TW201626453A - 用於使均勻的射頻功率流過之具有電性導通密合墊片的靜電夾持組件 - Google Patents

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Abstract

用以處理基板的一基板處理設備，其包括:一處理腔室，基板在該處理腔室中被處理。一處理氣體來源，其適合用於將處理氣體供應到該處理腔室中。一RF能量來源，其適合用於在該處理腔室中將該處理氣體激發為電漿狀態；一真空來源，其適合用於將處理的副產物從該處理腔室中排出。該處理腔室包括一靜電夾持組件，其包括一陶瓷材料層、一溫度控制RF供電基座、以及至少一個環狀電性導通密合墊片，其中該陶瓷材料層包括上靜電夾持電極以及至少一個RF電極，且其中該至少一個環狀電性導通密合墊片沿著該溫度控制RF供電基座的上表面之外側部分延伸。該至少一個環狀電性導通密合墊片將該溫度控制RF供電基座的上表面電性耦合到該至少一個RF電極。

Description

用於使均勻的射頻功率流過之具有電性導通密合墊片的靜電夾持組件
本發明係關於靜電夾持組件之改良、以及均勻地將RF能量供應到靜電夾持組件之RF電極的方法。
業已發展各種夾持裝置用以在處理期間於真空腔室中夾持基板，該真空腔室例如電漿蝕刻腔室、電漿增強物理氣相沉積腔室、化學氣相沉積腔室、電漿增強化學氣相沉積腔室、及原子層沉積腔室。一難題為將RF功率均勻地輸送到嵌入靜電夾持件之陶瓷材料層中的電極。因此，吾人需要改良的靜電夾持件設計、以及將RF功率供應到嵌入靜電夾持件中的RF電極的方法。
本文中揭露的係用以處理基板的基板處理設備。該基板處理設備包括一處理腔室，半導體基板在該處理腔室中被處理；一處理氣體來源，其與該處理腔室流體連通，且適合用於將處理氣體供應到該處理腔室中；以及一RF能量來源，其適合用於在該處理腔室中將該處理氣體激發為電漿狀態。一真空來源適合用於將處理氣體以及處理的副產物從該處理腔室中排出。該處理腔室包括含有陶瓷材料層的一靜電夾持組件，該陶瓷材料層包括上靜電夾持(ESC)電極以及至少一個RF電極。該靜電夾持組件亦包括一溫度控制RF供電基座、以及至少一個環狀電性導通密合墊片，其沿著該溫度控制RF供電基座的上表面延伸。該至少一個環狀電性導通密合墊片延伸穿過或繞著將該溫度控制RF供電基座結合到該陶瓷材料層的一結合層，並且將該溫度控制RF供電基座的上表面電性耦合到該至少一個RF電極。該陶瓷材料層包括一固持表面，其適合用於在基板處理期間靜電夾持基板。
本文中更揭露製作靜電夾持組件之方法。該方法包括透過下列方式來製作一陶瓷材料層，其具有嵌入其中的一上靜電夾持(ESC)電極以及至少一個RF電極:設置生胚陶瓷材料層，其中具有上ESC電極以及至少一個RF電極；並且燒結該生胚陶瓷材料層，以形成陶瓷材料層。將該陶瓷材料層結合到一溫度控制RF供電基座的上表面，其中至少一個環狀電性導通密合墊片電性延伸穿過結合層，並且將該RF供電基座電性耦合到該至少一個RF電極。
本文中揭露半導體基板(基板)處理設備的靜電夾持(ESC)組件之實施例，其中RF功率透過至少一個環狀電性導通密合墊片而從一溫度控制RF供電基座均勻地輸送到至少一個RF電極。該半導體基板處理設備較佳地包括一半導體基板處理腔室(即真空腔室)，而半導體基板在其中被處理；一處理氣體來源，其與該處理腔室流體連通，且適合用於將處理氣體供應到該處理腔室中；以及一真空來源，其適合用於將處理氣體以及處理的副產物從該處理腔室中排出。該處理設備較佳地為一電漿處理設備，其更包括一RF能量來源，其適合用於在該處理腔室中將被供應到該處理腔室中的處理氣體激發為電漿狀態。該半導體基板處理設備較佳地亦包括一控制系統以及一非暫態電腦機械可讀媒介，其中該控制系統係配置以控制由該處理設備所執行的處理，而該非暫態電腦機械可讀媒介包含用於控制該處理設備的程式指令。該處理腔室可為電漿蝕刻腔室、化學氣相沉積腔室、電漿增強化學氣相沉積腔室、原子層沉積腔室、電漿增強原子層沉積設備、或該半導體基板處理設備的相似物(該等腔室在本文中皆稱為真空腔室)。在接下來的細節描述中，將闡述許多具體的細節，以提供本發明之實施例的全面性的理解。然而很明顯的是，對於本發明所屬技術領域中具有通常知識者而言，毋須一些或全部的該等具體的細節，而能實施該等實施例。在其他例子中，為了避免不必要地混淆本文中揭露之實施例，熟知的處理作業未詳細地敘述。此外，如本文中所使用的「大約」這個詞彙，當與數值連接使用時係意指正負百分之10。
