CN212365925U - 一种支撑基座 - Google Patents

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斯坦顿·霍普金斯·布雷特洛
穆罕默德·诺斯拉蒂
凯文·史密斯
布里塔尼·菲利普斯
肯恩·艾姆斯
帕特里克·马尔加维
库尔特·英格兰
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Abstract

本公开提供了一种支撑基座，其包括支撑构件，该支撑构件包括具有至少两个区的电阻层、布线层和多个导电过孔。电阻层和布线层布置在支撑构件的不同平面中并且通过多个过孔连接。电阻层的区的数量大于或等于联接到布线层的导线的数量。布线层可包括从布线层的中心区域延伸的多个臂部分。支撑基座还可以包括沿着与布线层相同的平面布置的第二电阻层。

Description

一种支撑基座
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年11月21日提交的，标题为“Multi-Zone Ceramic Pedestal”的美国临时申请62/589,023的优先权和权益，其内容通过引用整体并入到本文中。
技术领域
本公开总体涉及半导体加工设备，更具体地涉及衬底支撑基座，用于支撑和加热其上的衬底，例如晶片。
背景技术
本部分的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
用于半导体加工的晶片支撑组件(例如基座)布置在半导体加工室中，并且通常包括晶片支撑部分和固定到晶片支撑部分的中心区域的轴。晶片支撑部分可以包括用于生成热量的电阻加热元件和用于将电阻加热元件连接到外部电源的电端子。电端子布置在晶片支撑部分的中心区域附近并在轴中延伸。电阻加热元件设置在晶片支撑部分的中心区域的外部，并且通常由于在中心轴区域附近存在电端子而没有电阻加热元件。结果，通常在中心区域产生冷点，因此将中心区域的尺寸制成相对较小，以减小冷点的面积。
然而，中心区域减小的尺寸限制了可设置在中心区域中的电端子的数量，并且因此限制了可独立控制的加热区的数量。由于将温度感测装置集成到基座和轴区域附近的冷区域中的复杂性，常规晶片支撑基座通常配置成仅提供一个或两个加热区。在有限的加热区的情况下，由于可能存在于半导体加工室中影响晶片支撑部分的局部温度的各种因素，不能在晶片支撑部分上提供预定的加热分布。
此外，中心区域减小的尺寸还限制了可用于监测晶片支撑部分的温度的温度传感器的数量。有限数量的温度传感器不能精确地监测晶片支撑部分的温度。因此，晶片支撑部分的电阻加热元件通常使用比率控制 (即开环)来操作。
实用新型内容
本公开提供了一种支撑基座，其包括支撑构件，该支撑构件包括具有至少两个区的电阻层、布线层和多个导电过孔(conductive via)。电阻层和布线层布置在支撑构件的不同平面中并且通过多个过孔连接。电阻层的区的数量大于或等于联接到布线层的导线的数量。
在一种形式中，电阻层和布线层布置在法向于支撑构件的平面中并且重叠成使得电阻层在支撑构件的中心区域上延伸。
在另一种形式中，支撑构件包括具有相对表面的主衬底。电阻层和布线层布置在主衬底的相对表面上，并且多个导电过孔延伸穿过主衬底。在这种形式中，多个导电过孔可以垂直于相对表面布置。
在另一种形式中，电阻层包括限定多个加热区的多个电阻加热元件，并且布线层包括中心部分和从该中心部分延伸的多个臂部分。多个臂部分电连接至加热区，并且臂部分的数量与电阻加热元件的数量相对应。支撑构件还可以包括连接到布线层的中心部分的多个电端子。
在又一种形式中，支撑构件包括限定顶表面和底表面的主衬底。主衬底还限定了用于在其中接收导电过孔的多个过孔孔隙、以及通向底表面的多个盲凹部。多个过孔孔隙可以从主衬底的顶表面延伸到底表面，并且与主衬底的顶表面和底表面齐平。此外，可以提供插入到盲凹部中的电端子。布线层可以包括多个臂部分，每个臂部分具有连接到一对导电过孔的一端和连接到一对电端子的另一端。电端子可以与主衬底的底表面齐平。
在又一种形式中，支撑构件还包括顶层、主衬底和底层，其中电阻层布置在顶层和主衬底之间，并且布线层布置在主衬底和底层之间。
