TW201508861A - 局部加熱之多區域基材支撐座 - Google Patents

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Abstract

本揭示案之實施例提供具有方向角溫度控制的靜電夾具(ESC)。在一個實施例中，靜電夾具包含一絕緣底板、一介電層，該介電層設置於該絕緣底板上，該介電層具有一基材支撐座表面、一電極組件，該電極組件設置於該絕緣底板及該基材支撐座表面間、及複數個加熱元件，該等加熱元件耦合至該絕緣底板，該等加熱元件經配置以方位角地控制跨過一基材表面之一溫度剖面。

Description

局部加熱之多區域基材支撐座
本揭示案的實施例一般地相關於用於電漿處理室中的基材支撐座組件，更特定地，相關於具有分佈的加熱元件之靜電夾具，以提供跨過基材的獨立溫度控制。
在半導體及其他工業中，靜電夾具(ESC)被用來在基材處理期間維持工件(例如基材)於支撐座上。典型的ESC可包含一底板、設置於該底板上的一電性絕緣層、及內嵌於該電性絕緣層中的一個或更多個電極。可提供ESC以一內嵌電加熱器且流體地耦合至熱傳導氣體來源以在處理期間控制基材溫度。在使用期間，ESC在處理室中被固定至支撐座。在ESC中的電極對於設置於ESC上的基材藉由一電壓來源電性地偏壓。反向的靜電電荷在ESC的電極中及基材的表面上累積，絕緣層於其間排除電荷流動。在基材處理期間，導因於靜電電荷累積的靜電力維持基材至ESC。
ESC以多個同心加熱區域而發展以改進處理結果。加熱區域提供邊緣至中心溫度控制能力的構件，以等化基材 或薄膜的反應率或其他性質，因為許多實施於工件上的化學反應(例如基材蝕刻)高度依賴於溫度。在電漿室內精確地蝕刻基材可為挑戰性的，因為室內的電漿抽取其他室不對稱性可引起跨過基材的溫度方向角地不一致。可不對稱地存在跨過基材的方向角溫度梯度，使得該基材之一個區域相較於該材之另一區域處於不同的溫度。當基材溫度不一致時，特徵不可一致地蝕刻進設置於基材上的多種層中。
然而對傳統ESC而言，具有跨過基材直徑更多的溫度控制同心區域是困難的或過於昂貴的。無法控制基材方向角的溫度一致性，對在單一基材或基材間的處理一致性皆造成不利的影響。
因此，需要用於改進ESC組件的技術，以提供多區域的溫度控制。
本揭示案的實施例提供具有多區域之溫度控制的靜電夾具(ESC)。在一個實施例中，ESC包含一絕緣底板、設置於該絕緣底板上的一電極組件，獨立地可控制的複數個加熱元件，該等加熱元件耦合至該絕緣底板，該等加熱元件經排列以提供方向角的溫度控制、及一介電部件耦合至該底板且形成ESC的基材支撐座表面。
在另一個實施例中，ESC包含一絕緣底板、一介電層，該介電層設置於該絕緣底板上，該介電層具有一基材支撐座表面、一電極組件，該電極組件設置於該絕緣底板及該基材支撐座表面間、及複數個加熱元件，該等加熱元件經配 置以方位角地控制跨過一基材表面之一溫度剖面。
而在另一個實施例中，靜電夾具包含一絕緣底板，絕緣底板具有一第一表面及相對於該第一表面之一第二表面、一電極組件，該電極組件在該絕緣底板之該第一表面上形成，該電極組件具有與一第二電極交錯的一第一電極、複數個加熱元件，該等加熱元件在該第一及該第二電極的交錯部分間形成、及一封裝部件，該封裝部件耦合至該電極組件。
在另一個實施例中，用於製造ESC的方法包含以下步驟：在一絕緣底板上形成一電極組件，其中該電極組件包含與一第二電極交錯的一第一電極、在該絕緣底板上形成複數個加熱元件，該等加熱元件經配置以方位角地控制跨過一基材表面之一溫度剖面、及在該電極組件上形成一封裝部件。
100‧‧‧靜電夾具
102‧‧‧封裝部件
104‧‧‧絕緣底板
106‧‧‧電極組件
107‧‧‧上表面
108‧‧‧電極
110‧‧‧電極
112‧‧‧電力開關
114‧‧‧電源
116‧‧‧寬度
118‧‧‧介面
120‧‧‧電極指
122‧‧‧電極指
124‧‧‧電極島狀區
126‧‧‧內部連接
132‧‧‧圓周
133‧‧‧空間
200‧‧‧基材支撐座組件
202‧‧‧台座
203‧‧‧加熱元件
204‧‧‧基材
206‧‧‧正電荷
209‧‧‧空間
210‧‧‧負電荷
211‧‧‧溫度控制器
302‧‧‧層
400‧‧‧基材支撐座組件
402‧‧‧靜電夾具
403‧‧‧台座
404‧‧‧絕緣底板
406‧‧‧電極組件
407‧‧‧頂部表面
408‧‧‧封裝部件
409‧‧‧背側表面