靜電夾持組件(如本文中使用的「ESC組件」)普遍用於在半導體製程期間夾持基板(例如Johnsen Rahbek 效應 或庫侖效應)，並提供基板(即半導體基板)的熱控制。當將電壓(DC或AC)施加到ESC組件中的一或更多的靜電夾持(ESC)電極時，該ESC組件可提供夾持力，以將基板固持在其固持表面上，其中該ESC電極可為單極或雙極的ESC電極。一旦將所施加的電壓移除，可將該基板從該固持表面上移開。該ESC組件較佳地包括升降銷，其可操作用以在處理基板之前將該基板降到該ESC組件的固持表面上；以及在處理該基板之後，將該基板從該ESC組件的固持表面抬起。包括升降銷(可操作以將基板降下或抬起)的ESC組件之例示性實施例可見於共同受讓的美國專利案第6567258號，該案以全文加入本案之參考資料。
當基板被夾持在ESC組件的固持表面上時，該基板與該ESC組件的固持表面之間的小間隔/間隙較佳地以氦(通常壓力介於約1-100Torr)填充，以提供較高的熱傳係數(相對於該基板與該ESC之間僅有實體接觸的情況)。
圖1呈現與控制系統24結合的靜電夾持(ESC)組件40，控制系統24可操作用以控制由ESC組件40所執行的處理，例如將包括在其中的升降銷(未顯示)抬起或降下、以及半導體基板的溫度控制，其中該半導體基板被固持在ESC組件40的陶瓷材料層10的固持表面(例如凸型圖案)30上。位於固持表面30中的至少一個輸出埠(即氣體開口)70可將熱傳氣體輸送到被固持在固持表面30上的半導體基板的背面。位於陶瓷材料層10中的至少一個氣體通道71與熱傳氣體來源72連接，而熱傳氣體來源72可操作用以將所需壓力之熱傳氣體供應至至少一個氣體通道71，俾透過至少一個輸出埠70，將熱傳氣體供應到被固持在陶瓷材料層10的固持表面30上的基板的背面。
陶瓷材料層10可包括ESC電極11以及位於ESC電極11下方的至少一個RF電極12，其中ESC電極11可操作用以將半導體基板夾持在其固持表面30上。較佳地，ESC電極11以及至少一個RF電極12係平面的或實質上平面的，其中ESC電極11以及至少一個RF電極12平行於固持表面30的上平面。包括ESC電極以及至少一個RF電極(位於該ESC電極下方)的ESC組件之例示性實施例可見於共同受讓的美國專利案第6483690號，該案以全文加入本案之參考資料。
上ESC電極11可包括電性導通材料之圖案，且可為雙極或單極的ESC電極。在一實施例中，固持表面30可具有一0.5-10mm的外側環狀邊緣密封件位於其外周部處，使得被夾持的基板能夠承受上達約100Torr的壓力差，該壓力差為基板的背面以及該半導體基板處理設備的真空腔室中的壓力之間的壓力差。在一實施例中，固持表面30的該外側環狀邊緣密封件可小於約0.5mm。因此，可保持被供應到該基板的背面的熱傳氣體的壓力，藉此提高ESC組件40與基板之間的熱傳導性。此外，固持表面30可包括凸型圖案，其包括複數個凸型部而使得基板與固持表面30之間的接觸面積可被減少。
溫度控制RF供電基座20可包括其中的流體通道21，使得可透過將RF供電基座20連接到使溫度控制流體在流體通道21之中循環的溫度控制元件22，來控制RF供電基座20的溫度。溫度控制元件22亦可控制在流體通道21之中循環的溫度控制流體的溫度，以均勻地控制整個RF供電基座20的溫度，或可將流體通道21設置在複數個區域中，以獨立控制各區域中的溫度。
ESC組件40的陶瓷材料層10透過結合層80而結合到溫度控制RF供電基座20上。結合層80較佳的為一彈性材料。形成結合層80的彈性結合材料可以流體的形式塗佈在RF供電基座20上並原位固化，而在陶瓷材料層10以及RF供電基座20之間形成結合層80，或替代地，形成結合層80的彈性結合材料可為預先固化或局部固化的材料片狀物。可選擇在陶瓷材料層10以及RF供電基座20之間的結合層80的熱阻抗值，使得陶瓷材料層10以及RF供電基座20之間的溫度差異可介於2° C 與150° C 之間(在進入基板(固持於固持表面30上)的熱通量約 10 W/cm2 之情況下)。此外，可將獨立控制加熱器90嵌入陶瓷材料層10中而形成可獨立控制的加熱區域，以獨立控制並調節ESC組件40的固持表面30的空間與時間溫度，以及被固持在固持表面30上的半導體基板的空間與時間溫度。
溫度控制RF供電基座20可電性耦合到RF能量來源60，其可操作用以將RF功率供應到RF供電基座20。RF能量被從RF供電基座20傳送到包含在陶瓷材料層10之中的至少一個RF電極12，其中各個RF電極12較佳地由電性導通材料的圖案所形成。RF電極12可為圓盤狀或環狀。
