TW201519359A - 可調溫度控制靜電夾組件 - Google Patents

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Abstract

實施例包括用以在電漿處理期間支撐一工件的一種基座，該基座具有可調的溫度控制。在一實施例中，該基座包括一靜電夾(ESC)，該靜電夾具有一頂表面，在該頂表面之上將設置該工件。該基座包括一或更多個加熱元件，該一或更多個加熱元件設置於該ESC的該頂表面之下。該基座包括一冷卻基部，該冷卻基部設置於該ESC之下。該基座包括複數個隔室，該複數個隔室係設置於該ESC的該頂表面與該冷卻基部之間，該複數個隔室係可獨立地控制至不同的壓力。一或更多個控制器獨立地控制在一第一複數個隔室中的壓力至一第一壓力與在一第二複數個隔室中的壓力至一第二壓力。

Description

可調溫度控制靜電夾組件
本發明的實施例係關於微電子製造工業，且更具體地，係關於溫度受控制的基座，該基座用以在電漿處理期間支撐工件。
電漿處理設備(例如，設計來執行微電子裝置與類似者的電漿蝕刻之設備)在處理期間使用靜電夾(ESCs,electrostatic chucks)來支撐與固持晶圓或基板於定位。此種設備通常包括加熱及/或冷卻元件來調整ESC的溫度，且因此調整晶圓的溫度。多種因素導致晶圓上的溫度不均勻，晶圓上的溫度不均勻可能導致微電子裝置的故障與不一致。例如，在使用接合材料來耦接基座的元件(例如，加熱元件、冷卻元件等)之設備中，接合材料的厚度及/或接合材料的化學成分之不一致可能導致變化的熱傳導性。變化的熱傳導性可能導致ESC上的熱或冷點，ESC上的熱或冷點接著可能導致晶圓上的熱或冷點。溫度不均勻的其他原因可包括：ESC的不均勻加熱與冷卻、ESC與晶圓之間變化的接觸電阻值、電漿 負載變化、以及處理腔室內的其他溫度變化(例如，因為至腔室的門的位置之變化)。
另外，電漿處理設備會消耗大量的電力。電漿處理設備消耗的某些電力是因為冷卻與加熱機構為了維持均勻的晶圓溫度而消耗。
本發明的一或更多個實施例係關於溫度受控制的基座，用以在電漿處理期間支撐工件。
在一實施例中，該基座包括一靜電夾(ESC)，該靜電夾具有一頂表面，在該頂表面之上將設置該工件。該基座包括一或更多個加熱元件，該一或更多個加熱元件設置於該ESC的該頂表面之下。該基座包括一冷卻基部，該冷卻基部設置於該ESC之下。該基座包括複數個隔室，該複數個隔室係由氣體密封來分隔並且設置於該冷卻基部與該一或更多個加熱元件之間，該複數個隔室係可獨立地控制至不同的壓力。一或更多個控制器獨立地控制在一第一複數個隔室中的壓力至一第一壓力與在一第二複數個隔室中的壓力至一第二壓力。
在一實施例中，一種電漿蝕刻系統包括：一真空腔室；一氣源，用以供應氣體至該真空腔室；一基座；以及一RF產生器，該RF產生器耦接於該真空腔室、該氣源、或該基座的至少一者。該基座包括一靜電夾(ESC)，該靜電夾具有一頂表面，在該頂表面之上將設置一工件。該基座包括一或更多個加熱元件，該一或更多個加熱元件設置於該ESC的 該頂表面之下，該基座包括一冷卻基部，該冷卻基部設置於該ESC之下。該基座包括複數個隔室，該複數個隔室係由氣體密封來分隔並且設置於該冷卻基部與該一或更多個加熱元件之間，該複數個隔室係可獨立地控制至不同的壓力。在一實施例中，該系統包括一或更多個控制器，該一或更多個控制器係用以根據維持在一第一複數個隔室中的一第一壓力與在一第二複數個隔室中的一第二壓力，產生複數個溫度區域在該ESC表面上。該複數個溫度區域可包括一內部圓形區域與一外部環狀區域。在一實施例中，該系統包括一或更多個溫度感測器，該一或更多個溫度感測器設置於該基座之上，以偵測該工件的一溫度。該一或更多個控制器係用以根據該一或更多個溫度感測器所決定的該工件的一溫度，維持在該第一複數個隔室中的該第一壓力與在該第二複數個隔室中的該第二壓力。
100‧‧‧電漿蝕刻系統
105‧‧‧腔室
110‧‧‧工件
115‧‧‧開孔
125‧‧‧電漿偏壓電力
126‧‧‧第二電漿偏壓電力
127‧‧‧RF匹配電路
128‧‧‧電力導管
129‧‧‧氣源
130‧‧‧電漿源電力
135‧‧‧電漿產生元件
141、145‧‧‧流體導管
142‧‧‧基座
143‧‧‧介電質材料
149‧‧‧流量控制器
151‧‧‧排氣閥
155‧‧‧高容量真空泵堆
170‧‧‧系統控制器
172‧‧‧中央處理單元(CPU)
173‧‧‧記憶體
174‧‧‧輸入輸出(I/O)介面