412‧‧‧電極
414‧‧‧電極
416‧‧‧加熱元件
417‧‧‧空間
418‧‧‧電性內部連接
419‧‧‧薄層
420‧‧‧電源
422‧‧‧開關
424‧‧‧電源
426‧‧‧冷卻溝槽
428‧‧‧冷卻劑來源
430‧‧‧溝槽
432‧‧‧線
434‧‧‧線
500‧‧‧基材支撐座組件
502‧‧‧靜電夾具
503‧‧‧支撐台座
504‧‧‧絕緣底板
510‧‧‧基材
516‧‧‧加熱元件
520‧‧‧電感驅動器
522‧‧‧外接電源
524‧‧‧線
530‧‧‧磁場
600‧‧‧方法
602‧‧‧步驟
604‧‧‧步驟
606‧‧‧步驟
608‧‧‧步驟
610‧‧‧步驟
於是可細節地理解本揭示案之上述特徵的方式，可藉由參考實施例而得到簡短總結於上的本揭示案之更特定的描述，其中一些在所附圖式中圖示。
第1A圖根據本揭示案的一個實施例描述一靜電夾具(ESC)的分解視圖。
第1B至1E圖根據本揭示案的實施例描述多種電極之示範性排列的一剖視圖。
第2A圖根據本揭示案的另一實施例描述具有第1圖之ESC的基材支撐座組件的一剖視圖。
第2B圖根據本揭示案的另一實施例描述絕緣底板之一部分的放大俯視圖，展示加熱元件及電極的排列。
第3圖根據本揭示案的一個實施例描述第2A圖之基材支撐座組件的一示意俯視圖，具有切開的一層的一部分以曝露絕緣底板104。
第4A至4C圖描述第2A圖之基材支撐座組件的一部分剖視圖，展示多種加熱元件的示範性排列。
第5圖根據本揭示案的另一實施例描述使用電感性加熱元件的基材支撐座組件的一示意部分橫剖面視圖。
第6圖根據本揭示案的一個實施例描述用於製造靜電夾具的方法之一流程圖。
然而應注意，所附圖式僅圖示本揭示案之典型實施例，因此不考慮為限制其範圍，本揭示案可允許其他等效的實施例。為了利於理解，盡可能的使用相同的元件符號，以標示常見於圖式的相同元件。思量一個實施例的元件可有利地使用於其他實施例中，而不需進一步的敘述。
本揭示案之實施例提供具有方向角溫度控制的靜電夾具(ESC)。ESC包含複數個加熱元件，該等加熱元件為獨立地可控制的，且以能夠方向角溫度控制之方式跨過ESC而分佈。在另一個實施例中，複數個加熱元件被電感地驅動，因此最小化在ESC中所需孔洞的數量，以將電力尋徑至加熱元件。在其他實施例中，加熱元件可為電阻性加熱器。
第1A圖根據本揭示案的一個實施例描述一靜電夾具100的分解視圖。靜電夾具100可被使用在任何合適的電漿處理中，包含物理氣相沉積(PVD)處理、化學氣相沉積(CVD) 處理、蝕刻處理、或任何合適的電漿或真空處理。靜電夾具100也可適用以用於非電漿及非真空的環境中，特別是高溫應用。雖然於此設置靜電夾具100的一個實施例，思量可適用來自任何製造商的靜電夾具以由本揭示案得利。
靜電夾具100一般地包含一絕緣底板104、設置於絕緣底板104之上表面107上的一電極組件106、及設置於電極組件106上的一封裝部件102。絕緣底板104可具有任何合適的形狀，該形狀經選擇以操縱特定工件。在第1A圖中所描述之圖示的範例中，絕緣底板104具有圓狀形狀，具有圓周132實質地符合電極組件106之形狀及大小，且封裝部件102依序地形成於其上，以允許具有相似形狀及大小的基材被設置於其上。注意絕緣底板104可為所需之任何形狀或配置。絕緣底板104可由絕緣材料製成，例如介電材料或陶瓷材料。介電材料或陶瓷材料之合適範例可包含矽氧化物(例如石英或玻璃)、氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)、含釔材料、氧化釔(Y2O3)、釔鋁石榴石(YAG)、氧化鈦(TiO)、氮化鈦(TiN)、碳化矽(SiC)、諸如此類。也可使用摻雜陶瓷，例如鈦瓷摻雜鋁或鈣摻雜氮化鋁，諸如此類。可選地，絕緣底板104可為具有設置於面對電極組件106的表面上之介電層的金屬或半導體主體。
設置於絕緣底板104上的電極組件106包含至少兩組分佈的電極108、110。當應用電壓時，各個電極108、110被以所需不同極性充電，因此產生靜電力。電極108、110可經配置以沿著一靜電夾具100寬度之至少兩倍的距離分佈靜 電力。各個電極108、110可各具有相互介入的複數個電極指120、122。相信交錯的電極指120、122提供跨過靜電夾具100的大面積之局部靜電吸引力，聚集而在使用較低夾具電壓時提供高夾具力。可形成具有不同長度及幾何形狀的電極指120、122。在一個範例中，電極指120、122之一者或兩者可由內部連接的電極島狀區124形成。電極島狀區124間的內部連接126可如第1A圖中所展示位於電極108、110的平面，或如跨接器及/或貫孔的形式而位於平面外。在一個實施例中，電極指120、122可具有大約0.1公釐及大約20公釐間的寬度116，例如大約0.25公釐至大約10公釐，可依照絕緣底板104及欲夾具的材料類型而改變。若需要，電極指120、122可用不同大小相互介入來配置。可選擇地及重複地形成電極指120、122，直到形成所需數量的電極指。
