260连接到出口256。出口通路260由上凸缘302、垫片322、下凸缘304和绝缘管328的连接的开口界定。基座流体流过上凸缘302、垫片322、下凸缘304和绝缘管328的连接的开口。
密封组件301提供密封，使得穿过设施板107、绝缘板109、和接地板111设置的入口通路258可以将基座流体提供到基座通道115。基座流体穿过入口通路258提供到基座通道115的入口254。密封组件301进一步提供密封，使得穿过设施板107、绝缘板109、和接地板111设置的出口通路260可以将基座流体从基座通道115移除。基座流体通过出口通路260从基座通道115的出口256移除。
此外，密封组件301防止真空区域222和真空通路262中的真空泄漏。真空通路262连接到真空区域222。真空通路262进一步由设施板107的内表面207、上凸缘302、垫片322、下凸缘304和绝缘管328限定。
密封组件301在ESC基座组件105和设施板107之间提供密封。基座通道115加工在ESC基座组件105中。基座通道115可以与盖303接合、焊接或铜焊。密封组件301可操作以将基座流体保持在基座流体温度。
图3B是图3A中所示的上凸缘302的示意性截面图。在可以与本文所述的其他实施例结合的一个实施例中，上凸缘302在多个焊接点310处被焊接(例如使用爆炸焊接处理)到ESC基座组件105。上凸缘302也可以铜焊到ESC基座组件105。多个焊接点310在约0.09英寸和约0.15英寸之间。上凸缘302以凹入长度312凹入ESC基座组件105。凹入长度在约0.05英寸和约0.12英寸之间。上凸缘302具有在约0.28英寸和约0.48英寸之间的上凸缘长度314。上凸缘302的上凸缘宽度316在约1.33英寸和约2.12英寸之间。
如图3B所示，上凸缘302包括顶部分318和底部分320。顶部分318耦接到ESC基座组件105。上凸缘302的底部分320与垫片322接触。顶部分318包括但不限于金属材料。在一个示例中，顶部分318是铝。在另一示例中，部分318是不锈钢或钛。底部分320包括但不限于金属材料。当顶部分318为铝时，底部分为不锈钢、钛、或其组合。当顶部分318是不锈钢或钛时，顶部分318通过爆炸焊接处理耦接到ESC基座组件105。在又另一示例中，顶部分318和底部分320两者可以具有相同的材料，例如金属材料。底部分320通过接合区域319耦接到顶部分318。接合区域319利用诸如爆炸焊接处理的焊接处理将底部分320耦接到顶部分318。
图3C和图3D是多个接合层332的示意性截面图。接合层可以是如图3C所示的平面的，或如图3D所示的阶梯状的。由于温度循环，阶梯状表面可以改善零件锁定和横向移动。阶梯状表面还可改善接合表面区域和气密密封。下凸缘304通过多个接合层332耦接到绝缘管328。多个接合层332包括多个金属化层334。多个金属化层334包括但不限于Mo-Mn或其组合。多个金属化层334包括从约0.0001英寸到约0.0005英寸的金属化层厚度336。多个金属化层334通过焊料填充物338接合在一起。焊料填充物338包括但不限于锡、铟或其组合。例如，焊料填充物338是含Sn、Ag、和Ti的合金。焊料填充物338具有约140℃至约150℃的接合温度。焊料填充物338包括从约0.001英寸到约0.003英寸的焊料填充物厚度340。多个接合层332降低了下凸缘304到绝缘管328之间的接合处的应力。