在RF功率於RF供電基座以及RF電極(包含在陶瓷材料層之中)之間被電容耦合的ESC組件中，有一RF電壓差存在於該RF供電基座以及RF電極之間。該RF供電基座以及RF電極之間的RF電壓差可增加基板(固持在陶瓷材料層上)與RF供電基座之間的RF電壓差，其中該基板與RF供電基座之間的RF電壓差可能導致該兩者之間發生電弧現象，而破壞該ESC組件。在RF供電基座以及RF電極之間設置直接電性連接件可使RF供電基座以及RF電極有約相同的電壓，而將基板(固持在陶瓷材料層上)與RF供電基座之間的電弧現象之可能性降低。然而，在以單點、或幾個小面積的電性接觸點將RF功率從溫度控制RF供電基座供應給RF電極的ESC組件中，可能將非均勻的RF功率供應給RF電極，而因此在半導體基板的上表面上方形成非均勻的電漿。此外，當在RF電極以及RF供電基座之間形成離散的電性連接件時，在電性連接件的點上可能發生非均勻加熱，而降低基板處理期間的均勻性。此外，離散的電性連接件可能導致個別的連接件加熱到高於容差的溫度，而破壞ESC組件。
因此，透過至少一個環狀電性導通密合墊片25，可將RF功率從溫度控制RF供電基座20均勻地輸送到至少一個RF電極12，其中至少一個環狀電性導通密合墊片25延伸穿過結合層80，並且將溫度控制RF供電基座20的上表面23a電性耦合到嵌入ESC組件40的陶瓷材料層10中的RF電極12。如本文中使用的「環狀」係指涉連續或不連續的環狀物。至少一個環狀電性導通密合墊片25較佳地為連續的環狀物，並延著RF供電基座20的上表面23a的外側部分延伸而靠近RF供電基座20的外側周圍，如此得以將RF功率從RF供電基座20均勻地輸送到至少一個RF電極12，使得RF功率的方位角非均勻性降低。在一實施例中，至少一個環狀電性導通密合墊片25可為環狀的螺旋密合墊片。在實施例中，至少一個環狀電性導通密合墊片25可具有中空本體或替代地具有實心本體。在一實施例中，至少一個環狀電性導通密合墊片25可為片段的。若至少一個環狀電性導通密合墊片25為片段的，則較佳地，將至少一個環狀電性導通密合墊片25的部分移除，以致於至少一個環狀電性導通密合墊片25的被移除部分84係被安排成沿著環狀電性導通密合墊片25對稱地隔開，使得RF功率從RF供電基座20被均勻地輸送到RF電極12，並且進一步使得環狀電性導通密合墊片25不會造成沿著其周圍的非均勻加熱(即非對稱的加熱)。再者，若至少一個環狀電性導通密合墊片25包括被移除部分84(即為片段的)，較佳的係，環狀電性導通密合墊片25的小於約90%的體積被移除，使得留下的環狀電性導通密合墊片25的體積夠大而足以避免被加熱到高於容差值，同時環狀電性導通密合墊片25將RF功率從RF供電基座20均勻地輸送到RF電極12。被移除部分84可從環狀電性導通密合墊片25中移除，而提供空間給包括在ESC組件40中的其他特徵物。例如，環狀電性導通密合墊片25的部分可被移除，以致於不阻擋至少一個氣體通道71的氣體通道。
陶瓷材料層10的下表面較佳地包括在其中的至少一個周向延伸通道88，其中至少一個環狀電性導通密合墊片25之各者的上方部分係位於至少一個周向延伸通道88的個別的通道88中。在一替代實施例中(請見圖5)，陶瓷材料層10的下表面可包括外周部梯部118，其繞著陶瓷材料層10的下表面之外周部延伸，其中環狀電性導通密合墊片25的上方部分係位於外周部梯部118中。
較佳地，溫度控制RF供電基座20包括位於其上表面23a上的介電質絕緣材料9a的上層，其適合用於減少半導體基板(被固持在陶瓷材料層10的固持表面30上)與RF供電基座20之間的電弧現象。RF供電基座20亦可包括位於外表面23b上的介電質絕緣材料9b的外層，其適合用於減少半導體基板(被固持在陶瓷材料層10的固持表面30上)與RF供電基座20之間的電弧現象。可透過下列方式形成介電質絕緣材料9a、9b:透過將RF供電基座20的上表面23a及/或外表面23b進行陽極處理；或透過將介電質絕緣材料的鍍層噴塗在RF供電基座20的上表面23a及/或外表面23b上。例如，可將Al2 O3 的熱噴塗鍍層噴塗在上表面23a及/或外表面23b上。較佳地， RF供電基座20的上表面23a中與環狀電性導通密合墊片25接觸的區域不包括介電質絕緣材料9a。
在一實施例中，如圖2所示，至少一個環狀電性導通密合墊片25可包括外側環狀電性導通密合墊片25a、以及內側環狀電性導通密合墊片25b(設置在外側環狀電性導通密合墊片25a的徑向內側之處)，其中外側以及內側環狀電性導通密合墊片25a、25b將溫度控制RF供電基座20的上表面23a電性耦合到RF電極12。在進一步的實施例中，可在外側環狀電性導通密合墊片25a與內側環狀電性導通密合墊片25b之間設置一或更多的居間的環狀電性導通密合墊片。例如，如圖3所示，一居間的環狀電性導通密合墊片25c設置在外側環狀電性導通密合墊片25a與內側環狀電性導通密合墊片25b之間，其中外側、內側以及居間的環狀電性導通密合墊片25a、25b、以及25c將溫度控制RF供電基座20的上表面23a電性耦合到RF電極12。透過使用複數個環狀電性導通密合墊片，可將RF功率從RF供電基座20均勻地輸送到RF電極12。再者，透過使用多於一個環狀電性導通密合墊片，可減少ESC組件40的非均勻加熱。