在第一電極108的各個電極指120間，定義出空間133以接收第二電極110的電極指122。空間133可為空氣空隙、以介電間距材料充填、或以絕緣底板104或封裝部件102之至少一者充填。
思量展示於第1A圖中的電極108、110之配置僅為示範性目的。電極108、110可用任何所欲配置排列，例如電極以交替極性分佈遍於絕緣底板104之上表面107。具有兩組充電成不同極性的不同電極之概念適用於排列成任意所欲配置可等同的好。第1B至1E圖圖示一些第一及第二電極可能的排列。第1B圖描述一格狀電極配置，第一電極108與第二電極110相交以形成電極組件的一鄰接陣列。第一及第二電 極108、110可被放置於同平面或於相互平行之不同平面。第1C圖描述一像素狀或網點狀電極配置，排列第一電極108及第二電極110(同平面或於不同平面)而使得任何位於同一排或列的相鄰電極具有反向的極性。在如展示的一個範例中，第一及第二電極108、110排列成一格狀陣列。思量第一及第二電極108、110可排列成矩形陣列、六邊形陣列、蜂巢式陣列、或排列成對稱的圖案。第1D圖描述電極之另一配置，第一電極108及第二電極110被交替排列成繞著中央軸的極軸陣列。而第1E圖描述電極之另一配置，第一電極108及第二電極110被交替排列成實質同心的圖案。
電源114經由電力開關112耦合至第一及第二電極108、110。電源114經配置以提供電壓電力至第一及第二電極108、110以產生不同極性之電荷，正電荷或負電荷皆有。由第一及第二電極108、110所產生的正或負電荷提供靜電力，以吸引設置在靜電夾具100於固定位置的基材。在一個實施例中，電源114可經配置以提供DC或AC電力至第一及第二電極108、110。在另一實施例中，電源114可經配置以提供RF電力，電容地耦合至第一及第二電極108、110以應用RF偏壓給基材。
封裝部件102設置於絕緣底板104上，將電極組件106夾心，以形成靜電夾具100如一單一結構。封裝部件102被放置於電極組件106上，以提供基材被夾具於上的絕緣表面。封裝部件102可藉由具有熱性質的材料製成，例如熱膨脹係數，實質地符合下方電極組件106，在一些實施例中，也 可為絕緣底板104。
在封裝部件102之後，電極組件106及絕緣底板104被以事先決定的順序堆疊，實施一接合處理(例如退火處理)以熔融封裝部件102、電極組件106及絕緣底板104在一起，形成一成層結構的靜電夾具100如一整體零件。由於可需求封裝部件102、電極組件106及絕緣底板104操作於高溫環境中(例如，高於300攝氏度)，用於製造此三個構件的材料可由熱阻抗材料中選出，例如陶瓷材料或玻璃材料，而可在熱處理期間支持高熱處理。
在一個實施例中，封裝部件102及絕緣底板104可由陶瓷材料、玻璃材料、或陶瓷及玻璃材料之合成物製成，提供好的強度及持久性及熱傳導性質。選擇用以製造封裝部件102及絕緣底板104的材料可具有實質符合或相似於中間電極組件106的熱膨脹係數，以減低熱膨脹不匹配，該不匹配可在高熱負載下造成應力或失效。在一個實施例中，封裝部件102的熱膨脹係數可為大約3及大約8um/(m*K)之間。適合用於製造封裝部件102及絕緣底板104的陶瓷材料可包含，但不限於：玻璃、碳化矽、氮化鋁、氧化鋁、含釔材料、氧化釔(Y2O3)、釔鋁石榴石(YAG)、氧化鈦(TiO)、或氮化鈦(TiN)。在另一實施例中，封裝部件102及絕緣底板104可由化合物材料製成，包含陶瓷及金屬之不同化合物，例如具有分散陶瓷顆粒的金屬。
在一個實施例中，電極組件106可由金屬材料製成，例如鉬，鉬可具有相似於鄰近封裝部件102及絕緣底板 104的熱膨脹係數。在一個實施例中，電極組件106的熱膨脹係數在大約2及大約8um/(m*K)之間，且一般地在封裝部件102之熱膨脹係數的20%內。
