TW201401423A - 用於大直徑基板的靜電夾盤冷卻底座 - Google Patents

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Abstract

本發明的實施例包括用於靜電夾盤(ESC)組件的底座，以在處理腔室(例如電漿蝕刻、清洗、沉積系統或類似者)的製造操作過程中支撐工件。內部和外部流體管道係設置在底座中，以引導熱傳流體。在實施例中，反向流動管道的配置提供了改良的溫度均勻性。在每個區域中的管道區段是交錯的，使得流體流動在徑向相鄰的區段中處於相反的方向。在實施例中，每個形成於底座的分離流體管道包含形成於底座的通道，且具有電子束焊接於通道之凹進邊緣的蓋體，以製作密封的管道。為了進一步改良熱均勻性，在每個外部流體迴路中採用緊密的三折通道區段。在進一步的實施例中，該底座包括多觸點配件RF和DC連接以及隔熱。

Description

用於大直徑基板的靜電夾盤冷卻底座 【相關申請案的交叉引用】
本專利申請案主張於2012年4月25日提出申請的美國臨時專利申請案序號第61/638,375號、標題為「用於大直徑基板的靜電夾盤冷卻底座(ESC COOLING BASE FOR LARGE DIAMETER SUBSRATES)」的優先權權益，為了所有的目的將該申請案之整體內容以引用方式全部併入本文中。
本發明之實施例係關於微電子製造工業，而且本發明更特定言之係關於在電漿處理過程中用於支撐工件的溫控夾盤。
電漿處理設備(例如那些設計用來進行微電子裝置及類似者之電漿蝕刻者)中的功率密度隨著製造技術的進步而增加。舉例來說，5至10千瓦的功率現正使用於300毫米(mm)的基板。隨著功率密度增加，增強的夾盤冷卻對於在處理過程中均勻地控制工件溫度是有益的。當需要快速的溫度設定點變換時，工件溫度和溫度均勻性的控制變得更加困難，因而需要將夾盤設計成具有更小的熱時間常數。
該產業目前正逐步朝著450mm直徑的基板發展。 支撐這些較大基板的夾盤之表面積大約是當前技術狀態300mm基板的2.25倍。若應用現有的建構技術僅等比放大夾盤，則這些較大的夾盤會有明顯更大的質量。舉例來說，當僅等比放大來容納450mm直徑的工件時，重量在約14-15磅的300mm設計會增加到超過30磅。這種較大的質量不利地提高了系統加熱/冷卻工件的熱時間常數。
均勻地對夾盤施加加熱/冷卻功率會進一步被輸送高射頻(RF)功率和DC電壓來將工件夾持到夾盤的需求所妨礙，RF功率和DC電壓兩者也皆應以一致的方式輸送，使得夾盤內RF功率和DC電壓的個別選路會與加熱/冷卻功率輸送產生競爭。
實現充足剛性和溫度穩定性以支撐450mm工件、將熱質量減到最小以及在工件表面區域各處提供良好熱均勻性的夾盤組件和夾盤組件製造技術是有助益的。
本發明的實施例包括用於靜電夾盤(ESC)組件的底座，以在使用夾盤組件的處理腔室(例如電漿蝕刻、清洗、沉積系統或類似者)中的製造操作過程中支撐工件。在實施例中，夾盤組件包括介電層，該介電層具有支撐工件的頂表面。在實施例中，該介電層包括結合於鋁底座的氮化鋁(AlN)定位盤。內部流體管道係設置在底座中，在該介電層下方，在該頂表面之內部區域部分之下。外部流體管道係設置在底座中，在該頂表面之外部區域部分之下。每個內部和外部流體管道可以包括二個、三個或更多的以夾盤組件之中心軸方 位對稱配置的流體管道。該等流體管道可引導熱傳流體，例如乙二醇/水或類似者，以加熱/冷卻夾盤的頂表面以及放置在上面的工件。在實施例中，內部流體管道的出口係位於該夾盤之某一徑向距離處，該徑向距離係介於該內部流體管道之入口與外部流體管道之入口中間。該二入口鄰近該出口，以改良該頂表面之溫度均勻性。
在實施例中，反向流動導管的配置提供了改良的溫度均勻性。在每一區域中的冷卻管道區段互相交錯，使得在徑向相鄰區段中的流體流動係處於相反方向。
在一實施例中，每個形成於底座的分離流體管道包含形成於該底座的通道，且具有電子束焊接於該通道之凹進邊緣的蓋體，以製作密封的管道。個別的通道蓋體之質量是最小的，並省卻了具有與夾盤相同表面積、用於管道密封表面的次底座板之需求。去除次底座板比先前的設計減少了近30%的夾盤組件質量。與先前的設計相比，這減少的質量轉化為更快的瞬態熱響應。
在一實施例中，外部流體管道包括重疊區域，其中第一外部流體管道之區段沿著方位角角度或距離與相鄰的第二外部流體管道之區段重疊。在一個這樣的實施例中，該第一外部流體管道之出口與該第二外部流體管道之入口重疊。相對於沒有這種重疊的設計，該重疊區域消除了局部熱點。在一實施例中，外部流體管道選路來折回自身，以在給定的方位角度區域中至少通過二次。為了進一步改良熱均勻性，在每個外部流體迴路中採用緊密的三折通道區段，且相鄰迴 路的入口與出口重疊。