图3E-图3G是接口组件305的示意性截面图。尽管图3E-图3G中示出了两个接口组件305，但是基板支撑组件101可包括一个接口组件305。接口组件305将以下中的一者耦接到接地板111：第一真空管276a、第二真空管276b或第一真空管276a和第二真空管276b两者。接口组件305将以下中的一者耦接到绝缘管128：第一真空管276a、第二真空管276b或第一真空管276a和第二真空管276b两者。一个或多个真空入口管276各自包括设置在其中的制冷剂管线346。制冷剂管线346与低温冷却器117流体连通。在可与本文所述的其他实施例结合的一个实施例中，制冷剂管线346将基座流体供应到入口通路258。在可与本文所述的其他实施例结合的另一实施例中，制冷剂管线346接收来自出口通路260的基座流体。接口组件305被包括在接口块270中。
在可与本文所述的其他实施例结合的一个实施例中，与入口通路258流体连通的制冷剂管线346以接口组件305耦接到接地板111。在可与本文所述的其他实施例结合的另一实施例中，与出口通路260流体连通的制冷剂管线346以接口组件305耦接到接地板111。在可与本文所述的其他实施例结合的又一实施例中，与入口通路258流体连通的制冷剂管线346和与出口通路260流体连通的另一制冷剂管线346以两个接口组件305耦接到接地板111。
接口组件305包括接口凸缘350。接口凸缘350耦接到绝缘管328。接口凸缘350设置在接地板111中。如图3C所示，接口凸缘350以多个接合层332耦接到绝缘管328。多个金属化层334通过焊料填充物338接合在一起。多个接合层332降低了接口凸缘350到绝缘管328之间的接合处的应力。
接口凸缘350包括但不限于镍钴铁合金或镍铁铁合金中的一种或多种。镍钴铁合金可包括镍、铁、钴、碳、硅、和锰中的一种或多种。镍铁铁合金可以是FeNi36。接口凸缘350可以完全由镍钴铁合金形成、完全由镍铁铁合金形成、或由镍钴铁合金和镍铁铁合金的组合形成。接口凸缘350可以是可旋转的。下凸缘和接口凸缘350可以由相同的材料构成，例如镍钴铁合金。
接口组件305包括外环354。外环354耦接到接口凸缘350。外环354包括但不限于金属材料。例如，金属材料可以是不锈钢。外环354可包括彼此耦接在一起的半部。
接口组件305包括制冷剂凸缘356。制冷剂凸缘356耦接到接口凸缘350。制冷剂凸缘356为基座流体进入绝缘管328和/或离开绝缘管328提供接口。制冷剂凸缘356以多个紧固件358耦接到接口凸缘350。多个紧固件358穿过外环354设置。多个紧固件与多个垫圈360接触。多个紧固件358设置在多个孔359中。多个孔359穿过制冷剂凸缘356和接口凸缘350设置。多个孔359可带有螺纹，使得多个紧固件358保持在多个孔359中。
接口组件305包括设置在接口凸缘350和制冷剂凸缘356之间的接口垫片362。接口垫片362包括但不限于金属材料。例如，金属材料是铜材料。
在可与本文所述的其他实施例结合的一个实施例中，接口组件305提供接口，使得穿过设施板107、绝缘板109、和接地板111设置的入口通路258可以将基座流体提供到基座通道115。入口通路258耦接到入口254。入口通路258进一步由接口凸缘350、制冷剂凸缘356和接口垫片362的连接的开口限定。基座流体流过入口接口凸缘350、供应凸缘356、和接口垫片362的连接的开口。
在可与本文所述的其他实施例结合的另一实施例中，接口组件305提供接口，使得穿过设施板107、绝缘板109、和接地板111设置的出口通路260可以将基座流体从基座通道115移除。出口通路260连接到出口256。出口通路260进一步由接口凸缘350、制冷剂凸缘356、和接口垫片362的连接的开口界定。基座流体流过接口凸缘350、制冷剂凸缘356、和接口垫片362的连接的开口。