175‧‧‧溫度控制器
176‧‧‧溫度
177、178‧‧‧HTX/冷卻器
185‧‧‧閥
190‧‧‧導體
200‧‧‧基座
202‧‧‧靜電夾(ESC)
204‧‧‧加熱元件
206‧‧‧隔室
208‧‧‧氣體密封
209‧‧‧斷熱件
210‧‧‧冷卻基部
212‧‧‧控制器
214‧‧‧控制器(多工器)
300a‧‧‧ESC表面(溫度區域形態)
300b‧‧‧ESC表面
300c‧‧‧ESC表面
302‧‧‧內心區域
303‧‧‧中間區域
304‧‧‧外面區域
305‧‧‧外面區域
307‧‧‧子區域
402、407‧‧‧隔室
404‧‧‧突伸部
500a‧‧‧系統
500b‧‧‧系統
502‧‧‧工件
504‧‧‧溫度感測器
600‧‧‧方法
700‧‧‧電腦系統
702‧‧‧處理器
704‧‧‧主要記憶體
706‧‧‧靜態記憶體
708‧‧‧網路介面裝置
710‧‧‧視訊顯示單元
712‧‧‧文字數位的輸入裝置
714‧‧‧游標控制裝置
716‧‧‧信號產生裝置
718‧‧‧輔助記憶體
720‧‧‧網路
722‧‧‧軟體
726‧‧‧處理邏輯
730‧‧‧匯流排
731‧‧‧機器可存取儲存媒介
本發明的實施例係藉由範例之方式來例示，且非限制，在所附圖式的圖式中：第1圖根據本發明的實施例，為電漿蝕刻系統的示意圖，電漿蝕刻系統包括基座，基座用以在電漿處理期間支撐工件；第2圖根據本發明的實施例，為基座的橫剖面圖，基座用以在電漿處理期間支撐工件；根據本發明的實施例，第3A圖、第3B圖與第3C圖為靜電夾(ESC)表面上的範例溫度區域的俯視圖； 根據本發明的實施例，第4圖為可獨立地控制壓力的隔室的俯視圖；根據本發明的實施例，第5A圖與第5B圖為方塊圖，例示具有向下的溫度感測器之系統；根據本發明的實施例，第6圖為一種方法的流程圖，該方法用於在電漿處理期間控制工件的溫度；及根據本發明的實施例，第7圖例示用於執行本文所述的方法之範例電腦系統的方塊圖。
敘述在電漿處理期間用以控制工件的溫度之方法、系統、與基座。
在實施例中，靜電夾(ESC,electrostatic chuck)組件(在此也稱為基座)包括多區域的溫度可調性。多區域促成ESC表面上的區域的溫度的獨立微調，這可補償來自各種來源之在工件上的溫度不均勻。
根據一實施例，基座包括熱傳導性可變的縫隙，以提供用於多個溫度區域。基座可包括一或更多個加熱元件，一或更多個加熱元件提供熱通量來加熱ESC。根據一個此種實施例，該等縫隙形成加熱元件與冷卻基部的表面之間的隔室。根據例如隔室的位置、形狀、與數量，且藉由調整個別隔室的熱傳導性，可調整ESC表面溫度的形態。在一實施例中，控制器獨立地調整個別隔室中的氣體壓力，以產生獨立的溫度區域。在一實施例中，使用具有不同熱傳導性的不同氣體，以產生不同的溫度區域在ESC表面上。
在一實施例中，基座包括斷熱件，以最小化個別溫度區域之間的串擾與區域交互作用。在一實施例中，其中斷熱件包括空氣縫隙，控制器也控制斷熱件中的氣體壓力。控制器可包括例如一或更多個壓力控制裝置，藉由多工的閥陣列或旋轉的閥組件，一或更多個壓力控制裝置供應氣體至該等隔室。因此，根據本發明的實施例，ESC組件獨立地控制位於ESC之下與冷卻基部之上的多個隔室的氣體壓力。本發明的實施例可減少至冷卻基部的熱傳導性，因此需要較少的電力來維持任何給定的設定點。較低的電力位準可導致降低的熱不均勻，熱不均勻係因為例如加熱形態、接合層不均勻性、與冷卻通道形態。
在下面的敘述中，提出各種細節，但是，本領域中熟習技藝者將明顯得知，沒有這些特定細節也可以實施本發明。在某些情況中，熟知的方法與裝置係用方塊圖的形式圖示，而非詳述，以避免混淆本發明。本說明書通篇所指的「一實施例」或「在一實施例中」是指連結該實施例所述的特定特徵、結構、功能或特性係包括在本發明的至少一實施例中。因此，本說明書通篇各個地方出現的用詞「在一實施例中」不需要是指本發明的相同實施例或僅一個實施例。另外，特定特徵、結構、功能或特性可用任何的合適方式結合於一或更多個實施例中。例如，第一實施例可結合於第二實施例，其中兩實施例並非具體指示為互斥的。
用語「耦接」在本文可用於敘述元件之間的功能或結構關係。「耦接」可用於指出二或更多個元件係直接或間 接(有其他中介物在它們之間或通過該媒介)機械的、聲學的、光學的、或電性的接觸於彼此，及/或二或更多個元件共同操作或互動於彼此(例如，因果關係)。