在實施例中，夾盤組件包括位於冷卻通道底座內、在內部和外部流體管道之間的隔熱，以改良頂表面的內部和外部部分之間的獨立溫度控制。取決於實施例，該隔熱包括孔隙或熱阻值比底座材料的熱阻值更高的第二材料。在某些實施例中，該隔熱形成了包圍頂表面之內部部分的中斷環，且中斷點是在提供有冷卻通道底座之完整厚度以獲得較大底座機械剛性之處。
在RF和DC電極被插入底座的進一步實施例中，該底座包括形成底座耦合器外周邊的多觸點配件，以耦接RF連接器，以及形成該底座耦合器之內周邊的銅配件，以耦接DC連接器，且絕緣體(例如鐵氟龍)設置在底座耦合器中、分離的電氣觸點之間。
100‧‧‧電漿蝕刻系統
105‧‧‧腔室
110‧‧‧工件
115‧‧‧開口
125‧‧‧電漿偏壓功率
126‧‧‧第二電漿偏壓功率
127‧‧‧RF匹配
129‧‧‧氣源
130‧‧‧電漿電源
135‧‧‧電漿產生元件
140‧‧‧內部流體管道
141‧‧‧外部流體管道
142‧‧‧夾盤組件
143‧‧‧介電層
144‧‧‧冷卻通道底座
149‧‧‧質量流量控制器
151‧‧‧排氣閥
155‧‧‧泵堆疊
170‧‧‧系統控制器
172‧‧‧中央處理單元
173‧‧‧記憶體
174‧‧‧介面
175‧‧‧溫度控制器
176‧‧‧溫度
177‧‧‧熱交換器
178‧‧‧熱交換器
185‧‧‧閥
190‧‧‧導體
202‧‧‧內部部分
204‧‧‧外部部分
220‧‧‧中心軸
222‧‧‧升舉銷通孔
240A‧‧‧內部流體通道
240B‧‧‧內部流體通道
240C‧‧‧內部流體通道
241A‧‧‧外部流體通道
241B‧‧‧外部流體通道
241C‧‧‧外部流體通道
247A‧‧‧迴轉
247B‧‧‧迴轉
250A‧‧‧入口
250B‧‧‧入口
250C‧‧‧入口
251A‧‧‧出口
251B‧‧‧出口
251C‧‧‧出口
260A‧‧‧入口
260B‧‧‧入口
260C‧‧‧入口
261A‧‧‧出口
261B‧‧‧出口
261C‧‧‧出口
270‧‧‧隔熱
270A‧‧‧隔熱區段
270B‧‧‧隔熱區段
370‧‧‧隔熱
421‧‧‧多觸點配件
422‧‧‧絕緣體
423‧‧‧第二導電配件
544‧‧‧冷卻通道底座
600‧‧‧RF/DC底座耦合器
700‧‧‧方法
705‧‧‧操作
710‧‧‧操作
715‧‧‧操作
A‧‧‧平面
B‧‧‧平面
R‧‧‧凹部
θ‧‧‧重疊
U-U’‧‧‧線
藉由實例而非限制的方式說明附圖中本發明之實施例，其中：第1圖為依據本發明之一實施例包括夾盤組件的電漿蝕刻系統之示意圖；第2圖圖示依據本發明之一實施例的夾盤組件之平面圖，該夾盤組件包括複數個內部流體管道及複數個外部流體管道；第3圖圖示依據本發明之一實施例的夾盤組件之平面圖，該夾盤組件包括結合於內部和外部流體管道的流體管道蓋體； 第4圖圖示依據本發明之一實施例的夾盤組件之剖面圖；第5圖圖示依據本發明之一實施例的夾盤組件之平面圖，該夾盤組件具有選路不同的內部冷卻迴路，其中入口和出口係設置於該夾盤之中心附近；第6圖圖示依據一實施例併入該夾盤組件的RF和DC功率耦合器之放大剖面圖；以及第7圖圖示依據本發明之一實施例製造夾盤組件的方法。
在下面的描述中提出多個細節闡述。然而，本技術領域中具有通常知識之人士而言，顯而易見地在沒有這些具體細節下也可以實施本發明。在某些情況下，眾所周知的方法和裝置以方塊圖的形式圖示而不詳述，以避免模糊本發明。貫穿本說明書，提及「一實施例」意指結合該實施例所描述的特定特徵、結構、功能或特性係被包括在本發明之至少一實施例中。因此，貫穿本說明書在各處出現的片語「在一實施例中」並不一定指稱本發明相同的實施例。此外，可以在一或多個實施例中以任何適當的方式組合該特定特徵、結構、功能或特性。例如，第一實施例可與第二實施例結合，只要該兩個實施例不是相互排斥的。
在本發明之描述與所附申請專利範圍中使用的單數形式「一」和「該」也意圖包括複數形式，除非上下文另有清楚指明。還瞭解的是，本文中使用的術語「及/或」係指並 且涵括一或多個相關的列示項目之任何及所有可能的組合。
本文中也可以使用術語「耦接」和「連接」以及它們的衍生詞來描述元件之間的功能或結構關係。應當瞭解的是，這些術語並非意圖作為彼此的同義詞。相反的，在特定實施例中，可以使用「連接」來表示兩個或更多個元件為直接實體地、光學地或電氣地彼此接觸。可以使用「耦接」來表示兩個或更多個元件為直接或間接(之間具有其他的中間元件)實體地、光學地或電氣地彼此接觸及/或該兩個或更多個元件共同操作或彼此交互作用(例如在因果關係中)。
本文中使用的術語「在…上方」、「在…下方」、「在…之間」以及「在…上」係指一個元件或材料層關於其他元件或層的相對位置，其中這樣的物理關係是值得注意的。舉例來說，在材料層的上下文中，設置於一層上方或下方的另一層可以直接與該層接觸，或者可以具有一或多個中間層。此外，設置於兩層之間的一層可以直接與該兩層接觸或可以具有一或多個中間層。相反地，「在」第二層「上」的第一層係直接與該第二層接觸。類似的區別將在元件組件的上下文中進行說明。