在另一种形式中，支撑基座还包括沿着与布线层相同的平面布置的第二电阻层。在这种形式中，布线层具有比第二电阻层的电阻更高的电阻，并且或者与第二电阻层的一部分重叠或者与第二电阻层邻接。在另一种形式中，过渡迹线沿着与第二电阻层和布线层相同的平面布置，并且过渡迹线的电阻小于或等于第二电阻层的电阻。
在另一种形式中，电阻层具有一个或多个双线加热器配置、用于将电阻层连接到外部电源的矩阵布线配置、以及用于将电阻层连接到外部电源的多级并联布线配置。
本公开还提供了一种支撑基座，其包括限定多个加热区的多个电阻加热元件、包括中心部分和从中心部分延伸的多个臂部分的布线层、布置在多个电阻加热元件和布线层之间的主衬底、以及延伸穿过主衬底并且连接到多个电阻加热元件的多对导电过孔。每个臂部分连接至对应的一对导电过孔，并且加热区的数量大于或等于联接至布线层的导线的数量。
在各种形式中，可以提供控制系统，其包括用于调节到电阻层的加热元件的功率的多个功率转换器。
本公开还提供了一种支撑基座，其支撑基座包括具有第一表面和第二表面的衬底、具有至少两个区并且布置在衬底的第一表面上的第一电阻层、具有至少两个区并且布置在衬底的第二表面上的第二电阻层、以及布置在与第二电阻层相同的平面上的布线层。多个导电过孔将布线层电联接到第一电阻层。第一电阻层和第二电阻层中的至少一个的区的数量大于或等于联接到布线层的导线的数量。
从本文提供的描述中，进一步的应用领域将变得显而易见。应当理解，描述和具体示例仅用于说明目的，而非旨在限制本公开的范围。
附图说明
从详细描述和附图中，将更完全地理解本公开，其中：
图1是根据本公开的教导构造的支撑基座的俯视图；
图2是图1的支撑基座的侧视图；
图3是图1和图2的支撑基座的支撑构件的分解图；
图4是图3的支撑构件的导电过孔的分解立体图；
图5是图3的支撑构件的电端子的立体图；
图6是图3的支撑构件的主衬底的俯视立体图；
图7是图6的主衬底的仰视立体图；
图8是图3的支撑构件的主衬底和多个导电过孔的俯视立体图；
图9是图8的部分A的放大横截面图，示出了导电过孔插入到主衬底的过孔中；
图10是形成在图3的支撑构件的主衬底上的电阻层的立体图；
图11是图3的支撑构件的顶层和主衬底的立体图；
图12是结合在一起以形成单片板的顶层和主衬底的立体图；
图13是图1的支撑基座的横截面图；
图14是图13的部分B的放大横截面图；
图15是图14的部分C的放大横截面图；
图16是图3的支撑构件的局部横截面图，示出了插入主衬底中的导电过孔和两个电端子；
图17是图16的部分D的放大横截面图；
图18是图3的支撑构件的示意图，示出了电阻层、导电过孔、布线层、电端子以及电缆与外部电源之间的连接；
图19和20是支撑构件的变型的示意图，其中图19示出了主衬底、电阻层和顶层的俯视立体图，图20示出了主衬底、布线层和底层的仰视立体图；
图21是用于控制图3的支撑基座的电阻层的布线结构的示意图；
图22是根据本公开的教导的具有功率转换器系统的控制系统的框图；
图23是根据本公开的教导的功率转换器系统的功率转换器的框图；
图24A、图24B、图24C和图24D示出了根据本公开的教导的基于不同输入条件的功率转换器的不同输出电压的波形；
图25示出了根据本公开的教导的用于厚布线层的两层基座；
图26和图27示出了由布线层引起的基座的热点；以及
图28示出了根据本公开的教导的薄加热层和厚布线层配置；
在附图的几个视图中，相应的附图标记指示对应的部件。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，并且不旨在限制本公开、应用或用途。
参考图1至图2，根据本公开的教导构造的支撑基座10可用于半导体加工室中，用于支撑和加热其上的加热靶标，例如晶片。支撑基座10 包括支撑构件12和附接到支撑构件12的中心区域15的管状轴14。支撑构件12包括顶表面16和底表面18，顶表面16用于支撑其上的衬底，例如晶片(未示出)，管状轴14附接到底表面18。支撑基座10还包括多条电缆20，其容纳在管状轴14中并连接到外部电源，用于连接嵌入支撑构件12中的至少一个电子或电气元件/层24(图3中示出)。根据应用，该电气层24可以是电阻加热层、温度传感器、用于静电吸盘(ESC)的电极、或射频(RF)天线等。虽然未示出在附图中，但该支撑构件12可以可选地限定气体导管，用以容纳吹扫气体，以及真空导管，以提供对该晶片的真空夹持。