接口组件305包括组合凸缘364。接口组件305的组合凸缘364将以下中的一者耦接到接地板111：第一真空管276a、第二真空管276b、或第一真空管276a和第二真空管276b两者。制冷剂凸缘356设置在组合凸缘364中。接口组件305压缩制冷剂凸缘356使得制冷剂管线346与入口通路258流体连通和/或压缩制冷剂凸缘356使得制冷剂管线346与出口通路258流体连通。接口组件305可压缩制冷剂凸缘356使得制冷剂管线346与入口通路258流体连通，并且另一接口组件305可压缩制冷剂凸缘356使得制冷剂管线346与出口通路258流体连通。
组合凸缘364以多个紧固件365耦接到接地板111。多个紧固件365可以是螺栓。多个紧固件365可以是装载有弹簧的。多个紧固件365设置在多个孔367中。多个孔367穿过组合凸缘364和接地板111设置。多个孔367可带有螺纹，使得多个紧固件365保持在多个孔367中。组合凸缘包括热接口垫361。
一个或多个真空管276结合、焊接或铜焊到组合凸缘364。制冷剂管线346穿过一个或多个真空管276。一个或多个真空管276连接到真空通路262。真空通路262进一步由绝缘板109的内表面209、接地板111的内表面211、接口凸缘350、外环354、制冷剂凸缘356和组合凸缘364限定。
如图3E和图3F所示，接口组件305包括绝缘环366。绝缘环366围绕制冷剂管线346。绝缘环366包括但不限于诸如聚四氟乙烯(PTFE)的绝缘材料。绝缘环366为基座流体提供绝缘。真空通路262穿过绝缘环366进入一个或多个真空管276。
如图3E所示，RF垫片378设置在组合凸缘364中。支架380以多个紧固件355耦接到接口组件305的外环354。支架380耦接到两个接口组件305的外环。支架380包括但不限于铝材料。支架380与RF垫片378接触以提供RF接地。
如图3F所示，RF垫片378设置在组合凸缘364中。支架381耦接到接口组件305的制冷剂凸缘356。支架381以多个紧固件382耦接到制冷剂凸缘356。支架381耦接到两个接口组件305的制冷剂凸缘356。多个紧固件382穿过制冷剂凸缘356设置，使得支架381与制冷剂凸缘356接触。支架381包括但不限于铝材料。支架381与RF垫片378接触以提供RF接地。
如图3G所示，接触环372与多个紧固件358接触。接触环372包括但不限于金属材料。例如，金属材料可以是不锈钢。接触环372接触多个紧固件358以用于RF接地。接触环372以支撑接触环372的多个螺钉374与多个紧固件358保持接触。多个螺钉374可以是肩螺钉(shoulder screws)并包括但不限于金属材料。例如，金属材料可以是不锈钢。多个螺钉374将接触环372耦接到组合凸缘364。多个螺钉374包括多个弹簧375。多个弹簧375是缠绕在多个螺钉374中的每个螺钉274周围的不锈钢压缩弹簧。多个弹簧375允许接触环372保持与多个紧固件358接触。
图3H是一个或多个真空管276，即第一真空管276a和第二真空管276b的示意性截面图。如图3H所示，一个或多个真空管276耦接到组合凸缘364。一个或多个制冷剂管线346耦接到制冷剂凸缘356。一个或多个制冷剂管线346中的一者设置在第一真空管276a内。一个或多个制冷剂管线346中的一者设置在第二真空管276b内。一个或多个制冷剂管线346包括刚性管368。每个刚性管368都耦接到制冷剂凸缘356。一个或多个制冷剂管线346包括柔性部分369。一个或多个真空管276包括真空装配凸缘370。真空装配凸缘370可耦接到基座入口导管123或基座出口导管125。
