TW201941355A - 具有陶瓷底板的多板式靜電卡盤 - Google Patents

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Abstract

提供一種用於基板處理系統之靜電卡盤。該靜電卡盤包含：一頂板，其係配置以靜電式地夾持一基板，且係由陶瓷所形成；一中間層，其係設置於該頂板下方；以及一底板，其係設置於該中間層下方，且係由陶瓷所形成。該中間層使該頂板接合至該底板。

Description

具有陶瓷底板的多板式靜電卡盤
本發明係關於基板處理系統之靜電卡盤。
此處所提供之先前技術說明係為了大體上介紹本發明之背景。在此先前技術章節中所敘述之範圍內之本案列名之發明人的成果、以及在申請時不適格作為先前技術之說明書的實施態樣，皆非有意地或暗示地被承認為對抗本發明之先前技術。
基板處理系統可用以執行基板(例如，半導體晶圓)之蝕刻、沉積、及/或其他處理。可在基板上執行之範例處理包含(但不限於)電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)處理、物理氣相沉積(PVD)處理、離子植入處理、及/或其它蝕刻、沉積、及清潔處理。舉例而言，在蝕刻處理期間，可將基板設置於基板處理系統中的靜電卡盤(ESC)上，並且蝕刻基板上的薄膜。
提供一種用於基板處理系統之靜電卡盤。該靜電卡盤包含：一頂板，其係配置以靜電式地夾持一基板，且係由陶瓷所形成；一中間層，其係設置於該頂板下方；以及一底板，其係設置於該中間層下方，且係由陶瓷所形成。該中間層使該頂板接合至該底板。
在其它特徵中，該底板的陶瓷純度大於或等於90%。在其它特徵中，該底板的陶瓷純度大於或等於95%。在其它特徵中，該底板的陶瓷純度大於或等於99.9%。
在其它特徵中，該底板包含一基底層、及設置於該基底層上的一保護塗層。該保護塗層係設置於該基底層與該中間層之間。
在其它特徵中，該底板包含第一部分及第二部分。該第一部分從該第二部分往上突出。該中間層及該頂板係設置於該第一部分上。
在其它特徵中，該底板包含一或更多氣體通道。該一或更多氣體通道係設置於該頂板下方。
在其它特徵中，該底板包含第一層及第二層。該第一層係設置於該第二層上方。該第一層包含第一組氣體通道。該第二層包含第二組氣體通道。
在其它特徵中，該底板包含複數射頻(RF)電極。在其它特徵中，該底板包含一或更多氣體通道。該複數RF電極之其中一或多者係設置於該底板中，且在該一或更多氣體通道上方。
在其它特徵中，該底板包含第一部分及第二部分。該第一部分從該第二部分往上突出。該複數RF電極之其中一或多者係設置於該底板中，且在該第一部分的徑向外側。
在其它特徵中，該靜電卡盤更包含一邊緣環，其係設置於該底板上，且係至少部分設置於該頂板的徑向外側。該底板包含一突出部分，其朝向該頂板而向上延伸。該突出部分使該邊緣環在該底板上置中。在其它特徵中，該複數RF電極之其中一或多者係設置於該底板中，且在該邊緣環下方
在其它特徵中，該靜電卡盤更包含一邊緣環，其係設置於該底板上，並且以該頂板為中心且在該頂板的徑向外側。在其它特徵中，該靜電卡盤更包含一邊緣環，其係設置於該底板上，且係至少部分設置於該頂板的徑向外側。該邊緣環包含一射頻電極或一靜電夾持電極。在其它特徵中，該頂板包含一或更多靜電夾持電極。在其它特徵中，該頂板包含一或更多加熱元件。在其它特徵中，該底板包含一或更多直流電極。
在其它特徵中，該底板包含複數冷卻劑通道。在其它特徵中，該複數冷卻劑通道之其中至少一者係呈雙股配置。在其它特徵中，該複數冷卻劑通道之其中至少一者係呈單股配置。在其它特徵中，該底板包含第一層及第二層。該複數冷卻劑通道包含第一組冷卻劑通道及第二組冷卻劑通道。該第一層包含該第一組冷卻劑通道。該第二層包含該第二組冷卻劑通道。
在其它特徵中，該靜電卡盤更包含一氣體通道，其從該底板的底部延伸至該頂板中的出口。該氣體通道包含至少一多孔介質。在其它特徵中，該靜電卡盤更包含一環形封件，其係設置於該中間層的徑向外側，並為該中間層提供保護。
在其它特徵中，提供一種基板處理系統，且其包含一處理腔室、該靜電卡盤、一溫度感測器、以及一控制模組。該靜電卡盤係設置於該處理腔室中。該靜電卡盤包含一或更多溫度調整元件。該溫度感測器係設置於該頂板或該底板其中至少一者中，且係配置以偵測該頂板的溫度。該控制模組係配置以接收該溫度感測器的輸出，並基於該溫度感測器的輸出而控制一致動器之操作，以調整該一或更多溫度調整元件，俾調整該頂板或該底板其中該至少一者的溫度。
在其它特徵中，該一或更多溫度調整元件包含加熱元件、氣體通道、或冷卻劑通道之其中至少一者；並且該致動器為一功率源、冷卻劑泵浦、氣體泵浦、或閥。在其它特徵中，該溫度感測器係設置於該底板中，且係配置以偵測該底板的溫度。
在其它特徵中，該基板處理系統更包含一邊緣環及一射頻電極。該邊緣環係設置於該底板上，且係至少部分設置於該頂板的徑向外側。該射頻電極係設置於該底板中且在該邊緣環下方。該溫度感測器係設置於該底板中，且係配置以偵測該底板之一區域的溫度。該底板之該區域位在該邊緣環下方。
本揭露內容之進一步的可應用領域將從實施方式、發明申請專利範圍及圖式中變得明顯。詳細說明及具體範例係意圖為僅供說明的目的，而非意欲限制本揭示內容的範圍。