参考图3，在一种形式中，支撑构件12包括多个层，这些层被层压以形成整体结构。多个层包括按照从上到下的顺序布置的顶层22、用于生成热量的电阻层24、主衬底26、布线层28以及可选的底层30。电阻层24和布线层28布置在主衬底26的相对表面上，并且布置在不同的平面中。电阻层24包括多个电阻加热元件78，其可独立控制并限定多个加热区。在图3中，示出了六个电阻加热元件78，以限定六个电阻加热区。在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用任何数量的电阻加热元件78。同样，也可以使用多个衬底26，同时保持在本公开的范围内。
应当理解，支撑构件12不受该特定多层结构的限制，并且支撑构件 12还可以包括附加功能层(例如，结合层、介电层、感测层和保护层等)，同时仍然保持在本公开的范围内。在一种示例中，支撑构件12还包括集成射频(RF)栅格层，该栅格层电连接至接地端子以补偿由加工室所施加的RF等离子体或磁场。可替代地，电阻层24和/或布线层28是RF栅格层。通常，RF栅格层用作天线，以引导由加工室施加的RF等离子体或磁场穿过接地端子，并且屏蔽和保护加热器和传感器装置。
支撑构件12还包括布置在法向于支撑构件12的平面N中的多个导电过孔32(图3中仅示出一个)和多个电端子34(图3中仅示出一个)。多个导电过孔32延伸穿过主衬底26并且连接布置在主衬底26的相对侧 /表面上的电阻层24和布线层28。多个电端子34布置为与主衬底26的侧/表面相邻，其中布线层28布置为将布线层28连接到电缆20，电缆布置在中心区域15中并且进而连接到外部电源(未示出)。
布线层28可配置成包括中心部分80和从中心部分80沿基本径向方向延伸的多个臂部分82，用于接合对应的一对导电过孔32，并因此接合对应的电阻加热元件78。在这种形式中，布线层28的每个臂部分82是用于将对应的一对电端子34连接到对应的一对导电过孔32的布线电路，用于控制电阻层24的对应的加热区。
图3示出电阻层24包括六个独立控制的电阻加热元件78，布线层 28包括六个臂部分82。电阻层24可以具有任意数量的电阻加热元件78 和电阻加热区，而不脱离本公开的范围。布线层28的臂部分82的数量和导电过孔32的数量以及电端子34的数量取决于电阻加热元件78和加热区的数量。其中电阻层24包括限定(n)个加热区的(n)个电阻加热元件78，提供(2n)个导电过孔32和(2n)个电端子34，用于经由布线层28的(n)个臂部分82将(n)个电阻加热元件78连接到外部电源，其中每个臂部分82是布线电路。
电阻层24和布线层28布置在主衬底26的相对侧(例如，如图6和图7所示的主衬底26的顶表面60和底表面62)，使得电阻层24和布线层28垂直于与支撑构件12成法向的平面N定位。在这种布置中，布线层28与电阻层24重叠，并且允许电阻层24在支撑构件12的中心区域 15上延伸，尽管电端子34布置在中心区域15中，由此显著地减少或消除了中心区域15中的冷点。
顶层22、主衬底26和底层30可由陶瓷材料制成，例如氮化铝(AlN)，并且可以是烧结或机械加工的陶瓷板的形式。多个导电过孔32可以是单个导电插针的形式，或者可以形成为具有多个片。
参考图4，在一种形式中，多个导电过孔32各自包括过孔头部36和过孔基部38。过孔头部36包括扩大的头部部分40和附接到该扩大的头部部分40的圆柱形部分42。过孔基部38包括扩大的底部部分46和附接到该扩大的底部部分46的管状部分44。过孔基部38限定沿其长度延伸的通孔50，用于在其中接收过孔头部36的圆柱形部分42。过孔基部38 的扩大的底部部分46限定一对切口48，以帮助将布线层28固定到导电过孔32。导电过孔32各自包括顶表面70和底表面72。
参考图5，电端子34包括上部52和下部扩大部54。电端子34可以是插座的形式，该插座限定了用于接收对应的电缆20的端子端部92(如图14所示)的插入孔56。