用語「之上」、「之下」、「之間」、與「上」當在本文中使用時，是指一元件或材料層相對於其他元件或層的相對位置，其中此種實體關係對於組件背景中的機械元件或微加工堆疊的材料層背景中係顯著的。設置於另一層(元件)之上或之下的一層(元件)可直接接觸於另一層(元件)，或可具有一或更多個中介層(元件)。另外，設置於兩層(元件)之間的一層(元件)可直接接觸於該等兩層(元件)，或可具有一或更多個中介層(元件)。相反的，第二層(元件)「上」的第一層(元件)則直接接觸於該第二層(元件)。
除非具體指出，如同下面的討論一般明顯的，可瞭解到，說明書通篇的討論所用的用語例如「處理」、「運算」、「計算」、「決定」、或類似者係指電腦或運算系統或類似的電子運算裝置的作動及/或處理，其操縱及/或轉換代表運算系統的暫存器及/或記憶體內的物理(例如，電子)量之資料成為類似代表運算系統的記憶體、暫存器或其他此種資訊儲存器、傳輸或顯示裝置內的物理量之其他資料。
第1圖根據本發明的實施例，為電漿蝕刻系統100的示意圖，電漿蝕刻系統100包括基座142。電漿蝕刻系統100可為本領域中熟知的任一種高性能蝕刻腔室，例如(但不限於)美國加州的應用材料公司所製造的EnablerTM、MxP®、MxP+TM、Super-ETM、DPS II AdvantEdgeTM G3、或E-MAX® 腔室。其他商業上可取得的蝕刻腔室可類似地使用本文所述的基座。雖然範例實施例係敘述於電漿蝕刻系統100的背景中，本文所述的基座也可適於其他處理系統，該等其他處理系統用於執行任何電漿製造處理(例如，電漿沉積系統等)，該電漿製造處理將熱負載置於基座所支撐的工件上。
參見第1圖，電漿蝕刻系統100包括真空腔室105，真空腔室105通常接地。工件110裝載通過開孔115並且夾設於基座142。基座142可包括可獨立控制的溫度區域，如同本文所述。工件110可為任何傳統上使用在電漿處理領域中的(例如，半導體晶圓或電漿處理中使用的其他工件)，且本發明不限於此方面。工件110設置於介電質材料143的頂表面上，介電質材料143設置於冷卻基部組件210之上。處理(來源)氣體係通過流量控制器149從氣源129供應至腔室105的內部(例如，透過氣體噴頭)。腔室105透過排氣閥151而排空，排氣閥151連接至高容量真空泵堆155。
當電漿電力供應至腔室105時，電漿形成於工件110之上的處理區域中。電漿偏壓電力125耦接進基座142中，以激發電漿。電漿偏壓電力125通常具有大約2MHz至60MHz之間的低頻率，且電漿偏壓電力125可例如在13.56MHz頻帶中。在範例實施例中，電漿蝕刻系統100包括操作在大約2MHz頻帶中的第二電漿偏壓電力126，第二電漿偏壓電力126相同於電漿偏壓電力125地連接至相同的RF匹配電路127，且第二電漿偏壓電力126透過電力導管128耦合至低電極。導體190提供DC電壓給設置於介電質層143中的ESC 夾電極。電漿源電力130通過匹配件(未繪示)耦接於電漿產生元件135，以提供高頻電源來感應式或電容式激發電漿。電漿源電力130可具有高於電漿偏壓電力125的頻率，例如在100MHz與180MHz之間，且電漿源電力130可例如在162MHz頻帶中。
溫度控制器175用以執行溫度控制演算法，且溫度控制器175可為軟體或硬體或軟體與硬體兩者的組合。溫度控制器175可另包括系統控制器170的元件或模組，系統控制器170負責透過中央處理單元(CPU)172、記憶體173、與輸入輸出(I/O)介面174來管理系統100。溫度控制器175用以輸出控制信號，以影響基座142與熱源及/或電漿腔室105外部的散熱器之間的熱轉移速率。在範例實施例中，溫度控制器175耦接於第一熱交換器(HTX,heat exchanger)或冷卻器177以及第二熱交換器或冷卻器178，使得溫度控制器175可取得HTX/冷卻器177、178的溫度設定點以及基座的溫度176，並且控制通過基座142中的流體導管141及/或145之熱轉移流體流速。熱交換器/冷卻器與基座中的流體導管之間的一或更多個閥185(或其他流動控制裝置)可受到溫度控制器175控制，以獨立地控制至複數個流體導管141、145的熱轉移流體的流速。因此，在範例實施例中，使用兩個熱轉移流體迴路。其他實施例可包括一或更多個熱轉移迴路。可使用本領域中已知的任何熱轉移流體。熱轉移流體可包括適於提供合適的熱轉移至或自基板的任何流體。例如，熱轉移流體可為氣體，例如氦(He)、氧(O2)、或類似者。但是，在 範例實施例中，熱轉移流體為液體，例如(但不限於)Galden®、Fluorinert®、或乙烯乙二醇/水。