ESC在基板期間固持基板。ESC在例如真空處理腔室中利用靜電力將基板固持定位。為了以靜電方式將基板夾持於ESC上並同時冷卻ESC，ESC可具有雙板件配置，其包含由介電材料所形成的薄頂板、及由一或更多金屬及/或金屬複合材所形成的大塊(或厚)底板。習知上，頂板包含靜電電極，且可由精確控制的陶瓷(亦即，具有大於或等於90%的陶瓷純度)所形成，俾維持頂板的電性。製造精確控制陶瓷的厚板件係困難的。為此，頂板通常係薄的(例如，厚度為0.25英吋)。透過形成金屬或複合金屬材料(例如，金屬與陶瓷的組合)之底板，可輕易且廉價地製造底板。利用金屬或複合金屬材料形成及/或製造底板以包含冷卻劑通道係價格低廉的。透過硬焊處理而將金屬或複合金屬板件接合在一起亦係容易的。
ESC之底板可用作電極並接收RF功率。例如，底板可包含由鋁所形成的基底層且可連接至RF功率源，該基底層從該RF功率源接收RF功率。底板通常塗佈有例如陶瓷薄層以提供一保護塗層，其避免電弧發生於底板。保護塗層可透過電化學陽極化處理而由氧化鋁形成。較厚的塗佈層可透過熱噴塗處理而加以形成。隨著不斷增加的處理要求(包括更高的RF電壓)，雙板件配置可能存在多種問題。需要提高的RF電壓及離子能量以蝕刻或鑽出具有高深寬比(例如60:1)的深孔、且/或產生提高的電漿密度並提供更快的蝕刻性能。
底板上的陶瓷塗層在高RF電壓下可能崩解，高RF電壓可能導致電弧發生於底板。陶瓷塗層可能因陶瓷塗層與底板的基底層(其由金屬或複合金屬材料形成)之間的熱膨脹係數差異而破裂。此可能導致電弧並限制處理操作範圍。並且，由於頂板及底板係由不同材料所形成，因此熱膨脹係數係不同的。因此，頂板及底板隨著溫度變化而以不同速率進行膨脹和收縮。此可能導致頂板與底板之間的錯位以及熱應力，尤其係在經歷操作溫度之大且/或快速的變化時。此外，由於底板係由導電材料(亦即，金屬或複合金屬材料)所形成，因此底板用作一單電極，其對於在整個底板橫向地控制RF電壓造成限制。
本文所述之範例提供ESCs。該等ESCs包含能夠在無上述問題之情況下處置高RF電壓的多板件配置。該等ESCs之各者包含頂板及底板，其皆由陶瓷所形成。藉由形成陶瓷的頂板及底板，使得頂板與底板之熱膨脹係數之間的差異最小化，並因此使頂板與底板之間的熱失配(thermal mismatch)相較於具有雙板件配置之習知ESCs而減少。並且，藉由使熱膨脹係數之差異最小化，使得底板的塗佈層之高電壓崩解及/或破裂的風險(肇因於熱應力)相較於習知ESCs而減小及/或消除。因此，使得ESCs的可用操作溫度範圍增加。
圖1為包含ESC 101的基板處理系統100。可將ESC 101配置為相同於或相似於本文所揭示之ESCs之任一者。雖然圖1顯示電容耦合式電漿(CCP)系統，但本文所揭示之實施例適用於變壓器耦合式電漿(TCP)系統、電子迴旋共振(ECR)電漿系統、感應耦合式電漿(ICP)系統、及/或包含基板支座的其他系統與電漿源。該等實施例適用於PVD處理、PECVD處理、化學強化電漿氣相沉積(CEPVD)處理、離子植入處理、電漿蝕刻處理、及/或其他蝕刻、沉積、及清潔處理。
ESC 101包含頂板102及底板103。板件102、103兩者皆係由陶瓷所形成，且不含有金屬。在一實施例中，板件102、103兩者皆係由精確控制的陶瓷(亦即，具有大於或等於90%的純度)所形成。陶瓷的純度可依據應用而改變。舉例而言，板件102、103的陶瓷純度可大於或等於90%。在一實施例中，板件102、103的陶瓷純度大於或等於95%。在另一實施例中，板件102、103的陶瓷純度大於或等於99.9%。如下進一步敘述，底板103可完全由陶瓷所形成，或者可包含由陶瓷以外的材料所形成的薄保護塗層。薄保護塗層的範例係顯示於圖2中。在一些範例中，板件102、103可由氧化鋁(Al2 O3 )、氮化鋁(AIN)、碳化矽(SiC)、及/或其他陶瓷材料所形成。薄保護塗層可由AIN、氧化釔(Y2 O3 )、氧化鋯(ZrO2 )、及/或其他合適材料所形成。以下參照圖1-10中所示範例而進一步描述所揭示之ESCs的板件102、103、其他頂板及底板、及其他特徵。雖然圖1-10之ESCs各自顯示為具有某些特徵而不具有其他特徵，但可修改ESCs之各者以包含本文及圖1-10中所揭示之特徵之任一者。
雖然ESC 101係顯示為被裝設於處理腔室的底部且非配置為旋轉的，但ESC 101及本文所揭示之其他ESCs可被裝設於處理腔室的底部或頂部，且可被配置為欲在基板處理期間進行旋轉的自旋卡盤。若裝設於處理腔室的頂部，則ESC可具有相似於本文所揭示之ESC的構造，但上下顛倒且可包含周邊的基板固持、夾持、及/或扣持硬體。
基板處理系統100包含處理腔室104。ESC 101係包封於處理腔室104內。處理腔室104亦包封其他元件(例如上電極105)並容納RF電漿。在操作期間，基板107被設置於ESC 101的頂板102上，且被靜電式地夾持於ESC 101的頂板102。
僅舉例而言，上電極105可包含噴淋頭109，其將氣體導入並散佈。噴淋頭109可包含一桿部111，該桿部包含連接於處理腔室104之頂部表面之一端。噴淋頭109一般為圓柱形，且由桿部111之另一端(位在與處理腔室104之頂部表面相隔開之位置)徑向往外延伸。噴淋頭109面對基板之表面包含複數孔洞，處理氣體或排淨氣體經由該等孔洞流過。或者，上電極105可包含傳導板，且處理氣體可經由另一方式而加以導入。板件102、103之其中一或兩者可用作下電極。
板件102、103之其中一或兩者可包含溫度控制元件(TCEs)。舉例而言，圖1顯示包含TCEs 110且用作加熱板的頂板102。將中間層114設置於板件102、103之間。中間層114可使頂板102接合至底板103。舉例而言，中間層可由適於使頂板102接合至底板103的黏合材料所形成。底板103可包含一或更多氣體通道115及/或一或更多冷卻劑通道116，用以使背側氣體流至基板107的背側且使冷卻劑流過底板103。