参考图6和图7，主衬底26包括顶表面60、底表面62、延伸穿过主衬底26以用于接收多个导电过孔32的多个过孔孔隙(via aperture)64、通向底表面62以用于接收多个电端子34的多个盲凹部66、以及多个对准孔68。过孔孔隙64的数量对应于导电过孔32的数量。盲凹部66的数量对应于电端子34的数量。如图3清楚地所示，顶层22和底层30还具有与主衬底26的对准孔68对准的对应的对准孔68，以便于在将顶层22、主衬底26和底层30结合或烧结成一个整体单元时对准这些层。
参考图8和图9，多个过孔孔隙64配置成在其中接收多个导电过孔 32，导电过孔32的顶表面70和底表面72(更具体地，过孔头部36的顶表面70和过孔基部38的底表面72)分别与主衬底26的顶表面60和底表面62齐平。图8中示出了12个过孔孔隙64，以容纳12个导电过孔 32。过孔头部36可以通过任何常规固定方法固定到过孔基部38，固定方法包括但不限于螺纹连接、摩擦配合、熔焊和烧结。关于这种过孔的烧结的附加信息已经在申请人的同时提交的共同未决申请中公开，该申请的标题为“DUAL-PURPOSE VIAS FOR USE IN CERAMICPEDESTALS”，该申请与本公开共同拥有，并且其内容通过引用整体并入本文。盲凹部66、电端子34和布线层28的中心部分80布置在支撑构件12的中心区域15中。
应当理解，尽管过孔孔隙64示出为一直延伸穿过主衬底26(例如，从顶表面60延伸到底表面62)，但是过孔孔隙64可以仅部分地延伸到主衬底26中，使得每个过孔孔隙64仅通向主衬底26的顶表面60或底表面62，同时仍然保持在本公开的范围内。
参考图10，电阻层24布置在顶层22和主衬底26之间，并且可以通过例如物理气相沉积(PVD)、溅射、薄箔或本领域已知的任何方法形成在主衬底26的顶表面60上。
参考图11和图12，在电阻层24形成在主衬底26的顶表面60上之后，顶层22可以通过热压扩散黏结而结合到主衬底26的顶表面60，以将电阻层24封装在它们之间，并产生氮化铝(AlN)单片结构。可选地，底层30还可以在相同步骤或不同步骤中结合到主衬底26的底表面62，其中布线层28布置在主衬底26和底层30之间以将顶层22、电阻层24、主衬底26、布线层28和底层30结合在一起。类似地，布线层28可通过 PVD、溅射、薄箔或任何其它常规方法形成在主衬底26的底表面62上。
参照图13，管状轴14连接到支撑构件12，并且限定了其中布置有多个电缆20的接收空间90。
参照图14至图17，多个盲凹部66从主衬底26的底表面62凹进，以在其中接收多个电端子34。底层30包括与多个盲凹部66对准的多个通孔98。电缆20各自具有端子端部92，端子端部穿过底层30的通孔98 插入并进入接收在主衬底26的盲凹部66中的电端子34的插入孔56中，以在电缆20和电端子34之间建立电和物理连接。应当理解，电缆20的端子端部92可以使用任何常规方法连接到电端子34，而不限于本文公开的方法。
参考图18，电阻层24包括多个电阻加热元件78并且布置在布线层 28上方。电阻层24和布线层28布置在支撑构件12的不同平面中。因此，电阻层24可以在支撑构件12的中心区域15上延伸以减少中心区域15 中的冷点。在电阻层24和布线层28处于不同平面中的情况下，电阻加热元件78各自通过设置在法向于支撑构件12的平面N中的对应的一对导电过孔32连接到布线层28的对应的臂部分82。布线层28的每个臂部分82是布线电路，以将电阻加热元件78连接到布置在支撑构件12的中心区域15中的一对电端子34。电端子34连接到电缆20，电缆又连接到外部电源。
此外，在电阻层24和布线层28处于不同平面中的情况下，电阻层 24可以配置为与布线层28重叠，从而产生更多的可用于电阻层24的覆盖区域。因此，支撑构件12可配置成具有多个加热区，这些加热区具有分布到陶瓷衬底中的瓦数。此外，通过利用电阻加热元件78的电阻变化，具有多个加热区的电阻层24也可以用作温度传感器。因此，可以简化支撑构件12的布线结构，这将在下面更详细地描述。
参考图19和图20，根据本公开的教导构造的支撑构件的变型具有与图3的支撑构件12的结构类似的结构，除了主衬底具有用于在其中接收电阻层和布线层的沟槽。作为示例，支撑构件可以通过镶嵌制造工艺形成。在镶嵌工艺中，主衬底包括介电层，该介电层被图案化以形成具有金属层形状的沟槽，随后在沟槽中形成金属层。镶嵌工艺与光刻法相反，在光刻法中，首先通过使用光刻胶图案作为掩模在主衬底上形成金属图案，然后在金属图案周围印刷或沉积介电材料以形成平坦表面。