在一實施例中，如圖4所示，ESC組件40的陶瓷材料層10可包括圍繞其上表面之外周部的下梯部15。較佳地，至少一個RF電極12包括內側RF電極12a，其位於ESC電極11的下方；以及外側環狀RF電極26，其位於下梯部15的下方。內側RF電極12a可透過第一環狀電性導通密合墊片25而電性耦合到RF供電基座20的上表面23a。外側環狀RF電極26可透過第二外側環狀電性導通密合墊片27而電性耦合到RF供電基座20的上表面23a。在一實施例中，複數個垂直電性導通穿孔31將外側環狀RF電極26電性耦合到內側RF電極12a。在進一步的實施例中，複數個垂直電性導通穿孔可將外側環狀RF電極26電性連接到外側電性導通密合墊片27，其中在垂直電性導通穿孔以及外側環狀RF電極26之間可形成可取捨的環狀電性接觸件。此外，可將外側電性導通密合墊片27的部分移除(例如形成片段的外側電性導通密合墊片27)，以致於不阻擋包括在ESC組件40中的其他特徵物，例如氣體通道。
在一實施例中，包括在陶瓷材料層10中的複數個垂直電性導通穿孔31(形成作為電性導通材料的垂直線路) 可將至少一個RF電極12電性連接到至少一個環狀電性導通密合墊片25。較佳地，至少100個垂直電性導通穿孔將RF電極12電性連接到環狀電性導通密合墊片。更佳的係，至少100個、至少200個、至少500個、或至少1000個垂直電性導通穿孔31將每一個環狀電性導通密合墊片25電性連接到至少一個RF電極12。例如在一實施例中，以環狀構造設置的上達1000個或更多的垂直電性導通穿孔31將每一個環狀電性導通密合墊片電性連接到RF電極。透過使用多於100、且更加的係多於200個垂直電性導通穿孔31，可減少或避免與小面積的離散的電性連接件相關的加熱問題。將複數個垂直電性導通穿孔31以環狀構造設置，而得以對應到下方的環狀電性導通密合墊片25(位於其下方)的形狀。在一實施例中，陶瓷材料層10可包括環狀電性接觸件32，其位於複數個垂直電性導通穿孔31下方，其中垂直電性導通穿孔31將RF電極12電性連接到環狀電性接觸件32，且其中環狀電性接觸件32與環狀電性導通密合墊片25電性交流。較佳地，環狀電性接觸件32被成形而對應到環狀電性導通密合墊片25的形狀。環狀電性接觸件32可形成平坦表面，而提供在複數個垂直電性導通穿孔31以及環狀電性導通密合墊片25之間的較佳的電性連接。
陶瓷材料層10的下表面較佳地包括其中的至少一個通道88，其中至少一個環狀電性導通密合墊片25的各者的上方部分係位於個別的通道88中。較佳地，設置每一個通道88，使得至少一個RF電極12的下表面、複數個垂直電性導通穿孔31的下表面、或環狀電性接觸件32的下表面係在其中暴露，而可與至少一個環狀電性導通密合墊片25形成個別的電性連接。
在一實施例中，至少一個環狀電性導通密合墊片25可為一段電性導通材料，其具有圓形截面(請見圖4)或矩形截面。在一實施例中，至少一個環狀電性導通密合墊片25可分離地形成，然後在ESC組件40的建構期間安置於ESC組件40中。在此實施例中，至少一個環狀電性導通密合墊片25可為(例如)電性導通螺旋密合墊片、或為電性導通O環，其位於陶瓷材料層10以及RF供電基座20之間，並將溫度控制RF供電基座20的上表面電性耦合到至少一個RF電極12(被包括在陶瓷材料層10中)。替代地，至少一個環狀電性導通密合墊片25可在ESC組件40的建構期間被形成，其中至少一個環狀電性導通密合墊片25可為電性導通環氧樹脂、或為電性導通黏著劑，其被施加到圍繞結合層80、並位於陶瓷材料層10以及RF供電基座20之間的溝槽中。電性導通環氧樹脂、或電性導通黏著劑在原位固化，而形成電性導通密合墊片25(例如一段電性導通材料)，其中電性導通密合墊片25將溫度控制RF供電基座20的上表面耦合到至少一個RF電極12(被包括在陶瓷材料層10中)。