RF產生系統120產生並輸出RF電壓至上電極105及下電極(例如，板件102、103之其中一或兩者)。上電極105及ESC 101之其中一者可為DC接地、AC接地或在一浮動電位。僅舉例而言，RF產生系統120可包含產生RF電壓的一或更多RF產生器122(例如，電容耦合式電漿RF功率產生器、偏壓RF功率產生器、及/或其他RF功率產生器)，該RF電壓係藉由一或更多匹配及配送網路124饋送至上電極105及/或ESC 101。舉例而言，顯示電漿RF產生器123、偏壓RF產生器125、電漿RF匹配網路127及偏壓RF匹配網路129。電漿RF產生器123可為高功率RF產生器，其產生例如6-10千瓦(kW)或更多的功率。偏壓RF匹配網路將功率供應至RF電極，例如板件102、103中的RF電極131、133。
氣體傳送系統130包含一或更多氣體源132-1、132-2、…、以及132-N(統稱氣體源132)，其中N為大於零之整數。氣體源132供應一或更多前驅物及其氣體混合物。氣體源132亦可供應蝕刻氣體、載氣、及/或排淨氣體。亦可使用汽化之前驅物。藉由閥134-1、134-2、…、以及134-N(統稱閥134)及質量流量控制器136-1、136-2、…、以及136-N(統稱質量流量控制器136)將氣體源132連接至歧管140。將歧管140之輸出饋送至處理腔室104。僅舉例而言，將歧管140之輸出饋送至噴淋頭109。
基板處理系統100更包含一冷卻系統141，其包含一溫度控制器142，可使溫度控制器142連接至TCEs 110。在一實施例中，不包含TCEs 110。雖然與系統控制器160分開顯示，但溫度控制器142可作為系統控制器160之一部分而實施。板件102、103之其中一或兩者可包含複數溫度控制區域(例如4個區域，其中該等區域之各者包含4個溫度感測器)。
溫度控制器142可控制TCEs 110之操作，而因此控制TCEs 110之溫度，俾控制板件102、103及基板(例如，基板107)之溫度。溫度控制器142及/或系統控制器160可透過控制由氣體源132之一或多者至氣體通道115的流動，而控制流至氣體通道115以冷卻基板之背側氣體(例如氦)的流率。溫度控制器142亦可與冷卻劑組件146連通以控制通過通道116之第一冷卻劑的流動(冷卻流體的壓力及流率)。第一冷卻劑組件146可從一儲槽(未圖示)接收冷卻流體。例如，冷卻劑組件146可包含冷卻劑泵浦及儲槽。溫度控制器142操作冷卻劑組件146以使冷卻劑流過通道116，俾冷卻底板103。溫度控制器142可控制冷卻劑流動之速率及冷卻劑之溫度。基於來自處理腔室104內之感測器143的所偵測參數，溫度控制器142控制供應至TCEs 110的電流及供應至通道115、116之氣體及/或冷卻劑的壓力及流率。溫度感測器143可包含電阻式溫度裝置、熱電偶、數位溫度感測器、及/或其他合適的溫度感測器(例如，其中一些係在圖3中顯示為溫度感測器290)。在蝕刻處理期間，於高功率電漿存在下，可將基板107加熱一預定溫度(例如攝氏120度(˚C))。流過通道115、116之氣體及冷卻劑流動使底板103之溫度降低，其使得基板107之溫度降低(例如由120 ˚C冷卻至80 ˚C)。
閥156及泵浦158可用於由處理腔室104排空反應物。系統控制器160可控制基板處理系統100之元件，其包含了控制所供應之RF功率位準、所供應之氣體的壓力及流率、RF匹配等。系統控制器160控制閥156及泵浦158之狀態。機械臂170可用以傳送基板至ESC 101上以及從ESC 101移除基板。例如，機械臂170可於ESC 101與負載閘172之間轉移基板。可藉由系統控制器160以控制機械臂170。系統控制器160可控制負載閘172之操作。
功率源180可提供功率(包含高電壓)至電極182，俾將基板靜電式地夾持於頂板102。功率源180可由系統控制器160所控制。
閥、氣體及/或冷卻劑泵浦、功率源、RF產生器等可被稱為致動器。TCEs、氣體通道、冷卻劑通道等可被稱為溫度調整元件。
現參照圖2，其顯示包含頂板202、中間層204、及底板(或底部板件)206之ESC的部分200。頂板202係經由中間層204而接合至底板206。如圖所示，底板206可具有保護塗層(或最上層)208。如上所述，板件202、206可由陶瓷所形成，而保護塗層208可由AIN、氧化釔(Y2 O3 )、氧化鋯(ZrO2 )所形成。藉由利用陶瓷及/或相同材料以形成板件202、206兩者及保護塗層208，使得板件202、206與保護塗層208之熱膨脹係數之間的差異最小化。此使保護塗層208之高電壓崩解及/或破裂最小化及/或消除。換言之，使得相對應的對峙電壓(standoff voltage)增加。
在所示範例中，頂板202包含靜電夾持電極210，其可從功率源180接收功率。可使靜電夾持電極210連接至端子，其可被連接至功率源180。包含靜電夾持電極之端子的範例絕緣塔(有時稱為「柱」)係顯示於圖3中。
底板206包含射頻(RF)電極212。RF電極212可從端子214接收功率，端子214可被連接至偏壓RF匹配網路129。將端子214設置於絕緣塔216中，絕緣塔216從底板206之底部延伸至RF電極212。可將RF電極212設置於底板206的頂表面附近、及/或設置於底板206之頂表面的預定距離內。可以不同圖案徑向地橫跨底板206而設置RF電極212。亦可將相對應的端子設置於各種圖案中。舉例而言，該等端子可與彼此等距地相間隔、設置於距相應之ESC的中心相等徑向距離處、且設置於沿著一或更多圓的點之處。