更具体地，支撑构件120包括按照从上到下的顺序布置的顶层122、电阻层124、主衬底126、布线层128和底层130。主衬底126具有相对的顶表面132和底表面134。顶表面132限定了第一沟槽136，第一沟槽具有与电阻层124的形状相对应的形状，用于在其中接收电阻层124。主衬底126的底表面134限定了第二沟槽138，第二沟槽具有与布线层128 的形状相对应的形状，用于在其中接收布线层128。电阻层124和布线层 128可以通过在第一沟槽136和第二沟槽138中的每一个中沉积一种或多种金属材料而分别形成在第一沟槽136和第二沟槽138中。可替代地，电阻层124和布线层128可以是具有期望形状/图案的金属片的形式，并且金属片被放置在第一沟槽136和第二沟槽138中。应该理解的是，多个
与图3的支撑构件12相似，支撑构件120包括多个导电过孔140，其以一种形式沿着平行于支撑构件120的方向N延伸，并且布置在穿过主衬底126的对应的过孔空腔(未示出)中。类似地，电端子142形成在主衬底126的底表面134处，以将布线层128连接到电缆(图19和图 20中未示出)。
顶层122、主衬底126和底层130由陶瓷材料制成，例如氮化铝(即，氧化铝)。顶层122、主衬底126和底层130可以各自是生坯陶瓷板，并且可以例如通过热压而烧结在一起，以形成单片陶瓷衬底，从而将电阻层124和布线层128封装在其中。
可替代地，顶层122、主衬底126和底层130是机械加工的陶瓷板，并且通过任何传统的结合方法结合在一起，例如热黏合和扩散黏结，而没有任何烧结过程。或可替代地，顶层122、主衬底126和底层130中的一个或多个处于生坯状态，而其它层是机械加工的板。机械加工的板可以通过热压扩散黏结而结合到烧结结构，以形成包括生坯板和烧结扩散黏结的混合结构。
在本公开的支撑构件12、120中，虽然在附图中没有具体描述和示出，但是在不脱离本公开的范围的情况下，可以在顶层、主衬底和底层的表面上形成一个或多个介电层，以使电阻层和布线层绝缘或者便于将电阻层和布线层结合到主衬底。多个导电过孔和电端子可以布置成在与支撑构件法向的平面N中延伸或者相对于法向平面N成一定角度地延伸，只要在不同平面中的电阻加热层和布线层可以连接并且布线层可以适当地连接到电缆即可。
参考图21，描述了用于控制具有多个加热区的电阻层24、124的控制系统。支撑构件12、120可以连接到控制系统，该控制系统通过使用自适应热系统(ATS)技术使用闭环控制来控制所有的加热区，而不需要额外的传感器。该自适应热系统将加热器设计与控制系统相结合，以在简化系统集成的同时提供差异化的闭环控制。电阻层24、124的电阻加热元件78包括具有相对较高的电阻温度系数(TCR)的材料，例如钼、钛、镍，使得电阻层24、124本身也可以用作传感器，以基于电阻加热电路的电阻变化来提供温度信息。
换句话说，电阻加热元件78的温度是经由具有相对较高的电阻温度系数的电阻加热元件的电阻变化来推断的。因此，不需要额外的温度传感器，例如热电偶，从而简化了支撑基座10中的布线连接。使用电阻加热元件78而不是热电偶可以提供更好的温度反馈和对多个加热区的闭环控制，以降低在较高温度下陶瓷破裂的风险。下面更详细地描述这种“双线”配置的各种形式。
此外，将矩阵和多级并联(multi-parallel)布线布局与定制控制算法集成。如图21所示，电阻加热元件78和用于将电阻加热元件78连接到外部电源的布线被布置成使得每对导线150具有连接在它们之间的电阻加热元件78。这种布线布置已经在标题为“Systemand Method for Control a Thermal Array”的美国专利9,123,755及其相关专利/申请中描述，这些专利/申请与本申请共同转让，并且其内容通过引用整体并入本文。该布线布置允许所有电阻加热元件78的同时功率控制和温度感测，以在支撑构件12、120的某些区域处的温度变得太高并且超过阈值温度时保护支撑构件12、120的陶瓷材料免于断裂。此外，该控制方案允许使用较少的布线，并具有更好的控制，以实现支撑基座10的更好的热性能。例如，在一种形式中，使用在此描述的布线布局可以连接的加热器的数量等于n (n-1)/2，其中n是布线的数量。因此，加热器/区的数量通常大于或等于导线的数量。