第1圖為依據本發明之一實施例包括夾盤組件142的電漿蝕刻系統100之示意圖。電漿蝕刻系統100可以是本技術領域中習知的任何類型高性能蝕刻腔室，例如但不限於美國加州的應用材料公司(Applied Materials of CA,USA)所製造的EnablerTM、MxP®、MxP+TM、Super-ETM、DPS II AdvantEdgeTM G3或E-MAX®腔室。其他市售的蝕刻腔室也同 樣可以使用本文所述的夾盤組件。雖然在電漿蝕刻系統100的上下文中描述示例性的實施例，但本文所述的夾盤組件也可適用於其他用來進行任何基板製造製程(例如電漿沉積系統等)且將熱負載放置於夾盤上的處理系統。
參照第1圖，電漿蝕刻系統100包括接地腔室105。工件110經由開口115被載入並被夾持於夾盤組件142。工件110可以是任何傳統上使用於電漿處理技藝者，並且本發明在此方面並無限制。工件110係設置於介電層143之頂表面上，介電層143係設置於冷卻通道底座144上方。在特定的實施例中，夾盤組件142包括複數個區域，每個區域可獨立控制於設定點溫度。在該示例性實施例中，內熱區域係鄰近工件110的中心，而外熱區域係鄰近工件110的周圍/邊緣。從氣源129經由質量流量控制器149供應製程氣體到腔室105的內部。腔室105經由連接到高容量真空泵堆疊155的排氣閥151排空。
當施加電漿功率到腔室105時，電漿係形成於工件110上方的處理區域中。將電漿偏壓功率125耦接到夾盤組件142，以激發電漿。電漿偏壓功率125通常具有在約2兆赫(MHz)到60MHz之間的低頻，並且可以例如在13.56MHz的頻帶中。在該示例性實施例中，電漿蝕刻系統100包括操作於約2MHz頻帶的第二電漿偏壓功率126，第二電漿偏壓功率126與電漿偏壓功率125連接到相同的RF匹配127，並經由功率管道127耦接到下電極120。電漿電源130經由匹配(未圖示)耦接到電漿產生元件135，以提供高頻電源來感應 式或電容式激發電漿。電漿電源130可以具有比電漿偏壓功率125更高的頻率，例如在100和180MHz之間，而且可以例如在162MHz頻帶中。
溫度控制器175係執行溫度控制演算法，並且可以是軟體或硬體或軟體和硬體的組合中之任一者。溫度控制器175還可以包含系統控制器170之元件或模組，系統控制器170負責經由中央處理單元172、記憶體173及輸入/輸出介面174管理系統100。溫度控制器175輸出影響在夾盤組件142與熱源及/或電漿腔室105外部的散熱器之間的熱傳速率之控制訊號。在該示例性實施例中，溫度控制器175被耦接到第一熱交換器(HTX)/冷卻器177和第二熱交換器/冷卻器178，使得溫度控制器175可以獲得熱交換器177、178之溫度設定點以及該夾盤組件之溫度176，並且控制熱傳流體通過夾盤組件142中的流體管道之流動速率。熱交換器177係經由複數個外部流體管道141冷卻夾盤組件142之外部部分，並且熱交換器178係經由複數個內部流體管道140冷卻夾盤組件142之內部部分。溫度控制器175可以控制熱交換器/冷卻器和夾盤組件中的流體管道之間的一或多個閥185、186(或其他的流量控制裝置)，以獨立地控制熱傳流體到複數個內部和外部流體管道140、141中的每個之流動速率。因此，在該示例性實施例中採用兩個熱傳流體環路。也可以使用任何本技術領域中習知的熱傳流體。該熱傳流體可以包含任何適合提供適當熱傳到基板或提供來自基板的適當熱傳之流體。舉例來說，該熱傳流體可以是氣體(例如氦氣(He)、氧氣(O2)或 類似者)或液體(例如但不限於乙二醇/水)。
第2圖圖示冷卻通道底座144之平面圖。圖示的冷卻通道底座144之底面具有頂側，該頂側上方可放置的工件已被移除(或透明的)。如圖示，複數個內部流體通道240和複數個外部流體通道241係凹進或嵌入冷卻通道底座144中，並且將複數個內部流體通道240和複數個外部流體通道241之尺寸設計為可在本技術領域中典型的壓力(例如3 PSI)下讓熱傳流體以所需的流動速率通過。可將流體通道240、241選路於底座中的物體周圍，該物體例如升舉銷通孔222和中心軸220，中心軸220之尺寸設計為可接收導體190，以提供直流電壓給設置在介電層143中的靜電夾盤夾持電極(第1圖)。在一些實施例中，每個內部流體通道240具有大致相等的流體傳導性及/或滯留時間，以提供相等的熱傳流體流動速率。在進一步的實施例中，每個外部流體通道241具有大致相等的流體傳導性及/或滯留時間，以提供相等的熱傳流體流動速率。在內部和外部流體通道240和241之間的流體傳導性可以相同或不同。藉由利用複數個流體通道240、241，可以將每個流體通道的長度縮短，因而可以有利地允許沿著通道有減少的熱傳流體溫度變化。對於給定的壓力，可以增加在整個基板支座的熱傳流體之總流動速率，以進一步促進基板支座在使用過程中有降低的溫度範圍。