在操作期間，可應用負電荷於第一電極108而可應用正電荷於第二電極110，或反之，以在電力供應至電源114時產生靜電力。在夾具期間，由電極108、110所產生的靜電力夾具並維持在固定位置設置於上的基材。當關閉供應至電源114的電力時，在電極108、110間的介面118中出現的電荷可維持過一段長時間。為了釋放維持於靜電夾具100上的基材，可提供相反極性的短脈衝電力至電極108、110，以移除出現在介面118中的電荷。
第2A圖根據本揭示案的另一實施例描述具有第1圖之靜電夾具的基材支撐座組件200的一剖視圖。基材支撐座組件200可接著進一步放置於處理室中，例如電漿處理真空室，以在處理期間維持設置於上的基材204。注意當於此描述之基材支撐座組件200被使用於真空電漿處理時，基材支撐座組件200可用任何合適的處理工具實作，包含那些在大氣或任何條件下操作的處理儀器。
如第2A圖中所描述的橫剖面視圖，電極組件106設置於由台座202所支撐的絕緣底板104上。電極組件106被封裝部件102給覆蓋，且可包含具有介入之電極指120、122之第一電極108及第二電極110。在第2A圖中所描述的範例中，應用負電荷至第一電極108，且應用正電荷至第二電極110。由電極組件106所產生的負及正電荷個別地誘發基材 204以產生相反極性的電荷，亦即，正電荷及負電荷，因此產生靜電力以夾具基材204於基材支撐座組件200上。例如，出現在第一電極108之電極指120上的負電荷可誘發基材204以局部地產生正電荷206，以及產生靜電力以固定地放置基材204於基材支撐座組件200上。相似地，出現在第二電極110之電極指122上的正電荷可誘發基材204以局部地產生負電荷210。思量在處理期間第一及第二電極108、110之一些電極指可被關閉或以較其他電極指更高的電力操作，以平坦化對抗靜電夾具100而彎曲的基材。
藉由使用第一及第二電極108、110之介入的電極指120、122，可產生增強且局部化的靜電場，由於由電極指120、122間所定義的介面118具有長的長度，該靜電場分佈跨過靜電夾具100的一較大面積，產生靜電吸引至基材，有助於基材204以較傳統靜電夾具低的夾具電壓而保留於基材支撐座組件200上。
在展示於第2A圖中的本揭示案之一個實施例中，複數個加熱元件203進一步被設置於絕緣底板104的上表面上。加熱元件203可平行於電極108、110而放置。加熱元件203可為分離金屬線或設置於電極108、110間所定義的空間中的空間之形式。一個或更多個加熱元件203之各組可分開地耦合至溫度控制器211，因此提供跨過靜電夾具100的複數個獨立地可控制的加熱區域。在第2A圖中所展示的一個範例中，加熱元件203被沿著兩個相鄰電極指120、122間的一空間而設置。兩個最近的相鄰電極指120、122間的空間209可 為大約1公釐及大約3公釐間，可隨著電極組件106的大小及/或電極指120、122的大小而改變。
在本揭示案之另一實施例中，加熱元件203可藉由電極108、110環繞且以加熱元件203不與電極108、110平行的方式排列，以避免減少電極的靜電耦合。例如，在第2B圖中所展示的一個實施例中，為絕緣底板104的一部分之放大俯視圖，各個加熱元件203可為指狀的形式且往實質垂直於電極108、110之排列的方向延伸。將在下方關於第3、4A至4C及5圖討論更細節的加熱元件203的配置及一些可能的排列。
第3圖根據本揭示案的一個實施例描述第2A圖之基材支撐座組件200的一示意俯視圖，具有切開的一層302的一部分以曝露絕緣底板104。為了容易圖示的目的，基材被省略。第3圖圖示一分佈的、獨立控制的加熱元件203及電極指120、122之示範性排列。加熱元件203可為任何適合用於提供電感性或電阻性加熱至靜電夾具100的加熱裝置。
帶有交錯極性的第一及第二電極108、110可排列成跨過絕緣底板104之上表面107的任何所需配置，例如第1B至1E圖中所展示。相應地，加熱元件203可以第一及第二電極108、110以任何所欲排列跨過絕緣底板104的表面而散置，而不物理上與第一及第二電極108、110接觸。選擇地，加熱元件203可設置於與具有電極的層不同的一層中，使得加熱元件的數量及/或配置不受用於夾具電極所需的表面面積所限制。例如，加熱元件203可排列成格狀配置、像素狀或 網點狀配置、極性陣列配置、或一同心配置，而與關於第1B至1E圖的上方討論相似。