第2圖根據本發明的實施例，為基座的橫剖面圖，基座用以在電漿處理期間支撐工件。基座200包括靜電夾(ESC)202。ESC 202可為可以在半導體處理期間固持晶圓或基板的任何夾盤，例如，Johnsen Rahbek(JR)夾盤、庫倫夾盤等。ESC可為單極、雙極、或多極。根據一實施例，ESC 202包括介電質材料，在介電質材料之上設置工件(未圖示)。介電質材料可為本領域中任何已知的。例如，在一實施例中，介電質材料143為陶瓷(例如，AlN、Al2O3等)，可以維持頂表面附近的靜電電荷，以在處理期間靜電式夾住工件。在一範例實施例中，ESC 202包括陶瓷球(puck)，陶瓷球具有至少一電極(例如，網格或格柵)嵌入於陶瓷中，以當電極充電時，在陶瓷的表面與設置於陶瓷表面上的工件之間引致靜電電位。
在一實施例中，基座200另包括氣體分配機構(未圖示)，以分配ESC頂表面與工件之間的氣體。ESC頂表面與工件之間的氣體可產生用於熱傳導於工件的壓力。根據一實施例，用於工件之後的氣體之縫隙係10-50μm的範圍。如同下述，ESC表面與工件之間的氣體可容納於可獨立控制的隔室中。在一實施例中，ESC表面與晶圓之間的接觸量可改變，以影響溫度區域。例如，在一實施例中，工件與ESC表面之間的接觸可在2-100%之間改變。
在第2圖例示的實施例中，ESC 202設置於一或更 多個加熱元件204之上。一或更多個加熱元件204可包括AC加熱元件、DC電極、及/或可以提供熱通量來用於加熱ESC 202的任何其他種的加熱器元件。根據一實施例，單一加熱元件可提供比多個加熱元件更均勻的加熱。基座200也包括冷卻基部210，冷卻基部210設置於ESC 202之下。根據一實施例，冷卻基部210可以實質上均勻地冷卻冷卻基部的表面。如同上面相關於第1圖所提及，冷卻基部可包括導管/通道來用於熱轉移流體或氣體，如同上述。冷卻基部210可包括任何數量的路徑、噴頭、徑向圖案、反向流動、及/或任何其他冷卻基部特徵。冷卻基部210可包括單一區域(單一區域可促成實質上均勻的冷卻)、或多個區域(多個區域可促成調整的彈性)。根據一實施例，冷卻基部210係由金屬製成，例如鋁。
在一實施例中，複數個縫隙或隔室206係設置於加熱元件204與冷卻基部210之間。根據實施例，隔室206可設置於冷卻基部210的頂表面之上，或者隔室206可整合進冷卻基部210的頂部區段中。在包括基座200的電漿蝕刻系統的操作期間，每一隔室206通常容納氣體。例如，隔室206可容納氦、氫、氬、氮、或具有合適的熱傳導性的任何其他氣體。如同所示，在一實施例中，加熱元件204與冷卻基部210之間的氣體密封208分隔該等隔室206。氣體密封提供隔室206之間的隔離。隔室206具有足夠短的高度，以促成氣體成分及/或壓力的改變，以改變隔室的熱傳導性。例如，隔室可具有50μm的高度。
一或更多個控制器212與214可獨立地調整隔室206中的氣體的熱傳導性，以產生不同的溫度區域在ESC上。例如，第2圖的隔室206對應於第3A圖的溫度區域形態300a。藉由調整例如隔室206中的氣體壓力，及/或藉由控制隔室206中的氣體成分，控制器212與214可調整隔室206的熱傳導性。在一實施例中，控制器212與214獨立地調整隔室206的壓力至在1-50托耳(torr)之間。在一實施例中，控制器212與214獨立地調整隔室206的壓力至在1-10托耳(torr)之間。增加氣體壓力會導致較高的熱傳導性，且降低氣體壓力會導致較低的熱傳導性。在具有加熱元件與熱傳導性可變的隔室之實施例中，加熱元件可提供固定的熱源(該固定的熱源實質上獨立於腔室中所施加的RF電力)，以根據隔室206的熱傳導性而有效地產生不同的溫度區域。如同上面所指出，具有可獨立控制壓力的隔室之基座(例如，第2圖例示的實施例)可最小化電力消耗。例如，第2圖的基座200可控制一或更多個隔室206中的壓力至低值，以最小化熱轉移。藉由最小化熱轉移，基座200可操作在「閒置狀態」中並且利用最小的電力消耗來維持ESC表面(以及因此，工件)的溫度在較穩定的溫度。
斷熱件209可包括縫隙來容納氣體或真空，或者另一絕熱材料，以減少區域之間的溫度串擾。如同所示，斷熱件209位於ESC 202中。但是，取代位於ESC 202中或者除了位於ESC 202中以外，斷熱件209可位於具有加熱元件204的區段中。例如，在一實施例中，其中加熱元件204與ESC 202 結合在單件式陶瓷結構中，斷熱件位於該結合了加熱元件與ESC的結構中。