在一實施例中，複數個內部流體通道240係設置於頂表面之內部區域或部分202下方，從中心軸220向外延伸第一徑向距離。複數個外部流體通道241係配置於外部區域 或部分204下方，外部部分204形成以中心軸220為中心並向外延伸第二徑向距離到達夾盤組件242外緣的外環。每個內部部分202和外部部分204可以包含任意數量的流體通道，而且也可以以任何適當的方式配置每個內部部分202和外部部分204，以促進夾盤組件142的整個頂表面之溫度均勻性(第1圖)。舉例來說，如第2圖所繪示，內部部分202包括三個內部流體通道240A、240B及240C，內部流體通道240A、240B及240C在入口250A、250B、250C和出口251A、251B、251C之間分別具有大致(即有效)相等的長度。在進一步的實施例中，複數個內部流體通道240係關於中心軸220對稱放置。舉例來說，如第2圖所圖示，三個內部流體通道240A、240B和240C係方位對稱的，且每個內部流體通道橫跨約120°的方位角φ。外部流體通道在入口260A、260B、260C和出口261A、261B、261C之間分別具有大致相等的長度。如第2圖中進一步繪示的，外部部分204包括三個外部流體通道241A、241B及241C，外部流體通道241A、241B及241C也是方位對稱的，且如同每個內部流體通道240橫跨大約相同的方位角，但相對於內部流體通道240具有方位偏移(例如反順時針方向)，其中一個外部流體通道之出口(例如261A)與相鄰的外部流體通道之入口(例如260B)方位重疊。將此重疊進一步圖示於第3圖中為重疊θ，並且已經發現到，假使一個外部流體通道的入口僅與相鄰的外部流體通道的出口(或入口)鄰接且相鄰的外部流體通道之間沒有重疊，則可以藉由消除存在的熱點來改善夾盤組件的熱均勻性。
在一實施例中，內部流體通道的入口與外部流體通道的出口相鄰。如第2圖所圖示，將內部流體通道入口250A、250B及250C皆分別設置於與外部流體通道出口261A、261B、261C相鄰。同樣地，內部流體通道入口250A、250B及250C係分別設置於與內部流體通道出口251A、251B及251C相鄰。此內部和外部流體通道出口之間的內部流體入口交錯藉由將最冷的熱傳流體導入接近最熱熱傳流體離開的區域，而進一步提高夾盤組件的溫度均勻性，特別是在徑向方向上，例如鄰近內部和外部區域202、204之間的介面。因此，在本示例性實施例中，外部流體通道入口260A、260B和260C皆在冷卻通道底座144的最外緣。也已經發現到，這樣的定位相對於經由外部流體通道241A、241B及241C反轉流動方向是有利的，且以導入新鮮供應流體(例如最冷的熱傳流體)最佳地調節，而改善夾盤組件最邊緣的溫度均勻性。
第5圖圖示冷卻通道底座544中內部流體通道的另一種佈局，其中入口(例如250B)和出口(例如251B)係設置於夾盤中心220附近。雖然這個實施例缺少內部流體通道入口鄰接外部流體通道出口的優點，但關於中心220的緊密配置提供了容易飽滿的流體供應和耦接至冷卻通道底座544的回流管線。還應當注意的是，在第2圖和第5圖(即冷卻通道底座144或544)的上下文中，若需要的話可以改變流動方向，其中任何的入口260A可與出口261A交換，入口260B可與出口261B交換，以及入口260C可與出口261C交換。同樣地，對於內部流動通道，若需要的話可以改變流動方向， 其中任何的入口250A可與出口251A交換，入口250B可與出口251B交換，以及入口250C可與出口251C交換。
在一實施例中，隔熱270係設置於冷卻通道底座144中介於內部和外部流體通道240、241之間，以減少內部和外部部分202、204之間的交流。對於具有內部部分202(從中心軸220向外延伸第一徑向距離)和外部部分204(形成以中心軸220為中心的外環並向外延伸第二徑向距離到達底座144的外緣)的該示例性實施例，隔熱270形成在第一和第二徑向距離之間設置第三徑向距離的環，而包圍內部部分202。隔熱270可以是形成於冷卻通道底座144的孔隙，或是熱阻值比周邊主體的熱阻值更高的第二材料。
在示例性實施例中，隔熱270沿著冷卻通道底座144的方位角距離或角度是不連續的。如第2圖所圖示，隔熱是由區段(例如270A和270B)所組成，且相鄰的區段係由冷卻通道底座144的主體材料(例如鋁)所分離。舉例來說，約2mm的主體材料可以隔開相鄰的隔熱。第4圖圖示冷卻通道底座144沿著第2圖所圖示的線U-U’之剖面，並顯示隔熱370如何延伸穿過冷卻通道底座144的部分厚度。一般來說，隔熱270的徑向寬度可能會有所不同，但已經發現到，0.030英吋至0.100英吋的孔隙可以在部分202和204之間提供顯著減少的交流。