參照回第3圖，加熱元件203可為分離金屬線或設置於第一及第二電極108、110間所定義的空間133中之形式。一個或更多個加熱元件203之各組可分開地耦合至溫度控制器211，以提供跨過靜電夾具的複數個獨立地可控制的加熱區域。加熱元件203因此能夠以點對點可控制方式獨立地加熱靜電夾具，因而方向角地控制跨過設置於上的基材之直徑的溫度分佈。
在一個範例中，各個加熱元件203以寬度大約0.1公釐至大約30公釐的尺度形成，例如大約0.5公釐，及長度大約0.1公釐至大約30公釐，例如大約10公釐。加熱元件203可具有大約0.01公釐至大約1公釐的厚度。雖然此處描述之加熱元件203具有大約80個加熱元件，可思量任何數量的加熱元件。在多種範例中，可有大約10至大約300個加熱元件，例如大約100至大約160個加熱元件排列跨過絕緣底板104的表面。加熱元件203的數量可依照靜電夾具100的表面面積而改變。應理解，只有對基材加熱區域數量的實用限制為所需力的總量，該力用以在非夾具面積中維持施加於基材背側上的氣體壓力(用作熱交換的目的)，及被電極108、110所佔據的表面面積以達成夾具面積中所需的靜電力。
第4A圖根據本揭示案的另一實施例描述基材支撐座組件400的一示意部分剖視圖。在第4A圖中所展示的基材支撐座組件400可用相似於上方討論之關於描述於第1A至 1E、2A至2B及3圖中的方式來工作。基材支撐座組件400包含放置於台座403上的靜電夾具402。靜電夾具402包含絕緣底板404、設置於絕緣底板404上的電極組件406、及設置於電極組件406上的封裝部件408以在處理期間維持於上的基材204。電極組件406可包含複數個加熱元件416(只展示一個)，該等加熱元件放置於空間417內，定義空間417為以下兩者間或與該兩者相鄰：第一電極412、及與第一電極412平行設置的第二電極414。第一及第二電極412、414各經由開關422連接至電源420，以提供電壓電力至第一及第二電極412、414以產生不同極性的電荷。
在第4A圖的實施例中，可設置加熱元件416於絕緣底板404的頂部表面407上且與第一及第二電極412、414同平面。可設置加熱元件416於與第一及第二電極412、414同一層中。選擇地，交錯的第一及第二電極412、414可於第一層中形成，該第一層貼合至具有加熱元件的第二層。例如，可直接設置交錯的第一及第二電極於薄層419上，薄層419具有加熱元件416，如第4B圖中所展示。在此例中，加熱元件416可為配置成所需圖案的分離區段或連續線的形式。形成加熱元件及電極於同一層中(或兩個相鄰貼合在一起的層)可為有利的，因為可減低靜電夾具的厚度且以低量形成為整體構件。該低量使能快速加熱及冷卻基材支撐座組件400，當加熱元件416經配置以提供更高的大約每秒30攝氏度或更多之升降溫速率(例如大約每秒50攝氏度至大約每秒250攝氏度，例如大約每秒100攝氏度)時特別有用。
加熱元件416可使用任何合適的加熱技術，例如電阻性加熱或電感性加熱。第4A至4C圖描述加熱元件416為電阻性加熱元件的實施例。加熱元件416可由電阻金屬、電阻金屬合金、或兩者之組合而組成。用於加熱元件的合適材料可包含具有高熱電阻的材料，例如鎢、鉬、鈦、諸如此類。加熱元件416也可用具有熱性質的材料製成，例如熱膨脹係數，實質地符合組裝部件408及下方絕緣底板404之至少一者或兩者的熱性質，以減低由不匹配熱膨脹引起的應力。
參照回第4A圖，加熱元件416可經由一個或更多個運行穿過絕緣底板404的電性內部連接418耦合至外接電源114。電源424可包含直流電(DC)電源、交流電(AC)電源、或兩者的組合。各個加熱元件416可耦合至相同或分開的一個或更多個電源且獨立地控制，以在處理期間「調和」基材204上的溫度剖面。
在展示於第4C圖中的一選擇實施例中，加熱元件416可相對於第一及第二電極412、414於絕緣底板404的背側表面409上形成。加熱元件416形成於絕緣底板404的背側可為有利的，因為避免了連接加熱元件416至外接電源所需之穿過絕緣底板404的電性內部連接繞線的複雜度。當加熱元件416在與電極412、414不同的層中形成時，加熱元件416可排列成任何圖案，包含水平地交疊電極108、110的圖案。加熱元件416的數量亦不受限於需要用於夾具電極的表面面積。結果，可獲得跨過基材的更多溫度控制。