RF電極212及本文所揭示之其他RF電極(其可設置於頂板、底板、及/或邊緣環中)可獨立地加以控制(亦即，彼此獨立地接收功率)，或成組地加以控制(亦即，二或更多RF電極在相同時段期間且從相同功率源接收功率)。當獨立控制時，RF電極可於不同時間加以啟動及停用，且接收不同的電壓及電流位準。當不獨立供電時，在相同群組中之RF電極可於相同時間加以啟動、於相同時間加以停用、且接收相同的電壓及電流位準。RF電極之群組可獨立地加以控制。所述之RF電極圖案及控制對ESC的整個頂表面之溫度提供增強控制，並因此對基板處理期間之基板溫度提供增強控制，且對ESC及基板的整個頂表面之RF功率及電壓提供增強控制，從而提供蝕刻及/或沉積處理之增強控制。
可將RF電極212之一或多者(212a)設置於部分218中，部分218自底板206之基底層219向上突出。底板206可包含保護塗層208及基底層219。底板206可具有一或更多平坦的頂表面且包含一或更多階梯。在所示範例中，底板206具有從部分218降至基底層219的單一階梯。部分218具有最上(或頂)表面221，且基底層219在凸緣225處具有最上(或頂)表面223。可在形成底板206期間對表面221、223的粗糙度進行控制，以進一步控制例如頂板202與底板206之間的熱能傳遞。部分218具有比基底層219之外直徑更小的外直徑，且部分218的外直徑小於頂板202的外直徑。頂板202具有比底板206之外直徑更小的外直徑。所述直徑可依據應用及相應之元件構造而改變。
可將RF電極212之一或多者(212b)設置於基底層219的外周附近，如圖所示。可將電極212b設置於基底層219中、且在以部分218為中心之邊緣環的下方。部分218可加以塑形(例如錐形或錐形之變化形)俾使底板206上的其他腔室元件(例如第二邊緣環)置中，並使其他腔室元件與部分218之間的間隙最小化。第二邊緣環之範例係顯示於圖7中。
RF電極212之一或多者(212c)可被設置於基底層219中而非部分218中，並從部分218之外周之徑向內側的點徑向延伸至基底層219之外周之徑向內側的點。基底層219可包含複數層。該等層之各者可具有相應的冷卻劑通道及/或氣體通道。RF電極212及/或本文所揭示之其他電極可由下列各者所形成：例如，鎢(W)、鉑(Pt)、銀(Ag)、鈀(Pd)、及/或其他導電材料。
為了為底板提供足夠的強度及耐久性、並包含具有高效熱傳特性的本文所揭示之嵌入式通道，底板206可由堆疊且燒結在一起的陶瓷化合物層形成，俾形成單一結構。陶瓷化合物層之各者包含陶瓷與接合材料的混合物。舉例而言，可將陶瓷化合物材料薄片(例如厚度1毫米(mm))及接合層堆疊。可將陶瓷化合物層圖案化，俾在堆疊時形成氣體通道220及冷卻劑通道222。接著，在一爐中於預定溫度下烘烤所得之堆疊體達一預定時段，俾使陶瓷化合物層的陶瓷顆粒能燒結在一起，並使接合層及/或其他黏合材料燒盡。接著將所得之底板從爐中移除。
底板206亦包含氣體通道220及冷卻劑通道222。氣體通道220可自歧管140接收氣體。可將氣體通道220設置於相同的徑向延伸平面上、及/或底板206之相同的一或多層中，如圖所示。或者，可將氣體通道220設置於複數的徑向延伸平面上、及/或底板206之不同層中。氣體通道220可用以將背側氣體提供至基板背側。此係在圖3及圖4中進一步顯示。多層的氣體通道之範例配置係顯示於圖4中。
可將冷卻劑通道222設置於複數的徑向延伸平面上、及/或底板206之不同層中，如圖所示。或者，可將冷卻劑通道222設置於相同的徑向延伸平面上、或底板206之相同的一或多層中。冷卻劑通道222(圖示三層)之每一層可包含雙股配置或單股配置的冷卻劑通道，其範例係顯示於圖5及6中。雖然顯示為特定配置，但通道220、222可為其他配置。可使氣體通道及/或冷卻劑通道包含於底板206之任一層中。
圖3顯示包含頂板252、中間層254、及底板256之ESC的部分250。頂板252係經由中間層254而接合至底板256。環形封件257 (i)可被設置於頂板252與底板256之基底層259頂部之間，並且(ii)覆蓋中間層254的外緣261。
頂板252包含靜電夾持電極258及氣體出口260。氣體出口260從例如一或更多氣體通道(圖示一個氣體通道262)接收背側氣體。氣體通道之一或多者可各自包含一或更多多孔介質或插件(例如多孔插件264)。多孔介質及/或插件可與陶瓷板件共燒在一起。在一實施例中，氣體通道不包含多孔插件。多孔插件包含小孔洞並用作介質緩衝，以避免在氣體通道中形成電漿。在所示範例中，第一多孔插件264a係位在氣體通道262的第一端，並從底板256內及/或底板256之部分266內的區域、延伸通過中間層254至頂板252內的區域。第二多孔插件264b係位在氣體通道262的第二端，且係設置於底板256之底部處。
底板256可包含如上述之氣體通道270及冷卻劑通道272。冷卻劑通道272之各者係連接至底板256內的輸入塔及輸出塔。圖示一範例塔件274。
底板256可包含具有端子(未圖示)的塔件280，該端子係連接至靜電夾持電極258之其中一者。底板256可更包含一或更多溫度感測器。圖示範例溫度感測器290，且其係附著於各別的塔件292。溫度感測器可將輸出信號提供至控制器142、160。圖示第一溫度感測器290a，其用以偵測頂板252內的溫度。圖示第二溫度感測器290b，其用以偵測基底層259內的溫度。圖示第三溫度感測器290c，其用以偵測RF電極294下方之底板256周邊附近的溫度。在板件252、256中可包含任何數目的溫度感測器。