如第4圖的實例中所圖示的，隔熱370係形成於冷卻通道底座144中的孔隙，該孔隙可以是未加壓的、正壓或負壓的。在隔熱370由熱阻材料製成的替代性實施例中，隔 熱370可以是熱阻率比用作冷卻通道底座144(可以是例如鋁)的更大的材料(例如陶瓷)。隨著冷卻通道底座144的尺寸變大(例如450mm)，機械剛性變得比小直徑(例如300mm)更需要關注。因為隔熱370可以減少底座144的剛性，故沿著方位角方向使隔熱370成為不連續可提供適當的冷卻通道底座144之機械剛性。
在實施例中，內部和外部流體通道皆包括通道區段，該等通道區段係交錯的，使得流體流動在徑向相鄰區段中是在相反的方向。如第2圖中所繪示，該一或多個流體通道240中至少一部分被製作進入冷卻通道底座144。在該示例性實施例中，內部流體通道240中之至少一者包括複數個形成於通道底座144內的平行槽。一個內部流體通道240(例如240A)的平行槽平行地傳送流體，並共用特定流體通道的單一入口和單一出口。然後當內部管道沿著徑向方向前進時，這些平行槽通道則折回自身。相反地，外部流體通道241不包括平行通道，但贊成包括至少一個外部流體通道以約180°折回自身的點。舉例來說，如第2圖所圖示，外部流體通道241A包括第一180°迴轉247A和第二180°迴轉247B，使得外部流體通道241為「三折」的設計。此三折的設計經由外部區域204內的逆流流動提高了迴轉247A和247B之間三個路線中的每個所橫跨的方位角上方的外部區域204之熱均勻性。相對於內部流體通道240的剖面積，外部流體通道241的較小剖面積也允許其中一個外部流體管道前進經過相鄰外部流體管道的入口。此外，由於外部流體通道241的總長度 相對於內部流體通道240的總長度係相當地小，故具有平行流動的內部流體通道之壓降係與外部流體通道的壓降相當，且兩者皆提供了有利的高雷諾數(Reynolds number)。
在一實施例中，每個形成於底座的分離流體管道包含形成於該底座的通道，且具有結合於該通道的分離蓋體。一般來說，該蓋體係由熱膨脹係數(CTE)與底座的熱膨脹係數非常匹配的材料所製成。在一個示例性實施例中，蓋體370係由與底座的材料相同的材料(例如鋁)所製成。由於蓋體係沿著該等通道的周邊焊接，所以該蓋體可以有利地切自厚度最小的片材。有了分離的結合蓋體，個別的通道蓋體的質量係為最小，並省卻了具有與夾盤相同表面積的次底座板以密封表面的所有通道成為一個群組的需求。去除次底座板比先前的設計減少了近30%的夾盤組件質量。與先前的設計相比，這減少的質量轉化為更快的瞬態熱響應。
第3圖圖示冷卻通道底座144的平面圖，且蓋體370分離包圍內部和外部流體管道140、141。如圖示，蓋體370為封閉的多邊形，該多邊形的周邊遵循內部流體通道240的路徑並且遵循外部流體通道241的三折路徑之外週邊，以分別形成分離的內部和外部流體管道140、141。在蓋體370之間的區域只有冷卻通道底座144的主體。如第4圖中進一步圖示的，蓋體370從主體冷卻通道底座144的平面B凹進平面A，此凹部R之量確保將蓋體結合於冷卻通道底座144產生的加工品為了提供平面B間隙的目的不需要被軋掉(例如使用端軋)，平面B係將耦接到下面的支撐表面，因為端軋可 能會危及流體管道的完整性。在蓋體的頂表面相對於底座144的未凹進表面之間的示例性凹部R為約50密爾(mill)(0.050英吋)。因此，流體通道軋入底座144可能涉及沿著外部週邊形成蓋體，其中蓋體370係坐落於該外部週邊中。在該示例性實施例中，蓋體370係電子束焊接於通道之凹入邊緣，以製作密封的管道。
在進一步的實施例中，將RF和DC電極插入冷卻通道底座144中。如第2-5圖所圖示，這些電極將被耦接到中心220。在第4圖的剖面圖中，以及如第6圖中進一步圖示的(第6圖係第4圖的RF/DC底座耦合器600之放大圖)，冷卻通道底座144包括形成RF/DC底座耦合器600外周邊的多觸點配件421，以耦接RF連接器。第二導電配件423(例如銅插座)形成RF/DC底座耦合器600的內周邊，以耦接DC連接器，該DC連接器經由介電層143供應用於靜電耦合的DC電勢。將材料例如為PTFE(聚四氟乙烯)或其他相似介電質的絕緣體422設置在RF/DC底座耦合器600中、分離的電氣配件之間。有了RF/DC底座耦合器600嵌入作為冷卻通道底座144的一部分，除了冷卻通道底座144之外不再需要RF次底座來將射頻耦接到電漿處理腔室。因此，冷卻通道底座144提供RF耦接與引導熱傳流體通過夾盤組件的雙重目的，從而降低了夾盤組件的質量，並因此與具有不同於冷卻通道底座的RF耦接電極之設計相比，改善了熱傳響應時間。