第5圖根據本揭示案的另一實施例描述使用電感性 加熱元件的基材支撐座組件500的一示意部分橫剖面視圖。基材支撐座組件500可用實質相似於上方討論之關於第2A圖中所描述之基材支撐座組件200的方式來工作，除了加熱元件516(只展示一個)被配置為電感性加熱元件。加熱元件516電感地耦合至電感驅動器520，例如設置於支撐台座503上的天線。加熱元件516可藉由誘發的電流加熱，該電流藉由對應之電感驅動器520而產生。加熱元件可由金屬材料製成，且如上方討論被以分離元件的形式設置於與第一及第二電極108、110同側上。
在一個實施例中，加熱元件516被設置於與第一及第二電極108、110同層中。選擇地，加熱元件516可於與第一及第二電極108、110不同層中形成。例如，加熱元件516可內嵌於絕緣底板504內的第一層中。該第一層貼合至具有第一及第二電極108、110的第二層。加熱元件516也可於絕緣底板504的背側表面上形成(而不干擾電感驅動器520)，如關於第4B至4C圖之上方討論相似的方式。電感驅動器520可為電磁線圈或類似物，且可形成於支撐台座503之上或之內，亦即，絕緣底板504相對於第一及第二電極108、110之側。
在操作時，電感驅動器520藉由外接電源522經由線524供電，例如，交流(AC)電源。當交流流經電感驅動器520時，電感驅動器520之磁場530誘發在對應加熱元件516中的渦流，而引起加熱元件516變熱，因而加熱靜電夾具502的分離面積。由於一個或更多個加熱元件516之各組被獨立 地控制，基材510的溫度剖面可受控制且方向角地、徑向地或以任何其他方式調和。以電感性加熱技術加熱靜電夾具502較電阻性加熱技術提供利益，因為電感性加熱避免了連接加熱元件516至外接電源所需之穿過絕緣底板504的電性內部連接繞線的複雜度。若需要，靜電夾具可用電阻性及電感性加熱方法來加熱以提供協助的影響。
在第4A至4C及5圖中所展示的實施例中，複數個分隔開的冷卻溝槽426可於封裝部件的頂部表面上形成。為了容易圖示的目的，將與第4A圖一併做討論。應理解，為了清楚，第4A至4C及5圖中的一些元件被省略。冷卻溝槽426(為了清楚，只有展示一個冷卻溝槽)被用以提供氣體至基材204之背側，以利於靜電夾具402及基材204間一致的熱傳導。冷卻溝槽426可被調整大小及分佈，以從冷卻劑來源428經由線432而循環冷卻劑(例如，冷卻氣體)以冷卻基材204。冷卻溝槽426可用任何所欲配置形成相交通道的圖案，包括：圓形溝槽、徑向溝槽、或兩者之組合。可選地，絕緣底板404的背側表面409也可與其中之溝槽430分隔開以從冷卻劑來源428經由線434而循環冷卻劑。溝槽430可被放置於接近鄰近加熱區域處。溝槽430可形成用於有效冷卻基材支撐座組件400的所欲圖案。額外地或可選地，可提供分隔開的溝槽於台座403之頂部表面，以加強冷卻基材支撐座組件400。
第6圖根據本揭示案的一個實施例描述用於製造靜電夾具的方法之一流程圖。為了圖示的目的，將與第4A圖一 併做出以下討論。應理解，該方法可相似地適用或修改以製造展示於第4B至4C及5圖中的靜電夾具。方法600起始於步驟602，提供具有頂部表面407及背側表面409的絕緣底板404。絕緣底板404之頂部表面407被用於接收靜電夾具的其他構件，例如封裝部件508。絕緣底板404之背側表面409被適用以設置於台座403上以形成基材支撐座組件400。
如上方討論，絕緣底板404可藉由絕緣材料而製成以支撐隨後形成於上的電極組件406。在一個實施例中，絕緣底板404由玻璃、氮化鋁、氧化鋁、或陶瓷製成。絕緣底板404可具有選擇以容納設置於上的基材之大小及形狀的計畫面積。在一個範例中，絕緣底板404可為具有直徑在大約4吋及大約18吋間的圓形形狀。選擇地，計畫面積可為多邊形，例如矩形。
在步驟604，電極組件406被設置於絕緣底板404的頂部表面407上。相似於參照上方第1至2圖所討論的電極組件106，電極組件406可包含第一電極412及第二電極414以在電源420供電時產生帶有不同極性的電荷。
在一個實施例中，電極組件406可由金屬條、片、管、箔形成，且可為事先模製的、事先鑄造的及事先製造的，並在靜電夾具製造期間放置於絕緣底板404的頂部表面407上。選擇地，可實施金屬沉積處理以將電極組件406直接沉積且形成於絕緣底板404的頂部表面407上。合適的沉積處理可包含PVD、CVD、電鍍、噴墨印刷、橡膠打印、網版印刷或噴霧印刷處理。額外地，可在絕緣底板404的頂部表面 407上形成金屬漿/金屬線。該金屬漿/金屬線可初始為液狀、漿狀或金屬膠狀，而可在目標表面上以所需圖案圖樣化，例如鄰近矩形、圓形、六邊形、或其他相似形狀的特徵的陣列，以用不同配置或尺寸在絕緣底板404的頂部表面407上形成所需電極指。如上方討論，第一及第二電極412、414可各具有複數個電極指。