圖4顯示包含頂板302、中間層304、及底板306之ESC的部分300。舉例而言，底板306包含升降銷組件310，其包含升降銷312、升降銷通道313、及氣體通道316。在本文所揭示之ESCs中可包含任何數目的升降銷組件。底板306可包含一或多層的氣體通道。氣體通道可位在冷卻劑通道的上方或下方。舉例而言，第一組的氣體通道318係顯示於冷卻劑通道320的上方，而第二組的氣體通道322係顯示於冷卻劑通道320的下方。
圖5顯示ESC的冷卻劑通道層400。冷卻劑通道層400包含呈雙股配置的冷卻劑通道402。冷卻劑通道402包含入口404及出口406，其位在冷卻劑通道層400中的中心。冷卻劑通道402包含第一部分407及第二部分408。第一部分407於冷卻劑通道層400之中心附近開始，以圓形線圈狀圖案盤繞，直到到達冷卻劑通道層400的周邊為止。第二部分408從第一部分407延伸、並從冷卻劑通道層400的周邊沿著第一部分407而回到冷卻劑通道層400中心附近的點。管狀區段或全部的部分407、408可以平行配置延伸。
圖6顯示ESC的冷卻劑通道層450。冷卻劑通道層450包含呈單股配置的冷卻劑通道452。冷卻劑通道452包含位在中心的入口454、以及出口456，出口456可位在冷卻劑通道層450的周邊附近。
在圖5-6中顯示兩個範例冷卻劑通道配置。本文所揭示之ESCs可包含其他類型的冷卻劑通道配置。例如，ESCs可具有一冷卻劑通道配置，其具有方位角對稱之中心至邊緣類型的冷卻劑流動。
圖7顯示包含頂板502、中間層504、底板506、第一環形邊緣環508、及第二環形邊緣環509之ESC的部分500。中間層504可被設置於(i)板件502、506之間、及(ii)邊緣環508與底板506之間。中間層504可由一或更多具有高導熱性(例如，每米-克耳文0.5-4.0瓦(W/mK))之材料所形成。
第一環形邊緣環508係以頂板502為中心，且在底板506上置中。頂板502可加以塑形(例如錐形或錐形之變化形)俾使第二環形邊緣環509置中，並使第二環形邊緣環509與頂板502之間的間隙最小化。第二環形邊緣環509的徑向內側511可加以塑形，俾匹配頂板502的徑向外緣513。第一環形邊緣環508可由陶瓷所形成，並包含一或更多電極，其用作RF電極及/或加熱元件。第二環形邊緣環509可由例如矽及/或其他合適材料所形成，並保護第一環形邊緣環508之至少一部分以免於暴露於電漿。
可將環形間隙510設置於頂板502與第一環形邊緣環508之間。在一實施例中，彈性體封件(例如O型環)可被設置於間隙510中，且與頂板502的周面512、中間層504的頂表面514或底板506的頂表面516、及邊緣環508的徑向面內面518相接觸。頂板502可具有頂部520，其從頂板502之底部522往上突出。頂部520可包含靜電夾持電極524及RF電極(圖示一個RF電極526)。底板506可包含氣體通道(圖示一個氣體通道532)及冷卻劑通道534。有些冷卻劑通道534可部分地或完全地設置於邊緣環508下方的底板506中，以冷卻邊緣環508。
邊緣環508可包含一或更多電極(圖示一個電極536)。圖示一範例端子538，其提供功率至電極536。本文所揭示之端子可為各種類型，舉例而言，端子可為彈簧連接器(pogo pins)。端子係配置以提供與相應電極之連接。電極536可為RF電極或靜電夾持電極。邊緣環508可具有任何數目的RF及/或靜電夾持電極。
圖8顯示包含頂板552、中間層554、底板556、及邊緣環558之ESC的部分550。ESC可包含一封件560，其係設置於中間層554的周緣562中、且在頂板552的周端564與底板556之底部568的周端566之間。
可將環形間隙570設置於頂板552與邊緣環558之間。可將彈性體封件(例如O型環)設置於間隙570中。頂板552之頂部突出部分572可包含靜電夾持電極573及一或更多RF電極574。該一或更多RF電極574可自端子576接收功率。邊緣環558可包含電極578，其可為RF電極或靜電夾持電極。
圖9顯示包含頂板602、中間層604、及底板606之ESC的部分600。頂板602包含一或更多DC電極608。DC電極608可經由端子(例如端子610)而從功率源(例如，圖1的功率源180)接收功率。
圖10顯示包含頂板652、中間層654、底板656、及邊緣環658之ESC的部分650。底板656包含氣體通道660，其將背側氣體導至氣體通道662中，氣體通道662從氣體通道660往上延伸、通過中間層654及頂板652至出口664。氣體通道662提供不含多孔插件之氣體通道的範例。
以上所揭示之範例包含由陶瓷而非金屬所形成的底板。此可消除底板上的塗佈層之高電壓崩解及/或破裂。所揭示之ESCs的板件包含各種電極、氣體通道、及冷卻劑通道配置，其中電極與通道係嵌在板件的各個區域及層中，以改善ESCs、基板、及基板處理腔室之周圍區域與元件的RF與溫度控制。由於ESCs的底板係由陶瓷所形成，因此底板能夠包含任何數目的電極(例如RF電極)，以增強整個基板之RF控制。並且，由於陶瓷相較於金屬而具有低導熱性、且/或具有陶瓷材料疊層和燒結之加工製程限制，因此底板係揭示為具有複數層的冷卻劑通道，俾使冷卻接觸表面積增加。