第7圖為依據一實施例說明用於製造冷卻通道底座的方法700之流程圖。方法700開始於操作700，操作700 係將流體管道圖案軋於底座材料(例如鋁坯(例如6061))中。在操作710，蓋體(例如由具有與底座材料相同的材料組成的片材(例如鋁)所製成，以具有匹配的熱膨脹係數(CTE))被切割成與個別的流體通道形狀互補。然後將蓋體放置於對應的冷卻通道上方，例如使蓋體停留在經軋出的流體管道之凹入邊緣上，使得蓋體的頂表面凹進底座的非凹進表面下方。
在操作715，進行焊接(較佳為電子束焊接)，以使蓋體沿著流體管道周邊密封。在有利的實施例中，在電子束焊接之後不需要端磨，因為蓋體凹進可以確保焊接的加工物不會突出於非凹進的底座表面。隨著冷卻通道底座製造完成，組件可以繼續進行陶瓷定位盤或其他適用於靜電夾持工件的介電層之黏接。
應當瞭解的是，以上描述意圖為說明性的，而非限制性的。舉例來說，雖然在圖式中的流程圖圖示本發明的某些實施例進行特定順序的操作，但應瞭理解的是，這樣的順序不是必須的(例如替代性實施例可以以不同的順序執行該等操作、結合某些操作、重疊某些操作等)。此外，對於本技術領域中具有通常知識者而言，在閱讀和瞭解以上描述之後，許多其他的實施例將是顯而易見的。雖然已經參照特定的示例性實施例描述了本發明，但將理解的是，本發明並不限於所描述的實施例，而且可以在所附申請專利範圍的精神和範圍內實施修改和變動。因此，本發明的範圍應參照所附申請專利範圍以及這些申請專利範圍的等同物之全部範圍來決定。
144‧‧‧冷卻通道底座
202‧‧‧內部部分
204‧‧‧外部部分
220‧‧‧中心軸
222‧‧‧升舉銷通孔
240A‧‧‧內部流體通道
240B‧‧‧內部流體通道
240C‧‧‧內部流體通道
241A‧‧‧外部流體通道
241B‧‧‧外部流體通道
241C‧‧‧外部流體通道
247A‧‧‧迴轉
247B‧‧‧迴轉
250A‧‧‧入口
250B‧‧‧入口
250C‧‧‧入口
251A‧‧‧出口
251B‧‧‧出口
251C‧‧‧出口
260A‧‧‧入口
260B‧‧‧入口
260C‧‧‧入口
261A‧‧‧出口
261B‧‧‧出口
261C‧‧‧出口
270‧‧‧隔熱
U-U’‧‧‧線

Claims (20)

  1. 一種用於夾盤組件的底座，在一電漿處理操作過程中，一工件係被設置於該底座上，該底座包含：一第一流體通道，該第一流體通道凹進該底座之一第一部分；一第二流體通道，該第二流體通道凹進該底座之一第二部分；一第一和第二蓋體，分別密封該第一和第二流體通道，以形成第一和第二流體管道，該第一和第二流體管道具有分離的入口和出口。
  2. 如請求項1所述之底座，其中每一蓋體包含一封閉多邊形的片材，該片材具有一周邊，該周邊遵循對應的流體通道之路徑。
  3. 如請求項2所述之底座，其中該蓋體之一頂表面從該底座之一頂表面凹進。
  4. 如請求項1所述之底座，進一步包含一焊接，該焊接結合該蓋體與該底座。
  5. 如請求項1所述之底座，其中該底座之該第一部分係一內部部分，該內部部分從該底座之一中心向外延伸一第一徑向距離，其中該底座之該第二部分係一外部部分，該外部部分 向外延伸一第二徑向距離到達該底座之一外緣，以及其中該第一流體通道橫跨一第一方位角，該第一方位角小於180°。
  6. 如請求項5所述之底座，其中該第二流體通道橫跨一第二方位角，該第二方位角約等於該第一方位角。
  7. 如請求項6所述之底座，其中該第二方位角偏移該第一方位角。
  8. 如請求項5所述之底座，進一步包含一隔熱，該隔熱形成一位於一第三徑向距離的環，該第三徑向距離係介於該第一和該第二徑向距離之間，以包圍該內部部分。
  9. 如請求項8所述之底座，其中沿著該底座之一方位角距離或角度，該隔熱係不連續的，並且相鄰的隔熱區段係由該底座之主體材料分離。
  10. 如請求項5所述之底座，其中該第一流體通道包含複數個平形槽，該等平形槽穿過該第一流體通道的長度，以在一第一入口和第一出口之間延伸的平行路徑中引導流體。
  11. 如請求項5所述之底座，其中該第二徑向距離約等於該第二流體通道的一入口之一直徑，以及其中該第二流體通道以約180°折回自身，以於該第二部分內具有徑向相鄰的區 段，該第二部分以相反方向引導流體流動。
  12. 如請求項11所述之底座，其中該第二流體通道以約180°折回自身兩次，以具有三個徑向相鄰的區段，該等區段橫跨至少一部分的該第二方位角。
  13. 如請求項5所述之底座，其中該第一流體通道係複數個內部流體通道中之一者，每個內部流體通道從該底座之一中心向外延伸該第一徑向距離並橫跨一約120°的方位角，以及其中該第二流體通道係複數個外部流體通道中之一者，每個外部流體通道向外延伸該第二徑向距離到達該底座之外緣並橫跨一約120°的方位角。
  14. 如請求項13所述之底座，其中該第一流體通道之一入口係徑向鄰接該第一流體通道之一出口與該第二流體通道之一出口兩者，該第一流體通道之該出口設置之處距離該底座中心的徑向距離比該第一流體通道之該入口距離該底座中心的徑向距離短，該第二流體通道之該出口設置之處距離該底座中心的徑向距離比該第一流體通道之該入口距離該底座中心的徑向距離長。