在本公开的一种形式中，电阻层24的电阻加热元件78用于生成热量和检测元件的温度。换句话说，电阻加热元件78是“双线”加热元件，使得它们用作加热器和温度传感器，其中仅有两条引线可操作地连接到加热元件而不是四条引线(例如，两条引线用于加热元件，两条引线用于独立的温度传感器)。例如在与本申请共同转让的美国专利7,196,295 中公开了这种双线能力，该专利的全部内容通过引用并入本文。
通常，与第一引线和第二引线通信的控制系统配置成测量两条引线之间的电压变化。更具体地，控制系统测量引线两端的毫伏(mV)变化，然后使用这些电压变化来计算电阻加热元件的平均温度。在一种形式中，控制系统可以测量电压变化而不中断到电阻加热元件的电力。这可以通过例如在AC输入功率信号的过零处进行读取来实现。在另一种形式中，电力中断，并且控制系统从加热模式切换到测量模式以测量电压的变化。一旦确定了平均温度，控制系统切换回到加热模式。
即使将相同的功率供应施加到加热元件，电阻层的不同加热元件也可以不以相同的速率加热。这可能由各种因素引起，例如加热元件相对于散热器的位置以及加热区中的制造不均匀性。当在相邻加热区之间出现显著的温度差时，由于相邻加热区中的热膨胀的显著差异而引起的诱发热机械应力可能导致加热板的陶瓷衬底中的裂纹。为了解决这个问题，在本公开的一种形式中，控制系统包括具有一个或多个功率转换器的功率转换系统，该功率转换器用于调节施加到电阻层的功率。
参照图22，控制系统包括控制器200和包括多个功率转换器204的功率转换器系统202。一个或多个功率转换器204连接到支撑基座206的电阻层的加热元件。每个功率转换器204可操作以将来自电源208的输入电压(VIN)调节至施加至加热元件的输出电压(VOUT)，其中输出电压小于或等于输入电压。
参考图23，给定的功率转换器204包括驱动器电路232和具有控制开关236的降压转换器(buck converter)234，控制开关236为场效晶体管。驱动器电路232基于来自控制器200的输入信号操作控制开关236。
通常，降压转换器234作为降压电压转换器，可操作以降低来自电源208的电压。具体地，来自电源208的AC电压(例如208VAC)被整流为DC电压，该DC电压然后由降压转换器234接收。基于控制开关236 的操作，降压转换器234降低来自电源208的电压并增加电流，并且将调节的电压和电流施加到相应的加热元件。控制开关的导通率 (conduction rate)控制输出电压的幅度，使得控制开关的低导通率输出低幅度输出电压，并且控制开关的高传导率输出高幅度输出电压。为了减小电压纹波，将由电容器或电容器和电感器的组合制成的滤波器添加到降压转换器234的输出和/或输入。关于功率转换系统的附加信息已经在申请人的共同未决申请中公开，该申请为美国序列号15/624,060，提交于2017年6月15日，标题为“POWER CONVERTER FOR A THERMAL SYSTEM”，其与本申请共同拥有，并且其内容通过引用整体并入本文。
控制器200包括电子器件，该电子器件包括微处理器和存储器，并且配置成控制由功率转换器系统202供应给电阻加热元件的功率。控制器200操作功率转换器系统202以基于来自基座的加热元件的反馈数据和预存储的控制算法和/或过程来调节施加到加热器元件的电压。反馈信息包括电阻、负载电流和/或电压中的至少一个。负载电流和/或电压可以由传感器电路238检测。
在本公开的一种形式中，使用缩放因子缩放来自电源208的输入电压，例如在美国专利7,257,464和8,423,193中所公开的，其与本申请共同转让，并且其内容通过引用整体并入本文。可以基于预设的用户值来缩放输入电压。预设用户值是最大电压输出电平和最大功率输出电平之一，或者通常可以是电流、电压或瓦数。在缩放电压和向加热器提供功率的同时测量电流。该缩放包括逐渐的斜升(ramp-up)以在斜升期间检测加热器特性。