总结而言，提供了一种基板支撑组件，其实现ESC的操作，使得设置在其上的基板保持在基板温度，而处理腔室的其他表面保持在不同的温度。基板支撑组件设置在处理腔室中，包括ESC 103、耦接到ESC 103和设施板107的ESC基座组件105、以及耦接到接地板111的绝缘板109。流过耦接到ESC 103的ESC基座组件105的基座通道的基座流体使得ESC基座组件105能够保持在基座温度。密封组件301提供密封，使得基座流体可以穿过绝缘管328到达基座通道115并流出另一个绝缘管328。绝缘体330使流过绝缘管328的基座流体绝缘。绝缘体330可包括碳化硅材料。接口组件305以组合凸缘364将一个或多个真空管276耦接到接地板111。制冷剂凸缘356设置在组合凸缘364中。制冷剂管线346设置在一个或多个真空管276中的每一者中。
如本文所述，基板支撑组件将基座流体输送到ESC基座组件的基座通道。基座流体可包括可以将基座流体温度保持在低于-50摄氏度的材料，因此需要基板支撑组件来解决基座流体和基板支撑组件的各种组件之间的大温差。此外，如本文所述，基板支撑组件防止真空区域和真空通路发生真空泄漏，从而为基座流体提供热绝缘。当基座流体流向ESC基座组件时，密封组件和接口组件提供密封的绝缘环境，该环境将基座流体传输到基座通道并保护基板支撑组件的各种周围组件免受基座流体温度的影响。
尽管前述内容是针对本公开的示例，但可在不脱离本公开的基本范围的情况下设计其他和进一步的示例，并且其范围由随附权利要求来确定。

Claims (20)

1.一种基板支撑组件，包括：
静电吸盘(ESC)基座组件，所述ESC基座组件具有设置在其中的基座通道；
设施板，所述设施板与所述ESC基座组件耦接，所述设施板与所述ESC基座组件之间具有真空区域；
密封组件，所述密封组件包括：
上凸缘，所述上凸缘耦接到所述ESC基座组件的所述基座通道，所述上凸缘设置在所述设施板中；
下凸缘，所述下凸缘耦接到所述上凸缘，所述下凸缘设置在所述设施板中；
垫片，所述垫片设置在所述上凸缘和所述下凸缘之间；以及
绝缘管，所述绝缘管耦接到所述下凸缘；
通路，所述通路连接到所述基座通道，所述通路由所述上凸缘、所述垫片、所述下凸缘、所述绝缘管、和所述基座组件的连接的开口限定。
2.如权利要求1所述的基板支撑组件，进一步包括：
真空通路，所述真空通路连接到所述真空区域，其中所述真空通路由所述设施板的内表面、所述上凸缘、所述垫片、所述下凸缘、和所述绝缘管限定。
3.如权利要求2所述的基板支撑组件，进一步包括：
绝缘板，所述绝缘板耦接到所述设施板；
接地板，所述接地板耦接到所述绝缘板；
接口组件，所述接口组件包括：
接口凸缘，所述接口凸缘耦接到所述绝缘管，所述接口凸缘设置在所述接地板中；
外环，所述外环设置在所述接口凸缘周围；
制冷剂凸缘，所述制冷剂凸缘耦接到所述接口凸缘；
接口垫片，所述接口垫片设置在所述接口凸缘和所述制冷剂凸缘之间，其中：
所述通路进一步由所述接口凸缘、所述制冷剂凸缘、和所述接口垫片的连接的开口限定；以及
组合凸缘，所述组合凸缘耦接到所述接地板，所述制冷剂凸缘设置在所述组合凸缘中。
4.如权利要求3所述的基板支撑组件，其中所述真空通路进一步由所述绝缘板的内表面、所述接地板的内表面、所述接口凸缘、所述外环、所述制冷剂凸缘和所述组合凸缘限定。
5.如权利要求4所述的基板支撑组件，进一步包括：
制冷剂管线，所述制冷剂管线耦接到所述制冷剂凸缘，所述制冷剂管线与所述通路流体连通；以及
真空管，所述真空管耦接到所述组合凸缘，所述制冷剂管线设置在所述真空管中，所述真空通路与所述真空管流体连通。