  15. 如請求項1所述之底座，進一步包含一導電多觸點RF配件，該導電多觸點RF配件內嵌於該底座中心之底座材料中，該多觸點RF配件形成一外環，該外環圍繞一導電內部插座， 該導電內部插座接收一DC電勢，該DC電勢係輸入到一靜電夾盤，該靜電夾盤設置於該底座上。
  16. 一種形成一夾盤組件的方法，在一電漿處理操作過程中，一工件係被設置於該夾盤組件上，該方法包含以下步驟：形成一流體通道於一底座材料中；切割一片材形成一蓋體，該蓋體具有與該流體通道之形狀對應的一形狀；以及將該蓋體焊接於該流體通道。
  17. 如請求項16所述之方法，其中形成該流體通道進一步包含於該通道之一內部中軋出複數個平形槽，並沿著該通道之一外緣軋出一凹進邊緣，以及其中該方法進一步包含將該蓋體設置於該凹進邊緣上，並以該焊接沿著該外緣密封該蓋體。
  18. 如請求項17所述之方法，其中該焊接進一步包含電子束焊接。
  19. 一種電漿蝕刻腔室，包含：一工件支撐組件，包含導電底座以及一靜電夾盤，該靜電夾盤進一步包含一位於該底座上的介電質，其中該底座進一步包含：一第一流體通道，該第一流體通道凹進該底座之一第一部分； 一第二流體通道，該第二流體通道凹進該底座之一第二部分；一第一和第二蓋體，分別密封該第一和第二流體通道，以形成第一和第二流體管道，該第一和第二流體管道具有分離的入口和出口；一耦接於該底座的射頻(RF)產生器；一製程氣體供應；以及一泵堆疊，用以排空該腔室。
  20. 如請求項19所述之電漿蝕刻腔室，其中該RF產生器係耦接至一導電多觸點RF配件，該導電多觸點RF配件內嵌於該底座中心之底座材料中。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109473390A (zh) * 2018-08-27 2019-03-15 刘国家 一种静电吸盘
CN110214367A (zh) * 2017-01-16 2019-09-06 Ers电子有限公司 用于对衬底进行调温的设备和相对应的制造方法
TWI747104B (zh) * 2018-12-27 2021-11-21 大陸商中微半導體設備（上海）股份有限公司 能提高控溫精度的基板安裝台及電漿處理設備

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016099826A1 (en) * 2014-12-19 2016-06-23 Applied Materials, Inc. Edge ring for a substrate processing chamber
US10497606B2 (en) * 2015-02-09 2019-12-03 Applied Materials, Inc. Dual-zone heater for plasma processing
US10586718B2 (en) * 2015-11-11 2020-03-10 Applied Materials, Inc. Cooling base with spiral channels for ESC
JP6918042B2 (ja) * 2019-03-26 2021-08-11 日本碍子株式会社 ウエハ載置装置

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6079356A (en) * 1997-12-02 2000-06-27 Applied Materials, Inc. Reactor optimized for chemical vapor deposition of titanium
US6151203A (en) * 1998-12-14 2000-11-21 Applied Materials, Inc. Connectors for an electrostatic chuck and combination thereof
JP4644943B2 (ja) * 2001-01-23 2011-03-09 東京エレクトロン株式会社 処理装置
US6664738B2 (en) * 2002-02-27 2003-12-16 Hitachi, Ltd. Plasma processing apparatus
US6908512B2 (en) * 2002-09-20 2005-06-21 Blue29, Llc Temperature-controlled substrate holder for processing in fluids