例如，如圖5所示，形成環狀電性導通密合墊片25的一段電性導通材料具有矩形截面，且繞著結合層80延伸，其中環狀電性導通密合墊片25的外周長位於陶瓷材料層10的外周長的徑向內側約10mm之處(即環狀電性導通密合墊片25的外半徑可較陶瓷材料層10的外半徑小約10mm或更小)。在一實施例中，保護性O環78(例如彈性體O環或以鐵氟龍( Teflon，由DuPont 製造的PTFE –聚四氟乙烯(PolyTetraFluoroEthylene) ) 包覆的彈性體O環)可圍繞環狀電性導通密合墊片25，以在半導體基板處理期間保護環狀電性導通密合墊片25免於電漿及/或反應性氣體的破壞。在一實施例中，保護性O環78可具有矩形或接近矩形的截面，其中在該矩形或接近矩形的截面的最長維度上，保護性O環78可包括凸面。保護性O環(即邊緣密封件)的例示性實施例可見於共同受讓的美國專利申請案第2013/0340942號，該案以全文加入本案之參考資料。
形成環狀電性導通密合墊片25的該段電性導通材料可將RF供電基座20結合到陶瓷材料層10，並將溫度控制RF供電基座20的上表面電性耦合到RF電極12。在此實施例中，形成環狀電性導通密合墊片25的材料可為電性導通環氧樹脂黏著劑或電性導通矽氧黏著劑，其在位於陶瓷材料層10與RF供電基座20之間、並圍繞結合層80的溝槽中原位固化。在一實施例中，電性導通環氧樹脂黏著劑或電性導通矽氧黏著劑可包括電性導通填充物，例如銀填充物。在進一步的實施例中，複數個垂直電性導通穿孔(未顯示)可將RF電極12電性連接到形成環狀電性導通密合墊片25的該段電性導通材料。在此實施例中，可取捨地，將外周部梯部118從陶瓷材料層10的下表面中排除。
根據本文中揭露的實施例，為製造ESC組件，透過下列方式來形成陶瓷材料層，其具有嵌入其中的一上靜電夾持(ESC)電極以及至少一個RF電極:設置生胚陶瓷材料層，其中具有上ESC電極以及至少一個RF電極。燒結該生胚陶瓷材料層(其中具有上ESC電極以及至少一個RF電極)，以形成陶瓷材料層。將該陶瓷材料層結合到一溫度控制RF供電基座的上表面，其中至少一個環狀電性導通密合墊片將該RF供電基座電性耦合到該RF電極。在一實施例中，該上ESC電極以及該至少一個RF電極可各透過將金屬糊網版印刷於個別的生胚陶瓷材料層上而形成。
在一實施例中，可在燒結之前在所設置的生胚陶瓷材料層中衝出孔洞。可將該等孔洞以金屬糊填充而形成複數個垂直電性導通穿孔，其適合用於將至少一個RF電極電性連接到至少一個環狀電性導通密合墊片(被包括在RF供電基座與陶瓷材料層之間)。再者，可在複數個垂直電性導通穿孔的下端形成環狀電性接觸件，其中垂直電性導通穿孔以及環狀電性接觸件適合用於將至少一個RF電極電性連接到至少一個環狀電性導通密合墊片。在一實施例中，可透過下列方式將RF供電基座的上表面及/或外表面鍍上介電質絕緣材料:透過對個別的表面進行陽極處理、或透過使用Al2 O3 熱噴塗在個別的表面上，其中RF供電基座的上表面中適合用於和環狀電性導通密合墊片電性連接的區域未被鍍層。
在處理操作(例如電漿處理)期間，來自處理氣體來源的處理氣體被供應到處理腔室(即真空腔室)中，其中透過將RF能量供應到該處理腔室中而將該處理氣體產生為電漿，使得基板之後可透過電漿蝕刻或電漿增強沉積處理而進行處理。一真空來源將腔室的處理氣體與處理的副產物排出。當在真空腔室中處理半導體基板時，透過環狀電性導通密合墊片將RF功率從RF供電基座均勻地輸送到RF電極及/或外側環狀RF電極。
雖然已參考其中的具體實施例而詳細地描述本發明，對於本發明所屬技術領域中具有通常知識者而言很明顯的係，可不偏離申請專利範圍之範疇，而做出或等效應用多樣的改變與改良。
9a‧‧‧介電質絕緣材料
9b‧‧‧介電質絕緣材料
10‧‧‧陶瓷材料層
11‧‧‧ESC電極
12‧‧‧RF電極
12a‧‧‧內側RF電極
15‧‧‧下梯部
20‧‧‧RF供電基座
21‧‧‧流體通道
22‧‧‧溫度控制元件
23a‧‧‧上表面
23b‧‧‧外表面
24‧‧‧控制系統
25‧‧‧環狀電性導通密合墊片
25a‧‧‧外側環狀電性導通密合墊片
25b‧‧‧內側環狀電性導通密合墊片
25c‧‧‧居間的環狀電性導通密合墊片
26‧‧‧外側環狀RF電極
27‧‧‧環狀電性導通密合墊片
30‧‧‧固持表面
31‧‧‧垂直電性導通穿孔
32‧‧‧環狀電性接觸件
40‧‧‧靜電夾持組件
60‧‧‧RF能量來源
70‧‧‧輸出埠
71‧‧‧氣體通道
72‧‧‧熱傳氣體來源
78‧‧‧保護性O環
80‧‧‧結合層
84‧‧‧被移除部分
88‧‧‧通道
90‧‧‧獨立控制加熱器
118‧‧‧外周部梯部
圖1為根據本文中揭露之實施例的ESC組件之示意圖。
圖2為根據本文中揭露之實施例的ESC組件之示意圖。
圖3為根據本文中揭露之實施例的ESC組件之示意圖。
圖4為根據本文中揭露之實施例的ESC組件之示意圖。
圖5為根據本文中揭露之實施例的ESC組件之示意圖。
9a‧‧‧介電質絕緣材料
9b‧‧‧介電質絕緣材料
10‧‧‧陶瓷材料層