斷熱件209可包括密封帶，以容納斷熱件的氣體或真空。在一實施例中，其中斷熱件209包括空氣縫隙來容納氣體，控制器212與214可另外調整斷熱件209的熱傳導性。例如，在一實施例中，分隔可獨立控制壓力的隔室206之斷熱件209係可控制至不同的壓力。在一實施例中，斷熱件209中的氣體成分係可控制的。根據一實施例，控制器212與214透過閥與饋送通過氣體密封區域208的管而控制斷熱件209中的氣體成分及/或氣體壓力。根據一實施例，斷熱件209為大約50μm厚。在其他實施例中，斷熱件209可具有可以最小化熱串擾之大於或小於50μm的厚度。例示的斷熱件209具有相同的寬度，但是，其他實施例可包括具有不同尺寸的斷熱件。另外，斷熱件209係例示為具有與氣體密封208相同的寬度，但是，斷熱件209與氣體密封208可具有不同的尺寸。斷熱件209及/或任何其他隔室壁部可為聚酰亞胺(PI)、陶瓷、或任何其他合適的材料。
在一實施例中，基座可包括額外的複數個隔室(未圖示)係設置於ESC之上，該等額外的複數個隔室可獨立地控制至不同的熱傳導性。在具有額外的複數個隔室在ESC之上的實施例中，可用如同相關於加熱元件204與冷卻基部210之間的隔室206所述的相同方式來調整熱傳導性。
如同上面簡短提及的，ESC 202、一或更多個加熱元件204、與複數個隔室206可包括於單件式主體中(例如，整 合進ESC 202的陶瓷塊中)。或者，加熱元件204及/或隔室可分開製造，且藉由例如接合、機械式夾住、或耦接加熱元件204與隔室206於ESC 202的其他手段而整合在一起。在一實施例中，隔室206係包括於冷卻基部210中。
回到控制器212與214，氣體壓力及/或成分可藉由供應氣體至隔室206的標準控制裝置來控制。例如，基座200可包括用於每一區域的專屬壓力控制器、多工的閥陣列、可旋轉的閥組件、或其某種組合。第2圖例示的實施例包括氣體壓力控制器212，氣體壓力控制器212包括多個閥陣列。根據一或更多個「選擇」輸入(未圖示)，多工器214決定哪個閥要打開(以及因此，哪個隔室206要調整)。如同上述，控制器212與214可獨立地調整每一隔室206的熱傳導性，這產生多個溫度區域在ESC表面上。
因此，在一實施例中，根據維持在不同的隔室及/或斷熱件中的不同壓力，一或更多個控制器產生複數個溫度區域在ESC表面上。該等溫度區域也受到下述影響：加熱元件的加熱、隔室的配置、以及冷卻基部與複數個隔室之間的介面的冷卻基部的冷卻。該等溫度區域可促成補償溫度不均勻，以保持工件在均勻的溫度，或者該等溫度區域可促成工件上的不同溫度區域(例如，加熱工件的邊緣至不同於中心的溫度，以補償化學作用的差異)。
根據本發明的實施例，第3A圖至第3C圖為靜電夾(ESC)表面上的範例溫度區域的俯視圖。第3A圖、第3B圖、與第3C圖例示溫度區域的三種不同配置，但是任何配置 與數量的區域都可能。較大量的區域允許工件溫度的較細微控制。
第3A圖例示ESC表面300a的俯視圖，ESC表面300a具有兩個不同的溫度區域：內部或內心區域302以及外部或外面區域304。在此例示實施例中，內心區域302為圓形(亦即，實質上圓形)，且外面區域304為環狀(亦即，實質上環狀)。第3B圖例示ESC表面300b的俯視圖，ESC表面300b具有三個溫度區域。除了內心區域302與外面區域305以外，ESC表面300b具有中間環狀溫度區域在外面環狀溫度區域與內心圓形區域之間。除了不同半徑處的不同區域以外，ESC表面可具有方位角的溫度區域。例如，第3C圖例示ESC表面300c的俯視圖，ESC表面300c具有六個不同的溫度區域。類似於第3B圖的ESC表面300b，ESC表面300c包括內心區域302與中間區域303。另外，第3C圖例示的實施例包括外面實質上環狀的區域係方位角地分成較小的子區域307。具有外面區域307的配置對於具有不對稱腔室(例如，門在一側上，但是不在另一側上)的系統來說會是有利的。ESC的邊緣處之方位角地分割的環狀溫度區域(例如，區域307)可促成補償此種腔室特徵所導致的溫度不均勻。具有方位角地分割的區域之其他配置也可能。例如，一個實施例包括內心圓形區域(例如，第3A圖的302)以及外面環狀區域304，外面環狀區域304係方位角地分割。實施例可包括任何數量的方位角地分割的子區域(例如，2、3、4、5、或多於5個的方位角地分割的子區域)。
根據本發明的實施例，第4圖為可獨立地控制壓力的隔室的俯視圖。如同第4圖所示，根據一實施例，隔室402與407係圖案化的。