以上敘述在本質上僅為說明性的，而非意圖限制本揭露內容、其應用、或用途。本揭露內容之廣泛指示可以各種形式實行。因此，雖本揭露內容包含特定例子，但由於當研究圖式、說明書、及以下申請專利範圍時，其他變化將更顯清楚，故本揭露內容之真實範疇不應如此受限。吾人應理解，在不改變本揭露內容之原理的情況下，可以不同次序(或同時)執行方法中之一或更多步驟。再者，雖實施例之各者係於以上描述為具有某些特徵，但關於本揭露內容之任何實施例所述之任一或更多該等特徵可在任何其他實施例中實行，及/或與任何其他實施例之特徵組合(即使並未詳細敘述該組合)。換句話說，所述之實施例並非互相排斥，且一或更多實施例彼此之間的置換維持於本揭露內容之範疇內。
元件 (例如，在模組、電路元件、半導體層等) 之間的空間及功能上之關係係使用各種用語所敘述，該等用語包含「連接」、「接合」、「耦合」、「鄰近」、「在…旁邊」、「在…之上」、「上面」、「下面」、以及「設置」。除非明確敘述為「直接」之情形下，否則當於上述揭露內容中描述第一與第二元件之間的關係時，該關係可係在第一與第二元件之間不存在其它中介元件之直接關係，但亦可係在第一與第二元件之間存在一或更多中介元件(空間上或功能上)的間接關係。如本文所使用的，詞組「A、B、及C其中至少一者」應解釋為意指使用非排除性邏輯OR之邏輯(A OR B OR C)，且不應解釋為意指「A之至少一者、B之至少一者、及C之至少一者」。
在一些實施例中，控制器為系統的一部分，該系統可為上述例子的一部分。此系統可包含半導體處理設備，該半導體處理設備包含(複數)處理工具、(複數)腔室、(複數)處理用平台、及/或特定的處理元件(晶圓基座、氣體流動系統等)。該等系統可與電子設備整合，以在半導體晶圓或基板之處理之前、期間、以及之後，控制其運作。電子設備可被稱為「控制器」，其可控制(複數)系統的各種元件或子部件。取決於處理需求及/或系統類型，可將控制器程式設計成控制本文所揭露之任何處理，包含處理氣體的傳送、溫度設定(例如，加熱及/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻(RF)產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流速設定、流體傳送設定、位置和操作設定、晶圓轉移(進出與特定系統連接或接合之工具及其他轉移工具、及/或負載鎖)。
廣泛來說，可將控制器定義為具有接收指令、發佈指令、控制運作、啟動清洗操作、啟動終點量測等之許多積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體的電子設備。積體電路可包含：儲存程式指令之韌體形式的晶片、數位訊號處理器(DSPs)、定義為特殊應用積體電路(ASICs)的晶片、及/或一或更多微處理器、或執行程式指令(例如，軟體)的微控制器。程式指令可為以不同的單獨設定(或程式檔案)之形式而傳達至控制器或系統的指令，該單獨設定(或程式檔案)為實行特定處理(在半導體晶圓上，或是對半導體晶圓)定義操作參數。在一些實施例中，操作參數可係由製程工程師所定義之配方的一部分，俾在一或更多以下者(包含：覆層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或基板的晶粒)的製造期間實現一或更多處理步驟。
在一些實施例中，控制器可為電腦的一部分，或耦接至電腦，該電腦係與系統整合、耦接至系統、或以網路連接至系統、或以其組合之方式連接至系統。例如，控制器可在能容許遠端存取晶圓處理之「雲端」或廠房主機電腦系統的全部或部分中。電腦可使系統能夠遠端存取，以監控製造運作的當前進度、檢查過去製造運作的歷史、由複數之製造運作而檢查趨勢或效能指標，以改變當前處理的參數、設定當前處理之後的處理步驟、或開始新的製程。在一些例子中，遠端電腦(例如，伺服器)可通過網路提供製程配方至系統，該網路可包含局域網路或網際網路。遠端電腦可包含使用者介面，其可達成參數及/或設定的接取、或對參數及/或設定進行程式化，接著將該參數及/或該設定由遠端電腦傳達至系統。在一些例子中，控制器以資料的形式接收指令，該指令為將於一或更多操作期間執行之每個處理步驟指定參數。吾人應理解，參數可特定地針對將執行之製程的類型及將控制器設定以接合或控制之工具的類型。因此，如上所述，控制器可為分散式，例如藉由包含以網路的方式連接彼此且朝向共同目的(例如，本文所敘述的製程及控制)而運作的一或更多分離的控制器。用於此目的之分散式控制器的範例將係在腔室上、與位於遠端的一或更多積體電路(例如，在作業平臺位準處、或作為遠端電腦的一部分)進行通訊的一或更多積體電路，兩者結合以控制腔室上的製程。
範例系統可包含但不限於以下各者：電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉淋洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清洗腔室或模組、斜角緣部蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積(PVD)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD)腔室或模組、原子層沉積(ALD)腔室或模組、原子層蝕刻(ALE)腔室或模組、離子植入腔室或模組、軌道腔室或模組、以及可在半導體晶圓的製造及/或加工中相關聯、或使用的任何其他半導體處理系統。
如以上所提及，取決於將藉由工具執行之(複數)處理步驟，控制器可與半導體製造工廠中之一或更多的以下各者進行通訊：其他工具電路或模組、其他工具元件、群集工具、其他工具介面、鄰近之工具、相鄰之工具、遍布工廠的工具、主電腦、另一控制器、或材料運輸中所使用之工具，該材料運輸中所使用之工具將晶圓容器輸送往返於工具位置及/或裝載埠。