11‧‧‧ESC電極
12‧‧‧RF電極
20‧‧‧RF供電基座
21‧‧‧流體通道
22‧‧‧溫度控制元件
23a‧‧‧上表面
23b‧‧‧外表面
24‧‧‧控制系統
25‧‧‧環狀電性導通密合墊片
30‧‧‧固持表面
40‧‧‧靜電夾持組件
60‧‧‧RF能量來源
70‧‧‧輸出埠
71‧‧‧氣體通道
72‧‧‧熱傳氣體來源
80‧‧‧結合層
84‧‧‧被移除部分
88‧‧‧通道
90‧‧‧獨立控制加熱器

Claims (20)

  1. 一種用以處理半導體基板的半導體基板處理設備，包括: 一處理腔室，半導體基板在該處理腔室中被處理； 一處理氣體來源，其與該處理腔室流體連通，且適合用於將處理氣體供應到該處理腔室中； 一RF能量來源，其適合用於在該處理腔室中將該處理氣體激發為電漿狀態； 一真空來源，其適合用於將處理氣體以及處理的副產物從該處理腔室中排出；以及 一靜電夾持組件，其包含:一陶瓷材料層，其包括靜電夾持(ESC)電極，以及位於該ESC電極下方的至少一個RF電極；一溫度控制RF供電基座；以及至少一個環狀電性導通密合墊片，其沿著該溫度控制RF供電基座的上表面延伸，該至少一個環狀電性導通密合墊片延伸穿過或繞著將該溫度控制RF供電基座結合到該陶瓷材料層的一結合層，並且將該溫度控制RF供電基座的上表面電性耦合到該RF電極，其中該陶瓷材料層包括一固持表面，其適合用於在半導體基板處理期間靜電夾持半導體基板。
  2. 如申請專利範圍第1項之用以處理半導體基板的半導體基板處理設備，其中該至少一個環狀電性導通密合墊片包括外側環狀電性導通密合墊片、以及內側環狀電性導通密合墊片，其設置在該外側環狀電性導通密合墊片的徑向內側；或該至少一個環狀電性導通密合墊片包括外側環狀電性導通密合墊片、內側環狀電性導通密合墊片(其設置在該外側環狀電性導通密合墊片的徑向內側)、以及一或更多的居間的環狀電性導通密合墊片(其設置在該外側與內側環狀電性導通密合墊片之間)。
  3. 如申請專利範圍第1項之用以處理半導體基板的半導體基板處理設備，其中: (a)   該陶瓷材料層包括一下梯部，其繞著該陶瓷材料層的一上表面的外周部； (b)   該陶瓷材料層包括一下梯部，其繞著該陶瓷材料層的一上表面的外周部，且該至少一個RF電極包括:一內側RF電極，其位於該ESC電極的下方；以及一外側環狀RF電極，其位於該下梯部的下方，其中該內側RF電極透過第一環狀電性導通密合墊片而電性耦合到該RF供電基座的上表面，且該外側環狀RF電極透過第二外側環狀電性導通密合墊片而電性耦合到該RF供電基座的上表面；或 (c)   該陶瓷材料層包括一下梯部，其繞著該陶瓷材料層的一上表面的外周部，且該至少一個RF電極包括:一內側RF電極，其位於該ESC電極的下方；以及一外側環狀RF電極，其位於該下梯部的下方，其中該內側RF電極透過第一環狀電性導通密合墊片以及複數個垂直電性導通穿孔而電性耦合到該RF供電基座的上表面，且該外側環狀RF電極透過第二外側環狀電性導通密合墊片而電性耦合到該RF供電基座的上表面，其中複數個垂直電性導通穿孔將該外側環狀RF電極電性耦合到該內側RF電極。
  4. 如申請專利範圍第1項之用以處理半導體基板的半導體基板處理設備，其中: (a)   該陶瓷材料層包括複數個垂直電性導通穿孔，且該等垂直電性導通穿孔將該至少一個RF電極電性連接到該至少一個環狀電性導通密合墊片，其中該等複數個垂直電性導通穿孔包括至少100個、至少200個、至少500個、或至少1000個垂直電性導通穿孔；或 (b)   該陶瓷材料層包括複數個垂直電性導通穿孔，且該等垂直電性導通穿孔將該至少一個RF電極電性連接到該陶瓷材料層中的一環狀電性接觸件，該環狀電性接觸件與該至少一個環狀電性導通密合墊片電性交流，其中該等複數個垂直電性導通穿孔包括至少100個、至少200個、至少500個、或至少1000個垂直電性導通穿孔。
  5. 如申請專利範圍第1項之用以處理半導體基板的半導體基板處理設備，其中該至少一個環狀電性導通密合墊片: (a)   具有圓形或矩形截面； (b)   為螺旋密合墊片； (c)   由一段電性導通材料形成，且其具有之外半徑相等於該陶瓷材料層的外半徑； (d)   由一段電性導通材料形成，且其具有之外半徑較該陶瓷材料層的外半徑小約10mm或更小，其中一保護性O環圍繞該段電性導通材料；及/或 (e)   由電性導通環氧樹脂黏著劑、或電性導通矽氧黏著劑形成，其中該至少一個環狀電性導通密合墊片將該RF供電基座與該陶瓷材料層結合。