在步驟606，複數個加熱元件416被設置於絕緣底板404上，以提供多個跨過基材支撐座組件400之小的、獨立地可控制的加熱區域。在一個實施例中，加熱元件416在絕緣底板404的頂部表面407上形成，且與第一及第二電極412、414同平面。加熱元件416可設置於與第一及第二電極412、414同一層中。選擇地，交錯的第一及第二電極412、414可於第一層中形成，該第一層貼合至第二層，該第二層具有如第4B圖中所展示之加熱元件。在另一個實施例中，加熱元件416可於絕緣底板404的背側表面上形成，如第4C圖中所展示。而在另一實施例中，加熱元件可為形成於絕緣底板之上或之內的電感性加熱元件，如第5圖中所展示。
加熱元件416可為以下形式：分離的金屬線、或沿著絕緣底板404的頂部表面407運行而不被電極412、414佔據的空間。在一個範例中，加熱元件416形成於第一及第二電極412、414間所定義的空間內。在電極412、414形成第1B至1E圖中所展示之圖案的情況下，加熱元件416以提供跨過基材支撐座組件的多個獨立地可控制的加熱區域的方式分佈遍於不被電極覆蓋的空間。
加熱元件416可使用相似於步驟604中所討論的製造電極412、414的技術而形成。例如，加熱元件416可使用金屬沉積處理(例如網版印刷處理)而形成。加熱元件416可經由電性內部連接418連接至外接電源114，電性內部連接418可在絕緣底板404中事先形成。選擇地，若使用電感性加熱元件，可不需電性內部連接。在一個範例中，加熱元件416以寬度大約0.1公釐至大約30公釐的尺度形成，及長度大約0.1公釐至大約30公釐。在一個實施例中，絕緣底板404的頂部表面407上可具有大約80個至大約200個加熱元件。加熱元件416的數量、大小、及圖案可依照在非夾具面積中維持施加於基材背側上的氣體壓力(大約1至20Torr)所需的力的總量而改變(用於熱交換的目的)，及被電極412、414所佔據的表面面積以達成夾具面積中所需的靜電力(當加熱元件及電極在相同層中)。
在步驟608，封裝部件408被設置於電極組件406上，而加熱元件416出現在絕緣底板404上，如第4A圖中所展示。若加熱元件出現於與電極組件不同的層中，如關於第4B至4C及5圖之上方討論，則封裝部件408只可覆蓋電極組件。封裝部件408可為陶瓷材料或玻璃材料。封裝部件408可形成於電極組件406上，藉由：化學氣相沉積(CVD)處理、PECVD處理、旋鍍處理、焰鍍處理、噴霧沉積處理、物理氣相沉積(PVD)處理、浸鍍、噴濺、熱噴霧塗層(例如，電漿噴霧塗層)、非電漿、非熱援塗層、熱均壓、冷均壓、成層、壓模、鑄造、壓製、燒結或同燒結技術或任何合適的處理以在 電極組件406上形成陶瓷材料或玻璃材料。在一個實施例中，選擇以製造封裝部件408的陶瓷材料為以下至少一者：碳化矽、氮化鋁、氧化鋁、含釔材料、氧化釔(Y2O3)、釔鋁石榴石(YAG)、氧化鈦(TiO)或氮化鈦(TiN)。封裝部件408可具有大約0.05公釐及大約2公釐間的厚度。
在一個實施例中，封裝部件408可具有在大約4及大約8um/(m*K)間的熱膨脹係數。封裝部件408可具有加強的熱阻抗及大約1000攝氏度的熔點。封裝部件408可具有在大約10GPa及大約30Gpa間的硬度(維氏硬度1Kgf)、在大約6μ-inch及大約1μ-inch間的表面粗糙度(例如大約4μ-inch)、及大約低於1%或更低的吸水率。
在步驟610，實施接合處理以熔融封裝部件408及絕緣底板404兩者在一起成一整體，而電極組件106及加熱組件416夾心於其間，因而形成靜電夾具402的一整體構件，如第4A圖中所展示。
注意可利用不同類型的接合處理，例如，但不限於退火、燒結、黏合、塌陷或擴散接合。在一個範例中，步驟610的接合處理為退火處理。可藉由任何合適的硬化或退火工具實施該退火處理，例如烘箱、加熱爐、放熱板、快速熱處理(RTP)室、尖波退火、或雷射退火室、諸如此類。可在大約1200攝氏度及大約2500攝氏度間的溫度下實施退火處理，以促成封裝部件408、電極組件406及絕緣底板404的固化以形成一整體零件。