根據一實施例，隔室的底或頂表面係圖案化的。該圖案可包括多個突伸部或高點(也熟知為臺地)，突伸部或高點可為平的、圓的、或另一種形狀。例如，隔室402與407係圖案化有突伸部404。突伸部可例如為10-50μm高。在一實施例中，突伸部具有0.55mm的直徑。在另一實施例中，突伸部具有0.5-1mm的直徑。其他實施例可包括適於氣體隔室的尺寸之其他直徑與高度。
在一實施例中，製造突伸部的方法包括：施加遮罩至要圖案化的表面，且透過小珠噴砂處理(bead blasting)、噴砂處理(sand blasting)、蝕刻、或任何其他可以產生所欲圖案的處理來圖案化或浮雕該表面。在另一實施例中，複數個突伸部係透過沉積材料於隔室表面上而產生。包括縫隙的隔室(具有圖案化表面)具有優點係容易製造，同時允許非常小的縫隙來用於有效率且有效的熱轉移。但是，其他實施例可包括未圖案化的隔室，或者具有與第4圖繪示的圖案不同的圖案。
根據本發明的實施例，第5A圖與第5B圖為方塊圖，例示具有向下的溫度感測器之系統。傳統的溫度量測技術包括將探針嵌入於ESC或基座的其他部分中。此種傳統的溫度探針包括例如電阻值溫度偵測器(RTD,resistance temperature detectors)、熱電偶、Flouroptic溫度計、紅外線(IR) 感測器、或任何其他可以整合進基座中的溫度探針。此種感測器量測基座的溫度(例如，ESC的溫度)，且因此僅間接地量測正在處理的晶圓或基板的溫度。溫度差異通常存在於ESC與晶圓之間，且因此，ESC溫度的量測可能無法準確反映晶圓的溫度。另外，包括感測器於ESC或基座的其他部分內會導致額外的溫度不均勻，因為例如容納感測器及/或纜線的孔或縫隙的緣故。
如同第5A圖與第5B圖所示，向下的量測系統可偵測晶圓的溫度，而非(或除此之外)仰賴ESC的間接溫度量測。在一實施例中，電漿處理系統包括一或更多個溫度感測器係設置於基座之上，以偵測工件的溫度。第5A圖的系統500a為方塊圖，例示單一個高處的溫度感測器504，溫度感測器504可以偵測工件502及/或其上設有工件的ESC之溫度。第5B圖的系統500b為方塊圖，例示多個高處的溫度感測器504。雖然系統500a與500b例示高處的溫度感測器，除了高處的溫度感測器之外或取代高處的溫度感測器，其他實施例可包括側部的溫度感測器。類似於高處的溫度感測器，側部的溫度感測器可直接量測晶圓的溫度。在一實施例中，高處的及/或側部的溫度感測器的數量等於溫度區域的數量。其他實施例可包括多於或少於溫度區域的溫度感測器。
在一個此種實施例中，溫度感測器504包括紅外線(IR)攝影機。在一實施例中，溫度感測器504包括掃描雷射系統。其他實施例可包括任何其他種的溫度感測器，可以在距離晶圓一段距離處量測溫度。具有此種高處的及/或側部的溫 度感測器之系統可收集來自多個感測器的資料，且處理所收集的資料來產生晶圓的影像。如同上面提及的，溫度感測器504可與標準的溫度探針一起使用，標準的溫度探針量測ESC的溫度(例如，嵌入在基座中的溫度感測器)。晶圓的影像一及/或從嵌入式探針所收集的其他溫度資料一可用於決定晶圓上的溫度變化，且決定如何獨立地控制ESC表面上的溫度區域。例如，從高處的溫度感測器504所收集的溫度資料可由第2圖的控制器212與214使用，以控制隔室206的熱傳導性。根據一實施例，控制器可選擇工件的一或更多個區域來採取溫度量測，以用於控制ESC表面的溫度區域。例如，晶圓邊緣處的溫度、晶圓中心處的溫度、及/或晶圓的某些其他區域處的溫度可用於決定對於ESC表面的溫度區域的調整。
根據本發明的實施例，第6圖為一種方法的流程圖，該方法用於在電漿處理期間控制工件的溫度。方法600開始於操作602，其中加熱靜電夾(ESC)。例如，方法600可包括：利用加熱元件204加熱第2圖的ESC 202。加熱ESC也可涉及加熱，因為處理設置於ESC之上的工件(例如，因為電漿蝕刻處理)。在操作604，該方法包括：利用冷卻基部來冷卻ESC。冷卻基部設置於ESC之下並且藉由隔室而與ESC分隔。例如，第2圖的冷卻基部210可提供ESC 202的散熱。第2圖中的冷卻基部210例示了冷卻基部藉由隔室及/或斷熱件而與ESC分隔的實施例。在操作606，一或更多個控制器獨立地控制ESC與冷卻基部之間的隔室的熱傳導性。例如，控制器212與214可獨立地控制隔室206的氣體成分與壓力， 以產生ESC表面上的溫度區域。產生的溫度區域可促成在處理期間由ESC固持的工件之溫度的細微控制。