US20040187787A1 (en) * 2003-03-31 2004-09-30 Dawson Keith E. Substrate support having temperature controlled substrate support surface
US20060105182A1 (en) * 2004-11-16 2006-05-18 Applied Materials, Inc. Erosion resistant textured chamber surface
US7221553B2 (en) * 2003-04-22 2007-05-22 Applied Materials, Inc. Substrate support having heat transfer system
US7697260B2 (en) * 2004-03-31 2010-04-13 Applied Materials, Inc. Detachable electrostatic chuck
US7544251B2 (en) * 2004-10-07 2009-06-09 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for controlling temperature of a substrate
US7436645B2 (en) * 2004-10-07 2008-10-14 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for controlling temperature of a substrate
US8709162B2 (en) * 2005-08-16 2014-04-29 Applied Materials, Inc. Active cooling substrate support
US8226769B2 (en) * 2006-04-27 2012-07-24 Applied Materials, Inc. Substrate support with electrostatic chuck having dual temperature zones
US20080035306A1 (en) * 2006-08-08 2008-02-14 White John M Heating and cooling of substrate support
US7649729B2 (en) * 2007-10-12 2010-01-19 Applied Materials, Inc. Electrostatic chuck assembly
US8287688B2 (en) * 2008-07-31 2012-10-16 Tokyo Electron Limited Substrate support for high throughput chemical treatment system
JP5705133B2 (ja) * 2009-02-04 2015-04-22 マットソン テクノロジー インコーポレイテッドＭａｔｔｓｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｉｎｃ． 静電チャックシステムおよび基板表面に亘って温度プロファイルを半径方向に調整するための方法
KR101108337B1 (ko) * 2009-12-31 2012-01-25 주식회사 디엠에스 2단의 냉매 유로를 포함하는 정전척의 온도제어장치
US8608852B2 (en) * 2010-06-11 2013-12-17 Applied Materials, Inc. Temperature controlled plasma processing chamber component with zone dependent thermal efficiencies

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110214367A (zh) * 2017-01-16 2019-09-06 Ers电子有限公司 用于对衬底进行调温的设备和相对应的制造方法
CN110214367B (zh) * 2017-01-16 2023-08-29 Ers电子有限公司 用于对衬底进行调温的设备和相对应的制造方法
CN109473390A (zh) * 2018-08-27 2019-03-15 刘国家 一种静电吸盘
TWI747104B (zh) * 2018-12-27 2021-11-21 大陸商中微半導體設備（上海）股份有限公司 能提高控溫精度的基板安裝台及電漿處理設備

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