  6. 如申請專利範圍第1項之用以處理半導體基板的半導體基板處理設備，其中: (a)   該靜電夾持組件更包括:位於該固持表面中的至少一個輸出埠，其將熱傳氣體輸送至半導體基板的背面；以及位於該陶瓷材料層中的至少一個氣體通道，其與一熱傳氣體來源連接，而該熱傳氣體來源可操作用以將所需壓力之熱傳氣體供應到該至少一個氣體通道； (b)   該結合層由彈性材料形成； (c)   該靜電夾持組件更包括升降銷，其可操作用以將半導體基板降到該靜電夾持組件的固持表面上；以及將半導體基板從該靜電夾持組件的固持表面抬起； (d)   該ESC電極為單極或雙極的ESC電極； (e)   該陶瓷材料層包括複數個獨立控制加熱器，其可操作以形成可獨立控制的加熱區域； (f)    該至少一個環狀電性導通密合墊片包括片段的密合墊片； (g)   該ESC電極包括電性導通材料之圖案； (h)   該至少一個RF電極包括電性導通材料之圖案； (i)     該陶瓷材料層的下表面包括在其中的至少一個周向延伸通道，其中該至少一個環狀電性導通密合墊片之各者的上方部分係位於該至少一個通道的個別的通道中；及/或 (j)     該陶瓷材料層的下表面包括外周部梯部，其繞著該陶瓷材料層之外周部延伸，其中一環狀電性導通密合墊片的上方部分係位於該外周部梯部中。
  7. 如申請專利範圍第1項之用以處理半導體基板的半導體基板處理設備，更包括一控制系統以及一非暫態電腦機械可讀媒介，其中該控制系統係配置以控制由該處理設備所執行的處理，而該非暫態電腦機械可讀媒介包含用於控制該處理設備的程式指令。
  8. 如申請專利範圍第1項之用以處理半導體基板的半導體基板處理設備，其中該RF供電基座包括:位於其上表面的介電質絕緣材料的上層，其適合用於減少半導體基板(被固持在該陶瓷材料層的固持表面上)與該RF供電基座之間的電弧現象；及/或位於其外表面的介電質絕緣材料的外層，其適合用於減少半導體基板(被固持在該陶瓷材料層的固持表面上)與該RF供電基座之間的電弧現象。
  9. 一種靜電夾持組件，其可用於半導體基板處理設備之半導體基板處理腔室中，其包括: 一陶瓷材料層，其包括靜電夾持(ESC)電極以及位於該ESC電極下方的至少一個RF電極； 一溫度控制RF供電基座；以及 至少一個環狀電性導通密合墊片，其沿著該溫度控制RF供電基座的上表面延伸，該至少一個環狀電性導通密合墊片延伸穿過或繞著將該溫度控制RF供電基座結合到該陶瓷材料層的一結合層，並且將該溫度控制RF供電基座的上表面電性耦合到該至少一個RF電極； 其中該陶瓷材料層包括一固持表面，其適合用於在半導體基板處理期間靜電夾持半導體基板。
  10. 如申請專利範圍第9項之靜電夾持組件，其中該至少一個環狀電性導通密合墊片包括外側環狀電性導通密合墊片、以及內側環狀電性導通密合墊片，其設置在該外側環狀電性導通密合墊片的徑向內側；或該環狀電性導通密合墊片包括外側環狀電性導通密合墊片、內側環狀電性導通密合墊片(其設置在該外側環狀電性導通密合墊片的徑向內側)、以及一或更多的居間的環狀電性導通密合墊片(其設置在該外側與內側環狀電性導通密合墊片之間)。
  11. 如申請專利範圍第9項之靜電夾持組件，其中 (a)   該陶瓷材料層包括一下梯部，其繞著該陶瓷材料層的一上表面的外周部； (b)   該陶瓷材料層包括一下梯部，其繞著該陶瓷材料層的一上表面的外周部，且該至少一個RF電極包括:一內側RF電極，其位於該ESC電極的下方；以及一外側環狀RF電極，其位於該下梯部的下方，其中該內側RF電極透過第一環狀電性導通密合墊片而電性耦合到該RF供電基座的上表面，且該外側環狀RF電極透過第二外側環狀電性導通密合墊片而電性耦合到該RF供電基座的上表面；或 (c)   該陶瓷材料層包括一下梯部，其繞著該陶瓷材料層的一上表面的外周部，且該至少一個RF電極包括:一內側RF電極，其位於該ESC電極的下方；以及一外側環狀RF電極，其位於該下梯部的下方，其中該內側RF電極透過第一環狀電性導通密合墊片以及複數個垂直電性導通穿孔而電性耦合到該RF供電基座的上表面，且該外側環狀RF電極透過第二外側環狀電性導通密合墊片而電性耦合到該RF供電基座的上表面，其中複數個垂直電性導通穿孔將該外側環狀RF電極電性耦合到該內側RF電極。
  12. 如申請專利範圍第9項之靜電夾持組件，其中: (a)   該陶瓷材料層包括複數個垂直電性導通穿孔，且該等垂直電性導通穿孔將該至少一個RF電極電性連接到該至少一個環狀電性導通密合墊片，其中該等複數個垂直電性導通穿孔包括至少100個、至少200個、至少500個、或至少1000個垂直電性導通穿孔；或 (b)   該陶瓷材料層包括複數個垂直電性導通穿孔，且該等垂直電性導通穿孔將該至少一個RF電極電性連接到該陶瓷材料層中的一環狀電性接觸件，該環狀電性接觸件與該至少一個環狀電性導通密合墊片電性交流，其中該等複數個垂直電性導通穿孔包括至少100個、至少200個、至少500個、或至少1000個垂直電性導通穿孔。