根據本發明的實施例，第7圖例示用於執行本文所述的方法之範例電腦系統的方塊圖。範例電腦系統700包括處理器702、主要記憶體704(例如，唯讀記憶體(ROM)、快閃記憶體、動態隨機存取記憶體(DRAM)、例如同步DRAM(SDRAM)或Rambus DRAM(RDRAM)等)、靜態記憶體706(例如，快閃記憶體、靜態隨機存取記憶體(SRAM)等)、與輔助記憶體718(例如，資料儲存裝置)，這些元件透過匯流排730而彼此通訊。
處理器702代表一或更多個通用目的處理裝置，例如微處理器、中央處理單元、或類似者。更具體地，處理器702可為複雜指令集運算(CISC,complex instruction set computing)微處理器、精簡指令集運算(RISC,reduced instruction set computing)微處理器、超長指令字(VLIW,very long instruction word)微處理器等。處理器702也可為一或更多個專用目的處理裝置，例如特殊應用積體電路(ASIC)、現場可編程閘陣列(FPGA)、數位信號處理器(DSP)、網路處理器、或類似者。處理器702係配置來執行處理邏輯726，處理邏輯726用於執行本文討論的步驟與操作。
電腦系統700可另包括網路介面裝置708。電腦系統700也可包括視訊顯示單元710(例如，液晶顯示器(LCD)或陰極射線管(CRT))、文字數位的輸入裝置712(例如，鍵盤)、游標控制裝置714(例如，滑鼠)、與信號產生裝置 716(例如，揚聲器)。
輔助記憶體718可包括機器可存取儲存媒介(或更具體地，電腦可讀取儲存媒介)731，機器可存取儲存媒介上儲存有一或更多個指令集(例如，軟體722)，該一或更多個指令集實行本文所述的任何一或更多個方法或功能。軟體722也可在它由電腦系統700執行的期間暫存(全部或至少部分)在主要記憶體704及/或處理器702內，主要記憶體704與處理器702也構成機器可讀取儲存媒介。軟體722可另外透過網路介面裝置708在網路720上傳送或接收。
雖然機器可存取儲存媒介731在範例實施例中係繪示為單一媒介，用語「機器可存取儲存媒介」應視為包括儲存一或更多個指令集的單一媒介或多個媒介(例如，集中式或分散式資料庫，及/或相關的快取與伺服器)。用語「機器可讀取儲存媒介」也應視為包括：可以儲存或編碼指令集來由機器執行並且導致該機器執行本發明的任何一或更多個方法之任何媒介。用語「機器可讀取儲存媒介」因此應視為包括(但不限於)：固態記憶體、光學與磁性媒介、以及其他非暫態式的機器可讀取儲存媒介。
可瞭解到，上述敘述是打算作為例示，且非限制。例如，雖然圖式中的流程圖圖示本發明的某些實施例所執行的操作的特定順序，應瞭解到，此種順序並非要求(例如，替代的實施例可用不同的順序執行該等操作、結合某些操作、重覆某些操作等)。另外，在閱讀與瞭解上述敘述時，許多其他實施例對於本領域中熟習技藝者來說會是顯而易見 的。雖然本發明已經參照特定範例實施例來敘述，將承認，本發明不限於所述實施例，但是可用所附申請專利範圍的精神與範圍內的修改與替代來實施。本發明的範圍因此應該參照所附申請專利範圍以及此種申請專利範圍所主張的均等物的全部範圍來決定。
200‧‧‧基座
202‧‧‧靜電夾(ESC)
204‧‧‧加熱元件
206‧‧‧隔室
208‧‧‧氣體密封
209‧‧‧斷熱件
210‧‧‧冷卻基部
212‧‧‧控制器
214‧‧‧控制器(多工器)

Claims (20)

  1. 一種基座，用以在電漿處理期間支撐一工件，該基座包括：一靜電夾(ESC)，該靜電夾具有一頂表面，在該頂表面之上將設置該工件；一或更多個加熱元件，該一或更多個加熱元件設置於該ESC的該頂表面之下；一冷卻基部，該冷卻基部設置於該ESC之下；複數個隔室，該複數個隔室係由氣體密封來分隔並且設置於該ESC的該頂表面與該冷卻基部之間，該複數個隔室係可獨立地控制至不同的壓力；其中一或更多個控制器係用以根據維持在一第一複數個隔室中的一第一壓力與在一第二複數個隔室中的一第二壓力，產生複數個溫度區域在該靜電夾的該頂表面上，該複數個溫度區域包括一內部圓形區域與一外部環狀區域係方位角地分成複數個溫度子區域。
  2. 如請求項1所述之基座，其中：該一或更多個加熱元件包括AC加熱器來加熱該ESC；及該冷卻基部包括用於一冷卻氣體或液體的通道，以冷卻該冷卻基部與該複數個隔室之間的一介面至一實質上均勻的溫度。