在本公开的又一种形式中，控制器200基于来自传感器电路238的数据和加热元件的操作状态，例如加热器类型、开路加热器、短路加热器、启动、预热、稳定状态和/或加热器温度，确定给定功率转换器204 的期望输出电压。在该示例中，控制器配置为操作功率转换器以基于加热器的加热元件的温度来调节电压，使得来自给定功率转换器的功率匹配相应加热元件的温度变化。在另一种形式中，控制器以选定的占空比切换控制开关，其中占空比基于加热元件的操作模式确定。例如，图24A 至图24D分别示出了在启动模式、预热模式、稳态模式和扰动时向加热器的一个或多个加热元件提供功率的功率转换器的输出电压波形。如图所示，施加到加热元件的电压波形是不同的。电压根据加热元件的电阻、流过加热元件的电流和加热元件的温度而变化。在温度相对较低时的启动和预热期间，电压具有相对较小的幅度，因此瓦数相对较低。在稳态和扰动/浪涌期间，当温度相对高时，电压的幅度增加，导致更高的瓦数。关于这种控制方案的附加信息已经在申请人的共同未决的美国临时申请中公开，该临时申请的序列号为62/543,457，提交于2017年8月10日，标题为“SYSTEMAND METHOD FOR CONTROLLING POWER TO A HEATER”，该临时申请与本申请共同拥有，并且其内容通过引用整体并入本文。
通过具有功率转换器系统202，控制系统改变到加热元件的功率，以用于加热元件并且因此加热器的精确和更安全的控制。例如，可以向一个或多个加热元件供应较低的功率以最小化峰值电流，或者可以在加热的早期阶段和关闭期间提供较低的功率以防止加热板的衬底中的热裂纹。控制器200控制功率转换器系统202以输出不同的电压，并且因此控制各个加热区的温度。因此，控制系统调整不同区之间的温度差以在基座的整个加热器中提供均匀的温度。
如上所述，布线层28、128配置为将电阻加热元件78电联接到电端子34、142，以向电阻加热元件78供应电力。在理想的实施方式中，布线层28、128发出尽可能少的热，以不影响支撑构件12、122的热分布。然而，在一些实施方式中，布线层28、128可生成热，该热可引起沿布线层28、128的表面的“热点”，这些热点可转移到沿陶瓷基座的热点。
例如，图25示出了具有第一电阻层252、布线层256和第二电阻层 258的两层基座。在该示例中，第一电阻层252是布置在主衬底254上的顶部加热层，并且第二电阻层258是布置在衬底254的底表面上的底部加热层。顶部加热层252是六区加热器，其具有四个外扇形区、中间垫圈形区和内圆盘形区。底部加热层258是具有四个外扇形区的四区加热器。布线层256在主衬底254的中心区域与底部加热层258之间延伸，并且与底部加热层258在同一平面上。布线层256通过过孔电联接到顶部加热层252，并且通过电路迹线电联接到底部加热层258。使用上述布线布局，在一种形式中，顶部加热层252和/或底部加热层258的区的数量大于或等于联接至布线层的导线的数量。
通常，加热层的电路迹线非常薄(例如1-2mm)以产生必要的电阻来生成所需的瓦数。然而，对于布线层256，由于布线层256所承载的电流密度，薄迹线生成过多的热，并且因此在热分布中引起热点。例如，参照图26和图27，具有薄布线层迹线的支撑构件的基座表面的预期热分布包括由区1和2下方的布线层引起的热点260。
参照图25和图28，为了解决由于布线层256而引起的热点260和跨基座表面的变化温度，布线层256的厚度增加，而底部加热层258的厚度薄。例如，在本公开的一种形式中，布线层256由两层迹线(即，箔) 形成。具体地，在图28的(A)中，第一迹线282在第一厚度(例如， 2mm)形成底部加热层258和布线层256，具有第二厚度(例如，5mm) 的第二迹线284在形成布线层256的区域处被层叠在第一迹线282的顶部上。因此，底部加热层258具有用于生成必要热量的薄厚度(例如， 2mm)，并且布线层256具有厚厚度(例如，7mm)以显著减少或防止电流流过布线层256时的热量生成。
在本公开的另一种形式中，布线层256和底部加热层258由两条不同的迹线形成，其中过渡迹线连接加热层258和布线层256。具体地，在图28的(B)中，具有第一厚度(例如，2mm)的第一迹线286形成底部加热层258，而具有大于第一厚度的第二厚度(例如，5mm)的第二迹线288形成布线层256。具有大于或等于第一厚度(例如，7mm)的厚度的过渡迹线281形成了将加热层258和布线层256电联接的过渡区域。与(A)中的配置类似，加热层258具有薄厚度，布线层256具有厚厚度。