100‧‧‧基板處理系統
101‧‧‧靜電卡盤(ESC)
102‧‧‧頂板
103‧‧‧底板
104‧‧‧處理腔室
105‧‧‧上電極
107‧‧‧基板
109‧‧‧噴淋頭
110‧‧‧溫度控制元件(TCEs)
111‧‧‧桿部
114‧‧‧中間層
115‧‧‧通道
116‧‧‧通道
120‧‧‧RF產生系統
122‧‧‧RF產生器
123‧‧‧電漿RF產生器
124‧‧‧匹配及配送網路
125‧‧‧偏壓RF產生器
127‧‧‧電漿RF匹配網路
129‧‧‧偏壓RF匹配網路
130‧‧‧氣體傳送系統
131‧‧‧RF電極
132-1‧‧‧氣體源
132-2‧‧‧氣體源
132-N‧‧‧氣體源
133‧‧‧RF電極
134-1‧‧‧閥
134-2‧‧‧閥
134-N‧‧‧閥
136-1‧‧‧質量流量控制器
136-2‧‧‧質量流量控制器
136-N‧‧‧質量流量控制器
140‧‧‧歧管
141‧‧‧冷卻系統
142‧‧‧控制器
143‧‧‧感測器
146‧‧‧冷卻劑組件
156‧‧‧閥
158‧‧‧泵浦
160‧‧‧系統控制器
170‧‧‧機械臂
172‧‧‧負載閘
180‧‧‧功率源
182‧‧‧電極
200‧‧‧部分
202‧‧‧頂板
204‧‧‧中間層
206‧‧‧底板
208‧‧‧保護塗層
210‧‧‧靜電夾持電極
212‧‧‧射頻(RF)電極
212a‧‧‧射頻(RF)電極
212b‧‧‧射頻(RF)電極
212c‧‧‧射頻(RF)電極
214‧‧‧端子
216‧‧‧絕緣塔
218‧‧‧部分
219‧‧‧基底層
220‧‧‧氣體通道
221‧‧‧表面
222‧‧‧冷卻劑通道
223‧‧‧表面
225‧‧‧凸緣
250‧‧‧部分
252‧‧‧頂板
254‧‧‧中間層
256‧‧‧底板
257‧‧‧環形封件
258‧‧‧靜電夾持電極
259‧‧‧基底層
260‧‧‧氣體出口
261‧‧‧外緣
262‧‧‧氣體通道
264‧‧‧多孔插件
264a‧‧‧第一多孔插件
264b‧‧‧第二多孔插件
266‧‧‧部分
270‧‧‧氣體通道
272‧‧‧冷卻劑通道
274‧‧‧塔件
280‧‧‧塔件
290‧‧‧溫度感測器
290a‧‧‧第一溫度感測器
290b‧‧‧第二溫度感測器
290c‧‧‧第三溫度感測器
292‧‧‧塔件
294‧‧‧RF電極
300‧‧‧部分
302‧‧‧頂板
304‧‧‧中間層
306‧‧‧底板
310‧‧‧升降銷組件
312‧‧‧升降銷
313‧‧‧升降銷通道
316‧‧‧氣體通道
318‧‧‧氣體通道
320‧‧‧冷卻劑通道
322‧‧‧氣體通道
400‧‧‧冷卻劑通道層
402‧‧‧冷卻劑通道
404‧‧‧入口
406‧‧‧出口
407‧‧‧第一部分
408‧‧‧第二部分
450‧‧‧冷卻劑通道層
452‧‧‧冷卻劑通道
454‧‧‧入口
456‧‧‧出口
500‧‧‧部分
502‧‧‧頂板
504‧‧‧中間層
506‧‧‧底板
508‧‧‧第一環形邊緣環
509‧‧‧第二環形邊緣環
510‧‧‧間隙
511‧‧‧徑向內側
512‧‧‧周面
513‧‧‧徑向外緣
514‧‧‧頂表面
516‧‧‧頂表面
518‧‧‧徑向面內面
520‧‧‧頂部
522‧‧‧底部
524‧‧‧靜電夾持電極
526‧‧‧RF電極
532‧‧‧氣體通道
534‧‧‧冷卻劑通道
536‧‧‧電極
538‧‧‧端子
550‧‧‧部分
552‧‧‧頂板
554‧‧‧中間層
556‧‧‧底板
558‧‧‧邊緣環
560‧‧‧封件
562‧‧‧周緣
564‧‧‧周端
566‧‧‧周端
568‧‧‧底部
570‧‧‧間隙
572‧‧‧頂部突出部分
573‧‧‧靜電夾持電極
574‧‧‧RF電極
576‧‧‧端子
578‧‧‧電極
600‧‧‧部分
602‧‧‧頂板
604‧‧‧中間層
606‧‧‧底板
608‧‧‧DC電極
610‧‧‧端子
650‧‧‧部分
652‧‧‧頂板
654‧‧‧中間層
656‧‧‧底板
658‧‧‧邊緣環
660‧‧‧氣體通道
662‧‧‧氣體通道
664‧‧‧出口
本揭露內容從實施方式及隨附圖式可更完全了解，其中：
依據本揭露內容之實施例，圖1為包含ESC的基板處理系統之範例的功能方塊圖；
依據本揭露內容之實施例，圖2為ESC的部分之範例的截面側視圖，該ESC包含板件、冷卻劑通道、背側氣體通道、電極、及端子；
依據本揭露內容之實施例，圖3為ESC的部分之範例的截面側視圖，該ESC包含具有多孔插件的氣體通道、感測器、用於中間層及底板之頂部突出配置的封件、及靜電端子；
依據本揭露內容之實施例，圖4為說明升降銷配置的ESC的部分之範例的截面側視圖；
依據本揭露內容之實施例，圖5為ESC的冷卻劑通道層之範例的頂部截面圖；
依據本揭露內容之實施例，圖6為ESC的冷卻劑通道層之範例的頂部截面圖；
依據本揭露內容之實施例，圖7為ESC的部分之範例的截面側視圖，其包含一邊緣環且說明邊緣環之射頻(RF)電極之端子；
依據本揭露內容之實施例，圖8為ESC的部分之範例的截面側視圖，其說明ESC之頂板之RF電極的端子、或頂板與邊緣環之間的間隙、及用於中間層及底板之周邊配置的封件；
依據本揭露內容之實施例，圖9為ESC的部分之範例的截面圖，其說明ESC之頂板之直流(DC)電極的端子；
依據本揭露內容之實施例，圖10為ESC的部分之範例的截面圖，其說明無多孔插件的氣體通道；