因此，提供帶有靜電夾具之基材支撐座組件，該靜 電夾具具有多個區域的溫度控制能力。可於絕緣底板上形成複數個加熱元件，該等加熱元件與夾具電極同平面。選擇地，加熱元件可於第一層中形成，該第一層貼合至具有夾具電極於其中的第二層。加熱元件可排列成以下形式：沿著不被夾具電極所覆蓋的表面面積運行的分離區段，以提供跨過靜電夾具的表面之多個加熱區域。形成加熱元件及夾具電極於同一層中(或兩個相鄰貼合在一起的層)可為有利的，因為可減低靜電夾具的厚度且以低量形成為整體構件。該低量使能快速加熱及冷卻基材支撐座組件。
前述係本揭示案之實施例，可設計出其他及進一步的本揭示案之實施例，而不遠離其基本範圍，藉由隨後的申請專利範圍決定其範圍。
100‧‧‧靜電夾具
104‧‧‧絕緣底板
108‧‧‧電極
110‧‧‧電極
112‧‧‧電力開關
114‧‧‧電源
120‧‧‧電極指
122‧‧‧電極指
133‧‧‧空間
200‧‧‧基材支撐座組件
202‧‧‧台座
203‧‧‧加熱元件
211‧‧‧溫度控制器
302‧‧‧層

Claims (20)

  1. 一種靜電夾具，包括：一絕緣底板；一介電層，該介電層設置於該絕緣底板上，該介電層具有一基材支撐座表面；一電極組件，該電極組件設置於該絕緣底板及該基材支撐座表面間；及複數個加熱元件，該等加熱元件耦合至該絕緣底板，該等加熱元件排列成獨立地可控制的至少一個或更多個加熱元件之群組，該等加熱元件經配置以方位角地控制跨過一基材表面之一溫度剖面。
  2. 如請求項1所述之靜電夾具，其中該等複數個加熱元件被設置為與該電極組件共面，或被設置於一與該電極組件不同的層中。
  3. 如請求項1所述之靜電夾具，其中該等複數個加熱元件在該絕緣底板的一頂部表面上或在該絕緣底板的一背側表面上形成。
  4. 如請求項3所述之靜電夾具，其中該等複數個加熱元件排列成一格狀配置、一像素狀或網點狀配置、一極性陣列配置、或一同心配置。
  5. 如請求項1所述之靜電夾具，其中該等複數個加熱元件為分離金屬區段的形式。
  6. 如請求項1所述之靜電夾具，其中該等複數個加熱元件包括電阻性加熱元件或電感性加熱元件。
  7. 如請求項1所述之靜電夾具，其中該電極組件具有至少兩個交錯電極。
  8. 如請求項7所述之靜電夾具，其中該等至少兩個交錯電極包括一第一組電極指及一第二組電極指，其中該第一組電極指經配置以產生電荷，該電荷具有不同於該第二組電極指的一極性。
  9. 如請求項1所述之靜電夾具，其中該電極組件排列成一格狀配置、一像素狀或網點狀配置、一極性陣列配置、或一同心配置。
  10. 如請求項1所述之靜電夾具，其中該介電層及該絕緣底板係由一玻璃材料或一陶瓷材料製成。
  11. 一種靜電夾具，包括：一絕緣底板，該絕緣底板具有一第一表面及相對於該第一表面之一第二表面； 一電極組件，該電極組件在該絕緣底板之該第一表面上形成，該電極組件具有與一第二電極交錯的一第一電極；複數個加熱元件，該等加熱元件在該第一及該第二電極的交錯部分間形成；及一封裝部件，該封裝部件耦合至該電極組件。
  12. 如請求項11所述之靜電夾具，其中該等複數個加熱元件為排列成一格狀配置、一像素狀或網點狀配置、一極性陣列配置、或一同心配置之分離區段或連續線的形式。
  13. 如請求項11所述之靜電夾具，其中該等複數個加熱元件包括電阻性加熱元件或電感性加熱元件。
  14. 如請求項11所述之靜電夾具，其中該等複數個加熱元件在該絕緣底板的該第一表面或該第二表面上形成。
  15. 如請求項11所述之靜電夾具，其中該等複數個加熱元件被設置為與該電極組件共面，或被設置於一與該電極組件不同的層中。
  16. 一種用於製造一靜電夾具的方法，該方法包括以下步驟：在一絕緣底板上形成一電極組件，其中該電極組件包含與一第二電極交錯的一第一電極；在該絕緣底板上形成複數個加熱元件，該等加熱元件經 配置以方位角地控制跨過一基材表面之一溫度剖面；及在該電極組件上形成一封裝部件。
  17. 如請求項16所述之方法，其中該等複數個加熱元件藉由一網版印刷處理、一噴墨印刷處理、一橡膠打印處理或一噴霧印刷處理而形成。
  18. 如請求項16所述之方法，進一步包括以下步驟：接合該絕緣底板至該封裝部件以形成一整體構件。
  19. 如請求項16所述之方法，其中該等複數個加熱元件包括電阻性加熱元件或電感性加熱元件。
  20. 如請求項16所述之方法，其中該等複數個加熱元件經配置以提供一大約每秒50攝氏度至大約每秒250攝氏度的升降溫速率。
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