本公开的支撑基座10具有使所有功能层均处于生坯状态以及在热压过程中组合所有功能层的优点。一些层可以处于烧结状态并且通过扩散黏结而结合。因此，支撑构件12、120可以是生坯状态和烧结结合的混合体。双镶嵌薄膜工艺可以用于形成电阻层24、124、252和布线层28、 128、256。电阻层24、124、252和布线层28、128、256设置在不同的平面上，并且导电过孔32、132和电端子34、142用于将电阻层24、124、 252和布线层28、128、256连接到电缆20，然后连接到外部电源，从而简化了电阻层24、124、252与管状轴14中的电缆20的连接。利用简化的端子连接，可以形成更多的加热电路，并且因此可以在支撑构件12、120中设置更多的加热区，而不受加热电路与电缆20的连接的限制。
虽然支撑基座10已经被描述为用于半导体加工，但是应当理解，支撑基座10可以被修改，使得仅支撑构件12而没有管状轴14用于形成用于一般加热目的加热器。
虽然在附图中未示出，但是应当理解，其他结构可以集成在支撑基座10中，例如静电吸盘、冷却通道、RF天线和电子/固态器件。
应注意，本公开不限于作为示例描述和说明的各种形式。已经描述了多种修改，并且更多的修改是本领域技术人员的知识的一部分。这些和进一步的修改以及技术等效物的任何替换可以被添加到说明书和附图，而不脱离本公开和本专利的保护范围。

Claims (15)

1.一种支撑基座，其包括：
支撑构件，所述支撑构件包括具有至少两个区的电阻层、布线层和多个导电过孔，
其中，所述电阻层和所述布线层布置在所述支撑构件的不同平面中并且通过所述多个过孔连接，以及
其中，所述电阻层的区的数量大于或等于联接到所述布线层的导线的数量。
2.根据权利要求1所述的支撑基座，其中，所述电阻层和所述布线层布置在法向于所述支撑构件的平面中并且重叠成使得所述电阻层在所述支撑构件的中心区域上延伸。
3.根据权利要求1所述的支撑基座，其中，所述支撑构件包括具有相对表面的主衬底，所述电阻层和所述布线层布置在所述主衬底的所述相对表面上，并且所述多个导电过孔延伸穿过所述主衬底。
4.根据权利要求1所述的支撑基座，其中，所述电阻层包括限定多个加热区的多个电阻加热元件，所述布线层包括中心部分和从所述中心部分延伸的多个臂部分，臂部分的数量对应于所述电阻加热元件的数量。
5.根据权利要求1所述的支撑基座，其中，所述支撑构件包括限定顶表面和底表面的主衬底，所述主衬底限定用于在其中接收所述导电过孔的多个过孔孔隙、以及通向所述底表面的多个盲凹部。
6.根据权利要求5所述的支撑基座，其中，所述多个导电过孔从所述主衬底的所述顶表面延伸到所述底表面，并且与所述主衬底的所述顶表面和所述底表面齐平。
7.根据权利要求5所述的支撑基座，还包括布置在所述盲凹部内的多个电端子。
8.根据权利要求7所述的支撑基座，其中，所述布线层包括多个臂部分，每个臂部分具有连接到所述多个导电过孔中的一对的一端和连接到所述多个电端子中的一对的另一端。
9.根据权利要求7所述的支撑基座，其中，所述多个电端子的至少一部分与所述主衬底的底表面齐平。
10.根据权利要求1所述的支撑基座，其中，所述支撑构件还包括顶层、主衬底和底层，其中所述电阻层布置在所述顶层和所述主衬底之间，并且所述布线层布置在所述主衬底和所述底层之间。
11.根据权利要求1所述的支撑基座，还包括沿着与所述布线层相同的平面布置的第二电阻层，其中所述布线层具有比所述第二电阻层的电阻更高的电阻，并且与所述第二电阻层的一部分重叠。
12.根据权利要求11所述的支撑基座，其中，所述布线层具有比所述第二电阻层的电阻更高的电阻并且邻接所述第二电阻层。
13.根据权利要求11所述的支撑基座，还包括过渡迹线，所述过渡迹线沿着与所述第二电阻层和所述布线层相同的平面布置，其中所述过渡迹线的电阻小于或等于所述第二电阻层的电阻。
14.根据权利要求1所述的支撑基座，其中，所述电阻层具有双线加热器配置、用于将所述电阻层连接到外部电源的矩阵布线配置、以及用于将所述电阻层连接到外部电源的多级并联布线配置中的一个或多个。
15.根据权利要求1所述的支撑基座，还包括控制系统，所述控制系统包括多个功率转换器，用于调节到所述电阻层的所述至少两个区的功率。
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