  3. 如請求項1所述之基座，其中該複數個溫度區域進一步包括一中間環狀溫度區域係在該外部環狀區域與該內部圓形區域之間。
  4. 如請求項1所述之基座，其中該複數個隔室的每一者包括一實質上平坦的表面與圖案化有複數個突伸部的一表面。
  5. 如請求項1所述之基座，進一步包括斷熱件，該等斷熱件係設置於該ESC的該頂表面與包括加熱元件的一區段的一底部之間，其中該等斷熱件包括空氣縫隙來容納一氣體，且該等斷熱件可獨立地控制至不同的壓力。
  6. 如請求項1所述之基座，其中該ESC、該一或更多個加熱元件、與該複數個隔室係包括於一單件式主體中。
  7. 如請求項1所述之基座，其中該複數個隔室係設置於該一或更多個加熱元件與該冷卻基部之間的一層中。
  8. 如請求項1所述之基座，其中該複數個隔室係包括於該冷卻基部的一頂表面中。
  9. 如請求項1所述之基座，進一步包括一或更多個第二隔室係設置於該ESC的該頂表面之上，該一或更多個第二隔室可獨立地控制至不同的壓力。
  10. 如請求項1所述之基座，其中該複數個隔室可獨立地控制，以容納具有不同熱傳導性之不同的氣體。
  11. 一種電漿蝕刻系統，包括：一真空腔室；一氣源，用以供應一氣體至該真空腔室；一基座，該基座包括：一靜電夾(ESC)，該靜電夾具有一頂表面，在該頂表面之上將設置一工件；一或更多個加熱元件，該一或更多個加熱元件設置於該ESC的該頂表面之下；一冷卻基部，該冷卻基部設置於該ESC之下；複數個隔室，該複數個隔室係由氣體密封來分隔並且設置於該ESC的該頂表面與該冷卻基部之間，該複數個隔室係可獨立地控制至不同的壓力；一或更多個控制器，該一或更多個控制器係用以根據維持在一第一複數個隔室中的一第一壓力與在一第二複數個隔室中的一第二壓力，產生複數個溫度區域在該靜電夾的該頂表面上，該複數個溫度區域包括一內部圓形區域與一外部環狀區域係方位角地分成複數個溫度子區域；及一RF產生器，該RF產生器耦接於該真空腔室、該氣源、或該基座的至少一者。
  12. 如請求項11所述之電漿蝕刻系統，進一步包括：一或更多個溫度感測器，該一或更多個溫度感測器設置於該基座之上，以偵測該工件的一溫度；其中該一或更多個控制器係用以根據設置於該基座之上的該一或更多個溫度感測器所偵測的該工件的該溫度，控制在該第一複數個隔室中的該第一壓力與在該第二複數個隔室中的該第二壓力。
  13. 如請求項11所述之電漿蝕刻系統，其中該複數個溫度區域進一步包括一中間環狀溫度區域係在該外部環狀溫度區域與該內部圓形區域之間。
  14. 如請求項11所述之電漿蝕刻系統，進一步包括斷熱件，該等斷熱件係設置於該ESC的該頂表面與包括加熱元件的一區段的一底部之間，其中該等斷熱件包括空氣縫隙來容納一氣體，且該等斷熱件可獨立地控制至不同的壓力。
  15. 一種方法，用以在電漿處理期間控制一工件的該溫度，該方法包括以下步驟：加熱一靜電夾(ESC)，該靜電夾具有一頂表面，在該頂表面之上將設置該工件，其中一或更多個加熱元件設置於該ESC的該頂表面之下；利用一冷卻基部來冷卻該ESC，該冷卻基部設置於該ESC之下；及 利用一或更多個壓力控制器，獨立地控制設置於該ESC的該頂表面與該冷卻基部之間的複數個隔室中的壓力，其中獨立地控制壓力包括控制在一第一複數個隔室中的壓力至一第一壓力以及在一第二複數個隔室中的壓力至一第二壓力，以產生複數個溫度區域在該靜電夾的該頂表面上，該複數個溫度區域包括一內部圓形區域與一外部環狀區域係方位角地分成複數個溫度子區域。
  16. 如請求項15所述之方法，其中設置於該ESC的該頂表面與包括加熱元件的一區段的一底部之間的斷熱件包括空氣縫隙來容納一氣體，該方法進一步包括下述步驟：利用一或更多個壓力控制器，獨立地控制該等斷熱件中的該氣體至不同的壓力。
  17. 如請求項15所述之方法，其中透過獨立地控制在該複數個隔室中的該壓力而產生的該複數個溫度區域進一步包括一中間環狀溫度區域係在該外部環狀區域與該內部圓形區域之間。
  18. 如請求項15所述之方法，其中該複數個隔室的每一者包括一實質上平坦的表面與圖案化有複數個突伸部的一表面。
  19. 如請求項15所述之方法，進一步包括一或更多個第二隔室係設置於該ESC的該頂表面之上，該一或更多個第二隔室 可獨立地控制至不同的壓力。
  20. 如請求項15所述之方法，進一步包括下述步驟：獨立地控制該複數個隔室，以容納不同的氣體。
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