6.如权利要求5所述的基板支撑组件，其中所述制冷剂管线与低温冷却器流体连通，并且所述真空管与真空源流体连通。
7.如权利要求3所述的基板支撑组件，其中绝缘环设置在所述组合凸缘中。
8.如权利要求3所述的基板支撑组件，其中所述接口凸缘以多个接合层耦接到所述绝缘管。
9.如权利要求2所述的基板支撑组件，其中所述下凸缘和所述接口凸缘是相同的材料。
10.如权利要求1所述的基板支撑组件，其中所述设施板以一个或多个第一螺钉组件耦接到所述ESC基座组件。
11.如权利要求1所述的基板支撑组件，其中所述上凸缘以多个焊接点耦接到所述ESC基座板，或者所述上凸缘铜焊(brazed)到所述ESC基座板。
12.如权利要求1所述的基板支撑组件，其中所述上凸缘包括顶部分和底部分，所述顶部分包括铝材料，所述底部分包括不锈钢、钛或其组合。
13.如权利要求1所述的基板支撑组件，所述下凸缘以多个紧固件耦接到所述上凸缘。
14.如权利要求1所述的基板支撑组件，其中所述绝缘管以多个接合层耦接到所述下凸缘，所述多个接合层包括多个金属化层和设置在所述多个接合层之间的焊料填充物。
15.如权利要求1所述的基板支撑组件，其中所述绝缘管包括碳化硅。
16.一种基板支撑组件，包括：
静电吸盘(ESC)基座组件，所述ESC基座组件具有设置在其中的基座通道；
设施板，所述设施板与所述ESC基座组件耦接，所述设施板与所述ESC基座组件之间具有真空区域；
绝缘板，所述绝缘板耦接到所述设施板；
接地板，所述接地板耦接到所述绝缘板；
接口组件，所述接口组件包括：
接口凸缘，所述接口凸缘耦接到穿过所述绝缘板设置的绝缘管，所述接口凸缘设置在所述接地板中；
外环，所述外环设置在所述接口凸缘周围；
制冷剂凸缘，所述制冷剂凸缘耦接到所述接口凸缘；
接口垫片，所述接口垫片设置在所述接口凸缘和所述制冷剂凸缘之间，其中：
连接到所述ESC基座组件的所述基座通道的通路由所述接口凸缘、所述制冷剂凸缘、所述接口垫片、和所述基座通道的连接的开口限定；
组合凸缘，所述组合凸缘耦接到所述接地板，所述制冷剂凸缘设置在所述组合凸缘中；以及
真空通路，所述真空通路连接到所述真空区域，其中：
所述真空通路由所述设施板的内表面、所述绝缘板的内表面、所述接地板的内表面、所述接口凸缘、所述外环、所述制冷剂凸缘、所述绝缘管、和所述组合凸缘限定。
17.如权利要求16所述的基板支撑组件，其中耦接至RF垫片和所述外环的支架提供RF接地，所述支架以多个紧固件耦接至所述外环。
18.如权利要求16所述的基板支撑组件，其中耦接至RF垫片和所述制冷剂凸缘的支架提供RF接地，所述支架以多个紧固件耦接至所述制冷剂凸缘。
19.如权利要求16所述的基板支撑组件，其中接触环与多个紧固件接触，所述多个紧固件将所述制冷剂凸缘耦接到所述接口凸缘，所述接触环由穿过所述组合凸缘设置的多个螺钉支撑，所述多个螺钉包括设置在所述多个螺钉周围的多个弹簧。
20.一种基板支撑组件，包括：
静电吸盘(ESC)基座组件，所述ESC基座组件具有设置在其中的基座通道；
设施板，所述设施板与所述ESC基座组件耦接，所述设施板与所述ESC基座组件之间具有真空区域；
制冷剂管线，所述制冷剂管线耦接到设置在组合凸缘中的制冷剂凸缘，所述制冷剂管线与通路流体连通，其中：
所述通路与所述ESC基座组件的所述基座通道连接，所述通路由所述制冷剂凸缘和所述基座通道的连接的开口限定；以及
真空管，所述真空管耦接到所述组合凸缘，所述制冷剂管线设置在所述真空管中，所述真空管与真空通路流体连通，其中：
所述真空通路由所述设施板的内表面、所述制冷剂凸缘、和所述组合凸缘限定。
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