  13. 如申請專利範圍第9項之靜電夾持組件，其中該至少一個環狀電性導通密合墊片: (a)   具有圓形或矩形截面； (b)   為螺旋密合墊片； (c)   由一段電性導通材料形成，且其具有之外半徑相等於該陶瓷材料層的外半徑； (d)   由一段電性導通材料形成，且其具有之外半徑較該陶瓷材料層的外半徑小約10mm或更小，其中一保護性O環圍繞該段電性導通材料；及/或 (e)   由電性導通環氧樹脂黏著劑、或電性導通矽氧黏著劑形成，其中該至少一個環狀電性導通密合墊片將該RF供電基座與該陶瓷材料層結合。
  14. 如申請專利範圍第9項之靜電夾持組件，其中: (a)   該靜電夾持組件更包括:位於該固持表面中的至少一個輸出埠，其將熱傳氣體輸送至半導體基板的背面；以及位於該陶瓷材料層中的至少一個氣體通道，其與一熱傳氣體來源連接，而該熱傳氣體來源可操作用以將所需壓力之熱傳氣體供應到該至少一個氣體通道； (b)   該結合層由彈性材料形成； (c)   該靜電夾持組件更包括升降銷，其可操作用以將半導體基板降到該靜電夾持組件的固持表面上；以及將半導體基板從該靜電夾持組件的固持表面抬起； (d)   該ESC電極為單極或雙極的ESC電極； (e)   該陶瓷材料層包括複數個獨立控制加熱器，其可操作以形成可獨立控制的加熱區域； (f)    該至少一個環狀電性導通密合墊片包括片段的密合墊片； (g)   該ESC電極包括電性導通材料之圖案； (h)   該至少一個RF電極包括電性導通材料之圖案； (i)     該陶瓷材料層的下表面包括在其中的至少一個周向延伸通道，其中該至少一個環狀電性導通密合墊片之各者的上方部分係位於該至少一個通道的個別的通道中；及/或 (j)     該陶瓷材料層的下表面包括外周部梯部，其繞著該陶瓷材料層之外周部延伸，其中一環狀電性導通密合墊片的上方部分係位於該外周部梯部中。
  15. 如申請專利範圍第9項之靜電夾持組件，其中該RF供電基座包括:位於其上表面的介電質絕緣材料的上層，其適合用於減少半導體基板(被固持在該陶瓷材料層的固持表面上)與該RF供電基座之間的電弧現象；及/或位於其外表面的介電質絕緣材料的外層，其適合用於減少半導體基板(被固持在該陶瓷材料層的固持表面上)與該RF供電基座之間的電弧現象。
  16. 一種在如申請專利範圍第1項之半導體基板處理設備中處理半導體基板的方法，該方法包括: 將一半導體基板固持在該靜電夾持組件的固持表面上； 將來自該處理氣體來源的處理氣體供應到該處理腔室中； 在該處理腔室中將該處理氣體激發為電漿狀態；以及 在該處理腔室中處理該半導體基板，其中RF功率透過該至少一個環狀電性導通密合墊片而從該RF供電基座均勻地輸送到該至少一個RF電極。
  17. 如申請專利範圍第16項之在如申請專利範圍第1項之半導體基板處理設備中處理半導體基板的方法，其中該處理之步驟包括對該半導體基板進行電漿蝕刻，或在該半導體基板上執行沉積處理。
  18. 一種製造靜電夾持組件的方法，該方法包括: 透過下列方式來形成一陶瓷材料層，該陶瓷材料層具有嵌入其中的一靜電夾持(ESC)電極以及至少一個RF電極:設置生胚陶瓷材料層，其中具有上ESC電極以及至少一個RF電極；並且燒結該生胚陶瓷材料層，以形成該陶瓷材料層；以及 將該陶瓷材料層結合到一溫度控制RF供電基座的上表面，使得至少一個環狀電性導通密合墊片電性延伸穿過該結合層，並且將該RF供電基座的上表面電性耦合到該至少一個RF電極。
  19. 如申請專利範圍第18項之製造靜電夾持組件的方法，其中該方法包括: 在燒結之前在該生胚陶瓷材料層中衝出孔洞，並將所衝出的該等孔洞以金屬糊填充而形成複數個垂直電性導通穿孔，其適合用於將至少一個RF電極電性連接到至少一個環狀電性導通密合墊片；或在燒結之前在該生胚陶瓷材料層中衝出孔洞，並將所衝出的該等孔洞以金屬糊填充而形成複數個垂直電性導通穿孔，並且在該等垂直電性導通穿孔的端點形成環狀電性接觸件，其中該等垂直電性導通穿孔以及該環狀電性接觸件適合用於將該至少一個RF電極電性連接到該至少一個環狀電性導通密合墊片。
  20. 如申請專利範圍第18項之製造靜電夾持組件的方法，其中該方法包括將該RF供電基座的上表面及/或外表面塗布介電質絕緣材料，其中該RF供電基座的上表面中適合用於和該環狀電性導通密合墊片電性連接的區域未被塗布。
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