在圖式中，元件符號可被再次使用以辨別相似及/或相同的元件。

Claims (28)

  1. 一種用於基板處理系統之靜電卡盤，包含： 一頂板，其係配置以靜電式地夾持一基板，且係由陶瓷所形成； 一中間層，其係設置於該頂板下方；以及 一底板，其係設置於該中間層下方，且係由陶瓷所形成， 其中該中間層使該頂板接合至該底板。
  2. 如申請專利範圍第1項之用於基板處理系統之靜電卡盤，其中該底板的陶瓷純度大於或等於90%。
  3. 如申請專利範圍第1項之用於基板處理系統之靜電卡盤，其中該底板的陶瓷純度大於或等於95%。
  4. 如申請專利範圍第1項之用於基板處理系統之靜電卡盤，其中該底板的陶瓷純度大於或等於99.9%。
  5. 如申請專利範圍第1項之用於基板處理系統之靜電卡盤，其中： 該底板包含 一基底層，以及 一保護塗層，其係設置於該基底層上；並且 該保護塗層係設置於該基底層與該中間層之間。
  6. 如申請專利範圍第1項之用於基板處理系統之靜電卡盤，其中： 該底板包含第一部分及第二部分； 該第一部分從該第二部分往上突出；並且 該中間層及該頂板係設置於該第一部分上。
  7. 如申請專利範圍第1項之用於基板處理系統之靜電卡盤，其中： 該底板包含一或更多氣體通道；並且 該一或更多氣體通道係設置於該頂板下方。
  8. 如申請專利範圍第1項之用於基板處理系統之靜電卡盤，其中： 該底板包含第一層及第二層； 該第一層係設置於該第二層上方； 該第一層包含第一組氣體通道；並且 該第二層包含第二組氣體通道。
  9. 如申請專利範圍第1項之用於基板處理系統之靜電卡盤，其中該底板包含複數射頻(RF)電極。
  10. 如申請專利範圍第9項之用於基板處理系統之靜電卡盤，其中： 該底板包含一或更多氣體通道；並且 該複數RF電極之其中一或多者係設置於該底板中，且在該一或更多氣體通道上方。
  11. 如申請專利範圍第9項之用於基板處理系統之靜電卡盤，其中： 該底板包含第一部分及第二部分； 該第一部分從該第二部分往上突出；並且 該複數RF電極之其中一或多者係設置於該底板中，且在該第一部分的徑向外側。
  12. 如申請專利範圍第9項之用於基板處理系統之靜電卡盤，更包含一邊緣環，其係設置於該底板上，且係至少部分設置於該頂板的徑向外側，其中： 該底板包含一突出部分，其朝向該頂板而向上延伸；並且 該突出部分使該邊緣環在該底板上置中。
  13. 如申請專利範圍第12項之用於基板處理系統之靜電卡盤，其中該複數RF電極之其中一或多者係設置於該底板中，且在該邊緣環下方。
  14. 如申請專利範圍第1項之用於基板處理系統之靜電卡盤，更包含一邊緣環，其係設置於該底板上，並且以該頂板為中心且在該頂板的徑向外側。
  15. 如申請專利範圍第1項之用於基板處理系統之靜電卡盤，更包含一邊緣環，其係設置於該底板上，且係至少部分設置於該頂板的徑向外側，其中該邊緣環包含一射頻電極或一靜電夾持電極。
  16. 如申請專利範圍第1項之用於基板處理系統之靜電卡盤，其中該頂板包含一或更多靜電夾持電極。
  17. 如申請專利範圍第1項之用於基板處理系統之靜電卡盤，其中該頂板包含一或更多加熱元件。
  18. 如申請專利範圍第1項之用於基板處理系統之靜電卡盤，其中該底板包含一或更多直流電極。
  19. 如申請專利範圍第1項之用於基板處理系統之靜電卡盤，其中該底板包含複數冷卻劑通道。
  20. 如申請專利範圍第19項之用於基板處理系統之靜電卡盤，其中該複數冷卻劑通道之其中至少一者係呈雙股配置。
  21. 如申請專利範圍第19項之用於基板處理系統之靜電卡盤，其中該複數冷卻劑通道之其中至少一者係呈單股配置。
  22. 如申請專利範圍第19項之用於基板處理系統之靜電卡盤，其中： 該底板包含第一層及第二層； 該複數冷卻劑通道包含第一組冷卻劑通道及第二組冷卻劑通道； 該第一層包含該第一組冷卻劑通道；並且 該第二層包含該第二組冷卻劑通道。
  23. 如申請專利範圍第1項之用於基板處理系統之靜電卡盤，更包含一氣體通道，其從該底板的底部延伸至該頂板中的出口，其中該氣體通道包含至少一多孔介質。
  24. 如申請專利範圍第1項之用於基板處理系統之靜電卡盤，更包含一環形封件，其係設置於該中間層的徑向外側，並為該中間層提供保護。
  25. 一種基板處理系統，包含： 一處理腔室； 如申請專利範圍第1項之靜電卡盤，其係設置於該處理腔室中，其中該靜電卡盤包含一或更多溫度調整元件； 一溫度感測器，其係設置於該頂板或該底板其中至少一者中，且係配置以偵測該頂板的溫度；以及 一控制模組，其係配置以接收該溫度感測器的輸出，並基於該溫度感測器的輸出而控制一致動器之操作，以調整該一或更多溫度調整元件的溫度，俾調整該頂板或該底板其中該至少一者的溫度。
  26. 如申請專利範圍第25項之基板處理系統，其中： 該一或更多溫度調整元件包含加熱元件、氣體通道、或冷卻劑通道之其中至少一者；並且 該致動器為一功率源、冷卻劑泵浦、氣體泵浦、或閥。
  27. 如申請專利範圍第25項之基板處理系統，其中該溫度感測器係設置於該底板中，且係配置以偵測該底板的溫度。
  28. 如申請專利範圍第25項之基板處理系統，更包含： 一邊緣環，其係設置於該底板上，且係至少部分設置於該頂板的徑向外側；以及 一射頻電極，其係設置於該底板中，且在該邊緣環下方， 其中 該溫度感測器係設置於該底板中，且係配置以偵測該底板之一區域的溫度，並且 該底板之該區域位在該邊緣環下方。
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